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翻訳: T.Sato
現代的な自動車が安全に動作することを確認するために、 全ての自動車システムがそれらが動作しなければならない電磁 (EM) 環境内で 頑健であることを証明するための包括的な EMC 試験が必要である。 システム障害メカニズムとレベルを正確に決定するとともに、 車両の EMC チャンバー内での試験に制限しながら 現実の自動車の動作モードと現実の脅威をシミュレーションすることは、 全ての車両製造業者と EMC 試験施設が直面する挑戦である。
最後に、実際に発生させられる事象の RF レベルは、 システムの実際の耐性についての重要な情報を与えるように定められねばならない。 例えば、車両の SRS に取り付けられたエアバッグが 98V/m の RF レベルに耐え、 100V/m での EMC 試験に合格するかも知れないが、 そのシステムについては 2% の信頼余裕しかなく、 その信頼余裕を知るためには感受性のレベルを評価しなければならない。 MIRA が先進的な試験方法を継続的に研究し、実現しているのは、 意図された RF 環境における車両システムの安全な動作を確認し、 システムの事象閾値に関する重要な情報を得るためである。
この記事は、最も一般的な車両試験を述べ、 これらのシステムを EMC 試験に際して検証する方法を説明する。 以降の EMC 試験全ては、 その環境が被試験車両と人とのインタラクションを妨げる 半無響チャンバー内で行なわれることに注意すべきである。
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| Figure 1: 実際の ABS 試験データ |
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| Figure 2: 実際の TCS 試験データ |
試験中は常にブレーキ・システムの圧力低下が監視される (Figure 1 に示す実際の ABS 試験データを参照)。
他のブレーキ・システム機能は、同様の方法で試験できる。 安定制御のための TCS と電子制御制動力配分システムは、 いずれも同様の方法で監視される (データの例は Figure 2 に示す)。 安定化プログラムのために、 操舵角センサはステアリング・コラムから取り除かれて 操舵操作を再生成するために空圧コントローラによって回転させられ、 安定が失われた際の車両に対する力のシミュレートのために ヨー・レート・センサも空圧で動かされる。 ブレーキ・システムは補償のために個々の車輪に圧力を加えて 運転手が制御を取り戻すことを助け、 圧力トランスジューサはこれらの変数を監視してシステムの安全な動作を報告する。
電子式パーキング・ブレーキ・システム (EPB) は
スタティック、あるいはダイナミック試験モードのいずれかに際して部分的に検証され、
その EPB システムが RF 条件下で誤って活性化されないことが確認される。
この試験は介入を必要とせず、EPB システムは試験期間中不活性状態とされる。
最後に、EPB システムは EPB 試験モードで監視され、
ブレーキが RF 条件下で指示を受けた際に活性化されることが確認される。
EPB 試験モードにおいて、ダイナモメータは車両を 2km/h で駆動するように設定される。
車両の後部は、ダイナモメータからの摩擦が車輪を回転させるのに充分であるが、
パーキング・ブレーキが使用された際にはその後輪がロックされた時に
車輪がダイナモメータ上で最小の抵抗でスリップするような高さに持ち上げられる
(非導電性ブロックを使用して)。
車両内の EPB スイッチを操作するために空圧式ロボット・コントローラが用いられ、
RF 信号変調中にパーキング・ブレーキを作動させ、
搬送波 (CW) のドウェル (dwell) 中に開放する。
全 EPB 動作が行なわれるように、
またパーキング・ブレーキ・モーターが過熱しないことを保証するために、
６秒のドウェルが必要である。
監視は、EPB の動作と開放に際して車輪がロックや開放されることを
視覚的に確認することによって行なわれる。
さらに、集合警告灯が視覚的に監視され、EPB モーターは聴覚的に監視される。
補助拘束システムには２つの主な非意図的作動機構が存在することが知られている： エアバッグが接続されている配線ハーネスに充分な RF エネルギーが注入されて エアバッグ展開機構 (EED) を熱した時に作動する、 あるいは拘束制御モジュールが誤ってトリガされてエアバッグを作動させる。 生きたエアバッグを用いた通常の試験は破壊的であるため、 前者のシナリオの試験は大きな挑戦をもたらす。 エアバッグの本質的な性質のため、内蔵の EED が一度動作したならば、 そのデバイスからはそれ以上の情報は得られない。
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| Figure 3: 典型的な EED ユニット |
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| Figure 4: 測定用エアバッグ EED |
だが、小さな EED が長いハーネスに接続されている場合、 然るべき条件のもとでその回路は RF エネルギーのレセプタとして振る舞い、 (電源への物理的な接続なしに) 充分な AC 電流が EED ブリッジワイヤを流れた時に その点火デバイスの突発的な作動を引き起こすであろう。
突発的な作動のリスクを評価するためには、 RF エネルギーに伴うブリッジワイヤの温度上昇の正確な測定を 一次火薬を取り除いた測定用 EED を用いて行なわねばならないことは明らかである。 EMC 試験中の EED ブリッジワイヤの温度上昇の測定によって、RF エネルギーを印加しながら、 EED が作動 ――典型的には 250mA のブリッジワイヤ電流―― にどの程度近付いているかを示す根拠を手に入れられる。 この種の試験は非破壊的であり、測定用 EED プローブは再使用できる。
温度測定は歴史的に熱電対で実施されてきたが、
最近では２つのファイバー光学テクニックが開発されている。
先進的なファイバー光学試験法の使用によって、
MIRA は、洗練されたファイバー光学温度プローブ (Figure 4) を用いて、
車両を通常のイミュニティ試験の対象としながら EED のブリッジワイヤ温度を監視する。
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| Figure 5: ブリッジワイヤ温度測定 |
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| Figure 6: EED ブリッジワイヤ電流 ―― 100V/m での試験 |
この種の評価は、 ブリッジワイヤの加熱に伴う補助拘束システムの非意図的な作動に関するインテグリティに関する 肝心な情報を車両製造業者が得られるようにするのみではなく、 この情報を費用効果の良い方法で得られるようにする。
Figure 6 に示したデータから、GSM900 携帯電話周波数帯とその近傍で 非点火電流限度に近い高電流が観察され、 もしこの種のデバイスが車両 SRS の近傍に近付けられたならば 非意図的作動の潜在的リスクがあることが示される。 エアバッグは作動しないであろうことから、 通常の試験条件 (ブリッジワイヤ電流監視なしの) では このリスクは気付かれないままだったことだろう。
測定用 EED ブリッジワイヤが EMC 試験中に損傷を受けないと仮定すれば、 拘束制御モジュールの RF エネルギーに伴う誤トリガに対するイミュニティに関しても 信頼が得られる。
だが、これらの評価は非意図的作動が生じないであろうという確信を与えるものの、
拘束制御モジュールが意図された RF 環境に曝されながら
エアバッグを意図的に作動させるかどうかは評価しない。
この種の評価は、EMC 試験期間のために所定の診断ソフトウェアを書くことを必要とし、 現在は、拘束制御モジュールの正しい作動はコンポーネント・レベルでのみ試験されている。 車両の配線ハーネス、遮蔽、そして車両の空間の共振の全てが影響を持つであろうことから、 これは完成車両レベルでの 拘束制御モジュールの正しい動作に関する信頼を低下させる影響を持つ。
降雨センサは、風防の外面に当たる水の量を測定する。 これは、典型的には風防に対しておおよそ 45°の照射光によって達成され、 この光は風防の外面から検出窓へと屈折して戻る。 降雨状態においては、センサに戻る屈折光のパターンは乱される。 降雨検出モジュールは、ワイパーの速さを計算して設定するために、 この情報を利用する。
RF 条件下における降雨センサの誤った動作には、 降雨検出モジュールの混乱が乾燥状態でワイパーを誤ってトリガーする、 あるいは降雨状態でワイパーがトリガーされないという、２つのシナリオが存在する。 最初のシナリオは、アイドルや RLS でのイミュニティ試験によって検証でき、 車両のワイパーの誤った作動は記録でき、閾値が得られる。 だが、２番目のシナリオは、降雨状態のシミュレーションを必要とする。
降雨検出システムは降雨検出窓へ戻る屈折光の乱れによって作動させられるので、 この場合はセンサを作動させるために水を用いる必要はない。 MIRA は典型的な降雨センサの動作を調査し、 風防の降雨検出範囲の上で布を反復的に動かすために空圧コントローラを用いて 降雨センサの光束を乱すことに基づいた手法を開発した。 これは風防に当たる大きな雨滴に似た刺激を生じる。 上で述べた空圧コントローラを車両に取り付けておくことができ、 例えば ABS イミュニティ・モード中に自動に設定されたワイパー制御は、 このシステムを他の EMC 試験の蔭で試験できるようにする。
だが、もしこのシステムが RF 条件下で故障したならば それはオーナーにとって厄介なものとなり、 意図された信号が近傍の送信機によってブロックされたならば車両が使用不能となり得る。 MIRA が RKE システムのための試験方法を開発し、実現したのは、 この目的のためである。
RKE システムは２つの部分から成る ―― キーレス車両側モジュール (KVM)、及び携帯用キー・フォブ。 ドア・ハンドルが引かれた時、 KVM 送信機はフォブへ 125kHz でチャレンジ信号を送り、 キー・フォブは 433MHz で応答する。 RKE システムの正しい動作のために検証しなければならない２モードの動作 ――キーレス・エントリー・モード、及びキーレス始動／停止モード―― がある。
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Figure 7: RF フィールド、ドア・アクチュエータ、及びドアの状態の関係 |
全ての RKE 試験において、パワー・アンプからの帯域外電磁ノイズが キー・フォブからの RF 信号をブロックしないように、 アンプと放射アンテナのあいだに 433MHz のノッチ・フィルタが組み込まれていることに注意することが重要である。
車両は、エンジンを切り、全てのドアを閉じた状態でダイナモメータに固定される。 調査を行なうそれぞれの周波数で RF フィールドが印加され、 フィールドが安定した時、試験を制御する機器から空圧機器に信号が送られる
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Figure 8: RF フィールド、キー・アクチュエータ、及びドアの状態の関係 |
車両は、内部施錠ハンドルの操作によって全てのドアを内側から施錠して、 静止状態で試験される。 キー・フォブは運転席の座面の中央に置かれ、 試験ソフトウェアの指示によって「フライヤー」を引いて回すために ステアリング・ホイール・コラムにロボット・アームが取り付けられる。 車両のスターターは切り離され、 スターター供給電圧はエンジン始動可能を示すために監視され、 最後に、クラッチ・ペダルは固定のロッドで押される。
車両は、エンジンを切り、全てのドアを閉じた状態でダイナモメータに固定される。 それぞれの周波数で RF フィールドが印加され、試験機器から信号が送られる：
KVM によるキーの再読み込みが行なわれるように、
それぞれの始動サイクルの前に 10秒間の RF ドウェルが必要となることに注意すべきである。
車両の電子的な部分の複雑さの増加と共に、 将来の車両の形状とそれらが作られる材料の変化も生じるであろう。 これらは、車両の外殻の共振構造を変化させる影響を持つだろう。 データ・バスや代替ハーネス・タイプへの大きな動きを含む新しい車両通信方式は、 車両システムの RF 条件下における挙動のみではなく、 システムの正しい動作が監視される方法にも影響を持つだろう。
自動車 EMC 試験の将来は遥かに複雑なものとなる方向にあり、 先進的な試験方法の継続的な研究、検証、そして適用によってのみ、 それが動作しなければならない電磁スペクトラムの増加の中における 自動車の安全を確認できるものと期待できる。
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2004-09-30