Elektronik ist zu einem festen Bestandteil unseres täglichen Lebens geworden und beeinflusst die Art und Weise, wie wir kommunizieren, arbeiten, uns unterhalten und reisen. Von dem Moment an, in dem wir aufwachen, bis zu dem Moment, in dem wir zu Bett gehen, interagieren wir mit elektronischen Geräten. Das Verständnis ihrer Auswirkungen und deren Bewältigung ist von entscheidender Bedeutung, um einen sicheren und effektiven Betrieb der Elektronik zu gewährleisten und sowohl Menschen als auch Geräte zu schützen.
Warum EMV in Fahrzeugen wichtig ist
In der Automobilindustrie revolutioniert die Elektronik die Art und Weise, wie wir fahren, und macht unsere Fahrten individueller, effizienter und angenehmer. Heutzutage verfügt ein durchschnittliches Auto über etwa 100 elektronische Steuergeräte (ECUs), und diese Zahl steigt weiter an, was ein erhöhtes Risiko von Fehlfunktionen mit sich bringt, die auf elektromagnetische Interferenzen (EMI) zurückzuführen sind.
All diese elektronischen Komponenten und Systeme erzeugen, verbreiten und empfangen elektromagnetische Energie, und die elektromagnetischen Emissionen eines Geräts können den Betrieb eines anderen möglicherweise stören. So kommt es beispielsweise bei Radio- und Fernsehsignalen häufig zu Störungen durch EMI, die von anderen Geräten ausgehen. Um diese Störungen und gefährliche Fahrszenarien zu vermeiden, werden alle Geräte strengen EMV-Prüfungen unterzogen, um sicherzustellen, dass sie so konstruiert und hergestellt sind, dass sie ohne Emissionen funktionieren oder anfällig für externe Störungen sind.
Was verursacht EMI in Fahrzeugen
EMI kann von verschiedenen Quellen ausgehen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fahrzeugs. Das nachstehende Bild veranschaulicht den Ursprung des elektromagnetischen Rauschens bzw. die Strahlungsquelle. Zu den externen Quellen gehören Radio- und Fernsehsendungen, Mobilfunknetze, Stromleitungen und nahe gelegene Fahrzeuge. Zu den internen Quellen gehören elektronische Systeme im Fahrzeug, wie Infotainmentsysteme, Navigationssysteme, drahtlose Kommunikationsmodule, Sensoren und Elektromotoren. Es ist also entscheidend, dass die EMI aus all diesen Quellen richtig gehandhabt wird, um einen unterbrechungsfreien und zuverlässigen Betrieb der Fahrzeugelektronik zu gewährleisten.
Umfassende Prüfung
Bei der EMV-Prüfung werden die von den elektronischen Systemen des Fahrzeugs ausgehenden Hochfrequenzemissionen (HF) gemessen und ihre Anfälligkeit für HF-Signale bewertet, die sowohl von internen Fahrzeugkomponenten als auch von externen Quellen erzeugt werden. Darüber hinaus wird die Leistung dieser Komponenten unter verschiedenen elektrischen Belastungsbedingungen bewertet, einschließlich stationärem Zustand, elektrischen Transienten und elektrostatischer Entladung (ESD), d. h. der plötzlichen Freisetzung von Energie zwischen zwei elektronischen Komponenten. Ich werde später noch genauer darauf eingehen, wie wir bei Kendrion dies tun.
Mehr Elektronik bedeutet mehr Herausforderungen für das Design
Der Wandel hin zu softwaredefinierten (Elektro-)Fahrzeugen ist zwar spannend, stellt die System- und Komponentenhersteller aber auch vor große Herausforderungen. Erstens steigt die Komplexität des Designs: Die wachsende Zahl elektronischer Systeme und das Aufkommen neuer Hochgeschwindigkeitstechnologien machen die EMV komplexer als je zuvor. Zweitens kommen Kostenerwägungen ins Spiel: Wirksame EMV-Lösungen sind zwar unverzichtbar, können aber die Entwicklungs- und Herstellungskosten in die Höhe treiben, was sich auf die Gewinnspannen und in der Folge auf die Marktpreise auswirkt. Und schließlich sind da noch die sich ständig weiterentwickelnden globalen Vorschriften: Die EMV-Anforderungen werden ständig überarbeitet und mit jeder neuen Version verschärft. Zusätzlich zu diesen internationalen Vorschriften legen die einzelnen Automobilhersteller ihre eigenen Erwartungen fest, was zu einer vielfältigen Landschaft führt, in der es keine Einheitslösungen gibt.
Was Kendrion unternimmt, um EMV in seinen Produkten zu gewährleisten
Um EMC in unseren elektronischen Steuergeräten (ECUs) zu erreichen, verfolgen wir einen umfassenden Ansatz, der Design, Tests und Konformität umfasst. In der Entwurfsphase setzen wir verschiedene Techniken ein, darunter effektive Filterung, ordnungsgemäße Erdung und innovative Softwarelösungen wie Dithering. Außerdem achten wir sorgfältig darauf, das Layout und die Trennung der elektronischen Komponenten zu optimieren.
Unsere EMV-Tests sind sehr gründlich. Sie umfassen eine Reihe von Prüfungen, wie z. B. Tests zu abgestrahlten Emissionen und Störfestigkeit, leitungsgebundenen Emissionen und elektrostatischen Entladungen (ESD), um nur einige zu nennen. Alle unsere Produkte erfüllen die Industrienormen, einschließlich ISO 11452, CISPR 25, regionale Vorschriften und kundenspezifische EMV-Anforderungen. Für einige Pre-Compliance-Tests mit geringerer Frequenzbandbreite haben wir unser eigenes Labor in Malente, während wir für Zertifizierungen und höhere Frequenzbandbreiten mit externen Labors in Neumünster, Hamburg und Hannover zusammenarbeiten.
Wir bewerten drei Aspekte: leitungsgebundene Emissionen, gestrahlte Emissionen und Immunitätsanfälligkeit. Diese kombinierten Bewertungen messen die Stärke des Steuergeräts und seine Anfälligkeit für Störungen. Geleitete Emissionen beziehen sich auf unerwünschtes elektrisches Rauschen, das durch Kabel und Drähte übertragen und nicht in die Luft abgegeben wird. Dieses Rauschen kann über diese Wege in ein System eindringen und möglicherweise Schäden verursachen. Abgestrahlte Emissionen sind Signale, die ausgestrahlt werden können, vor allem bei höheren Frequenzen. Bei hohen Frequenzen ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass sie abgestrahlt werden, weshalb sie auch als abgestrahlte Emissionen bezeichnet werden. Die Störanfälligkeit bewertet, wie gut ein System mit externen Signalen umgehen kann. Bei dieser Prüfung wird das Steuergerät Rauschsignalen ausgesetzt, um festzustellen, ob es die Prüfung besteht, ausfällt oder Änderungen in der Ausgabe erfährt.
Weiter in die Zukunft: Autonome Fahrzeuge und EMV
In autonomen Fahrzeugen, die sich auf komplizierte elektronische Systeme und Sensoren verlassen, um in Sekundenbruchteilen wichtige Entscheidungen zu treffen, wird die Bedeutung der EMV natürlich überragend. Um die Sicherheit der Insassen zu gewährleisten, müssen gründliche EMV-Tests durchgeführt, fortschrittliche Abschirmungstechniken angewendet und eine effektive Systemintegration sichergestellt werden. Wir bei Kendrion setzen uns aktiv mit den Herausforderungen der EMV, aber auch mit ihren Möglichkeiten auseinander. Unser Ziel ist es, Lösungen zu entwickeln, die nicht nur heute effektiv funktionieren, sondern sich auch nahtlos an die sich ständig weiterentwickelnde Landschaft des softwaredefinierten und autonomen Fahrens anpassen. Mit anderen Worten: Wir verändern die Mobilität zum Besseren.
Als Mitglied der IEEE-Community, die sich der EMV widmet, kann er mit Gleichgesinnten zusammenarbeiten und gemeinsam die Standards in diesem Bereich verbessern. In seiner Freizeit erkundet er gerne neue Kulturen und wandert, um mit der Natur verbunden zu sein.