新能源汽車(chē)電磁兼容測試驗證

常規車(chē)輛的電磁兼容性能在整個(gè)測試體系中已有較好的系統化要求，相應試驗的實(shí)現條件也較完善，能夠較好地完成國家法規體系要求進(jìn)行的試驗。隨著(zhù)整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化發(fā)展，車(chē)輛的屬性已逐漸從單一個(gè)體，演變成一個(gè)龐大智能交通網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)。“三化”帶給車(chē)輛大的變化，是使車(chē)輛與其周遭環(huán)境，包括道路交通設施、其他車(chē)輛、環(huán)境中包含的各種其他節點(diǎn)，越來(lái)越緊密地融合在一起。車(chē)上新增的各種功能都在強調與環(huán)境的交互，這給車(chē)輛電磁兼容性能測試驗證帶來(lái)了新的挑戰--新能源汽車(chē)測試系統。

按照常規分類(lèi)方式，車(chē)輛的電磁兼容性能往往分為發(fā)射特性和抗擾特性。發(fā)射特性關(guān)注對車(chē)輛以外的其他電器設備的保護，我國主要由法規來(lái)要求（GB 14023、GB/T 18387 和 GB 34660）；抗擾特性則關(guān)注車(chē)輛自身對外部干擾的耐受能力，既有法規要求（GB 34660），更要關(guān)注車(chē)輛在抗擾測試中的安全和體驗表現。

（1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)電磁輻射發(fā)射測試面臨的挑戰

測試內容和測試要求面臨的挑戰

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)引入了更多的智能安全子系統與網(wǎng)聯(lián)通信子系統，這些新系統與傳統汽車(chē)子系統的大區別在于，它們不僅通過(guò)內部傳感器收集汽車(chē)內部的運行信息，還通過(guò)全新的外部傳感器，如蜂窩移動(dòng)通信天線(xiàn)、V2X 通信天線(xiàn)、車(chē)載毫米波雷達、視頻圖像采集系統等，主動(dòng)地收集車(chē)輛周?chē)?，甚至超出視野范圍的交通信息及其他?chē)輛運行狀態(tài)信息。這些傳感器有些是通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信獲取信息的，工作時(shí)對外輻射電磁波，而且需要一臺能夠與其通信的外部設備才能夠維持正常的通信工況。按照電磁兼容測試的常規思路，要求車(chē)輛進(jìn)行輻射發(fā)射測試時(shí)，能夠覆蓋大發(fā)射狀態(tài)的工況。這就要求所有系統和功能都處于工作狀態(tài)，包括車(chē)載無(wú)線(xiàn)通信系統。然而將滿(mǎn)足國家無(wú)線(xiàn)電管理要求的無(wú)線(xiàn)發(fā)射設備輻射出的有用信號作為騷擾，并要求其低于整車(chē)輻射發(fā)射的限值，這種做法可能會(huì )造成無(wú)線(xiàn)電管理和電磁兼容管理的結果相矛盾，引起政策理解或執行層面的問(wèn)題。為此，全國無(wú)線(xiàn)電干擾標準化技術(shù)委員會(huì ) D 分會(huì )正在討論對有意發(fā)射引發(fā)的工作頻段的輻射發(fā)射超標豁免，并將豁免辦法寫(xiě)進(jìn) GB 14023 標準的附錄中。那么在試驗過(guò)程中，如何區分本車(chē)的發(fā)射與用于激活本車(chē)設備工作的外部設備的發(fā)射、如何區分有意發(fā)射設備工作頻段的信號與其帶來(lái)的非工作頻段的諧波或雜散發(fā)射，是判斷被測車(chē)輛輻射發(fā)射是否滿(mǎn)足要求需要解決的首要問(wèn)題。

試驗條件和試驗設備面臨的挑戰

傳統汽車(chē)上所用無(wú)線(xiàn)設備的上限頻率不超過(guò) 6 GHz，引入 5G V2X 通信和毫米波雷達后，車(chē)載無(wú)線(xiàn)設備的上限工作頻率飆升至 81 GHz。對于如此高頻段的汽車(chē)輻射發(fā)射，國內均未有標準給出明確的限值，汽車(chē)電磁兼容實(shí)驗室在設計建造時(shí)往往也不會(huì )針對如此高的頻率。6 GHz 以上頻段的整車(chē)對外輻射發(fā)射需要有公共認可的測試方法和限值標準來(lái)約束，毫米波頻段的測試也需要對實(shí)驗室和測試設備提出新的要求。從測試設備角度來(lái)說(shuō)，在智能網(wǎng)聯(lián)系統的輻射發(fā)射測試中，還須保證測試設備不會(huì )影響測試環(huán)境的電磁底噪，否則，輻射發(fā)射測試結果的準確性將難以保證。

（2）智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)電磁抗擾測試面臨的挑戰

測試內容和測試要求面臨的挑戰

首先是測試重心改變所帶來(lái)的挑戰。傳統電磁抗擾測試的測試重心更多是整車(chē)和零部件的抗擾水平，即被測車(chē)輛與被測零部件在特定電磁環(huán)境下是否會(huì )發(fā)生功能紊亂等現象，這是一種從功能實(shí)現的角度衡量整車(chē)或零部件性能的方法。而在智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛上，由于車(chē)輛獲得了一定程度的自我控制權，具有控制權的系統能否按照其預期功能正確執行便是智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛所要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，而這一問(wèn)題恰恰是功能安全所關(guān)心的問(wèn)題。因此，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的電磁抗擾測試重心需要從簡(jiǎn)單的功能實(shí)現轉為從安全的角度考察。其次是基于需求的驗證所帶來(lái)的挑戰。諸如ISO 26262《道路車(chē)輛功能安全》等眾多車(chē)輛安全性標準目前所正在做的是對于安全需求的不斷累積與更新。整車(chē)層級安全的實(shí)現過(guò)程實(shí)際上就是整車(chē)層面的不同安全需求的設計與實(shí)現過(guò)程，這實(shí)際是一種弱化約束的方法。在安全性設計階段，將嚴苛的、難以通過(guò)整體方式解決的安全性問(wèn)題不斷切片，每一片代表一個(gè)特定的安全需求，以此達到對安全性問(wèn)題的拆分 ；在后續的測試驗證階段，通過(guò)驗證一個(gè)個(gè)安全需求是否實(shí)現，采用累加的方式一步步地逼近完整的安全性問(wèn)題，這樣可以使整個(gè)評估過(guò)程更容易執行，也實(shí)現了對于優(yōu)解的近似代替。但這種基于安全需求的測試方法受需求覆蓋率影響極大，低覆蓋率下，安全需求累積程度不夠，難以充分確定車(chē)輛的安全性能。因此，如何盡可能多地搜尋、確定并測試安全需求，是智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛電磁抗擾測試所面臨的又一個(gè)挑戰。

第三是測試量帶來(lái)的挑戰。顯然，測試的安全需求越多，得到的結果越逼近終的完整安全性驗證結論。但大量的安全需求所帶來(lái)的是測試量的爆炸性增長(cháng)，按照 ISO 26262 道路車(chē)輛功能安全的定義，造成人身及財產(chǎn)損失發(fā)生的危害事件是內部危害與外部運行情境的組合。同一內部危害狀態(tài)與不同的外部運行情境的組合，所產(chǎn)生的危害事件的風(fēng)險等級與傷害結果可能大不相同。因此，為了保證測試的有效性與高覆蓋率，必須要考慮所有可能的車(chē)輛狀態(tài)與所有的運行情境的組合。但問(wèn)題也隨之而來(lái)，一方面，ISO 26262 功能安全標準關(guān)注的是來(lái)源于系統故障行為的危害，包含預期行為的終止與非預期行為的發(fā)生兩個(gè)方面，再細究上述故障行為的來(lái)源，又包含隨機硬件失效與系統性失效等等。即從功能安全角度來(lái)看，所需要考慮的內部危害來(lái)源就極多；另一方面，外界運行情境的不同需要充分考慮可能的道路屬性（道路幾何結構、拓撲結構、路面性質(zhì)等）、環(huán)境屬性（天氣、溫度、濕度不同時(shí)間段等）、交通屬性（其他交通參與者的數目、運行狀態(tài)、相對于本車(chē)的位置信息等）。內外兩種復雜選項組合而成的測試情景數目巨大，再加上電磁抗擾測試所要求的不同頻段、強度、極化方式、調制方式的電磁干擾，終生成的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)電磁抗擾測試情景的數目是驚人的，無(wú)法在合理的時(shí)間及開(kāi)銷(xiāo)下實(shí)現完整的全情景、全工況電磁抗擾測試。即，智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛電磁抗擾的窮舉測試在現實(shí)中是無(wú)法實(shí)現的，需要尋找更為高效的測試思路與測試方法。后是全局安全問(wèn)題所帶來(lái)的挑戰。整車(chē)功能安全的實(shí)現并不代表整車(chē)層級安全的實(shí)現。整車(chē)層級的安全除了功能實(shí)現與功能安全之外，還包含預期功能安全與網(wǎng)絡(luò )安全兩個(gè)方面。從基礎的功能實(shí)現開(kāi)始（即僅關(guān)注目標功能是否能夠正常實(shí)現，而較少關(guān)心或基本不關(guān)心外界運行情景的小范圍變化），功能安全在功能實(shí)現的基礎上加入了風(fēng)險的判定，旨在確定預期功能是否能夠正確地實(shí)現，關(guān)注的是實(shí)現的正確性與質(zhì)量高低 ；預期功能安全在確保預期功能已經(jīng)正確實(shí)現的情況下，將預期功能和實(shí)際需求功能做出對比，觀(guān)察預期功能是否能夠滿(mǎn)足實(shí)際情景使用中對它的需求 ；網(wǎng)絡(luò )安全在預期功能自身的實(shí)現已具有完滿(mǎn)性的情況下，探討外部的有意入侵行為是否會(huì )對預期功能自身的完滿(mǎn)性造成影響。這幾個(gè)方向相輔相成，互為補充。因而在執行智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛電磁抗擾測試時(shí)，傳統電磁抗擾測試所關(guān)注的功能實(shí)現問(wèn)題在安全層面上來(lái)說(shuō)是不充分的安全問(wèn)題的妥善解決需要從四個(gè)角度的特點(diǎn)入手，分別設計并執行測試過(guò)程。綜合來(lái)說(shuō)，以上幾大挑戰實(shí)質(zhì)上就是在測試用例設計方面面臨的挑戰。既然對于確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)安全性的電磁抗擾試驗而言，窮舉測試是不現實(shí)的，那么若要開(kāi)發(fā)出一套業(yè)界可以接受的電磁抗擾試驗標準，就需要對測試用例進(jìn)行凝練。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，或者自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全性至關(guān)重要，如何在凝練測試用例的同時(shí)，確保其電磁安全性能夠達到或者超出現有車(chē)輛的水平，這要求設計人員對智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的新功能、性能，及其與車(chē)載現有其他系統（例如動(dòng)力、底盤(pán)、轉向）之間的關(guān)系有比較深入的了解，能夠從各種故障行為、外部情境及其造成的危害角度出發(fā)，梳理出使智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)達到人們預期電磁安全水平所必須驗證的測試用例集，以及在這些測試用例之下必須關(guān)注的車(chē)輛參數水平，這需要相關(guān)技術(shù)人員在摸索中逐漸完善。

試驗條件和試驗設備面臨的挑戰

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)之所以叫智能網(wǎng)聯(lián)，就是因為搭載了各種可感知周邊環(huán)境的傳感器和可與非視距外圍設備通信的無(wú)線(xiàn)通信設備，使車(chē)輛具備了正確感知周遭視距和非視距范圍內的環(huán)境并做出相應反應的能力。傳統汽車(chē)進(jìn)行電磁兼容測試時(shí)，通常僅要求試驗環(huán)境的電磁背景干凈，且車(chē)輛能夠在試驗環(huán)境中達到一定的車(chē)速 ；而智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)則需要在實(shí)驗環(huán)境中去模擬道路環(huán)境，并與車(chē)輛進(jìn)行正常交互，以便欺騙車(chē)載傳感器和無(wú)線(xiàn)通信設備，使其誤認為車(chē)輛確實(shí)在道路上運行，相應的智能、網(wǎng)聯(lián)功能能夠正常激活。這些要求對試驗條件提出了極大挑戰。

首先，這需要用到一系列輔助設備。例如，激活自適應巡航系統（ACC）和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統（AEB）進(jìn)行電磁兼容性能測試時(shí)，需要用到雷達目標模擬器或角反射器......其次，在試驗環(huán)境中，還不能存在與道路環(huán)境中的障礙物及目標特性接近、可能導致車(chē)載智能網(wǎng)聯(lián)功能非正常觸發(fā)或不能正常觸發(fā)的額外因素，例如反射特性與車(chē)載雷達系統目標相當的反射體，或特別昏暗及特別明亮會(huì )影響車(chē)載攝像頭工作的燈光等。這需要在試驗之前對試驗環(huán)境進(jìn)行合理的調整和標定。除了需要用到更多類(lèi)型的設備來(lái)完成并對測試環(huán)境提出了特殊要求以外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的電磁抗擾測試也對測試設備提出了更高的技術(shù)要求 ：在智能網(wǎng)聯(lián)系統的輻射抗擾測試中，須保證測試設備不會(huì )受施加的電磁騷擾的影響，否則，無(wú)法判斷測試結果中出現的功能或性能降級是因為測試設備被干擾還是因為車(chē)輛本身抗擾性能不足而導致的 ；情況下，測試設備還可能因輻射抗擾試驗的高場(chǎng)強而損壞。這也導致很多智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)路試、臺架測試和仿真測試所用設備并不能用于電磁兼容測試，電磁兼容測試設備需要做特殊的設計處理。