作者：侯帅，张悦，丁一夫
雷电是云地间的一种放电现象，具有电压高（最高 106 kV，可击穿 99% 的产品）、能量大（电流可达 200 kA）、上升率快（电磁感应大）、次数多（日均 800 万次）等特点，极易引起电子系统损坏、火灾爆炸等事故，造成重大的生命财产损失。国内外汽车遭遇雷击的事故时有发生，雷电已经严重威胁行车和乘员安全。随着汽车电子电器系统的智能化发展，大量高精度智能化电子系统应用在车辆上，使得车辆更容易遭受到雷击等电磁环境的干扰，电子系统在干扰下轻则出现故障，重则永久损坏，特别对于高速行驶的汽车，一旦电子系统发生故障，可能会造成车辆失控，甚至车毁人亡。同时，“轻量化”作为汽车产业发展趋势，诸多复合材料的应用使得车身重量大幅度减轻，但其屏蔽性能和承受雷电大电流的能力远不如传统的全金属车身，这也对车身的雷电防护能力提出更高要求。
鉴于雷电对电子系统的巨大影响，国内外纷纷开展了雷电试验的研究，其中建筑、家用电器、航空等领域均已形成了雷电效应试验的相关标准。在汽车领域，日本于 2012 年全面开展汽车防雷研究，并在 2019 年发布了汽车防雷标准 JASO TP 19002：2019［1］，但标准中只有测试要求，缺少相关的试验方法。基于上述背景，开展汽车领域雷电效应的研究工作，对于确保雷电环境下的车辆安全，推动标准建立和相关试验业务的开展具有重要意义。
在建筑领域、航空领域及汽车领域，国内外现有一些雷电试验标准。其中，航空领域雷电试验标准包括 SAE ARP5412 系列、DO 160 系列及 GJB8848—2016［2-5］，汽车领域雷电试验标准目前只有JASO TP 19002：2019，它们可以为汽车防雷方法的研究提供参考，各标准技术内容对比见表 1。通过对不同领域雷电标准的比较可以得到，直接效应和间接效应的考核是有必要的，部件级和整车/机级待测物的测试方法区别比较大。
雷电主要分为云内雷电和地闪雷电。图 1 为云内雷电示意图，地闪雷电包括云地正闪和云地负闪，主要区别见表 2。
从表 2可知，汽车领域的雷电测试主要考虑云地负闪雷电测试，测试电流模态见图 2。云地负闪雷电测试又可进一步细分为雷电直接效应测试和雷电间接效应测试。
雷电直接效应测试主要考察因雷电通道直接附着或雷电流传导造成的待测设备物理效应，如表面和结构的绝缘性击穿、爆炸、弯曲、融化、汽化等。雷电间接效应测试主要考察雷电产生的瞬态强电磁场和导体传导的雷电流，通过待测设备的线束感应，在电气设备接口出现的高电压大电流造成的设备损坏或系统功能紊乱。雷电直接效应测试具有高电压（最高 106 kV）、大电流（电流可达 200 kA）的典型特征，综合考虑测试的经济性和可行性，本文主要针对雷电间接效应展开研究。
电子电器系统被雷电附着后成为雷电通道的一部分，流过的大雷电流及其伴随时变电磁场与平台界面作用，通过耦合机制，穿过系统外壳形成内部电磁环境，并在内部导体（如非屏蔽导线、屏蔽芯线、屏蔽层、金属构件）上感应电压或电流，产生间接效应。根据耦合方式，雷电耦合机理大致包括孔缝耦合、电阻耦合、透射耦合等几类。
孔缝耦合适用于小孔缝、大开口、部分或无遮挡的应用场景，如图3 所示，其耦合实质为磁场耦合，附着在电子电器系统的直击雷电流或附近雷电通道的雷电流的伴随磁场穿透系统孔缝后，有三种情况：
（1）在导体回路中感应瞬态电流，该瞬态电流又产生感应磁场，感应磁场又产生电流，故波形与直击雷电流分量相同；
（2）在导体/电缆束等间接感应瞬态电压，因过程为变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生感应电压，因此波形为直击雷电流的时间导数，即
（3）穿透孔缝的电场/磁场，在导体上激励瞬态谐振电压/电流，导体长度为 λ 2、λ 4 或其整数倍时最强，谐振频率多为 1 MHz~10 MHz。
电阻耦合主要出现在复合材料机身上，是由直击雷电流或磁场感应电流在材料的结构电阻上形成的电压降引起的，如图 4 所示。感应瞬态与途径阻抗的相互作用使得电流波形拓宽，屏蔽芯线上的感应电压/电流遵循电阻耦合规律，感应电压/电流波形由屏蔽转移阻抗的电阻特性确定，与屏蔽层激励电流同形。
电磁场入射到任意材料表面会产生反射和透射，如图 5 所示，由于电磁场和材料的相互作用，透射波波形相对于入射波波形会平缓展宽［6］。考虑到金属的屏蔽衰减作用，透射效应可忽略不计，而碳纤复材等屏蔽作用较弱，透射将是主要的耦合因素之一，需要纳入考虑。
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