Направления развития стандартизации в вопросах обеспечения качества автомобилей по параметрам электромагнитной совместимости

EDN: UZTONW

Структура нормативных документов (НД), определяющих требования к электромагнитной совместимости современных автомобилей, имеет ярко выраженный иерархический порядок. На вершине стоят документы, формирующие общую законодательную базу, обязывающую реализовывать соответствующую деятельность. Это могут быть государственные законы или межгосударственные соглашения (рисунок 1). Следующий нижний уровень нормативной документации, включающий подзаконные акты, указы, распоряжения и технические регламенты, определяет более конкретные задачи, от носящие решение конкретных вопросов в соответствующие ведомства. На третьем уровне начинается работа технических комитетов, которые основываясь на регламентирующей их деятельность законодательной базе формируют соответствующую техническую НД. На данном этапе создаются новые или дополняются существующие технические стандарты, или выпускаются к ним пояснения по формулировкам и уточнения. В настоящее время, для обеспечения мировой стандартизации, за базу, как правило, берутся международные стандарты, которые либо принимаются в полном объеме, или перерабатываются с учетом определенных законодательных особенностей. В случае отсутствии международной практики ведущих стран создается национальная нормативная документация, базирующаяся на собственном опыте [1 – 3].

При наработке определенных знаний в рамках научных исследований, профильные национальные технические комитеты выходят со своими предложениями на соответствующие международные комиссии, где рассматриваются вопросы внесения поправок.

Низший уровень иерархии НД в обязательном порядке базируется на регламентирующих технических стандартах, но допускает формирование расширенных требований, учитывающих определённую специфику выпускаемой продукции [4, 5]. Сюда относятся стандарты организаций и технические требования на продукцию. Касательно направления ЭМС автотранспортных средств, анализируя практику ведущих мировых и отечественных производителей, данный уровень НД является наиболее расширенным и определяет более высокий запас по требованиям.

Рассматривая НД в контексте системы управления качеством параметров ЭМС, то очевидно, что она является тем самым базовым звеном, определяющим выходные показатели на всех этапах жизненного цикла автотранспортного средства (АТС). В обобщающем виде комплексный процесс управления можно представить в виде схемы, показанной на рисунке 2.

На каждом этапе жизненного цикла АТС, нормативная документация предъявляет соответствующие требования, в общем случае вращающиеся как соответствие некоторому предельному уровню E_lim . При этом АТС имеет соответствующие некие параметры помехоустойчивости E _АТС. Их разница на конкретном этапе жизненного цикла является показателя качества

∆ E = E АТС – E lim . (1)

Если ∆ E ≥ 0, то АТС соответствует текущим требованиям, если ∆ E < 0, то АТС не удовлетворяет действующим стандартам, или появились новые условия, которые не определены в НД и соответственно для конкретного случая E_lim не определен достаточно корректно.

По условию ∆ E < 0 начинает производиться управление качеством по цепи обратной связи и производится коррекция E_lim и E _АТС, которую в обобщенном виде можно представить в виде выражений

Рисунок 1 – Обобщённая иерархия нормативной документации

Рисунок 2 – Комплексный процесс управления качеством параметров ЭМС на базе нормативной документации

∆ E АТС = |∆ E| ×К ЭЖЦ ,                                           (2)

где КЭЖЦ – коэффициент передачи конкретного этапа жизненного цикла.

∆ E lim = |∆ E| ×К НД ,                                               (3)

где КНД – коэффициент передачи конкретной нормативной документации соответствующего этапа жизненного цикла.

На практике это осуществляется доработкой АТС и совершенствованием требований НД [6 – 8].

Исходя из рассмотренного видно, что выходные показатели помехоустойчивости являются функцией от требований, заложенных в нормативной документации.

Коэффициенты передачи являются многофакторными функциями:

КНД = ϕ (x1, x2, x3, …, xi-1, xi, xi+1, … , xN),(4)

КНД = ϕ (y1, y2, y3, …, yj-1, yj, yj+1, … , yK),(5)

где x_i и y_j – соответствующие составляющие, определяющие требования к различным параметрам помехоустойчивости и помехозащищенности.

После введения коррекции во второй итерации выражение (1) запишется в виде

∆ E = EАТС + ∆EАТС – (Elim + ∆Elim) ≥ 0.(6)

Заменим в (2) и (3) ∆ E на ∆E₁ , что означает выходное значение помехоустойчивости первой итерации. Подставим, с учетом введенной замены, (2) и (3) в (6). Тогда

∆ E = EАТС + | ∆E1|×КЭЖЦ – Elim – | ∆E1|×КНД,(7)

или

∆ E = ∆E1+ | ∆E1| (КЭЖЦ – КНД).(8)

Так как во второй итерации достигается условие ∆ E ≥ 0, то

∆E1 + | ∆E1|×(КЭЖЦ – КНД) ≥ 0.(9)

По условию ∆ E₁ < 0, поэтому

(-1)×|∆E1| + | ∆E1|×(КЭЖЦ – КНД) ≥ 0.(10)

Преобразовав (10), получим

КЭЖЦ ≥ 1+ КНД.(11)

Из (11), с учетом (4) и (5), вытекает принципиальный вывод – любое изменение x_i в нормативной документации в сторону ужесточения требований помехоустойчивости, линейно влияет на соответствующие параметры y_j конструкции АТС, касательно обеспечения параметров ЭМС.

Рассмотрим следующую, более конкретизированную модель – взаимосвязь НД с этапами жизненного цикла АТС (рисунок 3).

В обобщенном виде выделяются четыре этапа жизненного цикла АТС: научно-исследовательские работы (НИР), разработка, производство и эксплуатация [9 – 11]. Причем подразумевается, что внедрение какой-либо новой бортовой системы определяет создание нового автомобиля или его модификации с соответствующими функциями.

На этапе НИР формируется концепция, закладывается необходимый функционал, рассчитываются и определяются основные характеристики, создается ходовой макет для отработки и подтверждается принципиальная реализуемость проекта. Параллельно с этим производится оценка параметров ЭМС. Анализируется влияние новых свойств и функционала АТС на безопасность. Соответственно, изначально производится оценка ЭМС в соответствии с действующими требованиями. В случае их недостаточности, очевидно, что при соответствии АТС текущим требованиям существуют риски возникновения проблем в эксплуатации. Поэтому уже на этом этапе формируются дополнения к действующей НД или разрабатывается новая нормативная база [12, 13].

Этап «НИР» является основополагающим в части формирования НД на базе новых проектов. От того насколько полно будет все учтено зависит дальнейшее качество АТС [14, 15]. В общем, на этом этапе должны быть проработаны все аспекты, касающиеся влияния на параметры ЭМС: параметры воздействующих сигналов, режимы работы бортовых систем, испытательные конфигурации, критерии оценки, а также правила ЭМС проектирования. Последние, наряду с прочими являются не менее важными, учитывая то, что в части ЭМС АТС нормативной документации на уровне государственных стандартов не существует. Тем не менее, правила ЭМС проектирования достаточно значимы. В данную НД должны входить требования к конструкции, схемотехнике и алгоритмам.

Наглядным примером можно привести беспилотные транспортные средства на базе искусственного интеллекта (ИИ). Здесь принятия решений осуществляется сугубо программой, которая хоть в процессе работы и адаптируется под различные условия эксплуатации, но при этом имеет в своем тексте заложенные неучтенные ошибки. Как поведет себя система, если в момент времени воздействия ЭМП будет характеризоваться, для реализуемой ИИ функцией, точкой разрыва первого или второго

Рисунок 3 – Модель взаимосвязи нормативной документации с этапами жизненного цикла АТС рода? Поэтому в условиях высокой неопределённости принятия решения, беспилотное АТС является источником повышенной опасности. Соответственно на уровне государственных стандартов должны сформироваться документы, регламентирующие помехозащищённую конструкцию и алгоритмы.

Из рассмотренного видно, что этап НИР в равной степени завязан в каналы управления новой и действующей нормативной документации.

На этапе разработки АТС, по сравнению с НИР, появляется возможность работы с большим числом объектов. При этом создание образцов базируется на применении действующей НД. Поэтому, на основании появившейся некоторой статистики, осуществляется выход на комитеты стандартизации по корректировке и дополнению действующей НД по направлениям параметров воздействующих сигналов, режимов работы бортовых систем, испытательных конфигураций и критериев оценки. Если автопроизводитель имеет в своем составе ЭМС центр, то он имеет возможность совмещать этапы НИР и разработки. В большинстве случаев первый плавно переходит во второй или они в определенных случаях они идут одновременно. В этом случае автопроизводитель независимо от международных и государственных стандартов, может вводить свои внутренние стандарты организаций и технические требования на продукцию, где определяет оригинальные, более расширенные требования, в том числе и правила проектирования, обязывая своих поставщиков выполнять их.

На этапе «Производство» в основном осуществляется работа с серийной партией продукции. Производится ее оценка на соответствие базовым сертификационным критериям. В этом случае управление нормативной документацией осуществляется по критериям оценки.

Этапы «Разработка» и «Производство» касательно взаимосвязи с НД рассмотрены в обобщённом виде. Существуют еще различные модификации, связанные с переработкой конкретных блоков либо по обратной связи с эксплуатации, либо в связи с применением новой компонентной базы более дешевой или производительной. В этом случае, в зависимости от объема изменений, принимается решение касательно применения действующей или новой НД.

Этап эксплуатации более детально раскрывается на рисунке 4. Практическая реализация его модели позволит обеспечить принципиально новый уровень качества АТС по параметрам ЭМС. Потому что данный этап является последним в общей цепи системы управления качеством и охватывает многовариантность реализаций взаимодействия АТС с ЭМО в течении длительного времени.

Уже изначально встает вопрос о создании НД по формированию инфраструктуры, реализующей внешнюю базу данных, содержащую информацию о зафиксированных ЭМС проблемах и каким об-

Рисунок 4 – Модель влияния этапа «Жизненный цикл АТС» на формирование нормативной документации разом предоставлять к ней доступ соответствующих заинтересованных подразделений. Очевидно, что это возможно реализовать только на государственном уровне, на основании исследований и предложений соответствующих организаций, выраженных в виде подготовленных законопроектов, распоряжений и стандартов.

При техническом решении создания соответствующей инфраструктуры, ЭМС конструктора будут иметь возможность анализировать, до этого недоступный массив ЭМС проблем. Поэтому этап «Жизненный цикл» является важным с точки зрения получения обратной связи по надежности обеспечения параметров ЭМС. По аналогии этот этап сопоставим с этапом «НИР», только с более большим объемом исследуемых данных.

В процессе анализа возможно будет произвести систематизацию по наиболее проблемным системам и выявить уязвимые каналы. Соответственно на основании полученной информации произвести корректировку нормативной документации в части правил проектирования схемотехники, конструкций программ и применяемых алгоритмов.

Анализ режимов работы АТС позволит в перспективе выделить характерные проблемные режимы, как минимум для систем безопасности, с внесением их в регламент обязательной сертификацией.

Ожидается, что исследование массива эксплуатационных ЭМС проблем даст новые или как минимум уточнение существующих критериев оценки. Уже на данном этапе имеется достаточное количество случаев, не попадающих под стандартную классификацию в соответствии с ISO 16750-1. Наибольшее количество примеров связано с применением в схемотехнике КМОП технологий. Эффекты обусловлены установкой, под воздействием высокоэнергичного ЭМП, неизменяемого состояния полупроводникового элемента в течение длительного времени (от нескольких часов, до недели). Вследствие чего, пока не произойдет рассасывание заряда, бортовая система даже после сброса питания не будет должным образом функционировать.

Этап «Эксплуатация» позволить расширить нормативную базу по применяемым испытательным воздействиям, приближенным к реальной ЭМО. Во внешнюю ЭМС базу данных появившаяся ЭМС проблема поступает с соответствующей геопозицией. В процессе обработки накопленного массива выделяются области с наиболее сложной ЭМО, характеризующиеся наибольшей частотностью проблем. После чего производится радиомониторинг данных областей, где определяются, с учётом статистических распределений, параметры электромагнитных воздействий в частотных и временных областях. Затем производится синтез сигналов помех. По проведенным исследованиям в части подтверждения корректного синтеза тестовых воздействий, в рамках которых должны проявиться аналогичные, как на этапе «Эксплуатация» ЭМС проблемы, параметры электромагнитных воздействий вводятся в регламентирующую проведение испытания нормативную документацию.

Не менее важным вопросом является разработка нормативной документации в части законодательно обязательного прохождения ЭМС технического обслуживания на СТО, а также создания методологии диагностики и решения вопросов ЭМС у АТС, находящихся в эксплуатации. Эти задачи, должны быть научно проработаны и обоснованы в рамках государственного заказа по обеспечению электромагнитной безопасности АТС.