[논문]전계의 균일성을 고려한 자동차의 전자파 내성시험 방법에 관한 연구

배민관; 신재곤; 용기중; 우현구

전계의 균일성을 고려한 자동차의 전자파 내성시험 방법에 관한 연구
The Electro-Magnetic Susceptibility Test Method of a Road Vehicle Considering the Field Uniformity 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.18 no.4, 2010년, pp.84 - 91

배민관 (교통안전공단 자동차성능연구소) , 신재곤 (교통안전공단 자동차성능연구소) , 용기중 (교통안전공단 자동차성능연구소) , 우현구 (경일대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Owing to revolutionary developments in automobile technologies, a variety of advanced vehicles - hybrid vehicle, hydrogen fuel-cell vehicle, electric vehicle, etc. - emerges recently. The safety is getting more important for developing automobiles. The electro-magnetic compatibility has to be assured, since those advanced vehicles are equipped with various new electronic systems. Electro-magnetic compatibility tests, in general, consist of an EMI(electro-magnetic interference) test and an EMS (electro-magnetic susceptibility) test. We investigated the susceptibility test method suggested in KMVSS (Korean Motor Vehicle Safety Standard) as the EMS test method. A series of experiments results that the above test method should be partially revised to comply with a Korean governmental standard method. In this paper, the some directions of modifications are presented to enhance the quality of the above EMS test method.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

국내 내연기관 자동차 중 전장품이 많은 승용자동차에 대하여 위치별 장착된 전장품 종류를 조사하였다. 대부분의 전장품을 제어하는 모듈은 엔진과 차체사이 좌우측 여백, 즉 Fig.
본 연구에서는 두 종류 시험 중 자동차 전자파 내성시험방법에 관한 국내·외의 규격 및 기준을 살펴보고 문제점 및 개선 방향을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 자동차 종류 및 위치에 따른 전장품 분포를 조사하고 자동차 전자파 내성시험과 관련된 규격 및 법규를 조사, 분석하였다. 그리고 자동차 전자파 내성시험 방법을 평가하기 위하여 Substitution Method를 사용하였으며 One Field Probe 방법으로 교정하고 기준점에서 정해진 전계 강도가 측정되도록 전자파를 인가하였다.
이렇게 확인된 결과를 통하여 현재 시행되고 있는 시험 방법의 문제점을 분석하고 개선점에 대해 고찰하여 향후 국내안전 기준 및 전자파 국제규격의 제·개정 시 기초 자료로 활용하고자 한다.

가설 설정

1) 자동차 표면의 굴곡 면과 전자파의 특성을 고려하였을 때 본 시험은 빈 공간(empty hall)에서 실시하므로 시험을 통해 측정되는 값은 각 위치별 최대값으로 가정한다.
3) 2.1절에서 조사한 자동차에 장착된 전장품의 대략적인 높이를 고려하여 측정 프로브의 높이는 1m로가정한다.
위의 시험방법으로 연구에 필요한 전계강도값을 얻고 자동차의 위치에 전자파를 인가하였을 때의 수치를 측정하였다. 본 시험을 하기에 앞서 위에서 제시한 시험방법들을 바탕으로 3가지를 가정하였다.

제안 방법

2) 앞서 설명된 교정의 유효성 여부를 확인하는 방법(One Field Probe 방법에서 측정주파수 대역의 80% 이상에서 15V/m 측정 여부를 확인하는 방법)을 바탕으로 아래 Fig. 5에서 보이는Test Point 전체에 적용하여 전계강도를 측정한다.
3.2.2에서 언급된 자동차의 전폭과 전장을 기준으로 가로, 세로 각각 2.0, 5.2m의 존(zone)을 만들어 기준점(Reference Point)을 중심으로 위에서 제시한 3.2.1의 가정 (2)에 준하여 존 내부에 총 55개의 측정센서 위치를 앞, 뒤, 좌우방향으로 0.5m의 간격을 주어 지정하였다.
위의 시험방법으로 연구에 필요한 전계강도값을 얻고 자동차의 위치에 전자파를 인가하였을 때의 수치를 측정하였다. 본 시험을 하기에 앞서 위에서 제시한 시험방법들을 바탕으로 3가지를 가정하였다.
이 기준의 측정주파수 범위는 20MHz에서 1GHz까지이며 Substitution Method 중에서 교정방법으로는 One Field Probe 방법³⁾을 사용하였다. 이 시험방법은 자동차 높이 3m 이상과 이하로 구분되어 실시하도록 되어 있으며 본 시험은 3m 이하의 방법으로 실시하였다. 아래 Fig.
은 일정한 신호를 생성하는 신호발생기(Signal Generator), 그 신호를 일정한 크기의 전계강도만큼 증폭시켜주는 전력증폭기(Amplifier), 전력 값을 측정하는 전력 측정기(Power Meter)및 안테나(Antenna)등을 이용하여 전자파를 인가하며, 인가된 전자파는 프로브(Probe)를 이용하여 측정하였다. 이때 프로브를 일정한 위치에 고정하기 위해 전자파 시험에 영향을 주지 않는 재질을 이용하여 지그(Jig)를 제작하여 사용하였다.
자동차 전자파 내성시험 방법에 관한 규격과 법규 중에서 현재 Wiring Harness 및 전장품에 관련되어 언급되어 있는 부분을 조사, 검토하였다. 국내자동차 안전기준⁵⁾에 의하면, 대부분의 Wiring Harness와 전장품의 장착 위치가 후면에 있을 경우에는 자동차를 수평으로 180° 회전하여 전면에 위치한 경우와 동일한 방법으로 시험한다.
전자파내성시험^3,4)은 일정한 신호를 생성하는 신호발생기(Signal Generator), 그 신호를 일정한 크기의 전계강도만큼 증폭시켜주는 전력증폭기(Amplifier), 전력 값을 측정하는 전력 측정기(Power Meter)및 안테나(Antenna)등을 이용하여 전자파를 인가하며, 인가된 전자파는 프로브(Probe)를 이용하여 측정하였다. 이때 프로브를 일정한 위치에 고정하기 위해 전자파 시험에 영향을 주지 않는 재질을 이용하여 지그(Jig)를 제작하여 사용하였다.
전체 시험주파수의 범위 중에서 20MHz에서 200MHz까지는 Fig. 9의 FSLPDA안테나, 200 MHz에서 1GHz까지는 Fig. 10의 DALPDA 안테나를 사용하여 수직극성으로 실시하였다.
측정 주파수 대역에서 주파수 간격(Step Size)을 5MHz로 설정하고 기준점에서 30V/m의 전계강도가 되도록 전자파를 인가하였다. 먼저 현재 국내외적으로 시험을 실시할 때 사용하는 기준점이 위치한 그룹 3의 프로브 5개의 측정값을 아래의 Fig.
측정 주파수 대역에서 주파수 간격을 10MHz로 설정하고 DALPDA 안테나를 이용하여 기준점에서 30V/m의 전계강도가 되도록 전자파를 인가하였다. 아래의 비교방법들은 4.
측정결과에 따른 분석을 하기 위해 안테나에서 가장 가까운 쪽 그룹 1에서 부터 가장 먼 쪽 그룹 11까지 분류를 하고 안테나별로 비교하였다.
본 연구에서는 현재 국내·외적으로 많이 사용되며 재현성이 뛰어난 Substitution Method^3,4)를 사용하였으며, 교정방법으로는 현재 국내에서 법규로 시행중인 One Field Probe 방법을 사용하였다. 현재 양산되고 있거나 개발 중인 자동차 전장품의 종류 및 위치를 고려하여 시험을 실시하였으며, 위치별 전계강도 측정값과 측정위치의 분포정도를 확인하여 내성시험 방법의 타당성을 조사하였다.

대상 데이터

내연기관 자동차는 현재 양산 중인 자동차 중 9대, 전기자동차는 국내업체에서 생산중인 저속 전기자동차 중 2대, 그리고 수소연료전지자동차는 현재 개발 단계에 있는 국내·외 차종 3대를 선정하여 전장품의 분포를 조사하였다.
본 시험에서는 저주파용 FSLPDA(Fore Shortened Log Periodic Array) 안테나, 고주파용 DALPDA(Dual Array of Log Periodic Array) 안테나와 전계강도 측정 장치인 FP3000A프로브를 사용하였으며 세부 사양은 Table 1과 같다.
본 연구를 위해 실시한 시험은 Fig. 3의 전자파 무반사실에서 실시하였으며 유효 면적이 20.4m(L) × 13.2m(W) × 7.0m(H), 사이트 감쇄량 ±4dB 이내, 차폐효과는 100dB 이상이며 Hybrid Type의 흡수체가 사용되었다.
시험을 실시하기 위해 전고, 전폭 및 전장이 길면서 다수의 전장품이 탑재된 S사의 C승용자동차를 기준으로 전자파 측정위치를 정하였다. 이 자동차를 기준으로 Fig.

이론/모형

본 연구에서는 자동차 종류 및 위치에 따른 전장품 분포를 조사하고 자동차 전자파 내성시험과 관련된 규격 및 법규를 조사, 분석하였다. 그리고 자동차 전자파 내성시험 방법을 평가하기 위하여 Substitution Method를 사용하였으며 One Field Probe 방법으로 교정하고 기준점에서 정해진 전계 강도가 측정되도록 전자파를 인가하였다. 실제 자동차 전장품의 장착위치에서의 전계강도 값을 측정하였고 그에 대한 결론은 다음과 같다.
본 시험은 국내 자동차안전기준⁵⁾에 준한 자동차 전자파 내성시험방법에 따라 실시하였다. 이 기준의 측정주파수 범위는 20MHz에서 1GHz까지이며 Substitution Method 중에서 교정방법으로는 One Field Probe 방법³⁾을 사용하였다.
본 연구에서는 현재 국내·외적으로 많이 사용되며 재현성이 뛰어난 Substitution Method3,4)를 사용하였으며, 교정방법으로는 현재 국내에서 법규로 시행중인 One Field Probe 방법을 사용하였다.
에 준한 자동차 전자파 내성시험방법에 따라 실시하였다. 이 기준의 측정주파수 범위는 20MHz에서 1GHz까지이며 Substitution Method 중에서 교정방법으로는 One Field Probe 방법³⁾을 사용하였다. 이 시험방법은 자동차 높이 3m 이상과 이하로 구분되어 실시하도록 되어 있으며 본 시험은 3m 이하의 방법으로 실시하였다.

성능/효과

1) 현재 양산되는 자동차의 전장품 장착 위치 분포조사 결과 그 분포 추세는 기존의 보닛내부에 엔진을 중심으로 좌우와 가장자리 부분에 집약되어 있는 구조이며 전기, 하이브리드 및 수소연료전지자동차는 전장품이 전체에 골고루 분포되어있다.
2) FSLPDA 안테나는 전지역에서 전계균일성 기준을 만족한다. 이에 비해 빔 폭이 작은 DALPDA 안테나는 양쪽 가장자리 측정값이 현저히 낮고 뒷부분으로 갈수록 전계 균일성 기준을 만족하지 못한다.
1절의 가정 (2)에서 제시한 방법을 적용하여 전체 측정 주파수 대역에서 기준점의 전계강도 30V/m의 절반인 15V/m 이상인 주파수 대역이 전체의 몇 퍼센트인지를 백분율로 나타내었다. 전체 그룹에서 측정주파수 대역의 모든 영역이 15V/m 이상이 측정되어 기준인 80% 이상을 만족하였다.
5m 간격으로 프로브를 설치하여 전체 측정 주파수 대역의 80% 이상에서 전계강도 값이 기준점에서 측정되는 전계강도값의 절반 이상이 측정되어야 한다. 즉 측정주파수범위가 20MHz에서 200MHz까지이고 측정 주파수간격이 5MHz이면 범위 내에서 37개의 주파수에서 측정이 이루어지고 이 측정되어지는 37개 주파수의 80%인 약 30개 주파수 이상에서 15V/m이상의 값이 측정되어야 함을 의미한다.

후속연구

3) DALPDA 안테나와 같이 빔 폭이 충분히 넓지 못하여 자동차 전장품이 분포하는 영역이 모두 포함되지 않는 경우에는 현재 사용하고 있는 전자파 내성시험방법의 보완이 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차의 전자파 적합성 시험 방법은 크게 어떤 시험으로 구성 되는가?	이에 따라 자동차 전자 부품들의 안전성을 확보하기 위한 평가 방법 중 전자파 적합성(Electro-Magnetic Compatibility) 시험방법도 꾸준하게 기준이 강화되어 가는 추세이다. 자동차의 전자파 적합성 시험 방법은 크게 자동차의 부품에서 발생되는 전자파가 다른 시스템에 영향을 주는지를 평가하는 전자파방사(Electro -Magnetic Interference) 시험과 외부 전자파로 인한 자동차의 안전성을 평가하는 전자파내성(Electro-Magnetic Susceptibility) 시험으로 구성된다. 본 연구에서는 두 종류 시험 중 자동차 전자파 내성시험방법에 관한 국내 외의 규격 및 기준을 살펴보고 문제점 및 개선 방향을 제시하고자 한다.
	자동차 전자 부품들의 안전성을 확보하기 위한 평가 방법으로 언급된 것은 무엇인가	또한 GM, 포드, 다임러, 현대 등 전 세계 대부분 자동차 제작사는 수소연료전지 자동차를 개발하고 있는 등, 자동차의 첨단전기, 전자부품들이 지속적으로 연구, 개발되고 있다. 이에 따라 자동차 전자 부품들의 안전성을 확보하기 위한 평가 방법 중 전자파 적합성(Electro-Magnetic Compatibility) 시험방법도 꾸준하게 기준이 강화되어 가는 추세이다. 자동차의 전자파 적합성 시험 방법은 크게 자동차의 부품에서 발생되는 전자파가 다른 시스템에 영향을 주는지를 평가하는 전자파방사(Electro -Magnetic Interference) 시험과 외부 전자파로 인한 자동차의 안전성을 평가하는 전자파내성(Electro-Magnetic Susceptibility) 시험으로 구성된다.
	자동차 부품에 적용되는 전기, 전자 및 정보통신의 기술이 급속하게 발전되고 있으며 첨단 시스템을 적용한 하이브리드 및 전기자동차가 출시되고 있는 이유는 어떤 추세 때문인가?	최근에는 자동차의 사용목적이 운송수단뿐만 아니라 안전성 및 편의성도 중요하게 고려되고 있다. 이러한 추세에 따라 자동차부품에 적용되는 전기, 전자 및 정보통신의 기술이 급속하게 발전되고 있으며 첨단 시스템을 적용한 하이브리드 및 전기자동차가출시되고있다.

참고문헌 (10)

Road Vehicles - Vehicle Test Methods for Electrical Disturbance from Narrowband Radiated Electromagnetic Energy - Part 1: General Principles and Terminology, ISO 11451-1, 2005.
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Road Vehicles - Vehicle Test Methods for Electrical Disturbance from Narrowband Radiated Electromagnetic Energy - Part 2: Off - Vehicle Radiation Sources, ISO 11451-2, 2005.
Vehicle Electromagnetic Immunity: Off - Vehicle Source, SAE J551/11, 2000.
자동차관련 고시집 : 자동차안전기준시행세칙, 국토해양부, 2009.
Official Journal of the European Union, Commission Directive 2004/104/EC, p.44, 2004.
United Nations Economic Commission for Europe, UN/ECE Regulation No.10 Revision 3, 2008.
General Specification for Vehicle, Electromagnetic Compatibility, GMW3091, 2006.
W. L. Stutzman and G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, Wiley, New York, 2007.
M. G. Bae, J. K. Shin, G. J. Yong and H. G. Woo, "The Calibration for Vehicle Electro- Magnetic Immunity Tests along with Changing Position of Components," Spring Conference Proceedings, KSAE, pp.889-894, 2009.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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