CC BY
20
УДК 621.3
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ, СЛ^ШИНЫ СОВРЕМЕННОГО АВТОМОБИЛЯ И ЭЛЕКТРОННОГО РЕЛЕ УКАЗАТЕЛЕЙ ПОВОРОТА
В.Н. Козловский, П. А. Николаев, А.С. Подгорний, В.В. Дебелов, А.С. Саксонов
В работе представлены результаты экспериментальных исследований помехоустойчивости к электромагнитным воздействиям канала управления скоростью, САЫ-шины современного автомобиля и электронного реле указателей поворота.
Ключевые слова: автомобиль; бортовой электротехнический комплекс; электромагнитная совместимость.
Исследования проводились при стандартном фронтальном и предлагаемом дискретном позиционировании автомобиля с углом поворота стенда 30 град. Оно было выбрано исходя предоставленного лаборатории времени на проведение исследований.
Результаты экспериментов сводились в матричные массивы, которые анализировались и определялись параметры помехоустойчивости.
Для обработки данных был введен параметр частотности, равный
К
(1)
/=соп^
где Кр - количество угловых позиций АТС по отношению к излучающей антенне при которых наблюдается нарушение работоспособности; Ыр - 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.
Исследования помехоустойчивости канала управления скоростью. Объектом исследования был опытный легковой автомобиль с электронной педалью акселератора.
Конструкция электронной педали, с целью осуществления диагностики, состоит из двух переменных резисторов. Напряжение с которых является функцией изменения ускорения и соответственно скорости автотранспортного средства (АТС) [1, 2].
Исследования показали, что данные, получаемая контроллером системы управления двигателем и информация с педали акселератора может исказиться таким образом, что будет интерпретироваться как команда на увеличение или уменьшение скорости автотранспортного средства, в зависимости от того в какую сторону эти данные исказятся (рис. 1) [3].
а б
Рис. 1. Влияние электромагнитного воздействия на показания электронной педали акселератора: а — увеличение; б — уменьшение
Искажение информации с педали акселератора происходило в диапазоне частот от 100 до 775 МГц при воздействии немодулированного узкополосного электромагнитного излучения (рис. 2). Минимальный уровень помехоустойчивости составил 49 В/м на частоте 139 МГц (рис. 3).
Исследования показали, что для > 0,3 диапазон частот составил 110...580 МГц. Здесь было зафиксировано 95,9% проблем ЭМС.
Обработка данных показала, что максимальное значение параметра р равно
26,3.
Рис. 2. Помехоустойчивость канала данных управления скоростью автомобиля
К, 12» Н/м 11«
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
100 200 500 1000
Частота, МГц
Рис. 3. Минимальные значения помехоустойчивости азимутальных проекций канала данных управления скоростью автомобиля
Сравнение результатов стандартных и предлагаемых дополнительных испытаний (рис. 4) показало, что в большей части исследуемого диапазона частот уровни помехоустойчивости ЭТС при стандартном фронтальном позиционировании выше, чем при других азимутальных углах позиционирования АТС к излучателю. Минимальный уровень помехоустойчивости зафиксирован при азимутальном угле 120 град.
е, 120
В/м 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
100 200 500 1000
Частота, МГц
Рис. 4. Минимальные значения помехоустойчивости канала данных управления скоростью автомобиля при стандартных и предлагаемым дополнительным
испытаниях
Обеспечение помехоустойчивости до уровня 100 В/м в диапазоне тестируемых частот достигнуто экранированием проводов, идущих от педали акселератора до контроллера системы управления двигателем.
Исследование помехоустойчивости CAN-шины. Объектом исследования был легковой автомобиль с CAN-шиной по которой происходит обмен данными между бортовыми электротехническими системами АТС.
Исследования помехоустойчивости выявили проблему искажения передаваемой в шине информации, которая диагностировалась как отсутствие сообщений (рис. 5) [3]. Данное нарушение работоспособности характеризировалось отключением системы ABS от сети, при этом она не передавала показания о скорости АТС. Данный сбой приводил к отключению функции антиблокировки колес при торможении, а также из-за отсутствия данных скорости контроллер системы управления двигателем переходил на аварийный режим работы, что влияло на динамические характеристики АТС.
Для восстановления штатного режима работы ABS необходимо выполнить перезагрузку ее контроллера операцией «выкл/вкл» зажигания.
шж
*
ими шина -О т с у т с т в у е т с о о 6 щ е н и е
»шиши
Рис. 5. Диагностическое сообщение ошибки СЛ^-шины
Исследования показали, что искажение информации в СА№шине происходило в диапазоне частот 95...780 МГц при воздействии немодулированного узкополосного электромагнитного излучения (рис. 6).
Для > 0,3 диапазон частот составил 98...570 МГц. Здесь было зафиксировано 92,5% нарушений работоспособности по отношению к общему числу. Этому диапазону принадлежит минимальный уровень помехоустойчивости 31 В/м, зафиксированный на частоте 171 МГц (рис. 7).
Для ¥в > 0,2 диапазон частот составил 95.630 МГц. В нем происходило 96,6 % проблем ЭМС.
Рис. 6. Помехоустойчивость CAN-шины автомобиля
571
Е, 120 В/м 110
100 200 400 800
Частота, МГц
Рис. 7. Минимальные значения помехоустойчивости азимутальных проекций
СА№шины автомобиля
Обработка данных показала, что максимальное значение параметра Q равно
25,6.
Сравнение результатов стандартных и предлагаемых дополнительных испытаний (рис. 8) показало, что в большей части исследуемого диапазона частот уровни помехоустойчивости СЛК-шины при стандартном фронтальном позиционировании выше, чем при других азимутальных углах позиционирования АТС к излучателю. Минимальный уровень помехоустойчивости зафиксирован при азимутальном угле 240 град.
Обеспечение помехоустойчивости до уровня 100 В/м в диапазоне тестируемых частот было достигнуто экранированием СЛК-шины.
Частота, МГц
Рис. 8. Минимальные значения помехоустойчивости СА^-шииы автомобиля при стандартных и предлагаемых дополнительных испытаниях
Исследования помехоустойчивости электронного реле указателей поворота. Объектом исследования был автомобиль с опытным образцом электронного реле указателя поворота. Исследования на помехоустойчивость выявили сбой исследуемого реле. Проблемы выражались в виде прекращения световой сигнализации указателя поворота в диапазоне во время воздействия. После прекращения воздействия функция сигнализации восстанавливалась. В эксплуатации подобного рода проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) могут привести к неправильной интерпретации сигналов о совершаемом маневре у других водителей.
Исследования показали, что нарушения работоспособности происходили в диапазоне частот от 96 до 473 МГц (рис. 9). Минимальный уровень помехоустойчивости 39 В/м, зафиксирован на частоте 142 МГц (рис. 10) при угле азимутального позиционирования 60 град [4].
Рис. 9. Помехоустойчивость опытного образца электронного реле указателя поворота автомобиля
Для Ер > 0,3 диапазон частот составил 97...410 МГц. Здесь было зафиксировано 90,9% нарушений работоспособности по отношению к общему числу. Для Ер > 0,2 диапазон частот составил 96 - 420 МГц. В нем происходило 97,7 % проблем ЭМС.
Обработка данных показала, что максимальное значение параметра р равно
20,7.
Сравнение результатов стандартных и предлагаемых дополнительных испытаний (рис. 11) показало, что в большей части исследуемого диапазона частот уровни помехоустойчивости электронное реле указателей поворота при стандартном фронтальном позиционировании выше, чем при других азимутальных углах позиционирования АТС к излучателю. Минимальный уровень помехоустойчивости зафиксирован при азимутальном угле 60 град.
Обеспечение помехоустойчивости до уровня 100 В/м достигнуто увеличением емкости фильтрующих конденсаторов поверхностного монтажа по цепи питания до номинала 0,1 мкф.
100 200 300 400 500
Частота, МГц
Рис. 10. Минимальные значения помехоустойчивости азимутальных проекций опытного образца электронного реле указателей поворота автомобиля
Стандартные
\ 1
,3 щ
\ Предлагаемые дополнительные
\испытания
100 200 300 400 500
Частота, МГц
Рис. 11. Минимальные значения помехоустойчивости опытного образца электронного реле указателей поворота автомобиля при стандартных и предлагаемых дополнительных испытаниях
Таким образом, в результате экспериментальных исследований помехоустойчивости различных электротехнических систем АТС отечественного производства, изучены проблемы совместимости и исследованы физические процессы сбоев. Показано, что наведенные внешним электромагнитным полем помехи воздействую по слабо-защищенным каналам, искажая данные с датчиковой аппаратуры и в линиях связи, а также воздействуют на микропроцессоры по сигнальным цепям и проводам питания, вследствие чего из-за искажения, потери полезной информации или зависания микропроцессоров происходят нарушения работоспособности электротехнических систем. Определены частоты электромагнитных полей, при которых нарушалась работоспособность электротехнических систем (ЭТС) автотранпортных средств (АТС). Исследования выявили проблемы совместимости в диапазоне от 80 МГц до 1,4 ГГц. Частоты, на которых наиболее вероятно появление проблем ЭМС лежат в области от 97 до 580 МГц. Экспериментально определен диапазон параметра Q для задания шага перестройки позиционирования, имеющий пределы от 19,5 до 33,8.
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, 2010.
2. Козловский В.Н., Строганов В.И., Клейменов С.И. Модели аналитических исследований качества и надежности легковых автомобилей в эксплуатации // Автомобильная промышленность. 2013. № 9. С. 1-5.
3. Николаев П. А., Кечиев Л.Н., Балюк Н.В., Подгорний А.С. Требования обеспечения устойчивости основных систем автотранспортных средств в условиях сложной электромагнитной обстановки. Технологии электромагнитной совместимости. 2016. №3 (58). С. 3-10.
4. 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»
Саксонов Александр Сергеевич, аспирант, alex_electrician@mail. ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
EXPERIMENTAL STUDIES OF IMMUNITY OF THE SPEED CONTROL CHANNEL, CAN-BUS OF A MODERN CAR AND ELECTRONIC RELAY OF ROTARY INDICATORS
V.N. Kozlovsky, P.A. Nikolaev, A.S. Podgorny, V.V. Debelov, A.S. Saxons
574
The paper presents the results of experimental studies of noise immunity to electromagnetic influences of the speed control channel, the CAN bus of a modern car and the electronic relay of direction indicators.
Key words: car; onboard 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-lovvladimirayahoo. com, Russia, Moscow, SSC RF FSUE «NAMI»,
Saksonov Alexander Sergeevich, postgraduate, alex_electrician@,mail. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 621.314.5
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В.С. Климаш, М.А. Соколовский
Рассмотрена проблема значительного энергопотребления и искажения тока питающей сети комплексом частотно-регулируемых электроприводов технологических электроустановок промышленного предприятия. Предложен способ переключения диодного выпрямителя с активным фильтром тока на транзисторный выпрямитель, для формирования синусоидального тока в питающей сети, а также для двухстороннего обмена энергией, между комплексом электроприводов и сетью.
Ключевые слова: частотно-регулируемый электропривод, выпрямительно-инверторный преобразователь, искажения тока сети, активный фильтр тока сети, транзисторный выпрямитель, комплекс электроприводов.
Современные горноперерабатывающие предприятия отличаются высокой энергоемкостью и непрерывностью производственного процесса, а также наличием большого количества мощного высокотехнологичного оборудования с современным частотно-регулируемым электроприводом, в состав которого входят диодный выпрямитель, транзисторный автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией и звено постоянного напряжения. Используемые в производственных процессах электроприводы насосов и вентиляторов со скалярным управлением, конвейеры и подъемные краны с векторным управлением и динамическим торможением, составляют комплекс технологических электроустановок промышленного предприятия.
