車輛人體電磁安全防護研究

魏 凱， 王文杰， 李騰飛， 白 云， 卜夢龍

（河南凱瑞車輛檢測認證中心有限公司， 河南 焦作 454950）

1 引言

隨著新能源汽車現代化技術不斷革新， 新能源汽車成為發展趨勢， 在緩解清潔綠色的同時也將促進經濟協調可持續發展。 汽車電子技術創新發展使得汽車在節能性、 安全性、 舒適性、 可靠性等方面得到了顯著提高， 但大尺寸中控屏、 高壓配電盒、 大功率驅動電機等電器件的廣泛應用， 也加劇了汽車電磁環境的復雜性。 為了更好地保障駕乘人員的人體健康和行車安全， 國內外相繼發布了各種標準及規范來解決這些問題。 隨著有源植入式醫療電子設備技術迅猛發展， 尤其是植入式醫療器械在恢復和監測人體機能的健康數據方面更方便、 快捷， 準確性更高， 正逐步取代傳統便攜式醫療器械。 對于植入器官的駕乘人員， 一旦車輛電磁騷擾干擾了器官的正常運轉， 將會危害到駕乘人員的生命安全， 甚至會對其他道路參與人群產生不可控的危害。 在研發測試階段不僅要關注普通駕乘人員的電磁防護問題， 也需要考慮對植入式器官駕乘人員的電磁防護要求。 目前， 國內外尚無發布對植入式器官駕乘人員的電磁防護標準。 本文通過對汽車領域人體電磁安全防護標準研究， 結合有源式植入式醫療器械電磁兼容標準， 對植入式器官駕乘人員的電磁防護要求和測評方法進行了探索和分析。

2 車輛人體健康電磁安全防護標準

國內外標準機構以及部分整車企業制定了相應的標準和測試規范來評價車輛的電磁輻射對人體健康的影響， 如日本汽車標準組織的JASO TP—13002： 2013 《關于汽車人體暴露的磁場檢測方法》、 IEC制訂的IEC 62764—1： 2019《汽車環境中電子和電氣設備相對于人體暴露場的測量程序第1 部 分： 低 頻 磁 場》、 以 及 國 內 的 標 準GB/T 37130—2018 《車輛電磁場相對于人體暴露的測量方法》。 這3個標準的測試頻段、 測量位置、 限值等見表1。

表1 測試方法對比

3 車輛駕乘人員植入器官的電磁安全防護要求

有源植入式醫療器械是指植入人體內的、 依靠電能或其他能源而非直接由人體或重力產生的能量發揮其功能的醫療器械。 隨著醫療器械產業的發展， 有源植入式醫療器械的使用范圍越來越廣泛， 國際標準化組織 （ISO） 發布ISO 14708系列標準共有7個部分， 包含心臟起搏器、 神經刺激器、 輸注泵、 人工耳蝸等專用要求， 部分標準已轉化為國家標準和行業標準， 對有源植入式醫療器械的安全有了一定的規范。 隨著車內電磁環境的日益復雜性， 例如無線電能傳輸技術， 作為一種經濟發展的新興技術具有方便性高、 實用性強和安全性好的優點， 同時車載無線充電系統也會在電動汽車周圍產生高強度的磁場， 可能對駕乘人員有源植入式器官 （例如心臟起搏器和除顫器等） 產生電磁干擾影響內部電器元件的工作。 因此， 需要研究分析車輛電磁場的分布特點、 車輛工況， 分析人體植入式器官暴露于車內外復雜電磁環境的情況。

3.1 車輛狀態

要求被測車輛進行靜態、 充電狀態、 行駛狀態 （包含勻速行駛和加減速行駛） 3個測試狀態。 靜態、 充電狀態和勻速行駛測試， 既可以在室內測功機上進行， 也可以在室外比較平坦并且干燥的路面上進行， 對于加減速行駛， 一般要求在封閉試驗道路上進行測試。

3.1.1 靜止狀態

能由駕駛人員或者乘客手動打開， 并且連續工作時間超過60s的電器應該處于典型負載狀態 （如雨刮電機、 暖風電機、 收音機、 危險指示燈等）。 電動汽車的SOC要求在20%～80%， 驅動電機系統處于待機狀態； 混合動力汽車的SOC要求在20%～80%， 車輛驅動電機系統處于待機且發動機怠速狀態， 若不能實現， 則要求驅動電機待機狀態或發動機怠速狀態下分別測量。

3.1.2 充電狀態

車輛OFF擋， 駕駛人員或者乘客能手動打開的車載電器全部關閉。 車輛的SOC同靜止狀態， 如果車輛有多個傳導充電狀態， 要求每個充電狀態下充電電流均須大于額定充電電流的80%， 并分別進行測量。

3.1.3 行駛狀態

車輛行駛狀態包括勻速行駛、 加速行駛和減速行駛。勻速行駛要求車輛保持40km/h， 行駛時的道路負載要視被測車輛而定； 加速行駛時車輛油門開度全開， 從靜止加速到90km/h， 若達不到則加速到最高車速； 減速行駛車輛以大于或等于2.5m/s的減速度從90km/h或者最高車速到車輛停車。 若減速度無法達到， 則以所能達到的最大減速度進行測量， 加減速行駛電氣負荷的運行狀態與靜止狀態保持一致。

3.2 測量位置

對駕乘人員通常可到達的位置進行測試， 例如駕駛位置、 乘坐位置、 中控位置、 充電接口、 前機艙、 后機艙等位置， 駕乘位置的測試點為人體軀干 （腦、 心臟、 生殖器）的附近， 由頭枕中央、 座椅靠背中央和座墊中央3點形成的中心線組成， 測試點也包括駕乘人員腳部空間區域， 詳細測試位置如圖1所示。

圖1 車輛測試位置

3.3 測量方法

測量儀器頻率滿足10Hz～10MHz范圍， 進行磁場強度測量時用頻域法測量。 首先將測量儀器調到頻域測量模式，把測量探頭放在測試點， 測試探頭的相位中心和測試點相吻合， 如果不能， 選擇離測試點近的位置， 記錄每個測試點以頻譜表示的磁感應強度測量值， 把所有的測試點測量完成， 最后與限值相比較。

3.4 評價方法

目前國際上關于電磁場曝露限值并沒有統一的規定， 所以不同國家和組織均制定了自己的標準， 如國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）制定的ICNIRP 1998和ICNIRP 2010、 美國電氣和電子工程師協會 （IEEE） 制定的IEEE C 95.6、 中國環境保護部（現生態環境部）發布的GB 8702—2014《電磁環境控制限值》 等， 對比分析有源植入式醫療器械ISO 14708系列標準和ISO 14117—2019[電磁兼容性能要求， 推薦采用ISO 14117—2019中規定的限值作為測評指標， 頻率范圍為10Hz~10MHz， 如圖2所示。

圖2 參考限值

3.5 性能驗證

為進一步直觀地測試車輛復雜電磁環境對有源植入式器械的影響， 在測量車輛復雜電磁環境的同時， 還需要對不同品牌的有源植入式醫療器械工作狀態進行性能驗證?？蓞⒖糏SO 14708系列標準中體模的設計要求， 將植入式醫療器械置于特定濃度的鹽水體模中， 通過相應設備觀察在車輛靜止狀態、 充電狀態和行駛狀態下的工作情況， 從而判斷是否會對有源植入式醫療器械產生影響。

4 結束語

傳統汽車產業正向電動化、 智能化、 網聯化、 共享化方向前進， 尋求新的突破， 但隨著汽車電子電器的增加、大功率電驅動系統的應用， 使車輛內部的電磁環境變得越來越復雜， 大家對人體健康和行車安全問題也越來越關注。用科學的測量進行汽車電磁輻射特性測評， 從對車輛的保護到對人員的保護， 再到對人體植入式器官保護， 為用戶提供一個安全健康的駕乘環境， 消除客戶對汽車電磁危害的顧慮。