整車電磁兼容試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)研究

王建利

（中國(guó)第一汽車股份有限公司 奔騰開發(fā)院，長(zhǎng)春130012）

主題詞：電磁兼容 電動(dòng)車 智能網(wǎng)聯(lián)汽車

1 簡(jiǎn)介

隨著汽車不斷朝著智能化和新能源方向發(fā)展，汽車上的智能網(wǎng)聯(lián)相關(guān)部件/系統(tǒng)、高壓部件、集成控制器等電子設(shè)備越來(lái)越多，這些部件會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，造成整車電磁兼容干擾問(wèn)題多發(fā)且不易解決，直接影響著汽車的安全和舒適性。為了提高整車的EMC 性能，減少電磁干擾問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)，必須加強(qiáng)整車EMC 性能試驗(yàn)驗(yàn)證。本文首先對(duì)國(guó)際和國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行分類和總結(jié)。然后，梳理電動(dòng)車整車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系，詳細(xì)介紹了電動(dòng)車充電狀態(tài)EMC 測(cè)試和低頻磁場(chǎng)EMC 測(cè)試項(xiàng)目。按照智能網(wǎng)聯(lián)功能不同，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)整車EMC測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行分類和描述。最后，對(duì)整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)和展望。

2 傳統(tǒng)整車電磁兼容試驗(yàn)方法

整車EMC 試驗(yàn)按照測(cè)試類別可以分為電磁騷擾和電磁抗擾度2 類[1]。依據(jù)電磁發(fā)射測(cè)試保護(hù)對(duì)象不同，整車電磁騷擾又可分為輻射發(fā)射-保護(hù)車外接收機(jī)[2-3]和輻射發(fā)射-保護(hù)車載接收機(jī)[4]。依據(jù)實(shí)際場(chǎng)景信號(hào)不同，整車電磁抗擾度又可分為輻射抗擾-車外輻射源法[5]、輻射抗擾-車載發(fā)射機(jī)模擬法[6]、輻射抗擾-大電流注入法[7]和整車靜電放電試驗(yàn)[8]4 類測(cè)試項(xiàng)目。

表1 傳統(tǒng)整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求

圖1 電動(dòng)車整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系

3 新能源整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系

相比傳統(tǒng)汽車，新能源汽車的高電壓、大電流、大功率和能量轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜電磁干擾環(huán)境和嚴(yán)峻的電磁干擾問(wèn)題[9]。為了提高新能源汽車EMC性能，降低EMC 干擾風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織和團(tuán)體針對(duì)新能源整車EMC 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量研究和內(nèi)容修訂（表1）。電動(dòng)車整車EMC 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系如圖1 所示，其中整車電磁騷擾共8項(xiàng)，項(xiàng)目整車電磁抗擾度共7 項(xiàng)。相對(duì)于傳統(tǒng)汽車，新能源整車EMC 試驗(yàn)主要增加了充電狀態(tài)相關(guān)測(cè)試項(xiàng)目和低頻磁場(chǎng)類測(cè)試項(xiàng)目。

充電狀態(tài)相關(guān)EMC 測(cè)試項(xiàng)目包括電源端口傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，信號(hào)端口傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，電壓變化、波動(dòng)及閃爍測(cè)試，諧波電流發(fā)射測(cè)試，浪涌抗擾測(cè)試和電快速瞬變脈沖群抗擾測(cè)試。對(duì)于電源端口傳導(dǎo)發(fā)射，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ECE R10 及IEC 61000-6-3 中要求，測(cè)試車輛在充電模式下通過(guò)交流或直流電源線產(chǎn)生的無(wú)線電傳導(dǎo)騷擾的水平，必須保證車輛的無(wú)線電傳導(dǎo)騷擾水平與居住、商業(yè)和輕工業(yè)電磁環(huán)境的兼容性。對(duì)于信號(hào)端口傳導(dǎo)發(fā)射，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-6-3中要求，測(cè)試車輛在充電模式下通過(guò)信號(hào)線產(chǎn)生的無(wú)線電傳導(dǎo)騷擾的水平。對(duì)于電壓變化、波動(dòng)及閃爍測(cè)試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ECE R10、IEC 61000-3-3 及IEC 61000-3-11 測(cè)量配有充電模式的車輛，在交流充電模式下產(chǎn)生的電壓變化、波動(dòng)和閃爍耦合到充電網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)居民和商業(yè)以及工業(yè)環(huán)境用電。對(duì)于浪涌抗擾，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ECE R10 及IEC 61000-4-5 中要求，測(cè)試車輛在充電模式下抵抗浪涌沖擊的性能。對(duì)于電快速瞬變脈沖群抗擾，測(cè)試評(píng)估車輛在充電模式下抵抗電快速瞬變脈沖群干擾的能力[10]。

低頻磁場(chǎng)EMC測(cè)試項(xiàng)目包括電動(dòng)車電磁場(chǎng)發(fā)射，整車人體電磁防護(hù)測(cè)試和低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試。電動(dòng)車電磁場(chǎng)發(fā)射測(cè)試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18387 測(cè)量、評(píng)估整車150 kHz～30 MHz 頻段的電場(chǎng)、磁場(chǎng)輻射發(fā)射性能，避免影響車外其他設(shè)備的正常運(yùn)行。整車人體電磁防護(hù)測(cè)試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37130 和GB 8702 中測(cè)試要求，測(cè)試整車在靜態(tài)、勻速、急加速、急減速和充電狀態(tài)下的低頻電磁場(chǎng)發(fā)射。低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SAE J551-17[11]測(cè)試整車低頻磁場(chǎng)抗干擾能力。

4 智能網(wǎng)聯(lián)整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系

智能網(wǎng)聯(lián)汽車（Intelligent and Connected Vehicle,ICV）是指搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與X（車、路、人、云等）智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能的新一代高級(jí)汽車[12]。目前，智能控制或預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)主要基于毫米波雷達(dá)、智能攝像頭、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和紅外測(cè)距器等智能系統(tǒng)[13]。網(wǎng)聯(lián)功能的實(shí)現(xiàn)主要基于車載互聯(lián)終端T-BOX，車載發(fā)射/接收天線等。智能網(wǎng)聯(lián)汽車不僅要進(jìn)行傳統(tǒng)車/電動(dòng)車的常規(guī)整車EMC 試驗(yàn)項(xiàng)目，還要對(duì)智能功能、網(wǎng)聯(lián)功能和復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行整車EMC測(cè)試驗(yàn)證，以保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車在強(qiáng)電磁干擾下能夠正常運(yùn)行(圖2)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的整車抗擾測(cè)試不僅需要傳統(tǒng)整車EMC抗擾測(cè)試的系統(tǒng)布置，還需要行人/道路/車輛模擬系統(tǒng)、衛(wèi)星信號(hào)模擬系統(tǒng)、雷達(dá)模擬系統(tǒng)等相應(yīng)的具備高抗干擾能力的測(cè)試設(shè)備和場(chǎng)景裝置，以激活相應(yīng)的智能網(wǎng)聯(lián)功能和工況，保證測(cè)試系統(tǒng)的正常運(yùn)行[14]。

圖2 智能網(wǎng)聯(lián)整車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系

智能功能整車EMC抗擾能力測(cè)試包括：自適應(yīng)巡航（ACC）、前碰預(yù)警（FCW）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）、車道偏離預(yù)警（LKA）、盲區(qū)監(jiān)測(cè)BSD、行人保護(hù)系統(tǒng)PPS等智能功能的抗擾測(cè)試[8-9]。智能功能整車EMC 抗擾能力測(cè)試參考GB/T 33012 或ISO 11451 系列標(biāo)準(zhǔn)要求，依據(jù)不同智能功能搭建不同的測(cè)試場(chǎng)景和工況，同時(shí)利用車載總線、麥克風(fēng)、攝像頭、音頻分析儀監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)控聲音信號(hào)、圖像顯示和總線信息[15]。

網(wǎng)聯(lián)功能整車EMC 抗擾能力測(cè)試包括：OTA-車載導(dǎo)航系統(tǒng)、OTA-車載移動(dòng)通信系統(tǒng)、車載緊急呼叫系統(tǒng)（E-call）和OTA-V2X 網(wǎng)聯(lián)功能的抗擾測(cè)試[7]。網(wǎng)聯(lián)功能的整車EMC 抗擾測(cè)試參考GB/T 33012 或ISO 11451 系列標(biāo)準(zhǔn)要求，采用OTA（Over The Air）方式將模擬衛(wèi)星發(fā)射天線與車載天線或通信系統(tǒng)建立穩(wěn)定連接和數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)采用通信綜測(cè)儀、車載總線、麥克風(fēng)、攝像頭、音頻分析儀監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)控通信連接狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、聲音信號(hào)、圖像顯示和總線信息[16]。

復(fù)雜電磁環(huán)境抗擾測(cè)試是利用汽車電磁干擾問(wèn)題多發(fā)地點(diǎn)的實(shí)際電磁環(huán)境信號(hào)對(duì)車輛進(jìn)行抗擾試驗(yàn)，補(bǔ)充現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車抗擾能力驗(yàn)證的不足。復(fù)雜電磁環(huán)境場(chǎng)景信號(hào)包括工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、地鐵站、短波電臺(tái)、機(jī)場(chǎng)、廣播電視塔、發(fā)電站等，通過(guò)對(duì)實(shí)際電磁干擾環(huán)境信號(hào)的采集和合成，然后在EMC實(shí)驗(yàn)室內(nèi)回放和信號(hào)處理，進(jìn)行整車復(fù)雜電磁環(huán)境抗擾測(cè)試，驗(yàn)證智能網(wǎng)聯(lián)功能對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性[17]。

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著電磁環(huán)境中各電磁載體自身的變化，如汽車、人、外界設(shè)備、自然界等，會(huì)產(chǎn)生新的電磁兼容問(wèn)題。為了滿足汽車系統(tǒng)內(nèi)的電磁環(huán)兼容性以及汽車與外界之間的電磁環(huán)境兼容性，汽車EMC試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求會(huì)更全面、嚴(yán)格。

5.1 汽車創(chuàng)新技術(shù)對(duì)整車EMC的影響

新能源汽車技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)相對(duì)與傳統(tǒng)汽車具有相當(dāng)程度的創(chuàng)新性，新能源汽車技術(shù)具有高電壓、大電流、大功率和高能量轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)具有功能多樣性、高速高頻通信、集成控制、無(wú)線傳輸、信息融合的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)給EMC測(cè)試帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。按照電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和EMC 性能開發(fā)設(shè)計(jì)要求，針對(duì)新能源汽車技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)，需要增加相應(yīng)的整車EMC 測(cè)試項(xiàng)目，以驗(yàn)證汽車新技術(shù)的發(fā)展變化對(duì)電磁環(huán)境的兼容性（表2）。

表2 汽車創(chuàng)新技術(shù)新增整車EMC測(cè)試項(xiàng)目表

5.2 整車EMC標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

整車EMC 測(cè)試項(xiàng)目更加全面：傳統(tǒng)汽車6 項(xiàng)常規(guī)測(cè)試，電動(dòng)車增加至15 項(xiàng)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在傳統(tǒng)車/電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，依據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)功能增加相應(yīng)整車EMC抗擾測(cè)試。為了完善整車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和主機(jī)廠還需進(jìn)行大量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的編制、修訂和轉(zhuǎn)化工作。

整車EMC 標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格：GB 34660—2017強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)中增加整車抗擾測(cè)試，明確車輛工作狀態(tài)和結(jié)果評(píng)價(jià)要求。整車強(qiáng)制性檢驗(yàn)保護(hù)車外接收機(jī)測(cè)試項(xiàng)目，GB 34660—2017 比GB 14023—2011 發(fā)射測(cè)試限值要求更低。為了保證汽車電磁兼容性能開發(fā)質(zhì)量，EMC 標(biāo)準(zhǔn)體系從頻段、限值、工況和評(píng)價(jià)全面提高要求，且整車EMC 強(qiáng)制性測(cè)試項(xiàng)目呈增多趨勢(shì)，汽車電磁騷擾測(cè)試限值變低和電磁抗擾度要求更高。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著汽車新技術(shù)的快速發(fā)展，汽車上的高壓部件、高速信號(hào)、高頻信號(hào)、天線、集成電路會(huì)越來(lái)越多，隨之產(chǎn)生的復(fù)雜電磁環(huán)境，給整車EMC的測(cè)試驗(yàn)證帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。未來(lái)整車EMC 發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是測(cè)試項(xiàng)目會(huì)更加全面，標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)容會(huì)更加豐富，標(biāo)準(zhǔn)更新速度呈加快趨勢(shì)；另一方面是測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格，車輛狀態(tài)等要求更加明確，更加注重車輛電磁安全和可靠性，且整車EMC強(qiáng)制性測(cè)試項(xiàng)目呈增多趨勢(shì)。