Kontaktlose EMV-Charakterisierung von Ersatzstörquellen

Die EMV (EMV) ist ein wesentlicher Bestandteil der Fahrzeugentwicklung. Mit der Sicherstellung der EMV wird dafür gesorgt, dass Vorgaben des Gesetzgebers und funktionale Anforderungen in Fahrzeugen für einen sicheren und zuverlässigen Einsatz erfüllt werden. Durch die Elektrifizierung des Antriebsstranges erhöht sich der Aufwand, der für die Sicherstellung der EMV betrieben werden muss. Wissenschaft und Technik verfolgen die Fragestellung, wie der Entwicklungsprozess im Hinblick auf die EMV effizienter gestaltet werden kann. Grundlegend dafür ist das genaue Verständnis der charakteristischen Eigenschaften von Komponenten, damit zielgerichtet Maßnahmen eingeleitet werden können.

Dieses Kapitel erläutert die Motivation und die Grundlagen des Messverfahrens, das in den nachfolgenden Kapiteln genauer beschrieben und untersucht wird.

Im vorangegangenen Kapitel 2 wurde der Kontext, in dem EMV in den Entwicklungsprozess eingebunden wird, vorgestellt. Dieser stützt sich größtenteils auf Prototypen-Versuche, die erst spät im Entwicklungsprozess durchgeführt werden können. Die Entwicklung kann durch ein ESQ-Modell, dass die elektrischen Eigenschaften eines DUT anhand seiner Klemmeneigenschaften beschreibt, unterstützt werden. Für die Erstellung eines ESQ-Modells können verschiedene Ansätze herangezogen werden, die in Abschnitt 2.2.3 eingeführt wurden.

In Kapitel 3 wurde eine Methode zur Charakterisierung von ESQs, beziehungsweise von leitungsgebundenen Störaussendungen, vorgestellt. Dabei wurden die Schritte zur Kalibrierung des Messaufbaus im Frequenzbereich erläutert. Weiter wurde die Anwendung der Kalibrierung auf die Zeitbereichsmessung beschrieben und die damit mögliche Bestimmung der Leitungsgrößen an den Leitungsenden. Mit diesen können die charakteristischen DUT-Eigenschaften in Form von Strom, Spannung und Impedanz einer Störquelle bestimmt werden. Darüber hinaus wurden die Einflussgrößen, die die Grenzen des Verfahrens darstellen, identifiziert. Zur Absicherung der theoretischen Überlegungen aus Kapitel 3 muss das vorgestellte Verfahren praktisch angewendet werden. Um die Grenzen des Verfahrens abzuschätzen, soll zunächst ein möglichst einfacher Referenzmessaufbau mit bekannten Werten für die Koppelpfade und dem DUT verwendet werden.

In Kapitel 3 wird ein Verfahren zur kontaktlosen ESQ-Charakterisierung für die Bewertung von leitungsgebundenen Störaussendungen vorgestellt. Zunächst wird die Methode theoretisch, ohne praktischen Bezug analysiert. In Kapitel  4 werden die praktische Durchführung und die Grenzen des Verfahrens untersucht und es wird gezeigt, dass das Verfahren den Erwartungen aus den vorangegangenen Kapiteln tatsächlich gerecht wird.

In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur Charakterisierung der leitungsgebundenen Störaussendungen von leistungselektronischen Fahrzeugkomponenten vorgestellt. Bei der Entwicklung von Fahrzeugkomponenten werden entwicklungsbegleitend und am Ende des Entwicklungszeitraumes Hardware-Tests nach CISPR 25 [16] durchgeführt. Damit wird die EMV der Komponente und nach der Integration die EMV des Gesamtfahrzeuges sichergestellt. Die Komponententests erfolgen in einer genormten Prüfumgebung, die standardisierte industrieübergreifende Prüfungen gewährleistet. Ein Risiko entsteht dadurch, dass die Prüfumgebung nicht die Zielumgebung der Komponente im Fahrzeug abbildet. Durch veränderte Randbedingungen, wie beispielsweise abweichenden Leitungslängen oder einem veränderten Massebezug, verändert sich die Störcharakteristik einer Komponente im Fahrzeug. Herausfordernd wird dieser Umstand, wenn dadurch unzulässige Unverträglichkeiten entstehen, die erst zum Zeitpunkt der Integration in das Fahrzeug auftreten. Zum Zeitpunkt der Integration in das Gesamtfahrzeug ist es deutlich zeit- und kostenaufwendiger, Designänderungen vorzunehmen, als zu früheren Zeitpunkten. In Wissenschaft und Technik gibt es unterschiedliche Ansätze, die sich dieser Herausforderung annehmen. Ein Ansatz ist die Charakterisierung des Störverhaltens mittels einer ESQ. Eine ESQ kann in eine Simulationsumgebung eingebunden und so die Auswirkungen einer veränderten Umgebung auf die Störcharakteristik simuliert werden. Das hier vorgestellte Verfahren bietet einen Ansatz, bei dem eine Komponente messtechnisch charakterisiert wird. Eine messtechnische Charakterisierung ermöglicht, im Gegensatz zu einem simulierten Modell der ESQ, die Berücksichtigung des nicht-idealen Verhaltens der Komponente in dem ESQ-Modell. Die Messung erfolgt kontaktlos, mit einer geringen Rückwirkung auf die Störcharakteristik, da nicht in die Komponente eingegriffen werden muss, um einen Messabgriff zu ermöglichen. Die dennoch vorhandene Rückwirkung wird, durch eine vorherige Kalibrierung des Messaufbaus, in der Messdatenauswertung berücksichtigt.