非电气部件导致电磁辐射超标案例分析

张高杰，田永坡，张萌，余天刚，刘超

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

概述

随着汽车电气化、智能化、网联化的发展，汽车电子电气部件的使用与日俱增。控制器件芯片计算能力越来越强，晶振主频越来越高；执行部件功率越来越大、控制越来越精细，例如：电机采用脉冲宽度调制（PWM）控制，快速的电压/电流变换产生大量的电磁骚扰。传感器的使用日渐增多，信号重要程度也显著提升，电磁兼容已成为汽车不可或缺的性能，引起了广泛的关注。

在大家普遍认知中电动汽车的主要干扰源来自于高压大功率部件及系统集成度高、电磁敏感度高的电子控制单元。低频电磁场发射问题通常与开关器件、电机、电磁阀等相关联，更有甚者直接与高压系统相绑定。然而对于实际电磁发射超标案例的排查及整改，我们更需要发散思维，打开思路，从细枝末节出发去探寻产生电磁骚扰的基本原因。

1 案例分析

1.1 测试数据

某样车依照GB/T 18387—2017进行测试，在40 km/h车速预扫时，车辆测试结果便不符合标准限值要求，如图1所示。电磁场骚扰覆盖150 kHz～30 MHz全频段。70 km/h车速测试结果同样超出限值要求。

1.2 干扰源类型判定

为明确电磁场发射超标问题排查方向，我们首先判断干扰源的类型。3 m的测试距离在150 kHz-30 MHz频段内属于近场区域。在近场区电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系。一般情况下，对于电压型场源，电场要比磁场大很多。

我们再次开展40 km/h车速下磁场发射测试，测试结果见图2。

图1 40 km/h低频电场测试结果

图2 40 km/h低频磁场测试结果

通过电场发射数据与磁场发射数据对比发现在150 kHz～20 MHz频段范围内，电场测试数据远高于磁场发射数据，随着频率的增高3 m的测试距离逐渐向远场区过渡，在20 MHz～30 MHz磁场强度有所增加。对比结果符合电场源的发射特征，可判断为电场型干扰源。

1.3 信号类型判断

宽带信号还是窄带信号的判断是我们对辐射发射问题排查的基础。该车辆电磁场发射测试数据呈现梳条状，与窄带干扰源发射特征波形十分相似。对测试频点进行分析，并未发现明显的倍频关系。我们知道扫频模式下测试结果成线状未必就是窄带信号。

对此在16 km/h车速下开展多次测试，测试结果对比如图3所示。测试结果显示多次测试发射频率并不固定，发射频率具有随机性。其有可能为间歇型宽带干扰源。

图3 4次16 km/h测试结果对比图

对此我们开展验证测试，即设置接收机为快速傅里叶变换（FFT）模式，带宽设置为9 kHz，驻留时间为2 s开展测试，测试结果如图4所示。测试结果证实该信号为宽带信号，为后续排查缩小了范围。

1.4 参数分析

由上述分析可知：该宽带骚扰源为周期型工作，我们对比发现测试结果的疏密程度与车速正相关，其随着车速的增高而变密。我们尝试通过对试验参数设置的计算找出信号的工作周期。

测量接收机的参数设置如表1所示。

我们对40 km/h车速测试结果进行频率标记，虽然多次测试干扰信号频点不同，但频率间隔均为90 kHz。我们知道接收机切换时间约为1.5～2 ms，计算信号周期T。

不同车速下测试结果对比发现，车速越高测试结果分布越密，车速越低测试结果越稀疏。由此我们对不同车速条件下车轮转动周期进行了计算，结果如表2所示。我们由40 km/h车速测试结果计算的信号周期与40 km/h车速条件下车轮转动周期十分接近。

我们分别对16km/h车速及70km/h车速开展验证，结果同样符合此规律。

2 排查整改

2.1 问题排查

基于以上对测试数据的分析，我们针对与车速相关的相关部件采用排除法开展排查。

1）高压系统上电，车辆空挡，由底盘测功机拖动车轮以40 km/h相对速度运行。测试结果无变化。（排除电驱动系统）

2）高压系统下电，车辆空挡，由底盘测功机分别拖动前后车轮以40 km/h相对速度运行。驱动前轮测试结果无变化，驱动后轮测试结果通过。（排除高压系统）

3）低压系统下电，车辆空挡，由底盘测功机拖动前轮以40 km/h相对速度运行。测试结果无变化。（排除12 V电气系统）

4）低压系统下电，车辆空挡，拔掉轮速传感器，由底盘测功机拖动前轮车轮以40 km/h相对速度运行。测试结果无变化。（排除轮速传感器）

5）低压系统下电，车辆空挡，前后轮调换。分别由底盘测功机拖动前轮、后轮以40 km/h相对速度运行。前轮测试通过，后轮测试与超标数据一致。（锁定为轮胎）

对导致发射超标的轮胎进行检查确认，发现轮胎胎面正面扎有钢钉，见图5。此为造成本次发射超标的原因。

3.2 机理分析

图4 FFT模式测试结果

表1 接收机参数设置

表2 实车车轮转动周期

图5 轮胎胎面照片

在测试过程中轮胎附着的钢钉随车轮一起在底盘测功机上转动。车轮转动一圈，其与转毂接触一次。与1.4章节分析的干扰信号周期与车轮转动周期相同的结论相一致。

以40 km/h车速开展预扫测试时，车轮以13.33 m/s的线速度运行。由于标准要求测试工况为车辆满载，故轮胎与转毂存在相对运动。结构如图6所示。

图6 试验结构示意图

图7 30 MHz～1 GHz测试结果

图8 拔除钢钉测试结果

钢钉为金属材质，转毂亦为金属材质，两种金属材质物体在车辆自重及绑带的压力下快速摩擦，产生电火花。车轮转动一周接触一次，产生一次电火花，而电火花的频谱十分宽泛，经天线接收并由接收机捕获。

为验证电火花机理的正确性，我们采用10 m测试距离对其开展了30 MHz～1 GHz的辐射特性测试，测试结果见图7。由峰值检波器与平均值检波器测试结果可以清晰的看出，该信号频谱分布广泛达1 GHz以上，且为典型的宽带信号。与分析结果一致。

由于车轮转动周期大于测试驻留时间，每当摩擦动作发生在测试驻留时间内，则测试结果检测到发射量值，并记录为当前测试频率的测量值。当测试驻留周期内无摩擦动作时，测试未能读取发射量值，测量值下降，故在测试结果中呈现梳状波形，与窄带骚扰测试图形相近。

2.3 整改验证

基于前面的分析，我们对轮胎上的钢钉拔除后再次开展测试，测试结果如图8所示，问题消除。

3 结论

GB/T 18387—2017测试发射超标问题多由电机控制单元（MCU）、电源变换模块（DC/DC）等高压部件引起，12 V电气部件的电磁特性值得关注，同时非电气部件也一定不能不加考虑。

信号类型的判定是辐射发射问题处理的基础，对信号类型做出准确的判断十分重要。辐射发射测试标准规定采用扫频方式开展测量，信号发射类型切记不可仅依据一张测试结果图主观臆断。梳状测试结果有可能是信号周期大于驻留时间的宽带信号。信号类型判断需从频率点一致性、相邻频率差值入手，并结合设备步进、驻留时间等设置参数综合分析，并养成严谨的思维习惯。

整车电磁兼容测试样品状态除开展功能点检、性能摸底外，对于外观的确认也十分必要。样品在进入试验室前应仔细检查轮胎异物，消除在转毂运行危险因素的同时也是在排除电磁发射源。