JP2014059290A - 電気系統におけるｅｍｉ源を特定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルによって互いに接続された複数の電気部品を有し、ケーブルによって接続された２つの電気部品の組がそれぞれ潜在的なＥＭＩ源を形成する系統におけるＥＭＩ源を特定する方法を提供する。
【解決手段】複数のアンテナ１６ａ〜１６ｆが車両の周りに位置付けられ、各アンテナからのＥＭＩが複数の周波数にわたって測定され、所定の閾値よりも大きいＥＭＩを有する周波数が特定され、特定された周波数それぞれに対する受信ＥＭＩ対アンテナの測定プロファイルが作成される。次に、潜在的なＥＭＩ源それぞれに対してＥＭＩ受信がシミュレートされ、受信ＥＭＩ対アンテナのシミュレーションプロファイルが、潜在的なＥＭＩ源それぞれに対してプロットされる。次に、各周波数における潜在的なＥＭＩ源に対して測定プロファイルをシミュレーションプロファイルと比較して、プロファイルの一致を判断することによって、実際のＥＭＩ源が特定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車両、列車、建設機械などを含む車両など、電気系統における電磁干渉（ＥＭＩ）を特定する方法に関する。

自動車両などの電気系統における電気部品の数は、近年劇的に増加してきた。その結果、電磁能力（ＥＭＣ）は、以前よりもますます重要になっただけではなく、興味深いものになってきている。さらに、ＥＭＣの達成は、車両の電気部品を機能不良または効率低下から保護するだけではなく、車両の娯楽情報システムを電気雑音および他のタイプの電気的干渉から保護するためにも重要である。

自動車両では、自動車両は、車両全体を通って延在する一連のケーブルによって互いに接続された複数の電気部品を含む。これらのケーブルおよび電気部品はどちらも、それら自体がＥＭＩのアンテナを形成する可能性がある。これが起こると、ケーブルによって互いに連結された２つの部品が、推定されるＥＭＩ源を形成する。かかるＥＭＩは、異なる周波数だけではなく異なる大きさで生じることがある。しかし、任意の１つまたは複数の周波数における所定の閾値を上回るＥＭＩは、自動車両のメーカーにとって容認できないものである場合が多い。

１つまたは複数の周波数における容認できないＥＭＩの特定は、簡単に検出できるが、ＥＭＩを作り出す潜在的なＥＭＩ源の特定は、それよりもはるかに困難な問題をもたらす。実際に、容認できないＥＭＩを引き起こす１つまたは複数の部品の特定が非常に分かりにくいことが判明すると、車両生産の遅れを引き起こすことになる。

本発明は、上述の短所を克服し、自動車両、列車車両などの電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法を提供する。

概して、複雑な電気系統はいずれも、複数のケーブルによって互いに接続された複数の電気部品を含む。１本のケーブルによって互いに接続された２つの電気部品の組はそれぞれ、潜在的なＥＭＩ源を形成する。

複数のアンテナは、既知であって固定の位置で、車両の周りまたは車両内で間隔を空けた位置に位置付けられる。さらに、各アンテナは、広い周波数範囲にわたって受信可能な受信機に接続される。

次に、アンテナそれぞれからのＥＭＩが、周波数範囲にわたって測定される。その後、所定の閾値または限界よりも大きい測定ＥＭＩを示す周波数が特定される。

次に、受信ＥＭＩ対アンテナの測定プロファイルまたはグラフが、過度のＥＭＩを示す特定された周波数それぞれのために作成される。本質的にチャートの範疇にあるこのプロファイルは、縦軸にはＥＭＩの大きさを、横軸には異なるアンテナをプロットする。過度のＥＭＩを示す各周波数に対して、異なる測定プロファイルが作成される。

次に、各アンテナによるＥＭＩ受信が、車両の潜在的なＥＭＩ源それぞれのために、過度のＥＭＩを示す各周波数でシミュレートされる。シミュレーションでの車両構成は、部品のＣＡＤデータおよび構造情報および電気的性質を使用して定義することができる。

その後、シミュレーション中に作成されたデータを利用して、受信ＥＭＩ対アンテナのシミュレーションプロファイルが、潜在的なＥＭＩ源それぞれのために作成される。したがって、シミュレートした受信ＥＭＩの大きさを縦軸に、アンテナを横軸にして、受信ＥＭＩ対アンテナのシミュレーションプロファイルが、過度のＥＭＩを示す周波数それぞれにおいて、潜在的なＥＭＩ源それぞれのために形成される。

複数の潜在的なＥＭＩ源からＥＭＩの雑音源を特定するため、過度のＥＭＩを示す各周波数において、潜在的なＥＭＩ源それぞれのために測定のプロファイルがシミュレーションプロファイルと比較される。潜在的なＥＭＩ源に対するプロファイルが、その周波数におけるＥＭＩの測定プロファイルと「一致する」か、ほぼ一致する場合、その潜在的なＥＭＩ源が雑音源として特定される。測定プロファイルが複数の潜在的なＥＭＩ源のプロファイルと一致する場合、雑音源の数は２つ以上であることがある。次に、特定された雑音源によって引き起こされるＥＭＩ放射を排除または少なくとも低減するため、設計者が適切な処置を講じてもよい。

過度なＥＭＩを有する特定された周波数それぞれのために、受信ＥＭＩの測定プロファイルを作成し、それらを潜在的な発生源それぞれのためのシミュレートしたＥＭＩ受信と比較することによって、車両または他の電気系統におけるＥＭＩ源の迅速な診断が単純化される。

以下の詳細な説明を参照して添付図面と併せ読むことによって、本発明がより十分に理解されるであろう。いくつかの図面を通して、同様の参照符号は同様の部分を指す。

自動車両における試験用セットアップを示す図である。

車両ＥＭＣ試験に関するＥＭＩ対周波数のグラフである。

実際のＥＭＩ源を特定する測定プロファイルおよびシミュレーションプロファイルのプロットを示すグラフである。

工程を示すフローチャートである。

図１に類似するが、列車車両における試験用セットアップを示す図である。

図１を参照すると、自動車両などの電気系統１０が示される。電気系統１０は、１つもしくは複数のワイヤまたはケーブル１４によって相互接続された複数の電気部品１２を含む。例えば、自動車両では、車両を通って延在する複数の配線ハーネスが、様々な電気部品１２を相互接続するのに用いられる。さらに、これらの電気部品１２は、電球のような単純なものであってもよく、またはエンジン制御部のような複雑なものであってもよい。いくらかのコモンモード電流が、部品１２の間を接続するワイヤケーブルで偶発的にかつ望ましくなく発生する。これらのコモンモード電流は、ＥＭＩ雑音の原因になることがある。

複数の電磁アンテナ１６ａ〜１６ｆは、自動車両の周りまたは自動車両内に位置付けられる。これらのアンテナ１６ａ〜１６ｆは、例えば１００ｋＨｚ〜数ＧＨｚの周波数帯域幅にわたって電磁放射を受信するように設計される。

次に図１および２を参照すると、アンテナ１６ａ〜１６ｆはいずれも、アンテナ帯域幅にわたって、または少なくとも設計者が対象とする周波数帯域幅にわたって、電磁放射を受信することができる無線受信機１８に接続される。その後、車両または系統１０の動作中、受信機１８は、周波数の関数としての大きさが変動する電磁放射を受信することになる。

次に図５を参照すると、列車１０２用の電気系統１００が示されている。電気系統１００は、１つもしくは複数のワイヤまたはケーブル１１４によって相互接続された、照明や空調装置などの複数の電気部品１１２を含む。いくらかのコモンモード電流が、部品１１２およびモータ１２２を電源１１６および／またはバックアップ電源装置１１８に接続するワイヤケーブル１１４および１２０で、望ましくなくかつ偶発的に発生する。電源１１６はまた、ケーブル１２０によって、列車１０２に電力供給する電気モータ１２２に接続される。これらのコモンモード電流は、ＥＭＩ雑音の原因になることがある。

複数の電磁アンテナ１１６ａ〜１１６ｆは、自動車両の周りまたは自動車両内に位置付けられる。これらのアンテナ１３０ａ〜１３０ｆは、例えば１００ｋＨｚ〜数ＧＨｚの周波数帯域幅にわたって電磁放射を受信するように設計される。

アンテナ１３０ａ〜１３０ｆはいずれも、アンテナ帯域幅にわたって、または少なくとも設計者が対象とする周波数帯域幅にわたって、電磁放射を受信することができる無線受信機１３２に接続される。その後、列車１０２または系統１０の動作中、受信機１８は、周波数の関数としての大きさが変動する電磁放射を受信することになる。次に、図１の自動車両に関する方法を説明するが、同様の説明は図５の列車１０２にも当てはまると解すべきである。

図２を参照すると、車両ＥＭＣ試験に基づく受信ＥＭＩの大きさを縦軸とし、周波数を横軸とするグラフ１９の例が示される。図２に見られるように、ＥＭＩの大きさは、周波数ｆ_１およびｆ_２の２つのピークを含む。さらに、周波数ｆ_１およびｆ_２におけるＥＭＩのピークは両方とも、周波数帯域幅内の任意の周波数における容認可能な最大ＥＭＩとして車両メーカーが要求する限界を超えている。

図２の場合、ｆ_１およびｆ_２の２つのエラー周波数帯がある。次に、図３を参照すると、周波数の１つ、例えばｆ_１に対する受信ＥＭＩの大きさが、異なるアンテナ１６ａ〜１６ｆの関数としてプロットされており、縦軸はＥＭＩの大きさ、横軸は異なるアンテナである。次に、このプロットにより、周波数ｆ_１における実測ＥＭＩ対異なるアンテナ１６ａ〜１６ｆの測定プロファイル２２またはグラフを生成する。

引き続き図３を参照すると、次に、周波数ｆ_１におけるアンテナ１６ａ〜１６ｆによるＥＭＩ受信が、適切なＣＡＤデータを使用してシミュレートされて、潜在的なＥＭＩ源それぞれに対する受信ＥＭＩ対アンテナのシミュレーションプロファイルが作成される。例えば、シミュレータは、第１の潜在的なＥＭＩ源、例えばケーブルで相互接続された２つの別個の電気部品１２（エンジン制御部と電球）の電界レベルを計算し、シミュレーションプロファイル２４として図３に示されるシミュレーション結果が得られる。第２の潜在的なＥＭＩ源、例えばケーブルで相互接続された他の２つの別個の電気部品１２（エンジン制御部とスピーカーシステム）に対するシミュレーションプロファイルが、プロファイル２６によって示される。第３のＥＭＩ源、例えばケーブルで相互接続された他の２つの別個の電気部品１２（コンバータと空調装置）に対する第３のプロファイル２８が、同様にシミュレーションプロファイル２８で示される。

図３から明らかなように、シミュレーションプロファイル２４および２６の実際の形状は、周波数ｆ_１における実際の雑音を表す測定プロファイル２２の形状とはかなり異なる。反対に、第３の潜在的なＥＭＩ源に対するシミュレーションプロファイル２８は、実際の測定プロファイル２２に一致する。シミュレーションプロファイル２８の形状が実際の測定プロファイル２２の形状に一致するので、潜在的なＥＭＩ源、即ちワイヤまたはケーブル（このプロファイル２８の例の場合、コンバータと空調装置との間を接続したケーブル）によって連結された２つの別個の電気部品が、周波数ｆ_１における容認できないほど高いＥＭＩ放射の実際の発生源であると特定または確定される。一旦これが確定されれば、適正な研削、遮蔽、またはシステム再設計によって、容認できないほど高いＥＭＩの発生源を修正するためのステップをとることができる。

ここで使用される、測定プロファイル２２とシミュレーションプロファイル２８とが「一致する」という用語は、シミュレーションプロファイル２８を測定プロファイル２２に重なるようにスケーリングして、これら２つのプロファイルが正確に一致することを必要としない。むしろ、ここで使用するとき、「一致する」という用語は、シミュレーションプロファイル２８を測定プロファイル２２に対してスケーリングした後、各アンテナ１６ａ〜１６ｆの測定ＥＭＩとスケーリング後の各アンテナのためにシミュレートしたＥＭＩとの間の差が、所定の量、例えば±１０％未満であることを意味するに過ぎない。

潜在的なＥＭＩ源それぞれに対するシミュレーションプロファイルを作成し、周波数ｆ_１における実際の測定プロファイル２２と比較した後、次に、手順全体が周波数ｆ_２について、ならびにＬｉｍｉｔ２よりも大きいＥＭＩの測定された大きさを示す他の任意の周波数について繰り返される。

次に図４を参照すると、工程を示すフローチャートが示される。試験用アンテナを使用して車両ＥＭＣ試験を行った後、ステップ４０では、ＥＭＩが限界を超える周波数を特定する。次に、ステップ４０からステップ４２に移る。ステップ４２では、過度のＥＭＩを示す第１の周波数、例えばｆ_１を設定する。次に、ステップ４２からステップ４４に移って、ＥＭＩの実測値ならびにシミュレートしたＥＭＩの両方のためにアンテナ位置を決定する。アンテナ位置は、ＥＭＩの測定値およびシミュレーションのどちらでも同じになる。

第１の周波数ｆ_１におけるＥＭＩの実測値については、ステップ４４からステップ４６に移り、アンテナ位置それぞれに対するＥＭＩの電界または大きさを測定する。次に、ステップ４６からステップ４８に移って、ＥＭＩのこれら測定された量を有するプロファイル２２を作成する。次に、ステップ４８からステップ５０に移る。

反対に、潜在的なＥＭＩ源それぞれに対するＥＭＩのシミュレーションについては、ステップ４４から代わりにステップ５２へ移り、ＣＡＤデータおよびモデリング情報をコンピュータに入力する。次に、ステップ５２からステップ５４に移る。ステップ５４では、第１の潜在的なＥＭＩ源、即ちケーブルによって連結された２つの電気部品を最初に特定し、互いに接続する。次に、シミュレーションのため、他のすべてのケーブルおよび部品を非活性化または除去する。次に、ステップ５４からステップ５６に移る。

ステップ５６では、電界の大きさまたはＥＭＩのシミュレーションを、ステップ４４で設定したアンテナ位置に対して実施する。単一の潜在的なＥＭＩ源のみ、即ちワイヤによって連結された２つの部品のみがシミュレーションの要素であるため、複数のアンテナ位置（存在する場合）でシミュレートしたＥＭＩは、上記特定した潜在的なＥＭＩ源にのみ起因する。次に、ステップ５６からステップ５８に移る。

ステップ５８では、シミュレーションプロファイル、即ち図３のシミュレーションプロファイル２４、２６、または２８を、周波数ｆ_１における特定の潜在的なＥＭＩ源に対して作成する。次に、ステップ５８からステップ５０に移り、シミュレーションプロファイルが、定義したアンテナ位置におけるＥＭＩの大きさの実測値によって得られるプロファイルに一致するかを判断する。一致する場合、潜在的なＥＭＩ源は、実際のＥＭＩ源であると特定または確定される。その場合、ステップ５０からステップ６０に分岐し、現在の潜在的なＥＭＩ源が実際のＥＭＩ源であることをエンジニアまたは設計者に通知する。

反対に、ステップ５０でシミュレーションプロファイルと測定プロファイルが一致しない場合、ステップ５０から代わりにステップ６２へと移り、シミュレーションに利用可能な別の潜在的なＥＭＩ源が存在するかを判断する。存在する場合、ステップ６２から分岐してステップ５４に戻り、上述のプロセスを繰り返す。存在しない場合、ステップ６２から代わりにステップ６４に分岐して、ＥＭＩ源の測定プロファイルに最も接近して一致するシミュレーションプロファイルをもつ潜在的なＥＭＩ源を、周波数ｆ_１における実際のＥＭＩ源として特定する。

ステップ６０および６４からいずれもステップ６６に移り、事前設定された限界よりも大きい過度のＥＭＩを示す別の周波数が存在するかを判断する。図２に示される例の場合、限界Ｌｉｍｉｔ２を上回る過度のＥＭＩを示す第２の周波数、即ちｆ_２が存在する。したがって、ステップ６６から分岐してステップ４２に戻って、周波数ｆ_２のために上述のプロセスを繰り返す。反対に、過度のＥＭＩを示す他の周波数が存在しない場合、ステップ６６から代わりにステップ６８に出て、プログラムが終了する。

上述のことから、本発明により、自動車両などの電気系統における実際のＥＭＩ源を特定する単純でありながら非常に有効な方法を提供できることがわかる。同じ手順を、図５に示されるような列車車両で踏むことができる。列車系統では、様々な電気部品を相互接続するのに、列車を通って延在する複数の配線ハーネスが用いられる。これらの電気部品は、例えば、パンタグラフ、照明、空調装置、モータ、電源装置、コンバータなどである。本発明について記載してきたが、添付の請求項の範囲によって定義される本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明が関係する分野の当業者には本発明に対する多くの変更が明白となるであろう。

Claims (6)

1. 複数のケーブルによって互いに接続された複数の電気部品を有し、前記複数のケーブルの１つによって接続された２つの電気部品の組がそれぞれ潜在的なＥＭＩ源を形成する電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法において、
   ａ）車両の周りの間隔を空けた位置に複数のアンテナを位置付けるステップと、
   ｂ）複数の周波数にわたって前記アンテナそれぞれからのＥＭＩを測定するステップと、
   ｃ）所定の閾値よりも大きい測定ＥＭＩを有する１つまたは複数の周波数を特定するステップと、
   ｄ）特定された前記周波数それぞれに対して受信ＥＭＩ対前記アンテナの測定プロファイルを作成するステップと、
   ｅ）潜在的なＥＭＩ源それぞれに対して前記特定された周波数の１つにおける前記アンテナによるＥＭＩ受信をシミュレートし、潜在的なＥＭＩ源それぞれに対する受信ＥＭＩ対前記アンテナのシミュレーションプロファイルを作成するステップと、
   ｆ）潜在的なＥＭＩ源それぞれについて、前記測定プロファイルを前記シミュレーションプロファイルと比較することによって、前記潜在的なＥＭＩ源から実際のＥＭＩ源を特定するステップであって、１つの潜在的なＥＭＩ源に対する前記測定プロファイルの形状と１つのシミュレーションプロファイルの形状との一致によって、前記１つの潜在的なＥＭＩ源を実際のＥＭＩ源として特定するステップと、を含み、
   特定された周波数それぞれに対してステップｄ）からｆ）を繰り返すことを特徴とする電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法。
2. 前記電気系統が自動車両を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法。
3. 前記シミュレーションプロファイルがＣＡＤデータから作成されることを特徴とする請求項１に記載の電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法。
4. 一致が特定されない場合、各周波数において前記測定プロファイルと前記シミュレーションプロファイルとの間の最も近い一致を特定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法。
5. 前記比較するステップが、前記シミュレーションプロファイルを前記測定プロファイルに合わせてスケーリングし、各アンテナに対するスケーリングされた前記シミュレーションプロファイルと前記測定プロファイルとの間の差を判断するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法。
6. 前記電気系統が列車車両を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気系統におけるＥＭＩ源を特定する方法。

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