Introducao a Compatibilidade Eletromagnetica

7/22/2019 Introducao a Compatibilidade Eletromagnetica

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EDUARDO PRADO SOARES

INTRODUO A COMPATIBILIDADE ELETROMAGNTICA AUTOMOTIVA

So Caetano do Sul

2013


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EDUARDO PRADO SOARES

INTRODUO A COMPATIBILIDADE ELETROMAGNTICA AUTOMOTIVA.

Monografia apresentada ao curso de Ps-Graduao

em Engenharia Automotiva, da Escola de

Engenharia Mau do Centro Universitrio do

Instituto Mau de Tecnologia para obteno do ttulo

de Especialista.

Orientador: Prof. Dr. Wanderlei Marinho da Silva

So Caetano do Sul

2013


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Soares , Eduardo PradoIntroduo a compatibilidade eletromagntica automotiva.Eduardo Prado Soares. So Caetano do Sul, SP: CEUN-CECEA, 2013.

75p.

Monografia Especializao em Engenharia Automotiva. CentroUniversitrio do Instituto Mau de Tecnologia, So Caetano do Sul, SP, 2013.

Orientador: Prof. Wanderlei Marinho da Silva

1. Introduo, 2. Reviso Bibliogrfica, 3. Mtodo, 4.Resultados, 5.

Conclusos e Sugestes.Instituto Mau de Tecnologia. Centro Universitrio.


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RESUMO

notrio o aumento de sistemas eletrnicos embarcados em veculos na ltima dcada.Estes sistemas esto presentes no gerenciamento eletrnico de motor, sistemas de navegao eentrenimento, controle eletrnico de trao, sistema eletrnico de diagnstico, sistemasremotos de rastreamento e bloqueio veicular entre muitos outros, mas toda esta integraotrouxe consigo a necessidade de garantir o funcionamento satisfatrio de todo o conjunto. Porisso aos inmeros testes aos quais o veculo submetido durante o seu desenvolvimentoagregou-se a necessidade de testes de Compatibilidade Eletromagntica, pois desta formaalm dos testes de funcionalidade objetiva executados nos vrios sistemas embarcados sejapossvel garantir que no haja degradao de suas funes devido a interfernciaeletromagntica geradas por sistemas internos e/ou externos ao veculo. Este trabalho visaapresentar uma introduo a este assunto, que nas ltimas dcadas tornou-se uma rea degrande importncia dentro a indstria automobilstica.

Palavras-chave: Compatibilidade Eletromagntica Automotiva, InterfernciaEletromagntica, Eletrnica Embarcada Automotiva.


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ABSTRACT

A remarkable fact during the last decades on automotive industry is the huge electronicsystems increase on vehicles. These systems are present on engine management, navigationsystems, enterainment systems, vehicle localization and blocking systems and others. In orderto guarantee a safistactory and safe operantion ( operation without performance degradation)of these systems, Electromagnetic Compatibility (EMC) tests was added to automotive testrequirements.

This work intents to provide an introduction to this theme due to the great importancegiven to EMC on Automotive industry.

Keywords:Automotive Electromagnetic Compatibility. Electromagnetic Interference.Automotive Embedded Electronics.


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LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 Exemplos de fontes de interferncia eletromagntica ........................................ 14Figura 2 Modelo bsico de EMC ....................................................................................... 15

Figura 3 Comprimento de onda de Frequncias ............................................................... 17

Figura 4 Convergncia da Indstria Eletrnica e da Indstria Automotiva ......................... 19

Figura 5 Aumento da eletrnica embarcada em automveis ............................................. 20

Figura 6 Evoluo da Eletrnica e aplicaes automotivas ............................................... 20

Figura 7 Distribuio eletrnica em um carro de 1970 ...................................................... 21

Figura 8 Distribuio eletrnica em um carro de atual ...................................................... 22

Figura 9 Variao do ponto de retorno de sinal em funo da frequncia ......................... 24Figura 10 Circulao de corrente para sinais de frequncias baixas e altas ..................... 25

Figura 11 Diferena de potencial entre pontos de aterramento ......................................... 25

Figura 12 Aterramento srie ............................................................................................. 26

Figura 13 Aterramento Paralelo ........................................................................................ 27

Figura 14 Aterramento Multiponto ..................................................................................... 27

Figura 15 Acoplamento Galvnico .................................................................................... 28

Figura 16 Acoplamento Indutivo........................................................................................ 29

Figura 17 Modelamento do acoplamento indutivo e capacitivo ......................................... 30Figura 18 Modelamento do Acoplamento Irradiado ........................................................... 31

Figura 19 Comparativo do Comprimento de onda de um sinal Senoidal e o tamanho fsico

de uma antena ..................................................................................................................... 32

Figura 20 Padro de campo de uma antena dipolo e monopolo ....................................... 33

Figura 21 Capacitncia e circulao de corrente na antena dipolo ................................... 33

Figura 22 Capacitncia e circulao de corrente na antena monopolo ............................. 34

Figura 23 Modelamento de antena dipolo e monopolo ...................................................... 34

Figura 24 Papel do condutor no aumento da eficincia do sinal irradiado ......................... 35

Figura 25 Diagrama de Irradiao de uma antena ............................................................ 36

Figura 26 Campos Eltricos e Magnticos em condutores paralelos ................................ 37

Figura 27 Caractersticas distribudas em uma linha de transmisso ................................ 37

Figura 28 Linha de transmisso multicondutor .................................................................. 38

Figura 29 Modelamento de interferncia por Crosstalk ..................................................... 39

Figura 30 Blindagem de um circuito .................................................................................. 40

Figura 31 Mecanismo da atenuao por blindagem .......................................................... 40

Figura 32 Modelos de filtro ................................................................................................ 41

Figura 33 Diviso dos testes de EMC ............................................................................... 42


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Figura 34 Modelo do corpo humano para descarga eletrosttica ...................................... 46

Figura 35 Diagrama do Rel ............................................................................................. 47

Figura 36 Construo Interna do Rel .............................................................................. 48

Figura 37 Diagrama de blocos do Rel ............................................................................. 48Figura 38 Diagrama da montagem fsica do teste ............................................................. 49

Figura 39 Diagrama da montagem fsica do teste ............................................................. 51




Figura 43 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 400MHz a 1 GHz sem

Modulao ........................................................................................................................... 55

Figura 44 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 400MHz a 1 GHz emModulao por Pulso ........................................................................................................... 55

Figura 45 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 400MHz a 1 GHz em

Modulao por Pulso ........................................................................................................... 56

Figura 46 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 1GHz a 2GHz em


Figura 47 Exposio a Campo de 600V/m em frequncias de 1GHz a 2GHz em


Figura 48 Leitura de campo irradiado para frequncias de 530kHz a 1.71MHz ................ 58

Figura 49 Leitura de campo irradiado para frequncias de 45.2MHz a 200MHz ............... 59

Figura 50 Leitura de campo irradiado para frequncias de 200MHz a 439MHz ................ 59

Figura 51 Leitura de campo irradiado para frequncias de 1.567MHz a 1.583MHz .......... 60

Figura 52 Simulao de transientes causados por desconexo de cargas indutivas ........ 60

Figura 53 Simulao trasientes causados pela indutcia presente nos chicotes ............... 61

Figura 54 Simulao de transientes causados por motores DC. ....................................... 61

Figura 55 Simulao de transientes causados por chavemento de alta frequncia .......... 62

Figura 56 Simulao Load Dump- Desconexo da bateria com o alternador em

funcionamento ..................................................................................................................... 62

Figura 57 Leitura de emisses conduzidas para Frequncias de 53kHz a 1.71MHz ......... 63

Figura 58 Pontos de aplicao de descarga eletrosttica ................................................. 64


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Fonte de Interferncia Eletromagntica .............................................................. 15

Tabela 2 Normas Internacionais ....................................................................................... 43

Tabela 3 Intensidade de Campo no ambiente automotivo ................................................. 44

Tabela 4 Valores tpicos de ESD ...................................................................................... 45

Tabela 5 Equipamentos de teste Imunidade Irradiada ...................................................... 49

Tabela 6 Faixa de frequncias, intensidade de campo, modulao e polarizao ............ 50

Tabela 7 Equipamentos de teste de Emisses Irradiadas ................................................. 50

Tabela 8 Equipamentos de teste de Imunidade Conduzida .............................................. 52

Tabela 9 Configuraes dos pulsos .................................................................................. 52

Tabela 10 Equipamentos de teste de Emisses Conduzidas ............................................ 53

Tabela 11 Equipamentos de Teste ESD ........................................................................... 53

Tabela 12 Valores e Modos de Descarga ......................................................................... 54

Tabela 13 Normas EMC automotivas ............................................................................... 71


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas.

EC (European Comunity) Comunidade Europia.

SAE (Society of Automotive Engineers) Sociedade de Engenheiros

Automotivos.

CISPR (Comit International Spcial des Perturbationa Radio lectriques)

Comit Especial Internacional de Radio Interferncia.

EMC Electromagnetic Compatibility Compatibilidade Eltromagntica.EMI Electromagnetic Interference Interferncia Eltromagntica.

FCC (Federal Comunication Comission) Comisso Federal de Comunicao.

ISO (International Organization for Standardization) Organizao

Internacional de Padronizao.

INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.

Comprimento de onda.

f Frequncia em Hertz

c Constante da velocidade da luz no vcuo.

AM Amplitude Modulada.

FM Frequncia Modulada.

Resistncia eltrica em Ohms.

Hz Hertz.

MOS (Metal Oxide Semiconductor) Semicondutor Metal-xido.

RF Radio Frequncia.

ESD (Electrostatic Discharge) Descarga Eletrosttica.

DC Corrente Contnua.

PWM Pulse Width Modulation Modulao por Largura de Pulso.

HF (High Frequency) Alta Frequncia.

LF (Low Frequency) Baixa Frequncia.

UHF (Ultra High Frequency) Ultra Alta Frequncia.

VFH (Very High Frequency) Frequncia Muito Alta.


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SUMRIO

1 INTRODUO ..................................................................................................................... 122 REVISO BIBLIOGRFICA .............................................................................................. 13

2.1 Introduo ........................................................................................................................... 13

2.1.1 Fontes de perturbao eletromagntica .......................................................................... 13

2.1.2 Mecanismo da interferncia eletromagntica .................................................................. 15

2.1.3 Comprimento de onda ..................................................................................................... 16

2.2 Histrico ............................................................................................................................. 18

2.3 EMC E A INDSTRIA AUTOMOTIVA.......................................................................... 18

2.3.1 A evoluo da eletrnica embarcada ............................................................................... 20

2.3.2 Exemplos de falhas relacionadas a EMI em automveis ................................................ 23

2.4 Conceitos Bsicos usados em EMC ................................................................................... 23

2.4.1 Alimentao e Retorno do Sinal ...................................................................................... 23

2.4.2 Aterramento ..................................................................................................................... 24

2.4.3 Acoplamento Galvnico .................................................................................................. 28

2.4.4 Acoplamento Indutivo (Magntico) ................................................................................ 29

2.4.5 Acoplamento Capacitivo (Eltrico) ................................................................................. 30

2.4.6 Acoplamento Irradiado .................................................................................................... 31

2.4.7 Antenas ............................................................................................................................ 32

2.4.8 Linha de Transmisso ...................................................................................................... 36

2.4.9 Crosstalk .......................................................................................................................... 38

2.4.10 Blindagem e Filtro ......................................................................................................... 39

2.5 Normalizao EMC ........................................................................................................... 41

2.5.1 Diviso das Normas ......................................................................................................... 42

2.5.2 Emisso Irradiada (RI) e Imunidade Irradiada (RE) ....................................................... 43

2.5.3 Emisso Conduzida (CE) e Imunidade Conduzida (CI) .................................................. 44

2.5.4 ESD .................................................................................................................................. 45

3 MTODO .............................................................................................................................. 47

3.1 Introduo ........................................................................................................................... 47

3.2 Teste de EMC ..................................................................................................................... 47

3.2.1 Rel .................................................................................................................................. 473.2.2 Descrio dos testes ......................................................................................................... 49


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4 APRESENTAO DOS RESULTADOS ............................................................................ 54

4.1 Imunidade Irradiada RI .................................................................................................... 54

4.2 Emisses Irradiadas RE ................................................................................................... 58

4.3 Imunidade Conduzida CI ................................................................................................. 60

4.4 Emisses Conduzidas CE ................................................................................................ 64

5 CONCLUSES E RECOMENDAES ............................................................................. 65

Alinhamento com problemas e objetivos. Sugesto de novas pesquisas e limitaes. ............ 65

REFERNCIAS ....................................................................................................................... 66

ANEXO A Normas EMC Automotivas ................................................................................ 71


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1 INTRODUO

Este trabalho visa apresentar, atravs de pesquisa bibliografica, uma introduo aCompatibilidade Eletromagnetica Automotiva, apresentando um breve histrico da evoluo e

aumento dos sistemas eletrnicos embarcados, seu impacto na gerao de interfernciaseletromagnticas e os problemas associados a esta integrao.

Este tema foi escolhido devido a importncia atribuda a Compatibilidade Eletromagntica(EMC) nos ltimos anos e escassez de materiais em lingua Portuguesa com este foco na reaAutomotiva.

Verifica-se atualmente a aplicao macia de sistemas eletrnicos nos automveis, comoos sistemas de Gerenciamento eletrnico do motor (ex. injeo eletrnica), Sistemas deConforto e Convenincia tais como: vidros eltricos, Alarme, sistemas de abertura eacionamento remoto do veculo, ar condicionado com controle digital), Entretenimento (

Radios, DVDs) e suas interfaces com celulares ( ex. viva voz), Sistemas de Segurana(AirBag, Freios AntiBlocantes ABS, Programa eletrnico de estabilidade- ESP, Sistema deControle de trao TCS), radar automotivo, sistema de viso noturna entre outros. Todosestes sistemas, utilizando microprocessadores com altas frequencias de operao (em algunscasos superiores a 1GHz), redes de comunicao com mdias e altas taxas de transmissotanto via condutores quanto via rdio freqencia (RF), devem operar sem degradao de suasfunes, na presena do rudo eletromagntico causados pelos sistemas internos e externosaos veculos (ex.: Linhas de transmisso de alta/altssma tenso, antenas de micro-ondas,antenas de transmisso de AM e FM, redes de telefonia mvel).

Neste ponto a Compatibilidade Eletromagntica tem sua importncia destacada, pois noestamos tratando somente de conforto, convenincia do condutor e passageiros (que tem suaimportncia na qualidade percebida do produto), mas tambm de itens relacionados asegurana e portanto sujeito a legislao dos pases onde o veculo comercializado. Comoafirmado no incio deste texto este trabalho visa apresentar uma introduo sobre este tema,servindo como uma referncia adicional queles que se interessam pela CompatibilidadeEletromagntica Automotiva.

Organizao do trabalho

O captulo 2 apresenta as definies bsicas na rea da Compatibilidade Eletromagntica.

Neste captulo tambm apresentado um breve histrico a respeito da compatibilidadeeletromagntica e o crescimento da sua importncia devido ao aumento da eletrnicaembarcada, bem como alguns casos de problemas causados por Interferncia Eltromagnticana indstria automotiva, tambm apresenta os conceitos bsicos utilizados no estudo daCompatibilidade Eletromagntica e sua Normalizao

O captulo 3 apresenta o plano de testes para a avaliao de um componente eletrnicopara a avaliao do seu comportamento para uso em veculo.

O captulo 4 apresenta os resultado obtidos destes testes.

No captulo 5 so sugeridos alguns temas para trabalhos futuros.


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2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Introduo

Definies Iniciais:

Compatibilidade Eletromagntica EMC Capacidade/habilidade de um sistema de

realizar suas funes corretamente, sem degradao ou perda de desempenho dentro do

ambiente eletromagntico a que foi projetado, isto , sem sofrer influncia de outros sistemas

presentes nos locais de operao do mesmo, sem emitir causando interferncia a outros

sistemas ou a si mesmo (Paul 2006, Pires 2008). Resumindo, um sistema/dispositivo

eletromagneticamente compatvel quando este imune a sinais interferentes presentes no seu

ambiente de operao e tambm no fonte de interferncia eletromagntica

Interferncia Eletromagntica EMI Energia eletromagntica proveniente de uma fonte

intencional ou no intencional que afete degradando ou impedindo o funcionamento de um

dispositivo eletrnico.(RYBAK, STEFFKA 2004).

Susceptibilidade Eletromagntica EMS Grau de sensibilidade de um sistema eletrnico

a exposio a EMI. Quanto mais susceptvel, mais sensvel este sistema.(RYBAK,

STEFFKA 2004).

Imunidade Eletromagntica Grau de robustez de um sistema eletrnico a exposio a EMI.

Quanto mais imune, menos sensvel este sistema ser.(RYBAK, STEFFKA 2004).

2.1.1 Fontes de perturbao eletromagntica

A EMI de acordo com a sua origem pode ser classificada em:

a) Naturais Raios, Radiao Solar, Tempestades Geo Magnticas.

b) Artificiais Intencionais Geradas pelo homem, cuja funo emitir ondas

eletromagnticas transmissoras AM/FM, Antenas de micro-ondas para transmisso

de dados, radio comunicao faixa do cidado, etc.


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c) Artificiais No-Intencionais Geradas pelo homem Motores eltricos, linhas de

transmisso de alta tenso, sistemas de ignio, lmpadas fluorescentes, equipamentos

de informticas, etc.

Figura 1 Exemplos de fontes de interferncia eletromagntica.

FONTE: MORGAN, D., 2007, p.3.


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Tabela 1 - Fontes tpicas de rudo seus nveis e frequncias

FONTE: MORGAN, D., 2007, p.4.

2.1.2 Mecanismo da interferncia eletromagntica

Radiao(V/m)

Conduo

FONTE DEINTERFERNCIA

Meio deacoplamento

RECEPTOR

Figura 2 - Modelo bsico de EMC


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A EMI segue necessariamente o modelo fonte meio destino como apresentado na figura 2

Estes trs elementos esto sempre presentes em problemas de interferncia eletromagntica

sendo:

FONTE - onde a energia EM gerada.

Intencional O objetivo desta fonte emisso de sinais eletromagnticos, temos como

exemplo transmissoras de FM, AM, Televiso, Antenas de Celulares e comunicao de dados.

No-Intencional Esta fonte no tem como objetivo a emisso de sinais eletromagnticos,

mas devido natureza de operao este sinais so gerados. Sinais emitidos por este tipo de

fonte no carrega nenhuma informao til. Como exemplo disto tem-se o Sistema de ignio

veicular, motores eltricos.

Meio Caminho de propagao da interferncia podem ser por cabos, antenas, trilhas em

placas de circuito impresso, Retornos de alimentao comuns (negativo, terra), capacitncias

e indutncias parasitas presentes no sistema.

Receptor Equipamento cujo funcionamento alterado ou impedido devido a EM gerado

pela fonte e conduzida ou irradiada pelo meio.

2.1.3 Comprimento de onda

Como destacado por PAUL (2006), um comprimento de onda a distncia que uma nica

frequncia senoidal leva para completar o ciclo de 360.

= c/f

Onde:

= Comprimento de onda, em metros;

c = constante da velocidade da luz no espao livre;

f = frequncia da onda, em Hz.


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Figura 3 Comprimento de onda de frequncias partindo de 3Hz at 3EHz

FONTE: SCHMITT, R., 2002, p. 5.

Figura 3 apresenta o espectro eletromagntico, de acordo com a frequncia comprimento de

onda e classificao desde ondas de audio at raios csmicos.


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2.2 Histrico

Conforme descrito por PAUL (2006, p.10) os problemas relacionados com interferncia

eletromagntica j eram presentes em 1920 com os rdios da poca. Durante a segunda guerramundial (1945) a necessidade do uso intenso de sistemas de radio comunicao, radares,

portanto o aumento do uso do espectro eletromagntico, interferncias e alguns casos mau

funcionamento foram detectados, mas facilmente resolvidos devido a tecnologia da poca

onde a densidade de equipamentos eletrnicos no era to grande. Nos anos 1950 tem incio o

uso dos transistores bipolares baseado na tecnologia dos semicondutores (que operavam com

amplitudes de sinais muito menores que as vlvulas) sendo dispositivos mais sensveis a

interferncias. Em 1960 houve o surgimento dos circuitos integrados, que aumentava a

densidade de circuitos eletrnicos. A dcada de 1970 um ponto especial devido ao incio do

uso do microprocessador, que apresentava integrao eletrnica muito maior, operava com

sinais de baixa amplitude e baixa potncia, e verificamos o incio do processamento digital de

sinais que substituiu o processamento analgico. Houve ganhos em

eficincia/velocidade/dimenses dos sistemas, mas a operao destes circuitos gerava grande

rudo devido a densidade espectral inerente aos sinais utilizados. Considerando que a escala

de integrao eletrnica hoje imensamente maior do que em 1970, as frequncias de

operao de microprocessadores facilmente superam 1GHz verifica-se que os a importncia

da Compatibilidade eletromagntica ganhou destaque a partir de 1970 e tornou-se uma rea de

aplicao importantssima para os sistemas atuais.

2.3 EMC E A INDSTRIA AUTOMOTIVA

Em 1952 foi instituida a norma de limitao do rudo eletromagntico causado pelo sistema

de ignio dos veculos no Reino Unido.

Em 1958 lanada a 1a edio da norma SAE J551estabelecendo mtodos e limites para

emisso eletromagntica. Estes limites so adotados pela CISPR-12. SANTOS(2002, p.7).

Em 1968 O FCC regulamenta o limite para o rudo eletromagntico causado pelo sistema de

ignio dos veculos nos EUA. SANTOS(2002, p.8).


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Em 1972 emitida a diretiva 72/245/EC que regula a emisso eletromagntica automotiva

na Europa. SANTOS(2002, p.8).

Em 1979 FCC regulamenta as emisses para sistema digitais operando a partir de 9kHz.PIRES(2008, p.25).

Em 1995 introduzida a Diretiva de EMC Automotiva 95/54/EC. SANTOS(2002, p.8).

Em 2004 a diretiva 2004/104/EC atualiza os mtodos de teste devido ao aumento da

eletrnica embarcada aplicada aos novos veculos. PIRES(2008, p.35).

percebido que a partir da dcada de 1950, que as normas automotivas comeam a abrange

sistemas alm dos rdios automotivos, isto devido ao emprego de sistemas eletrnicos nos

veculos.

Figura 4 Convergncia da Industria Eletrnica e da Indstria Automotiva

FONTE: RYBAK, T., STEFFKA, M., 2004, p.XII.

2.3.1 A evoluo da eletrnica embarcada


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Abaixo a figura 5 apresenta o aumento de dispositivos eletrnicos embarcados em veculos

no decorrer dos anos.

Figura 5 Aumento da eletrnica embarcada em automveis.

FONTE: CHONG, A.,2010 , p.16.

Verifica-se que a partir da dcada de 70 cada vez mais funes controlados por sistemas

eletrnicos agregados aos veculos, funes relativas ao gerenciamento das funes do motor,transmisso, conforto, segurana, telemtica etc.

Figura 6 Evoluo da Eletrnica e aplicaes automotivas.

FONTE: SANTOS, G.,GALVO, B.,1998, p.4.

Na Figura 7 apresentado um esquema de distribuio eltrica de um veculo tpico naddada de 1970. Nota-se a ausncia de mdulos eletrnicos, sendo composto basicamente


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pelo sistema de carga, sistema de ignio, os chicotes de alimentao do sistema de

iluminao e sinalizao do veculo.

Figura 7 Distribuio eletrnica em um carro de 1970

FONTE: Disponvel em < http://www.wiringdiagrams21.com/wp-content/uploads/2010/03/datsun-510-wiring-diagram.png> Acesso em 18 fev. 2013.

A Figura 8 apresenta o esquema de distribuiao eltrica de um veculo fabricado aps 2008, notrio o aumento da complexidade dos sistemas embarcados:


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Figura 8 Distribuio eletrnica em um carro de atual

FONTE: Disponvel em < http://forums.subdriven.com/showthread.php?5581209-JD%92s-archives-

VW-Phaeton&p=75842305> Acesso em 18 fev. 2013.

Com a evoluo da eletrnica, do processamento digital de sinais, o uso de protocolos de

comunicao, sistemas operando em tenses cada vez menores, frequncias de operao cadavez mais altas, cada vez mais crtico para o funcionamento desejado o veculo da sua

imunidade interferncia eletromagntica. O que no passado era somente o desconforto com

o sistema de udio onde se podia notar estalos e/ou rudos agora pode tornar-se situaes onde

sistemas de segurana e dirigibilidade podem ser afetados sofrendo degradao de seu modo

de funcionamento.

2.3.2 Exemplos de falhas relacionadas a EMI em automveis


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Exemplos:

- Um novo modelo de automvel foi equipado com um sistema micro-controlado paracontrole de emisses e monitoramento de combustvel. O concessionrio recebe areclamao que quando este veculo passa por uma rua especfica, o mesmo desligava.Medidas de campos eletromagnticos realizadas na regio indicaram a presena deuma transmissor FM ilegal na regio. Os sinais transmitidos interferiam no micro-controlador interrompendo sua operao normal.(PAUL, 2006, p.13)

- Um certo trailer foi equipado com um sistema de frenagem eletrnico. Ao transitar emreas onde transmissores na faixa do cidado (MHz) eram utilizados, algumas vezes osfreios travavam. O problema era causado pela interferncia nesta faixa especfica queinterferiam no circuito dos freios. O problema foi solucionado aplicando-se blindagemaos circuitos.( PAUL, 2006, p.13)

- Durante o inicio do uso dos sistema de ABS, veculos Mercedes Benz, apresentavam

um problema grave de frenagem em um determinado trecho da Autobahn. O problemaera causado por transmissores de radio nas proximidades eram a causa dos problemas.A soluo a curto prazo foi a construo de uma tela ao longo da rodovia para atenuaro EMI para que o freios operassem de forma apropriada.(RYBAK E STEFFKA, 2004,p227)

- No incio dos anos 1970 um determinado fabricante de veculos introduziu um novosistema de injeo de combustvel que apresentava sensibilidade na faixa de 150MHz,que causava a liberao de combustvel em todos os cilindros e no somente nocilindro correto, de acordo com a ordem de ignio.(RYBAK E STEFFKA, 2004,p227).

2.4 Conceitos Bsicos usados em EMC

2.4.1 Alimentao e Retorno de sinal

O sinal eltrico, pela teoria de circuitos segue a rota de menor resistncia, mas tratando-se de

sinais variveis no tempo e alta frequncia esta afirmao no vlida, pois nesta condio o

sinal eltrico segue a rota de menor impedncia (definidos pelo de conjunto de resistncias,

indutncias e capacitncias presentes no circuito).


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Figura 9 Variao do ponto de retorno de sinal em funo da frequncia

FONTE: RYBAK, T., STEFFKA, M., 2004, p.19.

No circuito temos os mdulos A, B, C e a carga L. Podemos ver que na entrada temos sinais

de alta frequncia (HF), baixa frequncia (LF) e sinal continuo (DC). Verifica-se que os sinais

DC, LF seguem todo o circuito, enquanto o sinal HF segue de A para C, onde este encontra a

menor impedncia. Este processo denominado Acoplamento. Este pode ser Galvnico

(Impedncia Comum), Indutivo (Magntico), Capacitivo (Eltrico) e Irradiado

(Eletromagntico).

Estes tpicos so apresentados nos itens 2.4.6, 2.4.7, 2.4.8, 2.4.9 respectivamente.

2.4.2 Aterramento

O terra normalmente definido como um ponto onde a tenso no muda independentemente

do fluxo de corrente drenado por teste ou um ponto ou plano utilizado como referncia.

Quando tratamos de sistemas reais, verifica-se que os pontos de terra no so equipotenciais,

tem limitao de absoro de corrente eltrica. importante separar o que conhecemos como

terra de proteo eltrica, ao de equipamentos eltricos, para o que tratamos aqui a melhor

definio o caminho com a menor impedncia para a corrente eltrica retornar a fonte.

Baseado no conceito acima pode-se afirmar que para um cabo ou trilha de retorno a

impedncia a caracterstica mais importante, pois temos sinais de DC, Baixa Frequncia.


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Alta frequncia, transientes todos estes sero afetados pela impedncia do cabo, como

apresentado na figura abaixo:

Figura 10 Circulao de corrente para sinais de frequncias baixas e altas

FONTE: OTT, H., 2009, p.122.

A figura 10 apresenta uma placa de circuito impresso (PCI) onde tem-se uma fonte de sinal

V e uma carga L. Os pontos A e B so conexes para a superfcie inferior da placa onde A e Bso conectados por uma superfcie de cobre Plano de Terra. Para baixas frequncias esta

ligao no afeta a circulao do sinal. Quando o mesmo circuito utilizado para altas

frequncias a circulao do sinal muda, gerando rudo neste circuito.

Comparando este Plano de terra ao chassi veicular, que composta de vrias partes

metlicas soldadas, com pontos de aterramento diferentes para os mdulos presentes no

veculo, a condio apresentada na figura abaixo:

.

Figura 11 Diferena de potencial entre pontos de aterramentoFONTE: OTT, H., 2009, p.143.


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27

Devido aos diferentes pontos de aterramento e as impedncias entre eles, surge a diferena de

potencial e uma corrente circulando entre os mdulos atravs do terra.

O aterramento um ponto muito crtico para EMC, por isso deve ser planejado e avaliado deforma cuidadosa, considerando-se sinais de alta corrente ou alta tenso, altas e baixas

frequncias, os potenciais presentes entre os pontos de aterramento disponveis no chassi

veicular.

Exemplos de modos de aterramento:

Conexo Srie: Todos os diferentes circuitos so interligados atravs de um mesmo

cabo/trilha para um nico plano de terra. A Figura 12 apresenta um exemlo de aterramentosrie.

Figura 12 Aterramento srie.

FONTE: OTT, H., 2009, p.124.


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28

Conexo Paralela: Todos os diferentes circuitos so interligados atravs de cabos/trilhas

separados para um mesmo ponto de terra. A Figura 13 apresenta um exemlo de aterramento

paralelo.

Figura 13 Aterramento Paralelo.

FONTE: OTT, H., 2009, p.124.

Conexo Multiponto: Todos os diferentes circuitos so interligados atravs de cabos/trilhasseparados para pontos diferentes de um plano de terra. A Figura 14 apresenta um exemplo de

aterramento mltiplo.

Figura 14 Aterramento Multiponto.

FONTE: OTT, H., 2009, p.124.


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29

2.4.3 Acoplamento Galvnico

O acoplamento galvnico ocorre quando circuitos distintos tm linhas comuns ou impedncias

comuns. Ex. Circuitos distintos com a mesma fonte de alimentao. A Figura 15 apresenta um

exemlo de Acoplamento Galvnico.

Figura 15 Acoplamento Galvnico

FONTE: LANGGUTH, W.,2006, p.4

Em aplicaes automotivas, esta uma condio comum j que o chassi do veculo utilizado

como retorno (terra). O chassi automotivo no feito em uma nica pea de metal, mas pela

juno e solda de vrias partes diferentes com causa o surgimento de impedncias de valores

significativos. A corrente de vrias cargas diferentes fluem para um ponto comum esta

situao pode causar variaes no potencial do ponto de aterramento. Por isso como citado na

seo aterramento, esta condio trabalhada utilizando sistemas de aterramento hbridos,

separando os pontos de aterramento para tipos especficos de cargas.


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30

2.4.4 Acoplamento Indutivo (magntico)

O receptor afetado pelo campo magntico gerado no transmissor ( o receptor est na regio

de campo prximo e o campo magntico dominante), no h meio de conduo eltrico

entre eles. A Figura 16 apresenta um exemplo de Acoplamento Indutivo.

Figura 16 Acoplamento Indutivo

FONTE: ALEXANDERSSON, S., 2008, p.38

Quando o sinal de corrente eltrica I flui pelo condutor 1, o campo magntico gerado.

Este campo acopla-se ao condutor 2 atravs da indutncia mtua M. Esta interferncia

indicada no desenho como VN representando o rudo (noise) induzido no condutor 2. O valor

de F resultado produto entre indutncia e corrente no circuito. Esta Indutncia depende da

geometria dos circuitos e dos elementos ( cargas resistivas, indutivas e capacitivas), presentes

neste circuito.


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31

2.4.5 Acoplamento Capacitivo (Eltrico)

Da mesma forma que na anlise do acoplamento indutivo, no h meio de conduo eltrico

entre emissor e receptor, o receptor afetado pelo campo eltrico gerado pelo emissor (regio

de campo prximo, com campo eltrico dominante).

Devido a proximidade dos condutores, lembrando que por estes passam cargas eltricas e por

isso temos o conjunto carga eltrica isolante carga eltrica que o conceito do capacitor,

aparece uma capacitncia parasita entre os condutores. A Figura 17 apresenta um exemplo de

Acoplamento Capacitivo.

Figura 17 Acoplamento Capacitivo.

FONTE: ALEXANDERSSON, S., 2008, p.35.

De forma anloga ao acoplamento magntico, o potencial eltrico diferente entre os

condutores causa o aparecimento de uma capacitncia parasita C. O sinal V1 interfere no

condutor 2 atravs desta capacitncia sendo esta a fonte de rudo no condutor 2.


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32

O rudo proveniente dos modos de acoplamento indutivo e capacitivo pode ser modelado

como indicado acima por uma fonte de tenso e uma fonte de corrente respectivamente.

2.4.6 Acoplamento Irradiado

Da mesma forma que os acoplamentos indutivos e capacitivos no meio de conduo entre

emissor e receptor, mas neste modo temos o efeito do campo eletromagntico (regio de

campo distante) que uma combinao dos de ambos.

Este acoplamento ocorre tanto pelos chicotes distribudos pelo veculo como pelas trilhas em

placas de circuito impresso destes mdulos de controle. Devido as dimenses os chicotes

atuam como antenas para frequncias at 20 MHz e trilhas de circuito impresso para a faixa

de 20 a 200MHz. (ALEXANDERSSON, S., 2008). A Figura 18 apresenta o Modelamento do

acoplamento irradiado.

Figura 18 Modelamento do Acoplamento Irradiado.

FONTE: ALEXANDERSSON, S., 2008, p.10.


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33

2.4.7 Antenas

Definio: Antenas so dispositivos aplicados na transmisso e/ou recepo de ondas

eletromagnticas (IMPACTO). Se um equipamento irradia ou susceptvel, certamente aliexiste uma antena, mesmo que lhe atribuamos outro nome como chicote, trilha, circuito

integrado etc. (OTT, H., 2009, p746).

Desta forma pode-se inicialmente considerar dois tipos de antena:

Intencionais - construdas e posicionadas para recepo ou transmisso de sinal ex.: antena

do rdio, antena do celular, antena do GPS, rastreador.

No Intencionais- trilhas de circuito impresso, chicotes eltricos.

Considerando antenas intencionais, dois tipos so muito comuns:

Meia onda

Quarto de onda.

Esta nomenclatura dada devido a comprimento fsico da antena em relao ao comprimento

de onda a qual se destina. A Figura 19 apresenta um comparativo do comprimento de onda de

um sinal senoidal e o tamanho fsico de uma antena.

Figura 19 Comparativo do comprimento de onda de um sinal Senoidal e o tamanho fsico de uma

antena.

FONTE: OTT, H., 2009, p.758.


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34

Exemplo: Uma antena de meia onda usada para um sinal de 100MHz tem o comprimento de

aproximadamente 1,5m(RYBAK, T., STEFFKA, M., 2004, p.29).

Uma antena de quarto de onda para a mesma frequncia teria 0,75m de comprimento. A

Figura 20 apresenta um padro de campo de uma antena dipolo e monopolo.

Figura 20 Padro de campo de uma antena dipolo e monopolo.


A figura 20 apresenta padres tpicos de radiao, onde pode-se ver um dipolo de meia onda

e um monopolo de quarto de onda.

Considerando a teoria do campo eletromagntico, podemos considerar as capacitncias

parasitas entre os elementos da antena, como a via de retorno para a corrente circulante o

dipolo, em altas frequncias esta capacitncia tem o efeito de baixa impedncia, permitindo

assim a circulao de corrente no dipolo como indicado na figura abaixo. A Figura 21

apresenta a capacitncia e circulao de corrente na antena dipolo.

Figura 21 Capacitncia e circulao de corrente na antena dipolo.

FONTE: OTT, H., 2009, p.747.


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35

Considerando o monopolo, este opera de forma anloga ao dipolo, mas o segundo brao

substitudo por um plano de referencia, como indicada na figura abaixo.

Figura 22 Capacitncia e circulao de corrente na antena monopolo.

FONTE: OTT, H., 2009, p.749.

Podemos modelar as antenas como circuitos RLC como indicado abaixo:

Figura 23 Modelamento de antena dipolo e monopolo.

FONTE: OTT, H., 2009, p.757.


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36

Sendo modelado como um circuito RLC, logo temos uma frequncia de ressonncia e uma

impedncia de ressonncia monopolo 35 Ohms dipolo 70 Ohms.

Voltando a teoria eletromagntica, quando sinal de frequncia compatvel com meia onda equarto de onda tem-se uma distribuio de corrente onde atinge o mximo na base da antena e

o mnimo no topo da mesma, nesta situao temos a frequncia de ressonncia da antena

como indicado na figura 19.

Antenas no intencionais As mesmas regras aplicadas as antenas intencionais aplicam-se as

no intencionais, trilhas de placa de circuito impresso cabos podem atuar com antenas. Trilhas

de circuito impresso, com dimenses reduzidas podem ser tornar antenas de altas frequncias,

associando a estes cabos podemos ter uma srie de antenas em um mesmo circuito.

Figura 24 Papel do condutor no aumento da eficincia do sinal irradiado.



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37

Caracterstica de antenas:

Reciprocidade A antena um dispositivo de duas vias, o mesmo dispositivo pode ser

utilizado para a transmisso de um sinal quanto para a recepo do mesmo, em outraspalavras, dada a frequncia de ressonncia uma antena proposta para transmitir um sinal pode

captar um sinal.

Diretividade Direo onde podemos encontrar a maior concertao de energia transmitida.

Ganho a razo entre os pontos do padro de irradiao em relao a uma antena padro.

Figura 25 Diagrama de Irradiao de uma antena.


2.4.8 Linha de Transmisso

Linha Transmisso por definio o conjunto de dois ou mais condutores paralelos prximos

entre si. A funo destes condutores transmitir informaes ou potncia da fonte para a

carga.


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38

Devido a fato da conduo eltrica, e portanto movimentao de cargas, temos os efeitos de

campos magnticos eltricos como apresentado na figura abaixo:

Figura 26 Campos Eltricos e Magnticos em condutores paralelos.

FONTE: PAUL, C., 2006, p.181.

Assim associamos as linhas de transmisso caractersticas de capacitncias e indutncias

distribudas. Ainda como temos um condutor onde a resistncia diferente de zero temos o

modelo abaixo:

Figura 27 Caractersticas distribudas em uma linha de transmisso.

FONTE: HUANG, Y., BOYLE, K., 2008, p.26.

Onde:

L = indutncia/metro H/m R = Resistncia/metro /m

C = Capacitncia/metro F/m G = Condutncia/metro S/m


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39

2.4.9 CROSSTALK

o Acoplamento entre um conjunto de conectores, esta interferncia ocorre devido

proximidade entre os condutores, a interferncia causada por campo prximo (Nascimento,2003).

Figura 28 Linha de transmisso multicondutor.

FONTE: NASCIMENTO, G., 2003, p.19.


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Figura 29 Modelamento de interferncia por Crosstalk.

FONTE: PAUL, C., 2006, p.584.

Chicotes automotivos transportam uma grande variedade de sinais, por exemplo, redes CAN,

redes LIN, Alimentao de motores eltricos com altas correntes, dados de sistema

multimdia. Todos estes condutores so agrupados e posicionados atravs da estrutura do

veculo, sendo o a condio para que haja o crosstalk.

Efeitos do Crosstalk:

- Aumento dos nveis de rudos;

- Picos nos de tenso/corrente indesejados;

- Perda de sincronismo em sistemas digitais.

2.4.10 Blindagem e Filtro

Blindagem

O Objetivo da blindagem atenuar e/ou bloquear a emisso ou captao de sinais

eletromagnticos. Stefka apresenta a funo da blindagem em dois tpicos:

Manter emisses dentro da rea blindada.

Manter sinais interferentes fora da rea blindada.


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41

De uma forma resumida e intuitiva, a blindagem uma barreira, como exemplificado na

figura abaixo:

Figura 30 Blindagem de um circuito.

FONTE: PAUL, C., 2006, p.714.

A blindagem reduz a intensidade de do sinal interferente de duas formas:

Reflexo Ocorre devido a diferena da impedncia caracterstica do campo incidente e da

impedncia da blindagem onde a permeabilidade tambm varia.

Absoro O material atenua a onda incidente, de forma que a intensidade do campo

reduzida no sobre o dispositivo blindado.

Figura 31 Mecanismo da atenuao por blindagem.

FONTE:. PAUL, C., 2006, p.714.


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O conceito de filtro tambm intuitivo, trata-se do uso de elementos que impeam o sinal de

interferncia de entrar ou sair do sistema atravs de atenuao ou reflexo do sinal indesejado.

Normalmente os filtros so feitos de elementos resistivos, indutivos. Abaixo algumas

configuraes de filtros:

Figura 32 Modelos de filtro.


2.5Normalizao EMC

Duas organizaes tem por responsabilidade o desenvolvimento de normas para o setorautomotivo (Pires 2008):

ISO Organizao Internacional para Padronizao ISO (International Organization for

Standardization): Organizao no-governamental, composta por uma rede de institutos de

padronizao nacionais de 151 pases.(PIRES 2008, p.25).

CISPR Comit Internacional Especial para Interferncia de Radio (Special International

Committee for Radio Interference): Organizao Grupo no-governamental formado por


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43

comits integrantes da Comisso Eletrotcnica Internacional IEC (International

Electrotechnical Commission). (PIRES 2008, p.25).

Na Europa, A Comisso Europeia (EC) responsvel pelo desenvolvimento das normas e temcarter governamental. A diretiva 2004/104/EC, a indica as normas ISO e CISPR como

referncia para a execuo dos testes. (PIRES 2008, p.25).

Nos Estados Unidos, o Sociedade de Engenharia Automotiva - SAE (Society of Automotive

Engineers ) tem a responsabilidade sobre as normas do setor automotivo.(Pires 2008).

No Brasil, a ABNT atravs do Grupo de trabalho Interferncia Eletromagntica Comit

Automotivo e a Comisso de Estudo em Eletrnica, responsvel pelas normas no setorautomotivo. (Pires 2008, p.25).

2.5.1 Diviso das Normas

As normas para EMC so dividas dentro em cinco categorias como apresentada na figura 33.

Figura 33 Diviso dos testes de EMC.


Por simplificao usa-se os seguintes termos:

RE Emisses irradiadas.

RI Imunidade Irradiada.

EMC

IRRADIADA CONDUZIDA

IMUNIDADEEMISSO EMISSO IMUNIDADE

ESD


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CE Emisses conduzidas.

CI Imunidade Conduzida.

ESD Descargas Eletrostticas.

Normas InternacionaisTeste Norma AplicaoCE ISO7637 Mdulos

RESAE J551 Veculo CompletoCISPR25 MdulosCISPR12 Veculo Completo

CI SAE J1113 Mdulos

RI

SAE J551 Veculo CompletoSAE J1113 MdulosISO11451 Veculo CompletoISO11452 Mdulos

ESDISO 10605 Mdulos

SAE J1113 Mdulos

Tabela 2 - Normas Internacionais.

2.5.2 Emisso Irradiada (RI) e Imunidade Irradiada (RE)

Emisses Podemos destacar 3 fontes de emisses Irradiadas:

Transientes gerados pelo veculo, durante o ciclo de ignio, ao acionar cargas como

vidros eltricos, faris, neste momento o chicote pode atuar como antenas irradiando

estes sinais.

Sistemas eletrnicos, que possuem sistemas digitais de alta velocidade como

microcontroladores e microprocessadores digitais, trabalhando em frequncias

maiores que 100MHz, gerando harmnicos com frequncias muito superiores. Estres

sinais so associados a emisso de banda estreita. Podendo ser irradiados diretamente

pelas placas de circuito impresso, e interconexes com chicotes.

Controles PWM para motores, controle de luminosidade. Considerando que a

frequncia de chaveamento est na faixa dos kHz, seus harmnicos podem gerar sinais

dentro da faixa de MHz.


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45

Em geral estes componentes geram sinais da ordem de uV/m ou mV/m o que realmente muda

quando olhamos o sistema de ignio, que potencialmente geram sinais grandes o suficiente

para gerar interferncias em sistemas adjacentes.

Imunidade irradiada veculos so por natureza elementos mveis, dessa forma esto sujeitos

aos mais diversos ambientes eletromagnticos. Considerando os mais severos, podemos ter

emisses criadas por Transmissoras de radio, telefones celulares, antenas de micro ondas,

sitemas de radares. Todos estes so fontes de sinais de banda estreita, e geram potncias da

ordem de MW e este podem causar interferncias nos sistemas eletrnicos, caso este

apresente baixa imunidade interferncias.

Fonte Intensidade do campolinhas de transmisso de energia 50Hz 10kV/mTransmissoras de Rdio 10V/mTransmissoras de VHF 1V/mTransmissoras de UHF 1V/mAparelhos de telefonia Celular,Radio amador, radio faixa docidado. 10 -100V/m

Tabela 3 - Intensidade de Campo no ambiente automotivo.Fonte Pires 2006, p33.

Na tabela 3 so apresentados os valores de campos gerados por celulares e rdios sua

intensidade se deve ao fato da proximidade dos veculos do que antenas de transmisso no

alto de torres e/ou edifcios.

2.5.3 Emisso Conduzida (CE) e Imunidade Conduzida (CI)

Considerando que no existe conexo ente o veiculo e uma fonte de energia externa,interferncias conduzidas, so causadas e sentidas no prprio carro.

Em geral emisses conduzidas so geradas, pela comutao de reles, motores com escovas e

outros componentes com caractersticas indutivas. Geralmente apresentam-se em forma de

transientes, conduzidos atravs dos chicotes de alimentao e espalhando-se por todo o

veiculo. Estes transientes podem ter amplitudes de at 200V, e so capazes de afetar o

funcionamento de outros equipamentos presentes no veculo.


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Este teste realizado conectando-se a fonte um simulador de pulsos, ao circuito de

alimentao, e tomando-se as medidas atravs de LISN line impedance stabilization

network, esta casa a impedncia dos instrumentos de medio com do circuito testado.

Como estes pulsos so inerentes ao funcionamento do veculo, a soluo utilizada pelo

fabricante construir circuitos que suportem estes transientes de forma que no haja

degradao de seu desempenho ou funcionamento.

2.5.4 ESD

Descarga eletrosttica e um fenmeno conhecido desde a Grcia antiga. Primeiramente

devido ao acmulo de carga em uma superfcie devido a o atrito ente dois matrias isolantesdiferentes. Abaixo segue a tabela de cargas.

Humidade Relativa do ar

10 a 20% 65 a 90%Forma de carga Tenso acumulada V

Andar em carpete 35000 1500Andar em piso de Vinil 12000 250Trabalho em bancada 6000 100

Abrir um envelope de Vinil 7000 600Carregar uma sacola de polietileno 20000 1200

Atrito com espuma de poliuretano 18000 1500

Tabela 4 - Valores tpicos de ESD.

Como o uso de transistores MOS, e sua constante reduo de suas dimeses fsicas para

aplicaes em circuitos integrados a ESD tornou-se tambm um fator crtico para a eletrnica,

em algumas situaes a carga acumulada pode chegar at a 35kV, vide tabela 4.

A descarga eletrosttica tem 3 fases:

1. Carga gerada no isolante.

2. Transferncia para o condutor por contato ou induo.

3. O condutor aproximado de um objeto metlico e a descarga ocorre.


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O modelo do corpo humano para ESD apresentado abaixo. O capacitor CB carregado por

atrito ou outro processo, e a descarga passa por RB ( Resistncia eltrica do corpo, que pode

variar, dependendo da rea de contato, de 500a 10k).

Figura 34 Modelo do corpo humano para descarga eletrosttica.

FONTE: OTT, H., 2009, p.587-588.

Abaixo a curva de descarga eletrosttica.

Figura 34 Curva de descarga eletrosttica corrente x tempo.

FONTE: OTT, H., 2009, p.588.


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3 MTODO

3.1 Introduo

Neste captulo so apresentados os testes de EMC executados em um Rel genrico.

Os testes apresentados foram realizados nas instalaes do INPE, devido ao tempo necessrio

para a execuo dos testes, o Rel foi testado segundo a norma GMW3097 de forma a

otimizar o tempo de uso das instalaes.

3.2 Teste de EMC

3.2.1 Rel

Este Rel tem duas funes, acionamento de carga quando energizado e um pino para

funcionamento temporizado. Como indicado no diagrama abaixo:

Figura 35 Diagrama do Rel

Quando acionado pelo terminal entrada o Rel fecha o circuito entre os terminais NA1 e NA2,

e mantm esta condio enquanto o terminal for alimentado.

Quando acionado pelo terminal Entrada temp, o circuito entre os terminais NA1 e NA2

fechado e aberto em uma frequncia de 0,5Hz.

Contato NA 1

Contato NA 2GND

Entrada temporizada

Entrada contanteP1

P2

P!

P"


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Abaixo a construo interna

Figura 36 Construo Interna do Rel.

Figura 37 Diagrama de Blocos do circuito do Rel.

Para testar este Rel foram selecionados os teste de CI, RI, RE, CE segundo a norma GMW

3097.

Esta seleo de testes feita por meio de um plano de testes, que nada mais do que uma

descrio detalhada das funes a serem testadas para cada disciplina do teste de EMC.

Se#e$%o acionamento

contante etem orizado

P1

P2

P!

P"

GND

DRI

&ER

TEMPoRIZADOR


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3.2.2 Descrio dos testes

RI o objetivo do teste demonstrar a imunidade a campos EM, produzidos por fontes

externas.

Este teste executado dentro de uma cmara anecoica de forma a ficar isolado de fontes de

interferncias externas.

Abaixo o diagrama com a montagem da bancada de testes:

Figura 38 Diagrama da montagem fsica do teste.

FONTE: BARTHUS, M., 2012, p.8.

Equipamento Modelo FabricanteCmara anecoida - ETS LindgrenAntena DRG HORN 3112 ETS LindgrenAntena Horn S17010-43-1-1 FSA

Gerador de sinal SML01 R&SGerador de sinal SMR40 R&SAmplificador 2000W ARAmplificador AS-0102-400 MILMEGASensor de campo eltrico HI-4422 ETS LindgrenSensor de campo eltrico HI-4455 ETS LindgrenLISN NNBM8126G Schwarzbeck MessPower meter NRVD R&SPower meter NRVD R&S

Sensor de Potncia URV5-Z2 R&SSensor de Potncia URV5-Z15 R&S

Tabela 5 Equipamentos de teste Imunidade Irradiada.

1 Equipamento sob teste2 Chicote eltrico padro3 Simulador de Carga4 Fonte5 LISN

6 Plano de Terra7 Antena8 Antena9 Ligao com o Terra da Cmara10 Cabo Coaxial11 Conexo12 Instrumentao13 Material de absoro de RF14 Conexo da antena15 Sistema de monitoramentoe controle


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Configurao do teste

Range de FrequnciaMHz

Intensidade do CampoV/m

Modulao Polarizao

400 1000 40 CW e AM 80% 1kHz V800 1000 50 PM: 577us; 217 Hz V1000 2000 50 CW, PM: 577us; 217 Hz V1200 1400 600 PM:3,0 us 300,0 Hz V

Tabela 6 Faixa de frequncias, intensidade de campo, modulao e polarizao.

RE emisses irradiadas

Equipamento Modelo FabricanteCmara Anecoida - ETS LindgrenAntena Monopolo 3104 ETS LindgrenAntena Log Periodic 1348b FSAAntena Double Ridge Guide 3117 R&SPre Amplificador TSPR1 ARPre Amplificador TSPR18 MILMEGA

Test Receiver ESIB40 ETS LindgrenLISN 9117-5-TS-50-N Solar ElectronicsPower meter NRVD R&S

Tabela 7 Equipamentos de teste de Emisses Irradiadas.

Este teste executado dentro de uma cmara anecica de forma a ficar isolado de fontes de

interferncias externas.


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CI Transientes nas linhas de alimentao:

Equipamento Modelo FabricanteGerador de Transiente NSG 5000 V.12 SchaffnerTabela 8 Equipamentos de teste de Imunidade Conduzida.

Configurao do Teste

Pulso Configurao

1 Us= -150V, Tr=1us, Td=2ms, T1=0,5s,T2=200ms, Ri=10Nmero de Pulsos = 500

2a Us= 50V, Tr=3us, Td=50us, T1=0,5s, Ri=4

Nmero de Pulsos = 5002b Us= 10V, Tr=1ms e 2ms, Td=1ms, T1=0,5s, Ri=4

Nmero de Pulsos = 10

3a Us= -200V, Tr=5ns, Td=0,1us, T1=100us, T4=10ms, T5=90ms,Ri=50,Tempos = 10 min

3b Us= 100V, Tr=5ns, Td=0,1us, T1=100us, T4=10ms, T5=90ms,Ri=50,Tempos = 10 min

5b Us= 34V +0/-1V, T1=15s, Ri=2, Nmero de Pulsos = 10Tabela 9 Configuraes dos pulsos.

Abaixo o diagrama com a montagem da bancada de testes:


FONTE: GMW3097, 2004, p.26.


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CE O objetivo deste teste verificar emisses conduzidas pelas linhas de alimentao, no

domnio da frequncia.

O Rel foi conectado atravs de uma LISN, de forma a adequar a impedncia do sistema com

os dos equipamentos de medio,

Equipamento Modelo FabricanteCmara Anecoida - ETS LindgrenLISN 9117-5-TS-50-N Solar ElectronicsTest Receiver ESIB40 ETS LindgrenTabela 10 Equipamentos de teste de Emisses Conduzidas.


FONTE: BARTHUS, M., 2012, p.20.

ESD

Neste teste todos os pinos, carcaa, botes so submetidos a descargas eltricas

simulando uma descarga eletrosttica por manuseio.

Equipamento Modelo FabricanteSimulador de descarga eletrosttica ESD30N EM TEST

Unidade de descarga porttil P30N EM TESTTabela 11 Equipamentos de teste de Descarga Eletrosttica.

1 Sistema de monitoramentoe controle2 Chicote eltrico padro3 LISN4 Equipamento sob teste5 Plano de terra6 Fonte


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Figura 43 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 400MHz a 1 GHz sem Modulao.

Figura 44 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 400MHz a 1 GHz em Modulao por

Pulso.


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Figura 45 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 1GHz a 2GHz sem Modulao.

Figura 46 Exposio a Campo de 50V/m em frequncias de 1GHz a 2GHz em Modulao por

Pulso.


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Figura 47 Exposio a Campo de 600V/m em frequncias de 1GHz a 2GHz em Modulao por

Pulso.

Concluso:

No houve alterao do seu funcionamento durante a exposio do rel aos valores de campo

eletromagntico mostrados nos grficos.


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4.2 Emisses Irradiadas RE

Nos grficos abaixo, so indicados em vermelho o limite estabelecido pela norma e em azul

os valores de emisso captados durante o teste.

Para cada range de frequncia um tipo especfico de antena utilizada, como indicado nos

ttulos dos grficos.

Figura 48 Leitura de campo irradiado para frequncias de 530kHz a 1.71MHz.


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Figura 49 Leitura de campo irradiado para frequncias de 45.2MHz a 200MHz.

Figura 50 Leitura de campo irradiado para Frequncias de 200MHz a 439MHz.


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61

Figura 51 Leitura de campo irradiado para frequncias de 1.567MHz a 1.583MHz.

Concluso:

No foi detectado nenhuma emisso que ultrapassasse os valores limites impostos pela norma.

4.3 Imunidade Conduzida CI

Pulso 1

Figura 52 Simulao de transientes causados por desconexo de cargas indutivas.


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62

Durante o tempo t2, o rele desligou devido a inverso de polaridade. Assim que o alimentao

13.5V foi reestabelecida o Rel voltou ao seu funcionamento normal.

Pulso 2a

Figura 53 Simulao trasientes causados pela indutcia presente nos chicotes.

No houve alterao do funcionamento do rel durante a aplicao do pulso.

Pulso 2b

Figura 54 Simulao de transientes causados por motores DC.

No houve alterao do funcionamento do Rel durante a aplicao do pulso.


63/75

63

Pulso 3a/3b

Figura 55 Simulao de transientes causados por chavemento de alta freqencia.

No houve alterao do funcionamento do Rel durante a aplicao do pulso.

Pulso 5b

Figura 56 Simulao Load Dump - Desconexo da bateria com o alternador em funcionamento.

No houve alterao do funcionamento do rel durante a aplicao do pulso.

Concluso:

Durante a aplicao dos pulsos o rel apresentou funcionamento normal, mesmo com o

desligamento do Rel durante a aplicao do pulso 1 durante o tempo t2 ( comportamento

esperado devido a interrupo da alimentao e inverso de polaridade).


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4.4 Emisses Conduzidas CE

Nos grficos abaixo, so indicados em vermelho o limite estabelecido pela norma e em azul

os valores de emisso captados durante o teste.

Para cada range de frequncia um tipo especfico de antena utilizada.

Figura 57 Leitura de emisses conduzidas para frequncias de 53kHz a 1.71MHz.

Concluso:

No foi detectado nenhuma emisso que ultrapassasse os valores limites impostos pela norma.


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65

4.4 Descarga Eletrosttica ESD

Os pontos indicados apresentam onde foram aplicados as potnciais de 4, 6 e 8 kV.

Figura 58 Pontos de aplicao de descarga eletrosttica

Aps a aplicao dos potencias de descarga indicados na tabela 12 o rel foi novamente

testado e no houve alterao no funcionamento do Rel.

Concluso dos testes:

Em nenhum dos testes aos quais rel foi submetido foi detectada anormalidade de

funcionamento e nos teste onde medidas objetivas foram realizadas, os valores encontrados

estavam dentro dos limites impostos pela nota GMW3097.

importante ressaltar que antes da realizao dos testes, o plano de teste desenvolvido e

discutido entre os representantes do fabricante do componente, da montadora e do laboratrio

onde os testes sero realizados de forma que os testes de EMC sejam realizados

coerentemente com o funcionamento do dispositivo.

Os testes aqui descritos foram escolhidos levando em considerao a eletrnica utilizada neste

rel e o funcionamento esperado do mesmo. Para um dispositivo simples a visualizao dos

testes fcil, mas se considerando uma central multimdia e seus recursos certamente odesenvolvimento do plano de teste mostra-se realmente complexo. Por isso um planejamento


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detalhado e discusso minunciosa sobre os testes e funcionamento do sistema para o

desenvolvimento do plano de testes e execuo dos mesmos tornam-se vitais.

5 CONCLUSES E RECOMENDAES

Este trabalho procurou evidenciar a importncia dos testes de Compatibilidade

Eletromagntica dentro do setor automotivo, apresentando o impacto deste item para produtos

que cada vez mais tem sistemas eletrnicos agregados.

A apresentao dos efeitos eletromagnticos apresentados na introduo do trabalho so

assuntos densos e complexos, neste trabalho foram expostos somente os seus fundamentos.

Os testes, a elaborao de um plano de testes simplificado, demonstram o tempo gasto com a

preparao dos testes, reserva de datas com os laboratrios apresenta a dificuldade e escassez

de instituies qualificadas para execuo dos mesmos.

Considerando o crescimento do volume de veculos com tecnologia de propulso hbrida ou

mesmo eltrica, tendncias de infraestrutura rodoviria inteligente ou mesmo carros quepodemos carregar a bateria em uma tomada residencial e utiliz-lo como gerador criam a

necessidade de novos padres de teste, novas especificaes de equipamentos de forma a

garantir o funcionamento dos mesmos.

necessrio destacar mais uma vez que o assunto EMC de muita importncia para o setor

automotivo e certamente ter uma importncia cada vez maior com a evoluo dos

automveis. O estudo da EMC deveria ser item obrigatrio dentro dos cursos de engenharia

eltrica, uma vez que especificamente no Brasil uma rea onde existem poucas linhas de

pesquisas relacionadas e tambm proporcionalmente a sua importncia pouca mo de obra

especializada.

ainda importante citar a disponibilidade de softwares de anlise que utilizam o mtodo de

elementos finitos especficos para desenvolvimento de sistemas eletromagnticos e portanto

extremamente teis para o estudo avanado de EMC. Existe uma carncia de literaturas e

trabalhos que abordem estas tcnicas de forma mais profunda.


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REFERNCIAS

PAUL, Clayton. Introduo a Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: JohnWiley & Sons, 2006.

PIRES, Roginele Salatiel da Silva. Investigao de uma nova Metodologia para Ensaiosde Susceptibilidade Eletromagntica em Veculos Automotivos. Tese de Doutorado,Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008.

RYBAK, Terence e STEFFKA, Mark Clayton. Compatibilidade EletromagnticaAutomotiva. 1 ed. New York: Kluwer Academic Publishers, 2004.




MORGAN, David. Manual de Testes e Medio para EMC. 2ed. London: Institution ofEngineering and Technology, 2007. 290 p.


SCHMITT, Ron. Eletromagnetismo Explicado: Manual de Sistemas sem fio/RF, EMC eeletrnica de alta freqencia. 1ed. Boston: Elsevier Science, 2002. 290 p.

PAUL, Clayton. Introduo a Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: JohnWiley & Sons, 2006.


PAUL, Clayton. Introduo a Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: JohnWiley & Sons, 2006. 983 p.

SANTOS, Glaucio. Consideraes do ambiente eletromagntico urbano na anlise deinterferncias em veculos automotores. Dissertao de Mestrado, Escola Politcnica daUniversidade de So Paulo, 2002, 82 p.


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Universidade de So Paulo, 2002, 82 p.


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68

PIRES, Roginele Salatiel da Silva. Investigao de uma nova Metodologia para Ensaiosde Susceptibilidade Eletromagntica em Veculos Automotivos. Tese de Doutorado,Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008, 107p.



RYBAK, Terence e STEFFKA, Mark Clayton. Compatibilidade EletromagnticaAutomotiva. 1 ed. New York: Kluwer Academic Publishers, 2004, 295 p.

CHONG, Andrew. Driving Asia -As Automotive Electronics Transforms a Region.Infineon Technologies Asia Pacific Pte Ltd, 2010, 217 p.

SANTOS, Glaucio, GALVO, Benjamin, ONUSIC, Helcio, ANDREATI, Sergio. AImportncia das Avaliaes de EMC.Documento nmero 982867 apresentado noCongresso SAE 1998, 11 p.






OTT, Henry. Engenharia de Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: John

Wiley & Sons, 2009. 843 p.

OTT, Henry. Engenharia de Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: JohnWiley & Sons, 2009. 843 p.





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WOLFGANG, Langguth. Aterramento e EMC. 1ed. London: Cooper DevelopmentAssociation, 2007.2012. 4p.

ALEXANDERSON, Sabine. Anlise de Componentes Parasitas em Arranjos de

Condutores. Tese de doutorado, Universidade LUND, Sucia, 2008, 209 p.ALEXANDERSON, Sabine. Anlise de Componentes Parasitas em Arranjos deCondutores. Tese de doutorado, Universidade LUND, Sucia, 2008, 209 p.

ALEXANDERSON, Sabine. Anlise de Componentes Parasitas em Arranjos deCondutores. Tese de doutorado, Universidade LUND, Sucia, 2008, 209 p.

ALEXANDERSON, Sabine. Anlise de Componentes Parasitas em Arranjos deCondutores. Tese de doutorado, Universidade LUND, Sucia, 2008, 209 p.










HUANG,Yi, BOYLE, Kevin. Antenas: Da Teora para a Prtica. 1 ed. Singapura: JohnWiley & Sons,2008. 363 p.

NASCIMENTO, Gilberto Ferreira do.Estudo de Crosstalk em Chicotes EltricosAutomotivos. Projeto Final de Graduao, Centro Federal de Educao Tecnolgica doParan. 2003, 83p.



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70


PAUL, Clayton. Introduo a Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: John

Wiley & Sons, 2006. 983 p.RYBAK, Terence e STEFFKA, Mark Clayton. Compatibilidade EletromagnticaAutomotiva. 1 ed. New York: Kluwer Academic Publishers, 2004, 295 p.


PIRES, Roginele Salatiel da Silva. Investigao de uma nova Metodologia para Ensaiosde Susceptibilidade Eletromagntica em Veculos Automotivos. Tese de Doutorado,

Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008, 107p.PIRES, Roginele Salatiel da Silva. Investigao de uma nova Metodologia para Ensaiosde Susceptibilidade Eletromagntica em Veculos Automotivos. Tese de Doutorado,Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008, 107p.








BARTHUS, Marcus. Perspectivas de Ensaios de Compatibilidade Eletromagntica para aIndstria Automotiva. II Seminrio de Compatibilidade Eletromagntica e Avaliao deConformidade, Porto Alegre, 2012. 79 p.


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General Motors. GMW 3097: Especificaes Gerais para ComponentesEltricos/Eletrnico, Compatibilidade Eletromagntica (EMC). Normas de Teste, 2004.71 p.

General Motors. GMW 3097: Especificaes Gerais para ComponentesEltricos/Eletrnico, Compatibilidade Eletromagntica (EMC). Normas de Teste, 2004.71 p.

BARTHUS, Marcus. Perspectivas de Ensaios de Compatibilidade Eletromagntica para aIndstria Automotiva. II Seminrio de Compatibilidade Eletromagntica e Avaliao deConformidade, Porto Alegre, 2012. 79 p.

IMPACTO, Colgio. Apostila de Antenas e Ondas. 58 p.

OTT, Henry. Engenharia de Compatibilidade Eletromagntica. 2 ed. Hoboken: John

Wiley & Sons, 2009. 843 p.


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ANEXO A Tabela de normas EMC automotiva

International StandardsStandard Title Part Vehicle ESA

ISO 7637

Road vehicles -- Electrical disturbances from conductionand coupling

ALL

N YDefinitions and general considerations 1Electrical transient conduction along supply lines only 2TBA 3

ISO 7637

Passenger car and light commercial vehicles with nominal12V supply voltage electrical transient conduction alongsupply lines only.

1

N YCommercial vehicles with nominal 24V supply voltage

electrical transient conduction along supply lines only.

2

Vehicles with nominal 12V and 24V supply voltage electrical transient transmission by capacitive and inductivecoupling via lines other than supply lines.

3

Standard Title Part Vehicle ESA

ISO 10605Road vehicles Test methods for electrical disturbancesfrom electrostatic discharge

TR Y Y1 Y Y2 Y Y


ISO 11451

Road vehicles Vehicle test methods for electrical

disturbances from narrowband radiated electromagneticenergy

ALL

Y NPart 1: General and definitions (amendment 1:2008) 1Part 2: Off-vehicle radiation sources 2Part 3: On-board transmitter simulation 3Part 4: Bulk current injection (BCI) 4


ISO 11452

Road vehicles Component test methods for electricaldisturbances from narrowband radiated electromagneticenergy

ALL

N Y

Part 1: General and definitions (amendment 1:2008) 1

Part 2: Absorber-lined chamber (1995) 2Part 3: Transverse electromagnetic mode (TEM) cell 3Part 4: Bulk current injection (BCI) 4Part 5: Stripline 5Part 6: Parallel plate antenna 6Part 7: Direct radio frequency (RF) power injection 7Part 7: Immunity to magnetic fields 8


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73

Standard TitleEdition

Vehicle ESA

CISPR-12Vehicles, motorboats and spark-ignited engine-drivendevices Radio disturbance characteristics Limits andmethods of measurement

6 Y Y

Standard TitleEdition

Vehicle ESA

CISPR-25Radio disturbance characteristics for the protection ofreceivers used on board vehicles, boats, and on devices Limits and methods of measurement

3 Y Y

European Standards


95/54/EC

Commission Directive 95/54/EC of 31 October 1995adapting to technical progress Council Directive72/245/EEC on the approximation of the laws of theMember States relating to the suppression of radiointerference produced by spark-ignition engines fitted tomotor vehicles and amending Directive 70/156/EEC on theapproximation of the laws of the Member States relating tothe type-approval of motor vehicles and their trailers

1 Y Y

2004/104/EC

Commission Directive 2004/104/EC of 14 October 2004adapting to technical progress Council Directive72/245/EEC on the approximation of the laws of theMember States relating to the suppression of radiointerference produced by spark-ignition engines fitted to

motor vehicles and amending Directive 70/156/EEC on theapproximation of the laws of the Member States relating tothe type-approval of motor vehicles and their trailers

1 Y Y

2004/104/ECCorrigenda

Corrigendum to Commission Directive 2004/104/EC of 14October 2004 adapting to technical progress CouncilDirective 72/245/EEC relating to the radio interference(electromagnetic compatibility) of vehicles and amendingDirective 70/156/EEC on the approximation of the laws ofthe Member States relating to the type-approval of motorvehicles and their trailers.

1 Y Y

2005/83/EC

Commission Directive 2005/83/EC of 23 November 2005amending, for the purposes of their adaptation to technicalprogress, Annexes I, VI, VII, VIII, IX and X to Council

Directive 72/245/EEC relating to the radio interference(electromagnetic compatibility) of vehicles

1 Y Y

2006/28/EC

Commission Directive 2006/28/EC of 6 March 2006amending, for the purposes of their adaptation to technicalprogress, Council Directive 72/245/EEC of 20 June 1972relating to the radio interference (electromagneticcompatibility) of vehicles and Council Directive70/156/EEC on the approximation of the laws of theMember States relating to the type-approval of motorvehicles and their trailers

1 Y Y

95/56/EC

Commission Directive 95/56/EC of 8 November 1995adapting to technical progress Council Directive 74/61/EECrelating to devices to prevent the unauthorized use of motor

vehicles

1 N Y

97/24/ECCommission Directive 97/24/EC of the European Parlimentand of the Council of 17 June 1997 on certain componentsand characteristics of two or three-wheel motor vehicles

1 Y Y


74/75

74

2002/24/EC

Directive 2002/24/EC of the European Parliamentand of theCouncil of 18 March 2002 relating to the type-approval oftwo or three-wheel motor vehicles and repealing CouncilDirective 92/61/EEC

1 Y Y

2003/77/EC Commission Directive 2003/77/EC of 11 August 2003amending Directives 97/24/EC and 2002/24/EC of theEuropean Parliament and of the Council relating to the type-approval of two-or three-wheel motor vehicles

1 Y Y

2000/2/EC

Commission Directive 2000/2/EC of 14 January 2000adapting to technical progress Council Directive75/322/EEC relating to the suppression of radio interferenceproduced by spark-ignition engines fitted to wheeledagricultural or forestry tractors and Council Directive74/150/EEC relating to the type-approval of wheeledagricultural or forestry tractors

1 Y Y

2005/49/EC

COMMISSION DIRECTIVE 2005/49/EC of 25 July 2005amending, for the purposes of their adaptation to technicalprogress, Council Directive 72/245/EEC relating to the radiointerference (electromagnetic compatibility) of vehicles andCouncil Directive 70/156/EEC on the approximation of thelaws of the Member States relating to the type-approval ofmotor vehicles and their trailers

1 Y Y

US Standards


SAE J551

Performance levels and methods of measurement ofelectromagnetic compatibility of vehicles, boats (up to 15m)and machines (50Hz to 18GHz)

1

Y N

Test limits and methods of measurement of radiodisturbance characteristics of vehicles, motorboats andspark-ignited engine-driven devices

2

Test limits and methods of measurement of radiodisturbance characteristics of vehicles and devices,broadband and narrowband, 150kHz to 1000MHz

4

Performance levels and methods of measurement ofmagnetic and electric field strength from electric vehicles,broadband, 9kHz to 30MHz

5

Vehicle electromagnetic immunity- off-vehicle source 11

Vehicle

Introducao a Compatibilidade Eletromagnetica

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