新能源汽車(chē)系統電磁兼容測試驗證帶來(lái)的多重挑戰?

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**和體驗表現。

01

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)引入了更多的智能**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，國內無(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。

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，國際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。

02

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**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**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**》等眾多車(chē)輛**性標準目前所正在做的是對于**需求的不斷累積與更新。整車(chē)層級**的實(shí)現過(guò)程實(shí)際上就是整車(chē)層面的不同**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**性設計階段，將嚴苛的、難以通過(guò)整體方式解決的**性問(wèn)題不斷切片，每一片代表一個(gè)特定的**需求，以此達到對**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)**需求  是否實(shí)現，采用累加的方式一步步地逼近完整的**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**需求的測試方法受需求覆蓋率影響極大，低覆蓋率下，**需求累積程度不夠，難以充分確定車(chē)輛的**性能。因此，如何盡可能多地搜尋、確定并測試**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**需求越多，得到的結果越逼近*終的完整**性驗證結論。但大量的**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**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**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**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**問(wèn)題所帶來(lái)的挑戰。整車(chē)功能**的實(shí)現并不代表整車(chē)層級**的實(shí)現。整車(chē)層級的**除了功能實(shí)現與功能**之外，還包含預期功能**與網(wǎng)絡(luò )**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**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**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 )**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**層面上來(lái)說(shuō)是不充分的**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)**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**性至關(guān)重要，如何在凝練測試用例的同時(shí)，確保其電磁**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**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。

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 ；極端情況下，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。