Schenke, Stefan

Maintaining compliance to electromagnetic compatibility (EMC) standards becomes an increasing challenge for the automotive industry in the course of the ongoing automation of vehicles. Novel extended design procedures and test standards are required to ensure safety of automated driving functions, particularly in an adverse electromagnetic (EM) environment. In order to keep the number of tests within a reasonable and practical limit, an evaluation framework based on virtual design methods and information drawn from legacy experiments and simulations can support the automotive industry. With this digital framework appropriate technological solutions can be identified during the pre-compliance phase and efficient experimental designs can be generated to ensure EMC compliance. Furthermore, such a framework paves the way for digital EMC twins of automated vehicles (AVs) considering the complex interrelations of AV’s (sub-)systems to accurately predict the behaviour of new AV functions in various EM environments. To this purpose, a cross-domain platform is being developed in this work as the backbone of such a virtual framework. It supports the handling, storage and processing of various datasets from EMC test campaigns, including (intentional) electromagnetic interference ((I)EMI) tests, as well as simulations of automotive devices-under-test (DUTs). The platform allows for the establishment of interconnections between various data sources and deeper analyses based on artificial intelligence (AI) methods to deduce EMC information for new developments, whilst maintaining traceability.

Herzschrittmacher (HSM) werden seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt, um Herzrhythmusstörungen zu behandeln. Das Implantat wird mit einer oder mehreren Elektroden mit dem Herzen verbunden und ist sowohl in der Lage, das Elektrokardiogramm (EKG) des Herzens zu überwachen, als auch bei Bedarf das Herz mit Spannungsimpulsen zum Schlagen anzuregen.--- Für den fehlerfreien Betrieb ist es notwendig, dass der HSM jederzeit das EKG korrekt auswerten kann.--- Ein externes Störsignal, beispielsweise verursacht durch eine Radaranlage, kann in den menschlichen Körper eindringen und in die HSM-Elektrode einkoppeln. Hierdurch wird eine Störspannung am HSM-Eingang verursacht, die das EKG überdecken kann. Der HSM ist nun nicht mehr in der Lage, auf die aktuelle Situation des Herzens zu reagieren. Erkennt das Implantat die Störung als solche, wird es in den definierten Störbetrieb umschalten und das Herz festfrequent anregen. Bei einer gleichzeitigen Eigenaktivität des Herzens besteht die Gefahr, dass ein Stimulationspuls während der vulnerablen Phase des Herzens abgegeben wird, was ein lebensbedrohliches Kammerflimmern zur Folge hätte.--- In Kapitel 3 dieser Arbeit wird der Zusammenhang zwischen der Feldstärke des auf den Körper treffenden elektromagnetischen Feldes und der Störspannung am HSM-Eingang für den Frequenzbereich 1-12 GHz hergestellt. Hierfür werden Feldsimulationen durchgeführt, bei denen der menschliche Körper sowohl als dielektrisches Schichtmodell als auch als detailliertes Körpermodell nachgebildet wird.--- In Kapitel 4 wird die Eingangsschaltung des HSM durch ein nichtlineares Verstärkermodell nachgebildet. Mit Hilfe dieses Modells ist es möglich zu berechnen, ab welcher Amplitude ein gegebenes Störsignal die Funktion des HSM beeinträchtigt.--- Die vorgestellten Modelle wurden mit den Ergebnissen aus anderen Arbeiten, Messungen im Labor und numerischen Simulationen validiert und weisen eine sehr hohe Genauigkeit auf.--- Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse ist es nun erstmals möglich, den Sicherheitsabstand, den ein HSM-Patient zu einer Sendeanlage einhalten muss, rechnerisch zu bestimmen.