新能源汽車系統(tǒng)電磁兼容測試驗證帶來的多重挑戰(zhàn)?

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(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**和體驗表現(xiàn)。

01

智能網(wǎng)聯(lián)汽車引入了更多的智能**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、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，國內(nèi)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。

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，國際國內(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。

02

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**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**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**》等眾多車輛**性標(biāo)準(zhǔn)目前所正在做的是對于**需求的不斷累積與更新。整車層級**的實現(xiàn)過程實際上就是整車層面的不同**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**性設(shè)計階段，將嚴(yán)苛的、難以通過整體方式解決的**性問題不斷切片，每一片代表一個特定的**需求，以此達到對**性問題的拆分 ；在后續(xù)的測試驗證階段，通過驗證一個個**需求  是否實現(xiàn)，采用累加的方式一步步地逼近完整的**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**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**需求越多，得到的結(jié)果越逼近*終的完整**性驗證結(jié)論。但大量的**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**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**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**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**問題所帶來的挑戰(zhàn)。整車功能**的實現(xiàn)并不代表整車層級**的實現(xiàn)。整車層級的**除了功能實現(xiàn)與功能**之外，還包含預(yù)期功能**與網(wǎng)絡(luò)**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**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**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)**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**層面上來說是不充分的**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**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**性至關(guān)重要，如何在凝練測試用例的同時，確保其電磁**性能夠達到或者超出現(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)汽車達到人們預(yù)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)注的車輛參數(shù)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 ；極端情況下，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。