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中國(guó)汽車(chē)健康指數(shù)車(chē)輛電磁輻射測(cè)試案例分析

2020-10-09 14:18:53·  來(lái)源：中國(guó)汽車(chē)健康指數(shù)  
　
電磁輻射的危害一直是人們十分關(guān)注的問(wèn)題。2002年，世界衛(wèi)生組織下屬的國(guó)際腫瘤研究機(jī)構(gòu)（IARC）將極低頻磁場(chǎng)列為可能導(dǎo)致人類(lèi)癌癥的物質(zhì)。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，低
電磁輻射的危害一直是人們十分關(guān)注的問(wèn)題。2002年，世界衛(wèi)生組織下屬的國(guó)際腫瘤研究機(jī)構(gòu)（IARC）將極低頻磁場(chǎng)列為“可能導(dǎo)致人類(lèi)癌癥”的物質(zhì)。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，低頻電磁場(chǎng)可對(duì)人體神經(jīng)元和肌肉組織產(chǎn)生影響[1]，射頻電磁場(chǎng)可對(duì)人體神經(jīng)、心血管、內(nèi)分泌、免疫、生殖等系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響[2]。2011年世界衛(wèi)生組織下屬的國(guó)際腫瘤研究機(jī)構(gòu)（IARC）又將射頻電磁場(chǎng)列為“可能導(dǎo)致人類(lèi)癌癥”的物質(zhì)。
 
國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)于電磁輻射的危害的研究越來(lái)越多，社會(huì)關(guān)注度越來(lái)越大。出于對(duì)公眾健康的保護(hù)和電磁環(huán)境的管理，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)就環(huán)境電磁輻射水平這一課題展開(kāi)了大量的研究。
 
1998年國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）發(fā)布了《限制時(shí)變電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)暴露的導(dǎo)則》，后于2010年發(fā)布了其修訂版本[3] [4]；美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）發(fā)布了《關(guān)于人體曝露到0～3kHz電磁場(chǎng)安全水平的IEEE標(biāo)準(zhǔn)》[5]；中國(guó)生態(tài)環(huán)境部于1988發(fā)布《電磁環(huán)境控制限值》，并于2014年發(fā)布修訂版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8702-2014[6]。
 
車(chē)輛作為一種人類(lèi)高頻率、長(zhǎng)時(shí)間使用的工具，特別是由于汽車(chē)的電動(dòng)化和智能網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，車(chē)輛的電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平正越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
 
此前，日本汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布了專門(mén)針對(duì)車(chē)輛輻射水平的測(cè)量方法《關(guān)于汽車(chē)人體暴露的電磁場(chǎng)檢測(cè)方法：JASO TP-13002:2013》，但其僅規(guī)定測(cè)試10Hz~400kHz頻段的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度，測(cè)試范圍并不包含“可能導(dǎo)致人類(lèi)癌癥”的射頻電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度[7]。
 
中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司通過(guò)對(duì)車(chē)輛電磁輻射進(jìn)行了大量的研究性測(cè)試，最終形成了一套基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）的測(cè)試評(píng)價(jià)方法，用以對(duì)車(chē)輛電磁輻射水平進(jìn)行評(píng)估。
 
本論文將簡(jiǎn)要介紹中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司發(fā)布的中國(guó)汽車(chē)健康指數(shù)車(chē)輛相對(duì)人體的電磁輻射水平測(cè)試方法，然后結(jié)合典型測(cè)試案例進(jìn)行分析與總結(jié)，提出可用于指導(dǎo)控制車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平的方法。
 
02、車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射測(cè)試方法和引用限值簡(jiǎn)介
01、車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射測(cè)試方法簡(jiǎn)介
 
此處的車(chē)輛電磁輻射測(cè)試方法主要對(duì)車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試需要使用電磁場(chǎng)測(cè)量探頭對(duì)駕乘人員的頭部、胸部、襠部以及四肢區(qū)域的低頻磁場(chǎng)、射頻電場(chǎng)的電磁輻射量進(jìn)行測(cè)試。下文將簡(jiǎn)要介紹車(chē)輛的測(cè)試工況、測(cè)試頻段、測(cè)試區(qū)域以及測(cè)試點(diǎn)位，對(duì)應(yīng)的具體內(nèi)容可參考《中國(guó)汽車(chē)健康指數(shù)車(chē)輛電磁輻射（EMR）測(cè)試及評(píng)價(jià)規(guī)程（2018版）》[8]。
 
//測(cè)試工況
車(chē)輛測(cè)試工況包括行駛工況和通信工況，其中行駛工況下包含勻速行駛工況、急加速行駛工況和急減速行駛工況。通信工況測(cè)試中，若被測(cè)車(chē)輛配有車(chē)載T-BOX時(shí)，車(chē)載T-BOX與基站模擬器連接，并以最大功率發(fā)射，否則使用信號(hào)源與標(biāo)準(zhǔn)天線相連。
//測(cè)試頻段
測(cè)試頻段包含10Hz ~3GHz，測(cè)試頻段表見(jiàn)表1：
 
表1 測(cè)試頻段表
//測(cè)試區(qū)域
對(duì)于2座位乘用車(chē)，測(cè)試區(qū)域包括主駕駛位、副駕駛位，如圖1所示。對(duì)于大于等于4座的乘用車(chē)，測(cè)試區(qū)域包括主駕駛位、副駕駛位、左乘員位、右乘員位，如圖2所示。
 
//測(cè)試點(diǎn)位
座位區(qū)域的測(cè)試點(diǎn)位包含5個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)位1為駕乘人員頭部位置，點(diǎn)位2為駕乘人員胸部位置，電位3為駕乘人員襠部位置，點(diǎn)位4和5分別為駕乘人員右腳、左右位置，點(diǎn)位示意圖如圖3所示；主駕駛位的測(cè)試點(diǎn)位還包含中控面板區(qū)中央位置和扶手區(qū)前后位置，點(diǎn)位示意圖如圖4所示。
 
02、測(cè)試方法引用限值的簡(jiǎn)介
1988年，中國(guó)生態(tài)環(huán)境部首次發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB 8702-88。2014年，中國(guó)生態(tài)環(huán)境部整合《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-88）和《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 9175-88）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，并參考了國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）《限值時(shí)變電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)（300GHz及以下）曝露導(dǎo)則，1998》，以及電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）《關(guān)于人體曝露到0~3kHz電磁場(chǎng)安全水平的IEEE標(biāo)準(zhǔn)》，充分考慮了我國(guó)電磁環(huán)境保護(hù)工作實(shí)踐最終發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電磁環(huán)境控制限值》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB 8702-2014。
值得一提的是，GB 8702-2014中規(guī)定的各頻段的限值線均低于ICNIRP 1998、ICNIRP 2010對(duì)應(yīng)頻段的限值，這在一定程度上體現(xiàn)我國(guó)在鼓勵(lì)生產(chǎn)的同時(shí)保護(hù)公眾健康的要求和決心。
本文提到的測(cè)試評(píng)價(jià)方法中引用的限值為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）。在本文中所用頻段（10Hz~3GHz）對(duì)應(yīng)的限值如表2所示。
 
表2 GB 8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》
02、測(cè)試案例分析與發(fā)現(xiàn)
 
通過(guò)大量的摸底測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，我們總結(jié)出幾點(diǎn)可用于指導(dǎo)降低車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平的方法。下面我們將結(jié)合三個(gè)測(cè)試案例，提出相應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和思考。
 
01、區(qū)域電磁輻射屏蔽
在汽車(chē)電磁兼容領(lǐng)域，工程技術(shù)人員常用到的解決車(chē)輛電磁兼容問(wèn)題的方法主要有屏蔽、濾波、接地三種。在車(chē)輛相對(duì)于人體在測(cè)試過(guò)程中，屏蔽也是一種有效的改善車(chē)輛電磁輻射水平的方法。
在大量的樣本測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)車(chē)輛的腳部區(qū)域在10Hz~400KHz頻段的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度明顯大于其他位置。通過(guò)分析車(chē)輛電子架構(gòu)我們發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛的部分零部件如高壓保險(xiǎn)盒以及大量車(chē)輛線束都布置在車(chē)輛地板位置，也就是腳部區(qū)域，通過(guò)區(qū)域屏蔽的方法可有效改善此區(qū)域的電磁輻射水平。
案例一為某車(chē)型的腳部區(qū)域10Hz~400KHz頻段的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度測(cè)試。我們可以看到，車(chē)輛在急加速工況下，車(chē)輛在125KHz頻率點(diǎn)處的輻射強(qiáng)度較大，距離GB 8702-2014限值裕量?jī)H為5dB，在20KHz頻率點(diǎn)處的裕量約為16dB。通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)此車(chē)輛在腳部區(qū)域磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度大是因?yàn)檐?chē)輛的高壓保險(xiǎn)盒安裝在此位置，高壓保險(xiǎn)盒工作時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度大導(dǎo)致腳部區(qū)域的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度大。圖5為此車(chē)型在急加速工況時(shí)，腳部區(qū)域的磁場(chǎng)輻射頻率響應(yīng)圖。
 
圖5 某車(chē)型在急加速工況時(shí),腳部區(qū)域的磁場(chǎng)輻射頻率響應(yīng)圖
我們選擇金屬絲網(wǎng)和磁性屏蔽材料對(duì)腳部區(qū)域進(jìn)行屏蔽，將其覆蓋在高壓保險(xiǎn)盒位置，并將金屬絲網(wǎng)與車(chē)體良好接地（圖6），再次測(cè)量其磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度。從圖7中可以看出，增加屏蔽措施后，125KHz處的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度降低至底噪水平，整個(gè)頻段磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度裕量最小點(diǎn)為20KHz頻率處，裕量約為20dB，較未加屏蔽措施前降低了4dB。
 
圖6 屏蔽措施示意圖
 
圖7 加屏蔽措施后車(chē)輛在急加速工況時(shí)，腳部區(qū)域的磁場(chǎng)輻射頻率響應(yīng)圖
 
02、零部件電磁輻射強(qiáng)度管控
在汽車(chē)電磁兼容領(lǐng)域，整車(chē)廠對(duì)于整車(chē)的輻射發(fā)射有著嚴(yán)格的把控，要想整車(chē)輻射發(fā)射不超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)汽車(chē)零部件的電磁兼容性能進(jìn)行嚴(yán)格把控是十分重要的，只有將零部件的輻射發(fā)射管控好才能更好地控制整車(chē)的輻射發(fā)射。
案例二為某車(chē)型在10Hz~30MHz頻段的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度測(cè)試中的發(fā)現(xiàn)。車(chē)輛在勻速工況測(cè)試時(shí)，主駕駛位胸部位置在161KHz頻點(diǎn)處有明顯峰值（裕量為14dB），其磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度較大。在接下來(lái)的測(cè)試和逐點(diǎn)排查中我們發(fā)現(xiàn)，在中控區(qū)域的換擋器位置（測(cè)試點(diǎn)7），被測(cè)車(chē)輛在161KHz頻點(diǎn)磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度最大，且超過(guò)了GB 8702-2014的限值，超標(biāo)量為68dB（約為限值的2535倍）。由此可見(jiàn)，單一零部件的電磁輻射超標(biāo)極有可能造成車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平偏高甚至超標(biāo)。
 
圖8 某車(chē)型在勻速工況下，中控區(qū)域換擋器位置的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度圖
通過(guò)這一測(cè)試案例可見(jiàn)，我們可以通過(guò)本文中的車(chē)輛電磁輻射測(cè)試方法對(duì)車(chē)輛的電磁輻射超標(biāo)點(diǎn)或潛在危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行排查、定位，指導(dǎo)零部件進(jìn)行整改。從整車(chē)的電磁輻射水平管控，可深入到零部件的電磁輻射水平管控，對(duì)提高車(chē)輛的電磁環(huán)境水平意義重大。
 
03、車(chē)載通信終端和天線布局優(yōu)化
由于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟，對(duì)應(yīng)零部件成本越來(lái)越低，許多車(chē)輛都裝載了車(chē)載通信終端產(chǎn)品（T-BOX）。在車(chē)輛電磁輻射的通信狀態(tài)測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)，許多裝有T-BOX的車(chē)輛存在輻射超標(biāo)的現(xiàn)象。圖9為某車(chē)型的副駕駛頭部位置的電場(chǎng)輻射強(qiáng)度測(cè)試圖，其電場(chǎng)強(qiáng)度為30V/m，為限值的2.53倍。
 
圖9 某裝有T-BOX的車(chē)型A通信工況下的電場(chǎng)輻射強(qiáng)度圖
但測(cè)試中我們也發(fā)現(xiàn)有車(chē)輛在本測(cè)試中的被測(cè)點(diǎn)上輻射較低，如圖10，為某車(chē)型的30MHz~3GHz頻段最大輻射位置上的輻射強(qiáng)度測(cè)試圖，其電場(chǎng)強(qiáng)度僅為0.75V/m，為限值的6.23%。
 
圖10 另一裝有T-BOX的車(chē)型B通信工況下的電場(chǎng)輻射強(qiáng)度圖
通過(guò)分析整車(chē)車(chē)載通信終端和天線的布局發(fā)現(xiàn)，在此頻段存在超標(biāo)的車(chē)輛多數(shù)將車(chē)載通信和天線放置在手套箱位置，而手套箱距離前排駕乘人員非常近，這也明顯會(huì)導(dǎo)致駕乘人員所在位置輻射強(qiáng)度較大甚至超標(biāo)。而通信狀態(tài)輻射較小的車(chē)型，通常將通信天線放置在車(chē)頂鯊魚(yú)鰭位置。因?yàn)轷忯~(yú)鰭位置離駕乘人員較遠(yuǎn)且車(chē)頂金屬對(duì)天線輻射能量的屏蔽等原因，其駕乘人員位置的輻射強(qiáng)度就變低了。
同時(shí)，為了排除車(chē)載通信終端發(fā)射功率較小而造成輻射強(qiáng)度較小這一因素，我們將測(cè)試探頭放置在車(chē)頂鯊魚(yú)鰭位置（圖11），由圖12可以看出，此測(cè)試點(diǎn)位處車(chē)輛的電場(chǎng)輻射強(qiáng)度為38V/m，可見(jiàn)其發(fā)射功率較其他車(chē)輛并未減小。
 
04、結(jié)論
通過(guò)以上測(cè)試數(shù)據(jù)我們可以看出，目前車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射量存在超過(guò)國(guó)家限值《電磁環(huán)境控制限值GB 8702-2014》的現(xiàn)象。
保護(hù)人體免受汽車(chē)電磁輻射危害的呼聲越來(lái)越高，且GB 8702-2014已加入隨車(chē)清單，對(duì)于車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平的管控勢(shì)在必行。通過(guò)上述案例分析，給出了管控車(chē)輛相對(duì)于人體電磁輻射水平的三個(gè)方向和方法，分別為區(qū)域電磁輻射屏蔽、零部件電磁輻射強(qiáng)度管控和車(chē)載通信終端和天線布局優(yōu)化。
 
引導(dǎo)車(chē)企優(yōu)化設(shè)計(jì)，積極將以上幾點(diǎn)融入到車(chē)輛的正向開(kāi)發(fā)體系中，將車(chē)輛相對(duì)于人體的電磁輻射水平從設(shè)計(jì)上得到一定的保障，并為后期可能出現(xiàn)的超標(biāo)整改降低難度、提供技術(shù)支撐，從而更好地保護(hù)駕乘人員健康，這也是中國(guó)汽車(chē)健康指數(shù)的意義所在。
 
參考文獻(xiàn)
[1]丁莉. 城市環(huán)境中極低頻電磁場(chǎng)對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)及血液系統(tǒng)影響的研究[D]. 重慶醫(yī)科大學(xué), 2010.
[2]郭庶, 彭曉武, 劉蕓,等. 極低頻電磁場(chǎng)和射頻電磁輻射對(duì)人體健康影響的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2011, 28(5):463-466.
[3]ICNIRP GUIDELINES 1998 FOR LIMITING EXPOSURE TO TIME-VARYING ELECTRIC,MAGNETIC,AND ELECTROMAGNETIC FIELDS (UP TO 300 GHz) [S].
[4]ICNIRP GUIDELINES 2010 FOR LIMITING EXPOSURE TO TIME-VARYING ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS (1 Hz-100 kHz) [S].
[5]IEC 61786-1:2013 Measurement of DC magnetic fields, AC magnetic and electric fields from 1 Hz to 100 kHz with regard to exposure of human beings – Special requirements for instruments[S].
[6] 中國(guó)生態(tài)環(huán)境部.GB 8702-2014. 電磁環(huán)境控制限值[S].國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，2014.
[7]JASO TP-13002:2013自動(dòng)車(chē)の人體ばく露に関る電磁界測(cè)定方法[S].日本汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)，2013.
[8]中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司.中國(guó)汽車(chē)健康指數(shù)車(chē)輛電磁輻射測(cè)試及評(píng)價(jià)規(guī)程[S]，2018. 
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