|
EMV-Prüfungen
in der Kraftfahrzeug-Elektronik
Autor:
Dipl. Ing. Frank Niechcial
EM TEST GmbH
Lünener Str. 211
D-59174 Kamen
E-Mail: info@emtest.de
|
|
Leitungsgeführte
impulsförmige Störgrößen auf 12V und 24V
Bordnetzen
|
|
 |
Vorwort
Obwohl viele Normen weltweit harmonisiert werden, nimmt
die Spezialisierung der Testverfahren und der
Testspezifikationen weiter zu. Da immer neue
elektronische Komponenten in Kraftfahrzeugen eingesetzt
werden sollen, müssen sie hinsichtlich der
Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit
eine bestimmte Störfestigkeit gegenüber Transienten
besitzen. Daher achten Fahrzeughersteller sehr genau
bereits im Entwicklungsprozeß auf eine ebensolche
Einhaltung der Störfestigkeit. Die
Fahrzeughersteller- spezifischen Forderungen gehen dann oft
über die gültigen Normen hinaus, und werden heute durch
neue, fahrzeugspezifische Impulse ergänzt. Dieses
dokumentiert sich in den verschiedensten
Herstellerspezifikationen.
|
Einleitung
Dabei wird
mit der schon jetzt vorhandenen Normenflut sicher nicht
das Ende der Fahnenstange erreicht sein. Denn dagegen
spricht, daß sich in dem boomenden Markt der
Automobilindustrie die Entwicklungsintervalle der Pkws,
und damit auch der Peripherie wie Motronic, ABS- oder
Klimasteuerungssysteme oder auch Autoradios, weiterhin
deutlich verkürzen werden. Mann sollte sich einmal vor
Augen halten, daß komplette Pkws bis vor einigen Jahren
nur alle 8-10 Jahre neu aufgelegt wurden, dagegen heute
manche Hersteller alle 1,5-2 Jahre ihre Modelle erneuern.
Dazu kommt, daß die Pkws
heute auch schon in der kleinsten Klasse über einen
Komfort verfügen, der noch vor wenigen Jahren nur
Fahrzeugen der Oberklasse vorbehalten war. Auch die
aktuellen Neuheiten wie Navigationssystem,
Xenon-Beleuchtung oder 8-fach Airbags werden über kurz
oder lang in den kleineren Klassen zu finden sein.
Gleichzeitig wird bereits
jetzt an dem 42 V-Bordnetz gearbeitet, welches gerade
für den leistungshungrigen klimatechnischen Bereich der
Beheizung und Klimatisierung benötigt wird. Da man mit
den heutigen, über Riemen angetriebenen, Lichtmaschinen
am Ende der Leistungsausbeute steht, wird es in Zukunft
eine Art von Kurbelwellengeneratoren geben, welche direkt
auf der Kurbelwelle angeflanscht werden.
Nun müssen sich die
Fahrzeughersteller noch entscheiden, welchen primären
Zweck die Erhöhung der Spannung haben soll, denn wenn
man den benötigten Leistungsbedarf in etwa auf heutigen
Niveau lassen würde, könnten durch Verringerung der
Bordnetz-Ströme einige transiente Impulse zumindest
entschärft werden. Es bedarf jedoch nicht viel Phantasie
um zu der Überzeugung zu gelangen, daß es nicht allzu
lange dauern wird, bis auch der neue Leistungsbereich
voll ausgenutzt wird.
|
Hauptteil
Warum unterscheiden sich nun die verschiedenen
Hersteller-Vorschriften teilweise so deutlich? Dies
hängt in erster Linie von den individuellen
Eigenschaften einiger Kraftfahrzeuge ab. Nehmen wir
einmal an, ein KFZ-Hersteller erkennt eine Störung in
einem bestimmten Frequenzbereich seines Radios, und als
Ursache dafür findet er den Lüftermotor am Kühler.
Zur Entstörung setzt er
sodann einen Kondensator über den Motor und siehe da:
Problem gelöst. Jedoch hat er durch den parallelen
Kondensator zur Induktivität des Motors im Bordnetz
einen Impulsgenerator gebaut. Anstatt jetzt jedoch eine
aufwendige, und damit auch teurere, Entstörung zu bauen,
schreibt er lieber allen Zulieferern in seiner
Hersteller-Norm die Störfestigkeit gegen dadurch
eventuell resultierende Impulse vor.
Will man nun mit seinen
Produkten möglichst alle bereits vorliegenden
Herstellernormen abdecken, und gleichzeitig auch für die
kommenden Vorschriften gerüstet sein, braucht man ein
Prüfssystem, welches genau auf diese Gegebenheit
ausgelegt ist. Das heißt, er benötigt ein absolut
zukunftssicheres, innovatives System, welches flexibel
genug sein muß, um auch zukünftige Anforderungen
abzudecken. Doch bemühen wir nun zuerst einmal die
Physik, um zu erkennen, welche Art von transienten
Impulsen überhaupt in einem Automobil entstehen können.
Die
charakteristischen Impulse
Transiente Impulse entstehen durch Schalten von Lasten oder
Induktivitäten im Bordnetz. Je nachdem, wie nun das
Testobjekt im Bordnetz verschaltet ist, kann es durch
verschiedene Impulse beeinträchtigt werden. Im
einfachsten Fall unterscheidet man 5 verschiedene Arten
von Impulsen (E1 bis E5), welche sich durch ihre
Entstehung bedingt vor allem in der Amplitude und der
Länge unterscheiden.
Der in der DIN 40839
zitierte Impuls E1 entsteht durch die Abschaltung der
Batterie einer sich parallel zum EUT befindlichen
Induktivität wie z.B. der Sitz- oder Scheibenheizung.
Diese Induktivität entlädt sich dann durch das EUT,
daher ist der Impuls 1 auch negativ. Die Impulsdauer
liegt im Microsekundenbereich.
|
|
Der Impuls E2 entsteht durch das Abschalten einer
Steuerelektronik, während ein Motor dreht, z.B. beim
Scheibenwischermotor oder beim Fensterheber. Solange der
Motor durch seine Schwungmasse noch dreht, wird er dabei
zum Generator. Auch dieser Impuls liegt im
Microsekundenbereich, ist jedoch gegenüber dem Impuls 1
deutlich kürzer.
|
|
Der wohl bekannteste Impuls ist der Impuls E3 (3a
negativ, 3b positiv). Er entsteht durch die Abschaltung
kleiner Induktivitäten und Kapazitäten, die im
Kabelbaum verteilt sind. Die Entstehung erfolgt dann
durch das Prellen des Schaltkontaktes. Hierbei handelt es
sich um einen unipolaren Impuls, der zwar positiv oder
negativ sein kann, nicht jedoch alternierend.
|
|
Die dazugehörigen Prüfimpulse 3a und 3b sind sehr schnelle transiente
Impulse in Nanosekundenbereich mit der im Vergleich zu
den anderen Impulsen geringsten Energie.
Der Impuls E4 entsteht durch den Startvorgang des Autos,
da durch den hohen Energiebedarf des Startermotors das
Bordnetz in die Knie geht. Durch die örtlichen Umstände
bedingt kann auch dieser Impuls mit den verschiedensten
Parametern auftreten, man denke nur an die
Umgebungstemperatur oder die Viskosität des Motoröls.
|
|
Mit in diesen Bereich
fällt der Impuls 2b, der Motor-Shut-Down-Impuls, der
durch eine Bordnetzabschaltung erzeugt wird, während
sich die Lichtmaschine weiter dreht. Sie erzeugt dann
nochmals eine Spannung, wobei dies keine Überspannung
sondern nur eine kurzfristige Bordnetzspannung ist.
Wird die Batterie
abgeschaltet, oder die Verbindung dorthin unterbrochen,
während die Lichtmaschine Energie liefert, entsteht der
Impuls E5. Da dann die niederimpedante Batterie fehlt,
entstehen Überspannungen, welche direkt an der
Elektronik liegen. Ein solcher Verbindungsunterbruch
entsteht z.B. durch Abfallen der Batterieverbindung durch
Korrosion. Es handelt sich hierbei um einen
energiereichen Impuls im Millisekundenbereich.
|
|
Aus dieser Überlegung
heraus erklärt sich nun die Aufstellung eines geeigneten
Generator-Konzeptes:
- Hochfrequente Impulse
mit niedriger Energie Impulse 3a und 3b à EFT
200
- Mittelfrequenzhaltige
Impulse mittlerer Energie Impulse 1, 2 und 6 à
MPG 200
- Niederfrequente
Impulse hoher Energie Impulse 5 und 7 à LD 200
- Spannungseinbrüche,
Bordnetzvariation Impulse 2b, 4 oder JASO à VDS
200
Was
müssen diese modernen Gereratoren leisten ?
Spektrum der Anforderungen
Wie schon anfangs erwähnt stehen die Hersteller wie auch
die Zulieferer der Kfz-Industrie vor einer auf den ersten
Blick unüberwindbaren Flut von Normen und Vorschriften.
Einerseits wird allen Prüfungen die ISO 7637, bzw. auf
nationaler Ebene die DIN 40839 zugrundegelegt,
andererseits gibt es, was die Vielfalt von
leitungsgebundenen Störgrößen im Bordnetz betrifft,
kein anderes Gebiet in der EMV, das so vielfältig ist,
wie das des Kfz-Bereiches.
Hinzu kommen Bereiche aus dem europäischen sowie
weltweiten Ausland, die sich teilweise komplett von den
gültigen Normen lösen. Ein Beispiel dafür ist JASO.
Hier müssen nicht die eigentlichen Impulse, sondern das
sinusförmige Frequenzspektrum, welches aufgrund der
Impulsform entsteht, abgeprüft werden. Denn jeder Impuls
mit einer Verlaufsform die auf einer e-Funktion beruht,
kann in einzelne Sinusschwingungen zerlegt werden.
Dies alles trifft
hauptsächlich die Zulieferer in dieser Branche, die ganz
besonders vor diesen komplexen Prüfanforderungen stehen.
Hinzu kommen weitere Erschwernisse, wie z.B.
Prüflingsströme bis 100 A oder größer, zukünftige
Bordnetze mit 42V, usw., um nur einige zu nennen.
Da die EMV Prüfungen
heute wie auch zukünftig immer mehr in den Bereich
Langzeitprüfungen und somit in die Qualitätssicherung
übergreifen, sind schon heute Prüfungen bis 48 h für
einen einzigen Prüfimpuls keine Seltenheit. Bei diesen
Prüfungen handelt es sich gleichzeitig auch um
Funktionsprüfungen die das Langzeitverhalten mit
kontrollieren sollen. Denn immer mehr Hersteller werden
in Zukunft die Inspektionsintervalle auf 30.000 km oder
alle 2 Jahre hochsetzten wollen.
Um nun nicht den gesamten
Meßmittelpark zu blockieren, erfordert es eine
einzigartige Prüftechnik, die es erlaubt, parallel zu
testen.
|
 |
Abb. 1:
Prüfgenerator für Mikrosekundenimpulse Typ MPG
200 |
|
Um all diesen
Spezifikationen gerecht zu werden, wurde die 200er Serie
der Firma EMTEST entwickelt. Dabei standen die Begriffe
Rationalisierung und Wirtschaftlichkeit bei der
Durchführung der Prüfungen an vorderster Stelle des
Plichtenhefts bei der Entwicklung der Generatoren.
Normen namhafter
Hersteller, wie z.B. BMW, Chrysler, Fiat, Ford, GM,
Mercedes, Nissan, Renault, Opel, VW, usw. werden zudem
nicht nur abgedeckt, sondern bei weitem übertroffen.
Herausragende Merkmale dieser Geräte:
· Autarke Funktionsweise
jedes einzelnen Generators
· Alle Parameter bei laufender Prüfung am Gerät
variierbar
· Einfachste Bedienung der Geräte aufgrund eines
großen Displays und einer optimalen ergonomischen
Bedienung über eine eigene Gerätetastatur
· Normenprogramme
· Freie Einstellung der Parameter, um auch zukünftigen
Normen gerecht zu werden
· Parallele Nutzung der Geräte; alternativ die
Einbindung in ein Messystem mit zentralem
Prüflingsanschluß
· Standardmäßige RS232 sowie IEEE Schnittstelle, und
somit die Möglichkeit der Nutzung über Software
Durch die immer noch einzigartige Koppelmatrix CNA200
haben Sie zudem die Möglichkeit, Ihre Prüflinge ohne
umzustecken an einem zentralen Anschluß zu adaptieren.
Fazit
Eine immer komplexer werdende Störumgebung fordert
immer umfangreichere Prüfungen. Die Einführung des
neuen 42 V-Bordnetzes wird zusätzliche Anforderungen
schaffen.
Um trotzdem extrem kosten-
wie auch zeitoptimiert prüfen zu können gibt es das
innovative Geräteprogramm der 200er Serie der Firma
EMTEST, welches Funktionalität, Variabilität,
Integrierbarkeit sowie Zukunfssicherheit in jedem Gerät
vereint.
Das herausragende
Bedienkonzept führt der Bediener weg von der Problematik
des Lesens von Anleitungen vor jeder Prüfung hin zur
Problematik des Prüflings. Und dies, dank des äußerst
einfach zu bedienenden, universellen Systems, mit dem
jede erdenkliche Prüfanordnung bis hin zu Prüfung am
Einsatzort, auch ohne Verwendung eines Steuer-PC’s,
realisiert werden kann.
|
|
