智能驾驶时代,EMC测试或不可缺

随着汽车智能化变革的加速,作为整车技术创新的关键着力点,汽车电子在近两年迎来了快速增长,对汽车电子技术的要求也不断提高,包括车用半导体的使用范围也变得愈加广泛。智能汽车集成了处理器,传感器,信息处理器,通信设备,人工智能等复杂系统,一直以来,我们都更关注这些功能的实现,但是将来,对于这些系统,安全性能将变得越来越重要,其中,电磁兼容性(EMC)的重要性将愈发凸显。

特别是今年以来,汽车智能网联领域少了几分躁动,开始回归理性,很大一部分原因在于特斯拉、Uber先后发生的几起自动驾驶交通事故,给人们敲响了警钟。

EMC是智能驾驶必须跨越的“坎”

所谓电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility),是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。或许你有过这样的经历,你把手机放在行驶中的汽车仪表盘前,当手机来电时,双闪灯忽然亮起来。这就是因为手机信号以电磁波形式辐射干扰车灯控制系统,造成双闪灯开关异常。在以往的事故中,还有更为严重的干扰事件,当一辆行驶中的车辆经过电台时,由于电磁辐射干扰,突然熄火,车辆失去动力。

对于智驾零部件EMC问题,笔者思考了很多,也参与了部分的测试工作,得出的关键结论是:EMC很可能是未来智能驾驶需要跨越的一个艰难的“坎”。

首先,智能驾驶零部件EMC测试不同于传统燃油车低压控制零件EMC测试的要求,这已基本是共识;

其次,即便是基于已有的电动车辆高压集成,智能驾驶也是新增的功能,电动车的EMC测试方法也无法满足智能驾驶零件的EMC测试需求。

然而车辆中电子产品使用数量不断增加,汽车工作环境中充斥着电磁波,电磁干扰问题将日益突出。轻则影响电子产品自身正常运转,重则损坏重要的电器元件,进而造成车辆安全事故。

因此,构建智能驾驶独有的EMC测试体系已迫在眉睫。

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智能驾驶的电磁抗扰能力“很弱”

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(EMC 基本测试框架)

《 上海汽车 》2018 年 6 月 10 日刊载的“ADAS 毫米波雷达原理与电磁抗扰能力初探”中写到:第一,在车辆前方进行 100 V/m 垂直极化场的毫米波雷达系统抗扰测试时,车辆在 20~100 MHz 频段内出现了目标车大范围前后移动的情况,这种情况可能会导致 ADAS 控制器,造成 ACC、AEB、FCW 等功能执行模块的异常操作,严重威胁车辆的行驶安全。第二,毫米波雷达系统抗扰试验测试,结果显示,在一定强度的场强下,电磁信号会干扰毫米波雷达系统,影响系统及车辆功能。(试验布置参照 ISO 11451-2:2016 标准)

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另一个零件测试的案例,与上述案例过程结论基本一致:特别是在RI(辐射抗扰)、ESD(静电放电抗扰)、CIP(瞬态传导抗干扰)方面,出现通讯中断、卡顿、甚至损坏零件。这样的结果,会导致车辆功能安全受到威胁。

新部件厂商仍然“缺少历练”

新增的智能驾驶零部件厂家却缺乏车辆配套的经验,这或许是最终影响智驾零部件的电磁抗扰能力的原因。

在项目配套中,我们经常会遇到这样的现象,一些厂家认为过了TS16949质量体系认证,就可以给车辆做零件配套了。事实上,这还远远不够。

一方面,认证的结论只能“锁定当时的状态”,并不完全能代表后期的结果;另一方面,国内企业的产品稳定性相对较差,人员更迭频繁,对车辆工程认知程度不一等等,都是造成产品从设计到验证、标定等环节性能缺失的原因。何况,车辆本身所遭遇的电磁环境也是非常复杂和恶劣的。

所以,零件厂家,需要经过长期的经验积累和配套应用的历练。

在智能驾驶零件EMC独有的标准成熟前,首先需要满足现有标准,而且需要从严执行。以下表格内容为燃油/电动车辆EMC测试常用标准。

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在使用上述标准的时候,还会存在很多问题:如是否可以等同于电子电器件测试要求等等,下面列举一项加以讨论,举一反三,更多的地方还需要根据实际情况,重新评估。

智能驾驶零件EMC等级须重新认定

在零部件测试中,结合整车要求,对测试零件性能状态划分为5个等级要求(A级~E级):

A级(最高):被测样件或系统的所有功能在干扰之时和干扰之后正常运转;

B级:在受干扰时,被测样件或系统的所有功能正常运转。但是,一项或多项功能运转会偏离指定误差。所有功能在干扰撤离后能自动恢复至正常状况,但记忆功能不能受到影响;

C级:被测样件或系统的一项或多项功能在受干扰时,不能正常运转,干扰撤离后自动恢复至正常状态;

D级:在干扰之后,也不能正常工作,需要对系统手动复位。

如果单纯从等级划分,一般性零件性能测试状态,C级以上是合格的。但是对于智能驾驶零部件,C级显然是不合理和不合格的。如果,在受干扰时,零件不能正常工作,面对车辆识别、导航等功能的即时特性,势必会导致车辆安全事故。所以,在写入实验计划中的要求,应该是达到B级,或者是A级。同时,结合零部件功能安全要求的等级(ASIL),提出更精准的目标。

只做分立测试将付出高昂代价

据笔者所知,宝马的EMC测试体系非常的严格,其电动车的EMC测试遵循:零部件→高压系统集成→整车。同时,宝马根据电动车辆特点,建立起自已的一套EMC测试办法,这也是区别于燃油汽车EMC测试的一套体系。

我们看到宝马的测试体系中,有一个高压系统独立的测试环节,笔者的理解是:新能源车辆本身是沿袭传统燃油汽车的低压控制功能单元,但从成本、开发周期、成熟度的角度独立开发。基于这些,高压系统集成,作为一个整体,独立完成测试就不足为奇了,而且是要作为一个完整功能单元去测试的。但在很多项目中,“集成”测试环节是缺失的。仍然是把三电部分拆了单独测试。我觉得,这是不完整的测试。如果需要整车达到优秀的指标,在后期,这种分立的测试方式,很有可能让零件的设计,付出高昂的成本代价。

制定智能驾驶零件EMC测试标准,迫在眉睫

车辆技术的飞速发展,让功能安全问题已无处遁形。同济大学汽车EMC实验室的邓勇老师认为:“未来车辆电子电器控制器的设计,特别是新能源、智能驾驶电子零件的设计,其实,就是EMC的设计”,笔者与其所见略同。

鉴于目前的发展形势,把EMC提到一定高度引起重视,并付诸于设计和应用中,一定是事半功倍的事情。如果继续按传统电子电器件设计思维,不排除它最终成为智能驾驶的"拦路虎"!