車輛人體電磁安全防護(hù)研究

魏 凱， 王文杰， 李騰飛， 白 云， 卜夢(mèng)龍

（河南凱瑞車輛檢測(cè)認(rèn)證中心有限公司， 河南 焦作 454950）

1 引言

隨著新能源汽車現(xiàn)代化技術(shù)不斷革新， 新能源汽車成為發(fā)展趨勢(shì)， 在緩解清潔綠色的同時(shí)也將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。 汽車電子技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展使得汽車在節(jié)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(qū)動(dòng)電機(jī)等電器件的廣泛應(yīng)用， 也加劇了汽車電磁環(huán)境的復(fù)雜性。 為了更好地保障駕乘人員的人體健康和行車安全， 國(guó)內(nèi)外相繼發(fā)布了各種標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范來(lái)解決這些問(wèn)題。 隨著有源植入式醫(yī)療電子設(shè)備技術(shù)迅猛發(fā)展， 尤其是植入式醫(yī)療器械在恢復(fù)和監(jiān)測(cè)人體機(jī)能的健康數(shù)據(jù)方面更方便、 快捷， 準(zhǔn)確性更高， 正逐步取代傳統(tǒng)便攜式醫(yī)療器械。 對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)， 將會(huì)危害到駕乘人員的生命安全， 甚至?xí)?duì)其他道路參與人群產(chǎn)生不可控的危害。 在研發(fā)測(cè)試階段不僅要關(guān)注普通駕乘人員的電磁防護(hù)問(wèn)題， 也需要考慮對(duì)植入式器官駕乘人員的電磁防護(hù)要求。 目前， 國(guó)內(nèi)外尚無(wú)發(fā)布對(duì)植入式器官駕乘人員的電磁防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。 本文通過(guò)對(duì)汽車領(lǐng)域人體電磁安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究， 結(jié)合有源式植入式醫(yī)療器械電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)植入式器官駕乘人員的電磁防護(hù)要求和測(cè)評(píng)方法進(jìn)行了探索和分析。

2 車輛人體健康電磁安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)以及部分整車企業(yè)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試規(guī)范來(lái)評(píng)價(jià)車輛的電磁輻射對(duì)人體健康的影響， 如日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織的JASO TP—13002： 2013 《關(guān)于汽車人體暴露的磁場(chǎng)檢測(cè)方法》、 IEC制訂的IEC 62764—1： 2019《汽車環(huán)境中電子和電氣設(shè)備相對(duì)于人體暴露場(chǎng)的測(cè)量程序第1 部 分： 低 頻 磁 場(chǎng)》、 以 及 國(guó) 內(nèi) 的 標(biāo) 準(zhǔn)GB/T 37130—2018 《車輛電磁場(chǎng)相對(duì)于人體暴露的測(cè)量方法》。 這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試頻段、 測(cè)量位置、 限值等見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試方法對(duì)比

3 車輛駕乘人員植入器官的電磁安全防護(hù)要求

有源植入式醫(yī)療器械是指植入人體內(nèi)的、 依靠電能或其他能源而非直接由人體或重力產(chǎn)生的能量發(fā)揮其功能的醫(yī)療器械。 隨著醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 有源植入式醫(yī)療器械的使用范圍越來(lái)越廣泛， 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 （ISO） 發(fā)布ISO 14708系列標(biāo)準(zhǔn)共有7個(gè)部分， 包含心臟起搏器、 神經(jīng)刺激器、 輸注泵、 人工耳蝸等專用要求， 部分標(biāo)準(zhǔn)已轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)有源植入式醫(yī)療器械的安全有了一定的規(guī)范。 隨著車內(nèi)電磁環(huán)境的日益復(fù)雜性， 例如無(wú)線電能傳輸技術(shù)， 作為一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新興技術(shù)具有方便性高、 實(shí)用性強(qiáng)和安全性好的優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)車載無(wú)線充電系統(tǒng)也會(huì)在電動(dòng)汽車周圍產(chǎn)生高強(qiáng)度的磁場(chǎng)， 可能對(duì)駕乘人員有源植入式器官 （例如心臟起搏器和除顫器等） 產(chǎn)生電磁干擾影響內(nèi)部電器元件的工作。 因此， 需要研究分析車輛電磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)、 車輛工況， 分析人體植入式器官暴露于車內(nèi)外復(fù)雜電磁環(huán)境的情況。

3.1 車輛狀態(tài)

要求被測(cè)車輛進(jìn)行靜態(tài)、 充電狀態(tài)、 行駛狀態(tài) （包含勻速行駛和加減速行駛） 3個(gè)測(cè)試狀態(tài)。 靜態(tài)、 充電狀態(tài)和勻速行駛測(cè)試， 既可以在室內(nèi)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行， 也可以在室外比較平坦并且干燥的路面上進(jìn)行， 對(duì)于加減速行駛， 一般要求在封閉試驗(yàn)道路上進(jìn)行測(cè)試。

3.1.1 靜止?fàn)顟B(tài)

能由駕駛?cè)藛T或者乘客手動(dòng)打開， 并且連續(xù)工作時(shí)間超過(guò)60s的電器應(yīng)該處于典型負(fù)載狀態(tài) （如雨刮電機(jī)、 暖風(fēng)電機(jī)、 收音機(jī)、 危險(xiǎn)指示燈等）。 電動(dòng)汽車的SOC要求在20%～80%， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)； 混合動(dòng)力汽車的SOC要求在20%～80%， 車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)處于待機(jī)且發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)， 若不能實(shí)現(xiàn)， 則要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)待機(jī)狀態(tài)或發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下分別測(cè)量。

3.1.2 充電狀態(tài)

車輛OFF擋， 駕駛?cè)藛T或者乘客能手動(dòng)打開的車載電器全部關(guān)閉。 車輛的SOC同靜止?fàn)顟B(tài)， 如果車輛有多個(gè)傳導(dǎo)充電狀態(tài)， 要求每個(gè)充電狀態(tài)下充電電流均須大于額定充電電流的80%， 并分別進(jìn)行測(cè)量。

3.1.3 行駛狀態(tài)

車輛行駛狀態(tài)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(shí)的道路負(fù)載要視被測(cè)車輛而定； 加速行駛時(shí)車輛油門開度全開， 從靜止加速到90km/h， 若達(dá)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(wú)法達(dá)到， 則以所能達(dá)到的最大減速度進(jìn)行測(cè)量， 加減速行駛電氣負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)與靜止?fàn)顟B(tài)保持一致。

3.2 測(cè)量位置

對(duì)駕乘人員通常可到達(dá)的位置進(jìn)行測(cè)試， 例如駕駛位置、 乘坐位置、 中控位置、 充電接口、 前機(jī)艙、 后機(jī)艙等位置， 駕乘位置的測(cè)試點(diǎn)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(diǎn)形成的中心線組成， 測(cè)試點(diǎn)也包括駕乘人員腳部空間區(qū)域， 詳細(xì)測(cè)試位置如圖1所示。

圖1 車輛測(cè)試位置

3.3 測(cè)量方法

測(cè)量?jī)x器頻率滿足10Hz～10MHz范圍， 進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量時(shí)用頻域法測(cè)量。 首先將測(cè)量?jī)x器調(diào)到頻域測(cè)量模式，把測(cè)量探頭放在測(cè)試點(diǎn)， 測(cè)試探頭的相位中心和測(cè)試點(diǎn)相吻合， 如果不能， 選擇離測(cè)試點(diǎn)近的位置， 記錄每個(gè)測(cè)試點(diǎn)以頻譜表示的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值， 把所有的測(cè)試點(diǎn)測(cè)量完成， 最后與限值相比較。

3.4 評(píng)價(jià)方法

目前國(guó)際上關(guān)于電磁場(chǎng)曝露限值并沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定， 所以不同國(guó)家和組織均制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)， 如國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）制定的ICNIRP 1998和ICNIRP 2010、 美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì) （IEEE） 制定的IEEE C 95.6、 中國(guó)環(huán)境保護(hù)部（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部）發(fā)布的GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》 等， 對(duì)比分析有源植入式醫(yī)療器械ISO 14708系列標(biāo)準(zhǔn)和ISO 14117—2019[電磁兼容性能要求， 推薦采用ISO 14117—2019中規(guī)定的限值作為測(cè)評(píng)指標(biāo)， 頻率范圍為10Hz~10MHz， 如圖2所示。

圖2 參考限值

3.5 性能驗(yàn)證

為進(jìn)一步直觀地測(cè)試車輛復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)有源植入式器械的影響， 在測(cè)量車輛復(fù)雜電磁環(huán)境的同時(shí)， 還需要對(duì)不同品牌的有源植入式醫(yī)療器械工作狀態(tài)進(jìn)行性能驗(yàn)證?？蓞⒖糏SO 14708系列標(biāo)準(zhǔn)中體模的設(shè)計(jì)要求， 將植入式醫(yī)療器械置于特定濃度的鹽水體模中， 通過(guò)相應(yīng)設(shè)備觀察在車輛靜止?fàn)顟B(tài)、 充電狀態(tài)和行駛狀態(tài)下的工作情況， 從而判斷是否會(huì)對(duì)有源植入式醫(yī)療器械產(chǎn)生影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)正向電動(dòng)化、 智能化、 網(wǎng)聯(lián)化、 共享化方向前進(jìn)， 尋求新的突破， 但隨著汽車電子電器的增加、大功率電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用， 使車輛內(nèi)部的電磁環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜， 大家對(duì)人體健康和行車安全問(wèn)題也越來(lái)越關(guān)注。用科學(xué)的測(cè)量進(jìn)行汽車電磁輻射特性測(cè)評(píng)， 從對(duì)車輛的保護(hù)到對(duì)人員的保護(hù)， 再到對(duì)人體植入式器官保護(hù)， 為用戶提供一個(gè)安全健康的駕乘環(huán)境， 消除客戶對(duì)汽車電磁危害的顧慮。