邴俊俊 丁亚平 陈俊玲 杨伟 白雪强

邴俊俊

毕业于武汉理工大学，硕士研究生，现就职于襄阳达安汽车检测中心有限公司，任辅助工程师。

摘  要：电动汽车在进行GB34660-2017标准要求的宽带发射试验时，车辆一般在半电波暗室（ALSE）内转毂上40km/h车速下进行试验。当轮胎扎钉时，金属钉子与金属转毂间的接触与分离会促使金属间产生摩擦带电的现象，通过理论分析得到该现象产生的静电放电效应在30-1000MHz宽频带会产生较大的对外发射，影响电动汽车的宽带发射结果。通过实际静电放电测试，验证了静电放电效应对辐射发射测量的影响。

关键词：轮胎扎钉;电动汽车;电磁兼容;辐射发射;静电放电

中图分类号：U463.6      文献标识码：B      文章编号：1005-2550（2022）03-0029-03

Study on Electromagnetic Compatibility of Tire Pins for Electric Vehicles

BING Jun-jun， DING Ya-ping， CHEN Jun-ling， YANG Wei， BAI Xue-qiang

（ Xiangyang Da’an Automobile Testing Cent er Co.， LTD， Xiangyang 441004， China ）

Abstract： When electric vehicles undergo the broadband emission test by the mandatory standards GB34660-2017， the vehicle is generally examined at the upper speed of 40 km/h on the hub in the Absorber Lined Shielded Enclosure （ALSE）. If a tire of the vehicle is pinned， the contact and separation between the metal nail and the metal hub will promote the phenomenon of friction charging between metals. Though theoretical analysis， it is obtained that the electrostatic discharge will produce large external emission in the frequency range of 30-1000 MHz， which affects the broadband emission results for electric vehicles. By means of the real electrostatic discharge experiment， the influence on radiation emission measurement of vehicles is verified because of electrostatic effects.

Key Words： Tire Pins; Electric Vehicles; Electromagnetic Compatibility; Radiated Emission; Electrostatic Discharge

引    言

國家强制性标准GB34660-2017要求车辆在上市前必须进行辐射发射测试。在进行宽带辐射发射测试时，电动汽车一般要在ALSE内的空载测功机或非导电轴架上，以40km/h的恒定速度运行[1-2]。当电动汽车在空载测功机上进行宽带辐射发射试验时，车辆要在金属转毂上运行。

当车辆轮胎扎钉后在转毂上运行时，金属钉子与金属转毂间的接触与分离会促使金属间产生摩擦带电的现象。金属中的自由电子会由一方物体向另一方物理移动，产生电流。该电流是一个时域范围很窄但频域范围很宽的宽带电流，在ALSE中产生的较大电磁发射被接收天线感应后传递给接收机，经接收机处理后在上位机上显示30-1000MHz范围内的峰值场强。

1    轮胎扎钉时宽带发射测量

依据GB34660-2017关于电动车辆宽带辐射发射的要求，在国家汽车质量检验检测中心（襄阳）对某电动车辆进行宽带辐射发射测试，如图1所示。宽带发射测试采用10m法测试方法，即测量天线采用宽带复合天线，距离被测车辆10m。电动汽车在转毂上以40km/h的车速匀速运行，长时工作电器全部打开，驱动轮通过摩擦带动转毂运转，另一对转毂通过摩擦带动从动轮运转，使电动汽车驱动轮和从动轮以相同的转速在转毂上运转。而后，通过上位机控制接收机工作，测量电动汽车的宽带发射结果。

当对某电动汽车进行宽带发射测试时，在30-1000MHz全频段范围内出现峰值测量信号超标的现象，排查车辆状态时发现左后轮胎扎钉。拔掉钉子后，车辆相同工况下再次测量没有超标现象，如图2所示。从图2中可以看出扎钉后车辆在测试时峰值结果会超出峰值限值，而拔掉钉子后车辆在测试时峰值结果未超出峰值限值。因此，有必要对扎钉状态下的峰值超标原因进行分析。

2    轮胎扎钉宽带超标现象研究

当两个金属物体在进行接触和分离的过程中，物体将会带上电荷[3]。当两个金属接触时，金属间电化学势的差异将作为自由电子定向运动的驱动力，因隧道效应或热激发，自由电子将从一方金属向另一方向移动，其结果是，在表面处将形成偶电层，当偶电层的电位差正好补偿了原始电化学势之差时，达到平衡状态。在分离过程中，偶电层的各个表面将随之分离，从而，两个面间的电位差增加，自由电子将朝着电化学势恒定的方向再分布。这些自由电子的定向移动在宏观上就形成了上升时间极快、持续时间极短的脉冲大电流。这种金属间接触与分离而引起的电流流动，是一种典型的静电放电现象。

目前常见的静电放电模型有3种，即人体模型、机器模型、人体-金属模型[4-5]。人体模型主要用来模拟人体静电放电对敏感电子器件的作用，一般将人体等效成电容和电阻的串联。机器模型主要模拟带电导体对电子器件的静电放电，一般将机器模型等效为大电容和小电阻的串联。人体-金属模型是一种尖端放电效应，放电电流较大且持續时间很短。因此，可将轮胎扎钉静电放电可近似为人体-金属模型。

不同学者针对人体-金属模型给出了不同的电流波形表达式[6-8]。这里我们选择盛松林、毕增军等人提出的电流解析表达式：

（1）

式（1）中，I0和I1两个参数分别表示快慢放电幅度，τ1、τ2、τ3、τ4与静电放电电流快慢上升时间相关，p、q是无量纲的常数。

当产生接触放电2kV电压时，仔细调整各参数的值，可以得到该放电电压下的电流波形解析式，如式（2）所示。

（2）

将模拟电流与GB/T19951-2019标准电流比较，如表1所示。

由模拟电流解析式可以看出，该脉冲电流的上升时间为0.8ns，上升时间非常短必然会产生很多的高频谱分量，峰值电流7.62A，较大的峰值电流也必然会在高频段产生较大对外发射。因此，实际测试时会在30-1000MHz范围内产生超过限值的峰值场强。

3    静电放电对外发射试验

为实际模拟轮胎扎钉后的对外发射测试结果，试验采用瑞士HAEFELY公司生产的型号为ONYX30的静电放电模拟器，将模拟器通过接触放电对转毂施加+2kV的放电电压，模拟器的阻容网络为电容150pF、电阻330Ω，放电频率为5Hz。通过距模拟器10m的宽带复合天线测量模拟器对外发射峰值的大小，如图5所示。此频率范围内的波形与轮胎扎钉时测得的频率波形相似，均为全频段的尖峰信号。因此认为钉子与转毂摩擦产生的宽带对外发射结果可以假定为静电放电在远场区域的对外发射结果。

4    总结

从某电动汽车轮胎扎钉后在进行GB34660 -2017标准要求的宽带发射试验超标测试结果入手，理论分析了轮胎上金属钉子与转毂间接触与分离产生的上升时间极快、持续时间极短的脉冲大电流是造成30-1000MHz宽带发射超标的主要原因，并通过实际静电放电试验证实了该分析的正确性。同时，上述分析也适用于在进行GB/T18387-2017试验时，轮胎扎钉引起的测试结果超标现象。以上分析也可为企业相关技术人员在测试时遇到此类电磁兼容问题提供参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.道路车辆电磁兼容性要求和试验方法：GB34660-2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[2]季国田，朱彤，丁一夫，等. 《道路车辆 电磁兼容性要求和试验方法》解析[J]. 中国汽车，2020，No.337（04）：36-42.

[3]鲍重光. 静电技术原理[M]. 北京理工大学出版社，1993.

[4]王望. 静电放电辐射电场的研究以及静电枪检验方法研究[D]. 北京交通大学.2012.

[5]魏光辉，孙永卫，檀朝彬. 静电放电模型研究[C]. 静电基础理论应用技术研究. 2002.

[6]盛松林，毕增军，田明宏，等. 一个新的IEC61000-4-2标准ESD电流解析表达式[J]. 强激光与粒子束，2003（05）：464-466.

[7]朱长青，刘尚合，魏明. ESD电流的解析表达式与数值解[J]. 高电压技术，2005，031（007）：22-24.

[8]汪轲，汪金山，汪晓东. 基于5阶HMM-ESD电流表达式及频谱分析[C].中国控制会议. 2010.