2.8.3 车辆电磁兼容标准与试验规范
1.相关标准
汽车电磁兼容标准分为国际标准、地区标准、国家性标准和企业标准。国际标准组织主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电工委员会无线电干扰特别委员会(CISPR),这些机构制定的基础标准主要规定一些测试方法及提供测试参数等。地区标准主要是欧洲ECE法规和EEC指令,要求略低于汽车厂商的企业标准要求。国家性标准协会有美国国家标准学会(ANSI),美国联邦通信委员会(FCC),美国汽车工程师学会(SAE),德国电气工程师协会(VDE),英国标准协会(BSI),日本电磁干扰控制委员会(VCCI),中国国家标准化管理委员会,以上标准制定机构的作用是与国际标准协调,制定各个国家自己的标准,给出国家对汽车行业的基本要求。
车辆电磁兼容领域引用比较多的是ISO、CISPR、SAE制定的标准,见表2-47。
表2-47 车辆电磁兼容领域引用标准(ISO、CISPR、SAE制定)
(续)
日本车辆电磁兼容领域标准见表2-48。
表2-48 日本车辆电磁兼容领域标准(日本标准)
另外,许多国内外车企也制定了自己的电磁兼容企业标准,从严格程度上来说,企业标准往往高于国家标准和国际标准的要求。国际上大型汽车主机厂都有自己的电磁兼容企业标准,如福特公司、通用公司、大众公司、宝马公司等。国内汽车主机厂也有自己的企业标准,如北汽新能源、长城汽车、比亚迪汽车、吉利汽车、奇瑞汽车等。
国内的电磁兼容标准以国家标准为主,常用的标准有GB/T 18655—2018《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法》,GB/T 34660—2017《道路车辆 电磁兼容性要求和试验方法》,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/T 17619—1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》,GB/T 21437.1—2008《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第1部分:定义和一般描述》,GB/T 21437.2—2008《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第2部分:沿电源线的电瞬态传导》,GB/T 21437.3—2012《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第3部分:除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射》,GB/T 19951—2019《道路车辆 电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法》。
2.汽车电磁兼容性的试验目的
随着电子技术的不断发展,汽车上装配的高新技术电子产品越来越多,各种电子电气设备的费用已占汽车总成本的18.7%~40%,而且该比例还在不断增加。这些电子电气设备在提高汽车安全性、高效性和舒适性的同时,产生的电磁干扰也已成为除排放、噪声之后汽车的第三大污染,汽车的电磁兼容性问题成为汽车工业急需解决的关键问题之一。
汽车作为一个大系统,内部的各种设备必然会受到车体结构及安装环境的影响,设备在工作时也会对汽车上其他的设备及外界设备产生电磁干扰,同时设备本身也处在其他电气设备及外界电磁环境产生的电磁干扰之中。因此,可以将汽车的电磁干扰问题分为车内电磁干扰、车体静电干扰及车外电磁干扰三种。
在如此复杂的电磁环境中,研究汽车中存在或潜在的各种电磁干扰源,对指导汽车的电磁兼容性设计有着非常重要的意义。对于汽车消费者而言,良好的汽车电磁兼容性可保障车内电子电气设备能正常工作;对于汽车制造商而言,进行产品的电磁兼容前期设计,是缩短生产周期与降低成本的重要保证,也是汽车上市及抢占市场的一个主要因素。
3.汽车电磁兼容性的试验内容分类
电磁兼容性试验分为整车测试和零部件测试,按测试内容可以分为电磁干扰测试(EMI)和电磁抗扰测试(EMS)两大类。电磁干扰测试是测量整车及零部件向外发射的电磁干扰。根据电磁干扰信号的传播路径,电磁干扰测试又主要分为传导干扰测试和辐射干扰测试两类。电磁抗扰测试是测量整车及零部件抵抗外界电磁干扰的能力。
零部件测试不在此展开详细介绍,下面主要介绍整车测试,整车测试标准内容主要分为4类:
(1)车辆与外部设备设施 防止车辆影响车外的接收机,相关标准为GB/T 18387—2017、GB 34660—2017;防止车辆被外界的电磁信号干扰,相关标准为ISO 11451-2。
环天线测试布置图如图2-68所示,棒天线测试布置图如图2-69所示,整车辐射发射测试布置图如图2-70所示,整车辐射抗扰测试布置图如图2-71所示。
图2-68 环天线测试布置图
图2-69 棒天线测试布置图
图2-70 整车辐射发射测试布置图
图2-71 整车辐射抗扰测试布置图
(2)车辆内部设备系统 防止车辆电子电气设备影响车内无线设备的使用,相关标准为GB/T 18655—2018;防止车内无线设备影响车辆电子设备的正常使用,相关标准为ISO 11451-3。
零部件辐射发射测试布置图如图2-72所示,车载发射机抗扰测试布置图如图2-73所示。
(3)车辆与人体 人体静电放电对车辆的影响,相关标准为GB/T 19951—2019;车辆对人体的影响,相关标准为IEC 62764-1。
整车静电放电抗扰度测试布置图如图2-74所示,车辆电磁场人体防护测试布置图如图2-75所示。
(4)车辆与公共电网 防止电动车辆充电过程中影响公共电网的用电设备,防止公共电网中的用电设备、雷电影响车辆的充电,相关标准为ECE R10;防止高压线干扰,相关标准为SAE J551-17。
充电状态下整车电磁传导发射测试布置图如图2-76所示。
4.测试仪器设备
进行系统的电磁兼容研究时,应有如下测试场地和设备:
(1)测试场地 包括开阔场、电波暗室、TEM(横电磁波)小室、混响室等。
(2)测试设备 包括EMC接收机、频谱分析仪、示波器、耦合器、各种探头等。
(3)辅助测试设备 包括天线、信号发生器、衰减器、放大器、CDN(内容分发网络)系统、测量软件等。
图2-72 零部件辐射发射测试布置图(对数周期天线)
1—被测件(如果在试验计划中需要则近端接地)2—试验线束 3—模拟负载(按要求放置及接地)4—电源(位置可选)5—人工网络(AN)6—参考接地平面(搭接到屏蔽室)7—低相对介电常数材料支撑 8—对数周期天线 9—优质同轴电缆(50Ω),如双层屏蔽10—壁板连接器 11—测量设备 12—射频吸波材料 13—模拟及监测系统 14—光纤馈通 15—光纤
图2-73 车载发射机抗扰测试布置图
图2-74 整车静电放电抗扰度测试布置图
图2-75 车辆电磁场人体防护测试布置图
图2-76 整车电磁传导发射测试布置图(充电状态)