Störfestigkeitsanalyse von Automobilsensoren durch Projektion der Anregung auf Eigenmoden

Abstract

Mit der zunehmenden Automatisierung und Elektrifizierung des Automobils steigt die Anzahl der elektrischen Komponenten hoher Leistung (Inverter, DCDC-Wandler, etc.). Gleichzeitig werden neue präzise und hochfrequente Sensorsysteme benötigt. Dies führt zu immer strengeren Anforderungen an die Störfestigkeit dieser Sensoren. Schon heute kontrollieren Dutzende Sensoren Komfortfunktionen, Funktionen des Antriebsstranges sowie sicherheitsrelevante Funktionen (ABS, ESP, Airbag etc.). Um die Störfestigkeit der Sensoren im Spektrum niederfrequenter Leistungselektronik (Inverter 10 kHz) bis hin zu hochfrequenten Kommunikationssystemen (5G) zu gewährleisten, werden breitbandige Störfestigkeitstests wie das BCI-Verfahren (Bulk Current Injection) oder RIA-Verfahren (Radiated Immunity Antenna) eingesetzt. Das BCI-Verfahren für Sensoren ist schematisch in Bild 2 dargestellt. Der Sensor wird isoliert in einem Abstand von 5cm zur leitenden Tischplatte platziert. Der über eine Stromzange eingeprägte CM-Strom (Common Mode) fließt über den Sensor und dessen parasitäre Kapazität zum Tisch ab. Bild 1 zeigt den typischen Sollstrompegel für das Open Loop und Closed Loop Verfahren im Frequenzbereich von 0,1 - 400MHz (1 GHz) eines Automobilsensors [1]. Aufgrund der breitbandigen Störpegel wird das System auch mit sämtlichen Resonanzfrequenzen des Sensors angeregt. Im eingeschwungenen Fall bestimmt die periodische Anregung und Dämpfung der Resonanz die Amplitude und damit die am Sensor auftretende Spannungsüberhöhung. So lassen sich Ausfälle sicherheitskritischer Kfz-Sensoren in der BCI Prüfung meist auf Resonanzen mit hoher Amplitude zurückführen. Eine Möglichkeit zur Analyse solch kritischer Resonanzfrequenzen stellt die Eigenmodenanalyse dar. Die Eigenmoden geben dabei Aufschluss über die Frequenz und die räumliche Verteilung der Schwingung. Die resonanten Elemente der Struktur können somit für jede Resonanz bestimmt werden.