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Entwicklung + Test: Integrierte Systemlösung zur EMV-Simulation in der Steuergeräteentwicklung

Die steigende Elektrifizierung automobiler Plattformen stellt Entwicklungsabteilungen bei der EMV-Validierung vor zunehmend größere Herausforderungen. Um diese wichtige Aufgabe termin- und qualitätsgerecht zu adressieren, nutzen Entwickler simulationsbasierter Methoden unterschiedliche Ansätze. Um die Vorteile eines simulationsbasierten Entwicklungsprozesses noch weiter auszubauen und systemisch anzuwenden, ist es vorteilhaft, unterschiedliche Methodenansätze zu verbinden. Die Software-Unternehmen Synopsys und CST starteten kürzlich eine gemeinsame Technologiepartnerschaft, um eine Integration zwischen den Tools Saber und der CST STUDIO SUITE zu entwickeln, die maßgeblich von der Firma Bosch vorangetrieben wurde.

Bildquelle: © Synopsys

Die steigende Elektrifizierung automobiler Plattformen, getrieben durch die zunehmende Anzahl an elektrisch realisierten Funktionen, stellt Entwickler zukünftig vor hohe Herausforderungen. Beispiele hierfür sind Antriebsysteme bei Hybridfahrzeugen oder reinen Elektroantrieben, Fahrerassistenzsysteme oder der weitere Einzug von Konsumelektronik. Hierbei muss die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Systems über den gesamten Arbeitsbereich validiert werden, um sicherzustellen, dass die geforderten Qualitäts- und Sicherheitskriterien vollständig erfüllt sind. Insbesondere die Emission dedizierter Komponenten oder kompletter Steuergeräte (ECU) kann ungewünschte Auswirkungen auf das Fahrzeugnetzwerk oder andere Komponenten im Fahrzeug erzeugen.
EMV-Anforderungen sind nach der EU-Richtlinie 2007/46/EC [1] oder alternativ der Regel ECE-R10 [2] zu erfüllen und müssen sorgfältig geprüft werden. Das umfasst Tests, die sich in Frequenzbereichen unterhalb von 2 GHz oder sogar darüber hinaus bewegen können. Die standardisierten Vorgaben werden zudem häufig durch fahrzeugherstellerspezifische Anforderungen ergänzt und stellen eine zusätzliche Herausforderung bei der Einhaltung der gewünschten Qualitätsvorgaben dar. Die Identifikation und Bereinigung von Fehlfunktionen durch EMV-Probleme kann einen erheblichen zusätzlichen Ressourcen-Aufwand erfordern, der in weiteren Iterationen in der Entwicklung resultiert. Die auftretenden Probleme sind spezifisch für die jeweilige ECU-Implementierung: Wurde ein Stanzgitter oder eine gewöhnliche Leiterplatte eingesetzt? Welche HF-Filter kommen zum Einsatz? Wie ist der Aufbau des Steuergerätes sowie die Positionierung der auf der ECU verbauten Komponenten? Ist eine schmal- oder breitbandige Störaussendung zu untersuchen?
In ungünstigen Fällen sind nachträgliche Änderungen am physikalischen Design, an der Architektur der ECU oder Modifikationen von Filterelementen notwendig. Diese Änderungen können äußerst kosten- und zeitaufwendig sein und stellen bei Plattformen, die kurz vor der Serienproduktion stehen, ein großes Risiko dar, weil die Einführung des Produktes im schlimmsten Fall zeitlich nach hinten verschoben werden muss. Um das Risiko zu minimieren, dass solche Probleme erst am realen Prototypen der ECU auftauchen, müssen sie früh entdeckt werden. Hierfür setzen Entwickler heutzutage zunehmend simulationsbasierte Werkzeuge ein, um Lösungsoptionen zu erarbeiten. Mit Hilfe dieser Methoden können sie früh in der Entwicklungsphase Analysen zur EMV des Steuergerätes durchführen, weil die reale ECU noch nicht vorliegen muss, um erste virtuelle EMV-Tests durchführen zu können [3].
Üblicherweise ist die Anwendung der EMV-Tests für automobile ECUs am realen Produkt zeitaufwendig und die Reproduzierbarkeit der exakten Messbedingungen zum Beispiel durch Temperatur oder Bauteiltoleranzen nicht immer exakt durchführbar. Durch die ständige Miniaturisierung der in der Automobilelektronik verbauten Komponenten sind Messungen sogar teilweise nicht mehr direkt möglich. In solchen Fällen ist Simulation die einzige Möglichkeit, um Ergebnisse für die Validierung der EMV-Qualität zu erhalten.