Испытания на ЭМС автомобильного оборудования и автомобильных антенн

Следующее поколение задач, повышающих сложность испытаний на ЭМС в автомобилестроении

Электрификация, беспилотное вождение и сетевое взаимодействие трансформируют автомобили и ведут к созданию электромагнитных сред, сложность которых значительно превышает все существовавшие ранее условия, для которых разрабатывались испытания.

Электрификация означает, что в автомобилях применяются быстродействующие полупроводниковые переключатели на основе карбида кремния и нитрида галлия, которые вызывают значительно более высокие электромагнитные излучения по сравнению с традиционными трансмиссиями в автомобилях на основе двигателей внутреннего сгорания. Если к этому добавить двунаправленную зарядку, то становится очевидно, что масштабы задачи выходят далеко за рамки автомобиля. В таких условиях необходимо обеспечивать электромагнитную совместимость в активном взаимодействии со внешней энергетической инфраструктурой. В первую очередь сложные излучения обуславливают необходимость в измерениях и контроле в значительно более широком диапазоне частот, чем это возможно в традиционных решениях для испытаний автомобильного оборудования на ЭМС.

Беспилотное вождение вызывает не менее серьезные проблемы, но уже с точки зрения помехоустойчивости. Продвинутые системы помощи водителю напрямую зависят от высокочувствительных датчиков, т. е. радаров, лидаров и камер, которые работают в плотно заполненных электромагнитных средах. ВЧ-помеха, нарушающая радиолокационный сигнал, — это не просто непройденное испытание, а угроза безопасности, способная привести к тому, что система не заметит реальный объект или среагирует на ложный объект. Валидация помехоустойчивости датчиков и обеспечение совместимости между системами ADAS и собственной электроникой автомобиля входят в число первостепенных задач при испытаниях современного автомобильного оборудования на ЭМС.

Сетевое взаимодействие дополняет общую картину и вносит еще одну категорию риска. Интеграция 5G, V2X, ГНСС и различных беспроводных технологий ближнего действия в архитектуру автомобиля создает новые источники помех для тесно сосуществующих систем. А с учетом того, что беспроводные обновления уже вошли в норму, электромагнитный профиль автомобиля может изменяться и после его выпуска, поэтому эфирные испытания автомобилей из единовременной процедуры превращаются в регулярную задачу.

Изменения в области испытаний на ЭМС в автомобилестроении

• Традиционно испытания на ЭМС в автомобилестроении проводились на уровне компонентов, т. е. измерялись излучения и помехоустойчивость отдельных компонентов, затем проверялось соответствие стандартам, и всё, галочка в графе «испытания» поставлена. Протоколы пройденных испытаний CISPR 25 больше не позволяют прогнозировать работу всего автомобиля после включения всех его систем, поскольку взаимодействие между высоковольтными трансмиссиями, датчиками ADAS и бортовыми беспроводными системами проявляется только в интегрированной среде автомобиля. Это означает дополнительную работу по валидации для камер испытаний на уровне всего автомобиля и испытательных установок на уровне систем.
• Проверка помехоустойчивости датчиков ADAS также превратилась из отчета по ЭМС в подтверждение функциональной безопасности. Радар, пропускающий цель в условиях ВЧ-помех, теперь не только анализируется на предмет соблюдения предельных значений CISPR, но и требует проверки соблюдения требований ISO 26262 и SOTIF со стороны OEM-производителя. Это должно быть подтверждено результатами испытаний.
• Теперь валидация больше не заканчивается в момент запуска производства. Эфирные обновления, новые диапазоны сотовой связи и характеристики программно-конфигурируемых радиостанций способны изменять электромагнитный профиль автомобиля годы спустя его схода с конвейера, поэтому обеспечение ЭМС из единичного этапа превращается в непрерывную задачу.

Для выживания в этой расширенной реальности требуется сочетание различных дисциплин: испытания автомобильного оборудования на соответствие стандартам по ЭМС, испытания антенн на уровне всего автомобиля, функциональная валидация ЭМС и моделирование цифровых двойников антенн. При этом каждая из дисциплин освещает особые аспекты электромагнитных характеристик автомобиля.