高 京

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

車載電子電器零件是車輛電器系統(tǒng)的組成部分，其在電磁環(huán)境中的抗干擾特性直接影響著在此基礎(chǔ)上設(shè)計的車輛電器系統(tǒng)的抗干擾免疫力。尤其是發(fā)動機(jī)控制單元、安全氣囊控制模塊等和安全相關(guān)的控制模塊，若其抗電磁干擾能力得不到保證，不僅影響最終客戶使用車輛的穩(wěn)定性、安全性，還會影響車輛生產(chǎn)商的形象及經(jīng)濟(jì)效益。因此，為保證電子電器零件的抗干擾能力，除了設(shè)計考慮、過程管控外，還要在設(shè)計鎖定后完成相應(yīng)的電磁騷擾和抗干擾的測試。本文以設(shè)計驗證為背景，結(jié)合DFSS的方法，優(yōu)化車載電子產(chǎn)品在電磁抗干擾測試中的方法，提升測試的場強準(zhǔn)確度，為產(chǎn)品開發(fā)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

筆者在實際的工作中就遇到過：相同的被測試樣件在不同的測試場地，由于場強的偏差，導(dǎo)致最終的測試結(jié)果不一致，即其中一個測試場地的結(jié)果是合格的，另一個測試場地的測試結(jié)果是不合格的。本文結(jié)合DFSS的方法，闡述如何校準(zhǔn)場地的場強，以達(dá)到不同測試場地，得到相同測試結(jié)果的目的。

1 DFSS簡介

DFSS(Design For Six Sigma)即六西格瑪設(shè)計，是運用一套系統(tǒng)化的工程技術(shù)以設(shè)計出符合六西格瑪水平的產(chǎn)品、流程或服務(wù)的管理制度。

DFSS一般分為I(Identify識別)、D(Design設(shè)計)、O(Optimize優(yōu)化)、V(Validation驗證)4個階段。

本文重點介紹DFSS在輻射抗干擾測試中為保證測試結(jié)果一致性的優(yōu)化參數(shù)選擇及實際測試應(yīng)用。

2 輻射抗干擾電波暗室法測試介紹

2.1 電波暗室法

電波暗室法 (GB/T 33014.2)是指產(chǎn)品對連續(xù)窄帶輻射電騷擾的抗擾試驗方法，適用頻率為80～18000 MHz，根據(jù)用戶指定的頻率范圍和相應(yīng)的試驗嚴(yán)酷等級對產(chǎn)品進(jìn)行測試。

本測試使用替代法進(jìn)行，使用前向功率作為替代法場強的標(biāo)定和試驗的基準(zhǔn)參數(shù)。試驗分2個階段進(jìn)行：場強標(biāo)定與連接上線束和外圍設(shè)備的DUT試驗。在場強標(biāo)定階段確定獲得預(yù)定場強所需的射頻功率。

2.2 場強標(biāo)定

用戶規(guī)定的場強 (試驗等級)應(yīng)在每次試驗開始前都進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定時記錄每個試驗頻率下產(chǎn)生固定場強 (使用場探頭進(jìn)行測量)所需的前向功率，使用未調(diào)制的正弦波進(jìn)行標(biāo)定。

具體的標(biāo)定方法和定義均在GB/T 33014.2標(biāo)準(zhǔn)中有所描述，在此不再復(fù)述，將重點介紹運用DFSS方法，確保不同測試場地場強一致，確保不同場地進(jìn)行相同DUT測試結(jié)果的一致性。

3 DFSS在抗擾測試中場強標(biāo)定的案例

3.1 明確測試場地技術(shù)要求

以某款車型安裝于乘客艙的某電子系統(tǒng)為例。其定義的要求如下：①測試場強：100V/m；②功能判定等級：Class A。

結(jié)合測試條件，運用DFSS D階段的方法，確定測試的技術(shù)要求如下：①場強均值μ(V/m，望目)：99≤μ≤105；②場強標(biāo)準(zhǔn)差σ(望小)≤3。詳細(xì)見表1。

表1 測試場地技術(shù)要求

3.2 影響測試結(jié)果因子及優(yōu)化

在輻射抗干擾測試中，影響因素分布圖如圖1所示，根據(jù)DFSS設(shè)計階段所產(chǎn)生的概念設(shè)計可見，影響測試結(jié)果的因素共有13個，見圖1中的各標(biāo)注。

圖1 影響因素分布圖

為簡化影響因子，重新設(shè)計制作了場強探頭支架 (圖2)、1 GHz以上接收天線工裝支架 (圖3)、根據(jù)實際被測樣件制作相應(yīng)的固定支架，制作天線與測試桌之間的固定夾具 (圖4)，增加天線上的水平測量儀 (圖5)，確認(rèn)天線的指向性。

圖2 探頭新老支架對比

圖3 1 GHz以上接收天線工裝新舊支架對比

圖4 天線與測試桌之間的參考支架定位

圖5 增加天線水平測量儀

此外，還對各對應(yīng)測試夾具和被測件用色標(biāo)固定了相應(yīng)的位置，以減少測試過程中此因素所帶來的不確定影響。

3.3 影響測試結(jié)果因子分析

根據(jù)GB/T 33014.2輻射抗干擾測試標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)合DFSS的分析，影響測試結(jié)果的因子共分為7個，其特性及指標(biāo)見表2。

表2 影響測試結(jié)果因子的特性及指標(biāo)

3.4 影響測試結(jié)果因子簡化

結(jié)合表2中的變量1、4、5，通過相對應(yīng)的夾具進(jìn)行控制 (圖2～圖4)，可認(rèn)為是恒定的量，因此簡化后的因子及變量如下。

針對1GHz以下的測試，因子簡化為2個：①場強探頭的縱向位置X1：場強探頭在縱向上偏離中心點位置對測試結(jié)果的影響；②場強探頭的垂向位置X2：場強探頭在垂向上偏離中心點位置對測試結(jié)果的影響。

針對1GHz以上的測試，因子簡化為3個：①場強探頭的縱向位置Y1：場強探頭在縱向上偏離中心點位置對測試結(jié)果的影響；②場強探頭的垂向位置Y2：場強探頭在垂向上偏離中心點位置對測試結(jié)果的影響；③測試天線的垂向位置Y3：測試天線在垂向上偏離中心點位置對測試結(jié)果的影響。

3.5 測試及結(jié)果分析

3.5.1 1 GHz以下測試分析

根據(jù)3.4章節(jié)中的變量，使用2K因子法，其測試直交表為2X22+2：重復(fù)2次測試，2因子2水平，但由于不確認(rèn)中心點是否有彎曲，因此再在中心點進(jìn)行2次測試。為查看不同操作者對測試結(jié)果的影響，選擇2組區(qū)組，即2個不同的操作者進(jìn)行相同的測試。測試矩陣和測試數(shù)據(jù)見表3。

結(jié)合Minitab軟件對測試數(shù)據(jù)平均值μ的Pareto數(shù)據(jù)分析見圖6，該數(shù)據(jù)說明場強探頭縱向因子和場強探頭垂向因子對平均值μ的貢獻(xiàn)不顯著 (P＞0.05)。通過對平均值μ的主效應(yīng)圖分析 (圖7)，角點的效應(yīng)沒有中心點的效應(yīng)顯著。對平均值μ的方差分析 (圖8)，區(qū)組對所產(chǎn)生的方差貢獻(xiàn)比較大，而區(qū)組為測試人員的差異，說明需要加強對測試人員的培訓(xùn)。

表3 1 GHz以下測試分析中測試矩陣和測試數(shù)據(jù)

圖6 1 GHz以下平均值μ的Pareto數(shù)據(jù)分析

圖7 1 GHz以下平均值μ的主效應(yīng)圖

圖8 1 GHz以下平均值μ的方差分析

結(jié)合Minitab軟件對測試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差σ的Pareto的數(shù)據(jù)分析 (圖9)，場強探頭縱向因子和場強探頭垂向因子對標(biāo)準(zhǔn)差的貢獻(xiàn)不顯著 (P＞0.05)，但區(qū)組的貢獻(xiàn)顯著 (P＜0.05)。通過對標(biāo)準(zhǔn)差σ的主效應(yīng)圖分析見圖10，角點的效應(yīng)沒有中心店的效應(yīng)顯著。對標(biāo)準(zhǔn)差σ的方差分析 (圖11)，區(qū)組對所產(chǎn)生的方差貢獻(xiàn)比較大，而區(qū)組為測試人員的差異，說明需要加強對測試人員的培訓(xùn)。

圖9 1 GHz以下標(biāo)準(zhǔn)差σ的Pareto的數(shù)據(jù)分析

圖10 1 GHz以下標(biāo)準(zhǔn)差σ的主效應(yīng)圖

圖11 1 GHz以下標(biāo)準(zhǔn)差σ的方差分析

3.5.2 1 GHz以上測試分析

根據(jù)3.4章節(jié)的內(nèi)容，使用2K因子法，其測試直交表為2X23+2，重復(fù)2次測試，3因子2水平，由于不確認(rèn)中心點是否彎曲，因此再在中心點進(jìn)行2次測試。為查看不同操作者對測試結(jié)果的影響，選擇2組區(qū)組，即2個不同的操作者進(jìn)行相同的測試。1 GHz以上測試分析中測試矩陣和測試數(shù)據(jù)見表4。

結(jié)合Minitab軟件對測試數(shù)據(jù)的分析平均值μ無彎曲 (P＞0.05)，1 GHz以上平均值方差分析如圖12所示，但標(biāo)準(zhǔn)差有彎曲 (P＜0.05)，標(biāo)準(zhǔn)差方差分析如圖13所示。曲率顯著，因此應(yīng)繼續(xù)采用CCD方法分析，見表5。

結(jié)合Minitab的分析曲面設(shè)計，可分別得到平均值與場強探頭垂向、縱向位置的等值線分析圖 (圖14)，以及標(biāo)準(zhǔn)差與場強探頭垂向、縱向位置的等值線分析圖 (圖15)。

表4 1 GHz以上測試分析中測試矩陣和測試數(shù)據(jù)

圖12 1 GHz以上平均值方差分析

圖13 1 GHz以上標(biāo)準(zhǔn)差方差分析

從平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的分析等值線可以看出，數(shù)據(jù)中心向場強探頭縱向位置有偏移，平均值和標(biāo)準(zhǔn)差均如此，需要對場強探頭和天線的位置進(jìn)行調(diào)整。

直接在軟件中運行響應(yīng)優(yōu)化器，得到最優(yōu)解，響應(yīng)優(yōu)化最優(yōu)解及合意性參數(shù)值結(jié)果見圖16。

表5 CCD方法分析法分析的測試矩陣和測試數(shù)據(jù)

圖14 平均值與場強探頭垂向、縱向位置的等值線圖

為便于制作夾具，提升可操作性，實際選擇位置及合意性參見圖17中的參數(shù)：場強探頭縱向位置2.0，場強探頭垂向位置2.5，天線垂向位置6.0，符合合意性的參數(shù)值為0.90256(大于0.85即認(rèn)為滿足要求)。

3.6 結(jié)論及改進(jìn)措施

3.6.1 1 GHz以下測試結(jié)論及改進(jìn)措施

通過3.5.1章節(jié)中的數(shù)據(jù)分析，得到如下結(jié)論：工裝夾具對測試結(jié)果的控制效果顯著，能良好控制測試值，消除其所導(dǎo)致的不良影響；中心點對平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的效應(yīng)顯著；區(qū)組對平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的貢獻(xiàn)比較大。

圖15 標(biāo)準(zhǔn)差與場強探頭垂向、縱向位置的等值線圖

圖16 響應(yīng)優(yōu)化最優(yōu)解及合意性參數(shù)值

圖17 實際選擇位置及合意性參數(shù)值

針對上述結(jié)論，制定了如下解決措施：在固定工裝夾具的基礎(chǔ)上，選擇中心點 (場強探頭縱向位置0，垂向位置0)作為測試基準(zhǔn)；更新或重新制定相應(yīng)的操作指導(dǎo)書或培訓(xùn)計劃，減少或消除區(qū)組 (測試人員)所產(chǎn)生的差異。

3.6.2 1 GHz以上測試結(jié)論及改進(jìn)措施

通過3.5.2章節(jié)中的數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論：天線探頭的縱向位置應(yīng)選擇在2.0，垂向位置應(yīng)選擇在2.5這個點，必須制作相應(yīng)的探頭支架進(jìn)行支撐測試；天線垂向位置必須選擇在6.0這個點，確保能得到一致性的測試場強。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實際工作中所遇到的測試結(jié)果差異問題，首次采用DFSS方法對測試條件進(jìn)行逐一分析，并結(jié)合Minitab分析軟件對因子影響測試結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，找到了測試過程中影響測試結(jié)果的因子，并對該因子的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇，成功解決了上海汽車集團(tuán)股份有限公司在測試過程中存在的測試結(jié)果差異的問題。

在后續(xù)的測試運用過程中，該方法同樣適用，為不同試驗室間的數(shù)據(jù)對比提供了一種新的思維和分析方法，擴(kuò)寬了測試行業(yè)的分析思路，但在具體的案例中需要對各因子簡化進(jìn)行慎重分析，以避免忽略了重要影響因子，對測試和分析結(jié)果造成嚴(yán)重的影響。在時間和成本允許的條件下，建議全因子進(jìn)行測試和分析，以找到最優(yōu)的測試結(jié)果和效果。