汽車散熱器風(fēng)扇EMC 優(yōu)化分析

宋士鵬， 楊河清， 朱 劍， 陳海云

（南京汽車集團(tuán)有限公司汽車工程研究院， 江蘇 南京 211006）

1 引言

電磁兼容，Electromagnetic Compatibility ，簡(jiǎn)稱EMC，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并且不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生難以容忍的電磁輻射騷擾的能力。EMC包括兩個(gè)方面的內(nèi)容（EMI和EMS）：第一個(gè)方面是指設(shè)備或系統(tǒng)在正常工作過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生電磁輻射騷擾不能超過一定的限值，即EMI；第二個(gè)方面是指設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁輻射具有一定抗擾度，即EMS。近些年，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化發(fā)展突飛猛進(jìn)，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化發(fā)展主要體現(xiàn)在汽車電子電器零部件上面，汽車電子電器零部件的功能也越來越多，越來越復(fù)雜，汽車電子電器的智能化、網(wǎng)聯(lián)化，人機(jī)交互系統(tǒng)的使用，這些都使得汽車電磁兼容變得越加復(fù)雜，汽車電磁兼容的發(fā)射不能影響周邊設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作以及周圍設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)汽車本身沒有影響。汽車電磁兼容如果不過關(guān)，有的會(huì)引起汽車電子電器零件功能異常，嚴(yán)重的會(huì)影響汽車安全性。電磁兼容性能影響整車電器功能，由于電子電器種類多，線束走向復(fù)雜，電子電器智能化，電子電器網(wǎng)聯(lián)化，整車EMC問題越來越復(fù)雜。汽車EMC問題是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)問題，同時(shí)也是一個(gè)法規(guī)項(xiàng)目，必須要研究通過。

本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，列舉了某主機(jī)廠某車型在進(jìn)行GB34660整車EMC測(cè)試中，輻射發(fā)射寬帶超標(biāo)，對(duì)超標(biāo)源進(jìn)行定位，進(jìn)行優(yōu)化分析，最終使車輛滿足EMC法規(guī)要求，對(duì)電機(jī)類零件EMC超標(biāo)源進(jìn)行了分析和總結(jié)。

2 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)分為整車標(biāo)準(zhǔn)和零部件標(biāo)準(zhǔn)，法規(guī)對(duì)各種設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性都有強(qiáng)制性要求或者推薦性要求。汽車電子電器設(shè)備或系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)頒布了3種強(qiáng)制性整車EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如GB34660—2017、GB14023—2011、GB/T18387—2017，現(xiàn)在測(cè)試傳統(tǒng)燃油車使用GB34660—2017標(biāo)準(zhǔn)，新能源車加上GB/T18387—2017標(biāo)準(zhǔn)，之前傳統(tǒng)燃油車使用GB14023—2011標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，新能源車加上GB/T18387—2017標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)在2017年11月1日發(fā)布，2018年1月1日實(shí)施，新車型，自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日之后2年后開始實(shí)施，在產(chǎn)車型，自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日之后3年后開始實(shí)施。GB34660—2017標(biāo)準(zhǔn)在之前標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增加了抗擾度測(cè)試，寬帶測(cè)試時(shí)，所有用電器都要打開，要求相比老標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)厲，GB34660—2017寬帶限值和GB14023—2100準(zhǔn)峰值、型式批準(zhǔn)試驗(yàn)的單個(gè)樣品限值一致，窄帶限值GB 34660—2017比GB14023—2011要低。

國(guó)內(nèi)已經(jīng)頒布了多種零部件EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T18655—2018、GB/T21437—2008、GB/T33014—2016、GB/T19951—2019， GB/T18655—2108標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)零部件的輻射發(fā)射、電壓法、電流法進(jìn)行限制，GB/T21437-2008標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)零部件瞬態(tài)傳導(dǎo)和耦合進(jìn)行限制，GB/T33014-2016標(biāo)準(zhǔn)講述了零部件抗擾度，GB/T19951-2019標(biāo)準(zhǔn)講述了零部件的靜電放電試驗(yàn)方法。

各個(gè)企業(yè)還有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)整車和零部件EMC標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)厲點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是最基本的要求，傳統(tǒng)燃油車輛必須通過GB 34660—2017測(cè)試，新能源車輛必須通過GB 34660—2017和GB/T18387—2017測(cè)試，否則不能滿足中國(guó)法規(guī)要求。出口國(guó)外，車輛必須通過ECE R10.05 測(cè)試。

3 整車輻射發(fā)射測(cè)試方法

3.1 整車輻射發(fā)射測(cè)試項(xiàng)目

1） 整車寬帶輻射發(fā)射

車輛工況：發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，打開所有車輛電器（如雨刮電機(jī)和空調(diào)冷凝風(fēng)扇等），開關(guān)打到最大負(fù)荷下（如空調(diào)吹風(fēng)打到最大擋，雨刮電機(jī)打到最快擋），短時(shí)工作電器除外 （如玻璃升降器電機(jī)和喇叭）。汽車寬帶發(fā)射測(cè)試（發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，所有用電器打開） 過程中，車輛狀態(tài)為：車輛驅(qū)動(dòng)軸置于非導(dǎo)電軸架上。打開車輛示寬燈、近光燈、危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)燈及前后霧燈；打開車載收音機(jī) （頻段FM 101.7MHz）；打開前風(fēng)窗玻璃刮水器（Hi擋）；打開暖風(fēng)電機(jī)（擋位：MAX）；打開空調(diào)；車輛電動(dòng)車窗處于中間位置；系上安全帶；中控門鎖閉鎖。整車寬帶輻射發(fā)射測(cè)試總體原則：將頻率范圍分成14個(gè)特征頻段，測(cè)量每個(gè)頻率范圍的最大值，并記錄作為該頻段的特征值，主要看PK值和QP值。

2） 整車窄帶輻射發(fā)射

車輛工況：點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋，發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行；車輛靜止，所有電氣電子系統(tǒng)處于通電狀態(tài)；開啟所有內(nèi)部振蕩器＞9kHz或具有重復(fù)型號(hào)的長(zhǎng)時(shí)工作設(shè)備。汽車窄帶輻射測(cè)試 （發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，所有用電器打開） 過程中，車輛狀態(tài)為：車輛上電，點(diǎn)火開關(guān)置于ON擋；變速器擋位P擋；打開車輛示寬燈、近光燈、危險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)燈及前后霧燈；打開車載收音機(jī) （頻段FM 101.7MHz）；打開前風(fēng)窗玻璃刮水器（Hi擋）；打開暖風(fēng)電機(jī) （擋位：MAX）；車輛電動(dòng)車窗處于中間位置；系上安全帶；中控門鎖閉鎖。整車窄帶測(cè)試主要看AV值。

3.2 整車輻射發(fā)射項(xiàng)目測(cè)試布置

整車停放在暗室中，天線距離車輛10m，高度為3m，對(duì)車輛左右兩側(cè)水平垂直進(jìn)行測(cè)試，整車測(cè)試布置見圖1。

圖1 整車輻射發(fā)射項(xiàng)目測(cè)試布置

4 超標(biāo)源定位

整車由許多電子電器零部件組成，并非每個(gè)電子電器零件都是整車EMC測(cè)試超標(biāo)源。需要從整車所有電子電器零部件中確定出超標(biāo)源零部件。排除法在整車EMC測(cè)試中是用得最多最方便的方法，可以直接定位到超標(biāo)源，快速排查問題以及整改問題。排除法的應(yīng)用，首先對(duì)車輛運(yùn)行工況進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序：ACC擋、ON擋、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速擋、帶速度跑擋。車輛在運(yùn)行過程中，通過變換車輛運(yùn)行工況來確認(rèn)問題，由帶速度跑擋變換到怠速擋，由怠速擋變換到ON擋，ON擋變換到ACC擋，來測(cè)試超標(biāo)源在哪個(gè)工況出現(xiàn)，進(jìn)一步縮小超標(biāo)源。然后通過開關(guān)電器零部件以及插拔電器零部件和熔斷絲盒里面熔斷絲，精準(zhǔn)定位超標(biāo)源等手段來進(jìn)一步排查最終超標(biāo)源。

本文中散熱器風(fēng)扇在車輛ACC擋、ON擋進(jìn)行測(cè)試未超標(biāo)，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速寬帶測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，ON擋測(cè)試未超標(biāo)。通過分析及經(jīng)驗(yàn)觀察，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和ON擋對(duì)比工作零部件差異，首先鎖定散熱器風(fēng)扇，散熱器風(fēng)扇是給發(fā)動(dòng)機(jī)散熱用的，ON擋工況發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，散熱器風(fēng)扇也不工作，通過拔掉散熱器風(fēng)扇插接件，超標(biāo)點(diǎn)下去，整車測(cè)試通過，再次插上散熱器風(fēng)扇插接件，超標(biāo)點(diǎn)上去，確定散熱器風(fēng)扇為此次整車EMC測(cè)試超標(biāo)源。

整車停放在暗室里面，整車打到怠速擋狀態(tài)，打開所有用電器，空調(diào)打到AC擋，進(jìn)行寬帶輻射發(fā)射測(cè)試。圖2為寬帶左側(cè)水平測(cè)試圖，圖3為寬帶左側(cè)垂直測(cè)試圖。從圖中可以看出，左側(cè)水平未超標(biāo)，左側(cè)垂直在30～60M超標(biāo)，最高點(diǎn)超標(biāo)5dB。圖4為拔掉散熱器風(fēng)扇測(cè)試圖，從圖4中可以看出，拔掉散熱器風(fēng)扇左側(cè)垂直測(cè)試未超標(biāo)，得到散熱器風(fēng)扇為超標(biāo)源。

圖2 寬帶左側(cè)水平測(cè)試

圖3 寬帶左側(cè)垂直測(cè)試

圖4 寬帶左側(cè)垂直拔掉散熱器風(fēng)扇測(cè)試

5 散熱器風(fēng)扇優(yōu)化分析

5.1 超標(biāo)原因分析

有刷電機(jī)類產(chǎn)品，換向器與電刷不可避免地產(chǎn)生干擾信號(hào)，并疊加到電流上，產(chǎn)生輻射發(fā)射，差摸電流由于電流幅值相同方向相反，產(chǎn)生的幅值相同方向相同，是主要的輻射發(fā)射源。

5.2 散熱器風(fēng)扇優(yōu)化分析

散熱器風(fēng)扇優(yōu)化前，由普通刷架板、無電容、電感組成，見圖5。優(yōu)化之后散熱器風(fēng)扇為抗干擾刷架板、增加2個(gè)電感和3個(gè)電容組成，見圖6。優(yōu)化之后散熱器風(fēng)扇在整車寬帶左側(cè)垂直測(cè)試見圖7，測(cè)試結(jié)果合格。

6 結(jié)論

本文對(duì)整車EMC輻射發(fā)射整車方法進(jìn)行講述，然后對(duì)實(shí)際整車EMC中出現(xiàn)的問題進(jìn)行鎖定定位，通過對(duì)超標(biāo)源進(jìn)行原因分析并進(jìn)行優(yōu)化分析，然后再次進(jìn)行EMC測(cè)試，寬帶左側(cè)垂直測(cè)試合格，整車滿足法規(guī)要求。

圖5 優(yōu)化前風(fēng)機(jī)

圖6 優(yōu)化后風(fēng)機(jī)

圖7 整改后寬帶左側(cè)垂直測(cè)試圖