Die rasante Entwicklung der Elektronik im Automobil-Bereich hat zur Folge, dass das Bordnetz heute mit zu den komplexesten und schwersten Komponenten im Kraftfahrzeug (Kfz) zählt. Die Powerline-Kommunikation (PLC) bietet in dieser Hinsicht den Vorteil, zusätzliche Kabel für eine Datenkommunikation einzusparen, indem die bereits vorhandenen Energieversorgungsleitungen für eine Übertragung benutzt werden, um so Kosten und Gewicht zu senken. In dieser Arbeit wird der Einsatz einer breitbandigen PLC-Technik im Kfz untersucht. Dazu werden die Störemissionen von Kfz-Bordnetzverbrauchern detailliert analysiert, um deren Störpotential im Bezug auf eine PLC-Übertragung zu bewerten. Darüber hinaus erfolgt eine Analyse der Übertragungseigenschaften eines Bordnetzes sowie eine Untersuchung von Koppelnetzwerkstrukturen, den Bindegliedern zwischen Bordnetz und PLC-Modem. Simulativ werden entscheidende Kriterien für eine zuverlässige und schnelle Datenübertragung ermittelt, die in einem Testaufbau messtechnisch verifiziert werden. Es zeigt sich, dass eine schnelle Datenübertragung bei äußerst geringen Signal-Rausch-Verhältnissen erzielt werden kann, wenn niederohmige Verbraucher im Bordnetz von den PLC-Signalen entkoppelt werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Motivation und Zielsetzung
1.2. Aufbau und Struktur der Arbeit
2. Grundlagen
2.1. Allgemeine Grundlagen zu Kommunikationssystemen
2.2. Powerline Kommunikation
2.2.1. Grundprinzip
2.2.2. Geschichtliche Entwicklung
2.2.3. Stand der Technik
2.3. Vernetzung im Kraftfahrzeug
2.3.1. Anforderungen an Bussysteme
2.3.2. Überblick der Bussysteme
2.3.3. Powerline Kommunikation im Kraftfahrzeug
3. Theoretische Analyse
3.1. Kanalmodellierung
3.1.1. Eigenschaften des Übertragungskanals
3.1.2. Modellierung des Übertragungskanals
3.1.3. Störungen im Bordnetz
3.2. Entwurf der Koppelnetzwerkstrukturen
3.2.1. Anforderungen an Koppelnetzwerke
3.2.2. Kapazitive Kopplung
3.2.3. Entkopplungsstrukturen
3.2.4. Induktive Kopplung
3.3. Simulationsergebnisse
3.3.1. Eigenschaften der Übertragungsstrecke und Koppelnetzwerke
3.3.2. Eigenschaften der Entkopplungsstrukturen
3.3.3. Einfluss von Störungen
3.3.4. Ergebnis
4. Experimentelle Untersuchungen
4.1. Beschreibung der Testumgebung
4.1.1. Grundaufbau
4.1.2. PLC-Modem
4.1.3. Koppel- und Entkopplungsstrukturen
4.1.4. Rauschquellen
4.2. Experimentelle Ergebnisse
4.2.1. Übertragung bei weißem Rauschen
4.2.2. Übertragung bei impulsartigen Störungen
4.2.3. Messungen zu Entkopplungsstrukturen
4.2.4. Ergebnis
5. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht den Einsatz breitbandiger Powerline-Kommunikation (PLC) im Kfz-Bordnetz, um durch die Nutzung bestehender Energieversorgungsleitungen als Datenübertragungskanal Gewicht und Kosten im Fahrzeugkabelbaum zu reduzieren. Dabei liegt der Fokus auf der Analyse von Störpotenzialen durch Bordnetzverbraucher, der Evaluierung von Koppelnetzwerkstrukturen sowie der messtechnischen Verifikation der Übertragungszuverlässigkeit unter realitätsnahen Störbedingungen.
- Analyse von Störemissionen durch Kfz-Bordnetzverbraucher
- Untersuchung von Übertragungseigenschaften des Kfz-Bordnetzes
- Entwurf und Simulation von Koppel- und Entkopplungsnetzwerken
- Messtechnische Validierung der PLC-Datenübertragung
- Bewertung der Störfestigkeit gegenüber Hintergrundrauschen und Impulsstörungen
Auszug aus dem Buch
3.1.1. Eigenschaften des Übertragungskanals
Das Energiebordnetz eines Kfz umfasst die Batterie, den Generator, alle elektrischen Verbraucher, darunter sämtliche Steuergeräte (Electronic Control Unit, ECU), Aktoren und Sensoren, sowie die Verkabelung und Vernetzung all dieser Komponenten [29]. Um die Spannungsversorgungsleitungen des Kabelbaums für eine Datenübertragung zu nutzen, ist eine genaue Kenntnis der für HF-Anwendungen relevanten Eigenschaften unverzichtbar.
Eine wesentliche Eigenschaft der Leitungen ist der Leitungswellenwiderstand, mit dem sich Aussagen über die Ausbreitung und Reflexion von Wellen treffen lassen. Bei einem verlustlosen Kabel, was bei Frequenzen oberhalb 10 kHz angenommen werden kann, ergibt sich der Wellenwiderstand ZW aus dem Induktivitäts- und Kapazitätsbelag L und C [31].
Die Kenntnis dieser Größe kann für eine Impedanzanpassung der PLC-Modems verwendet werden. Dafür muss der Innenwiderstand Ri des Modems dem Wellenwiderstand ZW der Leitung entsprechen. Wenn dies erreicht werden kann, treten keine störenden Reflexionen auf, was an folgender Formel für den Reflexionsfaktor Γ ersichtlich wird [31].
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in die PLC-Technologie im Automobilbereich ein und definiert die Fragestellung bezüglich des Einflusses von Koppelnetzwerkstrukturen auf die Datenübertragung.
2. Grundlagen: Hier werden die theoretischen Grundlagen von Kommunikationssystemen, das Prinzip der Powerline-Kommunikation sowie die bestehende Vernetzungsstruktur in Kraftfahrzeugen erläutert.
3. Theoretische Analyse: In diesem Kapitel erfolgt die Modellierung des Übertragungskanals und die Analyse der Störeinflüsse, gefolgt vom Entwurf der Koppelnetzwerke und einer simulativen Bewertung.
4. Experimentelle Untersuchungen: Dieser Abschnitt beschreibt den messtechnischen Testaufbau zur Verifizierung der Simulationsergebnisse unter realitätsnahen Bedingungen mit weißem Rauschen und Impulsstörungen.
5. Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die Erkenntnisse zusammen und diskutiert das Potenzial der PLC-Technologie als Alternative zu herkömmlichen Bussystemen sowie künftige Forschungsansätze.
Schlüsselwörter
Powerline Kommunikation, PLC, Bordnetz, Kfz, Koppelnetzwerk, Störemission, Datenübertragung, Impedanzanpassung, Entkopplungsstruktur, Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, EMV, HomePlug Green PHY, CISPR 25, Hochfrequenz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob und wie die Powerline-Kommunikation (PLC) als kostengünstige und gewichtssparende Alternative oder Ergänzung zu bestehenden Fahrzeug-Bussystemen eingesetzt werden kann.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die physikalischen Eigenschaften des Kfz-Bordnetzes, die Störfestigkeit der Datenübertragung gegen Bordnetz-Rauschen und der Entwurf effizienter Koppelnetzwerke.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist es zu ermitteln, inwieweit unterschiedliche Koppelnetzwerkstrukturen die Zuverlässigkeit und Datenrate der PLC-Übertragung in einem durch Störungen belasteten Bordnetz beeinflussen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein zweigeteilter Ansatz verfolgt: Zunächst erfolgt eine theoretische Modellierung und Simulation des Kanals und der Netzwerke, gefolgt von einer messtechnischen Verifikation mittels eines eigens aufgebauten Hardware-Testaufbaus.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Kanalmodellierung (Reflexionen, Störquellen), dem Entwurf kapazitiver und induktiver Koppler, der Simulation der Übertragungsstrecken sowie dem praktischen Versuchsaufbau mit PLC-Modems und Rauschgeneratoren.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind PLC (Powerline Kommunikation), Kfz-Bordnetz, EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit), Impedanzanpassung, Koppelnetzwerk, SNR und Entkopplungsstrukturen.
Warum ist eine Entkopplung von Steuergeräten notwendig?
Steuergeräte weisen oft kapazitive Eingangsbeschaltungen auf, die für PLC-Signale wie ein Kurzschluss wirken. Eine Entkopplung mittels Induktivitäten oder Ferriten verhindert, dass das Datensignal zu stark gedämpft wird.
Welcher Einfluss hat die Wahl der Koppelnetzwerkstruktur?
Kapazitive Koppler sind meist verlustärmer und einfacher in der Bauweise, während induktive Koppler bei niederohmigen Verbrauchern Vorteile bieten, da sie in Reihe geschaltet werden können, ohne die Last zusätzlich durch eine Parallelschaltung zu belasten.
- Citation du texte
- Andreas Döbber (Auteur), 2016, Einfluss der Störemission von Kfz-Bordnetzverbrauchern auf die PLC-Datenübertragung in Abhängigkeit von Koppelnetzwerkstrukturen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/366375
