Test de compatibilité électromagnétique

Explication des termes

Comme tous les appareils électroniques, un E-MTB génère des champs électromagnétiques pendant son fonctionnement. Ceux-ci sont générés par le moteur, car celui-ci, comme tout autre moteur électrique, génère sa force motrice à l'aide de tels champs entre le rotor et le stator. Cependant, le moteur n'est pas le seul à provoquer des champs électromagnétiques sur l'E-MTB. L'électronique de puissance existante, telle que les interrupteurs, les contrôleurs et les convertisseurs de tension électrique, peut également provoquer de tels effets. De même, de tels champs apparaissent autour de tous les câbles par lesquels l'électricité circule sur le vélo de montagne électronique. Plus ces câbles sont longs, plus ces effets sont amplifiés.

Lors de la conception d'un E-MTB, les ingénieurs doivent s'assurer que les champs électromagnétiques qui se produisent inévitablement n'interfèrent pas avec le fonctionnement d'autres appareils électroniques. Il est également nécessaire de prévenir les dysfonctionnements de l'E-MTB. Cela ne peut être réalisé que si tous les composants électroniques du vélo électrique sont protégés de manière optimale contre les champs d'interférence émanant d'autres appareils et machines.

Dans la vie quotidienne, on peut observer très clairement les perturbations causées par les champs électromagnétiques. Par exemple, si vous placez votre téléphone portable près d'un moniteur lorsque vous recevez un appel entrant. L'écran commence à clignoter. La cause de cette perturbation est le champ électromagnétique du téléphone. Le bruit et le crépitement soudains du système hi-fi sont également le signe qu'un autre appareil électrique situé à proximité provoque des interférences.

Procédure de test CEM pour les vélos électriques

Les critères de compatibilité électromagnétique qui s'appliquent aux E-MTB sont définis dans la directive DIN EN 15194:17. Dans ce contexte, il est important de savoir que chaque composant électronique de la bicyclette électrique doit être conforme à ces normes prescrites en soi. En outre, la norme DIN EN 15194:17 stipule que tous les composants du système qu'un fabricant a l'intention de commercialiser doivent être testés en combinaison.

En pratique, cela signifie pour le fabricant de vélos électriques que le moteur en tant qu'entraînement électrique ne doit pas être le seul à être testé pour son rayonnement et sa protection contre les interférences des champs électromagnétiques. Tous les composants tels que l'éclairage, la batterie et l'affichage doivent être conformes aux normes, tant individuellement que sur le vélo lui-même.

Les tests nécessaires sont divisés en trois domaines :

1. Test d'immunité aux interférences

Pendant que le vélo est sur le banc d'essai, le moteur est mis en marche pour l'assistance à une vitesse réaliste [22,5 km/h]. Les antennes sont pointées vers le vélo, qui émet une fréquence d'interférence dans la gamme de fréquences 20-2000 MHz. Toutes les mesures sont prises à l'avant et à l'arrière du vélo, ainsi qu'en mode veille et en mode d'assistance à la poussée.

Pendant l'essai, le banc d'essai enregistre la puissance de sortie du moteur et sa vitesse. Le changement de vitesse ne doit pas dépasser 10 % et l'état de fonctionnement du système doit également rester inchangé. En outre, des caméras sont installées dans la salle de mesure. Ceux-ci surveillent l'état et le comportement des systèmes d'éclairage et de l'unité de contrôle.

Tant que la bicyclette est exposée aux fréquences d'interférence, il ne doit pas y avoir de changement de vitesse de l'entraînement ou tout autre dysfonctionnement du système au-delà des limites autorisées. Si cela devait se produire dans la pratique, le système de commande du pédalier pourrait être altéré et, par exemple, le moteur pourrait modifier considérablement son comportement de manière involontaire. Si vous imaginez un tel dysfonctionnement lorsque vous roulez à vélo dans la circulation routière, par exemple lorsque vous attendez devant un feu rouge, un tel dysfonctionnement devient rapidement un danger grave.

2. Mesure de l'interférence émise

Toutes les émissions de champs électromagnétiques générées par le vélo électrique doivent rester en dessous des limites applicables. Dans le cas contraire, les fréquences radio, les équipements ou les machines radio, par exemple, peuvent être perturbés. Pour le tester, l'e-bike est installé sur un dynamomètre et fonctionne avec une charge réaliste de 75 % de la puissance continue nominale. Les antennes utilisées pour capter les éventuelles émissions parasites du vélo seront précisément orientées vers le vélo et capteront les émissions dans une gamme de fréquences de 30 à 1000 MHz. Toutes les mesures sont effectuées sur les côtés gauche et droit et en mode veille.

3. ESD - Test de décharge électrostatique

Cette procédure de test permet de vérifier si les composants électroniques du vélo électrique sont perturbés par des différences potentielles dans l'environnement et si leur fonction est altérée. Dans le laboratoire d'essai, cela se fait à l'aide de pistolets ESD qui déchargent des décharges par contact à +/- 4 kV et des décharges dans l'air à +/- 8 kV spécifiquement sur le vélo électrique. La décharge ne doit pas provoquer de changements durables dans l'état de fonctionnement de l'ensemble du vélo et de toutes les pièces électroniques.

Dans la pratique, par exemple, le cycliste peut provoquer des différences et des perturbations potentielles. En effet, toute personne peut se charger électrostatiquement et provoquer une décharge de tension, par exemple, en s'approchant de l'écran de l'e-bike. De même, tous les composants électroniques sont reliés au vélo. S'il y a un changement dans le rapport de tension de ces composants les uns par rapport aux autres, des différences de potentiel qui interfèrent avec la fonction peuvent se produire.

Les mesures et les tests réels peuvent être effectués en un temps relativement court et ne prennent que quelques minutes. Cependant, la mise en place du banc d'essai et l'alignement des antennes prennent beaucoup plus de temps. Pour que tous les tests puissent être effectués avec précision, le vélo électrique doit être fixé dans la bonne position sur le banc à rouleaux dans la salle de mesure. Le changement des antennes pour les différentes gammes de fréquences est également un processus qui prend du temps.

Contexte et défis

Comme les tests CEM complexes ne peuvent pas être effectués dans notre propre atelier de développement ROTWILD, nous travaillons avec des instituts d'essai renommés. Ceux-ci disposent des équipements de mesure de haute qualité nécessaires et d'un banc d'essai avec des caméras mobiles. L'ensemble du dispositif d'essai est situé dans une salle de mesure absorbante, où la pression atmosphérique, la température et l'humidité doivent correspondre parfaitement.

La vitesse de développement des vélos électroniques est actuellement énorme. La demande de rendez-vous d'essai dans les laboratoires d'essai indépendants est donc élevée. Il n'est donc pas facile pour les ingénieurs de trouver des laboratoires qui ont encore des capacités disponibles en ce qui concerne le démarrage prévu de la production en série d'un E-MTB nouvellement développé.

Comme nous testons tous les composants d'un réseau, il s'est avéré utile de se concentrer sur la conception, le routage et le blindage des câbles. En effet, les effets des sources d'interférence peuvent être amplifiés par l'acheminement des câbles.

En outre, les conditions générales pour des tests CEM parfaits sont un défi, surtout en ce qui concerne les écrans. Les boutons poussoirs doivent être scellés de la meilleure façon possible afin de respecter les valeurs limites requises.

En outre, ces composants ont souvent des boîtiers en plastique qui protègent des champs électromagnétiques à des degrés divers selon la composition du matériau. Toutefois, grâce à une conception propre, ces produits peuvent également être fabriqués de manière à ce qu'ils passent tous les tests de compatibilité électromagnétique.

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