Messungen der Batterielaufzeit im vernetzten Fahrzeug

Ihre Anforderung

Da in vernetzten Fahrzeugen vermehrt komplexe Software-Anwendungen ausgeführt werden, gewinnt die Analyse des Leistungsverbrauchs durch Mobilfunk- und andere Drahtlosverbindungen an Bedeutung. Beispielsweise wird von bestimmten Modulen – wie den für eCall/ERA-Glonass spezifizierten – verlangt, dass sie nach einem Unfall für einen bestimmten Zeitraum weiterhin Daten übermitteln können. Telematikgeräte müssen sich außerdem regelmäßig im Mobilfunknetz anmelden und eventuell sogar umfangreiche Firmware-Updates über eine Mobilfunkverbindung herunterladen, während der Motor des Fahrzeugs abgestellt ist.

Messtechnische Lösung

Für das vernetzte Fahrzeug mit seinen vielfältigen Applikationen sind Tests der Batterielaufzeit wichtiger denn je. Da in Infotainment-Systemen immer mehr Apps laufen, ist es zudem unerlässlich, die neuesten Features zur Verringerung der Leistungsaufnahme zu testen.

Als Antwort auf die neuen Anforderungen für extrem niedrigen Stromverbrauch wurden in den neuesten Releases (12 und 13) des 3GPP-Standards Features wie Power Save Mode (PSM), enhanced DRX (eDRX) und connected mode DRX (cDRX) festgelegt, um die Leistungsaufnahme so weit wie möglich zu reduzieren.

Die Eignung dieser Features zur Reduktion der Leistungsaufnahme lässt sich nur in einer kontrollierten, emulierten Netzumgebung testen und analysieren. R&S^®CMWrun bietet die richtige Lösung für solche Tests unter realen, aber doch kontrollierten Bedingungen auf Basis des beliebten R&S^®CMW500. R&S^®CMWrun CMW-KT051 erfasst mit einer hohen Abtastrate die Abtastwerte vom R&S^®RT-ZVC02/R&S^®RT-ZVC04 Mehrkanal-Leistungsmesskopf und zeigt die Stromstärke und Spannung oder sogar die berechnete Momentanleistung (in Watt) über die Zeit an.

Es wurden spezielle Signalisierungs-Trigger-Ereignisse (z. B. LTE Attach, Connected, Idle Signaling State oder IMS-Registrierung) implementiert, die mehr Details liefern (d. h. mehr Abtastwerte). Diese werden zeitkorreliert im Leistungsaufnahmediagramm angezeigt. Das Leistungsaufnahmediagramm wird außerdem durch IP-Traffic-Analysen (R&S^®CMW-KM051) mit Ereignissen auf der IP-Ebene korreliert, woraus sich ablesen lässt, welche App oder welcher IP-Flow sich auf die Batterielaufzeit von Telematikgeräten oder anderen Mobilfunkgeräten auswirkt.

Die neuesten Spezifikationen für die Messung der Batterielaufzeit fordern nicht nur eine Überwachung der Stromstärke über die Zeit. Auch die Spannung einschließlich der Berechnung der Momentanleistung bei hohen Abtastraten muss berücksichtigt werden. Bei solchen Testanforderungen muss es möglich sein, die Leistungsaufnahme eines Geräts auf Basis eines realen Anwendungsfalls zu testen, d. h. die Stromversorgung erfolgt durch eine echte Batterie, über die USB-Schnittstelle oder sogar über ein Netzgerät.

Der R&S^®RT-ZVC02/R&S®RT-ZVC04 Mehrkanal-Leistungsmesskopf wurde für genau solche Anwendungsfälle entwickelt und bietet sogar bis zu zwei (R&S^®RT-ZVC02) oder vier (R&S^®RT-ZVC04) Kanäle für Spannung und Stromstärke.

Jede Leistungsmessgruppe besteht aus einem Spannungsmessgerät und einem Strommessgerät mit 18-bit-A/D-Auflösung und einer Abtastrate von 5 Msample/s. Die integrierte Multiplikatorfunktion, die für jede Gruppe verfügbar ist, garantiert eine synchrone Multiplikation der Abtastwerte von Strom und Spannung für jeden Abtastwert bei einer Rate von 5 Msample/s. Eine interne Dezimationseinheit akkumuliert die aufgenommene Leistung durch Mittelwertbildung über 100, 1.000 oder 10.000 Abtastwerte. Damit wird sichergestellt, dass sogar sehr kurze Spitzen bei der Leistungsaufnahme erfasst werden, während die Datentransferrate auf ein Niveau abgesenkt wird, die ein PC bewältigen kann. Auf Basis dieser Daten schätzt R&S^®CMWrun die Batterielaufzeit ab und zeigt sämtliche Leistungsgruppenmessungen wie Stromstärke, Spannung und Momentanleistung auf dem Ereignisgraphen an.

Das Strommessgerät des R&S^®RT-ZVC02/R&S^®RT-ZVC04 Mehrkanal-Leistungsmesskopfs ist mit internen Nebenwiderständen ausgestattet, die für einen der verschiedenen relevanten Messbereiche gewählt werden können. Die Stromstärke kann auch mit Hilfe eines externen Nebenwiderstands gemessen werden, der konfiguriert und direkt im Prüfling verbaut wird. In diesem Fall basiert die Berechnung der Stromstärke auf dem Spannungsabfall über diesen externen Referenz-Nebenwiderstand – das interne Strommessgerät wird zu einem Spannungsmessgerät mit hoher Impedanz. Dadurch werden Verluste in den Anschlusskabeln umgangen, die durch hohe Ströme verursacht werden. Zahlreiche Verbindungsoptionen wie 4-mm-Stecker, Stiftleisten und Einlötpins stehen zur Verfügung, um alle möglichen Arten von Applikationsszenarien abzudecken.

R&S^®CMWrun bietet wählbare Erfassungs- und Anzeigeraten (nach der Dezimation) von 10/100/1000 sample/s und bis zu 50 ksample/s sowie eine Auto-Zoom-Funktion für Kurzzeitintervalle. Mit Signalisierungs-Trigger-Ereignissen lässt sich die Abtastrate der Erfassung erhöhen.