DE102011087910A1

DE102011087910A1 - System sowie Verfahren zur Verringerung von Betriebsmittelstörungen in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011087910A1
Application number: DE102011087910A
Authority: DE
Inventors: Christian Östreich
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-02-28

Abstract

System zur Verringerung von elektronischen, elektromagnetischen und/oder magnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel (1) und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel (2) in einem Kraftfahrzeug, wobei eines der Betriebsmittel mindestens eine Störquelle (5) und das zweite mindestens eine Störsenke (6) umfasst, wobei eine Betriebsfrequenz der Störquelle und/oder Störsenke änderbar ist und weiterhin mindestens ein Mittel (3) zum Austausch von Informationen zwischen den Betriebsmitteln vorhanden ist, wobei die Informationen eine durch die Störquelle (5) und/oder Störsenke (6) reservierte Frequenz und/oder einen reservierten Frequenzbereich umfassen. Weiterhin schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Verringerung von elektronischen, elektromagnetischen und/oder magnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel (1) und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel (2) in einem Kraftfahrzeug vor, bei welchem mit Hilfe eines Mittels (3) zum Informationsaustausch, ein Austausch von Informationen zwischen den Betriebsmitteln durchgeführt wird (11), wobei die Informati onen eine durch die Störquelle (5) und/oder Störsenke (6) reservierte Frequenz und/oder einen reservierten Frequenzbereich umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Verringerung von elektronischen, magnetischen und/oder elektromagnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel in einem Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 6.
Durch den Einsatz elektrischer oder elektronischer Betriebsmittel im Kraftfahrzeug kommt es aufgrund sich überlagernder Betriebsfrequenzen zu Wechselwirkungen und in Folge dessen zu Störungen der Betriebsmittel untereinander, wobei unter einem elektrischen oder elektronischen Betriebsmittel im Sinne der Erfindung jegliche Komponenten eines Kraftfahrzeugs verstanden werden, welche miteinander durch elektrische, magnetische und/oder elektromagnetische Kopplungen in Wechselwirkung treten können. Im Bereich der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) wird zwischen leitungs- und feldgebundenen Störungen unterschieden, wobei unterschiedliche Kopplungsmechanismen (Galvanische Kopplung, Induktive Kopplung, etc.) wirksam werden. Um Fehler in Kraftfahrzeugsystemen zu vermeiden und damit die Funktionssicherheit zu gewährleisten und um andererseits den Komfort für den Menschen zu erhöhen wird eine gegenseitige Entstörung der Betriebsmittel notwendig.
Diese Wechselwirkungen aufgrund der Betriebsfrequenz eines ersten elektronischen Betriebsmittels, umfassend eine Störquelle, mit einem zweiten Betriebsmittel, umfassend eine Störsenke, können dabei beispielsweise als breitbandige Demodulationseffekte oder Interferenz auftreten. Dies kann wiederum in Störungen von Empfangssystemen (Radio, TV, etc.), Störungen von analogen Signalen mit zyklischen Messverfahren (Sensoren, AD-Wandler, etc.) oder mechanischer Anregung aufgrund von Magnetfeldern durch Leistungselektronik mit Pulsweitenmodulations-Ansteuerung resultieren. An sich bekannte Maßnahmen zur Verbesserung der Störfestigkeit auf Seiten der Störquelle und der Störsenke sind beispielsweise die Filterung der Störung, insbesondere durch große Bauelemente wie Spulen und Kondensatoren, Schirmungen, Layoutgestaltung und mechanische Entkopplung von Sensoren und Aktuatoren.
Die oben genannten Verfahren zur Entstörung werden speziell in Frequenzbereichen < 30MHz, durch den in diesem Frequenzspektrum notwendigen Einsatz größerer Entstör-Bauelemente, aufwendig und kostenintensiv. Eine Implementierung dieser Maßnahmen zur Verbesserung der Störfestigkeit führt insbesondere im Hochstrombereich zu einem großen Anteil der Kosten und hohen Platzbedarfs eines Produkts.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die oben dargestellten Störungen zu verringern oder zu beseitigen und dabei insbesondere die Bauteilkosten und den Platzbedarf zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das System gemäß Anspruch 1 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
Das erfindungsgemäße System zur Verringerung von elektronischen, elektromagnetischen und/oder magnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel in einem Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass eines der Betriebsmittel mindestens eine Störquelle und das zweite mindestens eine Störsenke umfasst, wobei eine Betriebsfrequenz der Störquelle und/oder Störsenke änderbar ist und weiterhin mindestens ein Mittel zum Austausch von Informationen zwischen den Betriebsmitteln vorhanden ist, wobei die Informationen eine durch die Störquelle und/oder Störsenke reservierte Frequenz und/oder einen reservierten Frequenzbereich umfassen.
Der Vorteil des Systems ist, dass gegenüber herkömmlichen Vorgehensweisen zur Entstörung, der Aufwand zur Verringerung von Störungen solcher Art reduziert werden und dadurch ein deutlich vereinfachter Filterentwurf erfolgen kann. Dies bedeutet eine Optimierung der entsprechenden Betriebsmittel hinsichtlich Platzbedarf und Kosten im Fahrzeug.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist ein drittes elektronisches Betriebsmittel vorhanden, welches eine Verarbeitung der Informationen und Steuerung der Änderung der Betriebsfrequenz durchführt und über das Mittel zum Austausch von Informationen Zugriff auf die Informationen der Betriebsmittel hat. Vorteilhafterweise kann durch das dritte Betriebsmittel eine Verarbeitung der Informationen und die weitere Befehlssteuerung erfolgen, wenn dies nicht durch das erste und/oder das zweite Betriebsmittel selbst durchgeführt werden kann oder durchgeführt wird, wobei eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmittel für diese bevorzugte Ausführungsform keine Notwendigkeit ist. Beispielsweise kann in einem Verbund mit zahlreichen Betriebsmitteln mit Störquellen und Störsenken im Kraftfahrzeug eine zentrale Verarbeitung und Befehlssteuerung vorteilhaft sein, wenn ein gesteigerter Rechenaufwand durch Optimierungsmaßnahmen aufgrund eventueller, nicht zu vermeidender Frequenzbereichsüberlappungen notwendig wird.
Das erste Betriebsmittel des erfindungsgemäßen Systems ist bevorzugt einer Kraftfahrzeugbremsanlage zugehörig. Weiterhin ist das zweite Betriebsmittel bevorzugt ein Entertainment- und/oder Infotainment-Gerät oder Sensor. Dabei ist ein Entertainment-Gerät insbesondere ein Radio und ein Infotainment-Gerät insbesondere ein Navigationssystem. Damit ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems die Störsenke ein Radioempfangsteil. Damit können insbesondere Einschränkungen des Komfort oder der Funktionalität, hervorgerufen durch Störungen in Folge von Wechselwirkungen der Betriebsmittel im Fahrzeug selbst, verringert werden.
Besonders bevorzugt ist das Mittel zum Austausch von Informationen ein CAN-, LIN-, FlexRay- oder MOST-Bussystem. Diese haben sich insbesondere im Kraftfahrzeugbereich für die Betriebsmittelkommunikation durchgesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verringerung von elektronischen, elektromagnetischen und/oder magnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel in einem Kraftfahrzeug, zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe eines Mittels zum Informationsaustausch, ein Austausch von Informationen zwischen den Betriebsmitteln durchgeführt wird, wobei die Informationen eine durch die Störquelle und/oder Störsenke reservierte Frequenz und/oder einen reservierten Frequenzbereich umfassen.
Dadurch wird ein Austausch der Informationen über durch andere Betriebsmittel reservierte Frequenzbereiche erzielt, um damit auf mögliche Wechselwirkungen und in Folge dessen Störungen reagieren zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Abhängigkeit der reservierten Frequenz oder des reservierten Frequenzbereichs die Betriebsfrequenz der Störquelle und/oder Störsenke geändert.
Besonders bevorzugt werden bei dieser Änderung, neben der Betriebsfrequenz auch ganzzahlige Vielfache dieser berücksichtigt. Vorteilhafterweise wird durch die Änderung der Betriebsfrequenz verhindert oder weitgehend vermieden, dass die Betriebsfrequenz der Störquelle und deren ganzzahlige Vielfache in einem von der Störsenke verwendeten und reservierten Frequenzbereich liegen. Damit können Wechselwirkungen und in Folge dessen auftretende Störungen weitgehend verringert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann für die Störquelle und/oder Störsenke eine dynamische Änderung der Betriebsfrequenz durchgeführt werden. Der Vorteil ist, dass eine eventuelle, auf Änderung der Frequenzbereiche im laufenden Betrieb basierende, notwendige Änderung der Betriebsfrequenz von Störsenke und/oder Störquelle erzielt wird. Somit ist eine Anpassung an wechselnde Betriebsbedingungen möglich. Dies ist beispielsweise für eine dynamische Änderung der Betriebsfrequenz einer Störquelle der Fall, wenn Störungen eines Antennenvorverstärkers und einem mit davon abweichender Betriebsfrequenz arbeitendem Impedanzwandler eines Radios vermieden werden sollen, jedoch eine eingeschränkte Betriebsfrequenzwahl keine stetige Festlegung auf eine Betriebsfrequenz zur Vermeidung von Wechselwirkungen zulässt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Störquelle eine Logik und/oder eine Leistungselektronik mit Pulsweitenmodulations (PWM)-Ansteuerung umfassend einen PWM-Generator in einer Kraftfahrzeugbremsanlage, wobei die Betriebsfrequenz dieser Störquelle geändert wird. Vorteilhafterweise werden dadurch Störungen auf weitere Kraftfahrzeugbetriebsmittel, hervorgerufen insbesondere durch hohe und schnell wechselnde elektrische Ströme einer Kraftfahrzeugbremsanlage, vermieden. Der Begriff Betriebsfrequenz beschreibt im Falle der Pulsweitenmodulation die Taktfrequenz der Ansteuerung.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen:
1 ein beispielsgemäßes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems
2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens
In 1 umfasst das System ein Radio 1 als erstes Betriebsmittel mit Radioempfangsteil 5 als Störsenke sowie die Leistungselektronik mit Pulsweitenmodulations(PWM)-Ventilansteuerung 2 für eine Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug als zweites Betriebsmittel, welches PWM-Generator 6 als Störquelle umfasst. Beispielsgemäß existiert das zusätzliche Verarbeitungs- und Steuergerät 4, welches über CAN-Bus 3 Zugriff auf die Informationen der Betriebsfrequenzen von Radioempfangsteil und PWM-Generator hat, diese verarbeitet und entsprechende Steueranweisungen zur Änderung der Betriebsfrequenz und/oder Betriebsfrequenzen von Radioempfangsteil 5 und/oder PWM-Generator 6 an Radio 1 und/oder Leistungselektronik 2 überträgt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand vom weiter oben beschriebenen Radio 1 mit Empfangsteil 5 und Leistungselektronik mit Pulsweitenmodulations(PWM)-Ventilansteuerung 2 für eine Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug mit PWM-Generator 6. Nach Systemstart 10 erfolgt eine Informationsmitteilung 11 der Betriebsfrequenzen und dementsprechend reservierten Frequenzbereiche von Betriebsmittel 1 und 2 an Verarbeitungs- und Steuergerät 4 unter Verwendung von CAN-Bus 3. Anschließend erfolgt eine Verarbeitung der Informationen 12 hinsichtlich der Frage, ob Frequenzüberlagerungen der Betriebsfrequenzen, oder deren ganzzahlige Vielfache und entsprechend reservierter Frequenzbereiche vorliegen. Liegen keine potentiellen Wechselwirkungen dieser Art vor, wird das Verfahren durch Schritt 14 beendet. Existieren jedoch Frequenzüberlagerungen, erfolgt eine Steueranweisung 13 durch das Verarbeitungs- und Steuergerät zur Änderung der Betriebsfrequenz an mindestens eines der Betriebsmittel. Anschließend wird eine nochmalige Prüfung auf mögliche Wechselwirkungen 12 vorgenommen und das Verfahren bei Verneinung der Frage nach Frequenzüberlagerung in 14 beendet.
Zur besseren Veranschaulichung des anhand 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Systems und des in 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt anschließend eine Erläuterung anhand einer beispielsgemäßen Realisierung. Radioempfangsgeräte arbeiten in der Langwelle (LW) mit einer Empfangsbandbreite von ca. 10kHz. Zur Gewährleistung des Empfangs kann nun Radio 1 mit einer Betriebsfrequenz von 150kHz (Tabelle 1, Beispiel A) den Frequenzbereich von 145kHz–155kHz reservieren. Eine Leistungselektronik des Bremsensystems mit den möglichen Betriebsfrequenzen 30kHz, 48kHz oder 55kHz für eine Pulsweitenmodulations-Ventilansteuerung der Ventile, erhält aufgrund der Reservierung von Frequenzbereichen, die Steueranweisung die eigene Betriebsfrequenz auf 55kHz zu ändern, da der Frequenzabstand der Grundfrequenz und deren ganzzahliger Vielfache der PWM-Ventilansteuerung im Vergleich zu den 30kHz und 48kHz am größten ist (Tabelle 1).

Die Wechselwirkungen aufgrund von Frequenzüberlagerungen der Betriebsfrequenzen von Radios 1 und von Leistungselektronik 2 sind daher geringer als es für die Betriebsfrequenzen 30 und 48kHz der PWM-Ventilansteuerung der Fall gewesen wäre. Dadurch wird eine Verringerung der durch die Leistungselektronik im Radio hervorgerufenen Störungen erzielt.

		Freq. 1	Freq. 2	Freq. 3
Radiofrequenz Grundfrequenz = 150kHz	Grundfreq.	30kHz	48kHz	55kHz
	Freq. × 2	60kHz	96kHz	110kHz
Reservierter Frequenzbereich = 145–155kHz	Freq. × 3	90kHz	144kHz !	165kHz √
Reservierter Frequenzbereich = 145–155kHz	Freq. × 4	120kHz	192kHz	220kHz √
	Freq. × 5	150kHz !	240kHz	275kHz
	Freq. × 6	180kHz	288kHz	330kHz
	Freq. × 7	210kHz	336kHz	385kHz

Tabelle 1

Claims

System zur Verringerung von elektronischen, elektromagnetischen und/oder magnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel (1) und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel (2) in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Betriebsmittel mindestens eine Störquelle (5) und das zweite mindestens eine Störsenke (6) umfasst, wobei eine Betriebsfrequenz der Störquelle und/oder Störsenke änderbar ist und weiterhin mindestens ein Mittel (3) zum Austausch von Informationen zwischen den Betriebsmitteln vorhanden ist, wobei die Informationen eine durch die Störquelle (5) und/oder Störsenke (6) reservierte Frequenz und/oder einen reservierten Frequenzbereich umfassen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes elektronisches Betriebsmittel (4) vorhanden ist, welches eine Verarbeitung der Informationen und Steuerung der Änderung der Betriebsfrequenz durchführt und über das Mittel zum Austausch von Informationen Zugriff auf die Informationen der Betriebsmittel hat.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betriebsmittel (1) einer Kraftfahrzeugbremsanlage zugehörig ist.
System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Betriebsmittel (2) ein Entertainment-Gerät und/oder Infotainment-Gerät oder Sensor ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Störsenke ein Radioempfangsteil ist.
System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Austausch von Informationen ein CAN-, LIN-, FlexRay- oder MOST-Bussystem ist.
Verfahren zur Verringerung von elektronischen, elektromagnetischen und/oder magnetischen wechselwirkungsverursachten Störungen zwischen einem ersten elektronischen Betriebsmittel (1) und einem zweiten elektronischen Betriebsmittel (2) in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Mittels (3) zum Informationsaustausch ein Austausch von Informationen zwischen den Betriebsmitteln durchgeführt wird (11), wobei die Informationen eine durch die Störquelle (5) und/oder Störsenke (6) reservierte Frequenz und/oder einen reservierten Frequenzbereich umfassen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der reservierten Frequenz oder des reservierten Frequenzbereichs die Betriebsfrequenz der Störquelle (5) und/oder Störsenke (6) geändert wird (13).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Störquelle und/oder Störsenke eine dynamische Änderung der Betriebsfrequenz durchgeführt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Störquelle (5) eine Logik und/oder eine Leistungselektronik mit Pulsweitenmodulations (PWM)-Ansteuerung umfassend einen PWM-Generator in einer Kraftfahrzeugbremsanlage ist, wobei die Betriebsfrequenz dieser Störquelle geändert wird.