EMV im KFZ bis WS2020 - Sommersemester PDF

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Sommersemester...

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Klausur WS2020 1. Welche Schutzziele werden durch die Begriffe „interne“ und „externe EMV“ in Kfz adressiert?

2. Bei einem System treten unerklärliche Funktionsausfälle auf. Welche 3 Faktoren müssten identifiziert werden um zu belegen, dass es sich tatsächlich um ein EMVProblem handelt? Störquelle, Koppelpfad, Störsenke 3. In einem Steuergerät ist das Störaussendungspotential eines periodischen Taktsignals mit: T=20ns, Td=(10/π) ns, tr=(0.1/π) ns zu bewerten.

a.) Skizzieren sie im doppelt logarithmischen Maßstab die Hüllkurve des Frequenzspektrums dieser Funktion mit ihren Parametern und benennen Sie die wesentlichen charakteristischen Frequenzpunkte mit den dazugehörigen Formeln und Werten. b.) Um wieviel db wird die Oberwelle des Signals bei 10GHz gegenüber der Grundwelle kleiner sein? c.) Mit welcher Variation des Signals lässt sich die Oberwelle bei dieser Frequenz um weitere 20dB bedämpfen? Worauf ist dabei zu achten?

4. Gegeben ist die Skizze eines mechatronischen Regelkreises. Geben Sie je ein konkretes unterschiedliches Beispiel für mögliche Maßnahmen zur Verbesserung der EMV an den Stellen A und C in Bezug auf Störaussendung und an den Stelle B,D und E in Bezug auf Störfestigkeit.

Störaussendung A: Steuergerät Nahentstörung Ausbreitung verhindern C: CAN-Fahrzeugnetzwerk Fernentstlörung Pegel ruduzieren. Störfestigkeit B: Sensorik Magnetische Kopplung Schutz durch Kurzschlußmasche D: Spannungsversorgung Galvanische Störeinkopplung Anwendung der separaten Leitungsführung z.B. sternförmiges Massekonzept E: Steuergerät Mögliche eingekoppelte Störungen (HF-Einstrahlung, Transienten, ESD) EMV-Filter 5. In welche Gruppen lassen sich Maßnahmen zur Sicherstellung der EMV grundsätzlich einteilen? Erläutern Sie für jeder dieser Gruppen die Wirkung anhand eines funktionalen Beispiels mit Skizze. Massekonzept

Filtermaßnahmen

Schirmaßnahmen

6. a.)In einer Absorberhalle soll an einem Fahrzeug eine Störfestigkeitsmessung im Frequenzbereich von 5 bis 10 MHz mit vertikal polarisierten elektromagnetischen Feldern durchgeführt werden. Zeigen Sie mit einer Skizze wie das erforderliche elektromagnetische Feld erzeugt werden kann.

b.) Welche Alternative gibt es für die Felderzeugung bei höheren Frequenzen? Erklären Sie weiterhin wodurch deren Anwendung in Richtung kleinerer Frequenzen begrenzt wird. Modulation des Prüfsignals mit AM, CW oder PM. Der Skin-Effekt bei Drähten wird mit steigender Frequenz stärker und Schirmdämpfung nimmt ab. 7. Welche grundsätzlichen Fragen sollten vor einer EMV-Simulation beantwortet werden?

8. Auf welchen physikalischen Effekten beruht typischerweise die Schirmwirkung eines

aus Kupferblech bestehenden Steuergerätegehäuses? Geben Sie an aus welchen Beiträgen (Formel) sich die resultierende Transmission errechnet. Beruht auf: Reflexion und Dämpfung

9. Eine gestrahlte Störfestigkeitsprüfung an einem Kraftfahrzeug in einer Absorberhalle ist zu planen. a)

Welche Faktoren bestimmen im Messzeit?Begründen Sie Ihre Aussagen.

Wesentlichen

die

benötigte

Schrittweiten/Verweildauern Schrittweiten: wenn der Prüfling schmalrandiger beeinflussbar ist, als es durch die maximalen frequenzschritte abgedeckt wird, so sind die frequenzschritte Verweildauern: die minimalte Verweilzeit beträgt zwei Sekunden. wenn der Prüfling langsamer auf Störung reagiert, muss die Verweilzeit b)

entsprechend verlängert werden Welcher Grundsatz bezüglich der

Messtechnik

zur Ansteuerung und

Beobachtung des Prüflings ist zu beachten. Begründen Sie Ihre Aussage. (auch: Welche Möglichkeiten zur Überwachung des Fahrzeugzustandes während einer EMV Störfestigkeitsprüfung würden Sie vorschlagen und welcher Grundsatz sollte dabei immer höchste Priorität haben? (6 Punkte)

10. In zwei Absorberhallen mit unterschiedlichen Geometrien des Messaufbaus wurden Störfestigkeitsprüfungen an demselben Fahrzeug durchgeführt. Welche zwei Effekte aus der Geometrie des Messaufbaus können die Versuchergebnisse beeinflussen? Begründen Sie Ihre Aussagen!

11. Erläutern Sie welchen Einfluss die Modulation des Prüfsignals auf die beobachtete Störfestigkeit eines zu untersuchten Systems haben kann. Untermauern Sie Ihre Erläuterungen mit einem Beispiel.

12. a)

Erläutern Sie folgende Begriffe: "direkte" und "indirekte Entladung" sowie "Luft-

" und "Kontaktentladung". Luftentladung: Prüfverfahren bei dem die Elektrode des Prüfgenerators nahe an den

Prüfling gebracht wird und die Entladung durch einen Überschlag auf den Prüfling erfolgt. Kontaktentladung: Prüfverfahren, bei dem die Elektrode des Prüfgenerators mit dem Prüfling in Berührung gebracht und die Entladung durch den im Generator befindlichen Entladungsschalter ausgelöst wird. Indirekte Entladung: Beeinflussung

durch

bei

der

Entladung

erzeugte

elektromagnetische Felder Direkte Entladung: Beeinflussung durch direkte Entladung in den Prüfling b) Welche ESD-Prüfungen mit welcher Entladeart würden Sie bei einem Radionavigationssystem (Touchscreen mit 2 USB Anschlüssen) auf der dem Kunden zugewandten Seite im Fahrzeug durchführen?

13. Ein zur Verfügung stehender Spektrumanalysator bietet an seinem Signaleingang (Ri=50 Ohm) die Meßbandbreiten 1MHz, 100kHz, 10kHz und 1kHz. Sie wollen bei einer Komponentenprüfung im Labor im Frequenzbereich 88 bis 108 MHz überprüfen, ob in diesem Frequenzbereich noch schmalbandige Störungsignale mit einem Pegel >1µV vorliegen.

Für welche notwendige Auflösung entscheiden Sie sich im Hinblick auf eine möglichst kurze Messzeit? Begründen Sie ihre Wahl.

(Auch: Bei einer Störaussendungsmessung soll ein schmalbandiges Störsignal mit einem Spektrumanalyser gemessen werden. Skizzieren Sie den Einfluss der Auflösebandbreite auf das angezeigte Spektrum für drei unterschiedliche Meßbandbreiten und geben Sie die Gleichung für den Effektivwert der Rauschspannung an.)

14. Wie unterscheiden sich allgemein die Zielsetzungen in der Nachrichten/Energietechnik von der in der EMV? Nachrichten-/Energietechnik: Übertragung Quelle-Senke optimieren Elektromagnetische Verträglichkeit: Übertragung Störquelle-Störsenke bedämpfen

Prüfung EMV im KFZ 1. Typische Schutzziele für die EMV von KFZ

2. Skizzieren Sie das EMV Beeinflussungsmodell und benennen Sie die typischen Eingriffspunkte und Stellschrauben zur Verbesserung der EMV. (9 Punkte) (oder: Zeichnen Sie ein Prinzipskizze eines EMV-Systems. Wie bzw. wo kann man die Störunge an das System verringern?)

3.

Erläutern Sie das Phänomen galvanische Kopplung mit einer Skizze, aus welchen Beiträgen setzt sich der Kopplungswiderstand zusammen und wie lässt sich diese Kopplung reduzieren? (6 Punkte) (oder: Wie kann man die galvanishc Entkopplun verringern? Zeichnen Sie bitte mal. Bild: Schlecht → besser)

(Auch: Erklären Sie anhand einer Skizze das Phänomen der galvanischen Kopplung. Nennen Sie die Einflussgrößen auf den Koppelwiderstand mit den jeweiligen Frequenzabhängigkeiten. Benennen Sie Abhilfemaßnahmen zur Reduktion der galvanischen Kopplung. )

4. Auf welchen physikalischen Effekten beruht im Wesentlichen die Schirmdämpfung bei einem Gehäuse und skizzieren Sie den prinzipiellen frequenzabhängigen Verlauf! (6 Punkte) Beruht auf: Reflexion und Dämpfung

5. Zeigen Sie an einem einfachen Steuergerätemodell (Black-Box Modell mit Sensor und Aktor) die typischen Einkoppelstellen für EMV Probleme a.) gegenüber Störungen bei 10 MHz und b.) gegenüber Störungen bei 3GHz. Begründen Sie Ihre Entscheidungen. (8p)

Oder: …typischen Auskoppelstellen für EMV-Störung(50kHz und 150Mhz).

6. Erläutern Sie mit einer Skizze die Entstehung leitungsgeführter transienter Störungen im Kraftfahrzeug! (6 Punkte)

7. Skizzieren Sie die Schaltung für ein ESD Entladegenerator mit einem Prüfling!

8. Durch welche physikalischen Phänomene kommt es typischerweise zur elektrostatischen Aufladung im von Komponenten im Kraftfahrzeug und nennen Sie zwei Beispiele! (4 Punkte) Aufladung durch Influenz und Triboelektrizität

9. Skizzieren Sie den Aufbau für eine gestrahlte Störfestigkeitsprüfung in der Absorberhalle mit den wesentlichen für die Messung notwendigen Komponenten! (6 Punkte)

10. Ein Fahrzeug (4m Länge) wird in einer Absorber-Halle auf Festigkeit gegenüber frontal eingestrahlten elektromagnetischen Feldern nach ISO 11451 geprüft. Die von dem Prüfingenieur eingestellte nominelle Prüffeldstärke beträgt 140 V/m, bei 5m Entfernung von dem Fahrzeug zur Sendeantenne. Welcher tatsächlichen Feldstärke ist das Fahrzeug während der Prüfung maximal/minimal ausgesetzt? (Hinweis: Die Annahme von Fernfeldbedingungen ist zulässig) (4 Punkte)

11. Welche Möglichkeiten zur Überwachung des Fahrzeugzustandes während einer EMV Störfestigkeitsprüfung würden Sie vorschlagen und welcher Grundsatz sollte dabei immer höchste Priorität haben? (6 Punkte)

EMV SS2019 Klausur 1. Zeigen Sie mit einer Skizze am Beispiel einer Rechteckfunktion wie sich Variationen der Pulsfolgefrequenz und des Tastverhältnisses im Zeit- und Frequenzbereich prinzipiell auswirken. Achten Sie dabei auf eine maßstabsgetreue Darstellung der jeweiligen Amplituden. (8p)

2. Zeigen Sie an einem einfachen Steuergerätemodell (Black-Box Modell mit Sensor und Aktor) die typischen Einkoppelstellen für EMV Probleme a.) gegenüber Störungen bei 10 MHz und b.) gegenüber Störungen bei 3GHz. Begründen Sie Ihre Entscheidungen.

3. Beschreiben Sie die EMV-Kopplungsarten und deren Ursachen. (6p)

4. Erläutern Sie mit einer Skizze das Phänomen der kapazitiven Kopplung. Nennen bzw. zeigen Sie an dem Beispiel 4 Maßnahmen zur Reduzierung der Kopplung. (5p) (oder: Welche Schutzmaßnahmen kann man für den kapazitive Fall verwenden? Oder: Zeichnen Sie mal die Schirmungsprinzip für kapazitive Störungen.)

Maßnahmen zur Reduzierung der Kopplung: 1. Koppelkapazität C1,3 verkleinern 2. Abstand zwischen Leitungen 1,3 vergrößern 3. Kapazität C3,2 vergrößern 4. den Abstand der Leitungen 3,2 verkleinern 5. Innenwiderstand R2 der Störsenke reduzieren 6. Schirmfläche A hinzufügen und A mit Leitung 2 verbinden (unter Abschirmmaßnahmen)

5. Geben Sie eine Gleichung für die elektrische Feldstärke im Fernfeld einer Sendeantenne an. Bezeichnen Sie die einzelnen Faktoren. (4p)

P_s: Leistung der Sendeantenne d: Abstand zwischen Antenne und Messpunkt 6. Was bedeutet der Begriff „Peak Conversation“? Erläutern Sie den Sachverhelt anhand einer Skizze.

CW: Grundwelle AM: Amplitudenmodulation PM: Pulsmodulation

7. Welche Aufgabe hat die Bordnetznachbildung bei einer Komponentenprüfung? Skizzieren Sie den Impedanzverlauf auf der Prüflingsseite (EUT-Port) als Funktion der Frequenz bei angeschlossener Batterie als Spannungsversorgung. (7p)

1. Was ist EMV? EMV ist die nicht störende gegenseitig Zusammenarbeit von zwei oder mehrere Systeme. Die Systeme können einander stören auch wenn sie nicht offensichtlich verkopplet. Zu EMV gehören auch die gesamtheit von Schutzmaßnahmen, die solche Störungen verhindern können. 2. Was muss man bei ber EMV in der Fahrzeugtechnik beachten? Externe EMV: sich gegen externe Aussender schützen (Funksender, GPS, Radaranlagen, Mobilfunkgeräten, uns Stationen); und andere Fahrzeugen, Verkehrsteilnehmer und Empfänger am Rand der Straße durch Begrenzung der Sendeleistung schützen. 3. Wie kann man die verschiedenen EMV-Phänomene klassifizieren? Gestrahlt und Leitungsgeführt Oder störfestigkeit und Störaussendung

(oder: Wie lassen sich die Phänomene der EMV nach Kopplungsart und Beeinflussungsrichtung sinnvoll einteilen?) Gleiche Lösung 4. Wo können Störungen in einem System eingreifen? Wo sind die Eingriff am wichtigsten? Warum? Zeichnen Sie das bitte mal.

Die Störungen können direkt an alle Komponenten und auch an aller Verbindung zwischen die Komponenten eingreifen. Am wichtigste sind die Störungen an der Leitungen, weil sie als Antenne betrachten werden können, je nach Wellenlänge der Störungen.

5. Nennen Sie die Arten von Koppelmechanismen. Galvanisch, kapazitiv, magnetisch und elektromagnetisch 6. Zum Thema Filtern, was muss beachtet werden bei der Einsetzung eines einfachen Filters?

7. Welches Verhalten müssen die Impedanzen von Quelle und Senke in eine optimale Systeme haben? Gleiche Impedanz von Quelle und Senke stellen sicher, dass eine optiomale Energieübertragung mit optimaler Leistungsbilanz und andererseits ein Minimum an Reflexion gegeben sind. 8. Gehen Sie davon aus, dass Sie eine Tiefpassfilter bauen möchten. Welche Variante gibt’s für die Implementierung soches Filter? Was ist entscheidend für die Auwahl zwischen diese Varianten? Man kann eine Kapazität im parallel oder eine Induktivität im serie mit dem Last einbauen. Der gewunschte Strom am Last ist entscheidend. Für groß Strom sind die Kapazitanz im parallel geeignet, und für kleine Strom ist der Induktivität besser. 9. Welche Arten von ESD-Prüfung gibt? Direkt Entladung X Indirekt Entladung; Luft Entladung X Kontakt Entladung. 10. Warum sind Kontakt-Prüfungen auch wichtig? Reproduzierbarer, weil man Form des Impulses und Kontaktstelle genauer wählen kann. Umwelteinflüsse (Luftfeuchtigkeit, Temperatur) sind kontrollierbarer. Pin-Prüfung, da Produktion, Transport und Kundendienst evtl. damit in Berührung kommt. 11. Erläutern Sie mit einer prinzipiellen Bordnetzskizze mit welchen Kopplungsarten ein gemeinsamer Kabelraum verschiedene Fahrzeugsysteme miteinanderverkoppeln kann.

12. Ein Fahrzeugsteuergerät soll im Rahmen einer Komponentenprüfung in einer Absorberkammer auf Immunität gegenüber eingestrahlten elektromagnetischen Störungen geprüft werden. a) Skizzieren Sie den dazu notwendigen Prüfaufbau in der Absorberkammer mit der Sendeantenne und den wesentlichen Komponenten zum Betrieb des Prüflings. b) Welche Prüffeldstärke ist in 2m vor der Sendeantenne bei einer Sendeleistung von 10W zu erwarten? Hinweis: Die Annahme

von

Fernfeldbedingungen

ist

zulässig,

Sendantenne(Gewinn = 3) kann als Punktstrahler angenommen werden.

die

13. Welche Fehlfunktionen sollten allgemein im Kraftfahrzeug durch EMV-Phänomene nicht auftreten?

14. Prüfszenarien Störfestigkeit 1) Prüfung vor breitbandiger Sendeantenne 2) Prüfung mit Sendeantenne außen am Fahrzeug 3) Prüfung mit Handy bzw. -nachbildung inner- und außerhalb des Fahrzeug....