整车辐射抗扰问题排查及整改分析

余天刚,田永坡

（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

随着智能网联技术的不断发展，目前整车电子电器产品的占比已由2010年的50 %左右提升至现在的65 %左右，整车各个系统的电磁兼容性问题日益凸显，目前各大车企正在潜心研发的以太网、LTE-V2X、5G及未来的自动驾驶技术的应用，将直接把整车在各种电磁环境下的抗扰能力提升至事关乘员人身安全的的层面。我国于2017年11月1日发布了强制标准GB 34660-2017《道路车辆电磁兼容性要求和试验方法》，规定整车在20 MHz～2 GHz的90 %以上频段内，场强应为30 V/m（均方根值），其他剩余频段内场强应不低于25 V/m（均方根值），在进行抗扰试验过程中，车辆不应出现抗扰度相关功能的性能降级。该标准已于2018年1月1日起实施。

1 案例分析

1.1 测试案例分析

某样车依照GB 34660-2017进行整车电磁兼容性能测试时发现：整车辐射抗扰测试，试验电平50 V/m，垂直极化，CW调制，在频率90～95 MHz时出现组合仪表闪屏现象，测试过程中发现，疑似当前雨刮刮臂的摆动至仪表位置附近时仪表出线闪屏现象，见图1，当雨刮离开该位置后，仪表恢复正常，见图2。我们对此问题开展排查。

1.2 骚扰源定位

基于上述问题，从干扰源、被干扰对象、传播路径三方面进行问题分析。敏感件确定为仪表，骚扰源除外界施加的固定场强，也可能一部分由车内电器件工作产生，基于此，特展开排查测试：识别在整车辐射抗扰测试条件下，车辆内部大功率、大电流器件对仪表闪屏的影响程度，逐一排查，测试结果见下表1。

表1 测试结果

经上述排查测试，发现仅单独操作雨刮开启和关闭，仪表闪屏现象不一致：开启雨刮时：辐射抗扰47 V/m以上场强，90 MHz仪表闪屏；关闭雨刮：78 V/m以上场强仪表才出现闪屏，而空调、灯光等器件对仪表无影响。

1.3 传播路径确认

为确认雨刮的工作状态对仪表闪屏问题的影响关系，通过场强耦合和线束耦合测试方法，确认雨刮工作时由空间传导和线束传导干扰的可能性。

1.3.1 场强耦合测试

在仪表端增设场强探头（见图3），施加50 V/m场强，延长抗扰测试的驻留时间至10 s，抗扰频段20 MHz～200 MHz，垂直极化，CW调制，实时监视仪表附近场强，分析场强仪场强值的波动变化，测试结果如表2所示。

图1 疑似刮臂达到仪表正上方，仪表闪屏

图2 疑似刮臂离开仪表正上方，仪表恢复正常

图3 利用场强探头实时监视仪表附近场强

测试发现，在仪表屏的前方，场强值最大达到158.4 V/m，测试过程中，仪表附近场强随雨刮刮臂的摆动在最大值和最小值之间发生周期性变化。根据GB 8702-2014《电磁环境控制限值》标准要求，30～3 000 MHz的公众暴露电场限值的方均根值为12 V/m（任意连续6 min内的场量参数），对于脉冲电磁波，除满足上述要求外，场强的瞬时值不得超过所列限值的32倍。由此计算，在公众环境中，此频段内的瞬时发射场强值可达384 V/m。

为验证仪表闪屏是否与雨刮的摆动位置相关，在前雨刮摆动至仪表正上方位置用铜箔胶带模拟雨刮刮臂，见图4。，前雨刮不工作状态下施加50 V/m场强值，仪表持续闪屏，现象与上述问题一致，去除铜箔，仪表恢复正常。

表2 测试结果

图4 用铜箔胶带模拟雨刮刮臂

1.3.2 线束耦合测试

在雨刮开启和雨刮关闭状态下，分别采集雨刮和仪表信号，确认雨刮是否通过线束干扰到仪表，测试结果：雨刮开启和关闭状态下，仪表输入信号无毛刺、无波动；同时用示波器采集仪表各引脚在无抗扰和施加50 V/m、80 V/m场强下的信号，见图5所示，在施加不同干扰时仪表信号无毛刺、无波动。

图5 仪表在各种场强下的5 V输入信号

由上述测试可得，仪表闪屏的根本原因并非由雨刮工作产生的干扰，而是碳钢材质的雨刮刮臂摆动导致空间场强变化，对空间场强的分布产生了影响，仪表附近的场强发生场强叠加，从而影响仪表的正常工作。

2 整改及验证

2.1 零部件抗扰测试

对被干扰对象仪表进行零部件辐射抗扰及大电流注入测试，以检测零部件抗扰性能是否满足相关要求，使用大功率双锥天线测试仪表X方向正面与背面的辐射抗扰性能。

样件放置在厚为（50±5）mm、相对介电常数εr≤1.4的材料上，面向天线端表面距离接地平板前端边缘（200±10）mm处。

试验线束总长度为1700（-0/+300）mm，水平放置于厚度为（0±5）mm、相对介电常数εr≤1.4的材料上，其中平行于接地边缘部分长度为（1 500±75）mm。试验线束的长边与接地平面的边缘平行放置，面向天线边缘的距离为（100±10）mm，样件与电源端线束弯曲角度为90 °（-0/+45 °）。

天线的相位中心应与线束纵向部分（1 500 mm长度方向的垂直方向）的中心成一条直线，天线相位中心距离线束（1 000±10）mm，天线中心高度（1 000±10）mm，同时天线馈线端口距离地面保持（1 000±10）mm，测试布置如图6所示。

图6 零部件辐射抗扰测试图

零部件辐射抗扰测试距离为1 m，测试频段为80～120 MHz，天线垂直方向，选取三个样品进行测试，结果如表4所示。

表4 辐射抗扰测试结果

图7 接地前后场强值变化

结合上述零部件测试结果及整车测试结果，可判定仪表单件抗扰能力不足是导致整车辐射抗扰测试出现仪表闪屏问题的直接原因。

2.2 整改及验证

通过对仪表的电路进行分析，该仪表易受干扰的扫描控制电路、时序控制与信号处理芯片都在玻璃下方，辐射抗扰低频测试容易造成电磁波从玻璃下方直接影响到扫描控制电路，从而出现闪频或花屏，该仪表平台较老，要解决此问题需要变更产品的硬件设计，整体成本会在50万以上，因此考虑整车整改的可行性。

由于该车前雨刮臂未搭铁（对搭铁阻值＞2 MΩ），通过将雨刮臂接地，对比接地前后场强值变化，见图7，可发现：在90 MHz频点的场强值由128.9 V/m降至61.3 V/m，降低了67.6 V/m，仪表工作正常。

考虑到前雨刮臂未做搭铁处理，雨刮臂长度约75 cm，作为1/4波长天线，其谐振频率刚好在100 MHz。天线在达到谐振频率时，在天线上流动电流会达到最大值，此时天线对外辐射效率最佳。雨刮臂在这个场景下，成为了一个典型天线，接收到外界辐射的电磁波并发生谐振，再以电磁波的形式发射出去。独立的雨刮臂实测结果显示，在90 MHz频点测到400 mA电流，在仪表距离处可以生产50 V/m场强。在实车上，车身内部的场强叠加，会导致在仪表处产生超高场强，使仪表表现异常。

4 结论

在现实环境中也有一些街道和居民区存在大场强覆盖的情况（表1所示），因此整车在满足国标的基本要求下还需要考虑用户的实际使用环境需求，并据此设计合理的整车辐射抗扰性能要求。

当整车测试过程中辐射抗扰低频出现问题后，针对零部件抗扰性能的排查一定要将零部件的辐射抗扰和大电流注入综合考虑，零部件大电流注入测试作为零部件辐射抗扰低频段的替代方法，不能完全表征低频段下的零部件辐射抗扰性能，本案例中仪表闪屏问题采用大电流注入100 mA的测试条件，仪表单件就未能复现相关问题。整车EMC各种问题的解决方案，均是周期、成本与质量综合权衡的结果，结合具体分析结果制定最佳的整改方案，保证整车电磁兼容性能。