30MHz以下電動車輛電磁兼容測試方法研究

黃雪梅，雷劍梅，陳立東，賴志達

（汽車噪聲振動和安全技術國家重點實驗室，重慶 400039）

引言

關于電動汽車電磁兼容的研究，國內外均處于起步階段。從可查到的資料表明，國外開展對電動汽車電磁兼容性的研究大致從上世紀90年代開始，主要針對驅動系統、CAN 總線的電磁兼容問題。國內的科研單位和高校對電動汽車的電磁兼容問題同樣重點研究了驅動系統和CAN 總線。與國外相比，國內的研究在深度和方法上尚存在較大差距。但總體來看無論國內國外，離解決電動汽車電磁兼容實質性的問題還有很大的距離。目前的研究中存在的主要問題有：①研究內容大部分集中在零部件，極少部分為子系統；②僅局限于傳導電磁干擾的研究，頻率不超過30MHz；③仿真方法單一；④對驗證仿真模型的實驗方法的研究開展得較少。

目前電動汽車整車層面的電磁兼容標準已出臺，GB/T 18387-2008[1]和GB 14023-2010[2]，前者專門針對電動車輛，后者適用于一切車輛。GB/T 18387-2008 等同于美國汽車工業(yè)協會標準SAE J551-5:2004[3]，雖為推薦標準，但目前作為強制標準在執(zhí)行，但是執(zhí)行過程中發(fā)現該標準存在諸多實用性和操作性不強的地方，美國汽車工業(yè)協會與2012年5月推出SAE J551-5:2012[4]，文章率先研究該標準，深度剖析，并與SAE J551-5:2004 對比在此基礎上，針對GB/T 18387-2008 提出若干修訂建議，以提高其實用性和可操作性。

1 GB/T 18387-2008 的執(zhí)行研究

自2008年9月開始實施GB/T 18387-2008 以來，關于電動車這個測試項目在行業(yè)內引起了強烈反響，為此全國無線電干擾標準化技術委員會D 分會組織討論了多次，關于該標準在執(zhí)行過程中的諸多問題，本文結合多次測量經驗總結該標準的執(zhí)行情況。

1.1 天線位置

標準中只規(guī)定了天線距離，沒有明確天線處于車身的具體位置，輻射發(fā)射測試過程中基本是根據車輛主要輻射源所處位置和測試經驗布置天線，對于車輛較長的，標準中沒有規(guī)定其測試點；另外，環(huán)天線的Z 方向極化，缺乏標準的測試夾具及規(guī)范，各機構的測試布置不統一，測試意義并不大。

1.2 恒定車速

如果測試采用絕緣的千斤頂進行，測量過程中存在車速沒法恒定的問題，在這種條件下，需要研究允許的車速波動范圍，以便于實際操作。隨著實驗室條件的逐步完善，優(yōu)先采用測功機進行測量。

1.3 最大發(fā)射面的選擇

在GB/T 18387-2008 中，預測時（恒定車速40km/h），車輛的最大發(fā)射面是根據車輛4 個側面預測試的最高電平確定的，但是該電平是基于絕對值進行判定還是基于測試電平與限值的相對值進行判定，標準中并沒有明確。

1.4 車輛運行條件

車輛終測運行在恒速（16km/h 和64km/h），很難找到最大騷擾發(fā)射，需要尋找?guī)в械湫鸵饬x的最大發(fā)射車輛運行條件。

1.5 混合動力車的測試工況

對于GB/T 18387-2008，由于部分混合動力車在電機獨立驅動時，由于輸出功率有限，達不到標準中規(guī)定的一個或幾個車速，標準中并未規(guī)定在此種情況下如何測試；目前有許多投入市場的混合動力車輛，電機只是在啟動和加減速時暫態(tài)工作，在勻速過程中電動機很可能在非工作狀態(tài)。這時整車輻射不在最大發(fā)射狀態(tài)，測試實際意義不大。對于這種型式的車輛測試，目前標準還沒有具體的規(guī)定。需要進一步研究其有意義的測試工況（例如動力接通、加速過程、減速過程以及臨界車速等），開展此項目的研究工作，對標準進行細化，盡可能使電動汽車工作在最大輻射狀態(tài)進行測試。

1.6 加載測試

空載測試可能會降低輻射發(fā)射電平，另外電動汽車在加載狀態(tài)下會使車輛的工作電流和功率加大，勢必影響電動汽車的輻射發(fā)射水平，因此需要開展電動汽車在加載狀態(tài)下的電磁輻射發(fā)射研究。

2 SAE J551-5:2012 研究與修訂建議

2.1 限值

2.1.1 輻射發(fā)射限值

SAE J551-5:2012 取消了9kHz 到150kHz 輻射發(fā)射的測量要求，增加了電場平均值測量。對GB/T18387-2008和SAE J551-5:2012 限值進行計算和比較，峰值檢波電場和磁場輻射發(fā)射強度對比見表1 和表2，推薦的電場發(fā)射和磁場發(fā)射的限值曲線如圖1 和圖2，其中圖1 中的紅色曲線代表電場平均值限值。

2.1.2 傳導發(fā)射限值

如果車載充電器的開關頻率應在9kHz 以上，車輛在充電狀態(tài)下必須滿足FCC Part15A 和15B[5]的限值要求。

表1 峰值電場發(fā)射限值

表2 峰值磁場發(fā)射限值

圖1 電場發(fā)射限值曲線

圖2 磁場發(fā)射限值曲線

2.2 輻射發(fā)射

2.2.1 天線布置

1）電場天線位置要求

棒天線置于地面上，距車輛的最近部分為3m±0.03m，在車輛的前后左右四個位置進行測試，如圖3 所示。①車輛的前面和后面，沿著車輛中心線；②車輛的左右側，沿著前后輪之間的中心線。

2）磁場天線位置要求

環(huán)天線中心置于地面以上1m±0.05m，距車輛的最近部分為3m±0.03m。

天線支座應能從兩個極化方向支撐屏蔽環(huán)，即法向和切向：①法向：獲得水平指向車輛的最大磁響應時的環(huán)方向；②切向：垂直于法向的環(huán)方向，如圖4 所示。

2.2.2 試驗條件

1）測功機要求

取消采用絕緣支撐來測試電動車輛，測試場地必須有測功機，測功機應能實現所有驅動輪等速運行，還能提供連續(xù)道路負載扭矩，速度至少高達95km/h。測功機的鼓必須是金屬的，其支撐結構必須與暗室實現有效接地連接。

圖3 電場天線位置

圖4 磁場天線位置

2）接收機

測量儀器應滿足GB/T 6113.101[6]的要求，測量儀器的本底噪聲應滿足6dB 要求，掃描接收機的帶寬、步長和駐留時間設置如表3 所示。

3）天線

天線應滿足GB/T 6113.104[7]的要求，下列天線用于本實驗：電場天線——帶有天線匹配單元的1m 垂直單極子；磁場天線——60cm 靜電屏蔽環(huán)天線。

2.2.3 最大發(fā)射工況確定過程以及終測過程

SAEJ551-5:2012 與GB/T18387-2008 最大的改進在于輻射發(fā)射測試方法和測試過程的改變，GB/T18387-2008是以40km/h 的恒速進行預掃描，尋找最大電場發(fā)射面和磁場發(fā)射面，最后在各自的最大發(fā)射面上以16km/h 和64km/h 的恒速進行終測，判斷此時的測試結果是否超過滿足標準限值要求。

結合SAEJ551-5:2012，推薦首先尋找最大發(fā)射對應的測試條件，然后在對應的測試條件下采用測試組合完成終測。固定測試位置，尋找最大發(fā)射對應的測試工況。車輛的發(fā)射水平以車輛運行條件為基礎，每種運行條件下的默認參數值見表4，通常把車輛運行條件分為3 類：制動、爬坡和巡航。

對于每種運行條件，將天線置于駕駛員側，進行如下推薦的最大化測試過程：

①利用表3 中的默認值進行電場峰值掃描；

表3 接收機參數設置

表4 最大發(fā)射參量

②從測試結果，找出測試值最接近限值的發(fā)射點對應的頻率點；

③在步驟②得到的頻率點上，在表5 的變量范圍內改變參數，如果觀察到有意義的可重復的發(fā)射增長（>2dB），則用產生這個最大發(fā)射對應的參量值代替默認值，并將新的參量值作為運行條件并應用到對應的運行條件、場分量（電場或磁場）和檢波器的組合中。

④對另外三種場分量（電場或磁場）和檢波器的組合，重復步驟①、②、③。

記錄每一種運行條件、場分量和檢波器組合下對應的參量值，車輛應在每一個最大車輛運行條件下，四個天線位置分別進行終測，最后判斷測試結果是否滿足標準限值要求，場分量和檢波器的四種組合見表5。

2.3 傳導發(fā)射

傳導發(fā)射測試必須在屏蔽室進行，為了隔離影響測試結果的環(huán)境射頻發(fā)射；LISN 與車輛的連接線纜以及布置如圖5 所示；LISN 直接固定在車輛下方的反射地板，或者用接地帶連接，接地帶盡量短，最大長寬比是7；使用多個LISN 的時候，每個50 歐姆端子必須連接檢測儀器或50 歐姆負載。

車載充電器應在最大充電速率的80%和最小充電速率下進行，如果車倆設計有多個充電電源電壓，在每個電壓上均應對導線進行發(fā)射車輛，在規(guī)定的測試頻率范圍，進行掃頻測試，同時記錄數據。

表5 場分量和檢波器組合

圖5 傳導發(fā)射布置圖

如果充電數字控制電路或開關電路使用頻率超出1.705MHz 時，應再進行充電系統的輻射發(fā)射測試，依據文獻[8]進行測試，使用平均值檢波器，頻率范圍為30MHz～1000MHz。

3 總結

對30MHz 以下電動車輛的輻射發(fā)射及其子充電狀態(tài)下的傳導發(fā)射試驗方法進行了深入研究，總結了GB/T 18387-2008 在執(zhí)行過程中不具操作性的各種方面，結合SAE J551/5-2012，提出針對GB/T 18387-2008 的修訂建議，包括電動車輛輻射發(fā)射的天線位置、限值、測試條件、測試過程、測試組合以及電動車輛在充電狀態(tài)下的傳導發(fā)射限值、運行條件、測試頻段等，從而提高30MHz 以下電動車輛電磁兼容測試標準的實用性和可操作性。

[1]GB/T 18387-2008, 電動車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法寬帶9kHz ～30MHz [S].

[2]GB 14023-2011, 車輛、船和內燃機無線電騷擾特性 用于保護車外接收機的限值和測量方法[S].

[3]SAE J551/5-2004, Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, Broadband, 9 kHz To 30 MHz[S].

[4]SAE J551/5-2012, Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, Broadband, 150kHz To 30 MHz [S].

[5]FCC，Part15A and Part15B Radio frequency devices General and Unintentional radiators

[6]GB/T 6113.101-2008,無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范第1-1 部分:無線電騷擾和抗擾度測量設備 測量設備[S].

[7]GB/T 6113.104-2008,無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范第1-4 部分:無線電騷擾和抗擾度測量設備 輔助設備 輻射騷擾[S].

[8]CISPR 12:2007+A1:2009, Vehicles, boats and internal combustion engines – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement for the protection of off-board receivers[S].