汽车电子电磁兼容测试应对新挑战

——访上海机动车检测认证技术研究中心有限公司汽车电子电器(EMC)检测研究实验室副主任顾海雷先生

作者:马璞 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:315 发布时间:2017-12-26
近年来,随着市场的变化和新技术的发展,除了传统的电磁兼容测试项目,新能源汽车、智能网联汽车都对测试技术也提出了新的挑战。本刊记者最近采访到了上海机动车检测认证技术研究中心有限公司汽车电子电器(EMC)检测研究实验室副主任顾海雷先生,就电磁兼容测试项目、法规标准、新能源汽车、智能网联汽车等测试技术进行了探讨与交流。
汽车电子电磁兼容测试应对新挑战

AI:首先,请您介绍一下贵实验室的基本情况和测试能力。

顾海雷先生:我们的实验室目前拥有1个机动车整车电磁兼容实验室、1个机动车零部件电磁兼容实验室和3个不同用途的机动车零部件电磁屏蔽室。其中的整车电磁兼容实验室于2007年底建成,是国内第一个具备专用四轮独立驱动转鼓系统的机动车整车10 m法电磁兼容实验室,到目前已经运行了将近10年时间。

机动车整车电磁兼容实验室内拥有整车辐射骚扰测试、车载天线接收到的辐射骚扰测试、电磁场辐射强度测试、车辆电磁场相对于人体曝露测试、车外天线辐射抗扰度测试、车载天线辐射抗扰度测试、大电流注入测试、磁场抗扰度测试、静电放电抗扰度测试和新能源车辆充电接口电磁兼容测试等系统。

机动车零部件电磁兼容实验室内拥有零部件传导骚扰测试、传导瞬态发射测试、传导抗扰度测试、辐射骚扰测试、自由场辐射抗扰度测试、TEM小室测试、大电流注入测试、带状线测试、磁场抗扰度测试、手持式发射机测试和静电放电抗扰度测试等系统。

AI:机动车整车电磁兼容实验室为哪些厂商或车型开展了测试项目?能否结合实例介绍其中的一两个?

顾海雷先生:我们机动车整车电磁兼容实验室的测试对象涵盖各类机动车整车,如电动自行车、轿车、叉车、摩托车、拖拉机、轻型客车、轻型货车、大型客车和重型货车等,并且包含各类新能源车辆,如纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车等。实验室多年来利用突出的研发测试技术能力为众多国内外整车企业提供了优质的整车电磁兼容测试服务,包括大众、通用、福特和克莱斯勒等知名企业。

图 整车电磁兼容实验室

实验室可以按照国内标准进行车辆强制性检验测试、按照欧盟指令进行车辆出口认证测试、按照企业标准进行车辆研发摸底测试等,形成了完善的机动车电磁兼容测试服务平台,能够为国内外广大客户提供优质的机动车电磁兼容测试服务。我们实验室是目前国内唯一一家通过德国大众汽车评审,被大众汽车认可的第三方整车电磁兼容实验室。多年来为上海大众开展整车电磁兼容开发验证测试服务,在服务过程中为上海大众定制了车道偏离预警辅助装置、自动泊车辅助装置和CAN总线诊断盒等测试辅助设备,充分满足上海大众的整车电磁兼容测试需求。

实验室与上海汽车自主品牌共同成长,在10年的发展历程中,为上海汽车集团股份有限公司乘用车公司开展了历年所有自主品牌车型的电磁兼容性能验证及改进测试,其中包括上汽乘用车自主研发的多辆新能源车辆,如纯电动轿车——E50、混合动力轿车——e550/e950、互联网/新能源SUV——RX5、eRX5、eRX5的电磁兼容性能验证测试全部在我们的实验室开展,均取得了满意的测试效果。

另外,实验室开展过的重要整车电磁兼容测试项目还包括:沃尔沃汽车第一辆国产化轿车——S60L的电磁兼容性能验证测试,捷豹路虎汽车第一辆国产化SUV——极光的电磁兼容性能验证测试,吉利旗下全新品牌LYNK&CO第一款量产车的电磁兼容性能验证测试,蔚来汽车第一辆纯电动SUV——ES8的电磁兼容性能验证测试等。可以说我们实验室见证了近10年汽车产业的高速发展,尤其是新兴品牌车企的迅猛发展。

AI:对于整个行业来说,2018版C-NCAP或近几年将要执行的其他行业法规,对汽车电子测试及电磁兼容测试有新的变化或要求吗?相应地,国内整车及零部件企业需要注意哪些事项或加强哪些方面的工作?

顾海雷先生:近几年,汽车电磁兼容性能越来越多的被整车企业所关注并重视,不断有汽车电磁兼容性能相关的国家标准被推出或修订。同时随着新能源汽车产业的快速发展,新能源汽车整车及零部件的电磁兼容标准也在如雨后春笋般出现。结合上述情况,2018年全新的国家标准有可能会被推出——《道路车辆电磁兼容性要求和试验方法》,其中将增加原先国家标准中暂缺的整车辐射抗扰度测试项目。另外,针对新能源汽车将有可能推出《电动汽车用驱动电动机系统电磁兼容性要求和试验方法》、《电动汽车传导式充电的电磁兼容性要求和试验方法》这两项国家标准。

由于以往汽车的电磁兼容国家标准中并无整车辐射抗扰度测试项目,随着后续标准的逐步完善,对于整车企业来说,除了之前关注的整车辐射骚扰性能不能放松之外,另外还需要更加关注整车的辐射抗扰度性能,因为这部分的性能与汽车的安全性关联更加密切。另外对于新能源整车企业来说,除了传统整车的电磁兼容性能之外,还需要关注车辆在传导式充电状态下的电磁兼容性能、驱动电动机系统的电磁兼容性能,从而全面满足国家对于新能源整车及关键零部件的电磁兼容性能标准要求。

AI:新能源汽车是近些年的行业热点,但暴露的问题和潜在的问题其实也比较多。基于其高压系统具有高电压、大电流的特点,这对整车的电磁兼容测试会有影响吗?主要的挑战和测试要求是什么?

顾海雷先生:近几年新能源汽车产业快速发展,新能源汽车内高压系统具有高电压、大电流的特点,这势必对其电磁兼容性能带来更高的要求。
从产品本身来说,纯电动汽车或者混合动力汽车相对于传统汽车增加了电驱动控制系统、电池管理系统、高压动力线束系统和充电系统等,这些都是新能源汽车面临的新问题,这些系统不可避免地必须考虑相应的电磁兼容性能,所以将会带来新的挑战。

从测试要求来说,以往传统汽车需要满足GB 14023《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车外接收机的限值和测量方法》这一标准要求,现在新能源汽车在此基础之上,还需要满足GB/T 18387《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》这一标准要求,从测试内容、频率范围等方面都比传统汽车有更多的要求。
对检验机构来说,GB 14023已经执行多年,测试系统并不复杂,都能满足要求;GB/T 18387目前推出了2017年的最新版标准,但是相较之前2008年的版本,在测试设备方面并没有新的要求,因此检验机构也都能满足最新版的测试要求。

AI:您和您的团队如何帮助新能源汽车及零部件企业达到开发要求或行业标准?

顾海雷先生:随着新能源汽车的兴起,前来我们实验室开展纯电动汽车或者混合动力汽车整车电磁兼容测试的客户以及项目也越来越多,同时为整车企业配套的新能源汽车关键零部件生产企业前来进行电磁兼容测试的项目也非常多。对于新能源汽车关键零部件生产企业来说,目前我们实验室首先可以配合开展产品的电磁兼容设计开发、性能改进和产品验证等测试,然后可以根据整车企业对于零部件的电磁兼容测试规范开展产品的认证级测试,从而获得整车企业的认可。对于新能源汽车整车生产企业来说,目前我们实验室可以利用先进的测试系统,配合开展整车电磁兼容正向开发过程中三轮验证测试,包括性能摸底测试——了解试验样车的电磁兼容整体性能水平,排查定位测试——针对出现的问题,通过测试排查确定干扰源、敏感器件、干扰路径等关键点,回归验证测试——针对有问题的部位进行整改后,再次验证是否满足标准要求。

AI:智能网联汽车搭载了多种雷达、摄像头等高精度传感器,对系统稳定性要求极高。在智能网联汽车的电磁兼容测试方面,您和您的团队开展了哪些卓有成效的工作?能否举例说明?

顾海雷先生:智能网联汽车在近两年越来越被关注。目前我们公司有专门的团队开展智能网联汽车的测试技术研究,尤其是针对其中的ADAS系统。ADAS系统是利用安装于车上的各式各样的传感器,在第一时间收集车内外的环境数据,进行静态/动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理,从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险,以引起注意和提高安全性的主动安全技术,不仅对于传感器来说,而且对于系统来说,再上升到对于智能网联汽车整车来说,其电磁兼容性能至关重要。目前我们实验室也已经开始关注智能网联汽车在特定场景下的电磁兼容测试技术手段的实现,结合客户的测试需求,已经开发了自动泊车系统、盲点探测系统和车道偏移报警系统等测试辅助装置,用于满足车辆在特定场景下的电磁兼容测试。

AI:据说通过整个开发流程的系统管控可以有效避免很多不必要的电磁兼容问题的发生,那么对于整车企业如何开展整车EMC的开发流程以及风险评估方案,您有哪些建议?

顾海雷先生:随着汽车电磁兼容性能越来越多地被关注,电磁兼容的设计开发也越来越多地被整车企业重视。目前整车企业对于整车电磁兼容问题的解决已经从原先的问题解决法逐步向系统设计法转变,越来越向正向开发设计靠近。原先的问题解决办法是在整车出现电磁兼容问题时再去想办法解决,这时往往整车的整体设计已经成型,如果需要系统性地解决问题,将花费大量的时间和成本,而如果采用系统正向开发的话,将有效提升整车的电磁兼容性能、降低汽车研发成本以及缩短产品开发周期。因此汽车电磁兼容正向设计在开发阶段介入得越早,所需要的成本会越低,系统性解决问题的效率也会越高。

首先,整车的电磁兼容正向开发设计需要制定整车电磁兼容性能的目标,这个目标需要综合考虑市场法规、产品定位、技术水平、制造成本和使用环境等各方面因素来制定。然后根据整车电磁兼容性能的目标再制定零部件的电磁兼容性能目标,这个目标需要综合考虑零部件的电气特性、骚扰类型及产品分类各方面因素。整车的电磁兼容开发流程将涉及法规分析对标、性能仿真分析及优化、整车电磁兼容风险评估、零部件电磁兼容性能管控和整车正向开发验证测试等各方面内容,这些方面如果都能做扎实,那么整车的电磁兼容正向开发设计也将会有实质性的收获。
电磁兼容风险评估是整车电磁兼容正向开发设计过程中的重要内容,主要包括整车电源设计、整车接地设计、整车线束设计和零部件布置设计等内容,具体涉及电源和保险分配、接地点位置选择、大电流线束布置、强干扰部件线束布置以及易干扰部件布置等具体问题。如果这部分风险评估工作深入开展,将大大有利于整车电磁兼容性能的正向开发设计。最终整车电磁兼容正向开发需要进行三轮验证测试,包括性能摸底测试、排查定位测试和回归验证测试,我们实验室都能够配合整车企业提供测试服务。

AI:基于厂商对测试效率提升的需求,在您看来,如何更加高效地帮助企业实现测试服务呢?

顾海雷先生:对于测试来说,影响测试效率的因素主要有两个方面:测试系统和测试人员,因此,为了更加高效地帮助整车企业开展测试服务,也需要从这两方面着手加以解决。
首先对于测试系统,目前整车电磁兼容实验室的供应商都可以配备较为完整的整车电磁兼容测试系统,而且已经较为成熟,因此实验室的测试系统基本上都可以满足常规的整车电磁兼容测试要求。但是针对整车企业的正向开发验证测试,企业往往按照自己的企业标准开展验证测试,不仅对于测试系统的要求更高,对于其它细节方面的要求会更加严格,比如车辆状态的监控系统、车载通信协议信号转换系统和整车测试的辅助装置等,这些都将影响测试系统的完整性,从而影响测试效率。

对于测试人员,所有的测试系统搭建、测试仪器操作、测试软件设置、测试场地布置和测试数据保存等工作都需要由测试人员来完成,所以人员对于测试来说至关重要,将直接影响到测试效率的高低、测试质量的水平及测试结果的准确等各方面因素。因此,对于实验室来说,首先应注重测试人员梯队的培养,以基础扎实、素质过硬的测试人员带队开展测试,同时通过测试培养后续的测试人员。其次应注重测试团队的设置,因为整车电磁兼容测试不同于常规的零部件电磁兼容测试,为了提高测试效率、确保测试安全,需要由一个分工明确、职责清晰的团队来共同开展测试