整车EMI辐射发射特性及问题改进

李相荣

整车EMI辐射发射特性及问题改进

李相荣

Li Xiangrong

（北京汽车研究总院有限公司，北京101300）

针对整车主要零部件EMI（Electro-Magnetic Interference，电磁干扰）试验过程中的辐射发射特性，说明EMI发生原理；通过实例分析，提出汽车EMI相关问题的改进措施，明确分析问题的技术手段，为汽车EMC（Electro-Magnetic Compatibility，电磁兼容）试验分析的改进工作提供指导与借鉴。

EMI；EMC；智能化

0　引言

汽车EMI（Electro-Magnetic Interference，电磁干扰）性能是汽车EMC（Electro-Magnetic Compatibility，电磁兼容）性能的关键指标之一，直接影响汽车设计的安全性能。为了确保整车EMI性能，需对各系统零部件的EMI性能进行验证。

随着电动汽车的智能驾驶辅助系统广泛应用，电子电路高度集成化，汽车的电磁环境更加复杂，相互影响难以判断，强化产生辐射电磁波或共模电流，进而产生无益的电磁发射。

本文分析汽车主要零部件的EMI性能，并进行试验验证和结果分析，为汽车前期EMI性能指标设定提供有效支撑[1]。

1　EMC

EMC是电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中按照设计要求正常工作的能力，是电子、电气设备或系统的一种重要技术性能，主要包括以下3个方面。

（1）EMI：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所要求的电磁能量。

（2）EMS（Electro-Magnetic Susceptibility，电磁敏感度）：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰。

（3）电磁环境：系统或设备的工作环境。

目前，国内整车EMI试验标准主要包括GB/T 18387—2017《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》、GB 34660—2017《道路车辆电磁兼容性要求和试验方法》，本文采用GB 34660—2017进行整车EMI性能分析。

2　整车EMI性能试验

GB 34660—2017标准的试验目的主要是测量汽车整车辐射发射量水平，辐射发射水平不超过标准限值为合格，其宽带电磁辐射发射试验方法为：在10 m长暗室内，车辆在转鼓上以40 km/h车速匀速运行，开启汽车大灯、雨刮、双闪、空调系统，在30～1 000 MHz频率范围内测量电磁辐射；主要试验设备见表1。

表1　电磁辐射发射试验测试仪器

按照GB 34660—2017要求，测试宽带下汽车零部件单体辐射发射量以及相互耦合后的辐射发射量，试验零部件包括汽车大灯、雨刮、双闪、空调4部分，这些部件也是国标要求的主要测试部件。

以某款电动汽车为例，进行各项EMI测试。

2.1　ready状态测试

汽车ready状态即车辆已经做好所有准备，并启动成功，此时高压和低压系统都已通电。

在进行此项试验时，试验车辆的所有电器件均关闭，试验布置如图1所示，试验结果如图2所示。

图1　整车试验布置

图2　整车ready状态辐射发射水平

由图2可以看出，电车ready状态下辐射发射水平很低，说明其自身辐射发射控制较好，此项试验数值是后面各项测试的基础。

2.2　只开启空调后测试

进行此项试验时，在ready状态基础上只开启试验车辆的空调，其他测试过程不变，试验结果如图3所示。

图3　整车只开启空调后辐射发射水平

对比图3、图2发现，30～60 MHz频率范围内，空调系统的辐射发射非常明显，并且在300 MHz、450 MHz频率下出现了尖峰。

2.3　只开启大灯后测试

进行此项试验时，在ready状态基础上只开启试验车辆的大灯，其他测试过程不变，试验结果如图4所示。

图4　整车只开启大灯后辐射发射水平

对比图4、图2发现，30～60 MHz频率范围内大灯系统的辐射发射非常明显；对比图4、图3发现，30～60 MHz频率范围内大灯系统与空调系统的辐射发射水平基本相同。

2.4　只开启双闪后测试

进行此项试验时，在ready状态基础上只开启试验车辆的双闪，其他测试过程不变，试验结果如图5所示。

图5　整车只开启双闪后辐射发射水平

对比图5、图2发现，30～60 MHz频率范围内双闪的辐射发射非常明显；对比图5、图4、图3发现，30～60 MHz频率范围内双闪、大灯系统与空调系统的辐射发射水平基本相同。

2.5　只开启雨刮后测试

进行此项试验时，在ready状态基础上只开启试验车辆的雨刮器，其他测试过程不变，试验结果如图6所示。

图6　整车只开启雨刮器后辐射发射水平

对比图6、图2发现，30～60 MHz频率范围内雨刮器的辐射发射非常明显；对比图6、图5、图4、图3发现，雨刮器在47～60 MHz频率范围内比双闪、大灯系统与空调系统的辐射发射水平高，并且在130～250 MHz频率范围内出现很多尖峰。

2.6　同时开启雨刮、大灯、双闪、空调后测试

进行此项试验时，在ready状态基础上同时开启试验车辆的雨刮器、双闪、大灯系统和空调系统，其他测试过程不变，试验结果如图7所示。

图7　整车同时开启空调、大灯、双闪、雨刮器后辐射发射水平

将图7与图3～6进行对比发现，单个零部件的发射特性在共同作用下仍能显现（图7中圆圈内曲线），4个零部件共同工作相互耦合后的空间辐射发射特性包含有各自特征。

通过上述试验过程和数据对比分析，确定关键零部件的发射特性及频点，基于此对于后面试验中出现的数据超出限值问题，可以快速排查，找出根因零部件。

3　实例分析

针对某款车型EMI超标问题进行分析及改进。

3.1　问题描述

按照GB 34660—2017测试要求，同时开启车辆雨刮器、双闪、大灯系统和空调系统，进行整车辐射发射水平测试，结果如图8所示。

图8　问题整车辐射发射水平

由图8可知，34 MHz频率的整车辐射发射水平超出限值很多，60 MHz频率的整车辐射发射水平超出限值一定值。

3.2　原因分析

通过以下步骤对整车EMI超标问题查找原因。

（1）仍然采用上文测试方法，逐一关闭已开启的电器件（雨刮器、双闪、大灯系统和空调系统），经过测试发现未对试验结果产生影响，因此排除以上各电器件EMI超标问题。

（2）结合排查经验，采用手持式频谱仪和进场探头进行探测排查机舱内各电器系统及线路，发现在快充高压继电器检测线处的辐射发射强度较高，在34 MHz频率出现较大尖峰，如图9所示。

图9　排查测试点位

（3）在确定信号产生源的前提下，分析传播路径，对快充高压线束进行辐射发射强度分析，测量发现30 MHz频率下快充高压线束的每个端口均具有较大发射量，根据改进经验及波长和频率关系（波长=波速/频率），30 MHz对应波长为10 m，快充线束长度为2.2 m，接近四分之一波长，理论判断快充线束作为了发射天线。通过以下方法进行验证：在线束外层增加屏蔽层和利用快充口PE（Protective Earthing，保护接地）线接地点进行接地，发现快充高压线束的每个端口的发射量很小，由此判断2.2 m长快充高压线束作为了发射天线，如图10所示。

图10　高压快充接口

3.3　改进方案

3.3.1信号源改进

针对由共模电流产生的快充线辐射发射问题，通过以下方法进行改进。在连接器板子位置就近对壳体增加1 nF滤波电容，大概滤波10 MHz频率，并增加磁环，如图11所示。

图11　快充继电器检测线改进

改进后测试结果如图12所示。

图12　增加滤波电容和磁环后整车辐射发射水平

对比图12、图8发现，34 MHz频率的辐射发射降低了5 dB，但仍未达标，60 MHz频率的辐射发射降低约8 dB。

3.3.2信号源改进+信号传播途径改进

在信号源改进基础上，针对快充线束为非屏蔽线束问题，将其改为屏蔽线束，测试结果如图13所示。

图13　快充继电器检测线改进及快充线束改为屏蔽线束后整车辐射发射水平

对比图13、图12发现，改进后34 MHz频率的辐射发射水平低于限值，但离限值线过近，裕量不足，后期存在一定风险，60 MHz频率的辐射发射水平也有较大降低。

3.3.3更优改进方案

上述两项措施的改进效果并不让人满意，通过论证发现快充继电器粘连检测模块功能单一，可由其他系统模块的功能替代（更新软件底层架构），判断去除此模块并不影响汽车功能及安全，同时考虑到改进时效和成本，最后确定去掉此模块。

综上，最终改进方案为：在连接器板子位置对壳体增加1 nF滤波电容，并将快充线束改为屏蔽线束，同时取消快充继电器粘连检测模块，改进后测试结果如图14所示。

图14　最终改进后整车辐射发射水平

对比图14、图13发现，改进后34 MHz、60 MHz频率的辐射发射水平明显低于限值，并且裕量较大，有效降低了一致性风险，改善效果显著。

4　总结

针对整车EMI测试及超标问题，可通过以下思路解决问题：

（1）首先排查试验过程中开启的电器件，采用排除法逐一确认，这是初步基础工作；

（2）其次查找信号源的产生点位，这个过程需要花费较多时间，经验判断在其中发挥很大作用；

（3）之后查找信号源的传播途径；

（4）最后针对信号源和传播途径制定相应的改进方案，并进行验证和确认。

通过以上梳理，为同行提供了解决EMI超标问题的流程和经验，具有一定实际应用价值。

[1]郑奇. EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M]. 北京：电子工业出版社, 2010.

2022-11-08

1002-4581（2023）02-0030-05

U463.68

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.02.008