Способ испытаний автотранспортных средств на восприимчивость к излучаемому электромагнитному полю
METHOD FOR TESTING VEHICLES FOR SUSCEPTIBILITY TO EMITTED ELECTROMAGNETIC FIELD

Изобретение относится к способам электрических испытаний на восприимчивость к электромагнитному полю (ЭМП) автотранспортных средств (АТС), в частности, к воздействию внешнего высокочастотного излучаемого электромагнитного поля, далее способ испытаний, и может быть использовано для определения помехоустойчивости бортового электрооборудования АТС при воздействии высокочастотных излучаемых электромагнитных помех.
Из ISO 11451-2:2007. Road vehicles - Vehicle test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 2: Off-vehicle radiation sources известен способ испытаний, в котором испытуемое АТС размещают на динамометрическом стенде, расположенном в электромагнитной безэховой камере (далее - устанавливают в безэховую камеру), ориентируют АТС фронтально к излучающей антенне, включают бортовое электрооборудование, двигатель и задают ездовой цикл в соответствии с тест-планом на испытание. Затем подвергают АТС воздействию внешнего высокочастотного ЭМП с заданными параметрами, излучаемого антенной. Испытания АТС продолжаются до завершения всех предписанных тест - планом режимов воздействия ЭМП. В общем случае, реализация режимов воздействия ЭМП заключается в перестройке узкополосного модулированного и не модулированного ЭМП в определенном диапазоне частот с заданным тест-планом шагом перестройки.
При этом перед проведением испытаний, до установки АТС, производят калибровку мощности излучаемого антенной ЭМП, осуществляемую с помощью датчиков, устанавливаемых в точке калибровки. Координаты места расположения точки калибровки ЭМП (места установки датчиков) задают/определяют исходя из координат расположения либо точки пересечения геометрических поверхостей, описывающих поверхности ветрового стекла и капота, а также вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии гипотетически установленного в безэховой камере АТС, либо точки пересечения геометрической оси его передних колес и вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии гипотетически установленного в безэховой камере АТС. После калибровки ЭМП в испытательную зону устанавливают АТС и проводят предусмотренный тест-планом цикл испытаний. Оценка соответствия или несоответствия АТС техническим требованиям производится на основании анализа выявленных нарушений работоспособности бортового электрооборудования или заданных тест-планом режимов ездового цикла АТС.
Недостатком данного способа является отсутствие методики испытаний АТС при его позиционировании, по отношению к излучающей антенне, в отличных от фронтального положениях.
Из Правила №10. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении электромагнитной совместимости. [Текст] / Добавление 9. - Пересмотр 3. - ЕЭК ООН, 2008, известен способ испытаний, в котором испытуемое АТС устанавливают в безэховую камеру, ориентируют его преимущественно фронтально к излучающей антенне, включают бортовое электрооборудование, двигатель и задают ездовой цикл, при котором скорость АТС равна 50 км/ч. Затем подвергают АТС воздействию внешнего высокочастотного ЭМП с заданными параметрами, излучаемого антенной. В ряде случаев, зависящих, в частности, от компоновки бортового электрооборудования и габаритов оцениваемого АТС, последнее может быть испытано при ориентации его задней или боковой частей в сторону излучающей антенны. Испытания АТС на помехоустойчивость продолжаются до завершения всех предусмотренных тест-планом режимов воздействия ЭМП. В общем случае, реализация режимов воздействия ЭМП заключается в перестройке модулированного и не модулированного ЭМП в определенном диапазоне частот с заданным шагом перестройки.
Как и в предыдущем случае, перед установкой АТС производят калибровку мощности излучаемого антенной ЭМП. Координаты места расположения точки калибровки ЭМП задают/определяют также исходя из координат расположения либо точки пересечения геометрических поверхностей, описывающих поверхности ветрового стекла и капота, а также вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии гипотетически установленного в безэховой камере АТС, либо точки пересечения геометрической оси его передних колес и вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии гипотетически установленного в безэховой камере АТС. После калибровки ЭМП в безэховую камеру устанавливают АТС и проводят предусмотренный тест-планом цикл испытаний. Если АТС имеет расположенные в задней или в боковой частях бортовые системы электрооборудования, то АТС позиционируют относительно излучающей антенны, соответственно, задней или боковой частями. Оценка соответствия или несоответствия АТС техническим требованиям производится на основании анализа выявленных нарушений работоспособности бортового электрооборудования или заданных тест-планом режимов ездового цикла АТС.
Недостатком данного способа является то, что при боковом позиционировании АТС по отношению к излучающей антенне не определена точки калибровки ЭМП, посредством которой может быть задана мощность излучения антенны, эквивалентная мощности излучения, реализуемой в цикле испытаний при фронтальном или заднем (задней частью/кормовом) позиционировании АТС по отношению к антенне. При этом известно, что любое АТС, из-за имеющихся на поверхности кузова щелей, отверстий и оконных проемов, с позиции электродинамики является сложной широкополосной антенной системой, имеющей сложную диаграмму направленности на разных частотах. Исходя из последнего - уровень наводимых в бортовом электрооборудовании помех может существенно изменяться в зависимости от угла позиционирования АТС по отношению к излучающей антенне. Таким образом, способ испытаний по правилу №10 ЕЭК ООН не обеспечивает идентичности условий облучения АТС внешним ЭМП во всем диапазоне азимутальных углов его позиционирования по отношению к антенне.
Из патента RU 2640376, 6МПК G01M 17/00, G01R 33/00, публ. 28.12.2017, который принят в качестве прототипа, известен способ испытаний, в котором испытуемое АТС устанавливают в безэховую камеру, ориентируют его в соответствии регламентирующй документацией относительно излучающей антенны, и задают режим работы АТС и бортового электрооборудования в соответствии с тест-планом на испытания. Затем подвергают АТС воздействию внешнего высокочастотного ЭМП с заданными параметрами. В зависимости от требований тест-плана, АТС может быть подвергнут воздействию внешнего ЭМП во всем диапазоне азимутальных углов его позиционирования по отношению к излучающей антенне. Испытания АТС на помехоустойчивость продолжают до завершения всех предусмотренных тест-планом режимов воздействия ЭМП. В общем случае, реализация режимов воздействия ЭМП заключается в перестройке модулированного и не модулированного ЭМП в определенном диапазоне частот с заданным шагом перестройки.
Как и в выше описанных методах испытаний, перед установкой АТС выполняют калибровку мощности излучаемого антенной ЭМП. Однако, координаты места расположения точки калибровки ЭМП, в решении по патенту RU2640376 задают/определяют исходя из координат расположения геометрического центра гипотетически установленного в безэховой камере, в данном решении на поворотном динамометрическом стенде, АТС. После калибровки ЭМП в безэховую камеру устанавливают АТС и проводят предусмотренный тест-планом цикл испытаний.
Второй особенностью данного решения является необходимость дистанцирования излучающей антенны от испытываемого АТС, обеспечивающего перекрытие (охват) основным лепестком азимутальной диаграммы направленности горизонтального габарита АТС.
Оценка соответствия или несоответствия АТС техническим требованиям производится на основании анализа выявленных нарушений работоспособности бортового электрооборудования или заданных тест-планом режимов ездового цикла АТС.
Недостатком решения по патенту RU2640376, в случае реализации в целях испытаний ЭМП больших энергий, например 100 В/м, является необходимость использования в комплекте с излучающей антенной мощного усилителя высокочастотных сигналов, обусловленная значительным дистанцированием антенны и АТС, что, в большинстве случаев, экономически нецелесообразно.
Задачей изобретения было создание способа испытаний АТС на восприимчивость к внешнему ЭМП, обеспечивающего проверку бортового электрооборудования на помехоустойчивость, в том числе, к высоким уровням напряженности ЭМП, при любых углах азимутального позиционирования АТС относительно излучающей антенны.
Указанная задача решается в способе испытаний АТС на восприимчивость к внешнему высокочастотному ЭМП, в котором в безэховой камере задают точку расположения геометрического центра подготовленного к испытаниям АТС, выполняют калибровку мощности излучаемого антенной ЭМП, после завершения калибровки в безэховую камеру устанавливают испытуемое АТС, ориентируют его относительно излучающей антенны, задают режим работы АТС и бортового электрооборудования, а затем подвергают АТС воздействию внешнего высокочастотного ЭМП с заданными параметрами, заключение о соответствии АТС регламентированным требованиям принимают на основании анализа выявленных нарушений работоспособности бортового электрооборудования или режимов ездового цикла АТС.
Указанная задача решается тем, что:
- перед калибровкой ЭМП, между антенной и точкой расположения геометрического центра гипотетически установленного в безэховой камере АТС, задают точку калибровки ЭМП, относительно которой выполняют калибровку мощности излучаемого антенной ЭМП,
- в процессе осуществления испытаний расстояние от геометрического центра АТС до излучающей антенны, в створе основного лепестка диаграммы направленности и для заданного азимутального угла позиционирования антенны относительно точки калибровки, определяется из выражения:
где
l - расстояние от излучающей антенны до точки калибровки уровня ЭМП;
ϕ - азимутальный угол позиционирования АТС по отношению к излучающей антенне (ϕ = 0 - угол, соответствующий фронтальному позиционирования АТС к антенне);
x
a - большая полуось геометрического эллипса, определяющего контур калибровки уровня ЭМП, величина которой равна расстоянию от геометрического центра АТС до точки калибровки ЭМП;
- малая полуось геометрического эллипса, определяющего контур калибровки ЭМП,
где
АТС
а - большая полуось геометрического эллипса, вписанного во внешний геометрический контур АТС, величина которой равна расстоянию от геометрического центра АТС до передней / задней габаритной точки АТС, лежащей на вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии АТС;
ATC
b - малая полуось геометрического эллипса, вписанного во внешний геометрический контур АТС, величина которой равна расстоянию от геометрического центра АТС до левой / правой габаритной точки АТС, лежащей на вертикальной поперечной геометрической плоскости АТС, проходящей через геометрический центр АТС.
Для целей испытаний место расположения точки калибровки устанавливают исходя из координат расположения точки пересечения геометрических поверхностей, описывающих поверхности ветрового стекла и капота, а также вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии гипотетически установленного в безэховой камере, фронтально ориентированного, относительно антенны, АТС.
Как вариант, место расположения точки калибровки устанавливают исходя из координат расположения точки пересечения геометрической оси его передних колес и вертикальной продольной геометрической плоскости симметрии гипотетически установленного в безэховой камере АТС.
Изобретение поясняется чертежом Фиг. 1, иллюстрирующим способ испытаний АТС на восприимчивость к излучаемому электромагнитному полю, где схематично показаны:
1 - электромагнитная безэховая камера;
2 - испытываемое или гипотетически установленное АТС;
3 - точка расположения геометрического центра испытываемого или гипотетически установленного в безэховой камере АТС;
4 - точка калибровки уровня ЭМП при отсутствующем (гипотетически установленном) АТС, а также точка позиционирования АТС (совместно с точкой поз.3), по отношению к излучающей антенне, при фронтальных испытаниях на помехоустойчивость;
5 - излучающая антенна, установленная в позицию калибровки ЭМП или для фронтальных испытаний АТС на помехоустойчивость;
6 - расстояние от излучающей антенны до точки калибровки уровня ЭМП;
7 - геометрический эллипс, вписанный во внешний (в плане) геометрический контур АТС;
8 - большая полуось геометрического эллипса, вписанного во внешний контур АТС;
9 - малая полуось геометрического эллипса, вписанного во внешний контур АТС;
10 - геометрический эллипс, определяющий контур калибровки ЭМП;
11 - большая полуось геометрического эллипса, определяющего контур калибровки ЭМП;
12 - малая полуось геометрического эллипса, определяющего контур калибровки ЭМП;
13 - излучающая антенна, установленная в позицию для испытаний АТС на помехоустойчивость при азимутальных углах, отличных от фронтального;
14 - расстояние от контура калибровки ЭМП до излучающей антенны, величина которого равна дистанции между излучающей антенной, расположенной в позиции калибровки, и точкой калибровки.
Примечание:
В процессе подготовки безэховой камеры к испытаниям выполняют ее разметку с выносом на горизонтальную поверхность камеры (динамометрического стенда) вертикальных проекций точки калибровки и точки расположения геометрического центра гипотетически установленного АТС. Последующую установку испытываемого АТС осуществляют с позиционирующей привязкой к данным точкам.
Описание, иллюстрирующее возможность реализации данного изобретения носит иллюстративный характер.
Изобретение может быть реализовано в электромагнитной безэховой камере 1, содержащей в своем составе поворотный динамометрический стенд или платформу (не показаны), на которую устанавливается АТС 2, а также полеобразующую систему, включающую в себя антенну 13 (антенны), излучающую ЭМП в широком диапазоне частот, задающий генератор сигналов (не показан), широкополосный усилитель (не показан) и широкополосный датчик (датчики) калибровки (не показаны).
Заявляемое техническое решение основано на том, что любое АТС, из-за имеющихся на поверхности кузова щелей, отверстий и оконных проемов с позиции электродинамики является сложной широкополосной антенной системой и имеет сложную диаграмму направленности на разных частотах, вследствие чего уровень наводимых помех в бортовом электрооборудовании может существенно изменятся в зависимости от угла позиционирования АТС 2 по отношению к излучающей антенне, что соответствующим образом определяет и помехоустойчивость электрооборудования АТС. Поворачивание АТС относительно вертикальной геометрической оси, проходящей через его геометрический центр, а также относительно излучающей антенны (на чертеже Фиг.1 условно показано перемещение антенны из поз. 5 в поз. 13 по отношению к неподвижно установленному АТС), осуществляемое в процессе испытаний, позволяет выявить такое положение АТС, при котором помехоустойчивость бортового электрооборудования будет минимальна по сравнению с другими углами позиционирования.
Дистанция между излучающей антенной 5, 13 и АТС 2 зависит от расстояния между антенной и точкой калибровки 4, которая, как правило, находится внутри внешнего контура АТС. В основе изобретения лежит алгоритм задания точек калибровки и геометрического центра АТС и определения на их основе контура калибровки уровня ЭМП для любого азимутального угла, относительно которого производится равноудаленное позиционирование излучающей антенны. Исходя из этого, для расчета расстояния удаления излучающей антенны от АТС при любом азимутальном угле принята модель эллипса, как для внешнего контура АТС, так и для контура калибровки уровня ЭМП. Соответственно контур геометрического эллипса калибровки лежит внутри контура геометрического эллипса, вписанного в габаритный (в плане) контур АТС.
Значения большой и малой полуосей геометрического эллипса, вписанного в габаритный/внешний (в плане) контур АТС, равно и расположение геометрического цента АТС, однозначно определены его технической документацией; значение большой полуоси геометрического эллипса, определяющего контур калибровки уровня ЭМП, однозначно определено расположением точки калибровки, задаваемой регламентирующим испытания документом и на основании обозначенной выше технической документации на АТС. Приведенные в данном абзаце геометрические элементы обеспечивают вычисление параметров геометрического эллипса, определяющего контур калибровки уровня ЭМП, относительно которого и производится последующее азимутальное позиционирование антенны.
В процессе подготовки и испытаний выполняют следующие действия:
1. Определяют расположение геометрического центра АТС.
2. Определяют расположение точки калибровки уровня ЭМП в заданном диапазоне частот. Расположение точки калибровки, как правило, регламентировано нормативной документацией; в общем случае ее проекция на горизонтальную поверхность привязана к месту пересечения лобового стекла и капота АТС или к геометрической оси его передних колес.
3. Определяют большую и малую полуоси геометрического эллипса, вписанного во внешний контур АТС.
4. Задают интервал между излучающей антенной и точкой калибровки, как правило, величина его не меньше 2 м.
5. Производят калибровку уровня ЭМП в заданном диапазоне частот, записывая уровень мощности, подводимой к излучающей антенне на каждой частоте.
6. Устанавливают АТС в безэховую камеру, позиционируя его фронтально, относительно излучающей антенны, и так, чтобы точка калибровки камеры совпала с задающей ее точкой калибровки испытываемого АТС, а продольная геометрическая вертикальная плоскость симметрии АТС совпадала с продольной геометрической осью главного лепестка диаграммы направленности излучающей антенны.
7. Вычисляют величины большой и малой полуосей геометрического эллипса, определяющего контур калибровки уровня ЭМП.
8. Принимают во внимание заданные тест-планом испытаний азимутальные углы позиционирования АТС по отношению к излучающей антенне, при которых будет происходить испытания на помехоустойчивость.
9. Устанавливают требуемые параметры ЭМП. В частности, задают границы диапазона частот, в котором будут проводиться испытания электрооборудования АТС, а также требуемый уровень воздействия и модуляцию сигнала.
10. Задают режим работы бортового электрооборудования АТС, оговоренный тест-планом на испытания.
11. Испытания начинают с минимальной частоты (поддиапазона частот) границы заданного частотного диапазона и проводят их, пока не произойдет полный цикл испытаний, например, в диапазоне частот от 20 МГц до 2 ГГц.
12. После окончания испытаний АТС во всем диапазоне частот при заданном азимутальном угле позиционирования, АТС поворачивается по отношению к антенне на заданный угол.
13. По формуле (1) вычисляют расстояние от геометрического центра АТС до излучающей антенны и производят ее перемещение в соответствующее место (вычисления могут быть выполнены заблаговременно в процессе подготовки безэховой камеры к испытаниям и с выносом реперных точек на горизонтальную поверхность камеры, например, на ее пол).
14. Производят операции по пунктам 11-13 пока не будет произведены испытания на помехоустойчивость во всех заданных азимутальных углах позиционирования АТС.
15. Если по завершении полного цикла испытаний не произошло нарушений работоспособности электрооборудования АТС, то оно признается устойчивыми к ЭМП с заданными параметрами. В случае нарушения работоспособности электрооборудования АТС оно признается неустойчивыми к воздействию ЭМП, и принимаются меры по его защите от ЭМП до требуемого порога помехоустойчивости.