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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen der Störanfälligkeit
einer elektronischen Einheit, insbesondere einer elektronischen Steuereinheit
(ECU) gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Testanordnung
zum Testen der Störanfälligkeit
einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
13.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, elektronische Einheiten auf
ihre Störanfälligkeit
hin zu testen. Solche Tests werden insbesondere bei elektronischen
Steuereinheiten (ECU) durchgeführt, die
z. B. in Fahrzeugen zum elektronischen Steuern von diversen Elementen
wie beispielsweise Ventilen eines Motors eingesetzt werden.
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Es
ist bekannt, dass solche ECUs störanfällig auf
elektrische bzw. elektromagnetische Einwirkungen von außen reagieren
können.
Eine Störreaktion
einer ECU ist normalerweise – falls
sie überhaupt auftritt – auf eine
oder wenige Anregungsfrequenzen bzw. -frequenzbereiche begrenzt.
Aufgrund der Komplexität
einer solchen ECU können
solche Störreaktionen
grundsätzlich
nicht analytisch berechnet werden, sondern nur durch tatsächliches
Testen herausgefunden werden.
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Deshalb
wurde bisher ein Testverfahren angewendet, bei dem infrage kommende
Frequenzen als elektrisches Signal in die ECU eingespeist werden
und etwaige Störreaktionen
als Reaktion darauf registriert werden. Da im Grunde jegliche Frequenzen
als Störung
infrage kommen, werden Frequenzen großer Frequenzbereiche nach und
nach durchgetestet. D. h., es wird beispielsweise damit begonnen
ein Signal niedriger Frequenz in die ECU einzuspeisen und die Frequenz
des eingespeisten Signals dann nach und nach zu erhöhen, bis
ein Bereich hoher Frequenz erreicht wird, bei dem entweder eine Störreaktion
nicht mehr erwartet wird oder bei dem später im Betrieb der ECU keine
Störungen
oder zumindest kein Eindringen einer Störung erwartet wird. Hierbei
wird eine Vielzahl von Frequenzen diskret durchgetestet oder der
Frequenzbereich wird durchgewobbelt.
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Bei
einem solchen Vorgehen besteht die Gefahr, dass etwaige Störfrequenzen
nicht „getroffen" werden, also nicht
präzise
genug angeregt werden, oder dass durch das Wobbeln Störfrequenzen
nicht ausreichend lange angeregt werden. Um möglichst viel Sicherheit hierbei
zu erhalten, müsste
die Frequenz in möglichst
kleinen Schritten erhöht
werden oder es müsste
möglichst
langsam gewobbelt werden, so dass die Schritte von einer zur nächsten Frequenz
möglichst
klein sind bzw., gemessen an einem Frequenzabschnitt, eine ausreichend
lange Anregung erfolgt. Entsprechend zeitintensiv ist dieses Verfahren.
Es kommt hinzu, dass gegebenenfalls Störanregungen erst bei Vorliegen
mehrerer Störfrequenzen
zu einer Störreaktion
führen.
Beim sequenziellen Durchtesten, bei dem jeweils nur eine Frequenz
als Störsignal
eingespeist wird, würden
Störungen
durch das Zusammenwirken mehrerer Frequenzen nicht erkannt werden.
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Gemäß einer
anderen Variante wird vorgeschlagen, breitbandige Störimpulse
einzuspeisen. Durch das Pulsen entsteht jedoch ein Frequenzspektrum,
bei dem die Frequenzen mit unterschiedlicher Stärke verteilt sind und nur eine
kurze Anregungszeit jeweils vorliegt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Testverfahren
sowie eine Testanordnung bereitzustellen, bei der die genannten
Nachteile möglichst überwunden
werden. Insbesondere soll ein effizientes und schnelles Testverfahren
geschaffen werden, das Reaktionen auf möglichst viele und unterschiedliche
Störsignale
registrieren kann.
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Erfindungsgemäß wird somit
ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass das Testsignal ein Rauschsignal ist oder
beinhaltet.
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Durch
die Verwendung eines Rauschsignals als Testsignal wird eine statistische
Aussage über
die Störanfälligkeit
der getesteten ECU getroffen. Ein Rauschsignal beinhaltet eine Vielzahl
von Frequenzen. Dabei kann ein weißes Rauschen verwendet werden,
bei dem somit sämtliche
Frequenzen stochastisch gleich verteilt enthalten sind. Ebenso kommt
ein rosa Rauschen in Betracht, bei dem eine definierte Amplitudenverteilung über einen
Frequenzbereich besteht.
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Das
Rauschsignal kann grundsätzlich
analog erzeugt werden oder digital als Quasi-Zufallssignal, dessen
Amplitudenverteilungsstatistik über
eine Digital-Analog-Wandler-Ansteuerung
gewonnen werden kann. Die Verteilungsfunktion bezüglich Amplitude
und Frequenz wird insbesondere zur Nachbildung einer elektromagnetischen
Umweltsituation vorgegeben.
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Durch
die Verwendung eines Rauschsignals als Testsignal können somit
eine Vielzahl von Frequenzen gleichzeitig getestet werden. Außerdem ist ein
Rauschsignal einem später
zu erwartenden Signal ähnlicher
als eine Anregung durch eine isolierte Frequenz. Ein Test ist auch
dann möglich,
wenn das Rauschsignal nicht alleine sondern in einer Kombination
oder Modulation mit einem oder mehreren anderen Signalen auftritt.
In einer Ausführungsform
kann das Testsignal jedoch vollständig aus Rauschen bestehen.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens ist es günstig,
wenn nach dem Einspeisen des Testsignals in die zu testende Einheit
eine Störreaktion
der Einheit auf die Einspeisung des Testsignals registriert wird.
Eine Störreaktion
kann an verschiedenen Stellen der Einheit oder auch an daran angeschlossenen Komponenten
auftreten. Zum Registrieren wird die entsprechende Stelle oder Komponente
mit einem für
sie typischen Signal angeregt und ein zu erwartendes Ausgangssignal
bestimmt. Das zu erwartende Ausgangssignal wird mit einem gemessenen
Signal verglichen. Abweichungen, die hierbei auftreten, werden zunächst als
Störreaktion
aufgefasst und zur tatsächlichen
Beurteilung insbesondere in ihrem Amplitudenverlauf ausgewertet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
liegt das Rauschsignal in einem vorbestimmten Frequenzband. Hierdurch
kann die Störanfälligkeit
der Einheit speziell für
Störsignal
dieses Frequenzbandes getestet werden. Eine Aufteilung in Frequenzbänder hat zudem
den Vorteil, dass zu jedem Frequenzband eine angemessene Leistungsdichte
verwendet werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform werden
somit Testsignale mit Rauschspektren aus unterschiedlichen Frequenzbereichen
insbesondere Frequenzbändern
und/oder mit unterschiedlicher Leistungsdichte nacheinander generiert
und/oder eingespeist. Somit kann ein großer Frequenzbereich in mehrere
Frequenzbänder
aufgeteilt werden. Zu jedem dieser Frequenzbänder werden Testsignale insbesondere
mit unterschiedlicher Leistungsdichte nacheinander generiert und
in die Einheit eingespeist.
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Wenn
sich das Testsignal aus Rauschspektren aus unterschiedlichen Frequenzbereichen
bzw. Frequenzbändern
zusammensetzt, insbesondere um sequenziell in die zu testende Einheit
eingespeist zu werden, wird das Gesamtsignal im Sinne eine Treppenfunktion
zusammengesetzt, wobei die einzelnen Treppenstufen jeweils ein Frequenzband
mit zugeordneter Leistungsdichte wiedergeben. Diese „Treppenstufen" werden dann beim
sequenziellen Einspeisen nacheinander abgearbeitet. Eine solche
Treppenfunktion kann beispielsweise unterteilt sein in die Frequenzbänder 1–30 MHz,
30–100
MHz, 100–200 MHz,
200–400
MHz, 400–1000
MHz usw.. Jede Treppenstufe bildet damit ein Frequenzband, auf das
das Rauschen dann bei der jeweiligen Treppenstufe begrenzt ist.
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Es
ist günstig,
wenn die Leistung bzw. Leistungsdichte des jeweiligen Testsignals
mit der Frequenz abnimmt, insbesondere proportional dem Kehrwert
der jeweiligen Frequenz ist. Somit werden Testsignale mit Frequenzbändern geringerer
Frequenz mit einer entsprechend höheren Leistungsdichte eingespeist.
Beispielsweise kann das Verfahren so eingestellt werden, dass ein
Frequenzbereich von 1–30
MHz reicht und dabei eine Leistung von 29 Watt aufweist, so dass
die Leistungsdichte 1 W/MHz beträgt.
Der nächste
Bereich könnte
dann von 30–100
MHz reichen und eine Leistungsdichte von etwa 0,3 W/MHz aufweisen.
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Hierdurch
wird erreicht, dass die Leistung, die etwa zum Anregen einer Störreaktion
nötig sein wird,
an den jeweiligen Frequenzbereich angepasst ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird vorgeschlagen, das Testsignal aus mehreren Rauschspektren aus
unterschiedlichen Frequenzbereichen, insbesondere Frequenzbändern und/oder mit
unterschiedlicher Leistungsdichte, zusammenzusetzen. Demnach würden die
Testsignale aus den unterschiedlichen Frequenzbereichen bzw. -bändern nicht
nacheinander sondern zugleich eingespeist werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird das Testsignal durch eine Modulation eines niederfrequenten
Rauschsignals mit einem hochfrequenten Trägersignal gebildet. Das Testsignal
entsteht somit durch eine Multiplikation eines niederfrequenten Rauschsignals
mit einem hochfrequenten Trägersignal.
Dabei liegt das niederfrequente Rauschsignal beispielsweise in einem
Bereich von 10 Hz bis 20 kHz. Das hochfrequente Trägersignal
liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 1000 MHz und kann auch noch
deutlich über
1000 MHz liegen. Das niederfrequente Rauschsignal bildet somit eine
Einhüllende für das hochfrequente
Trägersignal.
Das Trägersignal
ermöglicht
insbesondere den Transport des Signals und sein Eindringen in die
Einheit. Die Einheit selbst, insbesondere in ihr enthaltene Schaltkreise, begünstigt ein
Einkoppeln und es sind Elemente vorhanden, die auf das genannte
Testsignal demodulierend wirken können. Das niederfrequente Rauschsignal
kann hierdurch mitunter erst in Erscheinung treten und dann gegebenenfalls
eine Störreaktion
auslösen
bzw. selbst die Störung
sein.
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Durch
das aufmodulierte Rauschen ist bereits ein niederfrequentes Frequenzband
abgedeckt. Gegebenenfalls kann das hochfrequente Trägersignal
zusätzlich
in seiner Frequenz variiert werden. Insbesondere kann für dieses
Trägersignal
ein Wobbeln durchgeführt
werden. Das Testsignal unterscheidet sich jedoch durch das aufmodulierte
Rauschsignal wesentlich von gewobbelten Signalen gemäß dem Stande
der Technik.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
das Testsignal ein Rauschsignal auf, dem ein weiteres Signal additiv überlagert
ist. Dies ist eine weitere Möglichkeit,
ein Rauschsignal mit einem weiteren Testsignal zu kombinieren.
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Auch
hier kann ein niederfrequentes Rauschsignal mit 10 Hz–20 kHz
einem hochfrequenten Trägersignal
von 0,1 MHz oder mehr überlagert werden.
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Günstig ist
es, wenn ein Testsignal mit einem Rauschsignal mit einem vorgegebenen
Frequenzbereich und/oder einer vorgegebenen Leistung oder Leistungsdichte
für eine
vorgegebene Zeitdauer eingespeist wird und/oder die Reaktion der
Einheit für die
vorgegebene Zeitdauer registriert wird. Hierdurch wird dem Umstand
Rechnung getragen, dass sämtliche
Frequenzen des jeweils gewählten
Frequenzbandes des Rauschsignals stochastisch vorkommen und somit
eine Zeit gewartet werden muss, damit möglichst viele Frequenzen in
dem Signal vorkommen. Die Zeitdauer, die hierfür gewartet werden sollte, hängt von
der Signalform, der Einheit und nicht zuletzt auch der gewünschten
Qualität
an die Störuntersuchung
ab. Die Zeitdauern können
dabei im Bereich von mehreren Sekunden bis Minuten liegen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird als Testsignal ein elektrisches Spannungssignal und/oder ein
elektrisches Stromsignal verwendet. Die Amplitude des Rauschsignals
beträgt
hierbei zumindest 0,7 Volt-Spitzenspannung. Günstig ist es, dieses über wenigstens
eine Anschluss- und/oder Steuerleitung, insbesondere über einen
Kabelbaum in die zu testende Steuereinheit einzuspeisen. Somit wird
ein Testsignal mit einem Rauschen erzeugt und beispielsweise mittels
einer Stromzange in die Einheit über
entsprechende Verbindungsleitungen eingespeist. Das Testsignal kann
somit in im Grunde bekannter Weise in die Einheit gelangen, wobei
hierzu keine galvanische Verbindung hergestellt wird und somit auch
das Einspeisen des Testsignals eher einem späteren Einfall eines zu erwartenden
Störsignals
entspricht. Zudem greift das Einspeisen – mit Ausnahme des Störeinflusses – nicht
in die Funktion der ECU ein.
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Erfindungsgemäß wird außerdem eine
Testanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der
der Signalgenerator dazu vorbereitet ist, ein Testsignal zu erzeugen,
das ein Rauschsignal beinhaltet oder ein Rauschsignal ist. Vorzugsweise
umfasst der Signalgenerator einen Rauschgenerator. Der Rauschgenerator
kann ein grundsätzlich
bekannter Generator zum Erzeugen eines Rauschsignals sein, wobei
der Signalgenerator aber zudem an die Testanordnung angepasst sein
muss. Dies kann die Leistungsdichte des zu erzeugenden Rauschsignals
als auch dessen Frequenzbereich betreffen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst die Testanordnung wenigstens einen Tiefpassfilter, einen Hochpassfilter
und/oder wenigstens einen Bandpassfilter, die zum Filtern eines
vom Signalgenerator erzeugten Rauschsignals vorbereitet sind, insbesondere
Bestandteil des Signalgenerators sind. Hierdurch kann die Frequenzeinteilung
des Rauschsignals erfolgen. Das Rauschsignal wird somit mit einem breiten
Spektrum wie beispielsweise von 1–1000 MHz erzeugt und dann über die
Filter geführt,
so dass ab Ausgang der Filter ein Rauschsignal mit eingeschränktem Frequenzspektrum
vorliegt wie beispielsweise in einem Fall von 1–30 MHz und in einem anderen
bzw. weiteren Fall von 30–100
MHz usw.. Es ist somit kein spezialisierter Rauschgenerator erforderlich,
da das Aufteilen in die gewünschten
Frequenzbänder
durch Filter erfolgt. Die Leistungsdichte wird bevorzugt durch frequenzabhängige Dämpfungsglieder
eingestellt.
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Günstig ist
es, wenn wenigstens zwei Bandpassfilter und/oder wenigstens zwei
Tiefpassfilter vorgesehen sind, zwischen denen umgeschaltet werden
kann. Entsprechend steht für
jedes auszuwählende
Frequenzband ein Bandpassfilter zur Verfügung. Jeder Bandpassfilter
kann dabei aus einem Tiefpass- und einem Hochpassfilter aufgebaut
sein.
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In
einer Ausführungsform
ist ein Mischer vorgesehen, der das Rauschsignal mit einem weiteren Signal
mischen kann. Eine solche Mischung betrifft eine Modulation eines
Rauschsignals mit einem Trägersignal
und entsprechend eine Multiplikation dieser beiden Signale. In einer
anderen Variante ist der Mischer dazu vorbereitet, das Rauschsignal
mit einem Trägersignal
additiv zu verbinden.
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Vorzugsweise
wird ein Einspeisemittel zum induktiven Einspeisen verwendet. Ein
solches Einspeisemittel ist insbesondere als Stromzange ausgebildet.
Im Grunde können
hierfür
herkömmliche Stromzangen
verwendet werden, die in der Dimensionierung auf das Testsignal
angepasst sind. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird zum Einspeisen bzw. Einkoppeln eine Antenne verwendet.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die begleitende Figur näher
erläutert.
Es zeigt
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1:
eine erfindungsgemäße Testanordnung.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 1 zeigt eine Testanordnung 1, bei der
zum Testen ein reines Rauschsignal verwendet wird. Das Rauschsignal wird
vom Rauschgenerator 2 erzeugt, wobei der Frequenzbereich
des Rauschsignals im Bereich von 1 MHz bis 1000 MHz und noch darüber liegt.
Das Rauschsignal mit diesem breiten Rauschspektrum wird dann in
die schaltbare Filterbank 4 eingespeist, die nur noch jeweils
ein Frequenzband des Rauschsignals ausgibt. Das jeweils durchgelassene
Frequenzband ist jedenfalls nicht konstant sondern wechselt je nach
ausgewähltem
Filter in der schaltbaren Filterbank. Hierdurch wird z. B. ein Rauschsignal vom
Rauschgenerator 2 erzeugt und in der Filterbank nach und
nach durch Weiterschalten von einer zur nächsten Filterkonstellation
auf eines und dann das nächste
Frequenzband eingegrenzt. Somit wird gewährleistet, dass beim Registrieren
einer Störreaktion
diese auch einem Frequenzbereich zugeordnet werden kann.
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Das
auf ein Frequenzband reduzierte Rauschsignal wird als Testsignal über eine
Stromzange 6 auf einen Kabelbaum 8 eingespeist.
Der Kabelbaum 8 ist mit dem zu testenden Steuergerät 10 verbunden
bzw. ist Teil davon. Außerdem
ist der Kabelbaum 8 mit einer Umgebungsnachbildung 12 verbunden.
Bei der Umgebungsnachbildung 12 wird versucht in signaltechnischer
Hinsicht Bedingungen zu schaffen, die denen entsprechen, unter denen
das Steuergerät
später
tatsächlich
verwendet wird. Hierzu gehört
auch der Anschluss an Geräte,
die von dem Steu ergerät 10 angesteuert
werden sollen und an denen sich eine Störreaktion bemerkbar machen könnte.
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Zum
Registrieren einer Störreaktion
werden die jeweiligen Bauelemente wie beispielsweise ein angesteuertes
Ventil mit einem Signal angeregt, das einem Signal der späteren Verwendung
zumindest ähnlich
ist. Die hierauf erwartete Reaktion wird mit der ständig gemessenen
Reaktion des betreffenden Bauteils verglichen. D. h. es wird eine
Differenz gebildet und das Ergebnis, also die Abweichungen, werden
insbesondere in ihrer Art und Amplitude ausgewertet und bei Registrieren
einer Störreaktion
kann diese dem eingespeisten Frequenzband zugeordnet werden.