自動車のEMC対策の考え方——車載機器でエミッションとイミュニティを切り分け、外に頼むとき

車載機器の EMC は「法規」と「取引先の仕様」の二段で決まる

車載機器の EMC で最初に押さえるのは、何に合わせなければならないかである。道路運送車両の保安基準第 17 条の 2 第 1 項は、自動車の電気装置は、火花による乗車人員への傷害等を生ずるおそれがなく、かつ「その発する電波が無線設備の機能に継続的かつ重大な障害を与えるおそれのないもの」として告示で定める基準に適合しなければならないとしている^[1]。第 2 項は、大型特殊自動車・小型特殊自動車を除く自動車の電気装置について、「電波による影響により当該装置を備える自動車の制御に重大な障害を生ずるおそれのないもの」として告示の基準に適合することを求めている^[1]。第 1 項がエミッション、第 2 項がイミュニティにあたる。

告示の側では、国土交通省が、相互承認協定に平成 10 年に加入したうえで協定規則を段階的に採用していること、電磁両立性に係る協定規則（第 10 号）の改正を受けて細目告示の電気装置の条（第 21 条及び第 99 条）を改正したことを説明している^[3]。部品を納める会社にとっては、車両の型式認可の基準である協定規則第 10 号と、それより厳しいことの多い自動車会社ごとの社内規格の両方が要求の源になる。

どの機能が守られるべきかについて、協定規則第 10 号は「電磁耐性関連機能」として、エンジン・ギア・ブレーキ・ステアリングのような車両の直接制御に関わる機能、エアバッグなど乗員や道路使用者の保護に関わる機能、方向指示器や制動灯の誤作動のように運転者や周囲を混乱させる機能、そしてそれらに必要なデータを伝送する車両データバスの機能を挙げている^[2]。自社の部品がこのどれに関わるかで、取引先が求める試験の厳しさと、対策の優先順位が変わる。

協定規則第 10 号が求める試験と数値

協定規則第 10 号は、車両については放射妨害波の試験と放射妨害に対する電磁耐性の試験を行い、車両の型式認可に伝導の試験は要らない（電力網につないで充電する構成を除く。充電中の車両や、充電系に接続する部品には、第 7 項で電源ラインの伝導の試験が加わる）とする一方、ESA（電気・電子式組立部品）については放射・伝導のエミッションと、放射・伝導の妨害に対する電磁耐性を試験するとしている^[2]。部品の段階のほうが試験の種類が多い。

電磁耐性の試験レベルは、試験法ごとに次のように定められている（20〜2,000 MHz の周波数帯の 90 % 超で満たす値と、帯域全体で満たす最低値）^[2]。

12 V・24 V の電源線に ESA が出す過渡的な妨害については、ISO 7637-2 による方法で試験し、パルス振幅の最大許容値を 12 V 系の車両で +75 V・−100 V、24 V 系で +150 V・−450 V としている^[2]。車両からの広帯域の放射については、アンテナとの距離 10 m で測る場合、30〜75 MHz で 32 dBμV/m、75〜400 MHz で 32〜43 dBμV/m（周波数とともに対数的に増加）、400〜1,000 MHz で 43 dBμV/m という限界値が示されている^[2]。

これらは型式認可の基準であり、取引先の社内規格はこれより厳しい値や別の試験法を指定することが多い。試験の指定の仕方は、産業機器の EMC 試験について書いたEMC 試験の指定と考え方が近いので、性能判定基準の書き方などはそちらも参照してほしい。この記事では、試験に落ちた・現場で誤動作した、という段階の切り分けと対策を扱う。

まず「出しているのか、受けているのか」を分ける

日産自動車の技術者による自動車 EMC 試験の国際規格の解説は、自動車の中には 20 kV 以上にもなる点火電圧、誘導負荷の過渡電圧、スイッチの開閉で生じるアーク放電、マイコンのクロック信号といったノイズ源があり、外からは人体の静電気放電、放送波、携帯電話などの電波が加わると説明している^[4]。そして、これらのノイズが 1 台あたり延べ数 km にもなるワイヤハーネスと結合することが、自動車の EMC を複雑にしているとしている^[4]。

同じ解説によれば、自動車の EMC 国際規格は、エミッション試験を CISPR/D が、イミュニティ試験を ISO/TC22/SC3/WG3 が審議している^[4]。不具合の切り分けもこの二つに沿って分ける。

エミッション：広帯域か狭帯域かで、出どころの当たりを付ける

同じ解説は、CISPR 12・25 では受信機への影響の違いから限度値を広帯域（BB）と狭帯域（NB）に分けて設定しており、規定の帯域幅で尖頭値と平均値を測ってその差が 6 dB より大きければ広帯域、6 dB 以下なら狭帯域と判定すると説明している^[4]。そのうえで、DC モーターのブラシのノイズやリレーの開閉で起きるアークは広帯域、マイコンのクロックなどは狭帯域であるとしている^[4]。

この区別は対策の当たりを付けるのに使える。狭帯域の山がクロックの周波数とその倍数に並んでいれば、発振源と基板の配線・電源の分離を見る。広帯域の盛り上がりが出ていれば、モーター・リレー・スイッチング電源の切替えを見る。どちらも、同時に動いている機能を一つずつ止めて山が消えるかを確かめると、出どころが絞れる。

伝導か放射か——ハーネスがアンテナになる

同じ解説は、2003 年時点の CISPR 25 の部品試験に二つの伝導測定と二つの放射測定があり、伝導の測定は自動車の EMI の支配要因の一つであるハーネスへの伝導エミッションを測るもので、放射の測定は供試品自身と 1.5 m のハーネスを含めた系全体からの放射を見るものだと説明している^[4]。ハーネスもアンテナとして放射に加わるので、部品の筐体だけでなく、つながったハーネスに乗ったノイズも疑う。

放射で限度値を超えた場合も、まず伝導（電源線・信号線に流れる電流）を測り、どの線に乗っているかを特定すると、対策の場所が決まる。逆に、伝導は小さいのに放射が大きいなら、筐体のすき間や基板自体からの放射を疑う。ハーネスの仕様の決め方はワイヤーハーネスの発注で指定することで扱っている。

イミュニティ：ISO の部品試験で車両より高いレベルが使われる理由

2003 年時点の解説は、ISO の部品試験の試験レベルは 100 V/m、200 V/m といった高いレベルまで規定されており、車室内の空間で共振が起きて部品が高い電界にさらされることがあるため、一般に車両試験の値よりも厳しい値が使われると述べている^[4]。協定規則第 10 号が ESA に求める値（自由電磁界法で 30 V/m、TEM セルで 75 V/m など）^[2]より高く、取引先の社内規格がこうした ISO の部品試験のレベルを指定していないかを確かめておく。試験の合否は、試験レベルごとに機能の許容できる失陥の度合いを決めて判断する FPSC（Function Performance Status Classification）の考え方が取られるという^[4]。誤動作の切り分けでは、「どの機能が、どのレベルで、どんな状態になったか」を、このクラス分けに沿って記録しておく。

静電気放電：人が触れるところが入口になる

車載の ESD 対策部品を評価した自動車技術会の論文は、ESD の多くは乗車する人から発生し、ハンドル、ナビゲーションシステム、スイッチなどの操作部を通じて車載電子機器に印加されること、エネルギは微小でもごく短時間（1 ns 未満）に高電圧（10 kV 超）が加わるため半導体などの誤動作や故障の原因になることを挙げている^[5]。同じ論文は、システムレベルの ESD 試験法として IEC 61000-4-2 と、車載機器を対象とした ISO 10605 があるとしている^[5]。原因が見つからない故障（再現しない返品）に静電気が関わっていないかは、操作部やコネクタの近くの回路から確かめる。

社内でできる対策を、経路に合わせて選ぶ

出どころと経路の見当が付いたら、対策は経路に合わせて選ぶ。どの対策も、効き方は回路と配置で変わるので、一つ入れるたびに測って効果を確かめる。

電源線・信号線に乗っている場合は、コネクタの近くでのフィルタ（コンデンサ、コモンモードチョーク、フェライト）を検討する。入れる位置がコネクタから遠いと、フィルタの手前の配線から放射したり、結合したりする。基板からの放射は、クロックやスイッチングの電流が流れるループを小さくする、グラウンドを分断しない、といった配置の見直しが中心になる。プリント基板の仕様の書き方はプリント基板の発注で指定することで扱っている。筐体では、金属筐体のすき間、塗装でつながっていない接合部、ケーブルの引き込み口を確かめる。

イミュニティでは、外から入った妨害が誤動作につながる部分（リセット線、割込み線、アナログの入力）を見つけ、そこを守る。ソフトウェアで入力の値を確かめる処理や、通信の誤りを検出して再送する処理も、設計の範囲に入る。アナログの入力のノイズについてはアナログ回路のノイズの切り分けと対策、モーター駆動のノイズの経路の考え方は、設備側のインバータを例にしたインバータのノイズの経路の切り分けと対策でそれぞれ扱っている。

社内で手に負えないとき、外に何を頼むか

EMC の測定には電波暗室や規格どおりの測定器・擬似電源回路網が要り、社内の簡易測定では限度値との比較に使えないことが多い。次の段階では、専門の会社に頼むほうが早い。

本番前の事前測定：取引先の試験に出す前に、問題の出そうな周波数と経路を測ってもらう。不合格後の切り分け：落ちた周波数の山について、どの線・どの機能から出ているかを、機能を止めたり線を外したりしながら絞り込む。対策の評価：対策部品を入れた前後で同じ条件の測定を並べ、効果を確かめる。誤動作の再現：現場で起きた誤動作について、周波数・強さ・入口を変えながら再現条件を探す。

頼むときに伝えること

動作モードと監視の方法は、結果を左右する。同じ解説も、車両の試験では電子機器の機能の状況を光ファイバや高抵抗の導線で監視しながら行うと述べている^[4]。監視の配線がノイズを拾ったり持ち込んだりすると、供試品の問題と区別できなくなるからである。部品の監視の方法も、試験先と事前に決めておく。壊れた部品の解析全般は故障解析を外に頼むときを参照してほしい。

よくある質問

試験所によって結果が違いました。どちらを信じればよいですか

放射の測定は、ハーネスの配置、供試品と測定器の距離、グラウンドの取り方で値が変わる。まず両方の試験報告で構成と配置が同じかを比べる。違えば、取引先の規格の配置に合わせた条件で測り直してもらう。

汎用品の部品を車載機器に使うとき、EMC は何を確かめればよいですか

汎用品の EMC の適合は、家庭用や産業用の規格によるものが多く、車載の試験法やレベルとは違う。協定規則第 10 号は ESA に放射・伝導の両方の試験を求めている^[2]。充電中に電力網とつながる部品（車載充電器など、充電系に接続する ESA）なら、電源ラインの伝導の試験も加わる^[2]。部品単体ではなく、自社の機器に組み込んだ状態で、取引先の規格の試験を行う必要がある。

補修部品として売る電子部品にも認可が要りますか

協定規則第 10 号は、補修機器として売られる構成部品で、電磁耐性関連機能に関連しないものは型式認可が不要としつつ、規則の限界値を満たす旨の表明書の発行を求めている^[2]。関連する機能に関わる部品かどうかを先に確かめる。

まとめ

車載機器の EMC 対策は、保安基準と協定規則第 10 号、取引先の社内規格という要求の源を確かめ、エミッションかイミュニティか、伝導か放射かを切り分けてから、経路に合った対策を一つずつ入れて測る順で進める。広帯域と狭帯域の区別は出どころの手がかりになり、ハーネスはアンテナにも入口にもなる。社内の測定で限度値との比較や再現ができないときは、規格の構成で測れる専門の会社に、規格と版、起きたこと、構成、動作モード、記録をそろえて頼む。

出典・参考資料

1. 道路運送車両の保安基準（昭和二十六年運輸省令第六十七号）（e-Gov 法令検索（デジタル庁）／第 17 条の 2）
2. 協定規則第 10 号 電磁両立性に係る車両認可の統一規定（日本語訳）（国土交通省）
3. 「道路運送車両の保安基準の細目を定める告示」等の一部改正について（国土交通省）
4. 自動車 EMC 試験の国際規格概要（塚原仁／エレクトロニクス実装学会誌 6 巻 3 号／2003 年）
5. 車載 ESD 対策部品の評価と提案（矢内剣ほか／自動車技術会論文集 55 巻 1 号／2024 年）

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