תאימות אלקטרומגנטית (EMC) היא דרישה בסיסית בעיצוב רכב מודרני, להבטיח כי מערכות אלקטרוניות לפעול כמכוונת ללא יצירת או ליפול קורבן להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) כמכוניות מתפתחות לפלטפורמות מחוברות, מחשמלות ארוזות עם חיישנים, בקרים ורדיו אלחוטיים, האתגר של ניהול EMI הופך להיות יותר חריף. Shield הוא אחת האסטרטגיות היעילות ביותר בשימוש נרחב להשגת EMC, מתן מחסום פיזי או כיסוי חומרים מתקדמים של ציוד חשמלי, כלומר, תכונות עיצוב.

מה זה הגנה על מערכות הרכב?

הגנה באלקטרוניקה לרכב מתייחס לשימוש של מתחמים מוליכים או מגנטיים, מסכים, או ציפויים להגבלת אנרגיה אלקטרומגנטית.הפיזיקה מאחורי הגנה מבוססת בעיקרון הכלוב פאראדיי: מתחם התנהגות מפיץ מחדש האשמות חשמליות כך שהשדה הפנימי מבטל את הריאציות החיצוניות של השדה.עבור שדות מגנטיים בתדרים נמוכים, חומרים בעלי יכולת גבוהה מפניית מעבורת מגנטית מעיגולים רגישים, בתדרים גבוהים, ומשפיעים על פני השטח.

ברכב, ניתן ליישם את המגן ברמות מרובות: ליחידת בקרה אלקטרונית שלמה (ECU), לרתום כבל מסוים, או אפילו מעגלים משולבים בודדים בתוך מודול.המטרה היא תמיד אותו הדבר: להפחית את ההפיכה של שדות אלקטרומגנטיים כך שפליטת מערכת אחת לא מפריעה אחרת, וחסינות לתחומים חיצוניים נשמרת כראוי היא קריטית לתפקודים הקשורים לבטיחות כמו גירוד, ניווט, וניווט אווירי, שבו יכולות להוביל לתוצאות קטסטרופליות.

הפיזיקה של יעילות מגן

הגנה על יעילות (SE) נמדדת ב decibels (dB) ומייצגת את היחס של כוח השדה ללא מגן על כוח השדה עם מגן. מספר גבוה יותר SE פירושו הפחתה טובה יותר.הביצוע של מגן תלוי בשלוש מנגנונים: אובדן ספיגה, אובדן השתקפות, ותיקון מרובים-re-re-re-re-re-reative אובדן עם עוביים, מוליכות, מגנטית וגמישות גבוהה יותר.

בסביבות הרכב, מגן חייב גם להתמודד עם פליטות קורנות בטווח התדירות מעשרות קילווהרץ (למשל, מפגעי מנוע) עד כמה ג'יגההרצץ (למשל, מכ"ם ו-V2X תקשורת) מגן שעובד באופן מושלם ב-1 מ"ר עשוי להיות יעיל ב 6GHz בשל מזל או דליפות ים.

סוגי הגנה בשימוש במערכות הרכב

מהנדסי רכב מעסיקים ארכיטקטורות מגנים שונים בהתאם ליישום, מגבלות עלות וטווח התדר.שלושת הסוגים הנפוצים ביותר הם הכלובים פאראדיי, כבלים מוגנים וציפויים מוליכים.

מועדוני לילה

כלוב פאראדיי הוא מתחם מתמשך של התנהגות סביב האסיפה האלקטרונית.ב-Cydows, דיור המתכת עצמו משמש כלוב פאראדיי, המיוצר לעתים קרובות מאלומיניום מוטבע או פלדה.הדיור חייב להיות מחובר חשמלית לקרקע דיור כאסאסאסה של הרכב לספק נתיב דלת להורדת של ניהול סוללות עבור זרמים מושרה.

עבור אולמות גדולים יותר, כגון חבילות סוללות גבוהות או יחידות הפצה כוח, הכלוב פאראדי עשוי לשלב מרש מתכת או לוחות מחוננים כדי לאפשר זרימת אוויר תוך שמירה על מגן.תדירות החיתוך של מגן מרש חייב להיות מעל התדירות הגבוהה ביותר של עניין כדי למנוע התפשטות באמצעות פתחים.

כבלים

מגן כבלים הוא קריטי כי חוטים לפעול כמו אנטנה, הן קורנות ומקבלות כבלים EMI. Shielded להשתמש שכבת התנהגות - נחושת, אלומיניום, או שילוב - המקיף את המוליכים האותים המבודדים.המגן נגמר בשני הקצוות (או לפעמים אחד) כדי לקרקע באמצעות מחברים או חוטי ניקוי.

סיום מגן נכון הוא חיוני: מגן מעומק יכול למעשה להחמיר את EMI על ידי יצירת מבנה חוזר.ברת רכב, המגן הוא בדרך כלל מעומק בקצה המודול באמצעות מגע 360 מעלות במחברת, לא באמצעות חוט חזירי אשר יוצר אינדוקציה ולהפחית יעילות גבוהה.

מעילים וציורים

כאשר משקל או עלות אוסרים על מחצני מתכת, דיור פלסטיק ניתן לבצע באמצעות ציפויים. הגישות הנפוצות ביותר הן נחושת אלקטרו-less / ניקל plating, צבעים מוליכים עמוסים חלקיקים כסף או נחושת, וסרטים מטבוליים ואקום. אלה מספקים יעילות מגן מתון (בדרך כלל 20-60 dB עד 1GHz) תוך שמירה על מערכות דיור קל משקל וקורוזים הם בשימוש נרחב של אבטחה, לא חלק מרכזי, הם לא חלק מרכזי של חיישנים.

טכניקה מתפתחת נוספת היא השימוש בפולימרים מוליכים או מסובבים המותאמים ישירות למבנה הפלסטיק.פלסטיק מונע פחמן-פיבר יכול להציע גם כוח מבני וגם העצמה EMI, אם כי מוליכות אנזוטרופית שלהם יש צורך להיות מונדס בקפידה.

חומרים ל-Sing

הבחירה של חומר מגן תלויה ב- SE, טווח תדירות, תנאים סביבתיים, עלות ומשקל.השולחן מתחת לסכמת את החומרים הנפוצים ביותר להגנה על רכב.

  • (FLT:0) קופר: ⁇ FLT:1 , מוליכות חשמלית גבוהה (5.8×107 S/m) אובדן השתקפות מעולה בתדרים גבוהים.שימוש בחבים, בסדקים ובגזים.
  • (FLT:0) אלמומיום: 1FLT:1 מוליכות נמוכה (3.5×107 S/m) אבל שליש משקל הנחושה מתאים לדיורים קלים ולסכלים.
  • (FLT:0) teel / Tin-plated Steel:cioFLT:1 , מתון מוליכות (-107 S /m) אבל חדירות מגנטית גבוהה (μr - 200 עבור פלדה) מספק מגן מגנטי עבור שדות נמוכים ספאם בשימוש בדיור מוטבע ומגנים עבור מנועים והופכים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ :0 (Nickel:FLT:1) התנגדות קורוזיה טובה ו מוליכות מתונה.
  • (FLT:0) Mu-Metal / Permalloy:cioFLT:1 סגסוגת גבוהה-permeability (μr up 80,000) המיועד למגן מגנטי נמוך מאוד יקר מאוד.
  • (FLT:0) חומרים פולימרים:FLT:1 משקל אור ותבנית התנהגות נמוכה יותר מאשר מתכות (בדרך כלל 10-1000 S /m) רק יעיל לתדרים מעל -100 MHz בשימוש עבור מודולים רגישים, לא קריטיים.

בנוסף לחומרים גדולים, מהנדסים חייבים לשקול את ההשפעה של שכבת הדבק בקלטות של קרמיקה, את הדחיסות של כרטיסי גז, ואת עובי בשפע ב backshells. גורמים סביבתיים כגון רכיבה על טמפרטורה (-40 מעלות צלזיוס ל +150 ° C בתא מנוע), לחות, תרסיס מלח, ו רטט כל השפעה על ברירה חומרית.

היתרונות של הגנה ב-EMC

יישום יעיל הגנה מניבה יתרונות מרובים המשתרעים מעבר לציות רגולטוריות.יתרונות אלה מוכרים יותר ויותר כמטרות עיצוב ולא לאחר מחשבה.

  • (FLT:0) לחנך את EMI בין מערכות:FearLT:1 ; חסימת מגן מונעת התערבות מעגלים בעלי עוצמה גבוהה (מפעילים, DC-DC ממירים) מהפיכה לסיגות חיישן אנלוגי רגיש (מהירות הגלגל שלABS, חיישני חמצן) זה מאפשר הפעלה בו זמנית של כל פונקציות הרכב.
  • (FLT:0)Imrovated Signal Integrity:cioFLT:1) אותות דיגיטליים מהירים דורשים תנופה מבוקרת וגלי גלפורים נקיים.מגן מפחית את ההפיכה בין-פנית לרעש חיצוני, שמירה על שולי העין עבור אוטובוסים כמו Gigabit Ethernet.
  • (FLT:0) רישום חובה: תקני רכב 1 (FLT:1 ), כגון CISPR 25 (התאוששות ובוצעה פליטות) ו- ISO 11452 (חיסון) מציבים מגבלות שלא ניתן לעתים קרובות לעמוד בהן ללא מגן.
  • (FLT:0) בטיחות מובטחת:FLT:103) עבור מערכות קריטיות כמו יחידות בקרת תיקי אוויר, בלם-בי-חוט, והובלת בקרים, מגן מבטיח כי EMI חיצוני - ממגדל רדיו סמוך או קו כוח רב-עוצמה - לא גורם הפעלה בלתי-מכוננת או מעכב תגובה נכונה.
  • (FLT:0) הימנעות: תוספת של 1FLT (הופנה מהדף מגן על מעלה) היא פחות יקר מאשר בעיות ב- EMC לסירוגין במהלך אימות הייצור.
  • (FLT:0)Enabler for Connectivity:FLT:1 ללא מגן יעיל של מעבדים על הסיפון, מקלטים אלחוטיים (GNSS, 5G, V2X, Wi-Fi) יופלגו על ידי פליטות מהאלקטרוניקה של הרכב עצמו.מממפיץ את הסביבה האלקטרומגנטית כך שרדיו יכול לפעול עם רגישות מלאה.

אתגרים ושיקולי עיצוב

למרות היתרונות שלה, הגנה היא לא פנאצה מהנדסים צריך לנווט כמה אתגרים מעשיים כאשר שילוב מגן לתוך עיצובי רכב.

עלויות לעומת ביצועי המסחר

חומרים מגנים ביצועים גבוהים כגון ציפויים מוגמרים או כסף הם יקרים.אפילו דירות אלומיניום מוטבע להוסיף 10-30% עלות מודול בהשוואה לפלסטיק.האתגר הוא להשיג את SE הנדרש עם הפתרון הזול ביותר - לעתים קרובות באמצעות גישות היברידיות: דיור פלסטיק עם ציפוי התנהגותי סלקטיבית עבור שדות מגנטיים נמוכים, בתוספת נחושת-פונק עבור תא RF.

משקל וניהול הירומל

בכלי רכב חשמליים, כל קילוגרם של משקל נוסף מקטין ישירות את טווח.מגן עבור מהפך גבוה יכול להוסיף 1-2 ק"ג אם עשוי פלדה. מהנדסים עשויים להחליף פלדה עם אלומיניום או עיצוב מגן כי גם לפעול כמו כיור חום. עם זאת, חורים ventilation חייב להיות בגודל מתחת לתדירות חיתוך החתך; חורים קטנים יותר טובים מגדול אחד.

האסיפה וההתעצמות

מגן הוא רק טוב כמו הקשר שלו לקרקע. בייצור המוניות של הרכב, שמירה על נתיבי קרקע נמוכים במאות יחידות דורש עיצובים מכניים חזקים.כרטיסי גז מוליכים חייב להיות דחוס עד אחוז מדויק של עובי המקורי שלהם כדי להשיג מגע חשמל הולם.אצבעות האביב יכול ללבוש לאחר הוספת מחדש של מודול. ערימה סובלנות ערימה יכול ליצור פערים כי דליפות EMI בתדרים גבוהים.

יציבות סביבתית

מתחתיות לרכב וסביבות חיצוניות הן קשות: קיצוניות טמפרטורה, מים מלוחים, שמן מנוע, דליקות דלק, ועקרות כביש כל חומרי מגן התקפה. כיבים קוטעים יכולים להתקד אם לא מכוסים.די אלומיניום יכולים לסבול קורוזיה גליונית גליונית בממשק עם ברגים פלדה.מוליכים elastomers עלולים לאבד את סט לאחר אופניים לטווח ארוך חייב להיות תוקף באמצעות בדיקות מהירות 85 מעלות צלזיוס לפני 85 שעות.

הגבלות יציבות גבוהות

בתדרי גלי מילימטר (24-79 GHz עבור מכ"ם), מגן קונבנציונלי באמצעות מתכת גיליון עשוי להיות לא יעיל בגלל apertures ו גל מונח propagation. Shielding עבור מודולים מכ"ם לעתים קרובות דורש מתחמי דיוק-מה מבוקשים עם מזרזים מעוגלים ו גל מונחה-be-be-be-below-b-b-Botow-off vents.המגמה לעבר פתרונות אנטנה משולבת עוד מסבך מגינים, כמו גם תצוגת, כמו גם תצוגת מגן ללא צורך נוף מוגן, כמו גם שמירה על גבי משטחהרנטגן, כמו גם שמירה על גבי אנטנה.

תקנים ובדיקות ל-Cybering

תאימות של EMC נשלטת על ידי קבוצה של סטנדרטים בינלאומיים המגדירים שיטות בדיקה ומגבלות.יעילות חסימת מגן מוערכת בעקיפין באמצעות בדיקות פליטה וחסינות ברמת המערכת.

  • (FLT:0CISPR 25IR:FLT:1 Sets Limit for Radiated and ערך פליטות מרכיבי רכב.שיטות מבחן כוללות תא ניכוכי או מתחם מוגן (ALSE) הוא השיטה העיקרית להביא פליטות מתחת לגבולות, במיוחד בטווח של 30Hz-1 GHz.
  • (FLT:0) ISO 11452:03FLT:1 סטנדרט רב-חלקי המכס חסינות לקרינה שדות אלקטרומגנטיים.חלקים כוללים פסליין (חלק 5), תא TEM (חלק 3), וזריקת חשמל ישירה (חלק 7) מגן על מודולים מכישלון בנוכחות 100 V /m משדות שידור גבוה ומדרדרים.
  • (FLT:0) ISO 7637:FLT:1 , בדיקות חסינות טרנספורמטיביות עבור הפרעות שבוצעו.
  • (FLT:0)Automotive OEM מפרט: ®OEMs רבים יש מפרטים EMC קנייניים כי הם אפילו יותר מחמירים מ- CISPR 25.לדוגמה, ES-X82F של פורד, GMW3097 של GM, ו- GS 950 דורש אימות של הגנה באמצעות סריקה טרום-שותפים של פורד.

בדיקות המגנים על יעילות ברמת הרכיב מבוצעות לעיתים באמצעות בדיקת הזריקה או העברת שיטת עכבות (למשל, IEC 62153-4-11 עבור כבלים). המדידות הללו מאפיינות את ביצועי המגן לפני שילוב לתוך הרכב.

הגנה על מערכות מתקדמות

דחיפה לקראת שאיפת חשמל, נהיגה אוטומטית וכלי רכב מחוברים מציבה דרישות חדשות על עיצוב מגן.הבנת מקרים ספציפיים אלה הוא חיוני עבור מהנדסי EMC.

רכב חשמלי ו היברידי

מערכות מצעים גבוהות (400V-800V) מייצרות שדות מגנטיים חזקים מרוחות מוטוריות ומפעילות את המעבר הנוכחי (SiC ו- GaN עם זמני עלייה מהירים) שדות אלה יכולים להתחבר לרתמות נמוכות של מתחים גורמת לפליטה מתמשכת וקרינה.מגן של כבלים בעלי רטט גבוה נדרש על ידי תקנה (למשל, ECE, RMAF) בטמפרטורה נמוכה כל כך, אשר חייבת לספק נזקי חשמל סטנדרטיים למתחים מתקדמים;

ADAS וכלי רכב אוטונומיים

מערכות מתקדמות של ניהול (ADAS) מסתמכות על מכ"ם, לידר, מצלמה וחיישנים קוליים, כל אחד מהם פועל בתדרים שונים. Radar מודולים (77 GHz) רגישים במיוחד להפרעה מחיישנים סמוכים או מפלטפורמות מחשוב משלה של הרכב עצמו.מגן לא רק מונע התערבות אלא גם מפחית את הסיכון של phantom Reflects מהמבנה.

מערכות Lidar עם מראות מסתובבים או כוה מוצק של המדינה לייצר רעש חשמלי משמעותי ממנועי או כונן אלקטרוניקה.מגן מבודד את פליטות אלה מן המעגל photodetector, אשר חייב לזהות דופקים חוזרים חלשים נגד אור מסובך גבוה.

V2X ו- Mobile Connectivity

מערכות תקשורת לרכב (V2X) (DSRC, C-V2X) פועלות ב 5.9 GHz וחייבות לפעול יחד עם Wi-Fi (2.4/5 GHz), Bluetooth ו- s (LTE, 5G) מגוון האנטנה של הרכב דורש לעתים קרובות אנטנה מרובים רכובים על הגג או בתוך חלונות.מגן של מנועי דיגיטלי פנימיים (למשל, VX) הם אמצעי אחסון טיפוסיים ו-T.

מסקנה

חסימתם נותרה אבן הפינה של הנדסה של EMC בתעשיית הרכב.תפקידה משתרע מעבר לחסימת אותות פשוטה: היא משפיעה ישירות על בטיחות, שלמות נתונים, תאימות רגולטורית, ואת היכולת לשלב טכנולוגיות מתקדמות.מכלוב פאראדיי יום ועד ציפויים מוליכים וכבלים מוגנים, מגוון סוגי הגנתיים מאפשר למהנדסים להתאים פתרונות למגוון תדרים ספציפיים, תנאים סביבתיים, ומטרות.

לקריאה נוספת על תקני EMC, להתייעץ עם ה-FLT:0CISPR 25 סקירה סטנדרטית של ההרחבה 1FIRLT ו-FLT:2 ISO 114525252 סדרת מבחן חסינות (FLT 3:3) ניתן למצוא הנחיות עיצוב מעשי עבור חומרי מגן חומרים מובילים כגון FLT:4Laird PerformanceFLT:5 ו-FLT:64:6 Choerph 6R) 7FLTsfalrmericermericerals.