Teil 1 - TU Braunschweig - Institut für Regelungstechnik

EMV in der Fahrzeugtechnik 

Prof. Dr.-Ing. Thomas Form 

thomas.form@volkswagen.de 

ELEKTRIK / ELEKTRONIK ENTWICKLUNG 

Folie 1 Dr. T. Form „VL EMV in der Kfz-Technik.ppt“ 31.03.2009

Impuls 1 

Impuls 2 

Impuls 3 


Inhalt 

Nahentstörung 

Fernentstörung 

Leitungsgeführte Impulse 

Reflexionen Wand 

Reflexionen Boden 

TEM-Zelle 

Absorberkammer 

leitungsgeführte Impulse 

Kontakt-/Luftentladung 

direkte/indirekte Entladung 

Packageing/Handling 

Systemebene 

Fahrzeug 


ESD 

TEM-Zelle 

Streifenleitung 

BCI 


Filterstrategien 

reale Bauelemente 

Prinzip - Feld bei Reflexion 

Fahrzeugprüfungen 

Komponentenprüfungen 

Freifeld 

Prüfaufbau 

Einfluß der Modulation 

Bordnetznachbildung 

Fahrzeugprüfung 

Komponentenprüfungen 

Massekonzept 

Filterung 

Schirmung 

Meßtechnik 

Störaussendung 

Störfestigkeit 

Abschlüsse (SG, Sensoren, Aktoren) 

Bordnetz 

Karosserie 

Volumenverfahren 

Randdiskretisierungsverfahren 

Leitungsverfahren 

Hybride Methoden 

Schutzmaßnahmen 

Modell 

Methoden 

Prüfszenarien 

Prof. Dr.-Ing. T. Form 

Lehrstuhl für elektronische Fahrzeugsysteme 

Institut für Regelungstechnik, TU Braunschweig 

Simulation 

EMV im Kfz 

Was ist EMV 

Architektur 

Entwicklungsablauf 

Koppelmechanismen 

Innere/äußere EMV 

Störaussendung/-festigkeit 

pysikalische Phänomene 

Zielsetzung 

Bordnetz 

Produkthaftung 

leitungsgeführt 

gestrahlt 

ESD 

Qualität vor Kunde 

Vernetzung Topologie und EMV 

Steuergerät 

EMV-Angriffspunkte 

Verfügbarkeit von Mustern 

Strategie "Hinentwickeln besser als hineinprüfen" 

Schwerpunkte 

Ablauf der Freigabe 

Koppelpfade 

galvanische Kopplung 

magnetische Kopplung 

kapazitive Kopplung 

elektromagnetische Kopplung 

Stromsumme Null 

Spannungsabfall über Widerstand 

Skin-Effekt 

Induktivität gerader Leitungen 

Gleich-/Gegentaktstörungen 

ESB 

Prinzip 

Impulsverhalten 

Einflußgrößen-Entfernung 

frequenzabhängige Kopplung 


frequenzabhängigkeit 


Folie 2 Dr. T. Form „VL EMV in der Kfz-Technik.ppt“ 31.03.2009 

Kurzschlußmasche 

Schirmung 

Feldstärke/Entfernung 

Elementarstrahler 

Feldwellenwiderstand 

auskoppelbare Leistung


Zeitplan 

Weiterführende Veranstaltungen: 

- VL Datenbussysteme, IfR SS 

-VL Fahrzeugelektronik 1 WS 

- VL Fahrzeugelektronik 2 SS 

- Labor Vernetzung und Diagnose im Kraftfahrzeug, IfR SS 

-Summercamp „Entwicklungsplanspiel“ September 2009 

- Sicherheitsanalyse technischer Systeme, IfEV SS 






Literatur 

M. I. Montrose 

EMC and the printed Circuit Board - Design, Theory, and Layout made simple 

IEEE Press, 0-7803-4703-x (ca. € 90,50.-) 

V. P. Kodali 

Engineering Electromagnetic Compatibility - Principles, Measurements, and Technologies 

IEEE Press, ISBN 0-7803-1117-5, (ca. € 112,09.-) 

K. H. Gonschorek 

EMV für Geräteentwickler und Systemintegratoren 

Springer Verlag, ISBN 3540234365, (ca. € 80,00.-) 





1 Einleitung 





Elektromagnetische Umwelt im Kfz-Bereich 

externe EMV 

Elektromagnetische Wechselwirkung Umwelt �� Fahrzeug 

+ gestrahlte Störungen von: - Rundfunksendern (LW, MW, KW) 

- Radaranlagen 

- Mobilfunksendern in anderen Fahrzeugen 

+ Schutz von Empfängern in anderen Fahrzeugen und am Straßenrand 




TV 



externe EMV 






Zulässige Sendeleistungen mobiler Sendefunkgeräte 

� Sendeleistung / W 

1000.0 

100.0 

10.0 

1.0 

0.1 

KW 

2 m 

BOS 

70 cm 

TETRA 

0 500 1000 1500 2000 2500 

� Frequenz / MHz 




GSM900 

23 cm 

GSM1800/1900 

UMTS 



Elektrische Feldstärke in der Nähe von Mobilfunksendern 

Feldstärke E / (V/m) 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

E 

1 

= 

d 




Z 

o 

⋅Gs 

⋅ Ps 

4π 

G s : Gewinn der Sendeantenne 

Z o : Freiraumwellenwiderstand 

Annahme: Fernfeldbedingungen und λ/4-Sendeantenne 

= 

30⋅ 

G 

Sendeleistung Ps 

0.8 Watt 

2 Watt 

20 Watt 

100 Watt 

0 2 4 6 8 10 

Entfernung d/m 

d 

s 

⋅ P 

s 


�� Feldstärke / V/m 


Elektrische Feldstärke in der Nähe von Mobilfunkgeräten 

Handy (2W) im 

Ascher/Mittelkonsole abgelegt Stabantenne (8W) Dachmitte hinten 

150 

100 

50 

0 

�� Fahrzeugbreite 




Feldstärke V/m 

150 

100 

50 

0 

�� Fahrzeugbreite 

Meßposition: Sitzfläche der Vordersitze 

Fahrzeug: Passat Limousine 

Sendesignal: CW, alle Angaben als Effektivwerte 

(Quelle EMZ-Zentrum, VW AG) 



Elektrische Feldstärke in der Nähe von Mobilfunkgeräten 

Berechnetes elektrisches Nahfeld in einer Limousine bei 895 MHz, 

(Antenne Kopfposition Fahrersitz) (Quelle EMZ-Zentrum, VW AG) 






Abschätzung der auskoppelbaren Empfangsleistung Pe 

Empfangsleistung Pe / mW 

1000.0 

100.0 

10.0 

G 

Pe = 

Z 

1.0 

e 

O 

⋅ 

( ) 2 

E ⋅λ 

4π 




Zo - Freiraumwellenwiderstand (=377Ω) 

Ge - Antennengewinn (λ/4-Antenne =3,28) 

E - elektrische Feldstärke 

λ - Wellenlänge 

Annahme: Fernfeldbedingungen, 30V/m und λ/4-Empfangsantenne 

0 1000 2000 3000 4000 

Frequenz f / MHz 

7,071 

5 

3 

2 

2,236 

1.0 

5 

30,707 

2 

0.1 

0,223 

Spannung an 50 Ohm / V 



Schematische Übersicht des genutzten Frequenzspektrums in Fahrzeugen 

Mobiltelefon 

GSM 

UMTS 

Radio/TV 

AM/FM 

DAB 

Analog TV 

DVB 

Sat-Radio 

XM, Sirius 

1 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 




Navigation 

GPS 

Galileo 

Radio 

Telematik 

Gebühreneinzug 

Abstandswarnradar 

(26 GHz u. 76 GHz) 

TV 

Mobilfunk 

GPS/Galileo 

Sat-Radio 

DAB/DVB 



interne EMV des Fahrzeugs 

elektromagnetische Wechselwirkungen fahrzeugeigener Systeme 

+ gewollte Ausstrahlungen von Sendefunkgeräten im/am eigenen Fahrzeug 

+ Störimpulse auf dem Fahrzeugbordnetz bzw. Sensorleitungen 

+ Schutz von Empfängern im eigenen Fahrzeug (Nahentstörung) 

Antrieb 

Komfort 

Bordnetz 

Fahrwerk Sicherheit 




Info 

EMV-Charakteristika: 

Störimpulse: Störimpulse: bis bis 150V 150V 

Empfängerempfindlichkeit: 300nV 300nV 

Störfeldstärken: Störfeldstärken: bis bis 80 80 V/m V/m 

Elektrostatische Elektrostatische Entladungen: Entladungen: 25kV 25kV 



Topologie eines Kfz-Bordnetz 

Kennzahlen VW Phaeton: 

• Bordnetz mit 

max. 2119 Einzelleitungen 

mit 3860m Länge 






Störimpulse auf dem Fahrzeugbordnetz 




0 Volt 

Signalverlauf an Pin 53 eines Motorsteuergerätes: 

Motor an, 

Fahrlicht an, 

Bremslichtschalter betätigt. 

Wischer von Stufe 1 ausgeschaltet 



Klassifizierung der Phänomene 

Kopplungsart 

Störfestigkeit: 

gestrahlt: • Hochfrequenz- 

Feldeinkopplung (V/m) 

leitungsgeführt: • Störimpulsfestigkeit (V) 




• Elektrostatische 

Entladungen ESD (kV) 

Störaussendung: 

• Nahentstörung (dBµV) 

• Fernentstörung (dBµV) 

• Störimpulsaussendung 

(V) 



gesetzliche Schutzziele 

Zielsetzung ist die Erfassung von Anforderungen bezüglich der: 

1.) Störfestigkeit gegen gestrahlte/leitungsgeführte Störgrößen bei Funktionen: 

+ im Zusammenhang mit der unmittelbaren Kontrolle über das Fahrzeug, 

+ zum Schutz des Fahrers, der Fahrgäste und anderer Verkehrsteilnehmer, 

+ mit Störungen, die den Fahrer oder 

andere Verkehrsteilnehmer verwirren könnten; 

2.) Kontrolle ungewollter gestrahlter und leitungsgeführter Emissionen: 

+ zum Schutz des Verwendungszwecks elektrischer oder elektronischer 

Ausrüstungen im eigenen bzw. benachbarten Fahrzeugen 

oder in deren Nähe, 

+ zur Kontrolle von Störungen durch nachträglich eingebautes Zubehör. 






Schutzziele 

Störfestigkeit: 

+ extern oder intern erzeugte HF-Felder, 

+ vom Fahrzeug erzeugte Impulse, 

+ elektrostatische Entladungen, 

dürfen weder bleibende Schäden in elektrischen Fahrzeugsystemen noch 

Fehlfunktionen oder Fehlerspeichereinträge in sicherheits- bzw. 

kundenrelevanten Fahrzeugsystemen verursachen. 

Störaussendung: 

Keine Beeinträchtigung von Funkempfängern im Fahrzeug bzw. in 

Gebäuden abseits der Straße durch elektromagnetische Störaussendungen 

des Fahrzeuges. 

Begrenzung der Störimpulsaussendung auf dem Fahrzeugbordnetz. 






Produkt- und Produzentenhaftung 

• Produkthaftung: 

Herstellerhaftung für Schäden, die durch sein fehlerhaftes Produkt 

verursacht wurden, ohne das es auf sein Verschulden ankommt. 

Haftung nur für: - Körper und Gesundheitsschäden, 

- privat genutzte Gegenstände. 

• Produzentenhaftung: 

Herstellerhaftung für Schäden, die durch das schuldhafte 

Inverkehrbringen seines fehlerhaften Produkt verursacht wurden. 

Haftung für alle Schäden an geschützten Rechtsgütern. 

Bei Einhaltung technischer Normen spricht ein Anschein dafür, daß 

das Produkt den berechtigten Sicherheitserwartungen entspricht. 






Sicherheitsrelevanz von Fahrzeugsystemen 

Auswirkung Beispiel 

Ablenkung des Fahrers komplexe MMI mit hoher zeitlicher Anforderung 

an die Aufmerksamkeit -> Ablenkung vom Verkehrsgeschehen 

Irritation des Fahrers Ausfall Radio-Lautstärkeregelung auf laut -> Schreck 

Ungewöhnlicher/unerwarteter Ausfall Dämpferregelung –>Dämpfer von komfortabel auf hart 

Fahrzustand Ausfall ABS während Regelung –> normale Bremskraft 

Schwer beherrschbarer Ausfall ESP während Querdynamikregelung 

Fahrzustand 

Unerwartetes nicht vom Fahrer Ausfall Geschwindigkeitsregelung/x-by-wire 

beeinflussbares Verhalten -> Selbstbeschleuniger 

eines Systems 

Nicht beherrschbarer Ausfall Brake-by-wire 

Fahrzustand –> Bremsenausfall, Notbremsung nur über Handbremse 

Ausfall steer-by-wire 

-> Fahrzeug nicht mehr lenkbar, keine andere Eingriffsmöglichkeit 






gebräuchliche physikalische Einheiten in der EMV 

Spannung 

Strom 

Leistung 

Elektrisches Feld 

Magnetisches Feld 

V 

dBV 

dBµV 

I, mA 

W, mW 

dBm 

V/m 

A/m 

mT 

Beispiele für Umrechnungen: 




dB bezogen auf 1 V 

dB bezogen auf 1 µV 

dB bezogen auf 1mW 

Magnetische Induktion 

5W auf dBm: 5W = 10 log (5.000mW/1mW) = 37 dBm 

4mV in dbµV: 4mV = 20 log (4.000µV/1µV) = 72 dBµV 

dBm in dBµV z.B. 37dBm an 50Ω in dBµV = 37dBm + 107dB = 144 dBµV 



Darstellung im Zeit- und Frequenzbereich (1) 




Quelle: Grundlagen der Spektrumanalyse, R&S 




U p 

T P 

1/τ 

τ 

1/T P 




1/τ 

2 U p τ/T P 

u 

n 

τ τ 

( f ) = U 

p 

⋅ ⋅ 2si( 

nπ 

) 

T T 

f 

t 

f 

t 

p 

p 







Quelle: M. Mardiguian, „EMI Troubleshooting Techniques“, McGrawHill 











Beispiel: A = 5 V 

T d = 25 ns = τ 

T = 50 ns 

Amplitudenreferenzwert = 20 log (2*5*25/50) = 14 dBV 

Grundwelle F 0 = 1/T = 20 MHz 

Abfall 20dB/Dekade ab 12,7 MHz 

Abfall 40dB/Dekade ab 64 MHz 

Amplitudenabfall bei F 0, 20 MHz aus 20db/Dekade ab 12 MHz 

ergeben -4dB bei 20 MHz 

Amplitude Grundwelle A 0, 20 MHz = 14 dBV – 4db = 10dBV 

Amplitudenabfall bei F 8, 180 MHz aus 40db/Dekade ab 64 MHz 

ergeben -32dB bei 180 MHz 

Amplitude 8. Oberwelle A 8, 180 MHz = 14 dBV – 32dB = -18 dBV

Teil 1 - TU Braunschweig - Institut für Regelungstechnik

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