Umfassender Leitfaden zum Bulk-Strominjektions-Testsystem für die EMV in der Automobilindustrie

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Technologien für neue Energien und intelligente vernetzte Fahrzeuge steigt die Anzahl der in Fahrzeugen eingesetzten elektronischen Steuergeräte stetig. Zahlreiche Sensoren, Domänencontroller und On-Board-Kommunikationsmodule sind dicht im Fahrzeug verteilt. Während des Fahrbetriebs erzeugen Motoren, Zündanlagen und verschiedene Schaltgeräte erhebliche elektromagnetische Störungen im Hochfrequenzbereich. Fahrzeugkabelbäume fungieren als Empfangsantennen und neigen dazu, verschiedene Hochfrequenz-Störströme einzukoppeln, was zu Signalverzerrungen, Kommunikationsausfällen und Fehlfunktionen der Steuerlogik elektronischer Komponenten führen kann. Im schlimmsten Fall ist die Fahrsicherheit unmittelbar gefährdet. Um Schwachstellen in der elektromagnetischen Verträglichkeit von On-Board-Elektronikkomponenten frühzeitig zu erkennen, hat sich die Strominjektionsprüfung zu einem unverzichtbaren Prüfverfahren für die elektromagnetische Störfestigkeit von Fahrzeugelektronik entwickelt. Das Strominjektionsprüfsystem ist die zentrale Hardwareplattform für die Durchführung solcher Tests. Dieser Artikel konzentriert sich auf… LISUN Das LSBCI-40 Bulk Current Injection Testsystem wird hinsichtlich Funktionsprinzip, Systemaufbau, Testmethoden, Bewertungskriterien und branchenspezifischem Anwendungswert erläutert. Weitere Produktinformationen finden Sie hier.

Grundprinzip und Branchenpositionierung des Bulk-Strominjektions-Testsystems
Das Massenstrom-Einspritzprüfsystem (Bulk Current Injection) ist ein von [Name des Unternehmens/der Organisation] entwickeltes Gerät zum Testen der elektromagnetischen Störfestigkeit. LISUN Speziell für die Bereiche Automobilelektronik, Schienenverkehr und industrielle Steuerungstechnik entwickelt, simuliert das System leitungsgebundene Hochfrequenzstörungen, denen elektronische Geräte in komplexen elektromagnetischen Umgebungen ausgesetzt sind. Durch Einspeisen eines Hochfrequenzstroms definierter Stärke in den Kabelbaum des Prüflings bewertet das System die Betriebsstabilität der Geräte unter Hochfrequenzstörungen. Es erkennt frühzeitig Funktionsstörungen, die durch Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verursacht werden, wie Signalverzerrungen, Buskommunikationsfehler und Steuerungsfehlfunktionen, und liefert wichtige Testunterstützung für Produkte, die die internationale EMV-Zertifizierung bestehen.

Anders als bei Störfestigkeitsprüfungen in einem reflexionsarmen Raum werden Prüflinge bei der BCI-Prüfung nicht räumlichen Strahlungsfeldern ausgesetzt. Stattdessen wird mittels magnetischer Kopplung ein hochfrequenter Störstrom direkt in den Kabelbaum des Prüflings eingekoppelt, wodurch die in Fahrzeugen auftretenden Gleichtaktstörungen simuliert werden. Die EMV-Normen für Automobilkomponenten GB/T 33014.4-2016, ISO 11452-4:2020 und SAE J1113/4-2020 legen die Anforderungen an BCI-Prüfmethoden, Prüfaufbau und Kalibrierverfahren vollständig fest. BCI ist bei inländischen Automobilherstellern als obligatorischer Prüfpunkt für die Komponentenzulassung weit verbreitet und umfasst elektronische Steuergeräte für Fahrzeuge mit konventionellem Kraftstoff, Hybridfahrzeuge und batterieelektrische Fahrzeuge.

LSBCI-40_Massenstrom-Injektionstestsystem

Hardwarekonfiguration und Schlüsselparameter des LSBCI-40 Bulk Current Injection Testsystems
Das LSBCI-40 Bulk Current Injection Testsystem ist ein vollintegriertes Testgerät. Sein Hauptgerät umfasst einen HF-Signalgenerator, einen linearen Leistungsverstärker, ein Dreikanal-Leistungsmessgerät und einen Richtkoppler. Es ist mit externen Testsonden, Kalibriervorrichtungen und einem künstlichen Netz ausgestattet und unterstützt sowohl Open-Loop- als auch Closed-Loop-Standard-BCI-Testmodi, die den in den relevanten Normen definierten Frequenzbereichen, Modulationsarten und Testströmen entsprechen. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten technischen Spezifikationen des LSBCI-40 Bulk Current Injection Testsystems.

Das komplette System zur Messung der Strominjektion (Bulk Current Injection, BCI) umfasst eine Referenzmassefläche und isolierende Halterungen. Optionales Zubehör beinhaltet einen speziellen BCI-Prüftisch und ein elektromagnetisch abgeschirmtes Gehäuse. Gemäß den Standardanforderungen an den Prüfaufbau muss die Referenzmassefläche aus Messing gefertigt sein, eine Dicke von über 0.5 mm aufweisen und eine Erdungsimpedanz von maximal 2.5 mΩ besitzen. Das Prüfobjekt wird auf isolierenden Halterungen mit einer Dielektrizitätskonstante von ≤ 1.4 und einer Dicke von 50 mm ± 5 mm positioniert. Die Gesamtlänge des Prüfkabelbaums beträgt normgerecht 1000 mm ± 100 mm. Die Prüfungen werden mit der Injektionssonde in drei typischen Abständen von 150 mm, 450 mm und 750 mm zum Prüfobjekt durchgeführt, um die realen Störkopplungsbedingungen an verschiedenen Positionen von Fahrzeugkabelbäumen zu simulieren.

Zwei Testmodi und Testablauf des Bulk-Strominjektions-Testsystems
Das Testsystem für die Strominjektion bietet ein offenes (Substitutions-) und ein geschlossenes Regelsystem. Zwischen diesen beiden Modi bestehen deutliche Unterschiede in der Kalibrierlogik und im Steuerungsmechanismus. Für die Prüfung im offenen Regelsystem muss die Sondenkalibrierung vorab an Kalibriervorrichtungen durchgeführt werden, um die Zuordnung zwischen Zielstrom und Ausgangsleistung herzustellen. Während der eigentlichen Prüfung werden vorkalibrierte Leistungsparameter für die Störeinspeisung verwendet, ohne dass der Hochfrequenzstrom in den Kabelbäumen in Echtzeit überwacht wird. Die Frequenzdurchlaufprüfung erfolgt anhand vordefinierter Leistungskalibrierungskurven. Der offene Regelmodus zeichnet sich durch hohe Testgeschwindigkeit aus und wird hauptsächlich für die Vorbewertung in der Forschung und Entwicklung sowie zur Überprüfung der Serienfertigungskonsistenz von Komponenten eingesetzt.

Das Closed-Loop-Verfahren nutzt zusätzliche Strommesssonden. Der durch die Kabelbäume fließende Hochfrequenzstrom wird während der Prüfung kontinuierlich in Echtzeit erfasst. Das Bulk Current Injection Test System vergleicht den gemessenen Stromwert mit einem voreingestellten Zielstrom und passt die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers dynamisch an, um den Hochfrequenzstrom in den Kabelbäumen auf den von den relevanten Normen geforderten Werten zu stabilisieren. Der Closed-Loop-Modus bietet eine überlegene Prüfgenauigkeit und wird für die strenge Validierung sicherheitskritischer Komponenten wie Fahrzeugbremssteuergeräte, Lenkungssteuergeräte und Steuergeräte für autonomes Fahren eingesetzt. Unabhängig vom gewählten Prüfmodus muss die Systemkalibrierung vor der eigentlichen Prüfung abgeschlossen sein, um Messfehler durch Sonden- und Kabelverluste zu eliminieren und so wiederholbare und vergleichbare Prüfergebnisse zur Erfüllung der Zertifizierungsanforderungen zu gewährleisten.

Nach Abschluss der Tests wird der Betriebszustand des Prüflings in fünf Kategorien eingeteilt: Kategorie A, Kategorie B, Kategorie C, Kategorie D und Kategorie E. Kategorie A bedeutet, dass alle Funktionen und die Leistung ohne Anomalien normal funktionieren. Kategorie B steht für eine Leistungsabweichung außerhalb der Toleranz unter Störungen, wobei sich der Fehler nach Beseitigung der Störungen automatisch wiederherstellt und die gespeicherten Daten intakt bleiben. Kategorie C bedeutet vorübergehenden Funktionsausfall; die Funktionen können sich nach Beseitigung der Störungen automatisch wiederherstellen. Kategorie D bedeutet Funktionsausfall, der einen manuellen Eingriff zur Wiederherstellung erfordert. Kategorie E bedeutet dauerhaften Funktionsausfall; das Gerät kann den normalen Betrieb auch nach Beseitigung der Störungen nicht wieder aufnehmen. Für die EMV-Zertifizierung müssen kritische Komponenten in der Regel Kategorie A oder Kategorie B erreichen. Kategorie C, D und E gelten als Testfehler. Hardwareverbesserungen wie das Hinzufügen von Filterkomponenten, die Optimierung der Erdungsanordnung und die Implementierung einer Kabelbaumschirmung müssen vor der erneuten Durchführung der BCI-Tests vorgenommen werden.

Industrieller Anwendungswert des Bulk-Strominjektions-Testsystems
In der Automobilelektronikindustrie dient das Bulk Current Injection Test System (BCI) der Überprüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Komponenten wie Motorsteuergeräten, Karosseriesteuergeräten, ADAS-Domänencontrollern, Batteriemanagementsystemen (BMS), On-Board-Gateways und weiteren Teilen. Auch Bordelektronik im Schienenverkehr sowie SPS und Frequenzumrichter aus dem Bereich der industriellen Steuerungstechnik nutzen das BCI-Testsystem zur Validierung der Funkstörfestigkeit von Kabelbäumen. Viele Hardwaredefekte bleiben bei herkömmlichen Funktionstests unentdeckt. Latente Fehler wie Buspaketverluste, Signaldrift und sporadische Neustarts lassen sich nur durch Einspeisen von Funkstörungen in die Kabelbäume mittels BCI reproduzieren. Durch den Einsatz des BCI-Testsystems zur Aufdeckung von EMV-Defekten in der Entwicklungsphase können gelegentliche Ausfälle im Feld nach Serienproduktion und Fahrzeugmontage vermieden, Rückrufrisiken reduziert und die Zuverlässigkeit und Sicherheit elektronischer Produkte erhöht werden.

Aus technischer Sicht kann das Bulk Current Injection Test System (BCIT) nicht autark betrieben werden. Es muss mit einer abgeschirmten Umgebung, einem künstlichen Stromnetz und Überwachungstools für die Prüflinge zusammenarbeiten, um die Normen vollständig zu erfüllen. Angesichts des Trends zu Hochspannung und der domänenorientierten Entwicklung der Elektronikarchitektur von Elektrofahrzeugen werden die Bordkabelbäume immer komplexer, und das Risiko elektromagnetischer Störungen in den Kabelbäumen steigt stetig. Als Kerngerät zur Prüfung der leitungsgebundenen Störfestigkeit von Kabelbäumen findet das BCIT zunehmend Anwendung in der Produktentwicklung, bei unabhängigen Prüflaboratorien und in Projekten zur Komponentenqualifizierung von Fahrzeugherstellern. Gleichzeitig werden die Funktionen der Testsoftware kontinuierlich verbessert. Das BCIT-System LSBCI-40 kann Frequenzdurchläufe, Modulationsumschaltungen und Datenprotokollierung automatisch durchführen und Testdiagramme direkt exportieren. Dadurch werden menschliche Fehler minimiert und die Gesamteffizienz der EMV-Prüfung gesteigert.

Fazit
Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist ein unverzichtbares Qualitätskriterium für moderne Automobilelektronik. Das Bulk Current Injection Test System (BSBCI-Test) simuliert mithilfe der Bulk-Current-Injection-Methode die reale Einkopplung von Hochfrequenzstörungen in Kabelbäume und bewertet quantitativ die HF-Störfestigkeit elektronischer Geräte. Als repräsentatives Produkt dient das LSBCI-40. Massenstrom-Einspritzprüfsystem Das System erfüllt vollständig nationale und internationale Standards, darunter GB/T 33014.4-2016 und ISO 11452-4. Es führt Störfestigkeitsprüfungen für Automobilelektronik, Schienenverkehrsanlagen und industrielle Steuergeräte im Open-Loop- und Closed-Loop-Verfahren durch und identifiziert potenzielle EMV-Risiken frühzeitig. Für F&E-Ingenieure und Prüfinstitute ermöglicht das umfassende Verständnis der Prinzipien, Hardwareparameter, Testaufbauten und Auswertungskriterien des Bulk Current Injection Test Systems die korrekte Durchführung von Tests und die präzise Lokalisierung von EMV-Fehlern. Dadurch wird die technische Garantie für einen sicheren und stabilen Betrieb elektronischer Produkte gewährleistet.