CC BY
55
Николаев П.А. Nikolaev P.A.
кандидат технических наук, ведущий инженер-конструктор ОАО «АВТОВАЗ», Поволжского государственного университета сервиса, Россия, г. Тольятти
Николаев А.Д. Nikolaev A.D.
кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры «Автотракторное электрооборудование и электромеханика» Тольяттинского государственного университета, Россия, г. Тольятти
Горшков Б.М. Gorskov B.M.
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сервис технических и технологических систем» Поволжского государственного университета сервиса, Россия, г. Тольятти
УДК 629.33
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СООТвЕТСТвИЯ ТРЕБОвАНИЯМ ЭМС
по уровню эмп модельных рядов автомобилей, оснащенных искровой батарейной системой зажигания
Рассмотрены вопросы комплексной оценки соответствия требованиям ЭМС эксплуатируемых автомобилей. Получена математическая модель, позволяющая дать комплексную оценку соответствия требованиям ЭМС по уровню ЭМП модельных рядов автомобилей, оснащенных искровой батарейной системой зажигания. Разработан алгоритм, позволяющий оценить по ограниченной выборке правильность выбранных применительно к подавлению разрядных помех от системы зажигания решений, а также соблюдения заложенных в производство технологий.
Ключевые слова: автомобиль, электромагнитная совместимость (ЭМС), система зажигания, электромагнитные помехи (ЭМП).
comprehensive ASSESSMENT of THE compliance level of EMC EMН model series vehicles equipped with spark BATTERY ignition SYSTEM
Questions of a complex assessment the compliance to requirements EMC operated cars are considered. The mathematical model, allowing to give a complex assessment the compliance to requirements EMC on the EMH level of model ranges of the cars equipped with spark battery system of ignition is received. The algorithm, allowing to estimate on limited selection correctness of the digit hindrances chosen in relation to suppression from system of ignition of decisions, and also observance of the technologies put in production is developed.
Key words: car, electromagnetic compatibility (EMC), ignition system, electromagnetic hindrances (EMH).
Проблема анализа соответствия партии автомобилей с искровой батарейной системой зажигания (ИБСЗ), выпущенных за определенный период времени, предельно допустимым нормам по уровню излучаемых ими электромагнитных помех и определения количества образцов в большой партии, не соответствующих требованиям, до сих пор
не закрыта. Основные причины этого - невозможность из-за технических и экономических факторов проведения массового контроля и отсутствие математической модели, позволяющей производить необходимые расчеты по результатам измерений ограниченных выборок.
В настоящее время на практике, применитель-
но к электромагнитной совместимости (ЭМС), используются методы на основе биномиального и нецентрального ¿-распределений [1]. С их помощью по результатам исследования ограниченной выборки определяется соответствие всей партии. Однако данные методы не направлены на определение количества автотранспортных средств, у которых амплитуда напряженности ЭМП не соответствует предельно допустимому уровню.
Для решения указанной проблемы предлагается применить математическую модель, позволяющую по результатам ограниченной выборки определить доверительное число автомобилей с ИБСЗ из всей партии, не соответствующих требованиям по излучаемым электромагнитным помехам. Она базируется на разбиении некоторого диапазона частот AF = f - f . , на D областей Af. Для каждой Af.
J max J min J г ^ J г
выдвигается гипотеза превышения в ней предельно допустимого уровня и исследуются вероятностные законы распределения амплитуд напряженности ЭМП. Выбор диапазона AF производится по результатам экспериментальных исследований выборки автомобилей, где уровень ЭМП имеет наибольшие значения, а также ожидается его превышение с наибольшей вероятностью.
Такой подход оправдан в силу того, что проведение анализа по непрерывным спектральным характеристикам электромагнитных помех не представляется возможным, так как они не взаимосвязаны между собой. Точность оценки по математической модели зависит от двух факторов: количества автомобилей и числа областей.
Как показывает практический опыт, за год оценка соответствующей модели ведется по числу экземпляров, не превышающих 10-20, тогда как их выпуск за соответствующий период времени может достигать несколько сотен тысяч. Видно, что первый фактор очень ограничен. В то время как второй зависит от технических характеристик измерительной системы и точность по нему может быть увеличена.
Максимум при определенной выборке автомобилей достигается при условии limA/J = 0, т. е. наД-> оо
хождение условных вероятностей происходит на каждой частоте диапазона AF. На практике Af. достаточно принять равной полосе пропускания измерительного приемника В Гц, или, если измерительный прибор, производящий цифровую обработку результатов измерений, выдает фиксированное на заданном диапазоне AF число значений D (например, у ROHDE & SCHWARZ ESPI М = 10000), то можно положить число областей равное D.
По экспериментальным данным находятся за-
коны распределения амплитуды напряженности ЭМП ^В(Е ) и определяются числовые характеристики в каждом Аf. Вероятность несоответствия предельно допустимому уровню Епр в области А/~. будет определяться выражением
(1)
апp.tf,
Воспользовавшись формулой полной вероятности, найдем вероятность несоответствия отдельно взятого автомобиля по уровню излучаемых электромагнитных помех
РК^Е)^±Р^)ХР(ЕПРАГ1 <Е¥Х (2)
¡=1
где Р(А/.) - вероятность того, что превышение будет именно в диапазоне Аf ..
Очевидна равновероятность событий Р(А/), Р(А[) ... Р(А( ) = l/D потому, что превышение предельно допустимого уровня может произойти в любом диапазоне Аf .. В этом случае (2) запишется в следующем виде
р{Епр±Е)=^±Р{Епр^<Е¥\ (3)
тт ,=1
Для определения среднего количества несоответствующих нормам автомобилей Х в партии Н, отобранной по определенному критерию (например, выпуск одной модели за год), адекватно применение биноминального распределения случайной величины (схема Бернулли). В этом случае
М[Х] = Нхр(Ещ)<Е) . (4)
Наиболее вероятный диапазон несоответствующих нормам автомобилей Х в рассматриваемой партии Н имеет границы:
ттХ = НхР(Еп<Е) - 3а[Х]; тахХ = НхР(Еп<Е)+3о[Х],
где <Т[Х] = ^НХР(Епр<Е)Х[\-Р(Епр<Е)1 (5)
На практике статистика набирается по ограниченному количеству автомобилей одной модели, число которых не превышает 50, поэтому для нахождения аналитических законов адекватно применение критерия Колмогорова - Смирнова для уровня значимости аз = 0,05. Анализ результатов испытаний 30 автомобилей каждого из семейств «Приора», «Калина», «Самара-2» и «Нива», имеющих пробег (ресурс) не более 1000 км, показал, что распределение напряженности ЭМП в любом диапазоне Аf подчиняется Гауссову закону.
В этом случае для фиксированного ресурса (3) примет вид
(Е~тЕ¥)
р(е<е) i =-у
V пр / ,, с г,
1
ls=s< D~((Jf ,J2tt
exp
4Й
2<r
dE. (6)
По результатам ресурсных испытаний набирается статистика при различных фиксированных значениях пробега S.. При каждом S. вычисляется
тп<Е) = щ). 1 1
Согласно [2], зная закон распределения ^В(Е можно производить оценку автомобилей по ограниченной выборке, поступивших на испытания с количеством образцов не более 15. Исходя из этого и используя полученное выражение, были вычисле-
Полные вероятности несоот
ны полные вероятности несоответствия предельно допустимому уровню напряженности ЭМП автомобилей с ИБСЗ четырех моделей производства ОАО «АВТОВАЗ» для диапазона частот AF е [30; 100] МГц. Данные сведены в таблицу 1, а результаты экспериментальных измерений (1А = 3 м, hА = 1,8 м, квазипиковый детектор) для автомобилей семейства «Приора» приведены на рис. 1-3.
Таблица 1
тствия нормам автомобилей
Пробег S, км Полная вероятность, P(Eяр<Е) = P(S.)
«Приора» (10 автомобилей) «Калина» (10 автомобилей) «Самара-2» (10 автомобилей) «Нива» (10 автомобилей)
< 1000 3,49х10-6 3,57х10-6 2,81х10-6 8,72х10-5
[50; 60] 6,56х10-4 6,96х10-4 4,63х10-4 7,88х10-3
[100; 130] 8,73х10-3 7,31х10-3 6,18х10-3 1,45х10-2
Если для случая S < 1000 км сравнить полные вероятности несоответствия нормам автомобилей исследуемых моделей, одна из которых найдена по выборке в 10 шт., а другая - по 30 шт. (таблица 2), то видно, что полученные значения имеют один по-
Е,
дБ (мкЕШ
рядок. Их отличие составляет 15 %. Приведенная цифра говорит об адекватности применения математической модели для анализа больших партий автомобилей с ИБСЗ по ограниченной выборке с приемлемой точностью.
„ 60 Е,
ДБ (мкВ/м)
10 1110
111'" К IH J .1 t-Л1 IlWW >ущсUV
-All -- tl1 -- v- v,i -л,
Л) 100
111'' I п ИТ 1 r:y KU N 1 ;i 1». ч .
-Л1—Ail —ЛИ-—AH AW-л»—лет .45 AW—V, |:>
./. МГц
Рис. 1. Результаты измерений напряженности ЭМП от автомобилей семейства «Приора» (S<1 тыс. км)
Е,
дБ (мкВ/и)
Рис. 2. Результаты измерений напряженности ЭМП от автомобилей семейства «Приора» ^ = 50-60 тыс. км)
Л) 100
11['м'з- Н'Г 1 г:у KU N 1 ■ ч.
/ МГц
--Л11 —ЛИ "—АН А№ —Л» —Лет -45 ли —V, |>
Рис. 3. Результаты измерений напряженности ЭМП от автомобилей семейства «Приора» ^ = 100-130 тыс. км)
Таблица 2
Полные вероятности несоответствия нормам автомобилей
Семейство автомобилей Пробег автомобилей S, км V Полная вероятность, РЕр^) (для 30 автомобилей)
«Приора» < 1000 3,02х10-6
«Калина» < 1000 3,34х10-6
«Самара-2» < 1000 2,76х10-6
«Нива» <1000 8,58х10-5
На основании полученной математической мо- требованиям ЭМС по уровню ЭМП с учетом их экс-дели разработан алгоритм комплексной оценки со- плуатационной наработки (рис. 4). ответствия модельных рядов автомобилей с ИБСЗ
Рис. 4. Алгоритм оценки соответствия требованиям ЭМС по уровню ЭМП модельных рядов автомобилей с ИБСЗ
По экспериментальным данным определяется аналитическая функция Р(Б), которая дает возможность прогнозировать динамику изменения количества Х автомобилей с ИБСЗ, не соответствующих по уровню напряженности ЭМП.
Регрессионный анализ показывает, что функ-
ция Р(Б) имеет следующий вид:
Р@) = а - Ье-с5 , (7)
где а, Ь и с - коэффициенты.
Применительно к автомобилям модельного ряда «Приора» график функции Р(Б) имеет вид, представленный на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость полной вероятности несоответствия автомобилей семейства «Приора» от пробега
Из P(S) находится пробег S, при котором
P(S) = max. (8)
Так как (7) является возрастающей функцией, а значит S. = ю, то на практике имеет место
S. = S , (9)
J п.пр' 4 '
где Snnp - предельное значение пробега, которое больше, чем гарантированный ресурс автомобиля.
Для всех S, а также SJ вычисляется максимальное количество несоответствующих автомобилей Х в партии Н, которое отбирается по определенному критерию, например, выпуск одной модели за год
max x(st J = Н х p(st,,)+
Соответствие требованиям ЭМС по уровню ЭМП есть неравенство
maxx(siy)
Н
-Z/KS),
(11)
где в(5) - критерий приемлемого риска, определяемый заводом-изготовителем.
Его максимальное значение тахв(Б) = 0,143 [3].
Разработанный на базе полученной математической модели соответствия автомобилей предельно допустимым нормам алгоритм позволяет оценить по ограниченной выборке правильность выбранных применительно к подавлению разряд-
ных помех от ИБСЗ решений, а также соблюдения заложенных в производство технологий. Данный подход есть оценка качества выпускаемой продукции, на основании которой принимаются решения в условиях действующего производства.
Список литературы
1. ГОСТ Р 51320-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств - источников индустриальных радиопомех [Текст] / Введ. 01.01.2001 - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 39 с.
2. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений [Текст] / Введ. 01.01.1977 -М.: Изд-во стандартов, 1976. - 7 с.
3. Николаев П.А. Риск ухудшения работоспособности автомобилей в условиях действия электромагнитных помех [Текст] / П.А. Николаев // Наука - промышленности и сервису: пятая международная научно-практическая конференция. Сборник статей. - Тольятти: ПВГУС, 2010. - Часть 2. -С.190-194.
