Simulationsbasierte Analyse der Störfestigkeit von ausgedehnten CAN FD-Netzwerken gegen elektromagnetische Felder

Abstract

Die große Anzahl von elektrischen Komponenten und Steuergeräten im Fahrzeug erfordert Kommunikationssysteme mit vielen Teilnehmern und hohen Datenraten. CAN FD [1,2] ermöglicht Übertragungsraten bis 8 MBit/s über ein ungeschirmtes verdrilltes Leitungspaar. Die räumliche Ausdehnung der Kommunikationsnetzwerke und die Zunahme leistungselektronischer Systeme im Fahrzeug bilden eine herausfordernde elektromagnetische Umgebung. Teile des Kommunikationsnetzes können sich nah an Störquellen befinden, was eine Einkopplung von Störgrößen ermöglicht. Für die Realisierung von neuen Fahrzeugfunktionen bis hin zu automatisiertem Fahren ist eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung unerlässlich und damit auch die genaue Kenntnis über die Störfestigkeit der Kommunikationssysteme. In diesem Beitrag wird eine simulationsbasierte Analysemethode von ausgedehnten CAN FD-Netzwerken mit mehr als 3 Teilnehmern vorgestellt, die eine quantitative Bewertung der Störfestigkeit verschiedener Netzwerktopologien ermöglicht. Es wird ein modular aufgebautes Simulationssetup präsentiert, das für eine systematische Analyse von Parametern der Netzwerktopologie und der Störeinkopplung verwendet wird. Als Störquelle wird eine ebene Welle betrachtet, sodass die Analyse verschiedener Frequenzen der eingekoppelten Felder möglich ist. Die Verwendung von ungeschirmten verdrillten Leitungen führt vor allem zur Einkopplung von Common-Mode-Störungen (CM). Da in einem differentiell übertragenden Kommunikationssystem Differential-Mode-Störungen (DM) besonders kritisch sind, wird ebenfalls die durch Asymmetrien im Netzwerk hervorgerufene Modenkonversion und die damit entstehenden DM-Störungen untersucht. Das Paper ist wie folgt strukturiert: In Kapitel 2 werden die Simulationsmodelle für Kommunikationstransceiver, Leitungen und Störeinkopplung einer ebenen Welle vorgestellt. In Kapitel 3 werden auf Basis der Modelle verschiedene Netzwerktopologien aufgebaut und mit Frequenz- und Zeitbereichssimulationen untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Methodik der simulationsbasierten Analyse der Netzwerktopologien. Die CM- und DM-Spannungen an den verschiedenen Transceivern im Netzwerk können für die Bewertung der Störfestigkeit verwendet werden, sodass kritische Parameter der untersuchten Sterntopologien identifiziert werden können. Die Ergebnisse werden in Kapitel 4 zusammengefasst.