汽車復雜電磁環境適應性測評方法研究

【歡迎引用】 王建利， 唐昌武， 喬俊賢， 等. 汽車復雜電磁環境適應性測評方法研究[J]. 汽車文摘，2024（XX）： X-XX.

【Cite this paper】 WANG J L， TANG C W， QIAO J X， et al. Research on the Evaluation Method for the Adaptability of Automotive Complex Electromagnetic Environment[J]. Automotive Digest （Chinese）， 2024（XX）： X-XX.

【摘要】隨著汽車的智能網聯化和電動化的快速發展，車輛內、外部電磁環境日趨復雜。為了克服傳統整車電磁兼容（EMC）試驗室測試方法在全面驗證實際工況方面的不足，在梳理復雜電磁環境分類和用戶使用場景的基礎上，提出一種基于用戶場景的車輛復雜電磁環境適應性測試評價方法，包括自兼容測試、靜態測試、常規功能動態測試、智能網聯動態測試和測試結果評價。通過某車型實際測試案例，結果表明該方法對于用戶場景下的汽車復雜電磁環境抗干擾的有效性，為整車EMC性能提升提供支撐。

關鍵詞：電磁環境；用戶使用場景；電磁兼容性；智能網聯汽車

中圖分類號：U467.1" "文獻標志碼：A" DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230252

【Abstract】 With the rapid development of intelligent networking and electrification in automobiles， the electromagnetic environment inside and outside vehicles is becoming increasingly complex. To overcome the limitations of traditional vehicle electromagnetic compatibility （EMC） laboratory testing methods in comprehensively validating actual operating conditions， a method for evaluating the adaptability of vehicle complex electromagnetic environments based on user scenarios is proposed. It includes self-compatibility testing， static testing， conventional functional dynamic testing， intelligent networked dynamic testing， and test result evaluation. Through actual testing of a certain vehicle model， the results show the effectiveness of this method in resisting interference in complex electromagnetic environments of automobiles in user scenarios， providing support for improving the overall EMC performance of the vehicles.

Key words： Electromagnetic environment， User usage scenarios， Electromagnetic Compatibility （EMC）， Intelligent and Connected Vehicle （ICV）

0 引言

在汽車電磁兼容（Electro Magnetic Compatibility，EMC）設計開發驗證過程中，需按照國際或國家通用標準進行常規輻射抗擾測試。然而，現有輻射抗擾測試要求一般為特定車速、轉速以及長時負載打開等穩態工況[1-5]，無法完全模擬真實電磁環境和用戶使用工況，導致車輛在復雜的實際工作環境中，仍可能發生電磁干擾問題，影響車輛行駛安全和舒適性[6]。新能源和智能網聯汽車對外界電磁環境的適應性要求更高，復雜電磁環境更容易引起高級駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance Systems，ADAS）功能誤判或失效、V2X（Vehicle to Everything）通信信號失真和中斷等干擾問題[7]。本文從用戶角度出發，通過梳理用戶實際使用工況，探索基于用戶使用場景的復雜電磁環境適應性測試方法，開展測試方案設計及驗證工作，提升和完善整車EMC驗證方法。

1 汽車復雜電磁環境

復雜電磁環境是指在一定空域、時頻和功率條件下所有電磁現象的總和[8]。城鎮化發展使道路距離復雜電磁環境中的電磁干擾源越來越近，耦合方式多樣化，干擾強度逐漸增大，電磁干擾問題顯著增多[9]。

汽車復雜電磁環境問題產生的原因主要包括以下5個方面：（1）日益增多的整車電氣設備，如各種控制器或傳感器、ADAS部件、網聯部件或天線以及高壓部件。（2）環境中存在各種頻段的通信信號，如調頻（Frequency Modulation，FM）、調幅（Amplitude Modulation，AM）、電視、無鑰匙進入（Remote Keyless Entry，RKE）、導航（Global Positioning System，GPS）、數字廣播（Digital Audio Broadcasting，DAB）、WIFI、藍牙、無線局域網（Wireless Local Area Network，WLAN）以及移動通信技術（2G、3G、4G、5G）等[10-11]。（3）變電站、發電廠等場所附近低頻電磁輻射場。（4）廣播、基站發射塔等場所附近高頻電磁輻射場。（5）引起整車故障的相互疊加、耦合的電磁信號。

按照復雜電磁環境信號類別將試驗場景分為低頻電磁輻射、高頻電磁輻射、居民生活電磁輻射、工業復雜電磁輻射和場景交通電磁輻射5種場景類別，每種場景類別分別包括多個環境場景[12-13]，如圖1所示。

2 測試方法

2.1 測試流程

用戶使用場景是指車輛與用戶、交通環境中其他交通參與者、設施、天氣、光照、道路之間的綜合交互過程。用戶使用場景一般由用戶體驗、車輛使用和環境場景構成[14-18]，如表1所示。

基于用戶場景的復雜電磁環境適應性測試方法包括自兼容測試、靜態測試、常規功能動態測試和智能網聯功能動態測試[19]。

汽車復雜電磁環境測試流程如圖2所示。在進行復雜電磁環境適應性試驗前，須先執行整車自兼容功能檢查，確保整車電磁兼容性試驗的準確性。試驗應在符合GB/T 6113.104—2021[20]標準、裝有吸波材料的屏蔽室或開放區域測試場所進行。

基于圖1所示的復雜電磁環境場景分類，在車輛怠速狀態下，對車輛各項功能在實際復雜電磁環境試驗場景下的正常性進行驗證。

2.2 用戶體驗測試

復雜電磁環境場景測試與常規整車EMC測試不同，其側重基于用戶實際使用工況開展測試。表2中列出了常見用戶體驗測試內容。在試驗過程中，實時監測整車狀態，若整車出現異常現象，應記錄下相應工況并詳細描述異常情況。

2.3 基于用戶的結果評價

針對試驗過程中的車輛異常現象，基于用戶角度開展結果評價[21]。按照復雜電磁環境適應性試驗過程中車輛異常情況可能引發的影響及功能偏差將異常情況分為3類：（1）車輛的異常只能導致輕微或可忽略的影響。（2）車輛的異常將導致舒適性下降。（3）車輛的異常會對車輛安全產生嚴重影響，或類別（1）和類別（2）中未包括的影響。所有未指定的（未定義的）影響及功能偏差自動歸入類別（3）。

在復雜電磁環境試驗場景適應性試驗過程中，不能出現舒適性下降和影響車輛安全的異常情況，僅允許出現引起輕微或可忽略影響的異常情況。

3 方案驗證

汽車復雜電磁環境適應性測試方案驗證工作主要包括實際測試場景、測試團隊構成、輔助測試設備、測試結果和場景信號數據庫。

3.1 實際測試場景

以長春市為例，選取長春站、龍嘉機場、吉林省廣播電視塔、大唐熱力發電廠、蔚山工廠、歐亞賣場、紅旗街和智能網聯示范區等典型測試場景。

3.2 測試團隊構成

測試團隊由EMC專業測試人員和專業駕駛員組成。其中EMC專業測試人員負責測試方案設計、方案實施、車輛狀態監控、測試結果評價、測試信號的采集與分析以及測試總結。專業駕駛員負責車輛駕駛、車輛狀態監控、智能網聯功能的檢查和車輛故障維護。

3.3 輔助測試設備

輔助測試設備主要包括頻譜分析儀、場強計和人體電磁防護測試儀。其中頻譜分析儀用于實際復雜電磁環境頻域信號的采集、分析與保存。場強計用于檢測實際復雜電磁環境的電磁場場強，尋找測試場景場強最大的地點。人體電磁防護測試儀用于檢測實際復雜電磁環境的低頻電磁場發射強度，以免復雜環境中的電磁輻射對試驗人員造成傷害。

3.4 測試場景信號數據庫

通過輔助測試設備進行復雜電磁環境場景信號的采集分析，并參考GB/T 18655—2018[22]標準中輻射發射頻段建立復雜電磁環境信號數據庫。實際采集照片和部分場景信號數據庫如圖3所示。

4.5 測試結果

選取某款車型在長春市開展實際復雜電磁環境場景測試，并與整車EMC試驗室輻射抗擾測試結果進行比對。

測試結果如表4所示，實際復雜電磁環境測試與整車EMC輻射抗擾測試結果均出現了轉向盤開關、中控屏及遠近光異常的現象，復雜電磁環境測試還出現雨刮器自動打開的異常現象，嚴重影響車輛駕駛安全和用戶體驗。上述異常現象證實了實際復雜電磁環境適應性測試在揭示潛在問題方面的有效性。

通過頻譜分析儀對復雜電磁環境進行數據采集，得到實際電磁環境場景在頻段200～2 500 MHz的輻射信號，如圖4所示。實際復雜電磁環境信號中存在較為明顯的泛歐集群無線電（Trans European Trunked Radio，TETRA）、藍牙、WLAN、增強型全球移動通信系統（Extended Global System for Mobile，EGSM）等頻帶通信信號，其中頻率為430 MHz的TETRA信號輻射強度最強。

為進一步探究TETRA信號對車輛電氣系統的影響，關閉TETRA信號移動設備對講機后，重新進行復雜電磁環境場景測試。結果顯示，干擾異常現象未復現，據此推斷該測試車輛的電氣系統對TETRA頻段干擾源較為敏感。通過對車輛電氣系統施加濾波、屏蔽等整改措施，重新進行復雜電磁環境場景測試，試驗結果為合格，且未發生電磁干擾異常現象。

5 結束語

汽車EMC性能對保障汽車安全及提升用戶體驗至關重要。本文通過基于用戶體驗的汽車復雜電磁環境測試方案設計和實際測試，驗證了該方法的有效性，為整車EMC性能提升提供支撐。隨著汽車的智能網聯化和電動化的快速發展，日趨復雜電磁環境對汽車EMC設計驗證帶來了極大的挑戰，電磁環境場景數據庫、用戶體驗場景多樣性以及智能電動車復雜電磁環境實際測試可行性等方面的研究有待進一步加強。

參 考 文 獻

[1] ECE. Uniform Provisions Concerning the Approval of Vehicles with Regard to Electromagnetic Compatibility：ECE R10[S/OL]. （2012-09-20）[2024-08-26]. https：//eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/？uri=CELEX：42012X0920（01）.

[2] ISO. Road Vehicles—Vehicle Test Methods for ElectricalDisturbances from Narrowband Radiated Electromagnetic Energy—Part 2： Off-Vehicle Radiation Sources： ISO 11451-2[S/OL]. （2015-06-01）[2024-08-26]. https：//www.iso.org/obp/ui/#iso：std：iso：11451：-2：ed-4：v1：en

[3] ISO. Road Vehicles—Vehicle Test Methods for Electrical Disturbances from Narrowband Radiated Electromagnetic Energy—Part 3： On- Board Transmitter Simulation： ISO 11451-3[S/OL]. （2015-06-01）[2024-08-26]. https：//cdn.standards.iteh.ai/samples/59604/9d05cd03f18b4e03938a2da91959b9e5/ISO-11451-3-2015.pdf.

[4] ISO. Road Vehicles—Vehicle Test Methods for Electrical Disturbances from Narrowband Radiated Electromagnetic Energy—Part 4： Bulk Current Injection （BCI）： ISO 11451-4[S/OL]. （2015-06-01）[2024-08-26]. https：//www.iso.org/standard/79797.html.

[5] ISO. Road Vehicles—Test Methods for Electrical Disturbances from Electrostatic Discharge： ISO 10605[S/OL]. （2008-07-15）[2024-08-26]. https：//www.ti.com/lit/an/slva954b/slva954b.pdf？ts=1724637490847amp;ref_url=https%253A%252F%252Fcn.bing.com%252F.

[6] 王建利， 劉力， 龔曉琴， 等. 新能源和智能網聯汽車電磁兼容性能影響因素研究[J]. 汽車文摘，2023（1）： 59-62

[7] 王建利. 整車電磁兼容試驗標準發展趨勢研究[J]. 汽車文摘， 2020（11）： 20-24.

[8] 中國汽車工程學會. 道路車輛復雜電磁環境適應性要求和試驗方法：T/CSAE 150－2020[S]. 北京：中國標準出版社， 2020.

[9] 張悅， 陳磊， 韓燁， 等. 適用于智能網聯汽車的電磁場景構建方法研究[C]//2020中國汽車工程學會年會論文集（4）. 北京： 機械工業出版社， 2020.

[10] 全國無線電干擾標準化技術委員會. 車輛、船和內燃機無線電騷擾特性用于保護車載接收機的限值和測量方法：GB/T 18655—2018[S]. 北京： 中國標準出版社， 2018.

[11] IEC. Vehicles， Boats and Internal Combustion Engines-Radio Disturbance Characteristics-Limits and Methods of Measurement for the Protection of On-Board Receivers： CISPR 25[S/OL]. （2021-12-16）[2024-09-26]. https：//www.semanticscholar.org/paper/Vehicles%2C-boats-and-internal-combustion-engines-and-Bs-En/6b322b0ca4e9cf233868aee9a93bc14f1eef72fc.

[12] 王傳琪， 張悅， 張旭， 等. 車輛復雜電磁環境適應性研究[J]. 安全與電磁兼容， 2018（1）： 43-46.

[13] WANG C Q， CHEN L， ZHANG X， et al. Research on the Vehicle’s Susceptibility to Complex Electromagnetic Environment[C]//Proceedings of the 4th International Conference on Vehicle，Mechanical and Electrical Engineering（ICVMEE 2017）. DEStech Publications， 2017： 8.

[14] 譚浩， 唐詩妍. 智能汽車交互界面用戶體驗評估方法體系綜述[J]. 包裝工程， 2023， 44（6）： 12-24+469.

[15] 李萍， 聶國樂， 牛亞卓， 等. 基于用戶場景的汽車行駛工況構建方法探究[J]. 汽車實用技術， 2023， 48（23）： 201-209.

[16] 孫昊. 用戶體驗下的奔騰汽車交互設計研究[D].長春： 吉林大學， 2022.

[17] 朱煜. 智能網聯車輛的測試場景生成及相關測試方法研究[D]. 長春： 吉林大學， 2023.

[18] FENG S， YAN X T， SUN H W， et al. Intelligent Driving Intelligence Test for Autonomous Vehicles with Naturalistic and Adversarial Environment[J]. Nature Communications， 2021， 748（2）： s41467021210078.

[19] 王建利， 劉力， 白麗， 等. 一種汽車整車復雜電磁環境場景適應性試驗方法：114994430A[P]. 2022-09-02.

[20] 國家標準化管理委員會， 無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范 第1-4部分：無線電騷擾和抗擾度測量設備 輻射騷擾測量用天線和試驗場地：GB/T 6113.104—2021[S]. 北京： 中國標準出版社， 2021.

[21] LIU M F， OUYANG X Y， LIU R K， et al. An Evaluation Method for Automotive Technical and Comprehensive Performance[J]. Automotive Innovation， 2023（6）： 231-243.

[22] 國家標準化管理委員會. 車輛、船和內燃機 無線電騷擾特性 用于保護車載接收機的限值和測量方法： GB/T 18655——2018[S]. 北京： 中國標準出版社， 2018.

（責任編輯 梵玲）