隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在汽車上越來越多地應(yīng)用操縱、控制、安全、娛樂、顯示等各種功能的汽車電子/電器零部件（ESA）。使用ECU/TCU等微處理器、電子傳感器和電動執(zhí)行機構(gòu)取代傳統(tǒng)的機械裝置已成為汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的趨勢。目前，電子/電器零部件的成本已占汽車總成本的30%以上。一方面，ESA不斷增多；與此同時，ESA的工作頻率（如車載雷達、GPS、藍牙）和發(fā)射功率也在逐步提高和增大。

　　摘要：隨著汽車電子化技術(shù)的發(fā)展，電磁兼容問題成為影響汽車操縱、控制和安全等性能的重要因素。本文闡述了建設(shè)汽車電磁兼容試驗室的規(guī)劃，并介紹了在電波暗室、轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)轂、空調(diào)及土建各方面的工藝設(shè)計參數(shù)。

　　關(guān)鍵詞：汽車,電磁兼容,試驗室,測試,工藝

　　1前言

　　ESA與傳統(tǒng)的機械裝置存在的根本不同在于ESA存在電磁兼容問題。汽車本身作為一個集成的電磁環(huán)境和平臺，各ESA之間的電磁兼容性能，直接影響到ESA的工作情況，而涉及操縱、控制和安全的ESA是否正常工作，更是直接關(guān)乎汽車的安全性能。同時整車及ESA在周圍有強電磁場（如雷達站、高壓線、廣電發(fā)射臺和手機基站）的環(huán)境下不能受到干擾，而且不能干擾周圍其它車輛和電氣設(shè)備的正常工作。這些因素導(dǎo)致電磁干擾和抗擾問題日益突出，帶來了大量的汽車電磁兼容問題。

　　目前的電磁兼容理論的仿真和分析尚不成熟，最終還是需要通過電磁兼容測試來對汽車的電磁兼容性能進行試驗驗證。

　　2汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

　　目前國際上主要的汽車整車和零部件電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)包括國際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO、IEC/CISPR）、國家標(biāo)準(zhǔn)（如歐盟指令及法規(guī)、美國SAE、日本JASO等體系）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國的汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)主要是等效采用的各種國際標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)。此外，軍用汽車及裝備還應(yīng)滿足GJB（等效采用美國軍標(biāo)MIL-STD）的相關(guān)要求。主要汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

　　除了上述國際、國家標(biāo)準(zhǔn)外，大型汽車企業(yè)如福特、通用、大眾、PSA、菲亞特等均制定有各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為OEM標(biāo)準(zhǔn)。OEM標(biāo)準(zhǔn)往往比相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)更為嚴格。

　　3試驗室規(guī)劃

　　對汽車整車和零部件，由于背景噪聲低的開闊場已很難尋覓，而且抗擾度試驗會對外界環(huán)境產(chǎn)生危害性場強，此外試驗檢測需要全天候工作，因此需要建設(shè)汽車電磁兼容試驗室，用于真實地模擬各種復(fù)雜的汽車電磁兼容環(huán)境，為整車和零部件的電磁兼容認證和研發(fā)、改進服務(wù)。

　　汽車電磁兼容試驗室投資巨大、建設(shè)周期較長（約2年），因此需要充分研究國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測試方法及其發(fā)展趨勢，而項目的規(guī)劃建設(shè)應(yīng)適度超前，不致出現(xiàn)試驗室還未建成即落后的情況。

　　試驗室規(guī)劃時，首先需要考慮試驗對象及其尺寸、試驗類型、試驗級別等，并考慮項目預(yù)算情況，合理選擇試驗室的建設(shè)規(guī)模及資源配置，并需要考慮今后的擴展升級能力。對于汽車整車試驗，需要至少涵蓋M1/M2/M3、N1/N2/N3各種車型，試驗頻率覆蓋9kHz～18GHz，抗擾度試驗電平至少達到ECER10所要求的20MHz～2Ghz頻率范圍和30V/m試驗場強。

　　新能源汽車的電磁兼容測試需求，是進行試驗室規(guī)劃必須考慮的重要因素。傳統(tǒng)汽車的電磁兼容性能，在不同轉(zhuǎn)速、車速等工況下的差別不大，還可以不配置轉(zhuǎn)轂或配置被動轉(zhuǎn)轂進行試驗。而電動和混合動力汽車，在不同負載下的電磁兼容性能有顯著區(qū)別[1]。這主要是由于電動機在不同負載下的dI/dt、dV/dt的巨大差別所導(dǎo)致的。因此，配備主動式轉(zhuǎn)轂已成為新能源汽車測試的必要條件。

　　汽車電磁兼容試驗室主要由電波暗室、轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)轂、測試設(shè)備、空調(diào)、土建及公用動力等各系統(tǒng)構(gòu)成。

　　電波暗室包括整車半電波暗室、零部件半電波暗室、零部件測試室、轉(zhuǎn)轂室、功放室、控制室等，為汽車電磁兼容試驗提供必要的試驗環(huán)境。為模擬電磁波在地面上的傳播規(guī)律，整車和零部件的暗室均為半電波暗室。

　　轉(zhuǎn)臺用于測量汽車不同方向的輻射發(fā)射，轉(zhuǎn)轂用于模擬汽車行駛工況，包括加減速、滑行、制動等，并可施加預(yù)設(shè)的道路阻力。

　　測試設(shè)備用于進行EMI、EMS、ESD、瞬態(tài)等各種試驗項目的程控自動化測試。

　　空調(diào)為電磁兼容提供必要的通風(fēng)、溫濕度控制、汽車尾氣的排出等。

　　4工藝設(shè)計

　　4.1電波暗室

　　電波暗室是汽車整車和零部件試驗的主要場地，由屏蔽體、吸波材料和附屬設(shè)施組成，其中吸波材料的特性至關(guān)重要。電波暗室的吸波材料有聚氨酯泡沫型、空心高功率型、薄膜型、復(fù)合型等四種[2]。吸波材料的形狀被設(shè)計成使其阻抗與自由波阻抗相匹配。而吸波材料的有效長度與暗室最低使用頻率的四分之一波長相對應(yīng)。使用不同吸波材料、不同廠商所設(shè)計出來的暗室尺寸差別較大，應(yīng)在電波暗室供應(yīng)商確定后，再進行母體建筑具體參數(shù)的設(shè)計。

　　在暗室施工過程中，即使是薄膜型吸波材料，也會涉及到粘接工藝，會包含一定的甲醛成份。而且一些吸波材料本身也會釋放有毒有害物質(zhì)，在招標(biāo)文件中可規(guī)定室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求作為驗收文件的一部分。

　　如果使用復(fù)合吸波材料，需要特別注意的是：鐵氧體瓦之間的縫隙大小對吸收性能影響極大，現(xiàn)場安裝工藝對低頻性能影響非常大。由于汽車需要進行高場強的抗擾度試驗，吸波材料將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，故吸波材料工作時會產(chǎn)生熱量，需要高度關(guān)注吸波材料的阻燃性能。吸波材料的阻燃特性至少在B2級以上；暗室照明光源附近的吸波材料環(huán)境溫度較高，阻燃特性應(yīng)達到B1級以上。

　　需要在電波暗室內(nèi)安裝試驗室標(biāo)識logo的，最好能在招標(biāo)技術(shù)文件中明確由暗室供應(yīng)商在設(shè)計時一并考慮并負責(zé)安裝，暗室完工后再行安裝比較麻煩，特別是對薄膜型吸波材料。整車電波暗室的輻射發(fā)射試驗（GB14023）對應(yīng)的下限檢測頻率是30MHz（對應(yīng)波長10m），距點源大于1個波長可作為遠場[3]，則所有測試均符合遠場測試的要求，而3m法、5m法都有部分頻段為近場測試。所以，整車電波暗室應(yīng)選用10米法半電波暗室。

　　零部件電波暗室目前有CISPR25暗室、3m法暗室兩種類型。目前，CISPR25標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布第4版草案，給出了150kHz～1GHz場地確認的方法：參考場地法和長線天線法。根據(jù)國外現(xiàn)有試驗結(jié)果，3m法暗室基本能夠符合草案要求，而CISPR25暗室存在一定比例不符合草案要求。如果經(jīng)費允許，盡量選用3米法暗室。零部件暗室的測試桌宜采取水平接地的方式，防止暗室地面和棒天線的接地平面之間由于容性耦合而形成的諧振。如果要進行新能源汽車高壓部件的測試，還需在零部件暗室中增加高電壓、大電流的濾波器，并增大測試桌的尺寸。

　　電波暗室試驗頻次較高的天線塔（如整車EMI天線塔），宜采用電動高度調(diào)節(jié)和極化轉(zhuǎn)換方式。由于供氣壓力的原因和氣動閥的特性，氣動方式在啟停過程中沖擊較大，會造成天線的早期損壞。天線塔應(yīng)適合所用天線的重量，并帶配重塊和所使用天線相應(yīng)的固定適配器。很多暗室供應(yīng)商提供的天線塔是外包生產(chǎn)的，有些制造商并不了解試驗要求，存在著伺服電機背景噪聲超標(biāo)、復(fù)合天線的振子之間或后方的部件（如固定螺釘）使用金屬等問題。

　　電波暗室中接口板的數(shù)量、類型要事先在合同中規(guī)定，相應(yīng)規(guī)格需和測試設(shè)備供應(yīng)商詳細協(xié)商確定。特別是控制室與轉(zhuǎn)轂室、控制室與功放室之間，需要預(yù)留足夠數(shù)量的光纖接口（包括GPIB光纖）和射頻接口，以便進行轉(zhuǎn)轂和功放的控制和射頻連接。

　　暗室中的光纖都應(yīng)預(yù)埋在高架地板之下，經(jīng)常移動的光纖，如天線塔的光纖，盡量選用強度高的塑料光纖。相當(dāng)固定的光纖，可選用傳輸效率高的玻璃絲光纖。暗室內(nèi)要事先在高架地板內(nèi)布置線纜通道，通道在轉(zhuǎn)彎處需使用135?鈍角過渡，避免直角轉(zhuǎn)彎，通道端頭的四周使用軟橡膠等防護措施，通道內(nèi)放置電纜拉索。

　　需要在在屏蔽體建造完畢之后，安裝鐵氧體和吸波材料之前，先由暗室供應(yīng)商進行初試檢漏，然后再請計量機構(gòu)進行屏蔽性能的測試。測試位置應(yīng)選在屏蔽性能相對薄弱的位置，例如門縫、信號接口板、波導(dǎo)窗、濾波器等。測試時需特別注意低頻磁場和高頻微波點的結(jié)果。涉及高電壓應(yīng)用的零部件暗室，必須進行電場的屏蔽效能測試，需要提前與計量單位聯(lián)系并支付額外的計量費用。

　　4.2轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)轂

　　汽車電磁兼容試驗室為模擬汽車行駛工況需要配置轉(zhuǎn)轂，轉(zhuǎn)轂嵌入在轉(zhuǎn)臺之中。因此，轉(zhuǎn)臺都是由轉(zhuǎn)轂供應(yīng)商集成提供。轉(zhuǎn)臺四周與暗室的過渡區(qū)和接口需要雙方進行協(xié)商確定。一般要求過渡區(qū)是正八邊形的形狀，圓形過渡會導(dǎo)致暗室施工困難。轉(zhuǎn)臺表面與電波暗室地面之間通過導(dǎo)電的電磁兼容性密封件來連接，其導(dǎo)電電阻小于0.5Ω，間隙為5mm。

　　為實現(xiàn)汽車ABS/TCS等工況下的電磁兼容性能測試，4×4獨立驅(qū)動轉(zhuǎn)轂是必要的（為滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的行駛工況，最低限度也需要配備被動式轉(zhuǎn)轂）。為滿足電磁兼容試驗極低的背景噪聲和高試驗場強的要求，需要配備為電磁兼容試驗所特殊設(shè)計的使用直流測功機的轉(zhuǎn)轂。直流電機通過非金屬軸與滾筒連接，或者通過采取兩端使用接地銅刷的金屬軸與滾筒相連，目的是阻隔電機和滾筒之間的輻射影響。

　　為實現(xiàn)汽車軸距的調(diào)節(jié)，在軸距范圍內(nèi)使用可移動式履帶，各節(jié)履帶之間有襯墊連接，保證轉(zhuǎn)臺的電連續(xù)性。使用絕對位移傳感器記錄轉(zhuǎn)臺角度和軸距，并保證斷電也不會丟失數(shù)據(jù)，以防止停電后再上電時轉(zhuǎn)臺和軸距調(diào)整裝置意外移動，損傷車輛。

　　轉(zhuǎn)臺內(nèi)配備迎面風(fēng)系統(tǒng)，提供抗擾度掃頻試驗過程中的車輛冷卻。帶汽車尾氣收集裝置，尾排管采用絕緣材料，并能耐受600℃以上的高溫。

　　抗擾度試驗過程中，車輛內(nèi)部有危害性高試驗場強，為控制車輛運行，需要配備氣動駕駛機器人，操作離合器、變速器、油門踏板、點火開關(guān)等。還需要氣動按鈕執(zhí)行器對車內(nèi)敏感設(shè)備進行操作。

　　4.3空調(diào)

　　功放室的試驗環(huán)境是汽車電磁兼容試驗室中最為重要的試驗環(huán)境。有必要在功放室增加溫度監(jiān)控，防止空調(diào)故障導(dǎo)致價值昂貴的功放損壞。功放室空調(diào)設(shè)計時還須考慮到汽車帶狀線測試所需要的10kW（10k～220MHz）功放的散熱問題，目前該類功放產(chǎn)品已從水冷散熱（如AR的L系列）向風(fēng)冷散熱（如AR的A225系列）轉(zhuǎn)化，需要考慮因此帶來的空調(diào)選型設(shè)計問題。

　　空調(diào)風(fēng)管與暗室的通風(fēng)波導(dǎo)之間連接時，必須使用防火絕緣型軟連接方式，以防止通過空調(diào)管道引入電磁騷擾。

　　整車電波暗室中的主要熱源為發(fā)動機的散熱及輪胎與轉(zhuǎn)轂?zāi)Σ赁D(zhuǎn)化的熱烈�？照{(diào)系統(tǒng)采用下送風(fēng)上回風(fēng)的方式，送風(fēng)口在高架地板之內(nèi)和轉(zhuǎn)轂室，其結(jié)構(gòu)如圖5。

　　4.4土建及公用動力

　　電波暗室最忌進水和灰塵。土建設(shè)計盡量采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而不要使用鋼構(gòu)型式，前者的防雨、隔音和保溫性能更好而且不需每年進行保養(yǎng)。

　　對土建的要求除根據(jù)工藝要求的承載外，需要考慮到電波暗室地面的平整度不超過5mm/5m，而且不允許有累計誤差、地面不得朝某個方向傾斜。土建需要提供接地電阻0.5Ω的接地銅帶給暗室接地，可使用四線探棒法通過電橋測試。試驗室配電采用3相5線制，每相的負載盡可能平均分配，電波暗室濾波器的進線端之前不能安裝漏電保護開關(guān)。

　　汽車電磁兼容試驗室一般將轉(zhuǎn)轂室、功放室都放置在地下一層。在南方地區(qū)，盡管采取多種防潮措施，夏秋兩季地下室的潮氣很難避免。地下室可采用通透結(jié)構(gòu)，而且在暗室施工前在地下室配備足夠容量的除濕機非常必要。

　　電波暗室的滑動門、轉(zhuǎn)轂的剎車系統(tǒng)需要使用壓縮空氣，需要配備足夠容量的氣源和冷干機等過濾裝置。

　　4.5項目協(xié)調(diào)

　　汽車電磁兼容實驗室的建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。涉及面到包括測試設(shè)備在內(nèi)的各個供應(yīng)商。各方在工藝、實施進度等各方面的配合、協(xié)調(diào)是項目正常開展的必要條件。其中，電波暗室與土建、電波暗室與測試設(shè)備、電波暗室與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)轂之間的接口是最重要的。

　　業(yè)主方要根據(jù)項目的實施情況，在合適的階段牽頭召集各方進行項目的工藝、進度、接口的協(xié)調(diào)會，明確各方的職責(zé)和要求，是項目建設(shè)推進的必要條件。項目協(xié)調(diào)會需要召開多次，尤其是對專業(yè)經(jīng)驗欠缺的土建設(shè)計方和施工方來說，可從其他各方的經(jīng)驗中得到啟發(fā)，且有效避免推諉、扯皮現(xiàn)象。

　　5性能測試

　　國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）自2008年底啟動建設(shè)汽車電磁兼容試驗室，于2010年7月完成了電波暗室屏蔽效能的測試，同年12月經(jīng)奧地利Seiberdorf試驗室完成場均勻性測試、場地電壓駐波比的測試，2011年4月由中國計量院進行了場均勻性測試和背景噪聲測試。相關(guān)測試結(jié)果如表2。

　　后經(jīng)試驗室自行測試，30MHz以下的磁場和電場背景噪聲也低于GB/T18387-2008限值線10dB。

　　其后，又陸續(xù)建成了汽車整車及零部件EMI測試系統(tǒng)、零部件EMS測試系統(tǒng)、零部件傳導(dǎo)及BCI屏蔽室、整車EMS測試系統(tǒng)等，全面形成了汽車電磁兼容試驗?zāi)芰Α?/p>

　　6結(jié)束語

　　本文是對汽車電磁兼容試驗室建設(shè)及工藝設(shè)計過程中相關(guān)經(jīng)驗和教訓(xùn)的一些總結(jié)，期冀對汽車電磁兼容試驗室的建設(shè)者有所裨益。

　　汽車電磁兼容試驗室的建設(shè)，形成了汽車電磁兼容試驗研究的環(huán)境及試驗條件，對于提升汽車電磁兼容性能，特別是電子電器產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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