CC BY
1
Брачунова Ульяна Викторовна, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Шакурский Максим Викторович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Панюков Дмитрий Иванович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], заведующий кафедрой, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
EVALUATION OF THE ENERGY SUPPLY OF THE ON-BOARD ELECTRICAL COMPLEX OF PASSENGER CARS WITH
THE USE OF THE VELOCITY MATRIX
U.V. Brachunova, V.N. Kozlovsky, M. V. Shakursky, D.I. Panyukov
The article presents the results of the development and implementation of a tool for assessing the energy supply of the on-board electrical complex of a passenger car using a velocity matrix.
Key words: motor vehicle, on-board electrical complex, energy supply.
Brachunova Uliana Viktorovna, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Shakursky Maxim Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Panyukov Dmitry Ivanovich doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 629.113
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-369-370
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
А.С. Подгорний, П.А. Николаев, В.Н. Козловский, Д.И. Панюков
В статье представлены результаты исследования электромагнитных воздействий на электротехнический комплекс легковых автомобилей.
Ключевые слова: автомобиль, бортовой электротехнический комплекс, качество, надежность.
Комплексное взаимодействие электромагнитного поля (ЭМП) и автотранспортного средства (АТС), является сложной пространственно-временной функцией. Влияние воздействия на функционирование бортовых систем многофакторное и конкретные эффекты электромагнитной совместимости (ЭМС) могут проявляться в зависимости от различных комбинаций. Очевидно, что чем больше вариаций режимов работы автотранспортного средства (АТС) и ЭМП, тем больше количество вариантов поражаемости. Оценка множества ЭМС эффектов исходит из конечного числа взаимодействующих комбинаций. Первоэтапная задача заключается в критериальном обосновании лимитирования условий, определяющих конкретные связи. В контексте АТС необходимо рассматривать только те функции или режимы, которые каким-либо образом влияют на некий физический отклик системы, способный отобразиться в явном виде. Касательно ЭМП, величинами, относительно которых можно рассматривать все множество воздействий, являются мощностные или амплитудные параметры [1 - 4]. В частности за данный параметр адекватно принять напряженность электрического ЭМП, т.к. она определена в автомобильных международных стандартах как калиброванная мера воздействия.
Исходя из сказанного, введем ряд допущений.
1. Все виды электромагнитных полей рассматриваются в контексте воздействий одинаковой напряженности.
2. Энергетические и амплитудные параметры ЭМП задаются для пространства без присутствия АТС.
3. Пренебрегается изменение параметров электромагнитной обстановки (ЭМО) при внесении в данную область АТС.
4. Пространственная ориентация АТС относительно источника не учитывается. Электромагнитное воздействие изотропно во всех направлениях.
5. Рассматривается взаимодействие только одного АТС и конкретного вида электромагнитного воздействия.
6. В процессе взаимодействия ЭМП и АТС могут реализовываться все режимы работы и функционал бортовых систем.
Введем обозначения: а - Iй режим работы или функционал бортовой системы, а Ъ. -/й вид электромагнитного воздействия. При конкретном виде воздействия можно ожидать N ЭМС эффектов, где N - все режимы работы и функционала бортовых систем, образующие множество ААтс={а1...а^. Количество возможных М электромагнитных воздействий, которым может быть подвержен АТС в процессе своей эксплуатации образуют множество Вэмп={Ь1...Ъм}. В соответствии правилом умножения комбинаторики получим матрицу поражаемости АТС [3 - 5]:
( аД, аД,
Рп -
аД, аД2,
аД], . аД,
аДм . а2Дм
аД аД
а.Ъ.
а Дм
\
aNЪ2, ...а^э],...аNbl
(1)
Соответственно количество вариантов поражаемости АТС равно
к=тм. (2)
В соответствии с [1] существует пять функциональных классов помехоустойчивости, рассмотренных в первой главе и которые можно записать в виде множества Z={А, В, С, D, Е}. Очевидно, что любому состоянию аД матрицы поражаемости будет соответствовать какой-либо класс помехоустойчивости [6 - 8]. Исходя из этого, сформулируем ЭМС правило: при заданном уровне напряженности электромагнитного воздействия для любого члена а^ матрицы поражаемости существует класс помехоустойчивости множества Z.
Приведем множество Z в обобщенный вид. Введем элемент множества 2д, где д = 1, 2, 3, 4, 5. Тогда Z={ 21,22, 24, 25} Соответственно 21 ~ А, 22 ~ В, 23 ~ С, 24 ~ D и 25 ~ Е. Исходя из этого матрицу поражаемости для некоторого уровня воздействия Ееозд можно представить в обобщенном виде через множество состояний помехоустойчивости:
Л
Рп -
Л
д 11'
д 21'
д 12'
д 22'
'д 1.
д 1М
2 2
"' д 2 "' д 2 м
'д.1' д. 2'
... 2„
... 2„
д.м
( 3)
2 2 2 2
\ дЫ1~' дЫ2 ' дЩ' д«М У Е-Е
Рассмотрим предельные случаи. При Ееозд, стремящемся к минимальному предельному значению Ент.тт, ЭМП не будет оказывать влияние на функционирование электрооборудования АТС [9, 10]. Применив метод математической индукции на различные виды электромагнитных полей, матрица поражаемости вырождается в полностью функциональный класс «А» и запишется в виде
(А11, А12, ... А/
Рп -
... а1м
А21, А22, ... А2., ... а2м
\
А А
ЛN12' • • •
А А
(4)
1™Ееозд ^ЕШ.тт
Для АТС гражданского применения функциональный класс «А» при Ент.тт должен обеспечиваться заложенными решениями в конструкцию с вероятностью Рит > 0.8, а для АТС специального назначения с Рит > 0.95. Базируясь на требованиях Правил R10-06 и применяя метод математической индукции, определим для всех видов высокочастотного ЭМП необходимое и требуемое значение Ееозд.тт = 30 В/м.
В зависимости от назначения определяется важность работоспособности конкретного режима или функционал бортовой системы. В соответствии с [2] производится ранжирование по трем группам помехоустойчивости:
Группа I: режим или функционал связанные с влиянием на безопасность, как самого АТС, так и других участников дорожного движения. Как пример сюда относятся непреднамеренное срабатывание подушки безопасности, потеря рулевого управления, торможении, остановка двигателя или скачки напряжения, стеклоочистка, а также иммобилизация [11, 12].
Группа II: режим или функционал, улучшающие, но не являющиеся существенной для работы и/или управления транспортным средством.
Группа III: режим или функционал, обеспечивающие удобство и комфорт.
Все множество Аатс включает три подмножества групп помехоустойчивости: А1, А2, Аз. Причем А1ПА2П Аз. Подмножество режимов или функционала для множества первой группы в соответствии с определением и тех-
ническими требованиями должно быть более помехоустойчиво к воздействиям, чем подмножество А2 и Аз. Аналогично помехоустойчивость А2 больше, чем Аз. При увеличении Ееозд более Еетд.тт начинают наблюдаться нарушения работоспособности бортового электрооборудования. Причем при равных амплитудах воздействий, другие параметры (частоты, модуляция, форма и т.д.) различных видов ЭМП отличаются, то последовательность ЭМС эффектов для каждого столбца будет отличаться от последовательности другого [13, 14].
Единичное нарушение работоспособности является частным случаем. Нередко проблемы функционирования проявляются у нескольких независимо или взаимосвязано работающих друг с другом бортовых систем. Чем сложнее ЭМО, тем больше проявляются ЭМС эффекты различных функциональных классов.
При дальнейшем увеличении амплитудных и энергетических параметров воздействия матрица поражае-мости вырождается в класс Е. В [3] приведены данные, обобщенные графики которых представлены на рисунке, по энергии воздействия, вызывающей разрушения электронных систем. Другие данные, подтверждающие [3], приведены в [4], где показано, что энергия, выделенная при ядерном взрыве, на расстоянии 1000 км от эпицентра имеет значения порядка 10-6 Дж/см2, что по мощности составляет 100 Вт/см2, вызывает разрушения радиоэлектронной аппаратуры.
£ d
I 1
ä в
* s
3
n
10'
10^
10'-
10
10'1
s. 2
I4*-
10J
10'
1950 г. 1960 г. 1970 г. 1980 г.
Характеристики электронных систем: 1 - энергия воздействия, вызывающая разрушения;
2 - напряжение питания
На практике взаимодействие ЭМО и АТС происходит более сложно. Если произошло нарушение функционирование одной системы, то в большинстве случаев будут не корректно работать некоторое количество соответствующих функций. И как было показано в п.3.1, даже при неработающем АТС может происходить его электромагнитная поражаемость. Нередко в конкретной области существуют поля от нескольких источников, излучающих с разных направлений. Если в некоторой сложной ЭМО наблюдается несколько ЭМС эффектов, то имеет место говорить о нарушении работоспособности АТС, как сложной электротехнической системе в интегральном контексте.
Из выражений (1) - (3) следует очевидный вывод: при прочих равных условиях АТС с развитой архитектурой электрооборудования, более подвержено влиянию ЭМП, чем такая же модель, но с меньшим составом бортовых электронных систем. Чем больше внедряется функций, тем больше вероятность нарушения функционирования АТС. Соответственно для минимизации ЭМС рисков следует более основательно подходить к проблеме помехоустойчивости.
Список литературы
1. ISO 16750-1. Road vehicles. Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment. Part 1: General. Third edition. Geneva, 2018. 13 p.
2. Николаев П.А., Кечиев Л.Н. Электромагнитная совместимость автотранспортных средств. М.: Грифон, 2015. 424 с.
3. Добыкин В.Д., Куприянов А.И., Пономарев В.Г., Шустов Л.Н. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем. М.: Вузовская книга, 2007. 468 с.
4. Арбатов А.Г., Васильев А.А., Велихов Е.П., Верещетин В.С., Герасев М.И. Космическое оружие: диле-ма безопасности. М.: Мир, 1986. 182 с.
5. Подгорний А.С., Николаев П.А., Козловский В.Н. Система контроля помехоустойчивости бортового электротехнического комплекса автомобилей к электромагнитным воздействиям. Монография. Тула: ТулГУ, 2022. 180 с.
6. Строганов В.И., Козловский В.Н. Моделирование систем электромобилей и автомобилей с комбинированной силовой установкой в процессах проектирования и производства: Монография. Москва, 2014.
7. Козловский В.Н. Комплекс электронных систем управления движением легкового автомобиля с комбинированной силовой установкой. Часть 2. / В.Н. Козловский, В.И. Строганов, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. Т. 10. № 2. С. 19-28.
8. Козловский В.Н. Моделирование электрооборудования автомобилей в процессах проектирования и производства: Монография. Тольятти, 2009.
9. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т). Тольятти, 2010.
10. Козловский В.Н. Перспективные системы диагностики управления автономным транспортным объектом / В.Н. Козловский, В.В. Дебелов, О.И. Деев, А.Ф. Колбасов, С.В. Петровский, А.П. Новикова // Грузовик. 2017. № 6. С. 21-28.
11. Козловский В.Н. Развитие проектов электромобилей и автомобилей с комбинированной энергоустановкой / В.Н. Козловский, Д.В. Айдаров, М.М. Васильев, В.В. Дебелов // Грузовик. 2018. № 6. С. 18-21.
12. Николаев П.А. Оценка соответствия автомобилей требованиям помехоустойчивости к внешним электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Грузовик. 2017. № 10. С. 44-48.
13. Николаев П.А. Многофакторная оценка влияния дорожной обстановки на помехоустойчивость бортового электротехнического комплекса автомобилей / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний, А.С. Саксо-нов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2022. № 1. С. 36-41.
14. Николаев П.А. Испытания автотранспортных средств на устойчивость к внешним электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Электроника и электрооборудование транспорта. 2017. № 5. С. 43-46.
Подгорний Александр Сергеевич, канд. техн. наук, научный сотрудник, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Николаев Павел Александрович, д-р техн. наук, начальник лаборатории электромагнитной совместимости, [email protected], Россия, Тольятти, АО «АВТОВАЗ»,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Панюков Дмитрий Иванович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
STUDY OF ELECTROMAGNETIC IMPACT ON THE ELECTRICAL COMPLEX OF PASSENGER CARS A.S. Podgorny, P.A. Nikolaev, V.N. Kozlovsky, D.I. Panyukov
The article presents the results of a study of electromagnetic effects on the electrical complex of cars.
Key words: car, on-board electrical complex, quality, reliability.
Podgorny Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, senior researcher, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Nikolayev Pavel Alexandrovich, doctor of technical sciences, head of the laboratory of electromagnetic compatibility, [email protected], Russia, Togliatti, AVTOVAZ JSC,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Panyukov Dmitry Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-372-373
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ
АВТОМОБИЛЕЙ
А.С. Подгорний, П.А. Николаев, В.Н. Козловский, С.А. Васин
В статье представлены результаты разработки и реализации комплекса инженерно-технических решений, направленных на обеспечение электромагнитной совместимости автотранспортных средств.
Ключевые слова: автотранспортное средство, бортовой электротехнический комплекс, электромагнитная совместимость.
Для нормального функционирования бортового электрооборудования автотранспортного средства (АТС) уже на этапе проектирования закладываются ЭМС решения. Правильно выбранная концепция снижает время и финансовые затраты на разработку. Из практики известно, что при недостаточно должном ЭМС подходе, то система не только перестает нормально функционировать, но и влияет на работоспособность других систем. Наиболее часто проблемы выявляются, когда разрабатывается принципиально новое устройство. Учет ЭМС на первоначальном этапе позволяет минимизировать ресурсы доработок для быстрого и эффективного обеспечения соответствиям требованиям. Во многих случаях для решения проблем применяется комплексный подход.
Обобщая существующий опыт, можно дать следующую классификацию по способу реализации применяемым для обеспечения помехоустойчивости решениям ЭМС, которая приведена на рис.1.
Информационные решения. К данной группе относятся решения, принципы обеспечения ЭМС которых основаны на применении помехозащищенной информации. Сюда входят сигналы, коды и программные решения.
Сигналы лежат в основе всех информационных сообщений. При их искажении происходят ошибки приема данных, и нарушается работоспособность бортовой электроники. Вследствие чего целостность сигналов важна для нормального функционирования электрооборудования.
377
