Bordnetz

Immer höher integrierte Halbleiter für komplexe Fahrzeug-Netzwerke

17.05.13 | Autor / Redakteur: Wim Van de Maele * / Thomas Kuther

SBCs wie dieser NCV7420 ermöglichen kleinere Module, da sie die Stromversorgung und Datenanbindung auf einem monolithischen Chip vereinen
SBCs wie dieser NCV7420 ermöglichen kleinere Module, da sie die Stromversorgung und Datenanbindung auf einem monolithischen Chip vereinen (Bild: ON Semiconductor)

Immer komplexere Fahrzeug-Netzwerke und immer mehr Funktionen auf einem IC stellen höchste Ansprüche in Sachen Zuverlässigkeit – eine Herausforderung für System Basis Chips.

Die jüngsten Fortschritte bei IVN-ICs (In-Vehicle Networking) erhöhen den ESD-Schutz und den Schutz gegen elektromagnetische Störungen – eine Antwort auf die immer dichter bestückte elektrische Umgebung in Fahrzeugen

Der Übergang von herkömmlichen Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen im Fahrzeug zu fahrzeugumfassenden Netzwerken auf Basis von Industrie-Standards ermöglichte den Fahrzeugherstellern zahlreiche neue Elektronikfunktionen für mehr Komfort und Infotainment hinzuzufügen. Auch die Steuerung von Funktionen rund um das Chassis und den Antriebsstrang wird verbessert; Subsysteme lassen sich elektrifizieren, was Kosten und Gewicht einspart.

Mehrere verschiedene Netzwerke im Auto

Mehrere Netzwerke mit einer Vielzahl von Protokollen nebeneinander im gleichen Fahrzeug unterstützen eine große Anzahl vernetzter Knoten. Ende des 20. Jahrhunderts wies ein gängiges Fahrzeug nur ein paar vernetzte Knoten auf. Diese Zahl stieg im Laufe der Zeit auf nunmehr über 20, während die Zahl der Knoten in einigen Oberklasse-Fahrzeugen sogar auf über 100 gestiegen ist. Ursache für die immer weiter steigende Knotenzahl sind u.a. elektronisch gesteuerte Beleuchtungen wie LEDs für die Innenraum- und Fahrzeug-Außenbeleuchtung sowie Fahrerassistenzsysteme (ADAS; Advanced Driver Assistance System), etwa zur Kollisionsvermeidung und Personenerkennung. Auch Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) und Micro-Hybrid-Techniken trugen zu einer nochmaligen Steigerung des Bedarfs an Netzwerken in Fahrzeugen bei, etwa die Integration regenerativer Systeme und elektrischer Traktionssysteme in HEVs.

Mehrere Busse, zusätzliche Knoten

Um die verschiedenen Anforderungen der Karosserie-Elektroniksysteme, Antriebsstrang-Controller, Infotainment-Systeme und Sicherheitselektronik zu erfüllen, kommen mehrere Busse und verschiedene Protokolle zum Einsatz. Dazu zählen Industriestandards wie das Local Interconnect Network (LIN) und SAE J2602, das Controller Area Network (CAN) und FlexRay. Signale mit höherer Bandbreite, z.B. von festmontierten Kameras, werden mit 24,8 MBit/s im Media Oriented Systems Transport (MOST) oder über IDB-1394 (Automotive FireWire) mit bis zu 800 MBit/s übertragen. Automotive Ethernet wird sich in zukünftigen Fahrzeugen etablieren und Anwendungen mit hoher Datenrate unterstützen sowie als Backbone-Netzwerk fungieren, um die verschiedenen funktionellen Sub-Netzwerke miteinander zu verbinden.

LIN unterstützt Datenraten bis zu 20 KBit/s, was zur Steuerung der zahlreichen Karosserie-Elektronik-Anwendungen ausreicht, z.B. für Fensterheber, Spiegel- und Scheinwerferjustierung, Sitz-Positionierung sowie andere Motoren, Pumpen und Lüfter. LIN unterstützt einfachen Befehls- und Quittierungs-Datenverkehr. Intelligente Subsysteme wie Mechatronik-Module sind dabei für die Erzeugung der erforderlichen Motorstromformen verantwortlich.

Der CAN-Standard (ISO11898) bietet eine höhere maximale Datenrate mit 1 MBit/s und verbindet Systeme, die einen größeren Datenaustausch erfordern wie Motormanagement-Systeme, Getriebesteuerungen und Fahrwerksstabilitätssysteme. Fehlertolerantes oder langsameres CAN wurde ebenfalls entwickelt, um eine Kommunikation auch bei einem Verdrahtungsfehler mit einer maximalen Datenrate von 125 KBit/s zu ermöglichen. Highspeed- und fehlertolerante Knoten können nicht an das gleiche Netzwerk angeschlossen werden.

FlexRay für Antriebsstrang- und Chassis-Anwendungen

FlexRay zielt auch auf Antriebsstrang- und Chassis-Anwendungen und wurde ab 2006 serienmäßig in Fahrzeuge verbaut. Der Standard bietet eine höhere maximale Datenrate von 10 MBit/s und wird für Systeme verwendet, die früher mehr als einen CAN-Bus zum Austausch von Datenraten >1 MBit/s verwendet haben. Darüber hinaus sorgen deterministische und fehlertolerante Funktionen dafür, dass FlexRay auch für Sicherheitsanwendungen wie x-by-wire-Systeme geeignet ist. Mit garantierten Zykluszeiten werden auch Echtzeit-Anforderungen erfüllt, z.B. bei verteilten Steuerungssystemen.

Fahrzeug-Netzwerke ermöglichen somit eine leichtgewichtige und zuverlässige Datenanbindung, damit die Automobilindustrie den Elektronikanteil in Fahrzeugen weiter erhöhen kann, um das Angebot für Käufer attraktiver, komfortabler, sicherer und umweltfreundlicher zu gestalten. Da aber immer mehr Module verbaut werden, einschließlich empfindlicher und sicherheitskritischer Systeme, müssen die entsprechenden Herausforderungen bezüglich elektromagnetischer Störungen, ESD-Schutz und Kosten bewältigt werden.

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CAN, LIN, Flexray, MOST,... Ich frage mich, ob Autos nicht wesentlich günstiger sein könnten, wenn...  lesen
posted am 18.05.2013 um 16:50 von Olaf Barheine


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