汽車電磁兼容正向開發概述

王東升， 魏志成， 鮑 宇， 王 沖

（中汽研 （天津）汽車工程研究院有限公司， 天津 300300）

隨著新能源汽車和智能網聯汽車的不斷發展，汽車電氣系統在整車成本的占比不斷上升，車內及車外的電磁環境也更加復雜；同時，汽車EMC法規要求也越來越嚴格，使得傳統的汽車EMC試錯整改方法成本大幅度提高。如何在復雜的汽車電磁環境條件下，以可控的成本研發出一款EMC性能較高的汽車產品，已經成為各個主機廠亟待解決的問題。

1 汽車EMC正向開發的背景

為了滿足車輛不斷提升的智能化、安全性、舒適性的要求，在新的技術出現之前，整車零部件數量越來越多、線束越來越長［1］。同時在新能源汽車上，大電流、高功率負載的應用，都使得車內電磁環境越來越惡劣［2］。另外，汽車運行的外界電磁環境也越來越復雜，例如超/特高壓輸電線路、惡劣雷暴天氣，以及更多的無線電設施設備等，這些都對整車的電磁兼容性提出了更大的挑戰，使電磁兼容成為衡量汽車品質、性能、安全性的一個重要指標。同時，從汽車EMC標準方面來看，中國的汽車EMC法規，從最初的GB 14023，對車外的接收機進行保護，到GB 34660以及正在修訂的GB 27630，加入抗擾性測試內容和人體電磁防護測試內容，對汽車本身、司乘人員都提出了保護要求［3］。另外，隨著新能源、智能化的發展，從傳統燃油車標準到新能源汽車標準，再到智能網聯汽車標準，中國的汽車EMC標準體系越來越完善，標準中對車輛的EMC性能要求也越來越高。

如何合理進行整車EMC設計，減少EMC問題，順利通過汽車EMC標準要求，已經成為汽車電氣系統設計開發不可回避的問題。

2 汽車EMC正向開發現狀

汽車電磁兼容的發展，從圖1所示的汽車電磁兼容的發展階段來看，主要可以分為3個階段，即問題解決階段、標準規范要求階段和系統正向開發設計階段。中國主機廠在電磁兼容方面的發展，從單純的通過公告試驗到建立企標進行摸底和整改，再到設置專業的EMC工程師和獨立的職能部門，完善管理規范和程序文件，進行正向開發和管控，以及近幾年開始越來越關注的EMC仿真，都是在將整車的EMC工作向正向開發推進，以此來減少后期測試整改所需要耗費的人力物力。

圖1 汽車電磁兼容的發展階段

目前，國內多數主機廠還主要處于采用“標準規范法”的階段，即遵循國家公告要求或建立企標，通過整車和零部件的電磁兼容標準來對整車和零部件的EMC性能進行管控和整改，更進一步建立具體零部件的試驗方案和目標，對零部件的EMC試驗進行跟蹤，通過對零部件的試驗結果進行審核和管控，來達到提高整車EMC性能的目的。

當下，只有少部分的主機廠能夠做到“系統設計法”這個階段，即主機廠設置有專門的EMC工程師或者EMC職能部門，根據車型定位來制定合理的整車及零部件的EMC目標，然后根據整車的EMC開發管控流程，對整車各個研發階段的EMC工作進行推進，同時也對整車電氣系統的設計進行EMC管控和檢查，從前期設計階段就對EMC風險進行管理和跟蹤，切實減少整車的EMC問題量。而且目前也有一些主機廠在進行整車EMC仿真方面的實踐和探索，積累了一些經驗和數據。

但是整車的EMC的正向設計開發還存在一些不足，無法對EMC風險的發生概率進行有效評估，EMC風險的說服力相對不高，如果在設計階段出現零部件布置沖突，或者走線空間不夠，抑或一些成本控制——例如不能采用專用線束或者屏蔽線等問題，EMC的建議往往會成為被妥協的那個。

3 EMC正向開發體系主要內容

從汽車EMC正向開發發展趨勢來看，完整的EMC正向開發體系，如表1所示，主要包括8個方面。其中1～3為企業規范、流程類文件，在建立后需要不斷進行積累和完善；4～8是在具體的車型開發中所進行的工作，需要在每款車型的研發中重復執行。

表1 整車EMC開發體系

3.1 建立主機廠EMC企標

一個完整的整車EMC開發體系，首先要有其所依托的標準，即符合自身特點的整車及零部件的EMC企業標準。企標的建立可以參考多方面的內容，包括國際標準、地區標準以及國內標準等；然后再根據主機廠自身的具體情況，進行企標的編制，例如對主機廠已有車型易出問題的測試頻段或運行狀態，在國標的基礎上進行更詳細、更嚴格的要求，來制訂成具體企標。

3.2 建立整車EMC開發流程和零部件EMC管控流程

整車的EMC開發流程和零部件的EMC管控流程的建立，就是將EMC的開發管控流程融入到整車開發流程中去。明確在車型開發的過程中，主機廠各個職能部門或工程師，在各個開發階段需要做哪些工作。同時也需要主機廠設立自己的專業EMC工程師，由EMC工程師在整車研發的各個階段主導或敦促各個職能部門以及對應工程師來完成相應的EMC工作。

3.3 制定整車及零部件EMC設計開發規范

整車及零部件EMC設計開發規范，目的是在整車及零部件開發過程中，用于指導針對EMC方面的設計。目前行業內并沒有一個具體的標準能夠指導我們的整車和零部件的EMC設計。但是根據EMC的基礎理論及問題整改經驗的總結，我們可以對零部件的設計和整車電氣系統的設計提出方向性的指導建議，比如高低壓系統分層布置；強干擾、大電流負載線束與敏感信號線束分開布線；干擾部件與敏感部件通過空間距離或者惰性器件隔離等。通過這些手段，在整車和零部件設計的前期階段，盡可能地符合EMC要求，以此來減少后期EMC問題出現的概率。

3.4 制定具體車型的整車及零部件EMC目標

不同于EMC企標是一個涵蓋主機廠所有車型的較統一性的標準，具體車型的整車和零部件的目標，是充分考慮了產品定位、市場法規、制造成本、技術水平、運行環境等多方面因素，明確制定具體車型及其零部件的EMC目標，需要具體到每一個EMC測試項目所需要的目標等級。這個也就是指導我們需要把項目車型EMC做到一個什么程度的具體指標。

為了使整車能夠更好地達到EMC目標，我們在制定零部件EMC目標時，一般建議其盡可能略高于整車目標。同時還要綜合考慮包括零部件的重要性程度、零部件的開發成本、開發周期等多方面的因素，如果是沿用零部件，也要關注它之前有沒有出現過一些EMC的問題以及處理結果等。當然，零部件的供應商技術水平也是必須要考慮的，它關系到主機廠是不是要嚴格跟蹤或者參與到零部件的設計中去。

3.5 零部件管控

零部件是整車EMC問題的源頭，零部件的EMC管控，首先要進行零部件EMC類型的劃分，零部件重要性等級的劃分，以此來確定零部件EMC目標，然后再對零部件的EMC設計手段進行確認，對零部件的EMC試驗計劃、試驗方案和試驗報告進行審核，以最終得出零部件的EMC風險評估。從零部件前期設計到后期試驗，多角度進行管控，從源頭上減少整車EMC問題。

3.6 整車EMC設計檢查

在整車布置及電氣系統設計初步完成之后，從EMC的角度，對電氣系統進行特性分析和設計檢查，以此來得出整車EMC風險評估報告，然后對較大的風險問題進行評估整改，以降低整車的EMC風險水平。同時風險評估結果也可以作為后期試驗階段EMC問題整改的一個輔助：因為每個主機廠的車型設計是存在延續性的，通過對風險點的跟蹤，可以把暴露出問題的風險點進行著重整改和落實，對一直沒有形成問題的風險點進行簡化跟蹤處理，這樣就可以通過積累，逐步提升后續車型的EMC性能。

3.7 整車EMC仿真分析

作為在整車EMC開發的輔助手段，整車的EMC仿真也越來越得到重視。目前仿真工作主要包括天線方向性仿真、高壓系統的輻射發射仿真、線束耦合仿真、場強分布仿真等。由于EMC仿真發展并不成熟，目前多作為整車開發的輔助手段，定性地對天線的方向性、車內場強分布情況等進行評估，以此來輔助整車的設計。同時，在整車的問題整改階段，也可以通過仿真手段，與整改前的狀態進行仿真結果對比，來對整改結果的有效性進行判斷。

3.8 整車EMC設計驗證

整車EMC開發體系的最后，就是對整車EMC開發的驗證工作。根據經驗，可以把測試驗證分為3步，即第1步整車摸底試驗，第2步問題排查定位及分析整改，第3步整改驗證。同時，我們也建議在標準測試全面的基礎上，更大可能地覆蓋整車應用場景，包括復雜電磁環境、智能網聯環境、自兼容條件等，尤其對一些統計的易出問題的非標條件進行驗證，以此進一步提高整車的電磁兼容性能。

4 汽車EMC正向開發發展趨勢

對汽車電磁兼容來說，開發階段介入得越早，可采取的措施手段越多，所需的成本也越低。隨著主機廠車型開發工作的不斷完善，整車EMC的發展，已經初步形成了前期設計管控與后期整改驗證兩個部分。“正向設計開發”工作包括制定EMC企標，建立整車及零部件EMC開發管控流程，確定整車及零部件EMC目標，進行零部件EMC管控，制定整車及零部件EMC設計規范從而對電氣系統設計進行EMC檢查和風險評估，以及EMC相關的仿真工作；“后期整改驗證”即整車EMC測試和整改。正向設計開發的工作步驟較多，但其主要在于主機廠工程師之間的協作，成本可控；而盡管“性能開發驗證”工作只是測試及整改，工作量看起來很少，但是如果整車在EMC試驗中出現問題，為了達到標準要求，可能就是動輒十幾甚至幾十萬的投入，而且后期的整改措施，量產的可能性也比較低，為了實現措施量產化，我們可能會投入更大的成本。因此，整車EMC正向開發的發展趨勢，即通過不斷成熟的正向設計及管控，形成完整的EMC開發體系，采用合理的設計手段，來盡可能地降低整車EMC風險，減少整車EMC后期問題的整改投入，提升整車EMC性能。