新能源汽車電磁兼容測試驗證

常規(guī)車輛的電磁兼容性能在整個測試體系中已有較好的系統(tǒng)化要求，相應(yīng)試驗的實現(xiàn)條件也較*，能夠較好地完成國家法規(guī)體系要求進行的試驗。隨著整個汽車行業(yè)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化發(fā)展，車輛的屬性已逐漸從單一個體，演變成一個龐大智能交通網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點。“三化”帶給車輛大的變化，是使車輛與其周遭環(huán)境，包括道路交通設(shè)施、其他車輛、環(huán)境中包含的各種其他節(jié)點，越來越緊密地融合在一起。車上新增的各種功能都在強調(diào)與環(huán)境的交互，這給車輛電磁兼容性能測試驗證帶來了新的挑戰(zhàn)--新能源汽車測試系統(tǒng)。

按照常規(guī)分類方式，車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)注對車輛以外的其他電器設(shè)備的保護，我國主要由法規(guī)來要求（GB 14023、GB/T 18387 和 GB 34660）；抗擾特性則關(guān)注車輛自身對外部干擾的耐受能力，既有法規(guī)要求（GB 34660），更要關(guān)注車輛在抗擾測試中的安全和體驗表現(xiàn)。

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

測試內(nèi)容和測試要求面臨的挑戰(zhàn)

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

試驗條件和試驗設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)汽車上所用無線設(shè)備的上限頻率不超過 6 GHz，引入 5G V2X 通信和毫米波雷達(dá)后，車載無線設(shè)備的上限工作頻率飆升至 81 GHz。對于如此高頻段的汽車輻射發(fā)射，國內(nèi)均未有標(biāo)準(zhǔn)給出明確的限值，汽車電磁兼容實驗室在設(shè)計建造時往往也不會針對如此高的頻率。6 GHz 以上頻段的整車對外輻射發(fā)射需要有公共認(rèn)可的測試方法和限值標(biāo)準(zhǔn)來約束，毫米波頻段的測試也需要對實驗室和測試設(shè)備提出新的要求。從測試設(shè)備角度來說，在智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的輻射發(fā)射測試中，還須保證測試設(shè)備不會影響測試環(huán)境的電磁底噪，否則，輻射發(fā)射測試結(jié)果的準(zhǔn)確性將難以保證。

（2）智能網(wǎng)聯(lián)汽車電磁抗擾測試面臨的挑戰(zhàn)

測試內(nèi)容和測試要求面臨的挑戰(zhàn)

首先是測試重心改變所帶來的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電磁抗擾測試的測試重心更多是整車和零部件的抗擾水平，即被測車輛與被測零部件在特定電磁環(huán)境下是否會發(fā)生功能紊亂等現(xiàn)象，這是一種從功能實現(xiàn)的角度衡量整車或零部件性能的方法。而在智能網(wǎng)聯(lián)車輛上，由于車輛獲得了一定程度的自我控制權(quán)，具有控制權(quán)的系統(tǒng)能否按照其預(yù)期功能正確執(zhí)行便是智能網(wǎng)聯(lián)車輛所要重點關(guān)注的問題，而這一問題恰恰是功能安全所關(guān)心的問題。因此，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電磁抗擾測試重心需要從簡單的功能實現(xiàn)轉(zhuǎn)為從安全的角度考察。其次是基于需求的驗證所帶來的挑戰(zhàn)。諸如ISO 26262《道路車輛功能安全》等眾多車輛安全性標(biāo)準(zhǔn)目前所正在做的是對于安全需求的不斷累積與更新。整車層級安全的實現(xiàn)過程實際上就是整車層面的不同安全需求的設(shè)計與實現(xiàn)過程，這實際是一種弱化約束的方法。在安全性設(shè)計階段，將嚴(yán)苛的、難以通過整體方式解決的安全性問題不斷切片，每一片代表一個特定的安全需求，以此達(dá)到對安全性問題的拆分 ；在后續(xù)的測試驗證階段，通過驗證一個個安全需求是否實現(xiàn)，采用累加的方式一步步地逼近完整的安全性問題，這樣可以使整個評估過程更容易執(zhí)行，也實現(xiàn)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)車輛電磁抗擾測試所面臨的又一個挑戰(zhàn)。

第三是測試量帶來的挑戰(zhàn)。顯然，測試的安全需求越多，得到的結(jié)果越逼近終的完整安全性驗證結(jié)論。但大量的安全需求所帶來的是測試量的爆炸性增長，按照 ISO 26262 道路車輛功能安全的定義，造成人身及財產(chǎn)損失發(fā)生的危害事件是內(nèi)部危害與外部運行情境的組合。同一內(nèi)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(jié)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輛狀態(tài)與所有的運行情境的組合。但問題也隨之而來，一方面，ISO 26262 功能安全標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的是來源于系統(tǒng)故障行為的危害，包含預(yù)期行為的終止與非預(yù)期行為的發(fā)生兩個方面，再細(xì)究上述故障行為的來源，又包含隨機硬件失效與系統(tǒng)性失效等等。即從功能安全角度來看，所需要考慮的內(nèi)部危害來源就極多；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(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路面性質(zhì)等）、環(huán)境屬性（天氣、溫度、濕度不同時間段等）、交通屬性（其他交通參與者的數(shù)目、運行狀態(tài)、相對于本車的位置信息等）。內(nèi)外兩種復(fù)雜選項組合而成的測試情景數(shù)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(diào)制方式的電磁干擾，終生成的智能網(wǎng)聯(lián)汽車電磁抗擾測試情景的數(shù)目是驚人的，無法在合理的時間及開銷下實現(xiàn)完整的全情景、全工況電磁抗擾測試。即，智能網(wǎng)聯(lián)車輛電磁抗擾的窮舉測試在現(xiàn)實中是無法實現(xiàn)的，需要尋找更為高效的測試思路與測試方法。后是全局安全問題所帶來的挑戰(zhàn)。整車功能安全的實現(xiàn)并不代表整車層級安全的實現(xiàn)。整車層級的安全除了功能實現(xiàn)與功能安全之外，還包含預(yù)期功能安全與網(wǎng)絡(luò)安全兩個方面。從基礎(chǔ)的功能實現(xiàn)開始（即僅關(guān)注目標(biāo)功能是否能夠正常實現(xiàn)，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），功能安全在功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上加入了風(fēng)險的判定，旨在確定預(yù)期功能是否能夠正確地實現(xiàn)，關(guān)注的是實現(xiàn)的正確性與質(zhì)量高低 ；預(yù)期功能安全在確保預(yù)期功能已經(jīng)正確實現(xiàn)的情況下，將預(yù)期功能和實際需求功能做出對比，觀察預(yù)期功能是否能夠滿足實際情景使用中對它的需求 ；網(wǎng)絡(luò)安全在預(yù)期功能自身的實現(xiàn)已具有完滿性的情況下，探討外部的有意入侵行為是否會對預(yù)期功能自身的完滿性造成影響。這幾個方向相輔相成，互為補充。因而在執(zhí)行智能網(wǎng)聯(lián)車輛電磁抗擾測試時，傳統(tǒng)電磁抗擾測試所關(guān)注的功能實現(xiàn)問題在安全層面上來說是不充分的安全問題的妥善解決需要從四個角度的特點入手，分別設(shè)計并執(zhí)行測試過程。綜合來說，以上幾大挑戰(zhàn)實質(zhì)上就是在測試用例設(shè)計方面面臨的挑戰(zhàn)。既然對于確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全性的電磁抗擾試驗而言，窮舉測試是不現(xiàn)實的，那么若要開發(fā)出一套業(yè)界可以接受的電磁抗擾試驗標(biāo)準(zhǔn)，就需要對測試用例進行凝練。智能網(wǎng)聯(lián)汽車，或者自動駕駛汽車的安全性至關(guān)重要，如何在凝練測試用例的同時，確保其電磁安全性能夠達(dá)到或者超出現(xiàn)有車輛的水平，這要求設(shè)計人員對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的新功能、性能，及其與車載現(xiàn)有其他系統(tǒng)（例如動力、底盤、轉(zhuǎn)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)汽車達(dá)到人們預(yù)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)注的車輛參數(shù)水平，這需要相關(guān)技術(shù)人員在摸索中逐漸*。

試驗條件和試驗設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車之所以叫智能網(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(shè)備通信的無線通信設(shè)備，使車輛具備了正確感知周遭視距和非視距范圍內(nèi)的環(huán)境并做出相應(yīng)反應(yīng)的能力。傳統(tǒng)汽車進行電磁兼容測試時，通常僅要求試驗環(huán)境的電磁背景干凈，且車輛能夠在試驗環(huán)境中達(dá)到一定的車速 ；而智能網(wǎng)聯(lián)汽車則需要在實驗環(huán)境中去模擬道路環(huán)境，并與車輛進行正常交互，以便欺騙車載傳感器和無線通信設(shè)備，使其誤認(rèn)為車輛確實在道路上運行，相應(yīng)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(zhàn)。

首先，這需要用到一系列輔助設(shè)備。例如，激活自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）和自動緊急制動系統(tǒng)（AEB）進行電磁兼容性能測試時，需要用到雷達(dá)目標(biāo)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(biāo)特性接近、可能導(dǎo)致車載智能網(wǎng)聯(lián)功能非正常觸發(fā)或不能正常觸發(fā)的額外因素，例如反射特性與車載雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)相當(dāng)?shù)姆瓷潴w，或特別昏暗及特別明亮?xí)绊戃囕d攝像頭工作的燈光等。這需要在試驗之前對試驗環(huán)境進行合理的調(diào)整和標(biāo)定。除了需要用到更多類型的設(shè)備來完成并對測試環(huán)境提出了特殊要求以外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電磁抗擾測試也對測試設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求 ：在智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的輻射抗擾測試中，須保證測試設(shè)備不會受施加的電磁騷擾的影響，否則，無法判斷測試結(jié)果中出現(xiàn)的功能或性能降級是因為測試設(shè)備被干擾還是因為車輛本身抗擾性能不足而導(dǎo)致的 ；情況下，測試設(shè)備還可能因輻射抗擾試驗的高場強而損壞。這也導(dǎo)致很多智能網(wǎng)聯(lián)汽車路試、臺架測試和仿真測試所用設(shè)備并不能用于電磁兼容測試，電磁兼容測試設(shè)備需要做特殊的設(shè)計處理。