"Wybrane zagadnienia z emisji - ELMECOL

WYBRANE ZAGADNIENIA EMISJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ SAMOCHODÓW OSOBOWYCH
Mazurek Paweł(1), Wac-Włodarczyk Andrzej(1),
Ziętek Łukasz(2), Parys Tobiasz(2), Buryło Karol(2), Masłowski Grzegorz(2)
(1)
Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii, Politechnika Lubelska
(2) Koło Naukowe ELMECOL przy Instytucie IPEiE
Wstęp
Ilość samochodów w Polsce jest jak na Europę całkiem spora. Choć nie zauważamy tego często, jest ich naprawdę sporo. W 2008 roku po naszych drogach jeździło już ponad dwadzieścia milionów aut. Teraz mamy
rok 2010, więc z pewnością liczba aut wzrosła o kolejnych kilka milionów. Samochody w Polsce są bardzo popularnym środkiem transportu, popularniejszym od pociągów czy autobusów. W tej chwili jesteśmy już na
szóstym miejscu pod względem liczby zarejestrowanych samochodów e Europie. To całkiem wysokie miejsce, zwłaszcza gdy bierzemy pod uwagę to, że na naszym kontynencie znajdują się takie kraje jak choćby
Niemcy, Francja czy Wielka Brytania.
Transport samochodowy w Europie, ma największy udział w zanieczyszczaniu powietrza atmosferycznego, ilości wypadków oraz poziomie hałasu emitowanego podczas pracy silnika. Przemieszczanie się samochodem to najpopularniejszy choć nie
najtańszy sposób komunikacji. Tak silny rozwój motoryzacji nie pozostał bez echa dla środowiska przyrodniczego. W świadomości społeczeństwa zagrożenia dla środowiska ze strony motoryzacji są niedostrzegalne lub lekceważone. Wynika to z
ogromnej skali zanieczyszczeń przemysłowych, a także braku kompleksowych informacji dostępnych dla ogółu społeczeństwa. W krajach prowadzących badania wpływu motoryzacji na degradacje środowiska, stwierdzono, iż największe
zagrożenia powstają w miastach. Równolegle z ekspansją motoryzacji, prowadzi się liczne badania określające jej wpływ na: zdrowie człowieka, degradacje gleb, rośliny i zwierzęta, zmiany w atmosferze. Zmiany te mają być również wprowadzone
w Polsce, lecz na razie wymagają regulacji prawnych.
Liczba samochodów w Polsce (w mln sztuk)
W dzisiejszym świecie samochód niezależnie od wielkości i klasy jest bardzo zelektronizowany. Elektronika przejęła funkcję kontroli, sterowania, komunikacji z kierowcą od
układów czysto mechanicznych do elektromechanicznych. Elektronizacja poszczególnych układów przebiega z dużą intensywnością. Postęp w niektórych układach wymuszany jest
przez ochronę środowiska, w innych konkurencją na rynku samochodów. Większość układów elektronicznych służy poprawie komfortu użytkownika, bezpieczeństwa jazdy a
część, to skutek panującej mody i trendów (transmitery FM, CB radia, oświetlenie podwozia).
Istotnym zagadnieniem staje się więc określenie oddziaływania współczesnego samochodu wyposażonego w urządzenia elektroniczne na środowisko elektromagnetyczne .
19,4
[Źródło GUS, CEPiK]
10,5
1990
13,5
1995
14,1
14,7
2000
2001
15,8
2002
16,7
20,1
16,8
2004
2005
2007
2008
Dążenie do zmniejszenia wrażliwości elementów elektronicznych występujących w urządzeniach samochodowych na zaburzenia
elektromagnetyczne, nasycenie środowiska urządzeniami będącymi źródłami zaburzeń i jednocześnie podlegających zaburzeniom, spowodowały,
że konieczne stało się podjęcie działań normatywno-prawnych koordynujących uregulowania w dziedzinie kompatybilności elektromagnetycznej.
Konsekwencją tego są Regulaminy Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ oraz Dyrektywy Rady Europy w sprawie homologacji pojazdów i ich
wyposażenia.
Realizacja samych badań musi odbywać się w wyspecjalizowanych laboratoriach, dysponujących wyposażeniem pozwalającym na testowanie
wyposażenia elektronicznego pojazdów w trzech kierunkach:
- Odporności na zewnętrzne zaburzenia elektromagnetyczne. Filtrowanie na wejściu do modułów elektronicznych, ekranowanie i odpowiednie
rozmieszczenie przewodów w pojeździe, badanie urządzeń pokładowych.
- Działania pojazdów bez wywoływania zakłóceń w pracy innych urządzeń lub szkody dla środowiska (tylko ten aspekt został wstępnie rozwinięty
przez autorów pracy w postaci badań).
- Częstotliwości fal radiowych w celu zapewnienia optymalnego odbioru i emisji danych za pomocą fal radiowych urządzeń radiowych,
nawigacyjnych i odbiorników telewizji cyfrowej.
Ewolucja technologii badania jakości samochodów
1950
1990
Tematyka badań pojazdów i urządzeń samochodowych, zwłaszcza w zakresie wyposażenia elektronicznego i elektrycznego, jest bardzo obszerna.
Zakres tych badań ulega ciągłemu rozszerzaniu ze względu na postępujący rozwój techniki oraz coraz ostrzejsze wymagania, szczególnie w
zakresie bezpieczeństwa i komfortu jazdy.
Badania te - w przypadku wyposażenia elektronicznego i elektrycznego pojazdów - prowadzi się zarówno na etapie opracowywania produktu,
kontroli w cyklu procesu produkcji (w tym w fazie poprodukcyjnej), jak i w normalnej eksploatacji.
METODYKA POMIARÓW EMC
W znanych i stosowanych dotychczas metodach badań
kompatybilności
elektromagnetycznej
związanych
z
narażeniami i emisją urządzeń oraz kompletnych pojazdów
samochodowych stosuje się komory bezodbiciowe, linie
transmisyjne oraz przestrzeń otwartą przy badaniach emisji.
WYPOSAŻENIE LABORATORIUM EMC
POLITECHNIKI LUBELSKIEJ
Metoda pomiarów emisji
wysokość anteny
h= 1÷4 m
polaryzacje
anteny V i H
ferryty
odbiornik
pomiarowy
obiekt
badany
wysokość stołu
obrotowego 0,8 m
360°
`
ziemia odniesienia
obiekt
ny
bada
DYREKTYWA KOMISJI 2004/104/WE
Z dnia 14 października 2004r.
Dostosowująca do postępu technicznego dyrektywę Rady72/245/EWG odnoszącą się do zakłóceń radioelektrycznych
(zgodności elektromagnetycznej) pojazdów oraz zmieniająca dyrektywę 70/156/EWG w sprawie zbliżenia ustawodawstw
Państw Członkowskich odnoszących się do zatwierdzenia typu pojazdów silnikowych i ich przyczep
Zakres wymagań – pojazdy/urządzenia
Dyrektywa ma zastosowanie do kompatybilności elektromagnetycznej pojazdów oraz części lub samodzielnych podzespołów technicznych .
Zakres wielkości mierzonych – zaburzenia szerokopasmowe/wąskopasmowe
Dyrektywę stosuje się do pomiarów zaburzeń szerokopasmowych i wąskopasmowych z użyciem miernika z detektorem quasi-szczytowym lub szczytowym. Utrzymuje ona
wymagania dotyczące odporności (pole e-m 30 V/m), a ponadto dla urządzeń wprowadza wymagania dotyczące emisji impulsów i odporności na impulsy (norma ISO 7637-2).
Zakres częstotliwości, częstotliwości punktowe/przemiatanie
Zakres częstotliwości:
– emisja – 30–1000 MHz, zarówno dla pojazdów, jak i podzespołów.
– odporność – 20–2000 MHz, zarówno dla pojazdów, jak i podzespołów.
Poziomy dopuszczalne
Emisja: Poziom N (w zakresie częstotliwości od 30 do 1000 MHz).
Odporność: 30 V/m dla pojazdów, a dla podzespołów 30 V/m lub narażenie równoważne.
Ponadto dla podzespołów:
- emisja zaburzeń impulsowych,
- odporność na zaburzenia impulsowe.
Warunki pracy obiektu badań
Prędkość obrotowa silnika spalinowego: 1500/2500 obr./min. Wszystkie urządzenia zdolne do wytwarzania emisji szerokopasmowych, które mogą być włączane „na stałe”
przez kierowcę lub pasażera, np. silniki wycieraczek i wentylatory powinny działać przy maksymalnym obciążeniu.
W
1m
d1
d2
* Radio + Transmiter FM
odległość pomiarowa D= 3 lub 10 m
d2=d1+2m
W=d1+1m
Granice odniesienia dla promieniowania wąskopasmowego
Odległość między anteną a pojazdem: 3m
Podzespół elektryczny/elektroniczny
Granice odniesienia dla promieniowania wąskopasmowego
Podzespół elektryczny/elektroniczny
Granice odniesienia dla promieniowania szerokopasmowego
Testowane obiekty:
Ford Mondeo MKII kombi (silnik 1,8 turbodiesel, Moc: 90 KM (66 kW))
Opel Vectra A (silnik 1,6, benzyna, Moc: 71 KM (52 kW))
Citroen Xsara (silnik 1,6i benzyna, Moc: 88 KM (65 kW))
Testy podzielono na dwa etapy. W pierwszym badany był rozkład widma emitowanego przez testowany
pojazd (silnik pracujący na biegu jałowym) w zakresie 20-1000MHz. Drugi etap, to pomiary emisji w
zakresie niskich i ekstremalnie niskich częstotliwości wokół samochodu i w jego wnętrzu.
BADANIA EMISJI
- mało informacji dotyczących oddziaływania elektromagnetycznego pojazdów (i podzespołów) na otoczenie
- zmieniające się wymagania EMC (przyjęcie różnych zaleceń przez różne koncerny)
- duże wymagania zaplecza aparaturowego
- długotrwałe pomiary
WYKORZYSTANIE METOD POMIAROWYCH DO PROCESU DYDAKTYCZNEGO
Ford Mondeo
Opel Vectra A
Citroen XSara
Normalizacja
[1] Organizacja Narodów Zjednoczonych, Europejska Komisja Gospodarcza, Komitet Transportu Wewnętrznego - Regulamin nr 10.00 – „Jednolite przepisy dotyczące homologacji
pojazdów w zakresie tłumienia zakłóceń radioelektrycznych” – 1952 r. – E/ECE/324; E/ECE/TRANS/505 – Add.9.
[2] Organizacja Narodów Zjednoczonych, Europejska Komisja Gospodarcza, Komitet Transportu Wewnętrznego - Regulamin nr 10.01 – „Jednolite przepisy dotyczące homologacji
pojazdów w zakresie tłumienia zakłóceń radioelektrycznych” – rewizja 1 zawierająca 01 serię poprawek, która weszła w życie 19 marca 1978 r. – E/ECE/324; E/ECE/TRANS/505 – Add.9/
Rev.1.
[3] Organizacja Narodów Zjednoczonych, Europejska Komisja Gospodarcza, Komitet Transportu Wewnętrznego - Regulamin nr 10.02 – „Jednolite przepisy dotyczące homologacji
pojazdów pod względem kompatybilności elektromagnetycznej” – rewizja 2 zawierająca 02 serię poprawek, która weszła w życie 03 września 1997 r. – E/ECE/324; E/ECE/TRANS/505 –
Add.9/Rev.2.
[4] Dyrektywa nr 95/54/WE z dn. 31 października 1995 dostosowująca do postępu technicznego dyrektywę Rady 72/245/EWG w sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich
odnoszącą się do tłumienia zakłóceń radioelektrycznych wywoływanych przez silniki z zapłonem iskrowym stosowane w pojazdach silnikowych oraz zmieniająca dyrektywę 70/156/EWG w
sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich odnoszących się do zatwierdzenia typu pojazdów silnikowych i ich przyczep. Official Journal nr/str. 266/1 z 08 listopada 1995 r.
[5] Dyrektywa nr 2004/104/WE z dn. 14 października 2004 dostosowująca do postępu technicznego dyrektywę Rady 72/245/EWG odnoszącą się do zakłóceń radioelektrycznych
(kompatybilności elektromagnetycznej) w pojazdach oraz zmieniająca dyrektywę 70/156/EWG w sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich odnoszących się do zatwierdzenia
typu pojazdów silnikowych i ich przyczep. Official Journal nr/str. 337/13 z 13 listopada 2004 r.
[6] PN-87/S-76005 – „Przemysłowe zakłócenia radioelektryczne. Pojazdy samochodowe z silnikami spalinowymi i urządzenia zawierające takie silniki. Dopuszczalne poziomy.
Wymagania i badania” - Polski Komitet Normalizacyjny - 1987 r.
[7] PN-69/E-02031 – „Przemysłowe zakłócenia radioelektryczne. Dopuszczalne poziomy” - Polski Komitet Normalizacyjny – 1969 r.
Praca naukowa współfinansowana ze środków na naukę w latach 2009-2010 jako projekt badawczy N N510 349936