CC BY
8Автомобильная
УДК 621.371
СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ФУНКЦИИ «СВОБОДНЫЕ РУКИ» В МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ СИСТЕМАХ АТС НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЯМ В УСЛОВИЯХ, ПРИБЛИЖЕННЫХ К РЕАЛЬНЫМ
METHOD OF TESTING THE HANDS FREE FUNCTIONALITY OF MULTIMEDIA SYSTEMS OF VEHICLES FOR IMMUNITY TO ELECTROMAGNETIC FIELDS UNDER CONDITIONS CLOSE TO REALITY
Аннотация. В данной статье рассмотрен способ испытаний функции «Свободные руки» мультимедийных систем АТС на устойчивость к электромагнитному полю. Так как в данных испытаниях невозможно размещать человека непосредственно в салоне АТС во время воздействия поля из-за его опасности для здоровья, то предлагается схема, имитирующая разговор водителя с удаленным собеседником при помощи функции «Свободные руки». Техническим решением является применение генератора звука в качестве имитатора человеческой речи и имитатора базовой станции для симуляции разговора по мобильному телефону в условиях безэховой камеры. Это обеспечивает обстановку испытаний, приближенную к реальным условиям эксплуатации. Способ успешно протестирован и внедрен на АО
«АВТОВАЗ».
Abstract. The method of testing of 'Hands free' functionality of multimedia systems of vehicles for immunity to electromagnetic fields is presented in this article. Since placing an operator inside the vehicle during the test electromagnetic field exposure is impossible due to health harm, the set-up simulating the dialog of a driver with a distant person is suggested. The technical solution is using of a signal generator for drivers speech imitation and of Base station imitator for simulation of talking on a cellphone in conditions of anechoic chamber. This provides conditions of testing close to reality. The method is successfully tested and deployed at AVTOVAZ JSK.
Ключевые слова: устойчивость к электромагнитному полю, испытания мультимедийных систем, электромагнитная совместимость, функция «Свободные руки», имитатор базовой стации.
Keywords: immunity to electromagnetic field, testing of multimedia systems, electromagnetic compatibility, Hands Free function, Base station imitator.
DOI: 10.24412/^-35807-2022-1-14-17
Погребижский А. М., инженер-конструктор 3 категории, АО «АВТОВАЗ» Афанасьев А. В., инженер-конструктор
2 категории категории, АО «АВТОВАЗ» Сахарова Т. С., инженер-конструктор
3 категории, АО «АВТОВАЗ» Ширшов И. Ю., инженер-конструктор 3 категории, АО «АВТОВАЗ»
Pogrebizhskiy A. M., design-engineer of 3rd category, AVTOVAZ JSK Afanasev A. V., design-engineer of 2nd category, AVTOVAZ JSK
Sakharova T. S., design-engineer of 3rd category, AVTOVAZ JSK
Shirshov I. U., design-engineer of 3rd category, AVTOVAZ JSK
Актуальность
В современном автомобилестроении принципы электромагнитной совместимости — одни из ключевых принципов конструирования транспортных средств. В большинстве стран, где для продажи автомобилей требуется сертификация, среди параметров безопасности контролируется также и электромагнитная совместимость (далее — ЭМС). Например, в станах ЕврАзЭС и ЕС она регламентируется Правилом ООН Я-10 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении электромагнитной совместимости».
В этой связи для повышения качества и конкурентоспособности продукции автопроизводители прикладывают все больше усилий для внедрения и улучшения методов испытаний на ЭМС.
К узлам и агрегатам автотранспортных средств (далее — АТС), в отношении которых следует учитывать принципы ЭМС, относятся те, функционирование которых может быть нарушено под действием электромагнитного поля. Также к ним относятся те узлы и агрегаты, которые могут являться источниками электромагнитных помех.
Одним из новейших изделий, применяемых в современных АТС, является мультимедийная система (далее — ММС). Развитие технологий беспроводной передачи данных позволяет постоянно расширять функционал ММС. Отсутствие комплексных методик испытаний таких технологий, интегрированных в ММС современных АТС, может сказываться на надежности и безопасности их работы.
Примером функции ММС, использующей беспроводную передачу данных, является функция «Свободные руки» (англ. Free hands). Она использует для передачи данных технологии Bluetooth или Wi-Fi. С помощью этой функции водитель может общаться по мобильному телефону, не используя рук, тем самым повышая безопасность вождения.
Обзор известных методов оценки помехозащищенности ММС в АТС
Из ГОСТ Р 51318.25—2012 известен способ испытаний АТС, имеющих в своем составе ММС с антенно-фидерными устройствами. В нем испытуемое АТС располагают в камере, защищенной от внешних факторов, преимущественно в безэхо-вой камере, отключают антенно-фидерные устройства от ММС и подключают их к измерительному приемнику. Затем включают в штатном режиме все электрооборудование и производят измерения уровней электромагнитных помех, наведенных электрооборудованием АТС на ан-тенно-фидерные устройства. Измеренные уровни ЭМП не должны превышать регламентирован -ные значения.
Здесь под понятием «регламентированные значения» подразумеваются любые параметры, установленные международными и/или национальными регламентами, а также техническими условиями на объект испытаний или техническим заданием на испытания.
Не достаток метода заключается в том, что в результате испытаний оценивается только уровень помех, наводящихся на антенно-фидерное устройство ММС, но не оценивается помехозащищенность ММС с функцией «Свободные руки».
В ГОСТ 29157—91 регламентируется способ испытаний систем АТС, в том числе исполняющих функцию «Свободные руки», на устойчивость к электромагнитным помехам. Он заключается в наведении электромагнитных помех в жгутах проводов испытуемого изделия. При этом изделие располагается на заземленном металлическом основании, а жгуты проводов проходят через емкостное устройство, вход которого подключается к генератору помех, а выход — к электрической нагрузке.
Однако таким способом можно испытать ММС только в стендовых условия и невозможно оценить работоспособность системы в целом — в условиях м аксимально приближенных к реально эксплуатационным, т.к. ЭМП воздействует только на отдельно взятый участок жгутов проводов тестируемой системы.
Таким образом, в применяемых отраслевых стандартах по ЭМС, как внутренних (ГОСТ 51318.25—2008), так и международных (CISPR 25, UN-R 10), не регламентированы испытания ММС на помехоустойчивость в режиме реального времени, который изложен в данной работе.
Условия проведения испытаний
Способ испытаний функции «Свободные руки» в мультимедийных системах АТС на устойчивость к электромагнитным полям в условиях, приближенных к реальным.
Чтобы считать результаты испытаний функции ММС «Свободные руки» однозначными, вначале необходимо провести предварительные испытания, подтверждающие защищенность каналов связи. Они включают в себя три теста, в которых проверяются на помехоустойчивость канал GSM, каналы стандартов Bluetooth и Wi-Fi, канал устройства/системы для передачи акустического сообщения и генератор звука.
В соответствии с регламентирующей испытания документацией производится электромагнитное воздействие с заданными частотный диапазоном, уровнем напряженности и видом модуляции.
После проведения предварительных трех тестов и их положительных результатах проводится испытание непосредственно ММС с функцией «Свободные руки». Конфигурация объектов испытания представлена на рисунке 1.
На рисунке 1 числами обозначены:
1 — испытательная камера (безэховая камера);
2 — испытываемое АТС;
3 — экранированная камера для размещения измерительной аппаратуры;
4 — имитатор (радиокоммуникатор) базовой станции GSM;
5 — устройство/система анализа параметров звука;
6 — приемная антенна стандарта GSM имитатора (радиокоммуникатора);
7 — передающая антенна стандарта GSM имитатора (радиокоммуникатора);
8 — мультимедийная система с функцией «Свободные руки»;
9 — микрофон, с участием которого реализуется функция «Свободные руки» (далее — микрофон функции);
10 — динамики, с участием которых реализуется функция «Свободные руки» (далее — динамики функции);
11 — микрофон устройства/системы анализа параметров звука;
12 — генератор звука;
13 — помехозащищенный мобильный телефон;
14 — излучающая антенна для создания высокочастотных электромагнитных помех.
Испытания проводятся в безэховой камере 1, содержащей в своем составе излучающую антенну для создания высокочастотных электромагнитных помех 14, а также приемную 6 и передающую 7 антенны стандарта GSM. Они подключены к расположенному в экранированном помещении 3 имитатору (радиокоммуникатору) базовой станции стандарта GSM 4. Там же находится устройство/система анализа параметров звука 5.
В камере 1 устанавливается АТС 2, оснащенное ММС с функцией «Свободные руки» 8, микрофоном функции 9 и динамиком функции 10. Расположение АТС 2 регламентировано относительно приемной 6, передающей 7 антенн имитатора базовой станции стандарта GSM 4 и излучающей антенны для создания высокочастотных электромагнитных помех 14.
АТС 2 располагается на поворотном динамометрическом стенде, рядом с внешним вентилятором охлаждения решетки радиатора. К выхлопной трубе АТС подводится труба вытяжки выхлопных г азов. Такая установка позволяет имитировать движение АТС с работающим двигателем во время испытаний.
В АТС 2 находятся помехозащищенный генератор звука 12, помехозащищенный мобильный телефон 13, содержащий радиопередатчик стандартов Bluetooth или Wi-Fi, и микрофон устройства/системы анализа параметров звука 11, издаваемого динамиком функции «Свободные руки» 10.
Ход испытаний
Перед воздействием ЭМП устанавливается связь по каналу GSM помехозащищенного мобильного телефона 13 с имитатором базовой станции стандарта GSM 4. Также устанавливается связь между м обильным телефоном 13 и мультимедийной системой 8 по каналу Bluetooth или Wi-Fi. Генератор звука 12 создает акустический сигнал, принимаемый микрофоном функции «Свободные руки» 9. В свою очередь динамик функции 10 создает акустический сигнал, качество которого через микрофон 11 анализируется устройством/системой анализа параметров звука 5. После настройки всех систем на АТС 2 воздействуют ЭМП с заданными параметрами.
Активированная в ММС 8 функция «Свободные руки» передает с соответствующими преобразованиями сигнал от генератора звука 12, имитирующего человеческую речь водителя или пассажира АТС, по пути: микрофон функции «Свободные руки» 9 — мультимедийная система 8 — мобильный телефон 13 — радиокоммуникатор 4 — мобильный телефон 13 — мультимедийная система 8 - динамик функции «Свободные руки» 10.
Радиокоммуникатор 4, принимая полезный сигнал, несущий звуковое сообщение, транслиру-
Излучающая ЭМП антенна
Стена
безэховой
камеры
Генератор звука
Микрофон
АТС
1
Передающая антенна
ММС
Мобильный телефон
Bluetooth/Wi-fi
Динамик ММС
Микрофон
Приемная антенна
Имитатор базовой станции
Анализатор звука
Рис. 2. Структурная схема способа испытаний методики «Свободные руки»
ет этот сигнал обратно на мобильный телефон 13, имитируя человеческую речь удаленного абонента, а мобильный телефон 13 по каналу Bluetooth или Wi-Fi передает данное сообщение на ММС 8. Она посредством динамиков функции «Свободные руки» 10 воспроизводит акустический сигнал, который анализируется на предмет его искажения электромагнитными помехами с помощью устройства/системы 5.
Структурная схема данного способа испытаний приведена на рисунке 2.
В процессе испытаний проводится анализ помехоустойчивости мультимедийной системы с функцией «Свободные руки» по критерию качества звука, воспроизводимого динамиком 10 мультимедийной системы 8.
Обработка результатов
По результатам испытаний делают заключение о помехозащищенности мультимедийной системы АТС с функцией «Свободные руки», и в случае несоответствия требованиям применяются меры по повышению ее помехозащищенности. Критерии помехоустойчивости устанавливаются технической документацией. Критерием положительного заключения — отсутствие акустических помех (шума) от наведенного внешнего высокочастотного электромагнитного поля с заданными параметрами.
В качестве систем/устройств анализа звука можно использовать стереоанализаторы или аудиокарты со специальными программами анализа спектра звука. Качество звука можно оцени-
вать по соотношениям «сигнал/шум» или «Signal to noise and distortion ration (SINAD)».
Конкурентные преимущества разработки
Существуют и альтернативные методы испытания функции «Свободные руки» в мультимедийных системах в составе АТС. Часть из них была указана в предыдущих разделах. Также они могут быть регламентированы внутренними стандартами автопроизводителей. Например, на АО «АВТОВАЗ» ранее применялся способ, в котором испытуемая ММС в составе АТС подвергалась воздействию ЭМП с заданными параметрами, а работоспособность функции оценивалась после испытаний.
Однако в отличие от способа, изложенного в данной работе, остальные способы не предполагают испытаний функции «Свободные руки» на помехозащищенность в условиях, когда эта функция работает. Предложенная методика моделирует условия, максимально приближенные к реальным: разговор водителя с удаленным собеседником с помощью функции «Свободные руки» во время вождения АТС.
Следует отметить, что крайне трудно реализовать квазиреальные условия эксплуатации в ходе испытаний на устойчивость к ЭМП, т. к. человек не может взаимодействовать с АТС напрямую из-за опасности высоких уровней напряженности электрического поля.
Испытания в квазиреальных условиях повышают электромагнитную безопасность АТС и де-
лают их надежнее в части помехоустойчивости бортовых систем.
Другим преимуществом является возможность реализации АТС, оснащенных помехозащищен-ной ММС с функцией «Свободные руки», в странах с высокими требованиями к безопасности (например, рынки Европейского союза).
Перспективы внедрения
Поскольку нормальная работоспособность функции «Свободные руки» тесно связана с безопасностью водителя АТС, то видится высокая перспектива внедрения предложенного способа испытаний в отраслевые, государственные и международные стандарты.
Начиная с 2023 года Россия переходит на новую версию (поправка 6) Правил ООН Я-10, касающихся электромагнитной совместимости АТС. В этой поправке правила вводится ужесточение касательно испытаний радиочастотных передатчиков в составе АТС (п. 6.10.7). Согласно ему радиопередатчики должны будут испытываться в режиме передачи. Таким образом, автопроизводители в скором времени будут вынуждены направлять свои усилия на развертывание дополнительных испытаний на ЭМС.
Выводы
Предложенный способ испытаний был успешно отработан и внедрен на АО «АВТОВАЗ». Способ предлагает полную оценку работоспособности функции «Свободные руки» мультимедийных систем АТС в условиях воздействия электромагнитных полей.
Коммерческие риски проекта можно оценить как очень низкие.
Развертывание испытаний по изложенному в данной работе методу не требует значительных вложений. Как правило, в лабораториях, занимающихся исследованием ЭМС АТС, уже есть все необходимое оборудование, поскольку оно используется в других испытаниях, регламентированных уже действующими российскими и международными стандартами. Исключение могут составить имитатор базовой станции (радиокоммуникатор), приемные и передающие антенны коммуникатора и система анализа звука. Закупка имитатора базовой станции предполагается необходимой в связи с обязательностью испытаний системы «Эра ГЛОНАСС».
Таким образом, можно считать предложенный способ испытаний потенциально привлекательным для внедрения всеми автопроизводителями и испытателями АТС.
Список литературы
1. Способ испытаний функции «Свободные руки» мультимедийной системы автотранспортного средства на защищенность от электромагнитных помех: пат. Рос. Федерация № 2725562 C1; заявл. 11.07.2019; опубл. 02.07.2020. Бюл. № 19.
2. Николаев П. А., Кечиев Л. Н. Электромагнитная совместимость автотранспортных средств. — М.: Грифон, 2015. — 424 с.
3. Regulation No. 10. Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to electromagnetic compatibility. Addendum 9. Revision 6. UNITED NATIONS. Geneva, 2017.
4. ГОСТ Р 29157—91 совместимость технических средств электромагнитная. электрооборудование автомобилей. Помехи в контрольных и сигнальных бортовых цепях. Требования и методы испытаний. — М., 1991.
5. ГОСТ Р 51318.25—2008. Совместимость технических средств электромагнитная. Транспортные средства, моторные лодки и устройства с двигателями внутреннего сгорания. Характеристики индустриальных радиопомех. Нормы и методы измерений для защиты радиоприемных устройств, размещенных на подвижных средствах. — М., 2008.
6. CISPR 25. Vehicles, boats and internal combustion engines — Radio disturbance characteristics — Limits and methods of measurement for the protection of on-board receivers. Fourth edition. — Geneva, 2016.
