Verbesserte EMV-Prüftechniken sind Innovationsmotor des Automobilbaus

Um die Entwicklungszeiten von elektronischen Baugruppen in Kraftfahrzeugen zu verringern, sind ausgereifte EMV-Prognosen unerlässlich. Dies erfordert neben verbesserten Prüfverfahren in einer immer komplexeren Umgebung auch umfangreiche Korrelationen von Fahrzeug- und Komponentenmessungen sowie belastbare Prognosen für das EMV-Verhalten des Gesamtfahrzeugs bereits in der Entwicklungsphase. Trends wie diese wurde auf einer von der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) in Ingolstadt veranstalteten Fachtagung zum Thema “Elektromagnetische Verträglichkeit in der Kfz-Technik” deutlich, zu der sich neben zahlreichen Automobilherstellern und Zulieferern auch Vertreter aus Wissenschaft und Forschung eingefunden hatten. Die Bedeutung des Themas zeigte sich auch in einem bisherigen Teilnahmerekord von rund 150 Referenten, Ausstellern und Zuhörern.

Vor rund 30 Jahren war für die Automobilindustrie die EMV-Welt noch in Ordnung: Im Kraftfahrzeug wurden kaum elektronische Bauteile verwendet, alles lief rein mechanisch oder elektro-mechanisch. Das seinerzeit einzige elektronische Gerät an Bord war das serienmäßig noch nicht funkentstörte Autoradio. Heute übernehmen Mikro- und Signalprozessoren in den Steuergeräten das komplette Motormanagement einschließlich der Abgasregelung. Diverse Unterstützungssysteme helfen dem Fahrer, das Fahrzeug auch in problematischen Situationen im Griff zu behalten.

Moderne Fahrzeuge weisen darüber hinaus einen stetig ansteigenden Elektronikanteil auf. Zusätzlich nimmt die Zahl der Fahrzeugbaureihen zu. „Um unter diesen Randbedingungen den hohen Qualitätsanforderungen zu genügen und Kostenvorteile auszunutzen, müssen verstärkt Elektronikkomponenten baureihenübergreifend eingesetzt werden“, argumentiert Dr.-Ing. Matthias Richter von der Ingolstädter Audi AG. Dies bedeute, dass die Entwicklung der EMV-Komponenten möglichst unabhängig von der Baureihe erfolgen müsse.

Das ist leichter gesagt, als getan. „Aus der Sicht des Fahrzeugherstellers kommt hinzu, dass der Trend zur Individualisierung in der Gesellschaft zu einer Derivatisierung der Fahrzeuge führt“, unterstreicht Richter. Es bestehe somit die Notwendigkeit, in gleicher Zeit eine höhere Anzahl von Fahrzeugbaureihen zu entwickeln. Eine Beschleunigung der Entwicklung sei daher zwingend. Richter: „Schlüsselfelder in diesem Szenario sind neue Strategien, ausgereifte Prozesse, leistungsfähige Tools und nicht zuletzt motivierte Mitarbeiter.“

Schwerpunkt der EMV-Entwicklung verschiebt sich in die Konzeptphase

Diese Herausforderungen, so Richter weiter, seien nur lösbar, indem man über neue Strategien, Prozesse und Tools nachdenke. Zur systematischen Konzeptbeeinflussung wurde bei Audi eigens ein Expertensystem geschaffen, welches zusammen mit der Simulation eine erste Beurteilung bereits am virtuellen Prototypen gestattet. Somit verschiebt sich der Schwerpunkt der EMV-Entwicklung endgültig in die Konzeptphase, was wiederum neben der einhergehenden Kostenersparnis eine Voraussetzung für die Bewältigung der zunehmenden Derivatisierung der Baureihen ist.

Eine ganz ähnliche Zielsetzung verfolgt Dipl.-Ing. Rainer Erhard von der DaimlerChrysler AG in Sindelfingen, der sich mit der Auslegung geschirmter Leitungen in der numerischen Simulation befasst hat. Die Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit berühre den gesamten Bereich der Elektrik und Elektronik des Gesamtfahrzeuges, versichert er. Wegen der Verkürzung der Entwicklungsabläufe müsse eine Untersuchung der EMV-Eigenschaften bereits in den frühen Entwicklungsphasen durchgeführt werden.

Bisherige Simulationsprogramme gingen von idealisierten Schirmen aus, wobei die für die EMV wichtige Eigenschaft der frequenzabhängigen Schirmdämpfung nicht berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck wurde von DaimlerChrysler erstmals für Leitungen mit Schirm ein theoretisches Modell entwickelt. Erhard: „Dieses Modell ermöglicht es, die Einstrahlung und Abstrahlung von geschirmten Leitungen zu ermitteln“.

Mit verändertem Layout die Anforderungen des Kunden erfüllt

Dr.-Ing. Uwe Neibig von der Robert Bosch GmbH in Stuttgart ist es wiederum gelungen, am Beispiel eines Kfz-Motorsteuergerätes die Möglichkeiten und Grenzen der EMV-Simulation bei Kfz-Komponenten aufzuzeigen. Zu diesem Zweck wurde ein Steuergerät, welches bei der Störaussendungsmessung nach CISPR 25 nur die Grenzwertklasse 2 und damit nicht die Kundenanforderungen erreichte, untersucht. Zur Analyse des Störverhaltens wurden sowohl Teile der Schaltung als auch des Leiterplatten-Layouts modelliert und simuliert. Aus den Ergebnissen konnten Layout-Modifikationen abgeleitet werden, mit denen sich die Störaussendungen um zwei Klassen reduzieren ließ. „Der Aufwand war nicht unerheblich, aber die Mühe hat gelohnt, weil die Anforderungen des Kunden erfüllt wurden“, zieht Neibig Bilanz.

Einigkeit herrschte bei den teilnehmenden Experten auf der Tagung auch über die Notwendigkeit, eine neue Fassung der europäischen Kfz-EMV-Richtlinie mit der Bezeichnung 2004/104/EG zu erarbeiten. Diese sollte auch die Entwicklung neuer Prüfverfahren beinhalten, die auch die höheren Frequenzen bis in den Gigahertzbereich abdecken. Dies betreffe sowohl die Mobilfunk- und Multimedia-Anwendungen als auch den zunehmenden Hochleistungsmikrowellen-Einsatz in Kraftfahrzeugen, verdeutlichte Tagungsleiter Professor Dieter Sperling von der Westsächsischen Hochschule Zwickau.

Last not least trug auch das perfekte Ambiente im Audi Kongress Center zum Gelingen der Veranstaltung bei. Die Atmosphäre während der Konferenz hätte nicht besser sein können. So reflektierte sich die wissenschaftliche Tiefe der zugleich brandaktuellen Beiträge in vielen lebhaften Diskussionen. Auf Grund des fruchtbaren Meinungsaustauschs blicken die Teilnehmer heute bereits mit Spannung auf die kommende Veranstaltung.