EP3911962A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung der elektromagnetischen verträglichkeit (emv) eines technischen systems - Google Patents

Verfahren und anordnung zur ermittlung der elektromagnetischen verträglichkeit (emv) eines technischen systems

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Publication number
EP3911962A1
EP3911962A1 EP20701008.3A EP20701008A EP3911962A1 EP 3911962 A1 EP3911962 A1 EP 3911962A1 EP 20701008 A EP20701008 A EP 20701008A EP 3911962 A1 EP3911962 A1 EP 3911962A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
emc
technical system
variable
influencing
influencing variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20701008.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oussama SASSI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP3911962A1 publication Critical patent/EP3911962A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0871—Complete apparatus or systems; circuits, e.g. receivers or amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/08—Probabilistic or stochastic CAD

Definitions

  • Electromagnetic compatibility relates to the ability of technical systems not to interfere with other systems through self-generated electrical or electromagnetic effects or with other devices.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • EMC interference can also be calculated using numerical simulation. However, such simulations can only be carried out after the provision of
  • EMC problems ie a lack of electromagnetic compatibility, for example an EMC below a required minimum limit and / or above a permissible risk factor
  • a first finding of the invention lies in the fact that EMC risks have often been underestimated in early concept phases, since, as described above, meaningful EMC checks are only possible in the series development phase. If problems are identified at this late stage of development, the necessary countermeasures can lead to undesirable additional costs and time delays.
  • the invention is generally directed to any technical systems which, for example, have at least one radio system, but more particularly to vehicles and in particular to motor vehicles (for example passenger cars).
  • a basic idea of the invention is that a possibility is provided for specifying an influencing variable that influences an EMC of a technical system and in particular a vehicle, and that the EMC of the technical system is determined based on this predefined influencing variable. It is also preferably provided that the predefined influencing variable is also varied, for example by using statistical and / or stochastic methods (for example a Monte Carlo simulation). This takes into account the fact that in the early stages of development it is not possible to precisely quantify all the sizes relevant for EMC, but within the scope of the rest
  • the number of prototypes required can also be reduced during the development phase, since these have a higher probability of having the desired EMC properties from the outset using the solution according to the invention.
  • the solution according to the invention can be used to determine EMC with little
  • the invention relates to a method and an arrangement for determining EMC and in particular for calculating an EMC risk factor, this in each case depending on at least one physical disturbance variable (corresponds to the above-mentioned influencing variable with potential influence on EMC) and preferably also on a stochastic one Analysis is done. This preferably takes place in a concept design phase of the system.
  • This method is preferably carried out in a computer-implemented manner and in particular by means of a software tool or a software application, by means of which a user can, for example, specify the relevant variables and / or obtain information about determined EMC properties.
  • the invention also relates to an arrangement which can comprise or provide such a software tool or software application, in particular if the arrangement is or comprises a computer system on which the software tool or the
  • Software application is stored and / or executable.
  • the invention relates to a (preferably computer-based) method for determining the electromagnetic compatibility (EMC) of a technical system, with:
  • Result quantity of the technical system based on a (or through a) variation (for example the predetermined value) of the influencing variable.
  • the variation can e.g. within the framework of a stochastic and / or statistical calculation.
  • the EMC result variable determined based on the variation can also be referred to as a statistically and / or stochastically calculated EMC result variable.
  • One advantage is that this enables a possible range of changes in the influencing variable within the others
  • the EMC result variable can be an average value or an expected value of a plurality of EMC values (for example in the form of interference voltage values) determined, for example, for a specific frequency, the plurality of EMC values being obtained, for example, by varying the influencing variable can (for example, an EMC value for each variation step).
  • the EMC result variable can also be a maximum value or minimum value of a corresponding plurality of EMC values.
  • the EMC result variable can also be a (qualified) risk factor, which can be, for example, from a ratio of one of the above-mentioned example values to a predetermined, for example legal, guideline value (for example to a legally permitted maximum value).
  • any values determined here can be displayed to a user, for example via a display device of the arrangement. This can be done graphically and / or using numerical values.
  • At least one further EMC result variable is additionally calculated based on (for example the value) the predetermined influencing variable, ie preferably without the influencing variable being varied.
  • This can also be called an analytical calculation of the EMC result variable.
  • the analytically and statistically / stochastically determined EMC result variables can be displayed to a user, in particular at the same time, in order to increase the meaningfulness of the results.
  • the analytical calculation (and preferably also output) of the EMC result variable takes place in a step upstream of the statistical / stochastic calculation.
  • a user can draw conclusions for the statistical / stochastic calculation (for example, identify a suitable range of variation of an influencing variable or select potentially relevant influencing variables for the statistical / stochastic calculation).
  • a step-by-step procedure can be carried out, in which an analytical (preferably first) analytical and a statistical / stochastic determination of the EMC result variable takes place. Under statistical / stochastic is within this
  • Disclosure generally to understand a statistical and / or stochastic characteristic.
  • the influencing variable is assigned to a specific system component and the method is used for at least one further influencing variable which is assigned to the same system component.
  • the EMC result size can be based on the variations of both
  • the system component which can generally also relate to a system property, can be, for example, one of the following: a line bundle, a control device, an antenna or antenna structure, a RED (radio equipment directive), a radio system
  • Radio Equipment Directive Radio Equipment Directive
  • EMVU electromagnetic environmental compatibility
  • SAR specific absorption rate
  • It can also be a system component composed of the above-mentioned examples (for example a control unit with a line bundle connected to it).
  • Line bundles not all potential influencing variables (or parameters) are known in advance, but several of them can be varied. This can be, for example, a damping factor, a position, a line length, a line spacing or act like that. These also represent general examples of influencing variables, regardless of the further training described here. Further examples of
  • Influencing variables are an expected air impedance, a frequency band, an antenna factor or a position and in particular relative position (for example in the form of a distance specification, in particular to a measuring point or to another system component, which influence, for example, EMC properties can).
  • variable variables can be influencing variables in the sense of the present disclosure, which influence the EMC properties of the technical system and in particular at least one system component thereof. These are preferably variable quantities which can be varied in accordance with the procedure described here.
  • an EMC value can be determined for each variation step of both or just one influencing variable. If a plurality of variation steps are specified, what is within the scope of the present
  • the variation takes place within a predefined one
  • the variation can be carried out with a predetermined number of
  • the variation can take place in accordance with a predetermined distribution of the influencing variable values, in particular a statistical and / or stochastic distribution.
  • values of the EMC result variable can be determined for a plurality of frequencies in a predetermined frequency range.
  • the influencing variable is assigned to at least one of the following system components or at least indirectly describes at least one of the following system components:
  • EMVU electromagnetic environmental compatibility
  • the influencing variable can relate to or at least indirectly describe a route from a line installed in the technical system (for example signal and / or energy transmitted) and this route can be marked by a user in a computer system used to carry out the method.
  • the route (or, in other words, route) can be entered via a preferably graphical user interface, for example by marking the route in a displayed vehicle outline or section. If a line is mentioned in the context of this disclosure, this can generally relate to an electrical line (for example a cable) and additionally or alternatively to a signal and / or energy-transmitting line.
  • the invention further relates to a (in particular computer-based) arrangement for determining the electromagnetic compatibility (EMC) of a technical system, with:
  • an input device by means of which a user can specify at least one influencing variable of the technical system, the influencing variable having a potential influence on the EMC of the technical system;
  • the calculation device which is set up to determine an EMC result variable of the technical system based on a variation of the influencing variable.
  • the calculation device can be set up to determine the EMC result size by including a computer program product (for example a software program) (for example by storing it in a speech device of the calculation device), and can also be set up to execute this computer program product.
  • a method can be carried out in accordance with any of the above and below aspects, and in particular the variation of the influencing variable can be carried out.
  • the computing device (or the arrangement in general) can be one
  • Computer program product include and the calculation device is set up by executing the computer program product to perform an opening-based method and in particular to determine the EMC result variable of the technical system based on a variation of the influencing variable
  • the arrangement can be implemented as a computer system or computer network and / or generally comprise at least one microprocessor.
  • the input device can be used, for example, as a keyboard, mouse, touchscreen, microphone (for example for
  • the calculation device can comprise at least one microprocessor on which a software application or a software tool can be executed in accordance with any of the variants described herein.
  • the arrangement can comprise any further feature and any further development in order to provide all of the steps, effects and interactions described here.
  • the arrangement can be set up to carry out a method according to any of the above and below variants. All of the explanations given here regarding identical process features also apply to the corresponding arrangement features.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of a method according to an embodiment of the
  • FIG. 2 shows an example of an analytical calculation of an EMC compatibility, for example of a system component such as a control unit;
  • FIG. 4 shows a further flow diagram that is specifically directed towards the measures for analytical and stochastic calculation of an EMC
  • FIG. 7 shows representations analogous to FIG. 6 but for a stochastic calculation
  • Figure 8 shows a schematic representation of an arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of a method according to an embodiment of the
  • the invention which is carried out on an arrangement, not shown, according to the invention.
  • the latter can generally be designed as a conventional PC (for example in the form of a smartphone, laptop, desktop PC or tablet).
  • the following descriptions focus on the EMC determination for a vehicle development.
  • the method is carried out by means of a software tool (also simply called a tool) that is executed on the arrangement (for example by processing program instructions of the software tools on a microprocessor of the arrangement).
  • the tool is started in a step S1.
  • a predefined EMC module of the tool is selected.
  • the EMC modules relate to various system components and / or system areas of a vehicle that the user can select in order to check their EMC in the concept phase.
  • step S3 the user will have different options in step S3
  • Influencing variables are displayed, the values of which he can determine for a preferred (but not mandatory) first analytical calculation.
  • An analytical calculation of an EMC influencing variable then takes place in step S4. Since the EMC in general
  • step S5 is frequency-dependent, this is preferably done for a plurality of frequency values within a predetermined frequency spectrum or range.
  • the determined EMC influencing variable is output via the frequency spectrum
  • step S6 the stochastic calculation is carried out in step S6. If this does not lead to the desired results, one can be carried out in step S7
  • the method can be ended in accordance with steps S8 (documentation, calculation report) and S9 (close tool).
  • FIG. 2 shows an example for the analytical calculation of the EMC of a vehicle control unit (relates to step S4 from FIG. 1). All of the formulas given in this disclosure are taken from the specialist literature, so that their variables also correspond to conventional definition or have conventional meaning. Nevertheless, the formulas are only examples and an EMC calculation could also be carried out based on other suitable forms.
  • Interference emission system module 104: line-line
  • module 106 total SA (total interference emission)).
  • the interference emission of a specific system or a system component is examined in the form of a control device which comprises an antenna.
  • variable d can be understood as a (relative) position variable.
  • P T power
  • d distance between antenna and control unit
  • P T power variable as a function of the antenna and the frequency range (is summarized in a table)
  • dsc / G T 1
  • E SG the user can specify any values for this purpose, E generally representing the electric field strength in the context of this disclosure
  • Zo 120p
  • AF antenna factor from table
  • V interference interference voltage.
  • Further input variables E of block 108 are also indicated, which can be the following: air resistance, position of the system, vehicle type, frequency band, “antenna radiated power” (radiated power of the antenna), antenna factor.
  • the specified air resistance can also be referred to as air impedance and represented by the variable Z (or Zo) .
  • Possible in advance about the vehicle type Position margins are determined and / or data or variable values are read from stored tables.
  • the input variable E can also include data “from component test / worst case TL”, which takes into account that data or values from component tests that have already taken place can be used or values according to a specified “worst case” (ie worst case scenario).
  • FIG. 3 shows formulas for an EMC calculation of a system from a control device with lines connected to it (both with only one (area 110) and with two lines, area 112). Cases of differential and common currents are considered, both of which can lead to the generation of an electric field.
  • the variable R relates (as a relative position specification) to a distance, for example between a line and a measuring point or antenna pole.
  • the other specified variables stand for the following: f: frequency; K: correction factor (5 cm, -22db); I com : common current; f r: differential current; L: cable length; d: distance to ground.
  • the current values can be derived from the worst case or entered manually.
  • the two last listed variables L, d can also be entered manually.
  • At least one influencing variable (parameter) is selected in accordance with block 113 and a variation range is defined for this (deviation between 1% and 30%).
  • a distribution is then also specified which defines how the values of the influencing variable to be varied are distributed within the range of variation (marked as input I). For this purpose only, one can choose between a Gaussian distribution and a uniform distribution.
  • a Gaussian distribution can be considered, for example, if it can be expected that the value of the influencing variable mainly fluctuates around an average value (for example, since a construction space is limited in such a way that a distance value cannot be varied significantly).
  • a uniform distribution can be considered, for example, if it can be expected that the value of the influencing variable will vary arbitrarily within the range of variation, for example because a distance value can be arbitrarily determined due to the lack of space constraints.
  • a Monte Carlo simulation is then carried out for the stochastic calculation as a preferred but not mandatory procedure (block 114).
  • a Random function and taking into account the specified distribution and the variation range, samples are taken mathematically, the number of iterations or the number of samples taken being selectable. Metaphorically speaking, this gives the information about which EMC properties are most likely to be expected, even if the influencing variable is still to be expected.
  • a mean value, a deviation from the expected value or a risk factor can in particular be obtained in block 116 and then displayed (see also the following figures). This can be frequency-dependent, ie each of these values can be determined for a specific frequency value in a predetermined frequency range.
  • a deviation or tolerance to be taken into account for example from 1% to 30%, the deviation corresponding to a difference from a maximum position minus a (current) position;
  • a maximum position for example, as an absolute position plus a tolerance value
  • a minimum position for example, as an absolute position minus a tolerance value
  • the position is regarded as m (expected value) and a disturbance as a function of the expected value.
  • Range m +/- sigm 28% in the range m +/- 2 * sigm; 4% in the range m +/- 3 * sigm. This procedure is particularly advantageous when, as is generally the case in concept phases, several influencing variables can still be subject to variations. As shown below, a corresponding range of variation and
  • EMC properties can then be determined under a simultaneous variation of all influencing factors, so to speak. As a result, the potential of the
  • Mouse-clickable virtual input objects or the like can be enabled:
  • EMC topics can be used to select the individual areas, assemblies and / or modules that are to be examined with regard to their EMC.
  • the following topics can be selected as examples: Coupling line / line; Leadership / Mass Concept Analysis; Fault emission through the position of the control unit; Fault transmission of an entire system; RED (radio equipment directive).
  • Line / line is selected.
  • Choices selected a vehicle type for example from the following classes: Small; Compact; Midsize; Fullsize. At least for the last three classes, the option "Variant" can also be offered.
  • a start and end frequency is defined via predefined input fields (by manually entering the corresponding values in MHz, for example 100 MHz to 500 MHz). Using a button, these values can be validated and a frequency interval (calculation interval) can be set (for example in kHz, for example 1100 kHz). After defining this interval, you can click on the "Apply frequency value” button and a number of measuring points (within the frequency interval) are determined and displayed (in this example, 363).
  • An EMC influencing variable is then determined for each of these measuring points, and a plurality of EMC values are preferably determined by means of the stochastic calculation, on the basis of which a final EMC influencing variable (for example the expected EMC value for at least one measuring point in the frequency interval) can then be determined.
  • FIG. 5 a top view of the vehicle (or its floor plan) is shown, which is subdivided into a uniform square grid or grid. A side view is also shown. Furthermore, a so-called circuit diagram shows a right-hand matrix-shaped area with grids analogous to the vehicle views. An operator can specify in which areas a line runs by clicking on the individual grids (for example in the circuit diagram, which is then shown graphically in the vehicle views). The line length can then be estimated by evaluating or assembling the overall activated grid (see FIG. 5).
  • a field “Recalculate route” can be activated in an input mask and any starting point in the grid (or circuit diagram) be set. Starting from this starting point, possible path directions are displayed and the path finally selected can be confirmed, whereupon the line length can be determined and adopted automatically.
  • circuit diagrams are also displayed, one for example for a floor area P and one for a (typically smaller) roof area D (see FIG. 5).
  • a floor area P and one for a (typically smaller) roof area D (see FIG. 5).
  • an operator can determine line lengths for lines that run either in the floor area or in the roof area, and this can also be shown accordingly in the top view and side view of the vehicle.
  • the tool can be used to determine the following other influencing variables: coupling length between control line and sacrificial line, which is determined analogously to the line length, although only common sections with the interference line are of interest and can therefore be selected; a distance to GND (ground); a termination impedance (sacrificial line) and internal impedance related to the interference line; a relative permittivity and relative permeability (1 equals air).
  • an input voltage can be entered as a constant voltage or PWM signal, the latter allowing further settings (for example an amplitude, sampling time, entry time, duty cycle or basic frequency).
  • EMC values in the form of interference voltages in the unit dBmV which in the context of this disclosure can apply to any EMC values (i.e. each EMC value can be determined frequency-dependently and / or in the named unit).
  • the graphic representation is deposited by horizontally extending areas 120-122, with an uppermost narrow (120) a critical value range, the middle width (121) a neutral value range (ie neither clearly critical nor clearly uncritical) and the lower wide strip 122 marked an uncritical range of values.
  • the stochastic calculation for individual influencing variables (eg cable length, coupling length, distance to GND, radius of the cable, distance between cable and cable) can then be used to determine the variation ranges and distributions explained above.
  • a maximum deviation of a previously determined value of the influencing variable represents the
  • Tolerance range or the range of variation for the calculation can be selected, which indicate the probability of the occurrence of an influencing variable value in the tolerance or variation range per iteration.
  • desired number of iterations i.e. samples
  • each measurement point i.e. each
  • FIG. 7 shows in area a) that each
  • the ultimately determined EMC result variable can preferably be the preferably frequency-dependent expected value (for example the expected EMC interference voltage per frequency) determined in the context of the stochastic consideration. This is entered in FIG. 7 in area b), namely as an essentially horizontal curve 140 with only a few swings. Also shown is a curve 142 provided with significantly larger deflections, which indicates an EMV result variable determined in an analog but analytical manner. Such a representation can also be used to assess the deviation of the analytically and stochastically determined EMC.
  • a frequency-dependent expected value for example the expected EMC interference voltage per frequency
  • an EMC result variable can also be preferred
  • frequency-dependent risk factor can be defined, which indicates the ratio of the determined (frequency-dependent) mean to a legal limit.
  • FIG. 8 finally shows a schematic illustration of an arrangement 200 according to the invention.
  • An input device 210 is shown as a conventional keyboard (alternative examples have been mentioned above) and the calculation device 220 as a conventional PC (alternative examples have been mentioned above).
  • the calculation device 220 comprises a computer program product (ie a software tool) and is configured to execute a method according to any aspect described herein when executing this computer program product (for example by means of a microprocessor of the computing device 220).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems, mit: - Vorgeben von wenigstens einer Einflussgröße des technischen Systems, wobei die Einflussgröße einen potentiellen Einfluss auf die EMV des technischen Systems hat; - Ermitteln wenigstens einer EMV-Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer Variation der Einflussgröße. Weiter betrifft die Erfindung eine Anordnung (200) zum Ermitteln der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems, mit: - einer Eingabeeinrichtung (210), mittels der ein Benutzer wenigstens eine Einflussgröße des technischen Systems vorgeben kann, wobei die Einflussgröße einen potentiellen Einfluss auf die EMV des technischen Systems hat; - einer Berechnungseinrichtung (220), die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine EMV- Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer Variation der Einflussgröße zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems
Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) betrifft die Fähigkeit von technischen Systemen, andere Systeme nicht durch eigens erzeugte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden.
Durch Anforderungen der Kunden sowie die Gesetze für die Sicherheit und Qualität sind technische Systeme und insbesondere Fahrzeuge (im Kontext der vorliegenden Offenbarung insbesondere Kraftfahrzeuge und ferner insbesondere Personenkraftwagen) zunehmend komplex geworden. Insbesondere hat die Anzahl der Elektrik- und Elektronikkomponenten zugenommen. Dies stellt entsprechende Anforderungen an das Überprüfen der
elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems oder auch lediglich einzelner Systemkomponenten bei der Entwicklungs- und Integrationsphase. Insbesondere sollen vorzugsweise alle Komponenten sowie auch das technische System (d. h. mit sämtlichen darin integrierten Komponenten) messtechnisch hinsichtlich der EMV überprüft werden.
Derartige Messungen können aber oftmals nur in einem späten Entwicklungsstadium durchgeführt werden.
Zusätzlich oder alternativ können EMV-Störgrößen auch durch numerische Simulation berechnet werden. Solche Simulationen können aber erst nach der Bereitstellung von
Informationen zu zum Beispiel in dem technischen System verbauten Antennensystemen, Bordnetzen (oder allgemein elektrischen Leitungsverläufen) und Steuergeräten mit einer sinnvollen Aussagekraft durchgeführt werden. Zudem werden EMV Risiken basierend auf derartigen Informationen mittels sogenannter Rules Checker überprüft, bei denen es sich um computergestützte Prüfprotokolle und/oder Prüfsimulationen handeln kann.
Die jeweils benötigten Informationen oder auch das für eine Messung verwendbare reale Gesamtsystem sind in der Regel erst nach dem Abschluss der Konzeptentwicklung verfügbar. Daher können EMV-Probleme (d. h. eine mangelnde elektromagnetische Verträglichkeit, zum Beispiel eine EMV unterhalb einer erforderlichen Mindestgrenze und/oder oberhalb eines zulässigen Risikofaktors) erst in der Serienentwicklungsphase festgestellt werden. Eine erste Erkenntnis der Erfindung liegt darin, dass EMV-Risiken in frühen Konzeptphasen bisher häufig unterschätzt wurden, da, wie oben geschildert, aussagekräftige EMV- Überprüfungen erst in der Serienentwicklungsphase möglich sind. Werden in diesem späten Entwicklungsstadium aber Probleme festgestellt, können die erforderlichen Gegenmaßnahmen unerwünschte Zusatzkosten und Zeitverzögerungen verursachen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die EMV Ermittlung von technischen Systemen zu verbessern und insbesondere in einem früheren Entwicklungsstadium (zum Beispiel bereits innerhalb erster Konzeptphasen) zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anordnung gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen angegeben. Es versteht sich, dass die einleitenden Erläuterungen und Merkmale auch bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen sein bzw. auf diese zutreffen können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
Die Erfindung richtet sich allgemein auf beliebige technische Systeme, die zum Beispiel über wenigstens eine Funkanlage verfügen, im Speziellen jedoch auf Fahrzeuge und insbesondere auf Kraftfahrzeuge (zum Beispiel Personenkraftwagen).
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass eine Möglichkeit zum Vorgeben einer Einflussgröße bereitgestellt wird, die eine EMV eines technischen Systems und insbesondere eines Fahrzeugs beeinflusst, und das basierend auf dieser vorgegebenen Einflussgröße die EMV des technischen Systems ermittelt wird. Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass die vorgegebene Einflussgröße auch variiert wird, beispielsweise durch Anwenden statistischer und/oder stochastischer Methoden (zum Beispiel einer Monte Carlo Simulation). Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass in frühen Entwicklungsstadien nicht sämtliche für die EMV relevanten Größen exakt beziffert werden können, sondern im Rahmen des weiteren
Entwicklungsprozesses erwartungsgemäß noch variieren. Somit kann ein Überblick erhalten werden, mit welcher EMV und insbesondere welchen EMV-Variationen oder, mit anderen Worten, EMV-Bandbreite des technischen Systems voraussichtlich zu rechnen ist. Somit können auch Spielräume zur Festlegung der vorgegebenen Einflussgröße abgeschätzt werden, beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob die ermittelten EMV-Variationen in kritischen
Bereichen liegen oder nicht. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen zunächst in der Möglichkeit zur Kosten- und Zeiteinsparung während der Systementwicklung, da unerwünschte EMV-Zustände bereits frühzeitig erkannt und korrigiert werden können.
Auch kann die Anzahl erforderlicher Prototypen während der Entwicklungsphase reduziert werden, da diese mittels der erfindungsgemäßen Lösung von vornherein mit einer höheren Wahrscheinlichkeit gewünschte EMV-Eigenschaften besitzen.
Zudem lässt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung eine EMV-Ermittlung mit geringem
Zeitaufwand vornehmen, insbesondere im Vergleich zu detaillierten numerischen Simulationen.
Allgemein ausgedrückt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zur EMV Ermittlung und insbesondere zur Berechnung eines EMV Risikofaktors, wobei dies jeweils in Abhängigkeit von wenigstens einer physikalischen Störgröße (entspricht der oben genannten Einflussgröße mit potentiellem Einfluss auf die EMV) und vorzugsweise auch auf einer stochastischen Analyse erfolgt. Dies findet bevorzugt in einer Konzeptauslegungsphase des Systems statt. Durch Eingabe der relevanten Einflussgrößen für die entsprechenden Konzepte, wie zum Beispiel einer Position von EMV-relevanten Komponenten, Verlegungswegen von Leitungen, Leitungslängen und Eigenschaften von Antennenstrukturen, können die
physikalischen EMV Störungen und deren Eintrittswahrscheinlichkeit mit einem statistischen Erwartungswert berechnet werden.
Bevorzugt wird dieses Verfahren computerimplementiert ausgeführt und insbesondere mittels eines Softwaretools bzw. einer Softwareapplikation, mittels derer ein Benutzer zum Beispiel die relevanten Größen vorgeben und/oder Informationen über ermittelte EMV-Eigenschaften erhalten kann. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, die ein solches Softwaretool bzw. eine solche Softwareapplikation umfassen bzw. bereitstellen kann, insbesondere wenn die Anordnung ein Computersystem ist oder umfasst, auf der das Softwaretool bzw. die
Softwareapplikation hinterlegt und/oder ausführbar ist.
Im Detail betrifft die Erfindung ein (vorzugsweise computerbasiertes) Verfahren zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems, mit:
- (zum Beispiel manuellem) Vorgeben (beispielsweise eines Werts) von wenigstens einer Einflussgröße des technischen Systems (die auch als Einflussparameter oder Parameter bezeichnet werden kann), wobei die Einflussgröße einen potentiellen Einfluss auf die EMV des technischen Systems hat; und - (vorzugsweise computerbasiertes) Ermitteln einer (d.h. wenigstens einer) EMV-
Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer (bzw. durch eine) Variation (beispielsweise des vorgegebenen Werts) der Einflussgröße. Die Variation kann z.B. im Rahmen einer stochastischen und/oder statistischen Berechnung erfolgen.
Die basierend auf der Variation ermittelte EMV-Ergebnisgröße kann auch als statistisch und/oder stochastisch berechnete EMV-Ergebnisgröße bezeichnet werden. Ein Vorteil ist, dass hierdurch ein mögliches Änderungsspektrum der Einflussgröße innerhalb der weiteren
Entwicklungsphasen berücksichtigt werden kann oder auch ein allgemeines Spektrum, wenn ein Ausgangswert dieser Einflussgröße noch nicht hinreichend festgelegt wurde. Trotz dieser Unsicherheit können somit auch bereits in frühen Entwicklungsstadien Aussagen über die EMV- Eigenschaften des Systems getroffen und das Konzept und/oder die weitere Entwicklung entsprechend angepasst werden.
Die EMV-Ergebnisgröße kann ein Mittelwert oder ein Erwartungswert von einer Mehrzahl von zum Beispiel für eine bestimmte Frequenz ermittelten EMV-Werten (zum Beispiel in Form von Störspannungswerten) sein, wobei die Mehrzahl von EMV-Werten zum Beispiel durch die Variation der Einflussgröße erhalten werden kann (zum Beispiel je Variationsschritt ein EMV- Wert). Die EMV-Ergebnisgröße kann auch ein Maximalwert oder Minimalwert von einer entsprechenden Mehrzahl von EMV-Werten sein. Die EMV-Ergebnisgröße kann auch ein (qualifizierter) Risikofaktor sein, der zum Beispiel aus einem Verhältnis eines der vorstehend genannten Beispielwerte zu einem vorgegebenen zum Beispiel gesetzlichen Richtwert sein kann (beispielsweise zu einem gesetzlich erlaubten Höchstwert).
Es versteht sich, dass basierend auf der Variation einer Einflussgröße auch mehrere
verschiedene EMV-Ergebnisgrößen der vorstehend genannten Art ermittelt werden können.
Allgemein können jegliche hierin ermittelten Werte einem Benutzer angezeigt werden, zum Beispiel über eine Anzeigeeinrichtung der Anordnung. Dies kann grafisch und/oder mittels Zahlenwerten erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens und der Anordnung wird zusätzlich wenigstens eine weitere EMV-Ergebnisgröße basierend auf (beispielsweise dem Wert) der vorgegebenen Einflussgröße berechnet, d. h. vorzugsweise ohne dass die Einflussgröße variiert wird. Dies kann auch als eine analytische Berechnung der EMV-Ergebnisgröße bezeichnet werden. Die analytisch und statistisch/stochastisch ermittelten EMV-Ergebnisgrößen können einem Benutzer angezeigt werden, insbesondere gleichzeitig, um die Aussagekraft der Ergebnisse zu erhöhen.
Gemäß einer bevorzugten Variante erfolgt die analytische Berechnung (und vorzugsweise auch Ausgabe) der EMV-Ergebnisgröße in einem zur statistischen/stochastischen Berechnung vorgelagerten Schritt. Basierend auf der analytisch ermittelten EMV-Ergebnisgrößen kann ein Benutzer Schlüsse für die statistische/stochastische Berechnung ziehen (beispielsweise eine geeignete Variationsbreite einer Einflussgröße identifizieren oder möglicherweise relevante Einflussgrößen für die statistische/stochastische Berechnung auswählen). Die
statistische/stochastische Berechnung könnte auch unterlassen werden, beispielsweise wenn die analytischen Ergebnisse bereits eine ausreichende EMV-Verträglichkeit ergeben, die selbst im Rahmen zu erwartender Variationen der Einflussgröße voraussichtlich nicht gefährdet ist.
Erfindungsgemäß kann ein stufenweises Vorgehen erfolgen, bei dem aufeinanderfolgend eine (vorzugsweise zuerst stattfinde) analytische sowie eine statistische/stochastische Ermittlung der EMV-Ergebnisgröße stattfindet. Unter statistisch/stochastisch ist im Rahmen dieser
Offenbarung allgemein ein statistisches und/oder stochastisches Merkmal zu verstehen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens und der Anordnung ist die Einflussgröße einer bestimmten Systemkomponente zugeordnet und das Verfahren wird für wenigstens eine weitere Einflussgröße angewandt, die derselben Systemkomponente zugeordnet ist.
Insbesondere kann die EMV-Ergebnisgröße basierend auf den Variationen beider
Einflussgrößen ermittelt werden.
Bei der Systemkomponente, die allgemein auch eine Systemeigenschaft betreffen kann, kann es sich zum Beispiel um eine der folgenden handeln: ein Leitungsbündel, ein Steuergerät, eine Antenne bzw. Antennenstruktur, ein RED (radio equipment directive), ein Funksystem
(Funkanlagenrichtlinie), eine EMVU (elektromagnetische Umweltverträglichkeit) und eine SAR (spezifische Absorptionsrate). Es kann sich auch um eine aus den vorstehend genannten Beispielen zusammengesetzte Systemkomponente handeln (zum Beispiel um ein Steuergerät mit einem daran angeschlossenen Leitungsbündel).
Gemäß dieser Variante kann zum Beispiel berücksichtigt werden, dass von einem
Leitungsbündel nicht sämtliche potentiellen Einflussgrößen (bzw. Parameter) vorab bekannt sind, sondern mehrere hiervon variiert werden können. Hierbei kann es sich zum Beispiel um einen Dämpfungsfaktor, eine Position, eine Leitungslänge, ein Leitungsabstand oder dergleichen handeln. Diese stellen jeweils auch unabhängig von der vorliegend geschilderten Weiterbildung allgemeine Beispiel von Einflussgrößen dar. Weitere Beispiele von
Einflussgrößen (zum Beispiel für eine Antennenstruktur) sind eine erwartete Luftimpedanz, ein Frequenzband, ein Antennenfaktor oder eine Position und insbesondere relative Position (zum Beispiel in Form einer Abstandsangabe, insbesondere zu einem Messpunkt oder zu einer weiteren Systemkomponente, die bspw. EMV-Eigenschaften beeinflussen kann).
Allgemein können sämtliche variablen Größen Einflussgrößen im Sinne der vorliegenden Offenbarung sein, welche die EMV-Eigenschaften des technischen Systems und insbesondere zumindest einer Systemkomponente hiervon beeinflussen. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um variable Größen, die gemäß dem hierin geschilderten Vorgehen variiert werden können.
Werden zwei derartige Einflussgrößen für eine Systemkomponente variiert, kann für jeden Variationsschritt beider oder auch nur einer Einflussgröße ein EMV-Wert ermittelt werden. Wird eine Mehrzahl von Variationsschritten vorgegeben, was im Rahmen der vorliegenden
Offenbarung allgemein durch ein (insbesondere rein rechnerisches) Vornehmen von
Stichproben bzw. Iterationen erfolgen kann, können als EMV-Ergebnisgröße ein vorstehend erläuterter Mittelwert (und/oder Erwartungswert), Minimalwert oder Maximalwert aus den insgesamt erhaltenen EMV-Werten gewählt werden.
Gemäß einer weiteren Variante findet die Variation innerhalb eines vorgegeben
Variationsbereichs statt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Variation mit einer vorgegebenen Anzahl von
Variationsschritten (bzw. Iterationen oder Stichproben, zum Beispiel per Monte Carlo
Simulation) erfolgen.
Ferner alternativ oder zusätzlich kann die Variation nach Maßgabe einer vorgegebenen Verteilung der Einflussgrößenwerte erfolgen, insbesondere einer statistischen und/oder stochastischen Verteilung.
Wie geschildert, können gemäß einer Weiterbildung für eine Mehrzahl von Frequenzen in einem vorgegebenen Frequenzbereich Werte der EMV-Ergebnisgröße ermittelt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens und der Anordnung ist die Einflussgröße wenigstens einer der folgenden Systemkomponenten zugeordnet oder beschreibt zumindest mittelbar wenigstens eine der folgenden Systemkomponenten:
- eine Leitungskopplung innerhalb eines elektrischen Leitungsbündels des technischen Systems;
- eine Störaussendung einer Systemkomponente;
- eine leitungsgeführte Störung innerhalb des technischen Systems;
- eine Übertragungsqualität eines Funksystems des technischen Systems;
- eine in dem technischen System verbaute Antennenstruktur;
- wenigstens ein Frequenzband von einer in dem technischen System verbauten
Komponente;
- eine in dem technischen System verlegte elektrische Leitung, insbesondere ein
Verlegungsweg hiervon;
- eine EMVU (elektromagnetische Umweltverträglichkeit) oder, anders ausgedrückt,
umweltbezogene EMVU Magnetfelder, wobei jeweils Basiswerte für eine Exposition Referenzwerte herangezogen werden können sowie eine SAR (spezifische
Absorptionsrate).
Alternativ oder zusätzlich kann die Einflussgröße einen Verlegungsweg von einer in dem technischen System verlegten (zum Beispiel Signal- und/oder energieübertragenen) Leitung betreffen oder zumindest mittelbar beschreiben und dieser Verlegungsweg kann durch einen Benutzer in einem zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Computersystems markierbar sein. Insbesondere kann der Verlegungsweg (oder mit anderen Worten Verlegungspfad) über eine vorzugsweise grafische Benutzerschnittstelle eingegeben werden, beispielsweise durch das Markieren des Verlegungswegs in einem angezeigten Fahrzeugumriss oder -ausschnitt. Sofern im Rahmen dieser Offenbarung von einer Leitung gesprochen wird, kann dies allgemein eine elektrische Leitung (zum Beispiel ein Kabel) betreffen sowie zusätzlich oder alternativ eine Signal- und/oder energieübertragende Leitung.
Die Erfindung betrifft ferner eine (insbesondere computerbasierte) Anordnung zum Ermitteln der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems, mit:
- einer Eingabeeinrichtung, mittels der ein Benutzer wenigstens eine Einflussgröße des technischen Systems vorgeben kann, wobei die Einflussgröße einen potentiellen Einfluss auf die EMV des technischen Systems hat;
- einer Berechnungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine EMV-Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer Variation der Einflussgröße zu ermitteln. Die Berechnungseinrichtung kann dadurch zum Ermitteln der EMV, Ergebnisgröße eingerichtet sein, dass sie ein Computerprogrammprodukt (zum Beispiel ein Softwareprogramm) umfasst (zum Beispiel durch Ablegen in einer Sprecheinrichtung der Berechnungseinrichtung), sowie ferner dazu eingerichtet ist, dieses Computerprogrammprodukt auszuführen. Hierdurch kann ein Verfahren gemäß jeglichen der vorstehenden und nachstehenden Aspekte ausgeführt werden und insbesondere die Variation der Einflussgröße vorgenommen werden. Genauer gesagt kann also die Berechnungseinrichtung (oder allgemein die Anordnung) ein
Computerprogrammprodukt umfassen und die Berechnungseinrichtung ist durch Ausführen des Computerprogramm Produkts dazu eingerichtet, ein öffnungsgemäßen Verfahren auszuführen und insbesondere die EMV-Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer Variation der Einflussgröße zu ermitteln
Die Anordnung kann als ein Computersystem oder Computernetzwerk realisiert sein und/oder allgemein wenigstens einen Mikroprozessor umfassen. Die Eingabeeinrichtung kann zum Beispiel als eine Tastatur, Maus, Touchscreen, Mikrofon (zum Beispiel für
Sprachbefehlseingaben) oder Kamera (zum Beispiel für Gesteneingaben) realisiert sein. Die Berechnungseinrichtung kann wenigstens einen Mikroprozessor umfassen, auf dem eine Softwareapplikationen oder ein Softwaretool gemäß jeglicher der hierin geschilderten Varianten ausgeführt werden kann.
Die Anordnung kann jegliches weitere Merkmal und jegliche Weiterbildung umfassen, um sämtliche der hierin geschilderten Schritte, Effekte und Wechselwirkungen bereitzustellen. Insbesondere kann die Anordnung dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglicher der vorstehenden und nachstehenden Varianten auszuführen. Sämtliche hierin geschilderten Ausführungen zu gleichlautenden Verfahrensmerkmalen treffen auf die entsprechenden Anordnungsmerkmale ebenso zu.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert:
Fig. 1 zeigt ein Ablaufschema eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine analytische Berechnung einer EMV-Verträglichkeit, zum Beispiel von einer Systemkomponente wie einem Steuergerät;
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine analytische Berechnung einer EMV-
Verträglichkeit, zum Beispiel von einer Systemkomponente, die aus einem Steuergerät mit daran angeschlossenen Leitungen besteht; Fig. 4 zeigt ein weiteres Ablaufschema, dass sich speziell auf die Maßnahmen zur analytischen und stochastischen Berechnung einer EMV richtet;
Fig. 5 zeigt eine computerbasierte grafische Eingabemöglichkeit zum Eingeben
Leitungslänge;
Fig. 6 zeigt das Ergebnis einer analytischen Berechnung als Verlauf einer ermittelten frequenzabhängigen Störspannung (EMV-Ergebnisgröße) über ein vorgegebenes Frequenzspektrum;
Figur 7 zeigt Darstellungen analog zur Figur 6 jedoch für eine stochastische Berechnung;
und
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufschema eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das auf einer nicht dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ausgeführt wird. Letztere kann allgemein als herkömmlicher PC (zum Beispiel in Form eines Smartphones, Laptops, Desktop-PCs oder Tablets) ausgebildet sein. Die nachfolgenden Beschreibungen richten sich auf die EMV Ermittlung für eine Fahrzeugentwicklung.
Das Verfahren wird mittels eines Softwaretools durchgeführt (auch lediglich Tool genannt), das auf der Anordnung ausgeführt wird (zum Beispiel durch Abarbeiten von Programminstruktionen der Softwaretools auf einem Mikroprozessor der Anordnung). In einem Schritt S1 wird das Tool gestartet. In einem Schritt S2 wird ein vordefiniertes EMV-Modul des Tools ausgewählt. Die EMV-Module betreffen verschiedene Systemkomponenten und/oder Systembereiche eines Fahrzeugs, die der Benutzer auswählen kann, um deren EMV in der Konzeptphase zu überprüfen.
Je nach ausgewählten EMV-Modul werden dem Benutzer im Schritt S3 verschiedene
Einflussgrößen (Parameter) angezeigt, deren Werte er für eine bevorzugte (aber nicht zwingende) zunächst erfolgende analytische Berechnung festlegen kann. Im Schritt S4 erfolgt dann eine analytische Berechnung einer EMV-Einflussgröße. Da die EMV allgemein
frequenzabhängig ist, erfolgt dies bevorzugt für eine Mehrzahl von Frequenzwerten innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums bzw. -bereichs. Im Schritt S5 kann daher eine
Ausgabe der ermittelten EMV-Einflussgröße über das Frequenzspektrum erfolgen,
beispielsweise in Form eines Graphen. Hieraus kann der Benutzer erste Schlüsse ziehen, ob der vom ihm untersuchte Fall voraussichtlich kritisch oder unkritisch hinsichtlich der EMV ist und darauf basierend erste Anpassungen vornehmen und/oder die nachfolgende stochastische Berechnung anpassen. Die stochastische Berechnung wird, wie im Folgenden noch näher erläutert, im Schritt S6 ausgeführt. Führt dies nicht zu gewünschten Ergebnissen, kann gemäß Schritt S7 eine
Anpassung und erneute Durchführung dieser oder sämtlicher Berechnungen stattfinden.
Gemäß den Schritten S8 (Dokumentation, Berechnungsbericht) und S9 (Tool schließen) kann das Verfahren beendet werden.
In Figur 2 ist ein Beispiel für die analytische Berechnung der EMV eines Fahrzeug-Steuergeräts gezeigt (betrifft Schritt S4 aus Figur 1). Sämtliche in dieser Offenbarung angegebenen Formeln sind der Fachliteratur entnommen, sodass auch deren Variablen herkömmlichen Definition entsprechen bzw. herkömmliche Bedeutung haben. Dennoch sind die Formeln lediglich beispielhaft und eine EMV-Berechnung könnten auch basierend auf anderen geeigneten Formen durchgeführt werden.
In einem Bereich 10 von Figur 2 ist die Auswahlmöglichkeit verschiedener EMV Module 102- 106 gemäß Schritt S2 aus Figur 1 angedeutet (100: Tool Startseite, Modul 102:
Störaussendungssystem, Modul 104: Leitung-Leitung, Modul 106: Gesamt-SA (Gesamt- Störaussendung)). Im gezeigten Fall wird die Störaussendung eines bestimmten Systems bzw. einer Systemkomponente in Form eines Steuergeräts untersucht, das eine Antenne umfasst.
Im linken Bereich (Block 108) sind verschiedene übliche Formeln angegeben, um erzeugte elektrische Felder der Antenne (Index ant), des Steuergeräts (Index sg) sowie des gesamten Fahrzeugs (Index Fzg. oder vehicle) zu bestimmen. Die Variable d kann als eine (relative) Positionsvariable verstanden werden. Eine Frequenzabhängigkeit liegt für die Antenne über die Leistungs-Variable PT vor.
Weitere Abkürzungen und Variablen stehen für bzw. implizieren folgendes: d: Abstand Antenne- Steuergerät; PT: Leistung-Variable als Funktion der Antenne und des Frequenzbereichs (ist in einer Tabelle zusammengefasst); dsc/GT = 1 ; ESG: der Benutzer kann hierfür beliebige Werte vorgeben, wobei E im Rahmen dieser Offenbarung allgemein für die elektrische Feldstärke steht; Zo = 120p; AF: Antennenfaktor aus Tabelle; Vstör: Störspannung.
Es sind zudem weitere Eingangsgrößen E des Blocks 108 angedeutet, bei denen es sich um folgende handeln kann: Luftwiderstand, Position des Systems, Fahrzeugtyp, Frequenzband, „Antenne Radiated Power“ (abgestrahlte Leistung der Antenne), Antennenfaktor. Der angegebene Luftwiderstand kann auch als Luftimpedanz bezeichnet und durch die Variable Z abgebildet werden (bzw. Zo). Über den Fahrzeugtyp können vorab mögliche Positionsspielräume festgelegt werden und/oder Daten oder Variablenwerte aus hinterlegten Tabellen ausgelesen werden. Die Eingangsgröße E kann auch Daten„Aus Komponententest / Worstcase TL“ umfassen, was berücksichtigt, dass auf Daten bzw. Werte aus bereits erfolgten Komponententests zurückgegriffen werden kann oder auf Werte gemäß einem spezifizierten „Worstcase“ (d. h. schlimmst anzunehmenden Fall).
In Figur 3 sind analog zu Figur 2 Formeln für eine EMV-Berechnung eines Systems aus einem Steuergerät mit daran angeschlossenen Leitungen (sowohl mit lediglich einer (Bereich 110) als auch mit zwei Leitungen, Bereich 112) gezeigt. Es werden Fälle eines Differenzial- und eines Common-Stroms betrachtet, die beide zu dem Erzeugen eines elektrischen Feldes führen können. Die Variable R betrifft (als relative Positionsangabe) einen Abstand, zum Beispiel zwischen einer Leitung und einem Messpunkt bzw. Antennenpol.
Die weiteren angegebenen Variablen stehen für folgendes: f: Frequenz; K: Korrekturfaktor (5 cm, -22db); Icom: Common-Strom; fr: Differenzial-Strom; L: Leitungslänge; d: Abstand zu ground. Die Stromwerte können aus dem Worstcase abgeleitet oder manuell eingegeben werden. Die beiden zuletzt aufgezählten Variablen L, d können ebenfalls manuell eingegeben werden.
In Figur 4 wird der Ablauf der analytischen und stochastischen Berechnung erläutert (vergleiche Schritte S4-S6 aus Figur 1), jeweils für eine Mehrzahl von Frequenzwerten aus einem
Frequenzintervall bzw. Frequenzbereich durchgeführt werden. Nach der analytischen
Berechnung (Block 111) wird gemäß Block 113 wenigstens eine Einflussgröße (Parameter) ausgewählt und hierfür ein Variationsbereich festgelegt (Abweichung zwischen 1 % bis 30 %). Es wird anschließend ferner eine Verteilung angegeben, die definiert, wie die Werte der zu variierenden Einflussgröße innerhalb des Variationsbereiches verteilt sind (markiert als Input I). Lediglich beispielhaft kann hierfür zwischen einer Gaußverteilung und einer Gleichverteilung gewählt werden. Eine Gaußverteilung kommt zum Beispiel dann infrage, wenn zu erwarten ist, dass der Wert der Einflussgröße hauptsächlich um einen Mittelwert schwankt (zum Beispiel da ein Bauraum derart eingeschränkt ist, dass ein Abstandswert nicht signifikant variierbar ist).
Eine Gleichverteilung kommt zum Beispiel dann infrage, wenn zu erwarten ist, dass der Wert der Einflussgröße beliebig innerhalb des Variationsbereiches variiert, zum Beispiel da ein Abstandswert aufgrund fehlender Bauraumbeschränkungen beliebig festlegbar ist.
Anschließend wird für die stochastische Berechnung als bevorzugtes aber nicht zwingendes Vorgehen eine Monte Carlo Simulation durchgeführt (Block 114). Hierfür werden mittels einer Random Funktion und unter Berücksichtigung der festgelegten Verteilung und des Variationsbereiches Stichproben rechnerisch entnommen, wobei die Zahl der Iterationen bzw. die Anzahl entnommener Stichproben wählbar ist. Bildlich gesprochen erhält man hierdurch die Aussage, mit welchen EMV Eigenschaften auch bei noch zu erwartenden Variationen der Einflussgröße am wahrscheinlichsten zu rechnen ist. Als Ergebnis können im Block 116 dabei insbesondere ein Mittelwert, eine Abweichung zum Erwartungswert oder ein Risikofaktor erhalten und anschließend dargestellt werden (siehe auch nachfolgende Figuren). Dies kann frequenzabhängig erfolgen, d. h. jeder dieser Werte kann für einen spezifischen Frequenzwert einem vorgegebenen Frequenzbereich ermittelt werden.
Für den beispielhaften Fall einer Einflussgröße in Form einer Positionsangabe wird die stochastische Berechnung mittels Monte Carlo Simulation noch einmal erläutert.
Als Vorbereitung wird folgendes eingegeben bzw. ermittelt:
eine zu berücksichtigende Abweichung bzw. Toleranz (zum Beispiel von 1% bis 30%), wobei die Abweichung einer Differenz aus einer maximalen Position abzüglich einer (aktuellen) Position entspricht;
eine maximale Position (zum Beispiel als absolute Position zuzüglich eines Toleranzwertes); und
eine minimale Position (zum Beispiel als absolute Position abzüglich eines Toleranzwertes);
Für die Simulation wird zwecks Auswahl der Stichproben ferner folgendes vorgegeben:
die Anzahl der Iterationen (N); und
das Wählen der Stichproben als Normalverteilung (d. h. Gaußverteilung) oder Gleichverteilung.
Im Falle der Normalverteilung wird die Position als m (Erwartungswert) betrachtet und eine Störung als Funktion des Erwartungswert. Die Random Funktion ist definiert als: sigm = (Abweichung*35%) / 100
Weiter ist festgelegt, dass die Iteration wie folgt durchgeführt werden sollen: 68 % im
Bereich m +/- sigm; 28 % im Bereich m +/- 2*sigm; 4 % im Bereich m +/- 3*sigm. Vorteilhaft ist dieses Vorgehen insbesondere dann, wenn, wie in Konzeptphasen allgemein üblich, mehrere Einflussgrößen noch Variationen unterliegen können. Wie nachstehend gezeigt, kann dann für jede dieser Einflussgrößen ein entsprechender Variationsbereich und
vorzugsweise auch eine Verteilung festgelegt werden. Mittels Monte Carlo Simulationen bzw. Stichprobenentnahmen können dann EMV-Eigenschaften unter einer sozusagen gleichzeitigen Variation sämtlicher Einflussgrößen ermittelt werden. Hierdurch kann das Potenzial des
Konzepts zur Einhaltung einer gewünschten EMV auch in Anbetracht noch weiterer möglicher Änderungen während des Entwicklungsprozesses abgeschätzt werden.
In folgenden wird ein schrittweises Vorgehen zum Durchführen des vorstehend geschilderten Verfahrens mittels des verwendeten Tools näher erläutert. Die nachstehenden Schritte beziehen sich dabei auf Eingaben bzw. Wechselwirkungen mittels (bzw. mit) einer grafischen Benutzerschnittstelle und insbesondere mittels Eingabeflächen des Tools, wobei in an sich bekannter Weise die nachstehenden Interaktionen mittels Eingabefeldern, Reitern, per
Mausklick bedienbaren virtuellen Eingabeobjekten oder dergleichen ermöglicht werden können:
In dem Softwaretool wird zunächst ein Reiter„EMV-Themen“ ausgewählt, worüber die einzelnen Bereiche, Baugruppen und/oder Module ausgewählt werden können, die hinsichtlich ihrer EMV untersucht werden sollen. Als Beispiel können dabei folgende Themen ausgewählt werden: Kopplung Leitung/Leitung; Leitungsgeführte/ Masse Konzept Analyse; Störungsaussendung durch Position des Steuergeräts; Störungsaussendung eines gesamten Systems; RED (radio equipment directive, Funkanlagenrichtlinie).
Nachstehend wird davon ausgegangen, dass als Thema die Kopplung
Leitung/Leitung ausgewählt wird.
- Anschließend wird zu einem Reiter„Fahrzeugklasse“ gewechselt und aus den
Auswahlmöglichkeiten ein Fahrzeugtyp zum Beispiel aus den folgenden Klassen gewählt: Small; Compact; Midsize; Fullsize. Zumindest für die letzten drei Klassen kann auch noch die Auswahlmöglichkeit„Variant“ (d.h. Kombi) angeboten werden.
- Anschließend wird zu einem Reiter„Antennen/Frequenz“ gewechselt und wird über vordefinierte Eingabefelder eine Start- und Endfrequenz festgelegt (durch manuelle Eingabe entsprechender Werte in MHz zum Beispiel 100 MHz bis 500 MHz). Mittels eines Buttons können diese Werte validiert werden und ein Frequenzintervall (Berechnungsintervall) gesetzt werden (zum Beispiel in kHz, beispielsweise 1100 kHz). Nach Festlegen ddieses Intervalls kann auf einen Button„Frequenzwert übernehmen“ geklickt werden und eine Anzahl von Messpunkten (innerhalb des Frequenzintervalls) wird bestimmt und dargestellt (in diesem Beispiel 363). Für jeden dieser Messpunkte wird dann eine EMV-Einflussgröße bestimmt und werden bevorzugt mehrere EMV-Werte mittels der stochastischen Berechnung bestimmt, anhand derer dann eine schlussendliche EMV-Einflussgröße (zum Beispiel der EMV- Erwartungswert für wenigstens einen Messpunkt im Frequenzintervall) bestimmbar ist.
- Anschließend wird zu einem Reiter„Parameter“ gewechselt und werden
Einflussgrößen für eine zunächst erfolgende analytische Berechnung festgelegt, die nicht über die Auswahl der Fahrzeugklasse automatisch ermittelt wurden. Hierbei handelt es sich um den Dämpfungsfaktor der Kopplung (zum Beispiel bei
geschirmter Leitung), der als ein entsprechender Zahlenwert in Dezibel eingegeben werden kann.
Ebenso handelt es sich hierbei um den Verlegungspfad der Leitungen innerhalb des Fahrzeugs. Dieser kann als ein Zahlenwert (Länge der Störleitung) zum Beispiel in Millimeter direkt eingegeben werden. Alternativ kann er, wie weiter in Figur 5 gezeigt, durch Markieren des Verlegungspfades in einer Fahrzeugdarstellung durch einen Benutzer definiert werden (zum Beispiel durch Auswahl der entsprechenden Raster bzw. Felder in der dort gezeigten Darstellung). Daraufhin können Einflussgrößen wie eine Leitungslänge automatisch ermittelt werden.
Wie aus Figur 5 ersichtlich, ist eine Draufsicht auf das Fahrzeug (bzw. dessen Grundriss) gezeigt, die in ein gleichmäßiges quadratisches Raster bzw. Gitternetz unterteilt ist. Zudem ist auch eine Seitenansicht gezeigt. Weiter ist als sogenannter Schaltplan ein rechter matrixförmiger Bereich mit zu den Fahrzeugansichten analogen Rastern abgebildet. Ein Bediener kann durch Klicken auf die einzelnen Raster (zum Beispiel im Schaltplan, was dann grafisch in den Fahrzeugansichten entsprechend dargestellt wird) angeben, in welchen Bereichen eine Leitung verläuft. Durch Auswerten beziehungsweise Zusammensetzen der insgesamt aktivierten Raster (siehe Figur 5) kann dann die Leitungslänge abgeschätzt werden.
Im Detail kann hierfür in einer Eingabemaske ein Feld„Route neu berechnen“ aktiviert werden und ein beliebiger Startpunkt in dem Raster (bzw. Schaltplan) gesetzt werden. Ausgehend von diesem Startpunkt werden mögliche Pfadrichtungen angezeigt und der schlussendlich gewählte Pfad kann bestätigt werden, woraufhin die Leitungslänge automatisch bestimmt und übernommen werden kann.
Es ist allgemein vorgesehen, dass auch mehrere derartige Schaltpläne angezeigt werden, wobei einer zum Beispiel für eine Bodenfläche P und einer für eine (typischerweise kleinere) Dachfläche D vorgesehen ist (siehe Figur 5). Somit kann ein Bediener Leitungslängen für Leitungen ermitteln, die entweder in der Bodenfläche oder in der Dachfläche verlaufen und dies kann innerhalb der Draufsicht und Seitenansicht des Fahrzeugs auch jeweils entsprechend dargestellt werden.
Schließlich können als weitere Einflussgrößen mit dem Tool folgende festgelegt werden: Kopplungslänge zwischen Steuerleitung und Opferleitung, die analog zur Leitungslänge festgelegt wird, wobei jedoch nur gemeinsame Abschnitte mit der Störleitung von Interesse und somit wählbar sind; ein Abstand zu GND (ground); eine Abschlussimpedanz (Opferleitung) und Innenimpedanz bezogen auf die Störleitung; eine relative Permittivität und relative Permeabilität (1 gleich Luft).
Weiter kann eine Eingangsspannung als konstante Spannung oder PWM-Signal eingegeben werden, wobei letzteres weitere Einstellungen ermöglicht (zum Beispiel eine Amplitude, Abtastzeit, Einstiegszeit, Tastgrad oder Grundfrequenz).
Darauf basierend erfolgt dann eine analytische Berechnung, deren Ergebnisse in Figur 6 gezeigt sind. Über den betrachteten Frequenzbereich verteilt, sind einzelne
(frequenzabhängige) EMV-Werte in Form von Störspannungen in der Einheit dBmV angegeben, was im Rahmen dieser Offenbarung auf jegliche EMV-Werte zutreffen kann (d. h. jeder EMV- Wert kann frequenzabhängig und/oder in der genannten Einheit ermittelt werden). Die grafische Darstellung ist durch sich horizontal erstreckende Bereiche 120-122 hinterlegt, wobei ein oberster schmaler (120) einen kritischen Wertebereich, der mittlere Breite (121) einen neutralen Wertebereich (d. h. weder eindeutig kritischen noch einen eindeutig unkritischen) und der untere breite Streifen 122 einen unkritischen Wertebereich markiert.
Anschließend können im Rahmen der stochastischen Berechnung für einzelne Einflussgrößen, (z.B. Leitungslänge, Kopplungslänge, Abstand zu GND, Radius der Leitung, Distanz Leitung- Leitung), die vorstehend erläuterten Variationsbereiche sowie Verteilungen festgelegt werden. Eine maximale Abweichung eines zuvor festgelegten Werts der Einflussgröße stellt den
Toleranzbereich bzw. die Variationsbreite für die Berechnung ein. Ebenso können die vorstehend erläuterten Verteilungsfunktionen (Gleichverteilung, Normalverteilung) gewählt werden, die die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Einflussgrößenwerts im Toleranz- bzw. Variationsbereich pro Iteration angeben. Außerdem kann auch je Einflussgröße die gewünschte Anzahl von Iterationen (d. h. Stichproben) definiert werden, die je Messpunkt (also je
betrachteten Frequenzwert) innerhalb des betrachteten Frequenzbereichs durchgeführt werden sollen.
In Figur 7 ist dann die Darstellung der Ergebnisse der Berechnung gezeigt. Dies erfolgt erneut über den betrachteten Frequenzbereich. In Figur 7 ist im Bereich a) gezeigt, dass je
betrachteten Frequenzwert im Frequenzbereich aufgrund der hierfür durchgeführten zum Beispiel mindestens 100 und optional auch 1000 oder mehr Iterationen eine Werteverteilung vorliegt, sodass je betrachtetem Frequenzwert ein Minimalwert, ein Maximalwert sowie ein Mittelwert (schwarzes Band) dieser Verteilung ermittelt werden kann. Die Achsen und horizontal hinterlegten Bereiche sind dabei analog zu Figur 6 definiert. Gegenüber dem rein analytischen Ergebnis aus Figur 6 erhält der Benutzer somit eine aussagekräftigere Rückmeldung darüber, wie wahrscheinlich es ist, dass kritische EMV-Bereiche tatsächlich erreicht werden.
Als schlussendlich ermittelte EMV-Ergebnisgröße kann bevorzugt der im Rahmen der stochastischen Betrachtung ermittelte vorzugsweise frequenzabhängige Erwartungswert (zum Beispiel die erwartete EMV-Störspannung je Frequenz) definiert werden. Dieser ist in Figur 7 im Bereich b) eingetragen und zwar als im wesentlichen horizontale Kurve 140 mit nur wenigen Ausschlägen. Ebenso gezeigt ist eine mit deutlich größeren Ausschlägen versehene Kurve 142, die eine analog aber analytisch ermittelte EMV-Ergebnisgröße angibt. Anhand einer solchen Darstellung kann auch die Abweichung der analytisch und stochastisch ermittelten EMV beurteilt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann als EMV-Ergebnisgröße ein ebenfalls vorzugsweise
frequenzabhängig ermittelter Risikofaktor definiert werden, der das Verhältnis des ermittelten (frequenzabhängigen) Mittelwerts zu einem gesetzlichen Grenzwert angibt.
Figur 8 zeigt abschließend eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung 200. Eine Eingabeeinrichtung 210 ist als herkömmliche Tastatur gezeigt (alternative Beispiele wurden vorstehend genannt) und die Berechnungseinrichtung 220 als herkömmlicher PC (alternative Beispiele wurden vorstehend genannt). Die Berechnungseinrichtung 220 umfasst ein Computerprogrammprodukt (d. h. ein Software-Tool) und ist dazu eingerichtet, bei Ausführen dieses Computerprogrammproduktes (zum Beispiel mittels eines Mikroprozessors der Berechnungseinrichtung 220) ein Verfahren gemäß jeglichem hierin geschilderten Aspekt auszuführen.
Bezugszeichenliste
10 Bereich
100 Software Tool
102 Störaussendung System
104 Leitung-Leitung
106 Gesamt-SA
108 Block
E Eingangsgröße
110-116 Blöcke
I Input
P Schaltplan Bodenfläche
D Schaltplan Dachfläche
120-122 Bereich
140 frequenzabhängige Kurve mit stochastisch ermittelten Erwartungswerten
142 frequenzabhängige Kurve mit analytisch ermittelten Erwartungswerten
200 Anordnung
210 Eingabeeinrichtung
220 Berechnungseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems, mit:
- Vorgeben von wenigstens einer Einflussgröße des technischen Systems, wobei die Einflussgröße einen potentiellen Einfluss auf die EMV des technischen Systems hat;
- Ermitteln wenigstens einer EMV-Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer Variation der Einflussgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei zusätzlich wenigstens eine weitere EMV-Ergebnisgröße basierend auf der vorgegebenen Einflussgröße berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Einflussgröße einer bestimmten Systemkomponente zugeordnet ist und das Verfahren für wenigstens eine weitere Einflussgröße angewandt wird, die derselben Systemkomponente zugeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die EMV-Ergebnisgröße basierend auf den Variationen beider Einflussgrößen ermittelt wird.
5. Verfahren einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Variation innerhalb eines vorgegeben Variationsbereichs stattfindet und/oder mit einer vorgegebenen Anzahl von Variationsschritten und/oder nach Maßgabe einer vorgegebenen Verteilung der Einflussgrößenwerte, insbesondere einer statistischen und/oder stochastischen Verteilung.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei für eine Mehrzahl von Frequenzen in einem vorgegebenen Frequenzbereich Werte der EMV-Ergebnisgröße ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Einflussgröße wenigstens einer der folgenden System komponenten des technischen Systems zugeordnet ist oder wenigstens eine der folgenden Eigenschaften des technischen Systems zumindest mittelbar beschreibt: - eine Leitungskopplung innerhalb eines elektrischen Leitungsbündels des technischen Systems;
- eine Störaussendung einer Systemkomponente;
- eine leitungsgeführte Störung innerhalb des technischen Systems;
- eine Übertragungsqualität eines Funksystems des technischen Systems;
- eine in dem technischen System verbaute Antennenstruktur;
- wenigstens ein Frequenzband von einer in dem technischen System verbauten
Komponente;
- eine in dem technischen System verlegte elektrische Leitung, insbesondere ein
Verlegungsweg hiervon;
- eine elektromagnetische Umweltverträglichkeit.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Einflussgröße einen Verlegungsweg von einer in dem technischen System verlegten Leitung betrifft oder zumindest mittelbar beschreibt und dieser Verlegungsweg durch einen Benutzer in einem zur Durchführung des Verfahrens verwendeten
Computersystem markierbar ist.
9. Anordnung (200) zum Ermitteln der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems, mit:
- einer Eingabeeinrichtung (220), mittels der ein Benutzer wenigstens eine Einflussgröße des technischen Systems vorgeben kann, wobei die Einflussgröße einen potentiellen Einfluss auf die EMV des technischen Systems hat;
- einer Berechnungseinrichtung (210), die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine EMV- Ergebnisgröße des technischen Systems basierend auf einer Variation der
Einflussgröße zu ermitteln.
EP20701008.3A 2019-01-18 2020-01-15 Verfahren und anordnung zur ermittlung der elektromagnetischen verträglichkeit (emv) eines technischen systems Withdrawn EP3911962A1 (de)

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DE102019200660 2019-01-18
DE102019202978.7A DE102019202978A1 (de) 2019-01-18 2019-03-05 Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eines technischen Systems
PCT/EP2020/050930 WO2020148344A1 (de) 2019-01-18 2020-01-15 Verfahren und anordnung zur ermittlung der elektromagnetischen verträglichkeit (emv) eines technischen systems

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