Elektromobilität

Die Mobilität der Zukunft braucht leistungsfähige Halbleiter

| Autor / Redakteur: Cherif Assad * / Thomas Kuther

Ohne Elektromobile lassen sich die für 2020 geplanten Emissionsstandards keineswegs einhalten. Welche Auswirkungen das wiederum auf die Halbleiterindustrie hat, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Ende des 19. Jahrhunderts bereitete die Automobilindustrie den Weg für eine Revolution im Transportwesen, mit Pionieren wie Karl Benz für den Benzinmotor oder Henry Ford, der mit seinem T-Modell (dem ersten für die amerikanische Mittelklasse erschwinglichen Wagen) heute noch für Unternehmergeist steht.

Computergesteuertes Motormanagement senkt den Benzinverbrauch

Aber es dauerte bis in die 1980er Jahre, bis nach der ersten und zweiten Ölkrise moderne Autos vorgestellt wurden, die dank computergesteuerten Motormanagementsystemen den Benzinverbrauch senken und mehr Motorleistung anbieten konnten. Nur einige wenige Technikgenerationen später unterliegt das Auto einem dramatischen Wandel, der einerseits dem Elektronikanteil und andererseits einem völlig neuen Stellenwert in Bezug auf sozialen Status und Umwelt geschuldet ist.

Die Weichen für die Mobilität der Zukunft sind gestellt

Die Automobilindustrie sieht sich heute mit enormen Herausforderungen konfrontiert. Sie steht vor einer (R)Evolution ihrer Rohstoffkette. So wird die Energiezufuhr künftig nicht mehr auf einer einzigen – fossilen – Quelle, sondern auf mehreren Quellen basieren und die Zeiten billiger Energie sind nach Aussagen internationaler Energiefachleute endgültig vorbei.

Die Welt kann die derzeitigen Emissionen auf Dauer nicht mehr verkraften. Regionale Arbeitskreise und die Gesetzgebung wirken auf eine Reduzierung der Umweltverschmutzung hin. Auch die Gewohnheiten der Kunden ändern sich. Die Bevölkerung konzentriert sich in Mega-Cities und für die jüngere Generation ist es weniger attraktiv, ein Auto zu besitzen.

Mikroelektronik spielt auch weiterhin eine Schlüsselrolle

Auch wenn man in Zukunft revolutionäre Batterietechnologien erwarten darf, so wird doch die Mikroelektronik auch weiterhin eine Schlüsselrolle bei der Beherrschung der technischen Herausforderungen spielen - wie schon seit mehreren Jahrzehnten. Neue Marktteilnehmer sind dabei, eine neue Infrastruktur parallel zum Verbrennungsmotor ins Leben zu rufen (Ladestationen, externe Kommunikation, Energieversorgung, Parkkonzepte, Car-Sharing). Was die Auswirkungen betrifft, so gibt es unterschiedliche Szenarien: optimistisch, verhalten und unwahrscheinlich. Aber auf jeden Fall steht den Ingenieuren eine Ära der Innovation bevor, in der die Automobile der Zukunft neu definiert werden.

Immer komplexere Autos stellen hohe Anforderungen

Freescale ist eng mit der Automobilindustrie vernetzt und verfügt damit über eine ideale Ausgangsposition, entsprechende elektronische Komponenten für den jeweiligen Innovationsschubs zu entwickeln. Die Autos werden immer komplexer und setzen eine anspruchsvolle Kombination aus Leistungsstärke, Qualität, Logistik und Kosten voraus, wie sie in der Industrie wohl einmalig ist.

Mikrocontroller werden immer komplexere Rechenkünstler

Im Gegensatz zu früheren Generationen bestehen die Anforderungen nicht nur darin, mit höheren Frequenzen mehr Rechenleistung, einen neuen Funktionsumfang, mehr Speicher oder Möglichkeiten zur Kostensenkung zu eröffnen. Natürlich bleibt all dies ein Muss, aber daneben tauchen neue, wichtige Gesichtspunkte auf.

So wandeln sich Mikrocontroller zu komplexen Rechenkünstlern. Die 32-Bit-Architektur wird in allen wichtigen Bereichen zum Standard. Multi-Core-Prozessorkonzepte sorgen für eine Steigerung des Leistungsdurchsatzes um den Faktor 5 auf bis zu 1500 Dhrystone-MIPS. Gleichzeitig muss die richtige Balance zwischen höherer Frequenz und akzeptablen Verlustleistungswerten gefunden werden und auch die Minimierung elektromagnetischer Störungen (EMI) spielt eine wichtige Rolle.

Multi-Core-Mikrocontroller ermöglichen unterschiedliche Betriebsarten

Um die elektronischen Steuergeräte nicht zu sehr aufzublähen, wird die Architektur der Autoelektrik/-elektronik komplett umgekrempelt. Auf Mikrocontrollern mit mehreren Rechenkernen (Multi-Core) basierende Konzepte ermöglichen unterschiedliche Betriebsarten - je nach Anspruch der jeweiligen Applikation. In einem Hybridfahrzeug (HEV) könnten solche Mikrocontroller die Steuerung der Einspritzabläufe für den Verbrennungsmotor, die Ansteuerung des Inverters für den Elektromotor oder das Energiemanagement übernehmen.

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