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嘉峪檢測網(wǎng) 2019-12-03 10:57
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，相應試驗的實現(xiàn)條件也較完善，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)絡上的節(jié)點。“三化”帶給車輛最大的變化，是使車輛與其周遭環(huán)境，包括道路交通設施、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)。
電磁兼容性能 VS.體驗和安全
按照美國汽車工程師協(xié)會（SAE）對自動駕駛的分級，現(xiàn)在國內(nèi)外市面上的車輛以L0、L1和L2級為主，目前尚未明顯發(fā)現(xiàn)因電磁兼容性能帶來的嚴重安全問題。但是，L1、L2 級自動駕駛的車輛，整車控制絕大部分都還掌握在駕駛員手中，到L3以上，車載控制器的自主控制所占比重越來越大。如果感知環(huán)境的傳感器、傳輸信息的鏈路、線路或總線，以及執(zhí)行運算的控制器中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就可能導致整車控制出現(xiàn)決策性失誤，引發(fā)嚴重后果。這也是自動駕駛發(fā)展的同時必須大力加強功能安全相關技術的原因。
同時，車輛作為運輸?shù)妮d體，車內(nèi)乘員都是智能網(wǎng)聯(lián)車輛或自動駕駛車輛最重要的服務對象，乘員的體驗也是必須關注的。若因電磁兼容問題導致用戶能感知的功能故障或性能降級，例如音頻或視頻流播放卡頓、音質或畫面品質惡化、車艙內(nèi)溫度或風量控制失常、全景監(jiān)控圖像花屏等，會直接導致用戶投訴，影響品牌形象。
因而，從整車廠的角度延伸到用戶角度，汽車電磁兼容性能所關聯(lián)和影響的有兩個要點：一是功能安全，二是用戶體驗。
在安全性研究上，ISO/TC22/SC32/WG8功能安全工作組于2018年末更新了適用于道路車輛功能安全（ISO 26262《道路車輛功能安全》）的國際標準，并于2019年初公開了道路車輛預期功能安全（ISO/PAS 21448）標準的文稿；ISO/TC22/SC32/WG11網(wǎng)絡安全工作組也在加緊制定關于道路車輛網(wǎng)絡安全（ISO/SAE CD 21434）的標準。
體驗方面，行業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)整車企業(yè)還是采取主觀評價的方式來驗證。這要求評價人員具備很高很穩(wěn)定的專業(yè)素質，否則評價得到的結果就不具備客觀公正性。此外，體驗類的測試評價大都是在車輛正常的工作狀態(tài)下進行，考察的工況也相對簡單。盡管因電磁兼容導致的體驗類問題在傳統(tǒng)汽車上時有發(fā)生，且智能網(wǎng)聯(lián)車輛上敏感系統(tǒng)遠多于傳統(tǒng)車輛，但因電磁兼容性能問題可能導致的智能網(wǎng)聯(lián)車輛的體驗降級仍然還沒有得到足夠的重視。
測試內(nèi)容與測試實施中面臨的挑戰(zhàn)
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)射特性關注對車輛以外的其他電器設備的保護，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)的最大區(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、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，能夠覆蓋最大發(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，全國無線電干擾標準化技術委員會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)射超標豁免，并將豁免辦法寫進GB 14023 標準的附錄中。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備工作的外部設備的發(fā)射、如何區(qū)分有意發(fā)射設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。
●試驗條件和試驗設備面臨的挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)汽車上所用無線設備的上限頻率不超過6 GHz，引入5G V2X通信和毫米波雷達后，車載無線設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，國際國內(nèi)均未有標準給出明確的限值，汽車電磁兼容實驗室在設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)射需要有公共認可的測試方法和限值標準來約束，毫米波頻段的測試也需要對實驗室和測試設備提出新的要求。
從測試設備角度來說，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)射測試結果的準確性將難以保證。
（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，具有控制權的系統(tǒng)能否按照其預期功能正確執(zhí)行便是智能網(wǎng)聯(lián)車輛所要重點關注的問題，而這一問題恰恰是功能安全所關心的問題。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。在安全性設計階段，將嚴苛的、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)了對于最優(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，得到的結果越逼近最終的完整安全性驗證結論。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 功能安全標準關注的是來源于系統(tǒng)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)生兩個方面，再細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（道路幾何結構、拓撲結構、路面性質等）、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，最終生成的智能網(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。
最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，還包含預期功能安全與網(wǎng)絡安全兩個方面。如圖1所示，從最基礎的功能實現(xiàn)開始（即僅關注目標功能是否能夠正常實現(xiàn)，而較少關心或基本不關心外界運行情景的小范圍變化），功能安全在功能實現(xiàn)的基礎上加入了風險的判定，旨在確定預期功能是否能夠正確地實現(xiàn)，關注的是實現(xiàn)的正確性與質量高低；預期功能安全在確保預期功能已經(jīng)正確實現(xiàn)的情況下，將預期功能和實際需求功能做出對比，觀察預期功能是否能夠滿足實際情景使用中對它的需求；網(wǎng)絡安全在預期功能自身的實現(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，分別設計并執(zhí)行測試過程。
圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的整車級安全
綜合來說，以上幾大挑戰(zhàn)實質上就是在測試用例設計方面面臨的挑戰(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準，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到或者超出現(xiàn)有車輛的水平，這要求設計人員對智能網(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、轉向）之間的關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注的車輛參數(shù)水平，這需要相關技術人員在摸索中逐漸完善。
●試驗條件和試驗設備面臨的挑戰(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備通信的無線通信設備，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)境并做出相應反應的能力。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備，使其誤認為車輛確實在道路上運行，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(zhàn)。
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(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系統(tǒng)目標相當?shù)姆瓷潴w，或特別昏暗及特別明亮會影響車載攝像頭工作的燈光等。這需要在試驗之前對試驗環(huán)境進行合理的調(diào)整和標定。
除了需要用到更多類型的設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備提出了更高的技術要求 ：在智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的輻射抗擾測試中，須保證測試設備不會受施加的電磁騷擾的影響，否則，無法判斷測試結果中出現(xiàn)的功能或性能降級是因為測試設備被干擾還是因為車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強而損壞。這也導致很多智能網(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。
國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車電磁兼容測試方法的研究，國外主機廠應該有較多的積累，但出于保密原因極少見到公開文獻報道。國內(nèi)相關工作基本從 2016 年開始起步。2016年12月，中國汽車工程研究院 EMC 檢測部在國家機動車質量監(jiān)督檢驗中心（重慶）的 EMC實驗室中成功進行了國內(nèi)首例電波暗室內(nèi)整車級自適應巡航系統(tǒng)ACC 功能模擬與EMC實驗。隨后，國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心（長春）和國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）也相繼進行了相關試驗，行業(yè)對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電磁兼容性能測試驗證關注度日益提高。
2018 年，中國汽車工程學會汽車電磁兼容分會從團體標準解決行業(yè)問題的角度出發(fā)，提出了制定智能網(wǎng)聯(lián)車輛電磁抗擾性能技術要求和測試方法的標準立項，并率先啟動相關標準的研究工作 ；該標準由中國汽車工程研究院牽頭，聯(lián)合國內(nèi)主流整車自主品牌、合資品牌與智能網(wǎng)聯(lián)相關系統(tǒng)的主流產(chǎn)品一級供應商共同進行。標準內(nèi)容涉及自適應巡航ACC/前向碰撞預警 FCW、車道偏離預警LDW等工況下的整車級電磁抗擾度技術要求與測試方法，以及移動通信、導航等工況下的整車級電磁抗擾度技術要求與測試方法。
為了較好地完成該標準的制定，需要標準工作組熟悉被測智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的工作原理、激活機制，由此定義典型測試工況，確定所要監(jiān)控的參數(shù)和監(jiān)控方式，對測試設備和測試系統(tǒng)的搭建提出符合電磁兼容測試基本原則的技術要求。同時，為了提高標準的可操作性和控制實驗成本，還需確定電磁騷擾的施加方式，例如測試頻點、單頻點測試駐留時間、駐留時間內(nèi)車輛狀態(tài)，以及同頻豁免頻點等。目前，該標準已完成第二次意見征集，正在形成征求意見稿。
建議
隨著智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)越來越復雜，測試場景數(shù)量及復雜度增加，要實現(xiàn)完備測試，需要的測試成本越來越高，這也會嚴重阻礙智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電磁兼容測試推行。行業(yè)需要先達成對成本可接受的基本測試用例的一致意見，在推行測試的過程中再去研究如何優(yōu)化測試場景和方法，提高測試效率，在不影響測試覆蓋率的前提下降低測試成本。需要解決的技術問題還很多，需要全行業(yè)一起共同應對。可以從簡單的、易實現(xiàn)的入手，邊做邊研究，邊做邊完善。例如，多車道多目標復雜場景下的測試不好實現(xiàn)，就將復雜場景拆分為簡單場景的組合，從單車道或單目標場景入手，先解決正前方單目標跟車工況下的測試，再逐漸擴展場景類型和復雜度。
總之，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電磁兼容性能測試驗證是一個比較復雜、困難，但又必須進行的任務，需要電磁兼容工程師、產(chǎn)品開發(fā)工程師等多個領域的人員共同參與 ；希望各整車廠能夠真正重視智能網(wǎng)聯(lián)汽車的電磁兼容問題，加大研究投入，加快推進相關標準的制定。
來源：Internet
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