Testes de EMC e de antenas em veículos completos para o setor automotivo

Os desafios da próxima geração de automóveis aumentam a complexidade dos testes de EMC

A eletrificação, a autonomia e a conectividade estão transformando os veículos e criando ambientes eletromagnéticos muito mais complexos do que aqueles para os quais as gerações anteriores de testes foram projetadas.

A eletrificação introduz semicondutores de potência de SiC (carboneto de silício) e GaN (nitreto de gálio) de comutação rápida, que geram emissões eletromagnéticas substancialmente mais elevadas do que os sistemas de transmissão dos veículos de combustão interna convencionais. Se levarmos em conta o carregamento bidirecional, o desafio vai além do próprio veículo: a integridade da EMC deve agora ser mantida em interação ativa com a infraestrutura de energia externa. Trata-se, principalmente, de desafios relacionados às emissões, que exigem medição e controle em uma faixa de frequência muito mais ampla do que a abrangida pelos testes de EMC antigos do setor automotivo.

A autonomia gera preocupações igualmente sérias, mas no que diz respeito à imunidade. Os sistemas ADAS dependem de sensores altamente sensíveis (radar, lidar, câmeras) que operam em ambientes eletromagnéticos densos. A interferência de RF que corrompe um sinal de radar não é um teste com falha, é uma falha de segurança: o sistema pode não detectar um obstáculo real ou reagir a um obstáculo que não existe. A validação da imunidade dos sensores e a garantia da coexistência entre os sistemas ADAS e os componentes eletrônicos do próprio veículo estão entre os desafios mais importantes nos testes modernos de EMC do setor automotivo.

A conectividade completa o panorama (e traz consigo uma categoria própria de risco). A integração do 5G, V2X, GNSS e várias tecnologias sem fio de curto alcance na arquitetura do veículo abre novas brechas para interferência entre sistemas instalados bem próximos uns dos outros. E com as atualizações over-the-air (OTA) agora sendo padrão, o perfil eletromagnético do veículo pode mudar mesmo após a produção, tornando os testes OTA do veículo um requisito de validação contínuo, e não uma verificação pontual.

O que está mudando nos testes de EMC no setor automotivo

• Os testes tradicionais de EMC no setor automotivo concentravam-se principalmente nos componentes: medir as emissões e a imunidade no nível das peças, verificar a conformidade com a norma e seguir em frente. Uma série de relatórios que atendem à norma CISPR 25 já não permite prever como um veículo completo se comporta com todos os sistemas ligados, a interação entre os trens de força de alta tensão, os sensores ADAS e os sistemas sem fio a bordo só se manifesta no veículo integrado. Isso está levando a que uma parte maior do trabalho de validação seja realizada em câmaras para veículos completos e em configurações de teste em nível de sistema.
• A imunidade dos sensores ADAS também passou do relatório de EMC para o caso de segurança funcional. Um radar que não detecta um alvo quando está sob interferência de RF não é mais apenas uma questão de aprovação ou reprovação em relação aos limites da CISPR, é algo que o fabricante deve justificar perante os requisitos da ISO 26262 e do SOTIF. As evidências do teste devem sustentar esse argumento.
• A validação em si já não termina no início da produção. Atualizações over-the-air, novas bandas de comunicação celular e o comportamento do rádio definido por software podem alterar o perfil eletromagnético de um veículo anos depois de ele sair da fábrica, tornando a EMC uma disciplina contínua, em vez de um marco pontual.

Para lidar com essa realidade cada vez mais complexa, é necessária uma combinação de disciplinas — testes de conformidade da EMC, testes de antenas em veículos completos, validação funcional da EMC e modelagem de gêmeos digitais de antenas —, cada uma delas abordando um aspecto diferente do desempenho eletromagnético do veículo.