nie znaczy, że nie istnieje. To stwierdzenie oczywiście dotyczyć może wielu aspektów ale tym razem dotyczyć będzie fal elektromagnetycznych. Ich działania na ogół nie widać bezpośrednio. Niemniej z wszelkimi formami oddziaływania fal na urządzenia spotkał się każdy z nas. Pierwszy przykład to burze i wyładowania atmosferyczne. Niekiedy bliska burza powoduje, że oglądanie telewizji jest przerywane zanikiem sygnału albo dziwnymi artefaktami na obrazie. Podobnie jest z radiem. Tutaj jednak problemy z odbiorem są mniejsze i mają postać trzasków. Wielu starszych użytkowników posiadających w swoim fiacie 126p radio Safari dowiadywało się o nadchodzącej burzy właśnie podczas słuchania audycji. I wcale nie były to komunikaty meteorologiczne… W pierwszym z dwóch artykułów omówimy jaką rolę odgrywają zakłócenia elektromagnetyczne w motoryzacji.
Jest to zagadnienie istniejące od dawna ale nie od początku uregulowane prawnie. Wynikało to z tego, że zakłócenia elektromagnetyczne na początku rozwoju motoryzacji były związane z zapłonem iskrowym. I tak naprawdę przez wiele lat nie były problemem. W tym miejscu warto rozróżnić, że auto może być źródłem ale też odbiornikiem zakłócenia. Początkowo bardzo wiele układów, które miał na wyposażeniu pojazd było konstrukcjami elektromechanicznymi. Jak choćby aparaty zapłonowe, przekaźnikowe kontrolery prądnic itd. Te układy emitowały dużo zakłóceń które nie oddziaływały na inne pojazdy ale zaczęły być uciążliwe dla słuchaczy radia.
I właśnie wytwarzanie zakłóceń które przeszkadzają (są odbierane) stało się jedną z ważniejszych przyczyn pochylenia się przez różne organizacje nad tym tematem. To za ich przyczyną pierwszym krokiem było np. wprowadzenie kabli zapłonowych w metalowym oplocie czy fajek do świec stanowiących ekranowanie. Pozwalało to na znaczną redukcję wytwarzanych zakłóceń. Podobnie producenci zaczęli dodawanie w samochodzie tzw. kondensatora przeciwzakłóceniowego (zwanego też kondensatorem cewki zapłonowej, aparatu zapłonowego). Było to kolejnym ważnym krokiem z walce z zakłóceniami. Właśnie często awaria tego kondensatora powodowała, że słuchacz radia słyszał w radiu charakterystyczne trzaski. A za oknem mógł dojrzeć mknący motocykl którego właściciel niczego niestety nie był świadomy. Z jego punktu widzenia prawidłowe funkcjonowanie podzespołów układu zapłonowego było prawidłowe. Wynikało to z faktu, że pojemność tego kondensatora spadała a silnik pracował poprawnie. Niestety w praktyce o awarii pierwsi dowiadywali się mieszkańcy ulicy.
Z takim hasłem pewnie wiele osób się spotkało. Bardziej pod skrótem EMC (Electromagnetic compatibility). Jeśli ktoś miał okazję przeczytać instrukcję jakiegoś urządzenia elektronicznego (szczególnie radiowego, jako użytkownicy smartfona czy routera Wi-Fi) to często w specyfikacji są informacje o spełnieniu normy związanej z tym zagadnieniem. Ogólnie pojęcie to odnosi się do zdolności danego urządzenia aby mogło pracować w określonym środowisku elektromagnetycznym ale też nie emitowało pola elektromagnetycznego zakłócającego poprawną pracę innych urządzeń działających w tym środowisku. Dla branży motoryzacyjnej dwie normy są szczególnie ważne: EN55012 / EN55025.
Dziś standardem jest, że elektronika musi przejść obecnie wiele testów, w tym właśnie związanych z EMC. Producenci muszą spełniać normy ale z drugiej strony dążą do tego, aby rozwiązania jakie stosują w celu ich spełnienia były zoptymalizowane pod kątem kosztów. Sam proces badania kompatybilności elektromagnetycznej pojazdów elektrycznych, hybrydowych czy spalinowych wykonuje się badając zakłócenia elektromagnetyczne poszczególnych komponentów. Ale też konieczne są dane których uzyskanie należy przeprowadzić badając cały produkt jakim jest samochód. O ile produkty które są konkretnymi elementami podzespołów są łatwiejsze w testowaniu o tyle cały pojazd wymaga specjalnych pomieszczeń do tego testowania.
Co do zasady badania EMC wykonuje się w tzw. komorze bezodbiciowej. To pomieszczenie do badań kompatybilności elektromagnetycznej ma ściany, sufit i podłogę izolowane od zewnętrznych pól elektromagnetycznych. Zastosowane materiały wykończeniowe pochłaniające fale elektromagnetyczne dają odporność na wpływ świata zewnętrznego na badane obwody. Wykonanie takiej komory w przypadku dużego obiektu jakim jest auto, dodatkowo wymagającego dostarczenia powietrza i odprowadzenia spalin jest kosztowne. Nie wspominając o całej aparaturze kontrolno-pomiarowej koniecznej do stosowania podczas tych testów.
Koszty badań mają duże znaczenie dlatego wiele ścieżek projektowych jest wspomaganych specjalnym oprogramowaniem na etapie projektowania. To jest dodatkowo ważne, ponieważ rozbudowana elektronika współczesnych aut sprawia, że uzyskanie kompatybilności elektromagnetycznej staje się trudniejsze.
Systemy projektowania oparte na symulacjach mają jeszcze jedną ważną cechę. Pozwalają wychwycić problemy, które mogą się pojawić gdy całość podzespołów jest integrowana w system. A to ma niebagatelne znaczenie dla kosztów gdyż usunięcie problemów na etapie prototypownia jest znacznie tańsze niż na etapie produkcji.
Przykładów metod eliminacji zakłóceń jest wiele. Zgodnie z zasadą, iż lepiej czegoś nie robić niż później się przed tym chronić, trzeba zacząć u źródła. Jedną z najlepszych metod jest ekranowanie. Polega ono na oddzieleniu urządzenia od świata zewnętrznego warstwą metalu – np. foli, metalowej obudowy, kształtki itp. Niestety ma ono kilka wad. Jest drogie ze względu na koszt użytego materiału oraz wzrost wagi jaką powoduje. Przy czym im wyższa częstotliwość którą chcemy eliminować tym stosowane materiały mogą być cieńsze. Dlatego stosowane są metody tańsze. Przykładem jest np. stosowanie elementów indukcyjnych które mają zdolność “zatrzymywania” zakłócenia elektromagnetyczne u źródła.
Zdjęcie cewki “common-mode” w obwodzie silnika sterownika/nastawnika:
Właśnie ze względu na odporność na zakłócenia elektromagnetyczne dla motoryzacji zaprojektowane są specjalne magistrale danych. Dobrym przykładem jest tu CAN który działa na zasadzie sygnału symetrycznego. Zakłócenie które dostanie się do wiązki z sygnałem spowoduje zaburzenie napięcia które będzie jednakowe w każdym z przewodów. Ale ich różnica pozostanie na poziomie który kontroler magistrali będzie mógł poprawnie zinterpretować.
Uogólniając tematykę wytwarzania zakłóceń, można powiedzieć, że większy prąd i szybsza zmiana jego natężenia powodują większe zakłócenia elektromagnetyczne. Tak pod względem intensywności jak i zakresu częstotliwości. W przypadku pojazdów elektrycznych właściwie wszystkie podzespoły mają zasilanie elektryczne. Systemy zasilania są w tym przypadku szczególnie ważne bo funkcje przez nie wykonywane polegają na dostarczaniu dużych prądów o szybkich zmianach. Dotyczy to zwłaszcza obwodów zasilania silników oraz odzysku energii przy hamowaniu.
Bezpieczeństwo i idące za tym systemy sprawiają, że kompatybilność elektromagnetyczna jest ważna gdyż wiele sensorów staje się emiterami fal radiowych. Wszelkie radary i wykorzystywane przez nie mikrofale muszą działać tak, aby nie zakłócały innych pojazdów na drodze. Można powiedzieć, że we wnętrzu samochodu człowiek jest w pewnym sensie odseparowany od zewnętrznych pól elektromagnetycznych. Jednakże ze względu na to, iż karoseria nie jest jednolita i ma np. spory udział szyb w powierzchni, jest dla fal w pewnym zakresie przepuszczalna. Gdyby tak nie było to nie działałyby we wnętrzu choćby smartfony.
Ostatnio wielu producentów samochodów zdecydowało się na usunięcie odbiornika AM z pojazdów elektrycznych. W Polsce po stopniowej likwidacji nadajników pracujących na falach średnich i długich brak takiego odbiornika nie jest problemem. Są jednak miejsca gdzie radiofonia AM ze względu na swój zasięg ma ważne znaczenie. W USA jest ponad 4 tysiące nadawców, którzy mają ponad 80 milionów słuchaczy w skali miesiąca. Trzeba pamiętać, że Internet bezprzewodowy nie jest wszędzie dostępny i nie ma możliwości zastąpienia odbioru tylko streamingiem i korzystania z tzw. radia internetowego. We wspomnianych Stanach Zjednoczonych radiofonia ta pełni dodatkowo ważną rolę informacyjną na znacznych obszarach rolniczych. Właśnie Krajowe Stowarzyszenie Nadawców Rolniczych mocno zaprotestowało przeciw usuwaniu odbiorników AM z pojazdów.
Już tak oczywiste wyposażenie jak elektrycznie sterowane szyby czy lusterka mogą być tym źródłem zakłóceń, które uniemożliwią korzystanie z analogowego radia AM. Ale one są używane dorywczo i ich zabezpieczenie jest możliwe do wykonania. Niestety ekranowanie układu napędu samochodu elektrycznego jest znacznie trudniejsze i kosztowniejsze. Jak dodatkowo argumentują to producenci dodatkowe środki umożliwiające korzystanie z radia AM skutkowałoby zwiększeniem wagi. A co za tym idzie zmniejszeniem zasięgu…
O innych zakłóceniach i ich wpływie na codzienne życie i motoryzację pojawi się w 2 części artykułu.
DeltaTech Electronics to polski producent i ekspert w branży automotive, który na bazie ponad 25 lat doświadczenia wyznacza trendy w innowacyjnej diagnostyce samochodowej.
To, co nadaje rytm naszej pracy, to wsłuchiwanie się w potrzeby klientów oraz śledzenie aktualnych problemów, z którymi mierzą się warsztaty samochodowe. Owocem tego jest oferta skrojona idealnie „na miarę” ich oczekiwań.
Cały cykl życia produktów od momentu projektowania rozwiązań, poprzez produkcję, kontrolę jakości i opiekę posprzedażową odbywa się w Firmie. Jakość tego procesu dokumentują liczne nagrody branżowe.
Naszą dumą jest szybkie wsparcie techniczne, polska jakość oraz setki zadowolonych klientów. Firma współpracuje z kluczowymi dystrybutorami w branży motoryzacyjnej.
