Tests d'émissions et de conformité CEM automobile

Essais d'émissions CEM automobiles : normes, méthodes, exigences relatives aux chambres et meilleures pratiques

Les tests d'émissions automobiles portent sur l'énergie électromagnétique indésirable produite par les véhicules, les sous-ensembles électroniques, les câbles, les modules, les moteurs, les onduleurs, les chargeurs et l'électronique de commande. Certaines émissions se propagent par les faisceaux de câbles et les conducteurs d'alimentation sous forme de bruit conduit. D'autres sont émises par le câblage, les circuits imprimés, les boîtiers ou la carrosserie du véhicule. Dans les deux cas, l'objectif est le même : vérifier que le véhicule ou le composant n'interfère pas avec les récepteurs embarqués, les récepteurs externes, les équipements environnants, les infrastructures ou les systèmes de sécurité.

Le secteur automobile se distingue de nombreux autres secteurs industriels par le fait que la conformité est régie à la fois par des réglementations formelles et par des exigences d'ingénierie spécifiques aux constructeurs. Un fournisseur peut être tenu de respecter des normes internationales telles que CISPR 12, CISPR 25, CISPR 36, ISO 11452, ISO 7637, ISO 10605, etc. Règlement n° 10 de la CEE-ONU, tout en respectant les spécifications internes d'un équipementier. Une structure bien définie tests CEM automobiles Ce programme permet de regrouper ces exigences en une seule voie de conformité justifiable.

Pourquoi les émissions électromagnétiques automobiles sont importantes

Un véhicule constitue un environnement électromagnétique dense. L'électronique basse tension, les systèmes de traction haute tension, les bus de communication, les capteurs, les moteurs, les régulateurs à découpage, les émetteurs sans fil et les interfaces de recharge y fonctionnent à proximité immédiate. Si les émissions ne sont pas maîtrisées, elles peuvent engendrer des pannes intermittentes difficiles à reproduire lors des procédures de dépannage classiques.

Concrètement, les émissions automobiles excessives peuvent :

• Interférer avec les systèmes critiques pour la sécurité tels que l'ABS, l'ESC, les contrôleurs d'airbag, la direction assistée et les capteurs ADAS.
• Réduire les performances des récepteurs embarqués, notamment la radio AM/FM, le GPS, le réseau cellulaire, le Bluetooth, le Wi-Fi, l'entrée sans clé et les systèmes V2X.
• Perturber les récepteurs externes à proximité, tels que les stations de radio, les équipements résidentiels, les infrastructures publiques et les services de communication.
• Introduire du bruit dans le câblage des capteurs, les lignes de diagnostic, les réseaux CAN, LIN, Ethernet automobile et les liaisons de données à haut débit.
• Cela crée des problèmes d'intégration lorsqu'un module par ailleurs acceptable est installé au sein d'une architecture de véhicule complète.
• Retarder l'homologation OEM, l'homologation de type ou le lancement du produit lorsque des défaillances apparaissent tardivement dans le programme de validation.

Le paysage réglementaire et normatif

Les normes CEM automobiles sont principalement élaborées et mises à jour par le CISPR, l'ISO et la SAE. Les normes CISPR traitent essentiellement des perturbations radioélectriques et de la mesure des émissions. Les normes ISO couvrent de nombreuses méthodes d'immunité et de perturbations électriques pour les véhicules et leurs composants. Les normes SAE demeurent importantes en Amérique du Nord, bien que de nombreux documents SAE aient été retirés en tant que normes complètes et soient conservés principalement pour documenter les différences avec les normes CISPR ou ISO équivalentes.

Outre ces normes internationales, les constructeurs automobiles appliquent des spécifications internes. Ces spécifications font souvent référence aux documents CISPR et ISO, mais peuvent imposer des niveaux de sévérité, des modes de fonctionnement, des configurations de faisceaux, des exigences en matière de rapports ou des critères de réussite/échec différents. Pour les fournisseurs, le plan de test doit respecter à la fois la norme applicable et les exigences du programme du constructeur.

CISPR 12, CISPR 25 et CISPR 36 : savoir quelle norme s’applique

Les normes CISPR 12 et CISPR 25 sont souvent mentionnées ensemble, mais elles n'ont pas le même objectif. La norme CISPR 12 concerne la protection des récepteurs externes. En clair, elle détermine si un véhicule ou un dispositif alimenté par son moteur peut interférer avec les équipements radio ou de communication situés à l'extérieur du véhicule. La norme CISPR 25, quant à elle, porte sur les récepteurs installés à bord du véhicule. Elle examine si l'électronique embarquée du véhicule peut dégrader les performances de ses propres antennes et systèmes de communication.

La norme CISPR 36 ajoute une couche supplémentaire importante pour les véhicules routiers électriques et hybrides. Elle traite des caractéristiques des perturbations radioélectriques en dessous de 30 MHz pour la protection des récepteurs externes. Ceci est de plus en plus pertinent car les groupes motopropulseurs électrifiés, les onduleurs de traction, les systèmes de commutation à courant élevé et les systèmes de charge peuvent générer des champs magnétiques basse fréquence et des phénomènes conduits/rayonnés qui ne sont pas toujours bien pris en compte par les hypothèses formulées pour les véhicules thermiques classiques.

Essais au niveau du véhicule versus essais au niveau des composants

Les programmes de CEM automobile comprennent généralement des évaluations au niveau du véhicule et au niveau des composants. Les tests au niveau du véhicule évaluent le système intégré, notamment la structure de la carrosserie, le cheminement des faisceaux de câbles, la mise à la terre, les antennes, la distribution de l'énergie et les modes de fonctionnement réalistes. Les tests au niveau des composants se concentrent sur un module électronique ou un sous-ensemble électrique/électronique avant son intégration finale.

Les tests de composants sont particulièrement importants car ils permettent aux fournisseurs d'identifier les problèmes d'émissions avant que le module n'atteigne l'étape d'intégration chez le constructeur. Un module présentant de mauvaises performances en laboratoire peut s'avérer beaucoup plus difficile à corriger une fois installé dans un véhicule, connecté à un long faisceau de câbles et utilisé à proximité de récepteurs sensibles.

Essais d'émissions rayonnées dans les applications automobiles

Essais d'émissions rayonnées Elle mesure les champs électromagnétiques qui s'échappent du véhicule ou du composant dans l'espace. Dans les systèmes automobiles, le principal émetteur n'est pas toujours le module électronique lui-même. Le plus souvent, ce sont les faisceaux de câbles, les longs câbles, les fils du moteur, les joints du boîtier, les retours de masse, les câbles d'affichage et les conducteurs haute tension qui constituent les principales sources de rayonnement.

Pour les mesures de véhicules conformes à la norme CISPR 12, les émissions rayonnées sont généralement mesurées à 3 m ou 10 m de distance, les limites étant conçues pour protéger les récepteurs situés à 10 m ou plus. Les mesures peuvent être effectuées sur un site d'essai ouvert ou dans une enceinte blindée revêtue d'un matériau absorbant, lorsque cette enceinte peut être comparée à un site d'essai extérieur. Pour les bateaux, les mesures peuvent également être effectuées sur l'eau, le cas échéant.

Pour les mesures de composants conformes à la norme CISPR 25, les émissions rayonnées sont effectuées dans une chambre climatique à environnement contrôlé. La configuration est très sensible à la géométrie du banc d'essai, au cheminement des câbles, à la distance de l'antenne, à la liaison du plan de masse et au bruit ambiant. C'est pourquoi un composant conforme dans une configuration mal contrôlée peut échouer lors de tests réalisés avec un câblage ou un mode de fonctionnement correctement définis.

Émissions conduites et bruit du faisceau

Effectué des tests d'émissions Il mesure les courants et tensions parasites circulant dans les câbles d'alimentation, les lignes de signal et les faisceaux de câbles. Dans les applications automobiles, le bruit conduit est souvent le premier indice qu'un régulateur à découpage, un contrôleur de moteur, un onduleur, un convertisseur CC-CC, un chargeur de batterie ou une interface de communication injecte de l'énergie dans le système électrique du véhicule.

Des réseaux de stabilisation d'impédance de ligne, des sondes de courant et de tension, des réseaux artificiels et des configurations de câblage définies permettent de garantir des conditions de mesure reproductibles. La raison est simple : l'impédance et le routage du câblage influencent le résultat. Sans configuration définie, la mesure risque de refléter davantage le dispositif de test que le produit.

Le banc d'essai fait partie du système de mesure

L'un des enseignements pratiques les plus importants de la norme CISPR 25 est que le faisceau de câbles n'est pas un accessoire mineur. Aux basses fréquences, où le module électronique est électriquement petit, le faisceau peut devenir l'élément principal assurant le couplage de l'énergie à l'antenne de mesure. Le banc d'essai, le plan de masse, le LISN, la position du faisceau, la longueur du câble et la méthode de mise à la terre influencent tous le résultat.

Pour les émissions rayonnées des composants selon la norme CISPR 25, le plan de masse de référence doit être suffisamment grand pour supporter l'équipement sous test (EUT) et le faisceau de câbles requis. On considère généralement une largeur minimale de 1 000 mm et une longueur minimale de 2 000 mm, ou la longueur nécessaire pour supporter l'EUT plus 200 mm, la valeur la plus élevée étant retenue. Le plan de masse est souvent collé à la paroi du boîtier blindé, ce qui peut contribuer à réduire les effets de résonance dans la bande de fréquences de 10 à 70 MHz lorsqu'un absorbeur hybride est utilisé.

Exigences relatives à la chambre ALSE et au bruit ambiant

Une enceinte blindée à revêtement absorbant (ALSE) combine blindage et absorbeur RF pour créer un environnement de test contrôlé. La chambre blindée bloque les signaux RF externes, de sorte que l'équipement testé reste la principale source des émissions mesurées. L'absorbeur réduit les réflexions internes, ce qui rend le couplage entre l'équipement testé et l'antenne plus prévisible.

La norme CISPR 25 exige que le niveau de bruit électromagnétique dans la zone de test soit nettement inférieur à la limite mesurée. En pratique, le niveau ambiant doit être inférieur d'au moins 6 dB au niveau le plus bas mesuré. Étant donné que certaines limites d'émissions rayonnées de la norme CISPR 25 sont très basses, le blindage de la chambre, les performances du récepteur, l'hygiène des câbles, la mise à la terre et la validation du niveau ambiant sont des facteurs critiques.

La plage de fréquences actuelle de la norme CISPR 25 s'étend de 150 kHz à 5.95 GHz pour les mesures pertinentes. Aux basses fréquences, les matériaux absorbants n'offrent pas la même absorption qu'aux hautes fréquences, mais la chambre est électriquement suffisamment petite pour que les phénomènes de résonance importants soient moins problématiques. Aux hautes fréquences, les performances de l'absorbeur deviennent cruciales car les résonances de la chambre peuvent engendrer des erreurs de mesure significatives.

Sélection d'antennes dans les mesures CISPR 25

Le choix de l'antenne ne relève pas uniquement d'une question de commodité. La norme CISPR 25 fait référence à des types d'antennes conformes aux recommandations de la norme CISPR 16. Parmi les antennes typiques, on trouve un monopôle actif à tige pour les basses fréquences, une antenne biconique de 30 MHz à 200 MHz, un réseau dipôle log-périodique de 200 MHz à 1 GHz et une antenne cornet à double crête de 1 GHz à 5.95 GHz. Les antennes bi-logarithmiques ne sont pas autorisées pour les mesures CISPR 25 dans la présente édition, car la norme ne les mentionne plus.

Les véhicules électriques et hybrides ajoutent de nouvelles conditions CEM

Les véhicules électriques et hybrides engendrent des défis supplémentaires en matière de compatibilité électromagnétique (CEM) en raison de la haute tension, du courant élevé, des commutations rapides, de la recharge des batteries, du freinage régénératif, des onduleurs de traction et des câbles de grande taille. Le véhicule n'est plus seulement un moyen de transport ; lors de la recharge, il devient également un système électrique connecté au réseau. Cela modifie les modes de fonctionnement et les sources d'émissions potentielles.

La norme CISPR 25 inclut des configurations spécifiques pour les véhicules électriques (VE), les véhicules hybrides (VHE) et les modules utilisés dans ces véhicules, tels que les batteries, les onduleurs, les convertisseurs et l'électronique associée. La norme UNECE R10 exige également une attention particulière aux conditions de fonctionnement du véhicule lorsqu'il est connecté au réseau électrique ou à une infrastructure de recharge. C'est pourquoi un plan de test CEM automobile doit clairement définir l'état de propulsion, l'état de charge, le niveau de charge de la batterie, la configuration des câbles, les conditions de charge et l'activité de communication avec le chargeur.

Pour les projets Stancer impliquant des véhicules électriques, des entraînements de moteurs, des convertisseurs de puissance ou de l'électronique de puissance à courant élevé, les tests d'émissions sont plus efficaces lorsqu'ils sont combinés à des essais précoces. Tests de pré-conformité CEMCela permet aux ingénieurs d'identifier les problèmes avant que les faisceaux de câbles, les blindages, les filtres et l'encapsulation mécanique définitifs ne deviennent difficiles à modifier.

Immunité aux rayonnements et norme ISO 11452-2

Bien que cet article porte sur les émissions, la compatibilité électromagnétique automobile est indissociable de l'immunité. Un composant automobile doit non seulement éviter de perturber les autres, mais aussi continuer à fonctionner lorsqu'il est exposé à des champs électromagnétiques. Tests d'immunité aux rayonnements La norme ISO 11452-2 évalue le comportement des composants dans une enceinte blindée doublée d'absorbeur sur une plage de fréquences s'étendant généralement de 200 MHz à 18 GHz.

La norme ISO 11452-2 utilise des niveaux de sévérité tels que 25 V/m, 50 V/m, 75 V/m et 100 V/m, des niveaux supérieurs étant possibles selon l'utilisateur de la norme ou les exigences du fabricant. En dessous de 200 MHz, la génération de champ par antenne devient moins efficace et plus encombrante ; par conséquent, d'autres méthodes de la norme ISO 11452, comme l'injection de courant volumique, la cellule TEM et les tests sur ligne microruban, sont souvent plus pratiques.

Autres catégories de tests CEM automobiles

Un programme complet de CEM automobile va bien au-delà des émissions rayonnées. Les principaux domaines de test comprennent généralement les émissions RF rayonnées, les émissions RF conduites, l'immunité aux RF rayonnées, l'immunité aux transitoires conduits, les émissions transitoires conduites et les décharges électrostatiques. Chaque test examine un mécanisme de couplage différent et donc un risque de conception différent.

Création d'un plan de test CEM automobile

Un plan de test CEM automobile rigoureux doit être élaboré avant toute vérification formelle de la conception ou validation du produit. Ce plan doit définir le produit, ses variantes, ses modes de fonctionnement, la quantité d'échantillons, les équipements de support, les méthodes de surveillance, les critères d'acceptation et les exigences spécifiques du constructeur. Il doit également préciser s'il s'agit d'une validation technique, d'une vérification de la conception ou d'une validation du produit.

Le plan de test doit au minimum aborder les points suivants :

• Le produit, le module, le système ou la configuration du véhicule à tester.
• Toutes les options de produit, les variantes logicielles, les variantes matérielles et les configurations représentatives des cas les plus défavorables.
• Entrées et sorties nécessaires pour déclencher chaque mode de fonctionnement normal.
• Des modes permettant d'isoler le bruit à large bande, le bruit à bande étroite ou des blocs fonctionnels spécifiques.
• Surveillance des performances de base, y compris les tolérances et les critères de réponse fonctionnelle.
• Schémas de brochage, schémas de câblage, simulateurs de charge, équipements de support et outils logiciels.
• Orientations orthogonales du dispositif, documentées par des schémas ou des photographies.
• Lignes d'alimentation et de terre nécessitant des essais transitoires.
• Critères de réussite/échec, niveaux de gravité, conditions environnementales, procédures de sécurité et attentes en matière de rapports.
• Procédures de communication des équipementiers lorsqu'une condition de test doit être modifiée au cours du programme.

Collaboration avec un laboratoire CEM automobile tiers

Lorsqu'un fournisseur collabore avec un laboratoire CEM tiers, plusieurs points doivent être clarifiés avant le début des tests. Qui fournit les charges, les dispositifs de fixation, les actionneurs, le logiciel de contrôle, les câbles, les alimentations et les outils de communication ? Comment la réponse des composants sera-t-elle surveillée à l'intérieur de la chambre ? Que se passe-t-il si une condition de test ne peut être exécutée exactement comme prévu ? Qui communique avec le fabricant d'équipement d'origine (OEM) en cas de dérogation ?

Ces questions sont importantes car les tests de compatibilité électromagnétique (CEM) automobile sont souvent réalisés dans des délais très serrés. Dans de nombreux programmes des constructeurs automobiles, le fournisseur peut être amené à fournir rapidement des résultats de test (réussite/échec), suivis de rapports détaillés dans un court laps de temps. Une communication étroite entre le fournisseur, le constructeur et le laboratoire permet d'éviter que des problèmes mineurs de configuration n'entraînent des retards.

En tant qu' Laboratoire d'essais accrédité ISO/IEC 17025Stancer Testing-Lab accompagne les fabricants en leur fournissant une planification de tests structurée, des mesures CEM formelles, un dépannage préalable à la conformité et des conseils pratiques pour les programmes de véhicules et d'ESA.

Conception de dispositifs de contrôle améliorant les performances en matière d'émissions

Les performances en matière d'émissions automobiles sont fortement influencées par les premières décisions d'ingénierie. Une fois que le circuit imprimé, le boîtier, le système de connecteurs, le faisceau de câbles et l'assemblage mécanique sont finalisés, les corrections deviennent plus difficiles et plus coûteuses. La stratégie la plus efficace en matière d'émissions est donc préventive plutôt que réactive.

Les équipes de conception devraient se concentrer sur :

• Chemins de retour stables pour les courants à haute vitesse et de commutation.
• Acheminement contrôlé des câbles et séparation entre les circuits bruyants et sensibles.
• Terminaison de blindage appropriée et liaison à 360 degrés le cas échéant.
• Filtrage d'entrée et de sortie adapté à la source de bruit réelle et à l'environnement d'impédance.
• Minimisation de la surface de boucle dans les circuits d'électronique de puissance et de commande de moteurs.
• Réduction du courant de mode commun sur les faisceaux de câbles et les longs câbles.
• Gestion de la fréquence de commutation, de la vitesse de transition, de l'agencement et de la mise à la terre du convertisseur CC-CC.
• Valider les modes de fonctionnement dans les pires conditions, et pas seulement le fonctionnement nominal en régime permanent.
• Coordination des correctifs CEM avec les exigences de performance thermique, mécanique, de sécurité fonctionnelle et RF.

Attentes des équipementiers et responsabilité des fournisseurs

De nombreux constructeurs automobiles exigent la conformité à des normes internes plus strictes ou plus détaillées que les normes internationales de base. Les spécifications de GMW, Ford, Stellantis/FCA, Jaguar Land Rover et autres documents propres à chaque constructeur peuvent définir des niveaux de test, des modalités de configuration, des règles de surveillance, des classifications fonctionnelles et des exigences de reporting spécifiques. Il incombe généralement au fournisseur de prouver que le composant répond à ces exigences avant son intégration.

C’est pourquoi les fournisseurs ne doivent pas considérer les normes CISPR 25 ou ISO 11452-2 comme l’ensemble des exigences. Elles constituent souvent le fondement, mais ce sont les spécifications du fabricant d’origine qui déterminent les critères d’acceptation finaux. Pour une planification réglementaire plus globale, les fabricants devront peut-être également prendre en compte d’autres éléments. Conformité FCC, Exigences ISED, Marquage CE et accès au marché mondial.

Comment le laboratoire d'essais Stancer soutient les programmes de contrôle des émissions automobiles

Laboratoire d'essais Stancer Nous accompagnons les constructeurs automobiles, leurs équipementiers et leurs équipes d'ingénierie en leur proposant des services de tests CEM et RF pour les véhicules, les systèmes d'électronique embarquée, l'électronique industrielle, l'électronique de puissance et les produits connectés. Notre assistance CEM pour l'automobile inclut les tests d'émissions rayonnées et conduites, l'immunité aux rayonnements et aux courants de Foucault, les tests de décharge électrostatique, les analyses préalables à la mise en conformité et l'élaboration de plans de mise en conformité.

Pour les programmes relatifs aux véhicules et aux composants, une implication précoce permet de définir les normes appropriées, les modes de fonctionnement, la configuration des tests, les exigences en matière d'échantillons, la configuration des faisceaux et la documentation. Cela réduit le risque d'échecs aux tests, de répétitions en chambre de test, de retards dans les soumissions aux constructeurs et de modifications de conception en phase finale.

Questions fréquemment posées

Conclusion

Les essais d'émissions CEM automobiles constituent une discipline d'ingénierie rigoureuse qui relie les normes, les performances des chambres d'essai, le comportement des faisceaux de câbles, l'intégration au véhicule, les exigences des constructeurs automobiles et l'accès au marché. Les normes CISPR 12, CISPR 25, CISPR 36, ISO 11452-2, ISO 7637, ISO 10605 et UNECE R10 traitent chacune d'un aspect différent de l'environnement électromagnétique automobile. Comprendre l'interaction de ces normes est essentiel pour concevoir des véhicules fiables et obtenir l'approbation des fournisseurs ou des organismes de réglementation.

À mesure que les véhicules deviennent plus électrifiés, connectés et pilotés par logiciel, la maîtrise des émissions deviendra primordiale. Les meilleurs résultats sont obtenus grâce à une planification CEM précoce, des modes de test réalistes, des configurations de faisceaux de câbles contrôlées, des plans de test rigoureux et une collaboration avec un laboratoire accrédité et expérimenté. Pour les constructeurs et les équipementiers, la CEM automobile n'est pas qu'une simple formalité de conformité ; c'est un outil essentiel pour développer des technologies automobiles plus sûres, plus fiables et mieux adaptées au marché.

Références et ressources externes utiles

• Boutique en ligne IEC : CISPR 25
• Boutique en ligne IEC : CISPR 12
• ISO-11452 2
• Règlement relatif aux véhicules de la CEE-ONU, y compris le règlement n° 10
• FCC Part 15
• essais CEM des véhicules et de l'ESA
• Conformité réglementaire et mise en œuvre pratique de la CEM des véhicules