CC BY
22
УДК 621.3
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ
АВТОМОБИЛЕЙ
В.Н. Козловский, П.А. Николаев, А.С. Подгорний, В.В. Дебелов, У.В. Брачунова
В работе представлены результаты исследования и обобщения данных отражающих инструментальную базу организации процесса исследования электромагнитной совместимости бортового электротехнического комплекса автомобилей в соответствии с действующими национальными и международными требованиями и стандартами.
Ключевые слова: автомобиль, бортовой электротехнический комплекс, электромагнитная совместимость.
При исследовании помехоустойчивости бортового электротехнического комплекса (БЭК) автотранспортных средств (АТС) применяется экспериментальная база комплекса исследований электромагнитной совместимости. В ее состав входит безэхо-вая камера СВЧ с габаритными размерами 30^20x14,5 м. Это позволяет проводить испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС) полноразмерных автотранспортных средств (рис. 1). Безэховая камера должна быть покрыта радиопоглощающим материалом рассеивающего типа и иметь рабочий диапазон частот от 20 МГц до 18 ГГц. Ее эффективность экранирования составляет не менее 80 дБ.
Рис. 1. Безэховая камера СВЧ комплекса ЭМС Волжского автомобильного завода
В рабочем объеме камеры полеобразующими системами создается электромагнитное излучение напряженностью не менее 200 В/м. Применяемые антенны AT 1225, AT 1250, AT 1080 и AT 4510 перерывают диапазон частот от 20 МГц до 2 ГГц (рис. 2).
Характеристики антенны АТ 1225: рабочий диапазон частот: 20...50 МГц; импеданс: 50 Ом; коэффициент стоячей волны: 2,5:1; неравномерность амплитудно-частотной характеристики: ± 1,5 дБ.
Характеристики антенны АТ 1250: рабочий диапазон частот: 50.100 МГц; импеданс: 50 Ом; коэффициент стоячей волны: 2:1; неравномерность амплитудно-частотной характеристики: ± 1,5 дБ.
Характеристики антенны АТ 1080: рабочий диапазон частот: 80.1000 МГц; импеданс: 50 Ом; коэффициент стоячей волны: 1,5:1; неравномерность амплитудно-частотной характеристики: ± 1 дБ.
Характеристики антенны АТ 4510: рабочий диапазон частот: 1.4,2 МГц; импеданс: 50 Ом; коэффициент стоячей волны: 2:1.
в г
Рис. 2. Излучающие антенны: а - AT 1225; б - AT 1250; в - AT 1080; г - AT 4510
Питание излучающих антенн осуществляется широкополосными усилителями мощности, например, ф. Amplifier Research: AR 10000 L, AR 3000 W и AR 500 TG 2 (рис. 3).
Характеристики усилителя мощности AR 10000 L: номинальная мощность: 10 кВт; рабочий диапазон частот: 0,01 - 100 МГц; КСВН: 1,5:1; усиление: min 70 дБ.
Характеристики усилителя мощности AR 3000 W: номинальная мощность: 3 кВт; рабочий диапазон частот: 80 - 1000 МГц; КСВН: 2:1; усиление: min 60 дБ.
Характеристики усилителя мощности AR 500 TG 2: номинальная мощность: 500 Вт; рабочий диапазон частот: 1 - 2,05 ГГц; КСВН: 2:1; усиление: min 57 дБ.
Рис. 3. Применяемые усилители мощности: а - AR 10000 L; б - AR 3000 W;
в - AR 500 TG 2
Для калибровки уровня электромагнитного поля в рабочей зоне применяются широкополосные изотропные датчики Е-поля Яа^еше 4, ф.ЭЛЯЕ, работающие в диапазоне частот от 10 КГц до 4 ГГц и позволяющие измерять уровни от 1 В/м до 1 КВ/м (рис. 4).
Для контроля параметров сигналов, подводимых к излучающим антеннам применяется ваттметр поглощаемой мощности БООКТОК 4232 Л (рис. 5), имеющий диапазон рабочих частот от 0,05 до 8 ГГц и КСВН не более 1,3.
Рис. 4. Широкополосные изотропные датчики Е-поля КайЯЗетв
| воомтон 4232Д № Рошег Ме1ег с
< ЕШег >
2 Ме"" 8еК° Е° АС № I _____ |Щ *
3
Рис. 5. Ваттметр поглощаемой мощности ВООМТОИ 4232 А
Для тестирования различных режимов БЭК АТС применяется динамометрический поворотный роликовый стенд, например, ф.2ОЬЬКЕЯ (рис. 6). Максимальная допустимая скорость АТС на данном стенде составляет 200 км/ч. Его функционал позволяет тестировать автотранспортные средство на динамических режимах разгона и торможения. Управление стендом осуществляется дистанционно. Угол вращения в горизонтальной плоскости: 360 град.
Все применяемое в экспериментах измерительное оборудование должно проходить ежегодную поверку и иметь соответствующие сертификаты соответствия.
Для реализации ездовых циклов АТС применяется робот-автопилот, имеющий защиту от электромагнитного излучения 200 В/м в диапазоне частот 10 КГц - 2 ГГц (рис. 7). Его функционал позволяет осуществлять разгон и торможение за счет управления педалями автотранспортного средства.
Контроль параметров БЭК при проведении испытаний осуществляется как с помощь помехозащищённых видеокамер, способных работать при уровнях поля 200 В/м в диапазоне частот до 5 ГГц, так и с помощью помехозащищенного устройства, например ЭЭТ-2000 ф.Э1ЯЕЬЕС, подключаемого к СЛК-шине через стандартный автомобильный разъем ОБЭ2. Применение последнего позволяет при уровне внешнего электромагнитного воздействия 200 В/м в диапазоне частот 10 КГц до 3 ГГц передавать и отображать в режиме реального времени чтение текущих ошибок, параметры сигналов и диагностическую информацию. Помехозащищенность ЭЭТ-2000 обеспечивается за счет реализации в нем конструкционных, схемотехнических и структурно-функциональных решений [2, 3]. Защита передаваемых данных достигается за счет применения оптоволоконной линии связи. Общая схема сбора данных и устройства ЭЭТ-2000 с интерфейсом показаны на рис. 8, 9.
Рис. 6. Динамометрический поворотный роликовый стенд ф^ОЬЬМЕК: а - стенд; б - панель управления стендом
Рис. 7. Робот-автопилот для реализации ездовых циклов АТС
9 ► 8 \ ^ ^ Г \ 1 М
^ 41) 4 М ^ ГГ 7 6 / 5 ;!
Рис. 8. Схема сбора данных при испытаниях ЭТС (БЭК) АТС на восприимчивость
к электромагнитному воздействию с применением устройства ВВТ-2000: 1 - безэховая камера; 2 - излучающая антенна; 3 - АТС; 4 - электротехнические системы; 5 - САЫ-шина; 6 - автомобильный разъем ОЕВ2;
7 - оптопреобразователь; 8 - волоконно-оптическая линия; 9 - персональный
компьютер (ПК)
Программа исследований помехоустойчивости ЭТС (БЭК) включает в себя испытания современных и перспективных прототипов автомобилей отечественных производителей, в том числе электромобилей и автомобилей с комбинированной энергетической установкой (рис. 10).
На базе испытательной лаборатории электромагнитной совместимости проведены экспериментальные исследования помехоустойчивости БЭК АТС. В качестве объектов исследований выбирались прототипы автомобилей, автомобили с новыми или глубоко модернизированными ЭТС, а также анализировались зарубежные транспортные средства.
Рис. 9. Помехозащищенноеустройство ББТ-2000: а — оптопреобразователь, подключенный к автомобильному разъему 0ББ2; б — ПК с обратным оптопреобразователем для отображения диагностических данных; в — окно интерфейса с отображаемыми данными
а б
Рис. 10. Примеры автомобилей, проходящих испытания на восприимчивость к внешнему электромагнитному излучению: а — автомобиль № 1;
б — автомобиль № 2
в
Тесты проводились с применением стандартного цикла. Максимальный уровень электромагнитного воздействия задавался 100 В/м. Автомобили испытывались в диапазоне частот от 20 МГц до 2 ГГц.
Автомобили подвергались узкополосным воздействиям с амплитудной модуляцией (1 кГц, т=80%) в диапазоне частот от 20 МГц до 2 ГГц и импульсной модуляцией (т=577 мкс, Т=4600 мкс) в диапазоне 100 МГц до 2 ГГц, а также смодулированным гармоническим воздействием в диапазоне от 20 МГц до 2 ГГц МГц.
Параметр Q из учета двукратного запаса по предварительным испытаниям был выбран 50.
Исследования проводились при дискретном позиционировании с углом поворота стенда 30 град. Данное значение не соответствует предложенному в работе оптимальному значению. Оно было выбрано исходя предоставленного на исследования лабораторией времени.
Результаты экспериментов сводились в матричные массивы, которые анализировались и определялись параметры помехоустойчивости.
Для обработки данных был введен параметр частотности, равный
, (1)
F - Kb
F Nb
f -const
где Kp - количество угловых позиций АТС по отношению к излучающей антенне при которых наблюдается нарушение работоспособности; Np - полное количество угловых позиций АТС по отношению к излучающей антенне.
Формула (1) показывает сколько раз на конкретной частоте был зафиксирован сбой при разных углах позиционирования. Данный параметр был взят как основной при определении частотных диапазонов с наименьшей помехоустойчивостью.
Таким образом, в работе проведен обзор основных инструментальных средств и оборудования для проведения исследований в области электромагнитной совместимости бортового электротехнического комплекса современных автомобилей.
Представлены основные результаты тестов при максимальном уровне электромагнитного воздействия 100 В/м. Автомобили испытывались в диапазоне частот от 20 МГц до 2 ГГц. Автомобили подвергались узкополосным воздействиям с амплитудной модуляцией (1 кГц, m=80%) в диапазоне частот от 20 МГц до 2 ГГц и импульсной модуляцией (т=577 мкс, Т=4600 мкс) в диапазоне 100 МГц до 2 ГГц, а также смодулированным гармоническим воздействием в диапазоне от 20 МГц до 2 ГГц МГц.
Работа подготовлена при поддержке гранта Президента РФ НШ-2515.2020.8
Список литературы
1. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей // автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Тольятти: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т), 2010.
2. Подгорний А.С., Николаев П.А. Помехозащищенное устройство сбора данных для испытаний автомобилей на устойчивость к электромагнитному воздействию // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций: XVII Международная научно-техническая конференция. Самара: ПГУТИ, 2016. С. 424-435.
3. Подгорний А. С., Николаев П. А. Проблемы оценки помехоустойчивости автомобилей // Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости: труды V Всероссийской НТК «Техно-ЭМС 2018». М.: Грифон, 2018. С. 7475.
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Kozlovskiy-76@mail.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Николаев Павел Александрович, д-р техн. наук, профессор, npa690@yandex. ru, Россия, Тольятти, ПАО ««АВТОВАЗ»
Подгорний Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, zxcvbnm89207@yandex.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Дебелов Владимир Валентинович, канд. техн. наук, заведующий отделом, debe-lovvladimir@yahoo.com, Россия, Москва, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»
Брачунова Ульяна Викторовна, аспирант, aliss72@yandex.ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
EXPERIMENTAL BASE FOR RESEARCHING THE IMMUNITY OF ELECTRICAL
EQUIPMENT OF MODERN CARS
V.N. Kozlovsky, P.A. Nikolaev, A.S. Podgorny, V.V. Debelov, U.V. Brachunova
The paper presents the results of research and generalization of data reflecting the instrumental base of organizing the process of researching the electromagnetic compatibility of the on-board electrical complex of cars in accordance with the current national and international requirements and standards.
Key words: automobile, on-board electrical complex, electromagnetic compatibility.
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, Kozlovskiy- 76@mail. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Nikolaev Pavel Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, npa690@yandex. ru, Russia, Togliatti, PJSC «AVTOVAZ»,
Podgorny Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, zxcvbnm8920 7@yandex. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Debelov Vladimir Valentinovich, candidate of technical sciences, head of department, debe-lovvladimir@yahoo. com, Russia, Moscow, SSC RF FSUE «NAMI»,
Brachunova Ulyana Viktorovna, postgraduate, aliss 72 @yandex. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
