智能網聯汽車電磁輻射發射測試面臨的挑戰

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智能網聯汽車電磁輻射發射測試面臨的挑戰

電磁兼容之家 發表於 2020-11-27 15:32:24

常規車輛的電磁兼容性能在整個測試體系中已有較好的系統化要求，相應試驗的實現條件也較完善，能夠較好地完成國家法規體系要求進行的試驗。隨著整個汽車行業的智能化、網聯化、電動化發展，車輛的屬性已逐漸從單一個體，演變成一個龐大智能交通網絡上的節點。「三化」帶給車輛最大的變化，是使車輛與其周遭環境，包括道路交通設施、其他車輛、環境中包含的各種其他節點，越來越緊密地融合在一起。車上新增的各種功能都在強調與環境的交互，這給車輛電磁兼容性能測試驗證帶來了新的挑戰--新能源汽車測試系統。

按照常規分類方式，車輛的電磁兼容性能往往分為發射特性和抗擾特性。發射特性關注對車輛以外的其他電器設備的保護，我國主要由法規來要求（GB 14023、GB/T 18387 和 GB 34660）；抗擾特性則關注車輛自身對外部幹擾的耐受能力，既有法規要求（GB 34660），更要關注車輛在抗擾測試中的安全和體驗表現。

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智能網聯汽車電磁輻射發射測試面臨的挑戰

智能網聯汽車引入了更多的智能安全子系統與網聯通信子系統，這些新系統與傳統汽車子系統的最大區別在於，它們不僅通過內部傳感器收集汽車內部的運行信息，還通過全新的外部傳感器，如蜂窩移動通信天線、V2X 通信天線、車載毫米波雷達、視頻圖像採集系統等，主動地收集車輛周圍，甚至超出視野範圍的交通信息及其他車輛運行狀態信息。這些傳感器有些是通過無線通信獲取信息的，工作時對外輻射電磁波，而且需要一臺能夠與其通信的外部設備才能夠維持正常的通信工況。按照電磁兼容測試的常規思路，要求車輛進行輻射發射測試時，能夠覆蓋最大發射狀態的工況。這就要求所有系統和功能都處於工作狀態，包括車載無線通信系統。然而將滿足國家無線電管理要求的無線發射設備輻射出的有用信號作為騷擾，並要求其低於整車輻射發射的限值，這種做法可能會造成無線電管理和電磁兼容管理的結果相矛盾，引起政策理解或執行層面的問題。

為此，全國無線電幹擾標準化技術委員會 D 分會正在討論對有意發射引發的工作頻段的輻射發射超標豁免，並將豁免辦法寫進 GB 14023 標準的附錄中。那麼在試驗過程中，如何區分本車的發射與用於激活本車設備工作的外部設備的發射、如何區分有意發射設備工作頻段的信號與其帶來的非工作頻段的諧波或雜散發射，是判斷被測車輛輻射發射是否滿足要求需要解決的首要問題。

傳統汽車上所用無線設備的上限頻率不超過 6 GHz，引入 5G V2X 通信和毫米波雷達後，車載無線設備的上限工作頻率飆升至 81 GHz。對於如此高頻段的汽車輻射發射，國際國內均未有標準給出明確的限值，汽車電磁兼容實驗室在設計建造時往往也不會針對如此高的頻率。6 GHz 以上頻段的整車對外輻射發射需要有公共認可的測試方法和限值標準來約束，毫米波頻段的測試也需要對實驗室和測試設備提出新的要求。從測試設備角度來說，在智能網聯繫統的輻射發射測試中，還須保證測試設備不會影響測試環境的電磁底噪，否則，輻射發射測試結果的準確性將難以保證。

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智能網聯汽車電磁抗擾測試面臨的挑戰

首先是測試重心改變所帶來的挑戰。

傳統電磁抗擾測試的測試重心更多是整車和零部件的抗擾水平，即被測車輛與被測零部件在特定電磁環境下是否會發生功能紊亂等現象，這是一種從功能實現的角度衡量整車或零部件性能的方法。而在智能網聯車輛上，由於車輛獲得了一定程度的自我控制權，具有控制權的系統能否按照其預期功能正確執行便是智能網聯車輛所要重點關注的問題，而這一問題恰恰是功能安全所關心的問題。因此，智能網聯汽車的電磁抗擾測試重心需要從簡單的功能實現轉為從安全的角度考察。

其次是基於需求的驗證所帶來的挑戰。

諸如ISO 26262《道路車輛功能安全》等眾多車輛安全性標準目前所正在做的是對於安全需求的不斷累積與更新。整車層級安全的實現過程實際上就是整車層面的不同安全需求的設計與實現過程，這實際是一種弱化約束的方法。在安全性設計階段，將嚴苛的、難以通過整體方式解決的安全性問題不斷切片，每一片代表一個特定的安全需求，以此達到對安全性問題的拆分 ；在後續的測試驗證階段，通過驗證一個個安全需求是否實現，採用累加的方式一步步地逼近完整的安全性問題，這樣可以使整個評估過程更容易執行，也實現了對於優解的近似代替。但這種基於安全需求的測試方法受需求覆蓋率影響極大，低覆蓋率下，安全需求累積程度不夠，難以充分確定車輛的安全性能。因此，如何儘可能多地搜尋、確定並測試安全需求，是智能網聯車輛電磁抗擾測試所面臨的又一個挑戰。

第三是測試量帶來的挑戰。

顯然，測試的安全需求越多，得到的結果越逼近最終的完整安全性驗證結論。但大量的安全需求所帶來的是測試量的爆炸性增長，按照 ISO 26262 道路車輛功能安全的定義，造成人身及財產損失發生的危害事件是內部危害與外部運行情境的組合。同一內部危害狀態與不同的外部運行情境的組合，所產生的危害事件的風險等級與傷害結果可能大不相同。因此，為了保證測試的有效性與高覆蓋率，必須要考慮所有可能的車輛狀態與所有的運行情境的組合。

但問題也隨之而來，一方面，ISO 26262 功能安全標準關注的是來源於系統故障行為的危害，包含預期行為的終止與非預期行為的發生兩個方面，再細究上述故障行為的來源，又包含隨機硬體失效與系統性失效等等。即從功能安全角度來看，所需要考慮的內部危害來源就極多； 另一方面，外界運行情境的不同需要充分考慮可能的道路屬性（道路幾何結構、拓撲結構、路面性質等）、環境屬性（天氣、溫度、溼度不同時間段等）、交通屬性（其他交通參與者的數目、運行狀態、相對於本車的位置信息等）。內外兩種複雜選項組合而成的測試情景數目巨大，再加上電磁抗擾測試所要求的不同頻段、強度、極化方式、調製方式的電磁幹擾，最終生成的智能網聯汽車電磁抗擾測試情景的數目是驚人的，無法在合理的時間及開銷下實現完整的全情景、全工況電磁抗擾測試。即，智能網聯車輛電磁抗擾的窮舉測試在現實中是無法實現的，需要尋找更為高效的測試思路與測試方法。   最後是全局安全問題所帶來的挑戰。 整車功能安全的實現並不代表整車層級安全的實現。整車層級的安全除了功能實現與功能安全之外，還包含預期功能安全與網絡安全兩個方面。從最基礎的功能實現開始（即僅關注目標功能是否能夠正常實現，而較少關心或基本不關心外界運行情景的小範圍變化），功能安全在功能實現的基礎上加入了風險的判定，旨在確定預期功能是否能夠正確地實現，關注的是實現的正確性與質量高低 ；預期功能安全在確保預期功能已經正確實現的情況下，將預期功能和實際需求功能做出對比，觀察預期功能是否能夠滿足實際情景使用中對它的需求 ；網絡安全在預期功能自身的實現已具有完滿性的情況下，探討外部的有意入侵行為是否會對預期功能自身的完滿性造成影響。這幾個方向相輔相成，互為補充。因而在執行智能網聯車輛電磁抗擾測試時，傳統電磁抗擾測試所關注的功能實現問題在安全層面上來說是不充分的安全問題的妥善解決需要從四個角度的特點入手，分別設計並執行測試過程。綜合來說，以上幾大挑戰實質上就是在測試用例設計方面面臨的挑戰。既然對於確保智能網聯汽車安全性的電磁抗擾試驗而言，窮舉測試是不現實的，那麼若要開發出一套業界可以接受的電磁抗擾試驗標準，就需要對測試用例進行凝練。智能網聯汽車，或者自動駕駛汽車的安全性至關重要，如何在凝練測試用例的同時，確保其電磁安全性能夠達到或者超出現有車輛的水平，這要求設計人員對智能網聯汽車的新功能、性能，及其與車載現有其他系統（例如動力、底盤、轉向）之間的關係有比較深入的了解，能夠從各種故障行為、外部情境及其造成的危害角度出發，梳理出使智能網聯汽車達到人們預期電磁安全水平所必須驗證的測試用例集，以及在這些測試用例之下必須關注的車輛參數水平，這需要相關技術人員在摸索中逐漸完善。

智能網聯汽車之所以叫智能網聯，就是因為搭載了各種可感知周邊環境的傳感器和可與非視距外圍設備通信的無線通信設備，使車輛具備了正確感知周遭視距和非視距範圍內的環境並做出相應反應的能力。傳統汽車進行電磁兼容測試時，通常僅要求試驗環境的電磁背景乾淨，且車輛能夠在試驗環境中達到一定的車速 ；而智能網聯汽車則需要在實驗環境中去模擬道路環境，並與車輛進行正常交互，以便欺騙車載傳感器和無線通信設備，使其誤認為車輛確實在道路上運行，相應的智能、網聯功能能夠正常激活。這些要求對試驗條件提出了極大挑戰。

首先，這需要用到一系列輔助設備。例如，激活自適應巡航系統（ACC）和自動緊急制動系統（AEB）進行電磁兼容性能測試時，需要用到雷達目標模擬器或角反射器......其次，在試驗環境中，還不能存在與道路環境中的障礙物及目標特性接近、可能導致車載智能網聯功能非正常觸發或不能正常觸發的額外因素，例如反射特性與車載雷達系統目標相當的反射體，或特別昏暗及特別明亮會影響車載攝像頭工作的燈光等。這需要在試驗之前對試驗環境進行合理的調整和標定。除了需要用到更多類型的設備來完成並對測試環境提出了特殊要求以外，智能網聯汽車的電磁抗擾測試也對測試設備提出了更高的技術要求 ：在智能網聯繫統的輻射抗擾測試中，須保證測試設備不會受施加的電磁騷擾的影響，否則，無法判斷測試結果中出現的功能或性能降級是因為測試設備被幹擾還是因為車輛本身抗擾性能不足而導致的 ；極端情況下，測試設備還可能因輻射抗擾試驗的高場強而損壞。這也導致很多智能網聯汽車路試、臺架測試和仿真測試所用設備並不能用於電磁兼容測試，電磁兼容測試設備需要做特殊的設計處理。

責任編輯：lq

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