浅析运行状态在电动汽车电磁发射测量中的影响

浅析车辆运行条件在电动汽车辐射发射测试中的影响上海三基电子工业有限公司张君内燃机汽车经过一百多年的发展和壮大，逐步实现机电一体化，并且应用了大量现代高科技技术，总体性能已经达到相当水平。当人们的生活已经完全建立在汽车轮子上的时候，我们发现内燃机汽车却正在面临着很严峻的问题。当今全世界数以亿计的车辆消耗着大量石油资源，再加上大量的化工工业、冶金工业和机械工业等对石油的依赖，石油将很快在几十年内枯竭；内燃机汽车燃烧燃料进行驱动的同时，也向外排放着大量的废气，其中不乏致命的化学物质和可吸入颗粒物，对环境造成的污染正受到全世界的普遍关注。于是使用新型燃料驱动的新能源汽车应运而生，并且正在以较快的速度发展。其中包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车和其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等。这些新能源车辆的研制的目的是逐步取代传统的内燃机汽车，从能源可持续性和环保的角度来改善目前的状况。正是新能源汽车在工作原理上与内燃机汽车有着巨大差别，我们发现越来越多的电子部件在车辆上使用，例如驱动车轮的电机、电源转换DC/DC变换器和各种控制器等。新能源汽车对驱动电机的调速和功率控制，使得车辆的电磁环境变得更为复杂。因此新能源汽车的电磁兼容试验就显得更加重要。但是，目前国内现行的汽车电磁兼容测试标准主要针对的还是目前数量占绝大多数的内燃机汽车，对新能源汽车的试验方法普遍定义较为模糊，试验方法的选择上仍有不确定因素。在现行的整车辐射发射的国家标准中，对试验时电动汽车的运行条件规定主要涉及三种形式：1）车辆固定在非导电车轴架上，驱动轮悬空运行（见图1）；2)车辆在空载的底盘测功机上运行（见图2）；3)车辆在按水平道路给车辆加载的底盘测功机上运行。于是针对这三种情况，我们选择了市场上两款电动汽车进行了研究，探讨电动汽车的运行条件对整车辐射骚扰测量结果的影响。图1车辆固定在非导电车轴架上，驱动轮悬空运行图2车辆固定在底盘测功机上运行根据GB14023-2006《车辆、船和由内燃机驱动的装置无线电骚扰特性限值和测量方法》中5.3.2，规定了试验时电动车辆在空载的底盘测功机或非导电车轴架上恒速运行。我们对这两种工作状态进行了比较。首先我们使用牵引带将车辆固定在暗室内的底盘测功机（汽车电磁兼容测试专用转鼓）上，驱动轮带动转鼓共同运转，底盘测功机不加载，在40km/h的车速下测量车辆的辐射骚扰（天线正对车辆左侧，垂直极化，测量距离10m，以下皆同）。然后，不使用底盘测功机，将车辆的驱动轮用木块垫高至离开地面，能自由旋转，以同样的车速运行，测量其辐射骚扰。测得的扫描曲线和频点终测值表见图3、图4和表1。我们不难发现，在车辆发出的主要辐射骚扰频率范围内（30～200MHz），当车辆固定在底盘测功机上测得的辐射骚扰电平要明显高于驱动轮架空的情况。LevelindBμV/图3被测车辆在非导电车轴架上以40km/h恒速运行时的辐射骚扰扫描曲线LevelindBμV/图4被测车辆在空载的底盘测功机上以40km/h恒速运行时的辐射骚扰扫描曲线表1车辆在非导电车轴架和空载的底盘测功机上分别测得的辐射骚扰电平（QP检波）频率/MHz非导电车轴架上运行空载的底盘测功机上运行32.026.832.540.03.915.655.02.67.470.0-0.18.090.0-0.79.1115.0-0.70.7150.0-0.30.2200.00.00.8270.01.21.2LevelindBμV/mLevelindBμV/m350.03.33.4460.06.46.4600.08.68.7750.010.510.5900.013.313.2根据GB18387-2008《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法宽带9kHz～30MHz》中5.5.2，规定了“车辆在不带负载的测功机或以定速在轮轴支架上运行。如果车辆在无负载状态下运行会引起动力系统的损坏或导致降低辐射发射电平，那么应把车辆置于测功机上进行测量，以水平道路给车辆加载。”于是我们对底盘测功机空载和加载两种不同测试条件，对某款SUV汽车进行了峰值电场扫描。测试扫描曲线见图5、图6。尽管后者在30MHz附近的干扰毛刺略显减少，但在500kHz～5MHz频率范围内，由于车辆驱动电机功率的增大，呈宽带骚扰特征的辐射发射明显提高，电磁干扰变大。图5被测车辆在空载底盘测功机上16km/h恒速运行时的辐射电场扫描曲线LevelindB(μV/m/kHz)图6被测车辆在加载底盘测功机上16km/h恒速运行时的辐射电场扫描曲线经过上面两组比对的结果我们可以发现，电动汽车的辐射骚扰特性与其自身的工作状态息息相关。由于电动汽车本身的工作原理特点，它的骚扰源主要来自于如DC/DC电源转换器、电子开关、崭波电流产生的高次谐波等。而传统内燃机汽车在发动机转速一致的情况下，发动机负荷的大小仅改变着缸内压力，不会对点火系统和其它电子器件的工作造成影响，因此也不会显著影响辐射发射。正是由于电动汽车不同的运行条件决定了这些电子器件的工作状态，使得车辆对外产生的电磁辐射受到明显的影响，可见对电动汽车在试验时的运行条件加以严格限定将有助于统一测试口径，所有的被测车辆只有在相同的工作状态下的数据才更真实有效，提高和限值的对应程度，具有可比性。LevelindB(μV/m/kHz)