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Digitale Signalverarbeitung DSPs sorgen für Fahrkomfort und Sicherheit im Kfz

Autor / Redakteur: Peter Kolberg* / Holger Heller

Moderne Automotive-Systeme kommen nicht mehr ohne digitale Signalverarbeitung aus. Welche Rolle DSPs mittlerweile bei der Entwicklung neuer Leistungsmerkmale rund um das Auto spielen, zeigt der folgende Technologieüberblick von Analog Devices.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Analog Devices (ADI) hat als Hersteller von Airbag-Sensoren auf MEMS-Basis bis heute über 250 Mio. iMEMS-Sensoren (integrated Micro Electro Mechanical Systems) an Automobilhersteller geliefert. Die Sensoren werden in über 160 Fahrzeugplattformen eingesetzt. Mit einer Zuverlässigkeit von 1 FIT und einer Lieferpünktlichkeit von 99,5% genießt das Unternehmen einen guten Ruf als Zulieferer der Automobilindustrie. Zu den weiteren sicherheitsrelevanten Lösungen gehören komplett integrierte Drehratensensoren auf MEMS-Basis (Gyroskope) für Anwendungen wie „Rollover Detection“ und dynamische Fahrzeugsteuerungssysteme.

Intelligentes Batteriemanagement

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Experten gehen davon aus, dass der wertmäßige Anteil von Elektronikkomponenten und Subsystemen in einem Mittelklassefahrzeug bis zum Jahr 2010 auf 40% steigen wird. Aus diesem Grund ist mit einem hohen Bedarf an optimierten Lösungen für das Batteriemanagement zu rechnen. Bereits heute sind 60% aller Ausfälle oder Fehlfunktionen der Fahrzeugelektronik auf beschädigte oder entladene Batterien zurückzuführen. ADI entwickelte deshalb eine Bausteinfamilie, mit der sich der Ladezustand von Fahrzeugbatterien überwachen und die Leistung intelligent an die angeschlossenen Systeme verteilen lässt. Auf diese Art lassen sich die Entladung oder der Ausfall der Fahrzeugbatterie verhindern.

So hat ADI hat mit Hilfe seiner analogen Präzisions-Mikrocontrollertechnologie die Bauteilefamilie ADuC703x entwickelt. Dabei handelt es sich um Single-Chip-Lösungen, mit denen sich der Ladezustand sowie der Allgemeinzustand der Fahrzeugbatterie überwachen und mögliche Ausfälle vermeiden lassen. Die Signalkonditionierer der Familie ADuC703x sorgen dafür, dass die Fahrzeugbatterie überwacht, angeschlossene Verbraucher intelligent versorgt und wichtige Fahrzeugfunktionen wie etwa das Anlassen des Motors entsprechend ihrer Priorität gesteuert werden.

Sensorsignale verarbeiten

Temperatursensoren, lineare und digitale Halleffektsensoren und Sensoren mit hoher Gleichtaktspannung verbessern HVAC-Systeme, ermitteln die Radgeschwindigkeit und erfassen Kraftstoff- und Ölfüllstände. Digital programmierbare Schaltkreise zur Aufbereitung von Sensorsignalen sind kleine, genaue Lösungen für EGR, MAP, Turbo-Charger und Zylinderanwendungen. LED-Treiber/Überwachungs-Lösungen, die mit einer konstanten Spannung arbeiten, verbessern die Leistung von LED-Heckbeleuchtungen und sorgen so für mehr Sicherheit bei geringeren Systemkosten. ADIs Datenwandler, Verstärker, Spannungsregler, Stromsensoren und Schalter eignen sich für eine Vielzahl von Body- und Chassis-Anwendungen. Zu den Maßnahmen, die Automotive-OEMs und Systemlieferanten unterstützen, zählen Account Manager und Anwendungsunterstützung, ISO- und QS-Zertifizierungen, JIT Warehousing-Programme, Zero Defects on Delivery, hohe Zuverlässigkeit und lange Lebenszyklen.

Passive Sicherheitssysteme

Analog Devices hat ein Embedded-System zur Erkennung von Verkehrsschildern als Prototyp entwickelt. Mit dem System lassen sich Verkehrsschilder auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs darstellen und so die Verkehrssicherheit verbessern. Mit dem Blackfin-Prozessor als zentralem Element lassen sich individuelle Sensoren direkt an das System anschließen. Dank der Softwareprogrammierbarkeit des Blackfins lassen sich damit zahlreiche Funktionen zur Fahrerhilfe entwickeln.

Dazu zählen Spurhalteassistenz (Lane Departure Warning), Nachtsicht, Erkennung des toten Winkels (Blindspot Detection), Erkennung von Verkehrsschildern und Fußgängern, Einparkhilfe und Fahrerassistenz (Adaptive Cruise Control). Ausgestattet mit einer leistungsfähigen Software zur Erkennung von Objekten und hochauflösenden Displays für den Fahrer, erfasst das CMOS-basierte Kamerasystem Verkehrsschilder und zeigt diese auf dem Armaturenbrett an. Autofahrer können sich somit noch besser auf den Straßenverkehr konzentrieren.

DSPs für Telematik und Infotainment

Die Blackfin-Telematik-Plattform für Fahrzeuge ist ein Beispiel, das zeigt, wie Highend-Optionen für Mainstream-Anwendungen erschwinglich werden. Durch die Integration eines leistungsfähigen Prozessors mit zugehöriger Software und in einer offenen Umgebung lassen sich die Systemabmessungen reduzieren, Kosten senken und die Entwicklungszeit verkürzen. Die Plattform eignet sich für Funktionen wie GPS sowie zum Anschluss von Displays für das Armaturenbrett, Heck-Kameras und Freisprech-Mobilkommunikationssysteme.

Zahlreiche Fahrzeugplattformen enthalten Audiosysteme mit Prozessoren aus der SHARC-Familie von ADI, die sich an alle beliebten digitalen Audioformate anpassen lassen. Die digitalen Audioprozessoren der SigmaDSP-Familie lassen sich an Kundenwünsche anpassen und ohne Programmierung optimieren. Mit audiotauglichen D/A-Wandlern und Klasse-D-Verstärkern lässt sich der Klanggenuss in Fahrzeugen optimieren. Präzisionsverstärker für Stromsensoren kommen in Verbindung mit vielen Fahrzeugfunktionen zum Einsatz. Bei Automatikgetrieben ermöglichen sie einen höheren Wirkungsgrad und ein sanfteres Schalten. In Diesel-Einspritzsystemen senken sie den Schadstoffausstoß und verbessern das Verhalten elektronischer Lenksysteme.

Mit ADIs Blackfin konnte Sonarics ein Digital-Audio-Broadcasting-(DAB-)Digitalradio entwickeln, das zahlreiche Zusatzfunktionen enthält. Dazu gehören MP3- und WMA-Funktionen zum Abspielen und Aufzeichnen von Musik auf Speicherkarten und CDs, Klangverarbeitung sowie der Empfang digitaler UKW-Radiosendungen. Die Einchip-Lösung ist auf den Massenmarkt optimiert. Bei dem Receiver mit dem Namen ClearSignal handelt es sich um ein „Soft Radio“, in dem ein Blackfin für den digitalen Radioempfang sowie für das Abspielen von digitalen Audiodateien zuständig ist. Die Anpassung des Systems an Kundenwünsche erfolgt über Modifikationen der Software.

Analog Devices und Lectronix haben gemeinsam das Multimedia Device Interface mit dem Namen Mobile Media Dock (MMD) entwickelt, das sich einfach mit Consumergeräten in Fahrzeugen verbinden lässt. Das System nutzt die Flexibilität des Blackfin-Prozessors sowie die Leistungsfähigkeit des Echtzeit-Betriebssystems Nucleus PLUS von Mentor Graphics voll aus und ermöglicht die Aktualisierung von Consumerprodukten, damit sie die in der Automobilindustrie üblichen langen Lebenszyklen erreichen. Das Multimedia Device Interface verarbeitet Embedded-Audio-, Video- und Kommunikationsprotokolle und verfügt über eine einheitliche Schnittstelle, die unabhängig von der Multimediaquelle genutzt werden kann. Das MMD unterstützt u.a. folgende Schnittstellen: CAN, RS-232, USB, SD-Media, Analog-Audio-Ein-/Ausgang, Mikrofon-Eingang, NTSC-Video-Ein-/Ausgang und Bluetooth.

Analog Devices, Tel. +49(0)89 769030

*Peter Kolberg ist Technical Director European Sales bei Analog Devices in München.

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