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4/2011
B 61060 · Oktober 2011 · www.automobil-elektronik.de ·
Das Automotive-Magazin von all-electronics
Elektromechanik
Eindämmung der Variantenvielfalt
durch Standardisierung von
Hochvolt-Leitungen Seite 36
Halbleiter
Frei programmierbares Kombiinstrument für ein neues Bedienkonzept im Nutzfahrzeug Seite 44
Mit Autosar zum Erfolg
Interview mit Joachim Langenwalter,
Director AND bei Mentor Graphics
15
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50 Tag g: s
Messen/Testen
Mess- und Automatisierungssystem
für alle Bereiche der Fahrzeug- und
Komponentenentwicklung Seite 24
Erstklassige Performance für Elektro- und
Hybridfahrzeuge
Die Mikrocontroller der Infineon 32-Bit-AUDO MAX-Familie basieren auf unserer preisgekrönten TriCore™Architektur und bieten alle Vorteile der erweiterten 90-nm-Technologie. Mit bis zu 300MHz setzen sie auf dem
Automotive-Markt neue Maßstäbe in puncto Performance. Die Bausteine verfügen über eine umfangreiche
Peripherie und eignen sich damit ideal für Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge. Mit ihrer SIL (Safety Integrity Level)Funktion erfüllt die AUDO MAX-Familie die steigenden Anforderungen an die Daten- und Betriebssicherheit.
Zu den weiteren Highlights der Mikrocontroller-Familie zählen die komplexen Steueralgorithmen, die bis zu vier
Elektromotoren im FOC (feldorientierte Regelung)-Modus bedienen können. Die gesamte Familie ist außerdem
mit eingebettetem FlexRay für schnellere Datenraten ausgestattet.
LQFP-144
LQFP-176
4MB
TC1782
180MHz
2.5MB
1.5MB
TC1724
80MHz
LFBGA-292
LBGA-416
LFBGA-516
TC1791
240MHz
TC1793
270MHz
TC1798
300MHz
TC1784
180MHz
TC1728
133MHz
Mögliche Einsatzfelder:
DC/DC-Wandler
� Hochspannungsversorgung
für Elektromotoren
Batteriemanagement
� Lade-/Entladeüberwachung bei
Akkuzellen/-sätzen (aktiver Ausgleich)
Elektromotorenantriebe
� z. B. 3-Phasen-PMSM
(Permanent Magnet Stator Motor)
Integrierte Steuerungen in Hybridfahrzeugen
� Drehmomentsteuerung und Kommunikation
� 3-Phasen-Steuerung für max. 4 Elektromotoren
Steuerungen in Hybridfahrzeugen
� Drehmomentsteuerung und
Kommunikation
Hinweis: Bei den Angaben zu Frequenzen und Flash-Größen handelt es sich um Maximalwerte. Kundenspezifische Varianten mit geringeren Werten sind möglich.
Weitere Informationen zu AUDO MAX finden Sie hier: [ www.infineon.com/audomax ]
Editorial
NI DIAdem
Euphorie
und Ernüchterung
N
ach der schweren Krise hat sich unsere Branche bestens erholt, und
die deutschen OEMs kommen derzeit vor allem bei den PremiumFahrzeugen mit der Produktion kaum noch nach, weil die Käufer in
China, Indien etc. die (Marken-)Qualität deutscher Fahrzeuge zu
schätzen wissen. Die vollen Auftragsbücher sorgten auch bei den IAA-Auftritten für ein hohes Selbstbewusstsein. VDA-Präsident Matthias Wissmann betonte bei der offiziellen Eröffnung der IAA 2011: „2011 wird ein Autojahr“
(bezogen auf die Stückzahlen). Mit
über 1000 Ausstellern, 183 Weltpremieren bei den Fahrzeugen und stattlichen
928.000 Besuchern, das entspricht einem Plus von 10% gegenüber 2009,
kann sich diese IAA wirklich sehen
lassen.
In seiner Eröffnungsrede vermeldete Wissmann dann auch: „Wir spüren
hier auf dieser IAA, dass wir in einen
neue Epoche gehen.“ Bei den zahlreich
ausgestellten seriennahen Elektrofahrzeugen und EV-Konzeptstudien dürfAlfred Vollmer,
ten viele Endanwender eine ähnliche
Redakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
Schlussfolgerung ziehen.
Die Ernüchterung kommt dann allerdings bei den Preisanfragen, so dass es
trotz positiver Grundstimmung sicherlich auf absehbare Zeit in Deutschland
keinen Elektrofahrzeug-Boom geben wird. Gleichzeitig sehen viele OEMs durchaus auch mit Sorge auf ihre derzeit boomenden Absatzmärkte, die BRICT-Staaten
(Brasilien, Russland, Indien, China, Türkei). Ein sehr hochrangiger Mitarbeiter eines deutschen Automobilherstellers brachte die Befürchtungen auf den
Punkt: „Der Kampf um China wird mörderisch im Volumensegment.“
E-Fahrzeuge bleiben wohl noch geraume Zeit ein Nischenprodukt, aber
die Übergangslösungen auf dem Weg zum reinen EV dürften uns auf den
nächsten IAAs hochinteressante Lösungen bescheren, die nicht nur praxisund zielgruppenrelevanter als reine E-Fahrzeuge sein werden, sondern auch
erheblich erschwinglicher.
Ich persönlich glaube, dass sich mit Plug-In-Hybriden und Range-Extendern in Form von Benzin/Diesel-Generatoren oder Brennstoffzellen
langfristig auch im Premium-Segment sehr viel erreichen lässt, denn im
kleineren Ortsverkehr und auf einem großen Teil der meisten Arbeitswege
könnten derartige Autos dann ja bereits elektrisch fahren – hoffentlich mit
Ökostrom.
Von Fahrzeugdaten zum
technischen Wissen mit
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©2011 National Instruments. Alle Rechte vorbehalten. CompactRIO,
LabVIEW, National Instruments, NI und ni.com sind Warenzeichen von National
Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Marken oder
Handelsbezeichnungen der jeweiligen Unternehmen.
Druckfehler, Irrtümer und Änderungen vorbehalten.
www.automobil-elektronik.de
Inhalt
Oktober 2011
Coverstory
16
Mentor Graphics sieht sich als größter ECAD-Anbieter
für die Automobilbranche. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
sprach mit Joachim Langenwalter, Director AND, über die
Autosar-Aktivitäten, Strategien, die besondere Bedeutung einer durchgängigen Toolkette und vieles mehr.
24 Mess- und Automatisierungssystem
In Baden-Baden präsentiert Softing erstmals das SMT
(Softing MessTechnik) genannte, mobile und stationäre Messsystem mit modularem Aufbau. AUTOMOBILELEKTRONIK beschreibt den Aufbau dieses neuen
Systems.
Märkte + Technologien
Messen/Testen - Tools
Bauelemente
06 ZVEI-Standpunkt
24 Mess- und Automatisierungssystem
40 Mehrphasen-Boost-Controller
Weißbuch „Voreilende Kontakte in der
Automobilindustrie“
08 Bericht von der IAA 2011
Zulieferer auf der IAA
13 News und Meldungen
Aktuelles aus der Branche: Namen,
Veranstaltungen, Nachrichten
Coverstory
16Mit Autosar zum Erfolg
Interview mit Joachim Langenwalter,
Director AND bei Mentor Graphics
Bussysteme
20 Visualisierung von Busdaten
Fehleranalyse im Forschungsprojekt
AutobahnVis
Für alle Bereiche der Fahrzeug- und
Komponentenentwicklung
27 Mehr kW und GHz
Verstärker für EMV-Tests im Automotive-Bereich
28 Testautomatisierung
mit Open-Source
Rollenbasiertes verteiltes Testen
von Embedded-Systemen
30 Hochspannung garantiert
HiL-Test von Batteriemanagementsystemen (BMS)
32 Protronic für die E-Mobilität
Etabliertes Entwicklungswerkzeug
im doppelten Praxistest
34 Vibrationsmessung in Prüfständen
Hardware und Praxis-Tipps, um
Messfehler zu vermeiden
…senken den Kraftstoff-Verbrauch in
Mikro-Hybriden
44 Ein komplett neues
Bedienkonzept?
Frei programmierbares Kombiinstrument im Nutzfahrzeug
46 Neue Produkte
48 MLCCs für raue Umgebungen
Keramik-Vielschichtkondensatoren mit
elastischen Anschlüssen
Automobil-ElektronikKongress Ludwigsburg
50 Der zweite Tag: Fokus auf Connected Drive und Fahrerassistenz
56 Networking in Ludwigsburg
Eindrücke von der Ausstellung und der
Abendveranstaltung
58 Neue Produkte
Elektromechanik
36 Eindämmung der Variantenvielfalt
Leserservice infoDIREKT:
Zusätzliche Informationen zu einem Thema erhalten
Sie über die infoDIREKT-Kennziffer. So funktioniert’s:
•www.automobil-elektronik.de aufrufen
•Im Suchfeld Kennziffer eingeben, suchen
4
Automobil Elektronik 04/2011
Standardisierung von HV-Leitungen für
Hybrid- und E-Fahrzeuge
39Neue Produkte
Rubriken
03 Editorial
Euphorie und Ernüchterung
59 Impressum
59 Verzeichnisse
Inhalt
Oktober 2011
Vollgas mit EDIC!
Die EDIC®-Familie mit D-PDU API –
der schnelle und einfach zu benutzende
Zugang zum Fahrzeug.
von HV-Leitungen
36 Standardisierung
für Hybrid- und E-Fahrzeuge
Die technologische Entwicklung bei der Elektrifizierung des
Antriebsstrangs schreitet derart schnell voran, dass eine Eindämmung der Variantenvielfalt dringend erforderlich ist.
Egal ob in Entwicklung, Produktion und After
Sales, die EDIC® Hardware Interfaces ermöglichen
Ihnen jederzeit eine zuverlässige Kommunikation
mit ihren Steuergeräten. Entdecken auch Sie die
Flexibilität mit der D-PDU API durch eine einfach
zu bedienende Anwenderschnittstelle. Gerade bei
Diagnose, Programmierung und allen anderen
Kommunikationsanwendungen.
44 Ein komplett neues Bedienkonzept?
Ein neues Anzeigekonzept spart Platz im Armaturenbrett und
sorgt dafür, dass der Fahrer stets alle wesentlichen Anzeigen im
Blick hat. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK stellt dieses frei programmierbare Kombiinstrument vor, das für den Einsatz in Nutzfahrzeugen geeignet ist.
Ihr Vorsprung mit EDIC:
• Garantiert mit passender PC Verbindung –
USB, Bluetooth, WLAN, PCI, PCMCIA
• Viele standardisierte und spezifische
Protokolle verfügbar
• Für K-Line, CAN, FlexRay (LIN und MOST
sind natürlich möglich)
• Schon mit D-PDU API (ISO22900)
auf Connected Drive
50 Fokus
und Fahrerassistenz
Gleich informieren!
Tel.: 089/456 56 420, www.softing.com
Zum mittlerweile 15. Internationalen Fachkongress „Fortschritte
in der Automobil-Elektronik“ waren 450 Konferenzteilnehmer
nach Ludwigsburg gereist. Während der erste Vortragstag ausschließlich dem Thema Elektromobilität gewidmet war, lag der
Fokus des zweiten Tages auf den Themen Connected Drive und
Fahrerassistenz.
Automotive Electronics GmbH
ZVEI-Standpunkt
Weißbuch „Voreilende
Kontakte in der
Automobilindustrie“
Der Physiker Christoph Thienel arbeitet im
Geschäftsbereich Automotive Electronics der
Robert Bosch GmbH an der Vermeidung der
elektrischen Überlastung von Halbleitern.
E
lectrical Overstress (EOS) ist heute eine der noch am weliegt vor in Deutsch, Englisch, Französisch und Chinesisch. Dort
nigsten verstandenen Ausfallursachen von Halbleitern in
sind in leicht lesbarer Form Hintergründe und denkbare Lösungsder Automobilelektronik. Gleichzeitig ist EOS recht häufig
möglichkeiten zur Einführung voreilender Kontakte in der
und kann nur sehr begrenzt aufgeklärt werden. „Overstress“
12-V/24-V-Automobilwelt zusammengestellt. Der Leitgedanke im
bedeutet Betrieb des Halbleiters außerhalb der Spezifikation.
AK war, für Interessierte eine schnell überschaubare InformationsUmfangreiche Untersuchungen in unserem Hause zeigen, dass es
quelle zur Orientierung zu schaffen. In diesem Sinne will es auch
dabei nicht zwangsläufig zur Zerstörung des Halbleiters kommt.
keine Sammlung von Lösungsrezepten sein.
Die eingebaute Robustheit über den Spezifikationsbereich hinaus
Stattdessen beschreiben wir ganz allgemein typische Hot-Plugschützt sehr häufig vor Schädigung.
ging-Situationen aus dem Alltag der Automobilhersteller und
In der genannten Untersuchung haben wir aber auch SteckWerkstätten. Danach zeigen wir anhand der Ausfallbeispiele einiger
vorgänge unter Spannung als häufige Ursache für Ausfälle kennender beteiligten 25 namhaften Automobilzulieferer den Zusammengelernt („Hot Plugging“). Diese Situation liegt systematisch im
hang zwischen dem Steckvorgang mit zu spät geschlossenem
Automobil vor, selbst wenn die Zündung abgeschaltet wird und danach eine Verbindung geöffnet
oder hergestellt wird. Viele Komponenten im FahrDer ZVEI-Arbeitskreis „First Mate – Last Break: Voreilende
zeug erhalten auch bei Zündung AUS direkt von der
Kontakte in der Automobilindustrie“ hat seine Ergebnisse in
Batterie Energie, und es ist in der Regel unklar, ob
einem Weißbuch zusammengefasst, das unter
die zu öffnende Steckverbindung schon spannungswww.zvei.org/first-mate-last-break zum Download bereit steht.
frei ist. Unsymmetrien im Steckvorgang (Stecker
muss bewegt werden) lassen häufig den Massekontakt vor den anderen öffnen beziehungsweise als letzten
beziehungsweise zu früh geöffnetem Massekontakt und dem AusKontakt schließen.
fall elektrischer Komponenten.
Hier ist es erforderlich, einen wirksamen Massepotenzialbezug herEs schließen sich Abhilfemaßnahmen mit großzügigem Bildzustellen, damit die durch den „heißen“ Steckvorgang geschalteten
material an, das heute bereits innerhalb und außerhalb der AutoEnergien definiert auf Sollpfaden geführt werden. Andernfalls nutmobilindustrie umgesetzte voreilende Massekontakte – auch
zen sie dafür nicht vorgesehene Alternativpfade und können diese
Umsetzungen durch asiatische Automobilhersteller – zeigt.
überlasten. Diese Philosophie des Elektronikschutzes ist beispielsZur häufig gestellten Frage nach elektrischen Alternativen durch
weise im Bus-Stecker für die On Board Diagnose II seit längerem
Schutzbeschaltungen in den Steuergeräten nehmen wir Stellung,
durch zwei voreilende Massekontakte sicher und hilfreich umgegenauso wie zum Vorschlag, EOS durch bessere Vorsorge vor
setzt (siehe ISO 15031-3). Die aktuell immer mehr aufkommenden
Schäden durch statische Entladung (ESD) zu vermeiden. Beides
Automobil-Applikationen jenseits von 12V/24V haben dazu in der
funktioniert nicht.
Regel gesetzlich vorgeschriebene Zwangskontaktierungen in Form
In der Folge skizzieren wir ein Einführungsszenario für die
von Steckvorrichtungen. Diese dienen in erster Linie dem PersoAutomobilindustrie und stellen eine plausible Betrachtung zur
nenschutz, basieren aber auf derselben elektrotechnischen ÜberleKostenersparnis bei Einführung voreilender Kontakte an.
gung.
Der Wunsch aller beteiligter Firmen ist es, mit der erstellten UnterIm ZVEI-Arbeitskreis „First Mate – Last Break: Voreilende Konlage zu weiteren konstruktiven Diskussionen beizutragen und so
takte in der Automobilindustrie“ wurde dieses Thema behandelt
die langwierige Umsetzung dieser sehr hilfreichen Maßnahme in
und die Ergebnisse dazu in einem Weißbuch zusammengefasst. Es
der Automobilwelt zu beschleunigen. (av)
■
6
AUTOMOBIL ELEKTRONIK 04/2011
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IAA 2011
IAA-Trend 2011:
Grüner, sicherer, komfortabler
Zulieferer auf der IAA: Elektromobilität, Fahrerassistenz und Infotainment
Fotos: Alfred Vollmer
Für den Endverbraucher war sicherlich neben den üblichen PS-Boliden und den Pkw-Neuvorstellungen die
Elektromobilität das Hauptthema der IAA 2011. Auch die Zulieferer zeigten diverse Lösungen für E-Fahrzeuge,
aber aufmerksame (Fach-)Besucher konnten zusätzlich auch viel Neues in den Bereichen Fahrerassistenz und
Infotainment entdecken. Autor: Alfred Vollmer
Bild 2: Viele Elektrofahrzeuge waren echte „Hingucker“ –
und zwar bei weitem nicht nur in der Daimler-Halle.
Bild 1: Nachdem Bundeskanzlerin Merkel die IAA eröffnet
hatte, besichtigte sie unter anderem den Opel Ampera und
informierte sich über dessen deutsche Inhalte. Der Aufforderung, sich in den City-Flitzer „RAK e“ zu setzen, kam sie
zwar nicht nach, aber es gefiel ihr sichtlich, dass Hessens
Ministerpräsident Volker Bouffier darin Platz nahm.
W
ie bereits in den Vorjahren
brachte die Rede von Franz Fehrenbach,
Vorsitzender
der
Bosch-Geschäftsführung,
auf
der Bosch-Pressekonferenz auch in diesem
Jahr wieder die wesentlichen Fachthemen
auf den Punkt. So sieht er erstens „klar eine
weitere Verschiebung der Automobilproduktion in die aufstrebenden Länder Asiens“,
wobei der automobile Nachholbedarf in diesen Ländern „zunächst vor allem mit kleinen
und kostengünstigen Fahrzeugen gedeckt“
werde, und damit lege „die weltweite Produktion von Light Vehicles im Laufe der Dekade
nach ihrem Wert weniger zu als nach Stückzahlen“. Als dritten Punkt sieht Fehrenbach
ein Ansteigen der technischen Ansprüche:
„Auch kleine und kostengünstige Fahrzeuge
müssen sicher, sauber und sparsam sein …
Wir setzen alles daran, den Unfall- und Umweltschutz erschwinglich zu machen.“ Allerdings sei eine Weiterentwicklung der Technik
nur ein Aspekt: „Zugleich müssen wir uns
auf technische Umbrüche einstellen – sei es
mit dem Weg von der Fahrerassistenz zum
8
autonomen Fahren, sei es mit dem Übergang zur
Elektromobilität“, führt Fehrenbach weiter aus. „In
diesem Spagat liegt die vierte und größte Herausforderung für die Automobilindustrie, und damit
auch für Bosch.“
Gute Chancen räumt Bosch beispielsweise dem
Plug-in-Hybrid ein mit einer Batterie, die sich einfach an der Steckdose aufladen lässt und für alltägliche Stadtfahrten reicht. Das Unternehmen sieht
sich in der Lage, den Verbrauch von Diesel- und
Benzinmotoren „mit einer Reihe technischer Maßnahmen nochmals um ein Drittel (zu) senken“.
Franz Fehrenbach weiter: „Was ökologisch sinnvoll
ist, nützt uns bei Bosch auch ökonomisch.“
Außerdem habe Bosch beispielsweise die Systemkosten seiner Radarsensoren binnen drei Jahren
halbiert. „Die Entwicklung geht weiter – in den
kommenden Jahrzehnten hin zum unfallfreien, ja
zum autonomen Fahren“, erklärt Fehrenbach. „Dies
wird sich zunächst in überschaubaren Situationen
durchsetzen, etwa mit der automatischen Längsund Querführung des Fahrzeugs bei Stop-and-go.
Solche Anwendungen werden wir stufenweise ausbauen – für höhere Fahrgeschwindigkeiten oder
auch komplexere Situationen.“ Entscheidend dafür
IAA 2011
der Fahrzeugzugang sowie die –personalisierung per NFC-Techsei es, die Systeme der Fahrerassistenz zu erweitern: „Der Weg zum
nologie (NFC: Near Field Communication) erfolgt.
autonomen Fahren ist dem Übergang zur Elektromobilität beinahe
Die Elektromobilität kategorisiert der Continental-CEO als
vergleichbar – ein Thema, für das wir gut 800 Entwickler beschäf„Spezialtrend“. Dabei wies er darauf hin, dass sein Unternehmen
tigen.“ Schon bis 2013 werde Bosch im Bereich der Elektromobiliüber ein „weltweites Netzwerk aus rund 1600 Spezialisten“ verfügt.
tät über das Unternehmens-Portfolio hinweg „nahezu 20 Projekte
Am Stand von Conti war eine Synchronmaschine zu sehen, deren
bei zwölf Automobilherstellern beliefern“.
Großserienproduktion im September 2011 anlaufen sollte, um da„Klar erkennbar“ ist für Bosch der Trend, die Displayfläche im
mit die Elektrofahrzeugflotte von Renault auszurüsten. Zunächst
Bereich Kombiinstrument zu vergrößern, wobei auch ein Vollsoll die jährliche Produktionskapazität 60000 Motoren pro Jahr beDisplay im Kombiinstrument auf den Markt kommen soll, das
tragen, ab 2012 dann 75000 Stück/a.
ganz auf mechanische Funktionen verzichtet und die Inhalte rein
An seinem Stand zeigte Continental unter anderem ein automoelektronisch situationsabhängig aufbereitet anzeigt. Ab 2015 ertives Head-Up-Display der zweiten Generation. Bosch entwickelt
wartet Bosch dann den Serieneinsatz seiner dreidimensionalen
laut Franz Fehrenbach unter anderem „Head-Up-Displays, die
Anzeigen, wobei Bosch sich offensichtlich noch nicht festgelegt
Navigationspfeile nicht bloß auf die Windschutzscheibe prohat, ob dabei ein Mikrolinsen-Array (MLA) oder eine Barrierjizieren, sondern virtuell auf die Fahrspur legen“. Mit hoher
Maske zum Einsatz kommen soll, die das Unternehmen bereits
Wahrscheinlichkeit
werden
wirUhr
somitSeite
derartige
beim Dual-View-Display im Serieneinsatz
nutzt.
Die
3D-Technik
2_Alternative Power, D+GB.qxd
12.04.2011
9:59
1 Systeme auf der
erzeugt eine Tiefenwirkung, die
sich zum Beispiel für die räumliche Anordnung von Menüstrukturen oder zur Priorisierung von
Anzeigen nutzen lässt.
Continental
Dr. Elmar Degenhart, CEO der
Continental AG berichtete auf
der IAA über den „Megatrend Sicherheit“, wobei Continental im
Rahmen seiner Strategie die
„Vision Zero Accidents“ habe.
Als Highlight zeigte das Unternehmen am Stand eine Stereokamera, die „Hindernisse sicher
erkennen und deren Distanz und
Größe messen“ kann, wodurch
eine neue Generation von Notbremsassistenten möglich werde.
Weitere Megatrends sieht Dr.
Degenhart im Bereich der ressourcenschonenden Technologien, bei
„erschwinglichen Fahrzeugen“ –
früher hätten wir wohl (Ultra)
Low-Cost-Car oder Mini-Car
gesagt – im Preisband 1600 bis
9500 Euro sowie im „Megatrend
Information“, wobei Continental
die „Vision Always On“ fest im
Blick hat. Dr. Degenhart zitierte
in diesem Zusammenhang eine
Studie, die ABI Research im Dezember 2010 veröffentlichte:
Während 2010 nur 10% aller
Fahrzeuge eine fest verbaute Telematik-Einheit enthielten, sollen
es 2016 bereits 60% sein.
Als IAA-Highlight zeigte Continental einen Digitalen Schlüssel, der im Handy abgelegt ist. Es
handelt sich hierbei um eine
„sichere Integration des Autoschlüssels als verschlüsseltes Datenpaket im Mobiltelefon“, wobei
Konzepte und Produkte für Hybrid-,
Elektro- und Brennstoffzellen-Fahrzeuge
Der weltweite Trend zu Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenantrieben
stellt neue Anforderungen an die Energieverteilung in den Fahrzeugen.
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diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden. TE Connectivity unterstützt dabei seine Kunden mit Produkten für die sichere Energieverteilung
in Hochvolt-Bordnetzen mit Spannungen von bis zu 1.000 Volt.
Schraub- und Steckverbindungs-Technologien kommen dabei in den
unterschiedlichen Leistungsklassen zum Einsatz und werden dabei
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TE’s einzige Verpflichtungen sind diejenigen, welche in den Allgemeinen
Geschäftsbedingungen (<http://www.tycoelectronics.com/aboutus/tandc.asp>)
dargelegt sind. TE lehnt ausdrücklich jede Haftung aufgrund stillschweigender
Zusicherungen hinsichtlich der hier enthaltenen Informationen ab.
IAA 2011
Grafik: TRW
Grafik: Bosch
Beide Bilder: Continental
Bild 4/5: Continental zeigte
nicht nur ein Headup-Display
(links oben), sondern auch
eine Stereokamera (rechts
oben), die unter anderem zur
Fußgängererkennung dient.
Bild 6: AC1000 nennt TRW sein neues Nahbereichsradar zur 360-Grad-Sensierung für Funktionen wie Toter-Winkel-Erkennung, Spurwechselassistent,
Kreuzungs- und Parkassistent.
Bild 7: Side Distance Warning von Bosch warnt bei zu engen Fahrmanövern.
Das System auf Ultraschallbasis soll Ende 2012 erstmals im Serieneinsatz
sein.
IAA 2013 in serienreifen Fahrzeugen sehen – und zwar wohl nicht
nur vom Zulieferer Bosch.
Preh
TRW
Als Motto für ihren IAA-Auftritt wählte die TRW Automotive Holdings Corp. den Slogan „Sicherheit steht jedem zu“. John C. Plant,
Chairman, President and CEO von TRW erklärte auf der Messe,
dass TRW sich auf die Fahnen geschrieben hat, “Sicherheit weltweit für alle Autofahrer erschwinglich (zu) machen“. Im Mittelpunkt stehen dabei skalierbare und modulare Technologien für
globale Fahrzeugplattformen, die weltweit leicht an die individuellen Marktanforderungen angepasst werden können.
Zu den neuesten Entwicklungen zählen ein laut TRW kostengünstiges skalierbares Radarkonzept namens AC1000 zur
360-Grad-Sensierung sowie ein modulares integriertes Bremsregelsystem mit vakuumunabhängigem Bremskraftverstärker (Future Brake System – FBS).
„AC1000 bietet dank der Rundumsicht zahlreiche Sicherheitsund Komfortfunktionen wie Spurwechselassistent, Toter-Winkel-Erkennung, Kreuzungsassistent, Seitenaufprallerkennung
sowie Kollisionswarnung bei niedrigen Geschwindigkeiten“, erläuterte John Plant. „Der Sensor kann darüber hinaus auch mit
dem Bremssystem und der elektrischen Lenkung integriert werden, um eine limitierte Notbremsung oder einen Stauassistenten
zu ermöglichen. Fahrzeughersteller können diese Funktionen
dank des skalierbaren Ansatzes je nach Fahrzeugmodell und
Ausstattungsvariante anbieten, beziehungsweise nach und nach
erweitern.“ Dieses System könnte John Plant zufolge im Jahr
2015 in Produktion gehen.
10
Preh zeigte auf der IAA das Konzept einer Mittelkonsole mit einer Black-Panel-Oberfläche der dritten Generation. Unter der
Oberfläche befindet sich ein Bildschirm, der verschiedene Menüs
anzeigt, die ein Nutzer über einen Dreh- und Drückteller mit integriertem Touchpad anwählt: Navigation, Telefon, Multimedia
und Memo-Board. In den Menü-Unterpunkten kann die Funktionsauswahl über das Touchpad erfolgen. Beispielsweise werden
im Menüpunkt „Memo-Board“ im Modus „Schreiben“ alle mit
einem Finger auf das Touchpad geschriebenen Schriftzeichen angezeigt. Darüber hinaus gibt es einen „Zeichnen“-Modus, in dem
der Bildschirm alles anzeigt, was der Finger auf das Touchpad
zeichnet.
In der Mittelkonsole dieses Demonstrators befindet sich auch
ein Klimabediensystem mit drei Drehstellern, bei deren Berühren
ein Pop-up-Menü detaillierte Auswahlmöglichkeiten zur Klimaeinstellung bietet. Zusätzlich integrierte Preh in die Black-PanelOberfläche berührungsempfindliche Flächen mit Tastenfunktion
und akustischem Feedback.
Preh stellte in Frankfurt aber auch Steuergeräte der Typen CSC
(Cell Supervisory Circuit) und BMU (Battery Management Unit)
zur Überwachung von Temperatur und Ladezustand der Akkuzellen sowie für das Batteriemanagement in Hybrid- und Elektrofahrzeugen vor. Dabei übernimmt die BMU auch das passive CellBalancing, das Ladungsunterschiede der Batteriezellen ausgleicht,
da bekanntlich die gleichmäßige Ladung und Entladung von
Batterien deren Lebensdauer verlängert. Im Marktsegment des
Batteriemanagements für E-Fahrzeuge erhielt Preh bereits einen
ersten Serienauftrag.
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Fotos: Alfred Vollmer
IAA 2011
Bild 8: John C. Plant, CEO
von TRW, will “Sicherheit
weltweit für alle Autofahrer
erschwinglich machen“.
Bild 9: Kim Metcalf-Kupres, VP bei Johnson Controls
Power Solutions: „Die Anzahl der Start-Stopp-Systeme
wird von 3,5 Millionen in 2011 auf 35 Millionen in 2015
ansteigen.“
Viele andere Zulieferer
Vor den IAA-Hallen wehten Fahnen, auf die Renault „100% elektrisch wird jetzt 100% alltäglich“ schreiben ließ. Auch die anderen
großen OEMs versuchten ganz klar, den Eindruck zu vermitteln,
dass die Elektromobiliät ein Teil des Alltags wird. Viele Zulieferer
stellten auch entsprechende Lösungen für diesen Bereich aus, zumal es sogar eine eigene Halle zu diesem Thema gab. So war der
automobile Wiedereinsteiger Siemens mit seinen Elektromotoren
vertreten (siehe auch Seite 14), und Brose erläuterte Details über
die Motorenkooperation mit SEW Eurodrive.
Brose-SEW stellte darüber hinaus ein induktives Ladesystem für
E-Fahrzeuge vor, bei dem die Energie über eine Distanz von bis zu
20 Zentimetern zwischen einer auf dem Boden liegenden Platte
und der Fahrzeugunterseite durch ein magnetisches Feld erfolgt.
Bei Annäherung an die Bodenplatte aktiviert ein E-Fahrzeug das
Einspeisegerät über Nahfeld-Kommunikation, so dass dieses vom
Standby-Modus in den Ladebetrieb wechselt. Ist die Batterie des
Elektrofahrzeugs aufgeladen, schaltet die Einspeisung wieder in
Standby-Modus. Auch Delphi zeigte ein induktives Ladeverfahren
zwischen einer Bodenplatte und der Fahrzeugunterseite, während
Kostal auf das induktive Laden über das Nummernschild als
Bild 10: Porsche zeigte auch diesen
Nachbau des Lohner Porsche – immerhin das erste Elektroauto der Welt.
Schnittstelle setzt. Darüber hinaus waren natürlich an zahlreichen
Ständen sehr viele Ladestecker und Ladekabel für EVs zu sehen.
Bevor E-Fahrzeuge sich zum echten Mainstream-Produkt entwickeln, stehen noch diverse Übergangslösungen auf der Agenda. So
sieht Johnson Controls zunächst beim Micro-Hybrid gute
Geschäftsmöglichkeiten, obwohl das Unternehmen mit seinem
Lithium-Ionen-Batteriesystem „noch vor 2013 in Serie“ sein will.
Warum das Johnson Controls gerade 100 Millionen Euro in eine
neue Fabrik für Start-Stopp-Batterien in China investiert hat, erfahren Sie in Bild 9.
Darüber hinaus zeigten diverse Unternehmen Hardware- und
Software-Lösungen für das Infotainment im vernetzten Fahrzeug.
Harman beispielsweise stellte eine 3D-Navigationslösung aus, die
zwei voreinander montierte Bildschirme in zwei Ebenen nutzt. Außerdem demonstrierte Harman zusammen mit Slacker die Nutzung von Internet-Radio im Auto über die „AHA-Plattform“.
Die Anbindung des Autos ans Internet und dessen sinnvolle Einbindung sowie Car-to-x-Kommunikation zeichnet sich bereits jetzt
als großes Randthema für die IAA 2013 ab. n
Alfred Vollmer ist Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
Mit Innovationen die Kurve kriegen
•
•Hochwertige
Hochwertige 3D-Schaltungsträger
aus einfachen Kunststoffteilen
•Höchste
•
Höchste Produktivität und Präzision
•Flexibilität
•
Flexibilität im Produktdesign
Winning
Technology
Productronica: 15. – 18.11.2011
Halle B2, Stand 105
12
Schaltungen in der dritten Dimension
Das LDS-Verfahren und der LPKF Fusion3D bringen Schaltungen
auf dreidimensionale Kunststoffbauteile, wenn es auf kompakte
Abmessungen ankommt. Bis zu vier Laserköpfe sorgen für höchste
Performance – informieren Sie sich aus erster Hand.
LPKF Laser & Electronics AG Tel. +49 (0) 5131-7095-0 www.lpkf.com
Fachtagung zum Thema Fortschrittliche Lenksysteme
Der Einfluss von EPS-Systemen (Electrical Power Steering, elektrische Servolenkung) auf das
Lenksystem steht im Mittelpunkt der Tagung
„Advanced Steering Systems 2011“, die vom 14.
bis 16.11.2011 in Wiesbaden stattfindet. Themenschwerpunkte sind die Auswirkungen der
ISO 26262 und die Entwicklungen im Bereich
EPS. Die Konferenzsprache ist englisch. Außerdem geht es um die Frage, ob eine Art Standard
für EPS-Architekturen und EPS-Konzepte notwendig ist. Zu den Rednern zählen unter anderem Vertreter der Firmen Ford, VW, Valeo, Continental, TRW, Bozzio, MVO, Brose, Bosch, Hella, Nexteer und Thyssenkrupp Presta sowie
Hochschulvertreter. Weitere Infos unter www.
steering-conference.com. (av)
infoDIREKT www.all-electronics.de 353AEL0411
Einspeisung über Schnellladestation
Nissan Leaf als Stromlieferant
Nissan hat ein System entwickelt, das die Versorgung von Privathaushalten mit Strom aus der
Lithium-Ionen-Batterie eines Elektroautos
ermöglicht und den Nissan Leaf so zum Energielieferanten macht. Über ein entsprechendes
Verbindungsstück an der Schnellladestation für
den Nissan Leaf lässt sich die im Elektroauto
gespeicherte Energie mit 6 kW in das Haushaltsenergiesystem einspeisen.
Mit dem System kann der Nissan Leaf als elektrischer Speicher genutzt werden, um in herkömmlichen Privathaushalten Strom im Falle
von Energieengpässen durch den Versorger oder
gar eines Stromausfalls bereitzustellen. Die Lithium-Ionen-Batterie hat eine Leistungskapazität
von 24 Kilowattstunden, was beispielsweise den
Energiebedarf eines gewöhnlichen japanischen
Haushalts für rund zwei Tage abdeckt. Auf einem Display ist das Speichervolumen zwischen
den Energiebereitstellungsphasen, der Ladezustand der Batterie, die Ausgangsspannung, sowie
die Stromstärke am Ausgang zu sehen. Die
Anbindung erfolgt über die Schnelllade-Verbindung nach CHAdeMO-Anforderungen.
Mit dem System ist nicht nur die Energiebereitstellung durch das Elektrofahrzeug möglich;
umgekehrt kann auch das Elektroauto mit Strom
versorgt werden. Wer bereits Besitzer eines Leaf
ist, wird das neue System ebenfalls nutzen
können. Das neue System soll noch im laufenden Geschäftsjahr zur Marktreife gebracht werden. (av)
Nachrichten
■■ Continental hat in seinem bestehenden ElektronikWerk im russischen Kaluga eine neue Fertigungslinie aufgebaut, mit der die Produktionskapazität auf
„mindestens eine Million Motorsteuergeräte jährlich“ steigen soll.
■■ Audi hat den Grundstein für den Ausbau seines
Werks in Györ/Ungarn gelegt, wo das Unternehmen
bis 2013 über 900 Millionen Euro investieren will.
■■ Das Schweizer Unternehmen U-Blox hat am
Standort Shenzhen seine zweite chinesische Niederlassung eröffnet.
■■ Der Spezialchemiekonzern OM Group aus Cleveland/USA wird neuer Eigentümer des Hanauer Unternehmens Vacuumschmelze (VAC), wobei der traditionsreiche Firmenname erhalten bleibt und dem
Management das Vertrauen ausgesprochen wurde.
■■ MOST kommt in Audis neuem SUV Q3 als Infotainment-Netzwerk zum Einsatz – mit Chips von
SMSC.
■■ Johnson Controls und Saft haben ihr JointVenture für Li-Ionen-Autobatterien aufgelöst.
Johnson Controls führt die Aktivitäten alleine weiter.
■■ Vector Informatik hat in Shanghai das Büro seiner Tochterfirma Vector Automotive Technology
(Shanghai) Co. Ltd. eröffnet.
■■ MBtech hat Proceda Modellbau übernommen.
■■ Seit September betreibt Horiba in Oberursel ei-
nen neuen Prüfstand für E-Motoren.
■■ Continental erhielt in der Kategorie Zuliefererinnovationen den ÖkoGlobe für sein System zum vorausschauenden Fahren.
■■ ZF hat mittlerweile 1 Million 8-Gang-Automatikgetriebe produziert.
■■ Bei der 3000 km langen Fahrt durch das australische Outback vertraut das UMsolar-Fahrzeug auf
Steckverbinder von Molex.
■■ Analog Devices erhielt von Bosch den Supplier
Award für 2009/10 in der Kategorie Elektronik (ASIC
und ASSP).
■■ In der Kategorie Elektronik (diskrete Halbleiter)
erhielt NXP Semiconductors von Bosch den
Supplier Award 2009/10.
■■ Die MBtech Group hält nunmehr alle Anteile an
der ATP Automotive Testing Papenburg GmbH. ATP
betreibt ein 780 Hektar großes Testgelände mit 75
km Teststrecke.
■■ Hella wurde als bester Porsche-Lieferant des
Jahres 2011 ausgezeichnet.
■■ Das elektronische Radarsystem von Delphi ist
jetzt im neuen Ford Focus in Großserie. (av)
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Ein Werkzeug, das Standards setzt. Die neue
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Siemens und Volvo kooperieren
Gemeinsam bei Elektromotoren für E-Fahrzeuge
Siegfried Russwurm: „Unser langfristiges Ziel ist es, Siemens mit Lösungen außerhalb und innerhalb
der elektrischen Fahrzeuge als globalen Systemanbieter zu etablieren. Wir verstehen uns als umfassenden Wegbereiter der Elektromobilität.“
Personen
Bild: Deloitte
■■ Dr. Thomas Schiller
verstärkt das deutsche
Automotive-Team bei
Deloitte. Der neue Mann
mit China-Erfahrung
leitet jetzt das deutsche
Team und soll es „signifikant ausbauen“.
Bild: Bosch
■■ Klaus Meder wird
zum 1.1.2012 als Nachfolger von Christoph
Kübel Vorsitzender des
Bereichsvorstandes im
Geschäftsbereich Automotive Electronics bei
Bosch. Klaus Meder wird
auch weiterhin für die
Entwicklungstätigkeiten
des Geschäftsbereiches
zuständig sein.
Bild: Bosch
■■ Ab 1.1.2012 wird
Gerhard Steiger Nachfolger von Dr. Werner
Struth in der Funktion
des Vorsitzenden des Bereichsvorstandes des Geschäftsbereichs Chassis
Systems Control bei
Bosch.
■■ Sowohl Christoph
Kübel als auch Dr. Werner Struth werden zum
1.1.2012 in die
Geschäftsführung der
Robert Bosch GmbH
berufen. Dr. Wolfgang
Malchow und Peter
Marks scheiden zum
Jahresende aus. (av)
14
Siemens und die Volvo Car Corporation
wollen die technische Entwicklung von
Elektroautos künftig gemeinsam voranbringen. Die Unternehmen haben hierfür
eine umfassende strategische Kooperation
vereinbart. Im Fokus stehen die gemeinsame Weiterentwicklung von elektrischer Antriebstechnik, Leistungselektronik und Ladetechnik sowie die Integration der Systeme
in die Fahrzeuge vom Typ Volvo C 30 Electric. Die ersten Fahrzeuge dieses Modells
mit Siemens-Elektromotoren sollen bereits
Ende 2011 Straßentests absolvieren. Ab Ende 2012 wird der schwedische Autobauer
eine Testserie von bis zu 200 Fahrzeugen an
Siemens liefern, die dann als Siemens-interne Testflotte unter realen Einsatzbedingungen geprüft und validiert werden.
„Die Ziele und Kernkompetenzen beider
Unternehmen in der Elektromobilität ergänzen sich ideal“, konstatierte Siegfried
Russwurm,
Siemens-Vorstandsmitglied
und CEO des Siemens-Sektors Industry:
„Siemens will über die Partnerschaft mit
dem renommierten Fahrzeughersteller seine industrielle Führung bei der elektrischen Antriebstechnik auf den Automobilmarkt ausdehnen. Volvo setzt bei der
Elektrifizierung seiner Modelle künftig auf
bewährte und effiziente Siemens-Technik.“
Stefan Jacoby, President und CEO der
Volvo Car Corporation ist sich sicher:
“Wir sind hoch erfreut, Siemens als Partner zu haben. Das weltweit führende Wissen und die Erfahrungen des Unternehmens werden die Technologie in unseren
Elektroautos auf ein völlig neues Niveau
bringen.”
Siegfried Russwurm ergänzt: „Die Kooperation mit Volvo ist ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung hochwertiger
Komponenten und Systeme für die spätere
Serienproduktion von Elektroautos. Unser
langfristiges Ziel ist es, Siemens mit Lösungen außerhalb und innerhalb der elektrischen Fahrzeuge als globalen Systemanbieter zu etablieren. Wir verstehen uns als
umfassenden Wegbereiter der Elektromobilität.“ Als weltweit führender Anbieter
von Industriesoftware und Automatisierungstechnik werde der Siemens-Sektor
Industry auch zur Beschleunigung und
Kostensenkung in der Fahrzeug- und Batterieproduktion beitragen.
Außerdem arbeitet Siemens im Rahmen
ganzheitlicher Energiekonzepte für nachhaltige Elektromobilität weiter daran, die
Wasserstoff-Produktion auf einen industriellen Maßstab zu bringen. Das Ziel dabei
ist, die temporären Stromüberschüsse aus
regenerativer Stromerzeugung in „grünen“
Wasserstoff umzuwandeln. Dieser kann direkt in industriellen Anwendungen und
Brennstoffzellenfahrzeugen sowie über
Rückverstromung auch in batteriegespeisten Elektroautos genutzt werden.
Maximal 220 Nm
Die Siemens-Elektromotoren für Volvo
verfügen über eine kompakte, modulare
Bauweise und haben eine Spitzenleistung
von 108 kW bei einem maximalen Drehmoment von 220 Nm. Das Design der zugehörigen Stromumrichter soll von beiden
Firmen gemeinsam optimiert werden, um
alle Sicherheitsanforderungen im automobilen Einsatzbereich zu erfüllen. Zusätzlich
will Siemens hocheffiziente und schnelle
Ladesysteme innerhalb und außerhalb der
Fahrzeuge bereitstellen.
Siemens-Antriebstechnik wird seit Jahrzehnten in Mobilitätslösungen eingesetzt,
unter anderem in der Bahntechnik und für
Hybridbusse. Das Unternehmen gehört zu
den führenden Herstellern von Antriebssystemen mit elektrischen und mechanischen
Komponenten. Für die Siemens-Division
Drive Technologies arbeiten über 36.000
Mitarbeiter – unter anderem in einem weltweiten Fertigungsnetzwerk mit 43 Standorten.
Das Siemens-Portfolio für Elektromobilität
erstreckt sich von der regenerativen Stromerzeugung über intelligente Stromnetze und
Ladeinfrastruktur bis hin zum intermodalen
Verkehrsmanagement über verschiedene
Verkehrsträger hinweg. (av)
infoDIREKT 351AEL0411
Isolierende Messsonden
für hohe Spannungen
Termine
Elektronik im Kraftfahrzeug
12. und 13.10.2011,
Baden-Baden
www.elektronik-auto.de
eCarTec
18. bis 20.10.2011, München
www.ecartec.de
Connected Cars
19. und 20.10.2011, München
www.smove360.de
6. Göpel Automotive Days
25. und 26.10.2011, Jena
www.goepel.com/automotivedays
Automobil Forum Graz 2011
20. und 21.10.2011, A-Graz
www.automobil-produktion.de/
automobil-forum-graz-2011
Matlab-Tour von MathWorks
25.11.2011, Wien
26.11.2011, Köln
27.11.2011, Ulm
www.mathworks.com/mlt2011
Connected Navigation
28. – 30.11.2011, Stuttgart
www.advanced-navigation.com
7. Kompetenztreffen
Automobilelektronik
8.12.2011, München
www.zvei-cae.eu
Ausblick 2012
EMV (Fachmesse)
7. bis 9.2.2012, Düsseldorf
www.e-emv.com
elektro:mobilia
22. und 23.2.2012, Köln
www.elektromobilia.de
Embedded World
28.2. bis 1.3.2012, Nürnberg
www.embedded-world.de
Fachtagung Assistenzsysteme
28. und 29.3.2012, Heidelberg
www.sv-fachveranstaltungen.de
Hannover Messe Industrie
23. bis 27.4.2012, Hannover
www.hannovermesse.de
Trends in der Motorentechnologie
3.11.2011, Passau
www.bayern-innovativ.de
PCIM
8. bis 10.5.2012, Nürnberg
www.mesago.de
Der Fahrer im 21. Jahrhundert
8. und 9.11.2011, Braunschweig
www.vdi.de/fahrer21
Sensor & Test
22. bis 24.5.2012, Nürnberg
www.sensor-test.de
5th Advanced Steering
Systems 2011
14. bis 16.11.2011, Wiesbaden
www.steering-conference.com
Automotive Testing Expo
12.6. bis 14.6.2012, Stuttgart
www.testing-expo.com/europe
productronica
15. bis 18.11.2011, München
www.productronica.de
Steuerung und Regelung von
Fahrzeugen und Motoren AUTOREG 2011
22. und 23.11.2011,
Baden-Baden
www.vdi.de/autoreg
Ladeinfrastruktur und -technik
Elektromobilität
23. + 24.11.2011, Sindelfingen
www.vdi.de/laden-emobilitaet
Grundlagen der Hybrid- und
Brennstoffzellentechnik an
Fahrzeugen
28.11.2012, Frankfurt/Main
www.vde.de/seminare
Fachtagung
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
19. bis 20.6.2012, Ludwigsburg
www.elektronik-tagung.de
IAA Nutzfahrzeuge
20. bis 27.9.2012, Hannover
www.iaa.de
Elektronik im Kraftfahrzeug
2012
10. + 11.10.2012, Baden-Baden
www.elektronik-auto.de
IZB Wolfsburg
10. bis 12.10.2012
www.izb-online.com
electronica
13. bis 16.11.2012, München
www.electronica.de
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Hochvoltbordnetz von Hybridoder Elektrofahrzeugen
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galvanische Trennung nahe am
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Fax +49 711 89661-106
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Messpunkt
— Galvanische Trennung vom Hochvoltbordnetz bis 1000 V Potentialdifferenz
— 1000 V und 10 V Messbereich
— Einsatz in Kombination mit dem
Messmodul ES411 von ETAS
— Zeitsynchrone Erfassung von
Steuergerätesignalen und anderen
Messdaten aus der Fahrzeugumgebung
— Automatische Konfiguration der
Sonde durch INCA
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Titelinterview
Exklusiv-Interview mit Joachim Langenwalter, Director AND bei Mentor Graphics
Etwa 10 % seines Umsatzes von rund 1 Milliarde US-$ macht Mentor Graphics im Automotive-Bereich, wobei all
die speziellen Automotive-ICs, die mit Mentor-Tools entwickelt wurden, hier nicht mit enthalten sind. Mentor sieht
sich als größter ECAD-Anbieter für die Automobilbranche. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK sprach mit Joachim Langenwalter, Director AND (Automotive Network Design) bei Mentor Graphics über die Autosar-Aktivitäten des Unternehmens, Strategien, die besondere Bedeutung einer durchgängigen Toolkette und vieles mehr.
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Mentor Graphics ist ein großes Unternehmen. Mit welchen Themen beschäftigt sich Ihr Team?
Joachim Langenwalter: Zu meinem Aufgabenbereich gehören die
E/E-Architektur und Netzwerk-Design sowie der große Komplex
rund um die Autosar-Netzwerk-Funktionalitäten. Vielfach geht es
dabei um unsere VSA-Design-Tools, ECU-Konfigurations- Tools
VSB, den Basic Software-Stack namens VSTAR und um den VSI
genannten Simulator für verteilte Software-Komponenten inklusive
der Basissoftware. Darüber hinaus integrieren wir unsere Tools in
Reqtracer – eine Software, die das Requirements-Tracing zwischen
den einzelnen Designschritten innerhalb des Design-Flows ermöglicht.
Welche anderen Tools können den Automobilherstellern und ihren
Zulieferern die Arbeit erleichtern?
Mentor liefert auch Tools, mit denen die Entwickler die Aufteilung
der Hardware und Software in einzelne Steuergeräte sowie die Verbindung dieser einzelnen Elemente über den Kabelbaum realisieren. Damit ist es unter anderem auch möglich, im Rahmen des
Komplexitätsmanagements die optimale Anzahl von Varianten zu
ermitteln, was für die gerade in Europa verbreiteten kundenspezifischen Kabelbäume (KSK) sehr komplex ist. Bei unserer Produktschiene Capital sind die Entwicklungsdaten der Kern, um deren Eingabe,
Verwaltung und Ausgabe sich verschiedene Werkzeuge kümmern.
Das heißt, dass Capital Logic beispielsweise zur Eingabe der Elektrologik der Systeme verwendet wird, während Capital Integrator
sich um deren Integration in die Fahrzeugtopologie kümmert und
Capital Publisher die Bereitstellung und Verwendung dieser Daten
in den Werkstätten ermöglicht. Die Daten werden also sukzessive
angereichert, für den jeweiligen Anwendungsfall automatisch grafisch aufbereitet und weitestgehend durch Design-Rule-Checks
und Automatismen korrekt erzeugt. Die offene Architektur und
flexible Konfiguration ermöglichen eine Einbindung in bestehende
Systeme: von der Elektrikentwicklung bis zu CAD- und PDM/
PLM-Systemen, vom OEM bis zum Hersteller von Kabelbäumen.
Hinzu kommen noch Tools für das Leiterplattendesign sowie für
das Chipdesign.
Wie unterscheidet sich Mentor von anderen Toolherstellern?
In vielen dieser Bereiche sind wir weltweit die Nummer eins – und
zwar nicht nur im Bereich PCB- und Chipdesign, sondern beispielsweise auch bei den Capital-Produkten für die Kabelbaumentwicklung auf dem Sektor Automotive und Transportation.
Im Bereich der Autosar-Software sind wir sicherlich technologisch führend. Weil Mentor eine derart breite Tool-Palette anbietet, die ein durchgängiges Design ermöglicht, ist die Resonanz in
der Automobilbranche sehr gut. Die komplette Abdeckung all die16
Foto: Mentor
Titelinterview
Mentor war bisher im Automotive-Bereich eher zurückhaltend. Warum
engagiert sich Ihr Unternehmen jetzt so stark in diesem Bereich?
Im Bereich der klassischen Tools können die drei Marktführer Cadence, Mentor und Synopsys praktisch nur noch wachsen, indem sie
ihren Wettbewerbern Marktanteile abnehmen. Aus diesem Grund
engagiert sich Mentor jetzt vermehrt im Bereich Automotive, in dem
beispielsweise Cadence und Synopsys nicht tätig sind. Zusätzlich besteht hier die Möglichkeit, eine bestehende Technologie in einem
neuen Markt zu verwenden. Auf dieser Basis werden wir natürlich
auch weiterhin neue Produkte auf den Markt bringen.
Derzeit sind wir damit beschäftigt, den kompletten Flow im Bereich Autosar und bei den elektrischen Signalen abzudecken. Wir
müssen somit den physikalischen und den logischen Flow zusammenbringen, so dass ein Datenaustausch möglich wird.
Wie sehen die nächsten Schritte aus?
In einem nächsten Schritt steht dann eine Automatisierung dieser
Vorgänge an. Dies ist eine klassische EDA-Funktionalität, und im
Bereich Electronic Design Automation hat Mentor ja seine Wurzeln.
Das Ziel besteht dann jeweils darin, das maximale aus der bestehenden
Architektur herauszuholen, denn im Prinzip kostet jede zusätzliche
Bandbreite im Fahrzeug Geld. Wenn bei manuellem Vorgehen beispielsweise zwei CAN-Busse erforderlich sind, dann kann es günstiger sein, stattdessen einen FlexRay-Bus zu verwenden, weil dieser
eine erheblich größere Bandbreite aufweist. Wir konnten aber
schon mehrfach mit unseren Tools Lösungen schaffen, die mit einem einzigen bereits bestehenden CAN-Bus bei einem optimaleren CAN-Kommunikationsdesign in der bestehenden Bandbreite
die gesamte Kommunikation sicher abwickeln können. Möglich
wird dies im Rahmen der Kommunikationssynthese unserer Tools,
die seit über 10 Jahren entwickelt und vertrieben werden.
Eignet sich dieses Tool auch für sicherheitskritische Anwendungen?
Ja. Auch die Zertifizierung fällt dem Kunden dann recht leicht. Unser
Tool kommt ja auch in der Luftfahrt zum Einsatz, beispielsweise
für die Kommunikation im Airbus A380 und A350; beim A380 für
die Verifikation und beim A350 für das Design eines Systems mit
rund 470 CAN-Knoten in 70 Netzwerken. Derzeit entwickeln wir für
die Luftfahrt ein unabhängiges Verifikationstool, welches das Ergebnis der Kommunikationssynthese verifiziert, und dieses Tool wollen wir dann auch im Automotive-Bereich für ISO 26262 einsetzen.
Daraus ergibt sich eine Konfiguration der Basissoftware. Ein
Beispiel hierfür ist ein Steuergerät mit einem CAN-Bus-Anschluss.
Für diese ECU ist auch nur ein CAN-Stack erforderlich, aber kein
LIN- und FlexRay-Stack.
Wie unterstützt Mentor das logische Verteilen von Funktionalitäten?
Wir versuchen, den Kunden in die Lage zu versetzen, dies durch
statische oder dynamische Analysen auf seinem PC zu simulieren.
Wir bieten in jedem unserer Tools Analysemöglichkeiten zur Bewertung des jeweiligen Designs. Wir geben somit immer eine Simulations-Engine mit dazu, die entweder statisch oder dynamisch das
Foto: Alfred Vollmer
ser Bereiche durch ein einziges Unternehmen ist weltweit einmalig.
So benötigt der Hersteller keine aufwändige CAD-Abteilung mehr,
die dafür sorgt, dass die einzelnen Tools reibungslos miteinander
kommunizieren und arbeiten. Mentor bietet als einziger Anbieter
Tools für alle vier Domänen an, nämlich für die Untersuchung und
das Design der E/E-Architektur, für das Network-Design, für die
Software-Entwicklung, die Systemintegration und die physikalische Implementation sowie für die Elektrikentwicklung.
Joachim Langenwalter (im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIKRedakteur Alfred Vollmer): „Wir müssen nur unsere bereits vorhandenen
Tools um spezifische Funktionselemente erweitern, aber keine
grundlegend neuen Tools entwickeln.“
Design simuliert – und zwar für jede Domäne. In UML würde das
System beispielsweise den Code ausführen und entsprechend einem
Zustandsautomaten der Reihe nach anzeigen, während im Tool VSI
ein Debugger ein Setzen von Breakpoints im C-Code, auf der Software-Komponenten-Struktur etc. ermöglicht, um dann zu simulieren.
In einem ganz frühen Fall besteht auch die Möglichkeit, eine FMEA
durchzuführen, in der nur logische Aspekte abgeprüft werden.
Wohin geht die Reise bei den Test- und Validierungstools?
Bei uns basieren all diese Tools auf Simulationen, aber wenn es in
Richtung Hardware-in-the-Loop geht, sind andere Unternehmen
tätig. Die Simulation ermöglicht es, in frühen Phasen schon bestimmte Pfade ausschließen zu können, so dass man diese nicht
weiter verfolgt. Beim IC-Design erzielen wir bereits eine Genauigkeit von etwa 99 %, aber wenn beispielsweise in einem ABS auch
thermische, hydraulische und sonstige Effekte mitspielen wird es
schon etwas schwieriger. Auch das wird mit unseren Simulator wie
SystemVision gemacht. Wir ergänzen hier aber auch den Einsatz
eines HiL-Simulators. Theoretisch bestünde die Möglichkeit, ein
komplettes Fahrzeug zu simulieren, aber über Aufwand und Nutzen wird von Fall zu Fall entschieden.
In der frühen Phase geht es darum, dass grundsätzlich der Regelalgorithmus passt. In der nächsten Phase müssen die einzelnen
Software-Elemente zueinander passen. Hierbei muss das Tool prüfen, ob diese beiden Software-Elemente nach den Autosar-Regeln
richtig beschrieben sind und ob das Handshaking zwischen den
beiden ordnungsgemäß abläuft. In der nächsten Phase liegt dann
ein generisches Autosar-konformes Steuergerät vor, das viel Rechenleistung hat und auf einem Autosar-Stack mit Kommunikation laufen kann. In diesem Bereich haben wir eine Partnerschaft
mit MBtech, wo unser Autosar-Stack auf der PROVEtech-Hardware von MBtech läuft. So kann der Kunde bereits in einer frühen
Phase die Softwarekomponente auf einem generischen Autosarähnlichen System laufen lassen. Im nächsten Schritt arbeitet die
Software dann im Ziel-Steuergerät, das zum Beispiel von einem
HiL-Simulator wie PROVEtech stimuliert wird.
Zahlen sich die Autosar-Investitionen für OEMs und Tier-1s bereits aus?
Ziel von Autosar ist es ja, einzelne Software-Komponenten von verschiedenen Herstellern zu beziehen und die Hardware eventuell von
17
Foto: Mentor
Titelinterview
Wir setzen auf eine hundertprozentige Autosar-Unterstützung mit einer modularen
und offenen Lösung zur Entwicklung,
für die Implementierung und für das
virtuelle Testen.
rund 400 Personen anmeldeten, von denen 80 Teilnehmer für Autosar registriert waren. 2011 verzeichneten wir 700 Anmeldungen,
von denen 200 wegen Autosar kamen. Diese Zahlen sprechen für
sich selbst. In China erhalten die großen OEMs Fördergelder, um
ein Autoprojekt auf Autosar-Basis zu realisieren.
Joachim Langenwalter
Welche Herausforderungen ergeben sich durch die Elektromobilität?
Wir müssen beispielsweise neue Simulationsmodelle entwickeln,
denn bisher war ja kein Simulationsmodell einer Lithium-IonenBatterie in der Hardware-Beschreibungssprache VHDL-HMS erforderlich. Diese Simulationsmodelle entwickeln wir entweder selber
oder in Kooperation mit Hochschulen. Auch für die E-Maschinen
etc. brauchen wir entsprechende Modelle. Außerdem versucht man,
Modelle für Hochspannungskabel zu erstellen, die beispielsweise
auch thermische Effekte mit simulieren können. Wir müssen somit
nur unsere bereits vorhandenen Tools um spezifische Funktionselemente erweitern, aber keine grundlegend neuen Tools entwickeln.
Wir sehen die Elektromobilität nicht als Treiber, denn für das Tool
ist es eigentlich irrelevant, ob ein Kabel für 4 V oder für 400 V ausgelegt werden soll. Durch die Angabe von entsprechenden Randbedingungen lassen sich auch Hochvolt-Leitungen gut handhaben.
einem anderen Zulieferer. Ich vermute fast, dass sich die Investitionen im Moment noch nicht gerechnet haben, aber langfristig bietet sich hier eine erstklassige Perspektive. Allerdings sind die Abhängigkeiten mittlerweile schon geringer geworden. Dass sich jetzt Produkte von Vector, Elektrobit und Mentor über ein standardisiertes
Format austauschen können, ist für die OEMs von hohem Nutzen.
Viele OEMs gestatten die Lieferung eines Autosar-Steuergeräts,
obwohl die Autosar-Fähigkeiten nicht in der Spezifikation stehen.
Für die Tier-1s hat dies den Vorteil, dass sie ein praktisch identisches Steuergerät an mehrere OEMs liefern können. Ich hätte nicht
erwartet, dass ein Tier-1 Autosar-konforme Geräte früher liefert
als der OEM sie fordert.
Welche Strategie verfolgt Mentor im Bereich Autosar?
Im deutschen Automotive-Markt ist Mentor Graphics immer noch
relativ wenig bekannt. In Deutschland gibt es nach wie vor zu viele
Unternehmen im Autosar-Bereich. Da sich acht Anbieter auf dem
Sektor Basissoftware tummeln, haben wir bei Mentor beschlossen,
zunächst eine starke Tool-Chain zu schaffen. Mittlerweile bieten
wir bei Autosar das komplette Spektrum an – und zwar inklusive
aller nötigen Entwicklungtools und der Basissoftware. Im gesamten E/E-Umfeld bietet kein anderes Unternehmen eine auch nur
annähernd so umfangreiche Tool-Chain an wie Mentor Graphics.
In den letzten Jahren hat Mentor jedes Jahr Beträge im zweistellingen Millionenbereich in die Autosar-Entwicklung investiert.
Hinzu kommen all die Arbeiten im Bereich der Autosar-Standardisierung beziehungsweise unserer Gremien-Arbeiten als AutosarPremium-Member. Wir konnten mit diesen Produkten wichtige
OEMs wie beispielsweise BMW, Volvo Cars und einen sehr großen
amerikanischen OEM als Kunden gewinnen. Das hat natürlich
auch großen Einfluss auf deren Zulieferer.
Wohin geht die Reise bei Autosar?
Mit der Version 4.0 kommen Funktionalitäten wie der erstmals in
Ludwigsburg angekündigte Teilnetzbetrieb hinzu, mit dem wir bestimmte Bereiche des Netzwerks abschalten können. Auch der
Ethernet-Stack ist neu in der Version 4.0 (IPv4). Darüber hinaus
soll zusätzlich ein IPv6Ethernet-Stack zusammen mit Autosar zum
Laufen kommen – und zwar im Rahmen der Powerline-Kommunikation des Elektrofahrzeugs mit der Ladestation. Somit erhält
jedes Elektrofahrzeug eine IP-Adresse. Unternehmen, die nur im
Automotive-Bereich tätig sind, müssen einen IPv6-Stack erst noch
implementieren, während wir diesen Stack bereits durch unsere
Tätigkeiten in anderen Märkten in unserem Portfolio haben: in Serie und mit den notwendigen Zertifizierungen.
Was tut sich außerhalb Deutschlands im Bereich Autosar?
Mentor hat die weltweite Zentrale seiner Bereiche logische Vernetzung und Autosar in München, weil die führenden Hersteller im
Autosar-Bereich in Europa sitzen. Aber die anderen Länder holen
schnell auf. Jedes Jahr veranstalten wir in den USA ein Seminar
namens Integrated Electrical Solution Forum, zu dem sich 2010
18
Warum ist Mentor derzeit bei Autosar so erfolgreich?
Wir bieten eine hundertprozentige Autosar-Unterstützung und
setzen dabei auf Standard-Austauschformate, so dass wir beispielsweise die Formate Autosar-XML (arxml), Fibex, KBL oder DBC
unterstützen. Unsere Lösung ist modular und offen, damit allerdings auch austauschbar, aber diesem Faktum müssen wir uns stellen. Weil die Lösung austauschbar ist, muss sie entsprechend gut
sein, damit die Kunden sie kaufen. Andere Unternehmen hatten
oft schon eine Tool-Chain, die sie dann versuchen, Autosar-fähig
zu machen, aber viele Kompromisse eingehen mussten oder nur
ein Subset des Standards unterstützen können. Im Gegensatz hierzu haben wir von Anfang an die Tools speziell für Autosar entwickelt.
Welche Automotive-Aktivitäten hat Mentor denn jenseits von Autosar?
Für einen französischen OEM liefern wir die Spezifikation der
Genivi-Architektur für deren Multimedia-Plattformen. Außerdem
sind wir im Bereich UML aktiv. Mit einem UML-Tool lassen sich
sowohl UML entwickeln als auch C-Code inklusive Autosar-Software-Komponenten generieren. Mentor ist in diesem Bereich sicherlich nicht Marktführer sondern eher dort besonders stark, wo
es um manuelle Codierung mit Open-Source und um eigene Betriebssysteme/UML geht.
Wie spüren Sie den Ingenieurmangel?
Wir haben diverse Stellen zu besetzen, und für manche Stellen haben
wir teilweise über Monate hinweg nicht eine einzige Bewerbung erhalten. Damit sich diese Situation ändert, machen wir unter anderem an
Hochschul-Programmen mit und versorgen beispielsweise Hochschulen mit unserer Software. Außerdem arbeiten Praktikanten und
Werkstudenten bei uns. Bei diesem Ingenieurmangel handelt es sich
primär um ein deutsches Thema. In Ungarn haben wir im zweistelligen Prozentbereich aufgestockt; diese Stellen konnten wir binnen
weniger Monate vollständig besetzen. Auch in den USA und Ägypten hatten wir keine Probleme, passendes Personal zu finden. n
Das Interview führte Alfred Vollmer, Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
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Micrel and Innovation Through Technology are registered trademarks of Micrel, Inc.
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1/25/2011 10:28:31 AM
Bussysteme
Visualisierung von Busdaten
Fehleranalyse im Forschungsprojekt AutobahnVis
Wie können Methoden der Informationsvisualisierung die explorative Analyse von Busdaten verbessern?
Ein Forschungsprojekt mit dem Namen „AutobahnVis“ zeigt beispielhaft, wie Visualisierung neue Einsichten in komplexe Zusammenhänge ermöglicht und zur Fehleranalyse von Busaufzeichnungen beiträgt.
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Bussysteme
P
remiumfahrzeuge enthalten heutzutage immer mehr innovative elektronische Funktionen im Bereich Fahrerassistenz und Infotainment. Ein Blick hinter die Kulissen
zeigt jedoch, dass mit der Funktionsmehrung auch die
Komplexität der Fahrzeuge enorm steigt, insbesondere bei den
fahrzeuginternen Kommunikationsnetzen. In einem aktuellen
Fahrzeug sind über 70 elektronische Steuergeräte verbaut, die üblicherweise mit den Technologien LIN, CAN, FlexRay oder MOST
miteinander verbunden sind und bis zu 15000 Nachrichten pro Sekunde austauschen.
Beispiel: Fehleranalyse von Busdaten
Diese Flut an Kommunikationsdaten bringt Herausforderungen in
verschiedenen Bereichen der Fahrzeugentwicklung mit sich. Beispielsweise werden in der Absicherung von elektronischen Systemen unzählige Testfahrten absolviert und dabei die Buskommunikation (15000 Nachrichten/s) aufgezeichnet. Eine Aufzeichnung
von einer Stunde kann dementsprechend bis zu 54 Millionen
Nachrichten enthalten. Im Fehlerfall müssen die Testingenieure
diese Traces (Aufzeichnungen) analysieren, damit der Fehler lokalisiert und behoben werden kann. Diese großen Datenmengen
effizient und effektiv zu analysieren, stellt in der Praxis jedoch eine
große Herausforderung dar.
Analysetools stoßen an ihre Grenzen
Alle Bilder: BMW Group
Um die Ingenieure bei der Analyse von Traces zu unterstützen, gibt
es eine Vielzahl an Softwaretools, die es ermöglichen, Tracedaten
zu laden, zu filtern und darzustellen. Die Darstellungsformen beruhen dabei größtenteils auf Listen wie beispielsweise Nachrichtenlisten oder einfache Diagramme wie der grafische Verlauf eines
Signalwertes über die Zeit (Bild 1). Diese Darstellungen sind für
viele Aufgaben sehr hilfreich, insbesondere, wenn Ingenieure bereits vor der Analyse eine relativ genaue Vorstellung haben, in welchen Nachrichten und Signalen sie nach der Fehlerursache suchen
müssen. In diesem Fall können sie mit einem Trace nach den entsprechenden Nachrichten und Signalen filtern und deren Werte
gezielt überprüfen.
Mit steigender Vernetzung und Komplexität im Fahrzeug reicht
dieses Vorgehen jedoch oft nicht mehr aus. Viele Fehler entstehen
durch die unvorhergesehene Interaktion zwischen Kommunikationsprozessen oder durch das Zusammenspiel von mechanischen
und elektronischen Komponenten. In solchen Fällen fehlen oft klare
Hypothesen über mögliche Fehlerquellen, so dass Tracedaten explorativ analysiert werden müssen: Spezielle Ingenieure navigieren bei
der Analyse durch die Flut an Informationen, versuchen sich einen
Überblick zu verschaffen, Zusammenhänge zu verstehen, und alles
in einen sinnvollen Kontext zu setzen, der zur Hypothesenbildung
und Fehlerfindung beiträgt. Herkömmliche Tools unterstützten diese Art von explorativer Datenanalyse jedoch von nur bedingt.
Lösung: Visualisierung?
Ein möglicher Ansatz, um diese Probleme in den Griff zu bekommen, ist die Visualisierung von Traces. Selbstverständlich verwenden auch traditionelle Tools Visualisierung, wobei damit zumeist
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Bussysteme
1
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4
Bild 1: Ein einfaches Liniendiagramm zeigt den Verlauf des Geschwindigkeitssignals.
Bild 2: Bringt ein virtueller Tachometer wirklich einen Mehrwert bei der Traceanalyse?
Bild 3: Oberfläche des Tools AutobahnVIS.
2
Bild 4: Ein Ausschnitt aus dem AutobahnView zeigt Message-Bursts (1) sowie Nachrichtenzyklen (2).
Widgets gemeint sind, wie beispielsweise virtuelle Tachometer
(Bild 2), die bestimmte Signalwerte in Anlehnung an reale Messinstrumente darstellen. Der Mehrwert solcher Darstellungsformen
zur Datenanalyse ist jedoch fraglich. Im Gegensatz zur realen
Fahrsituation, in der eine intuitive und einfache Darstellung im
Vordergrund steht, ist es im Analysebetrieb von Vorteil, möglichst
viel relevante Information aus den Daten abzuleiten und parallel
darzustellen. Ein virtueller Tachometer kann jedoch nur einen einzigen Wert pro Zeiteinheit darstellen. Verwendet man hingegen
zum Beispiel ein einfaches Liniendiagramm wie in Bild 1, kann
man sich neben der aktuellen Geschwindigkeit auch die Historie
der Geschwindigkeit darstellen lassen und hat somit einen höheren Informationsgehalt bei gleichem Bildschirmplatz.
AutobahnVis: Ein Visualisierungsprototyp
Im Forschungsbereich Informationsvisualisierung beschäftigen sich
Wissenschaftler mit eben solchen Fragen und untersuchen, wie
große und abstrakte Datenmengen sinnvoll visualisiert, exploriert und
in wertvolle Erkenntnisse umgesetzt werden können. Basierend
auf Methoden der Informationsvisualisierung haben Spezialisten
der BMW Group Forschung und Technik eine Reihe verschiedener Softwareprototypen entwickelt, die Busdaten auf neuartige Art
und Weise visualisieren.
Bild 3 zeigt das Tool „AutobahnVis“, das zur Unterstützung von
Testingenieuren in ihrer Analyse von Tracedaten entwickelt wurde. Das Herzstück des Tools ist die AutobahnView (links oben im
Bild) genannte Ansicht. Die Metapher hinter dieser Ansicht ist eine Nachrichten-Autobahn: horizontale „Autobahnen“ stellen Bussysteme dar, die einzelnen „Spuren“ auf den Autobahnen jeweils
die angeschlossenen Steuergeräte und Rechtecke auf diesen Spuren
(„Autos“) repräsentieren Nachrichten. Alle Nachrichten sind an
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einer horizontalen Zeitachse angeordnet und jeweils dann auf einer
Steuergeräte-Spur eingezeichnet, wenn die entsprechende Nachricht versendet wurde. Der Nutzer kann mit der Ansicht über
Zoom & Pan interagieren – wie bei Google Maps: Zoomt man weit
heraus, bekommt man eine Übersicht über viele tausende Nachrichten. Zoomt man weit hinein, ist es möglich, genau zu untersuchen, wann welche Nachrichten gesendet wurden.
Um dem Nutzer das Verständnis von Zusammenhängen zwischen
Mechanik und Elektronik zu erleichtern, wurde der AutobahnView
durch eine 3D-Ansicht erweitert (rechts oben im Bild 3). Wenn
man mit der Maus im Autobahnview beispielsweise über eine
Nachricht fährt, hebt das Programm im 3D-Model das sendende
Steuergerät visuell hervor. Der Nutzer kann hierzu die Transparenz
der Fahrzeughülle des 3D-Models verändern, um in das Fahrzeug
„hinein“, also auf die Komponenten der Bussysteme, zu blicken.
Diese als „Linking and Brushing“ bezeichnete Kopplung zwischen
den beiden Views (Ansichten) ermöglicht es dem Nutzer, in einfacher Art und Weise eine Verknüpfung zwischen elektronischen
Komponenten und mechanischen Verbauorten herzustellen. Zudem lassen sich über das 3D-Modell auch mechanische Vorgänge
wiedergeben, die während der Traceaufzeichnung stattfanden: Sobald der Nutzer bei der zeitlichen Navigation im AutobahnView
(Panning entlang der x-Achse) über ein mechanisches Ereignis
fährt (zum Beispiel das Öffnen einer Fahrzeugtüre), wird dieses
auch in der 3D-Ansicht animiert. Der analysierende Ingenieur erhält hierdurch einerseits die Möglichkeit, mechanische Vorgänge
nachzuvollziehen, andererseits kann er zu jeder Zeit den Kontext
des mechanischen Fahrzeugzustandes im Auge behalten.
Zusätzlich zur 3D-Ansicht, wurde der Prototyp mit klassischen
Listen- (unten im Bild 3) und Diagrammansichten ausgestattet.
Wie aus traditionellen Tools bekannt, sind diese Sichten bestens
Bussysteme
dafür geeignet, um Details beispielsweise über Nachrichten, Signale oder Busse anzuzeigen; diese sollten daher nicht ersetzt, sondern
durch neuartige Tools erweitert werden.
Neue Einsichten in Traces
Forscher der BMW Group untersuchten AutobahnVis in verschiedenen Versionen im realen Analysebetrieb. Während dieser Testphase
zeigte sich, dass vor allem der AutobahnView zu neuen Einsichten
in Trace-Daten führte, die produktiv zur Fehleridentifizierung zum
Einsatz kamen. So deckte diese Ansicht beispielsweise MessageBursts („Ein Steuergerät sendet sehr viele Nachrichten in kürzester
Zeit auf den Bus“) auf (siehe Bild 4, Pfeil 1). Dieses Phänomen
kann dazu führen, dass andere Nachrichten vom Bus verdrängt
werden, wodurch unvorhergesehene Fehler auftreten können. Mit
herkömmlichen Darstellungsmethoden ist es jedoch äußerst
schwer zu erkennen, wann und wo Message-Bursts auftreten. Zudem
wurde der AutobahnView dazu verwendet, Nachrichtenzyklen
besser zu verstehen – insbesondere, wenn Gruppen von zyklischen
Nachrichten auftreten (vergleiche Bild 4, Pfeil 2).
Baustein zur Komplexitätsbewältigung
Bei gezieltem Einsatz stellt Informationsvisualisierung ein sehr
hilfreiches Mittel dar, um die Datenflut, die durch die hohe Funktionalität im Fahrzeug entsteht, in den Griff zu bekommen. Neben
AutobahnVis zeigten auch andere Visualisierungsprojekte bei der
BMW Group Forschung und Technik ähnliche Erfolge im praktischen Einsatz. Wichtiger Erfolgsfaktor bei all diesen Projekten war
die Entscheidung, Daten grafisch so darzustellen, dass ein wirklicher Mehrwert für die zugrundeliegende Aufgabe entsteht und
nicht lediglich eine schönere und realitätsnähere Darstellung der
bereits vorhandenen Informationen erfolgt.
Zu bedenken ist allerdings, dass Visualisierung alleine nicht
sämtliche Probleme der Datenanalyse lösen wird, sondern lediglich ein Baustein in einer vielfältigen Methodenpalette zur Bewältigung großer Datensätze ist. Visualisierung ist vor allem immer
dann wichtig, wenn Experten Daten explorativ analysieren müssen. Sobald sich ein Prozess automatisieren lässt, hat die Visualisierung ihren Zweck erfüllt, und Techniken aus dem Bereich Machine
Learning, Data Mining oder Statistik bieten adäquate Analysemethoden. (av)
■
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Die Autoren: Dr. Michael Sedlmair (Foto) promovierte zum
Thema „Visual Analysis of In-car Networks“ bei der BMW Group
Forschung und Technik. Aktuell arbeitet er als PostDoc an der
University of British Columbia in Vancouver/Kanada.
Dr. Michael Schraut von der BMW Group Forschung und Technik
sowie Wolfgang Hintermaier von der BMW Group sind Co-Autoren.
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Das Tool „AutobahnVis“ unterstützt Testingenieure bei der Analyse
von Tracedaten. Geschickte grafische Darstellungen und gekoppelte
Zusatzfenster erleichtern dem Nutzer das Verständnis von Zusammenhängen zwischen Mechanik und Elektronik. Durch Herein- und
Herauszoomen per Zoom & Pan ergeben sich Detail- und ÜberblicksAnsichten.
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Mess- und Automatisierungssystem
Für alle Bereiche der Fahrzeug- und Komponentenentwicklung
Bei der neuen SMT (Softing MessTechnik) handelt es sich um mobile und stationäre Messsysteme mit modularem
Aufbau, die über einen seriellen Hochgeschwindigkeits-Bus verbunden sind. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK beschreibt
den Aufbau dieses neuen Systems, das Softing in Baden-Baden erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.
Kooperation mit Porsche
Porsche analysierte und bewertete diese Anforderungen und Zusammenhänge aufwändig. Das eindeutige Ergebnis veranlasste
Porsche, eine langfristige strategische Partnerschaft mit Softing
einzugehen. Die bisherige, durch Porsche entwickelte und hauseigene Systematik, entwickelt Softing nun kontinuierlich weiter und
produziert sie auch.
Darüber hinaus wird Softing die neue SMT (Softing MessTechnik)
bei weiteren Kunden im internationalen Markt platzieren. Dies erhöht die Anzahl der Kunden sowie der Anwendungen und führt
zu positiven Effekten bei Funktionalität und Vielfalt. Ein wesentlicher Faktor sind hierbei die sehr hohen Qualitätsstandards, die in
diesem Premium-Segment eine Voraussetzung sind.
SMT
Bei der SMT-Systematik legte Porsche sämtliche Erfahrungen seiner 30-jährigen Messtechnikentwicklung in die Waagschale. Um
einerseits eine Investitions- und Zukunftssicherheit sicherzustellen
und andererseits eine damit verbundene Unabhängigkeit von Lieferanten und Technologien zu erreichen, wurde ein serieller Hochgeschwindigkeits-Bus entwickelt, der auf Basistechnologien umgesetzt
wurde. Dieser Bus, genannt „Bitster“, arbeitet bei 1,25 GBit/s,
woraus ein Systemtakt von 1 MHz abgeleitet wird. Als Bus-Band-
Alle Bilder: Softing
D
ie Komplexität und Variantenvielfalt bei der Fahrzeugentwicklung steigt kontinuierlich an. Neue Antriebstechnologien, Leichtbau und Verbrauchsanforderungen, die
Einführung weiterer Assistenzsysteme sowie gehobene
Komfortansprüche sind nur einige Beispiele, welche sich drastisch
auf die Entwicklungsprozesse und somit auch auf die Mess- und
Automatisierungssysteme auswirken. Parallel zu dem eigentlichen
Messen müssen Abläufe automatisiert und Modelle simuliert werden. Zeitgleich steigen die Kanalanzahlen, Erfassungsraten und die
damit verbundenen Qualitätsansprüche. Um auch dem Aspekt der
Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden, muss die Systematik im
Ganzen betrachtet werden und es stellt sich die Frage „Wie kann
mit einer Systematik und der dazugehörigen Infrastruktur ein
Großteil dieser Anforderungen abgedeckt werden?“
Bild 1: Beispielhafter Aufbau der SMT.
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Bild 2: Individueller Modulaufbau.
Bild 3: Architektur der Fundation Class.
breite stehen bis zu 120 MByte/s zur Verfügung. Es können bis zu
100 Messmodule gleichzeitig zum Einsatz kommen, die nach dem
Prinzip der geographischen Adressierung angesprochen werden.
Die „Online-Datenrate“ liegt bei 50 kHz über den Bus. Diese Daten
lassen sich ebenfalls online mit bis zu 10 kHz in der Erfassungseinheit verarbeiten. Das Ein-/Ausschalten des Systems kann neben
dem klassischen Taster auch über Weck- beziehungsweise Ausschaltquellen erfolgen. Typisch hierbei ist das automatische Einschalten und Hochfahren über die Klemme 15 („Zündung an“)
oder über ein frei parametrierbares CAN-Signal des Versuchsträgers. Das automatische Abschalten erfolgt dann über dieselben
Mechanismen oder weitere wie Timer oder externe Signale.
Spezielle Gehäusemechanik
Die bekannten Nachteile einer Architektur auf Basis von Racks
umgeht SMT mit einer speziell ausgelegten Gehäusemechanik. Im
Gegensatz zu 19-Zoll-Geräteträgern lässt sich die SMT immer genau
so groß aufbauen, wie es für den gewünschten Aufbau beziehungsweise den benötigten Einsatzzweck erforderlich ist (Bild 2). Für
den stationären Einsatz am Prüfstand entstanden verschiedene
Mechanikkonzepte, welche die Vorteile eines Rack-Aufbaus ebenfalls sicherstellen. Dabei besteht die Möglichkeit, die SMT-Module
einzeln auszutauschen, ohne dabei die angesteckten Kabel der anderen Module anzufassen oder auszubauen. Das gesamte System
lässt sich über oder auch neben dem Prüfling in vertikaler oder
senkrechter Orientierung verbauen. Es gibt generell keine Unterscheidung zwischen mobilen und stationären Messmodulen, so
dass diese beliebig in Fahrzeugen und in Prüfständen zum Einsatz
kommen können.
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integraler Bestandteil (RGC-PC) oder abgesetzt (Laptop über USB/
LAN) betrieben. Auf dem RGC-PC kommen aktuell drei unterschiedliche Betriebssystemvarianten zum Einsatz. Für einige Aufgaben ist Windows XP ausreichend. Mit der Realtime-Erweiterung
RTX lassen sich sämtliche Berechnungen, Überwachungen und
Steuerungsaufgaben bis zu 10 kHz abwickeln. Bei unbemannten
Einsätzen kommt typischerweise das robuste und bewährte Echtzeitbetriebssystem QNX zum Einsatz. Unabhängig vom verwendeten
Betriebssystem nutzt SMT eine einheitliche Quellcodebasis.
Neben Windows 7 ist in Zukunft auch ein Einsatz unter Linux oder
Mac-OS vorgesehen.
Bild 4: Beispiel Parametrierung PID-Regler.
Kühlung integriert
Für die Kühlung des Systems entwickelten die Ingenieure ein im
Gehäuse integriertes Lüftungskonzept, das nach dem Gegenstromprinzip arbeitet und sich besonders für den robusten Fahrzeugeinsatz eignet. Sämtliche, bisher bekannten, Anforderungen in punkto
Temperatur und mechanische Belastung (Schock, Vibration etc.)
wurden hierbei berücksichtigt. Da sämtliche Anschlüsse sich an
der Vorderseite der SMT-Module befinden, ergeben sich Vorteile
bei der Handhabbarkeit des Messsystems. Somit kommt die SMT
mit einem minimalen Platzangebot am Einbauort zurecht und setzt
somit Maßstäbe im mobilen wie auch im stationären Einsatzbereich.
Auch bei der Auslegung der Elektronik-Plattform berücksichtigten die Ingenieure alle bisher bekannten Anforderungen und
Randbedingungen wie beispielsweise unterschiedliche und parametrierbare Software-Filter sowie galvanische Trennungen für die
Messsignale.
FPGA als Herzstück
Das Herzstück aller intelligenten SMT-Komponenten besteht aus
einem FPGA (Field Programmable Gate Array). Somit lassen sich
die meisten funktionalen Anpassungen und Erweiterungen schnell
und komfortabel mittels Software umsetzen. Das „Flashen“ einer
modifizierten Firmware kann über die Systemsoftware PEA auch
durch den Kunden, erfolgen.
Für das Erfassen von physikalischen Größen, Signalen von Fahrzeugbussen oder auch GPS-Daten steht eine große Palette von
Messmodulen zur Verfügung. Vom System erfasste oder errechnete
Größen lassen sich unter anderem als CAN- oder als analoge
Signale ausgeben.
In allen relevanten Modulen ist die Erkennung und Verarbeitung von TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) umgesetzt, was
die Benutzung der SMT erheblich erleichtert. Darüber hinaus können bei der Temperaturerfassung Sensoren mit einer sogenannten
Thermo-ID zum Einsatz kommen. Hierbei wird beim Rüsten eines
Fahrzeugs in jedem Thermoelement eine eindeutige ID hinterlegt,
wobei diese IDs über eine entsprechende Systematik den jeweiligen
Messstellenparametern zugeordnet sind. Somit lassen sich diese
Temperaturkanäle im Messsystem beliebig stecken. Anschließend
ordnet das System die Sensoren automatisch richtig zu.
Software des SMT
Eine weitere Besonderheit ist die Auslegung und die Software-Architektur (Bild 3) der Erfassungseinheiten. Ein sogenannter RGC
(Realtime Gateway Controller) bildet die Schnittstelle zwischen
den Mess- und Steuerkomponenten sowie dem PC. Dieser wird als
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Systemsoftware
Die zentrale Systemsoftware PEA vereint sämtliche Funktionen
zur Systemsteuerung. Neben der Konfigurationsermittlung und
Parametrierung erfolgt darüber hinaus die komplette Ablaufsteuerung sämtlicher Erfassungs- und Automatisierungskomponenten.
Über ein PlugIn-Interface besteht die Möglichkeit, Fremdsysteme
zu integrieren; so zum Beispiel Matlab/Simulink-Modelle, die
dann zeitäquidistant zur Erfassung ablaufen. Gerade im Bereich
der Restbus-Simulation, der immer mehr an Bedeutung gewinnt,
kommt dieses Instrument häufig zum Einsatz. Mit realen Modellen
lassen sich hierbei die physikalisch vorhandenen Komponenten
(zum Beispiel ein Motor auf dem Prüfstand) und notwendige Größen nicht vorhandener Komponenten (beispielsweise ein Getriebe) vorgeben.
Für komplexe Anwendungen bietet die Software die Möglichkeit,
sogenannte Scripte zu erstellen, mit denen auch beliebige Abläufe
automatisiert werden können. Dem Anwender steht hierzu die relativ einfach zu programmierende Scriptsprache Lua zur Verfügung.
Mit diesem Instrument kann in das gesamte Systemgeschehen eingegriffen werden, ohne dass dabei der eigentliche System-Code
modifiziert werden muss. Somit besteht beispielsweise die Möglichkeit, Komponentenprüfstände mit der SMT-Systematik komplett
zu automatisieren. Parallel hierzu lassen sich beliebige stationäre
und/oder dynamische Messungen durchführen. Selbst standardisierte Abgaszyklen können über das integrierte Fahrerleitsystem
auf der Teststrecke abgefahren werden.
Darüber hinaus verfügt die Systemsoftware PEA über eine umfangreiche Arithmetik- und Triggersystematik sowie über verschiedene Regelungs- und Klassier-Verfahren. Für die Visualisierung
(Bild 4) stehen alle bekannten Grafikelemente zur Verfügung, welche
die Anwender auf beliebig vielen Darstellungs-Fenstern individuell
parametrieren können. (av)
■
Der Autor: Michael Buntscheck ist Key Account Manager bei der Softing
Automotive Electronics GmbH in Haar bei München.
Auf einen Blick
SMT
Die SMT stellt eine in ihrer Art einzigartige Systematik dar, deren Entwicklung komplett aus der Fahrzeugentwicklung getrieben wurde.
Daraus ergeben sich sehr viele Einsatzgebiete für Prüfstandsbereiche
oder „raue“ mobile Anwendungen. Der Anwendungsbereich dieses
kompletten Mess- und Automatisierungssystems ist keinesfalls auf
die Automobiltechnik beschränkt; sie ist vielmehr für den Einsatz im
gesamten industriellen Bereich geeignet. Offizieller Verkaufsstart ist
im Jahr 2012.
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Mehr kW und GHz
Verstärker für EMV-Tests im Automotive-Bereich
Alle Bilder: Emco
In der physikalischen Umwelt der EMV-Prüfungen ist immer mehr Leistung nötig, um die geforderten
Prüffeldstärken sicher zu erreichen und dennoch einige Reserven für die Ermittlung von Störprofilen zu
haben. Dies zeigen zwei Beispiele für „mehr Leistung“ im GHz- und im kHz/MHz-Bereich.
Bild 1: 12-kW-Verstärker von Prana.
B
Bild 2: Das HF-Signalblockschaltbild des Gesamtverstärkers bestehend
aus Verstärker-Eingangs- und Ausgangsrelaismatrix, den beiden
Oktavbandverstärkern und einem Doppelrichtkoppler. Über diesen
ermittelt das System die aktuelle Verstärkerausgangsleistung
zusammen mit der von der Sendeantenne reflektierten Leistung.
ereits 2005 lieferte Emco an einen Zulieferer einen
1-2-GHz-Oktavband-Halbleiterverstärker mit 1 kW HfAusgangsleistung als Ersatz für einen 200-W-TWT-Verstärker. Dieser Halbleiterverstärker ermöglicht bei hoher
Linearität unabhängig von der Modulation des Sendesignals Sendefeldstärken von 500-700 V/m in 1 m Abstand. Dies war der erste
Halbleiter-Verstärker mit 1 kW Sendeleistung für EMV-Anwendungen in Deutschland.
Da die Fahrzeugindustrie zwischenzeitlich im Mikrowellenbereich von 2 bis 4 GHz ebenfalls hohe Sendefeldstärken für Komponenten-EMV-Einstrahltests verlangt, ersetzte der Zulieferer 2009
den 200-W-TWT-Verstärker dieser Messeinrichtung durch einen
400-W-Halbleiterverstärker und integrierte ihn zu einem Gesamtverstärker für den Bereich 1 bis 4 GHz. Nur durch die Steigerung
des Wirkungsgrads der Leistungshalbleiter innerhalb des Mikrowellen-Verstärkers wurde dies überhaupt erst möglich.
Emco übernahm beim diesem Mikrowellen-Gesamtverstärker die
Ausarbeitung des Gesamtkonzepts, dessen Projektierung und die
Integration der von verschiedenen Zulieferern stammenden Systemeinheiten (Verstärker, in punkto Einfügedämpfung optimiertes Relaisschaltfeld, Doppelrichtkoppler, lokale Verstärker-Bedieneinheit)
in ein Doppel-19-Zoll-Rack. Rmvo realisierte ebenfalls die Implementierung der entsprechenden Hard- beziehungsweise SoftwareFernbedienung für das Verstärker-Gesamtsystem. Die Gesamtintegration und die Abnahmetests konnten binnen 2 Tagen erfolgen.
Seither läuft das beschriebene System ohne Zwischenfälle im nahezu
täglichen Betrieb. Es ermöglicht dem Automotive-Zulieferer, damit
EMV-, Komponenten- und Fahrzeugeinstrahlmessungen mit hohen
Sende-Feldstärken komfortabel und effizient durchzuführen.
sen auf Grund der relativ niedrigen Frequenzen mit recht großen
Antennengebilden wie Stripline- und LogPer-Antennen generiert
werden. Durch die Bauart und die physikalischen Gesetzmäßigkeiten
sind sehr leistungsstarke Verstärker notwendig, um die geforderten
Feldstärken sicher zu erreichen. Bisher war eine verfügbare Nennleistung von 10 kW der Industriestandard für den Anwender.
Der französische Halbleiter-Verstärkerhersteller Prana (in
Deutschland durch Emco vertreten), stellte kürzlich eine Version
mit 12 kW Nennleistung vor, die in Teilbereichen bis zu 16 kW
HF-Leistung abgeben kann. Der luftgekühlte Klasse-A-Verstärker
mit der Bezeichnung GN12000 besteht aus 2x4 Einzelmodulen, die
über eine Steuereinheit und entsprechende Combiner verschaltet
sind.
Der modulare Aufbau in Einschubtechnik und die Selbstdiagnose des Systems erleichtern die Wartung im Falle eines Modulausfalls. Der Prototyp des GN12000 arbeitet seit einigen Monaten im
täglichen Testbetrieb bei einem bedeutendem EMV-Dienstleister
im Automotive-Bereich.
Auch wenn bisher 10 kW HF-Leistung das Maß der Dinge waren
sind Reserven doch wünschenswert, um einerseits die vorgeschriebenen Feldstärken auch unter ungünstigen Testbedingungen
(Fehlanpassungen der Antennen oder größere räumliche Gegebenheiten etc.) sicher zu erreichen und dabei den linearen Betrieb
der Verstärkerkennlinie nicht zu verlassen. (av)
n
12-kW-Verstärker für 100 kHz bis 250 MHz
Der Autor: Diego Waser ist Vertriebsleiter/Geschäftsführer bei der Emco
Elektronik GmbH in Planegg bei München.
Im Frequenzbereich von 100 kHz bis 250 MHz finden Immunitätstests an Fahrzeugen statt. Die Feldstärken von bis zu 200 V/m müswww.automobil-elektronik.de
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Testautomatisierung mit Open-Source
Rollenbasiertes verteiltes Testen von Embedded-Systemen
Das Absichern von Embedded-Systemen erfordert Testprozesse, die Entwicklungs- und Testabteilungen einbeziehen. Im Volkswagen-Konzern unterstützt auf Bibliotheksebene ein modellgetriebener Open-Source-Ansatz die
Testprozesse; die zugehörige Testautomatisierung EXAM ist Freeware des Entwicklungspartners MicroNova. Diese
Trennung stellt einem konsistenten Tool mit offenen Schnittstellen ein hohes Maß an Flexibilität durch die OpenSource-Bibliotheken zur Seite.
Alle Bilder: MicroNova
Testmanagement-Prozess einzubinden, bestehen
Schnittstellen zum Requirement-Tool Doors von
IBM sowie zu Testbench von Imbus.
Das auf Groovy basierende Scripting erlaubt die
Implementierung modellbasierter Funktionen, um
Änderungen an EXAM-Objekten vollautomatisiert
vorzunehmen. Der zugehörige Editor bietet als
Grundfunktionen die Syntaxhervorhebung, CodeVervollständigung und generische Skripterzeugung
aus Template-Dateien. Ferner können die Testdesigner Skripte mit Hilfe des XMI-Exports untereinander austauschen.
Die Beschreibung der Testfälle erfolgt weitgehend unabhängig vom Testsystem mit abstrakten
Funktionen des zu testenden Systems (DUT – Device Under Test) aus der EXAM-Bibliothek, so dass
Tester sich somit beim Erstellen der Testfälle auf
den Testinhalt statt auf das Prüfsystem konzentrieren können.
D
ie ersten elektrischen und elektronischen Steuergeräte im
Fahrzeug waren Einzelsteuergeräte wie beispielsweise das
Motorsteuergerät. Daraus ergab sich eine sehr heterogene
Testlandschaft, denn für jedes Steuergerät wurde die passende Prüfumgebung entwickelt. Begründet durch starke Vernetzung heutiger Steuergeräte ergeben sich neue Herausforderungen
an Testsysteme. EXAM (EXtended Automation Method) ist als
Testframework konzipiert. Es liefert dem Testingenieur eine Entwicklungsumgebung für seine Themen, die er individuell anpassen
kann.
Mit der Verwendung von Eclipse RCP setzt EXAM auf eine Basis, die sich im Bereich der Software-Entwicklung bereits etabliert
hat und so eine sichere Grundlage für zukünftige Weiterentwicklungen darstellt. Viele namhafte Unternehmen beteiligen sich an
der Weiterentwicklung von Eclipse. Durch die Nutzung des Eclipse
RCP lassen sich Erweiterungs-Plugins in die Testentwicklungsumgebung integrieren und so auf den jeweiligen Einsatzzweck anpassen. Auf diese Weise entstehen immer neue Erweiterungen, die
sich entsprechend auch in EXAM einbinden lassen. So bietet etwa
das BIRT-Projekt (Business Interchange and Report Tool) eine leistungsfähige Schnittstelle, um Testergebnisse auszutauschen und
um Reports sowie Dokumente zu erzeugen. Um EXAM in den
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Rollenbasiert, flexibel und zukunftssicher
testen
Für das erfolgreiche Arbeiten im Team ist ein entsprechendes Rollenkonzept nötig, welches sicher
stellt, dass die Aufgaben und Schnittstellen der einzelnen Teammitglieder exakt definiert sind. EXAM bietet ein solches Rollenmodell, nach dem sich Testfälle erstellen und ausführen
sowie die Ergebnisse verwerten lassen. Selbst das Erstellen von Reports ist möglich. Ein „one system fits all“ ist im Testen jedoch nicht
möglich. Aus diesem Grund muss ein gemeinsames zukunftssicheres System die Grundlage des Testens darstellen, wofür sich ein
Open-Source-Ansatz besonders eignet. So lassen sich die Elemente, die entwickelt werden, in möglichst vielen Anwendungsbereichen einsetzen: mit positiven Auswirkungen für die Entwicklungsund Unterhaltskosten.
Die Grundlage für jeden EXAM-Testfall bildet eine entsprechende Spezifikation in Textform, die für alle Beteiligten mit dem
entsprechenden Systemwissen verständlich ist. Mit EXAM überführen die Anwender nun auf Basis abstrakter Bibliotheksfunktionen, die den Funktionen des Systems im Fahrzeug entsprechen, die
vorgegebene Testspezifikation in ein UML-Modell. Das Modell ist
durch die abstrakten Namen und Beschreibungen ähnlich einfach
zu lesen wie die als Basis verwendete Testspezifikation. Die zur Beschreibung des Testfalls verwendeten Bibliotheksfunktionen stehen
als Interfaces zur Verfügung sowie als Open-Source. Daher müssen
Anwender beim Modellieren noch nicht genau bestimmen, welche
Testsysteme den Testfall schlussendlich ausführen sollen.
Die Auswahl der konkreten Implementierung – also der eigentlichen Codes zum Beispiel für ein spezielles Testsystem – erfolgt
erst zum Zeitpunkt der Testausführung durch sogenannte SystemConfigurations. Abstrakte Bibliotheksfunktionen gewährleisten
zudem, dass auch Teammitglieder ohne Programmierkenntnisse
den Inhalt des Testfalls überprüfen und bewerten können.
Anschließend übernimmt der EXAM-Codegenerator das Erstellen des ausführbaren Codes, indem er aus dem UML-Modell
den ausführbaren Python-Code erzeugt. Um den abstrakten Testfall auf einem bestimmten System auszuführen, muss der Tester
nur den so generierten Code auf den Testrechner synchronisieren
sowie die entsprechende SystemConfiguration für das Testsystem
auswählen. Eine zentrale Reportdatenbank speichert die Ergebnisse und erzeugt entsprechende Auswertungen.
Standort- und unternehmensübergreifende Tests
Nicht nur die verschiedenen Teststufen erfolgen häufig an verschiedenen Standorten, die Teams führen Tests heutzutage auch
innerhalb einer Stufe an Arbeitsplätzen durch, die räumlich voneinander getrennt sind. So findet zum Beispiel ein Komponententest vielfach beim Zulieferer statt, während der Integrationstest
hingegen an Standorten des OEMs erfolgt. Daraus resultiert die
Notwendigkeit, über Standorte hinweg gemeinsam Tests im Team
zu entwickeln.
In EXAM arbeiten die Teammitglieder auf einer gemeinsamen
zentralen Datenbank. Durch diese zentrale Modelldatenbank steht
allen Nutzern standortunabhängig ein einheitliches Testmodell
zur Verfügung. Somit können die Anwender gemeinsam an den
Testinhalten arbeiten; Testthemen lassen sich so auch gut auf verschiedene Personen aufteilen ohne dass räumliche Grenzen eine
Rolle spielen. Des Weiteren fördert dieser zentrale Ansatz die Diskussion über Tests und mögliche Lösungen, da alle Anwender von
den gleichen Inhalten „sprechen“.
Seit der Veröffentlichung von EXAM 2.0 haben bereits zahlreiche
Anwender auf Hersteller- und Zuliefererseite die Möglichkeiten der
Open-Source-Bibliotheken genutzt und eigene Beiträge zur Weiterentwicklung geleistet. Diese Tatsache stößt auf großes Interesse, da
die von der Bibliothek angesteuerten Tools bei allen Beteiligten flächendeckend im Einsatz sind. Die breite Nutzung erweitert den
Funktionsumfang zügig, so dass alle EXAM-Nutzer schnell und
kostengünstig von diesen Anwendungen profitieren. (av)
■
Die Autoren: Markus Wiedholz und
Christoph Menhorn arbeiten bei MicroNova.
Auf einen Blick
EXAM
EXAM wird seit 2006 von MicroNova, Audi und Volkswagen gemeinsam entwickelt und hat sich seitdem als konzerneinheitliche Testautomatisierung für Prüfstände im Volkswagen-Konzern etabliert. Als
grafisches Testentwicklungswerkzeug definiert EXAM eine Methodik
auf Basis der UML, mit der Testfälle dargestellt, durchgeführt und
ausgewertet werden. Testabläufe können ohne Programmierkenntnisse grafisch in Sequenzdiagrammen modelliert werden. EXAM formalisiert eine konzernweit einheitliche Sprache zur Darstellung von Testsachverhalten.
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Bild 1: EXAM bedient
im TestmanagementProzess den kompletten
Teilbereich Test
Execution Management.
Bild 2: Die Testautomatisierung EXAM im Einsatz
am Beispiel der „Debug
Perspective“, die ein
integriertes Debugging
für eine effizientere
Fehleranalyse bietet.
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Elektromobilität
Hochspannung garantiert
HiL-Test von Batteriemanagementsystemen (BMS)
Alle Bilder: dSPACE
Ein BMS sorgt dafür, die Hochvoltbatterie stets im optimalen Bereich zu betreiben. Umfassende Tests eines solchen
Systems sind wegen der sicherheitskritischen Einstufung unerlässlich. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK stellt die Hardware und die Simulationsmodelle für derartige Tests vor. Autoren: Markus Plöger, Dr. Hagen Haupt, Jörg Bracker
B
atterien für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge bestehen üblicherweise aus Li-Ionen-Zellen mit einer Spannung von
zirka 3,6 V bis 4,2 V. Durch Reihenschaltung werden
Spannungen über 600 V erreicht. Dabei beeinflusst eine
einzelne fehlerhafte Zelle das Verhalten der gesamten Batterie. Wesentliche Aufgabe des Batteriemanagementsystems (BMS) ist es
daher, die einzelnen Zellen gegen Überladung, Tiefenentladung und
Überhitzung zu schützen. Hierzu dient das Cell Balancing, das einen
stets gleichen Ladezustand aller Zellen gewährleistet. Zusätzlich
muss das BMS die aktuelle Restkapazität der Batterie abschätzen.
Ein BMS gliedert sich in das eigentliche BMS-Steuergerät und
die Zellmodule (ZM). Beide sind über einen galvanisch isolierten
CAN miteinander verbunden. Ein ZM ist jeweils einem Zellstapel
zugeordnet. Das ZM ist sowohl für die Messung der Zellenspannungen als auch für die gezielte Entladung einzelner Zellen zuständig. Dazu gibt es im ZM für jede Zelle einen Transistor, der im
eingeschalteten Zustand die Zelle über einen Widerstand entlädt.
Das übergeordnete BMS-Steuergerät sorgt dafür, dass immer die
Zellen entladen werden, die eine höhere Spannung haben als die
übrigen Zellen. Dieser Mechanismus hält alle Zellen der Batterie
auf demselben Ladungsniveau.
HiL-Tests für BMS
Für einen Test der Regelstrategie des BMS reicht es, das BMS-Steuergerät alleine zu testen. Die Zellmodule werden in diesem Fall
mittels Restbussimulation über CAN simuliert. Für den Test des
gesamten Batteriemanagements muss mindestens ein ZM in das
HiL-System eingebunden werden. Für den Closed-Loop-Betrieb
sind sowohl ein echtzeitfähiges Batteriesimulationsmodell als auch
ein Zellenspannungsemulator zur Ausgabe der analogen Klemmen30
spannung an das ZM erforderlich. dSPACE stellt beides in
Form des Multizellenmodells
der Automotive Simulation
Models (ASM) und des Batteriespannungsemulators EV1077
zur Verfügung (Bild 1).
Im Unterschied zu herkömmlichen Batteriemodellen
für die Bordnetzsimulation
müssen Modelle für den BMSTest das Verhalten der Batterie
als Zusammenschaltung mehrerer Einzelzellen abbilden. Ein
Zellenmodell bildet dabei Zellenspannung und Ladungszustand einer Batteriezelle ab.
Technologiebedingte Verhaltensunterschiede beim Laden
und Entladen, das dynamische Verhalten bei Belastungssprüngen
sowie Verlustströme werden berücksichtigt.
Echtzeitfähiges Multizellenmodell
Das Zellenmodell der ASM setzt sich aus einem Zellenspannungsmodell und einem Modell für den Ladungszustand zusammen.
Das Zellenspannungsmodell ermöglicht die Parametrierung einzelner physikalischer Effekte wie Innenwiderstand, Diffusion und
Doppelschichtkapazität. Das Ladungszustandsmodell berücksichtigt sowohl den Lade- und Entladestrom der Zelle als auch Verlustströme. Ein kompletter Zellenverbund aus n Zellen kann durch die
Zusammenschaltung von n Einzelmodellen gebildet werden. Bei
großer Zellenanzahl ist so ein Modell allerdings nicht mehr gut
handhabbar undgegebenenfalls nicht mehr echtzeitfähig.
Das neue Multizellenmodell besteht aus einem komplexen Referenzzellenmodell zur Beschreibung des grundsätzlichen Verhaltens des verwendeten Zellentyps und einem Deltamodell. Dies
berechnet die Abweichung der Zellenspannung jeder einzelnen
Zelle von der Referenzspannung. Dafür können Kapazität, anfänglicher Ladungszustand und die Abweichung vom Referenzwert des
Innenwiderstandes für jede Zelle vorgegeben werden.
Dieser neue Modellansatz verringert die Rechenzeit im Vergleich zu einer Reihenschaltung aus 100 Einzelzellenmodellen auf
einem dSPACE-Echtzeitsystem um den Faktor 12. In der OfflineSimulation ist die Einsparung noch deutlich größer.
Hardware-Anforderungen für die Zellenspannungsemulation
Wie in der realen Batterie müssen die Zellenspannungen bei der
Emulation ebenfalls in Reihe geschaltet werden, da die Messung
der Zellenspannung im ZM jeweils nur über eine Leitung erfolgt.
Elektromobilität
HiL-Integration der Emulationseinheit
Der Datenaustausch zwischen Echtzeitprozessor und der Zellenspannungsemulationshardware erfolgt über eine LVDS-Schnittstelle. Sie gewährleistet sowohl eine hohe Genauigkeit als auch die
galvanische Isolation. Eine Steuerkarte empfängt die Sollwerte der
einzelnen Zellen vom Echtzeitprozessor und überträgt die Daten
an die einzelnen Module zur Zellenspannungsemulation. Neben
den Sollwerten werden auch Steuerkommandos zum Schalten von
Relais empfangen. In umgekehrter Richtung werden die gemessenen Zellenströme sowie die Temperatur jedes Moduls übertragen.
Die Relais auf einem Modul haben die Aufgabe, die Verbindung
zum Steuergerät herzustellen oder zum Zwecke der Fehlersimulation zu trennen. (av)
■
Bild 1: Anstelle der realen Batteriezellen werden die Zellenemulationsmodule an die Zellmodule angeschlossen. Gesteuert werden sie vom
ASM-Zellenmodell.
Deshalb muss die Emulation aus galvanisch isolierten Spannungsquellen bestehen. Li-Ionen-Zellen haben eine sehr flache
Entladekennlinie. Die Spannungsmessung im Steuergerät erfolgt
daher mit hoher Genauigkeit. Deshalb müssen die Zellenspannungen mit einer Genauigkeit von mindestens 1 mV emuliert werden
können. Diese Genauigkeit muss auch bei auftretenden BalancingStrömen von einigen hundert mA erhalten bleiben. Die Zellenemulationshardware misst die Balancing-Ströme und gibt sie an
das Batteriemodell für eine korrekte Simulation des Ladezustands
weiter.
Die Autoren arbeiten bei dSPACE: Markus Plöger als Gruppenleiter für HIL,
E-Drive und Testautomatisierungs-Kundenprojekte, Dr. Hagen Haupt als Leiter
der Modellierungsgruppe im Bereich Application/Engineering und Jörg Bracker
als Gruppenleiter in der Abteilung Kundenspezifische Simulatorhardware.
Auf einen Blick
HiL-Test von BMS
Für den HiL-Test von Batteriemanagementsystemen (BMS) ist die Simulation von Hochvoltbatterien auf Zellenebene erforderlich. dSPACE
stellt dafür ein skalierbares, echtzeitfähiges Zellenmodell und eine
hochgenaue Emulationseinheit zur Ausgabe der Zellenklemmenspannung zur Verfügung. Beide ermöglichen den Aufbau eines HiL-Simulators, um BMS automatisiert und reproduzierbar zu testen.
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315AEL0411
Fehlersimulation
Eine vollständige HiL-Simulation schließt auch die Nachbildung
fehlerhafter Zustände der Batterie ein. Dies kann die Simulation
einer defekten Zelle mit verändertem Innenwiderstand oder Kapazität sein oder ein Kabelbruch beziehungsweise Kurzschluss.
Bei schnellem Wechsel der Belastung einer Batterie verändert
sich die Spannung an allen Zellen nahezu gleichzeitig. Daher müssen die einzelnen Zellen ihre Spannung innerhalb eines Modelltaktes ändern können. Das erfordert sowohl eine schnelle Übertragung der Sollwerte wie auch eine schnelle Ausregelung der Ausgangsspannung. Weitere typische Forderungen sind Kurzschlussfestigkeit, Überlastfestigkeit sowie eine hohe Isolationsfestigkeit,
da durch die Reihenschaltung hohe Spannungen erreicht werden
können.
Aufbau der Emulationselektronik
Die Zellenspannungsmodule liefern eine einstellbare Spannung im
Bereich 0 bis 6 V. Der relativ weite Bereich erlaubt die Emulation
schadhafter Zellen, so zum Beispiel kurzgeschlossener Zellen (0 V)
oder von Zellen mit erhöhtem Innenwiderstand (höhere Spannung
beim Laden).
Die Genauigkeit der ausgegebenen Spannung beträgt ±1 mV über
den gesamten Arbeitstemperaturbereich. Die galvanische Isolierung
erlaubt eine Reihenschaltung der Module bis zu einer Gesamtspannung von 800 V. Ein Sollwertsprung ist in weniger als 500 µs vollständig ausgeregelt. Sämtliche Zellmodule erhalten ihren neuen Sollwert
in weniger als 1 ms. Jeder Kanal kann einen Strom von maximal 1 A
liefern und senken. Er ist damit für die üblichen Balancing-Ströme
ausreichend dimensioniert. Für besondere Anforderungen können
bis zu vier Module parallel geschaltet werden, wodurch ±4 A erreicht werden.
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Protronic für die E-Mobilität
Etabliertes Entwicklungswerkzeug im doppelten Praxistest
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt an Hand von zwei Praxisbeispielen, wie ein universelles Entwicklungssteuergerät
die Ingenieure bei der Realisierung von Prototypen unterstützt. Bei diesen kurzfristig umgesetzten „Ideenfahrzeugen“ handelt es sich um ein Hybrid- und ein Elektrofahrzeug.
Autor: Marco Rohe
D
er Paradigmenwechsel vom klassischen Antrieb mit Verbrennungsmotoren hin zu Elektroantrieben stellt für die
Automobilindustrie eine große Herausforderung dar. Die
Beherrschbarkeit neuer Technologien sowie die schnelle
Umsetzung in zukunftsfähige Produkte und deren Erprobung sind
die Schlüsselfaktoren für den Erfolg der Hersteller und Zulieferer.
Eine seit langem bewährte Methode, um Ideen schnell und effizient in erlebbare Lösungen umzusetzen, ist Rapid Control Prototyping (RCP).
Zum Einsatz kommen dabei universelle Entwicklungssteuergeräte, die wesentlich flexibler und leistungsfähiger als Seriensteuergeräte sind. Kennzeichen derartiger Prototyping-Systeme wie der
Protronic von AFT Atlas Fahrzeugtechnik sind umfangreiche Ein/
Ausgabeschnittstellen, die einfach an unterschiedliche Sensoren
und Aktoren anpassbar sind, sowie eine hohe Rechnerleistung.
Die Entwicklung der Regelalgorithmen und -funktionen erfolgt
dabei typischerweise in einer grafischen Entwicklungsumgebung
mit automatischer Code-Generierung auf Knopfdruck. Allerdings
ist auch manuell erstellte Software in Protronic integrierbar. Durch
eine frühzeitige Offline-Simulation auf dem PC lassen sich die so
entwickelten Funktionen testen und optimieren. Anschließend
wird die aus diesem freigegebenen Entwicklungsstadium
generierte Software auf ein Entwicklungssteuergerät heruntergeladen und am realen Objekt getestet.
Herausforderung Hybrid- und Elektrofahrzeug
Die nachfolgenden Anwendungsbeispiele zeigen, wie mit Protronic und der dazugehörigen Werkzeugkette zwei „Ideenfahrzeuge“
der Schaeffler-Gruppe innerhalb kürzester Zeit realisiert wurden.
Bei dem ersten Praxisbeispiel handelt es sich um den sogenannten
„Schaeffler Hybrid“, der den praktischen Vergleich der vielseitigen
Möglichkeiten zum Thema Hybrid-Antrieb ermöglicht. Dafür lassen
sich mit dem Fahrzeug verschiedene Fahrzeugkonstellationen und
Fahrzustände darstellen.
Neben dem serienmäßigen Verbrennungsaggregat des Basisfahrzeugs verfügt das Hybridfahrzeug über einen elektrischen
Zentralmotor sowie zwei Radnabenmotoren. Maßgeblich bei der
Realisierung des Fahrzeugs war für die Entwickler, dass sich mit
ihm verschiedene Antriebskonzepte samt aussagekräftigen Vergleichsmöglichkeiten darstellen sowie realitätsnahe Erprobungen
durchführen lassen. Aus diesem Grund sind die verschiedenen
Elemente jeweils zuschaltbar; sie umfassen eine große Bandbreite
verschiedener Fahrzustände. Dabei reichen die Möglichkeiten vom
klassischen Betrieb mit Verbrennungsmotor über die Funktions-
Alle Bilder: AFT Atlas Fahrzeugtechnik
Bild 1: Protronic in einem
konkreten Prototypeneinsatz.
32
Bild 2: Anwendungsgebiete der Protronic.
weise als Parallel-Hybrid und Seriellem Hybrid bis hin zum vollelektrischen Fahren. Der eingebaute Verbrennungsmotor kann
sowohl das Fahrzeug antreiben als auch als Range-Extender gekoppelt werden. Ein automatisiertes Schaltgetriebe vergrößert die
Möglichkeiten zusätzlich. Der Energiespeicher, eine 16 kWh starke
Lithium-Ionen-Batterie (400 V, 400 A), lässt sich sowohl über Rekuperation oder den Range-Extender als auch über eine externe
Stromversorgung (Plug-In-Hybrid) aufladen.
Um in einem kurzem Zeitraum diese Vielfalt an Komponenten
und Systemen einerseits zu regeln und andererseits die Funktionsanforderungen der oben genannten Möglichkeiten in einem ganzheitlichen Hybridkonzept in einer Gesamtfahrzeugsteuerung zu
verknüpfen, wurde der Ansatz gewählt, diese Anforderungen auf
nur einem Steuergerät zu integrieren. Mit der Protronic konnte dies
problemlos realisiert werden, da in der Variante als Motorsteuerung
bereits ein Einspritzmodul integriert ist und Funktionsmodelle für
verbrennungsmotorische Anwendungen verfügbar sind (Bild 1).
Im Hybridfahrzeug ist somit ein RCP-Steuergerät verbaut, das einerseits den serienmäßigen Verbrennungsmotor und andererseits auch
die Umrichter der Elektromotoren, das Batteriemanagementsystem
und alle zusätzlich nötigen Sensoren und Aktoren wie beispielsweise
zusätzliche Kühlmittel- und Unterdruckpumpen ansteuert und regelt. Nach wie vor funktionieren durch Restbussimulation auf ihr
auch alle Anzeigen und Bedienelemente des Originalfahrzeugs wie
zum Beispiel das Armaturenbrett.
Auch im Bereich der Softwareentwicklung für das Hybridfahrzeug nutzten die Ingenieure die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten
der Protronic. Während sie die Verbrennungsmotorregelung mit
Hilfe der modellbasierten Softwareentwicklung umsetzten, generierten und integrierten sie die Funktionen der elektrischen Komponenten in klassischer manueller Codeerzeugung.
EV-Prototyp
Mit dem Elektroprototypenfahrzeug ACTIVeDRIVE hat die
Schaeffler-Gruppe ein weiteres Ideenfahrzeug für alternative Antriebskonzepte präsentiert. Bei diesem zweiten Praxisbeispiel
handelt es sich um ein reines E-Fahrzeug mit einer luftgekühlten
Lithium-Ionen Batterie (Gesamtkapazität 17,8 kWh, Nennspannung 396 V), das über Torque-Vectoring-Funktionalitäten verfügt.
Das elektrische Torque-Vectoring ermöglicht eine variable Momentenquerverteilung mit Hilfe eines zusätzlichen Elektromotors.
Diese Querverteilung kann als Lenkunterstützung, Traktionshilfe
oder zur Stabilisierung des Fahrzeugs im Grenzbereich zum Einsatz kommen. Über die Schnittstellen der eingebauten Protronic
kann der Anwender durch Aufspielen unterschiedlicher Regelstrategien das Systempotenzial des Aktiven E-Differentials unterwww.automobil-elektronik.de
suchen und optimieren. Da es sich bei dem beschriebenen EFahrzeug um einen Prototypen handelt und der Einsatz einer
Torque-Vectoring-Funktionalität in diesem Umfeld eine Neuheit
darstellt, war es für die Entwickler wichtig, ein Steuergerät einzusetzen, das ihnen eine höhere Abstraktionsebene bei der Implementierung bietet. So können beispielsweise Einspurmodelle, die
in Simulink entwickelt und validiert wurden, als Basis für die Regelungsentwicklung dienen, die in der gleichen Entwicklungsumgebung durchgeführt wird. Mittels Autocodegenerierung lassen
sich der C-Code generieren und mit dem automatisierten BuildProzess die zum Flashen und Applizieren notwendigen Dateien
erzeugen. Somit sind eine schnelle Erprobung und kurze Entwicklungszyklen möglich.
Bereits ab Projektbeginn stand für die Verantwortlichen fest, dass
sie das Fahrzeug nach dem Umbau dem TÜV vorstellen wollen, um
die Straßenzulassung für den Prototypen zu erhalten. Die Entwickler verfolgten deshalb einen CMMI- und ISO-26262-konformen
Entwicklungsprozess und konnten durch Einsatz der Protronic auf
die von ihr für die Entwicklung von sicherheitskritischen Anwendungen freigegebenen Software-Werkzeuge zurückgreifen.
Sowohl beim E-Fahrzeugprototyp als auch beim Hybridfahrzeug waren die Entwickler auf ein RCP-Steuergerät angewiesen,
das ihnen neben der notwendigen Leistungsstärke auch Freiheitsgrade für die Anpassung der Ein- und Ausgabeschnittstellen bietet.
Bei der Protronic lassen sich die Parameter (zum Beispiel Offset,
Schwellen oder Hysterese) für jeden Eingang individuell einstellen.
Möglich wird dies durch den Einsatz von programmierbaren Logikbausteinen, sogenannten FPGAs (Field Programmable Gate Arrays).
Die gleiche Einstellbarkeit gilt auch für die Ansteuersignale der
Ausgänge. Die Protronic übernimmt beispielsweise im E-Fahrzeug
auch die Ansteuerung der Nebenaggregate, wobei aufgrund der
integrierten Signalkonditionierung und Leistungsendstufen keine
weiteren externen Module notwendig sind (Bild 2).
Fazit
Schon heute ist absehbar, dass die Komplexität und die Anforderungen im Bereich von Hybrid- und Elektro-Anwendungen stark
zunehmen werden und Automobilhersteller sowie deren Zulieferer ihre Entwicklungsaktivitäten maßgeblich ausbauen. Mit der
neuen Generation, der ProtroniC Topline stellt AFT in Kürze eine
zukunftsweisende Entwicklungsplattform mit deutlich mehr Rechenleistung, leistungsfähigeren Kommunikationsschnittstellen
und einem integrierten Datenlogger vor, die Entwicklern die notwendigen Freiheitsgrade bietet. (av)
■
Der Autor: Marco Rohe arbeitet
bei AFT Atlas Fahrzeugtechnik.
Auf einen Blick
ECUs für EVs und Hybride
Die beiden Beispiele haben gezeigt, dass Entwicklungssteuergeräte
für Anwendungen im Bereich der Elektromobilität besonders leistungsstark und flexibel anpassbar sein müssen. Die Protronik bietet
die dafür notwendigen technischen Voraussetzungen sowie zusätzliche Funktionalitäten wie beispielsweise integrierte Signalkonditionierung und Endstufen.
316AEL0411
33
Vibrationsmessung in Prüfständen
Hardware und Praxis-Tipps, um Messfehler zu vermeiden
Die Anforderungen an Sensoren beim Einsatz in Prüfständen sind naturgemäß sehr hoch, da aussagefähige
Messwerte gewonnen werden sollen, die solide und zuverlässige Analysen und Aussagen ermöglichen. Dies trifft
im besonderen Sinne auch für Beschleunigungssensoren zum Einsatz in Prüfständen zu. Die jeweiligen Anforderungen an diese Sensoren werden durch die durchzuführenden Untersuchungen und die Art des Prüflings
bestimmt. Autoren: Manfred Vieten und Werner Dittmar
Alle Bilder: Synotech
Bild 2: Miniatur-Beschleunigungsaufnehmer zur Untersuchung
kleiner Komponenten.
Bild 3: Triaxial messende
Beschleunigungsaufnehmer
mit integriertem Tiefpassfilter.
Resonanzen vermeiden
Bild 1: Serie 339A mit niedrigem Temperaturkoeffizienten
für den Einsatz bei wechselnden Temperaturen.
I
n der automobilen Prüfstandsmesstechnik haben sich in den
letzten Jahren Beschleunigungssensoren mit integriertem Verstärker (ICP-Technik) als Standard durchgesetzt, weil damit die
einfache Verarbeitung der Messsignale möglich ist. Dies wiederum hat dazu geführt, dass praktisch alle Anbieter von Mess-,
Prüf- und Analysesystemen die notwendige Versorgung dieser
Aufnehmer bereits in ihren Messmodulen integriert haben: „Einfach anschließen und messen“ lautet die Devise. Verstärkt wurde
diese Entwicklung nochmals durch die Einführung von Sensoren mit
TEDS, die einen kleinen Speicherchip enthalten, in dem wesentliche
Kenndaten gespeichert sind. Diese können unter Verwendung der
üblichen zweiadrigen Messleitung vom Messsystem ausgelesen werden; die entsprechenden Bereichseinstellungen erfolgen automatisch.
Verwechslungen bei der Anschlussbelegung werden verhindert,
potenzielle Fehlerquellen vor allem bei vielkanaligen Messungen
weiter reduziert. Dies alles führt zu einer erheblichen Zeit- und
Kostenersparnis bei der Vorbereitung der Messung.
Wichtig: die Masse
Speziell bei der Prüfung kleiner Komponenten ist zu beachten,
dass die Masse des Beschleunigungssensors nicht so groß ist, dass
sich durch das Gewicht des Sensors das Schwingverhalten des
Prüflings verändert. Namentlich der Frequenzinhalt im Zeitsignal,
die Dämpfung und auch Amplitudenhöhe kann durch das Aufbringen von zusätzlicher Masse (Mass Loading) nachhaltig beeinflusst werden. Abhilfe schaffen hier Miniaturbeschleunigungssensoren (Bild 2), die in uniaxialer (zwischen 0,2 und 0,7 g) sowie
auch in triaxialer Ausführung (1 bis 4,5 g) erhältlich sind. Mit einer
Kantenlänge von nur 6,35 mm sind die Modelle 356A01 und
356A13 die kleinsten verfügbaren ICP-Triaxsensoren.
34
Bei energiereichen Prüfverfahren wie beispielsweise Motorhochlaufversuchen kann es beim Einsatz piezoelektrischer Sensoren zu
Problemen kommen, da bei hohen Drehzahlen ein Effekt auftritt,
bei dem die Zeitsignale stark überhöhte Amplituden aufweisen,
während das Signal unsymmetrisch und auch der Frequenzinhalt
nicht korrekt wiedergegeben wird. Grund für diesen Effekt ist die
Anregung des Sensors im Bereich der Resonanzfrequenz. Der hohe Übertragungsfaktor an dieser Stelle sorgt dafür, dass die Sensorelektronik übersteuert. In diesem Zustand ist es nicht möglich,
korrekte Mess-ergebnisse zu produzieren und aufzuzeichnen. Eine
Lösung dieses Problems stellen Sensoren mit internem Tiefpassfilter dar. Grundsätzlich gibt es zwei Gründe, Sensoren mit Filter zu
verwenden. Hierdurch wird einerseits der obere nutzbare Frequenzbereich eines Sensors durch Unterdrückung der Signalanteile im Bereich der Resonanzfrequenz vergrößert und zweitens die
Sättigung des Verstärkers verhindert. Typische Beispiele solcher
optimierten Vibrationssensoren sind die Modelle 356A63 und
356A66, die beide geschilderten Effekte vermeiden (Bild 3).
Erhöhte Betriebstemperaturen
Wenn beim Testbetrieb hohe Temperaturen auftreten (beispielsweise in Abgasanlagen), so ist es zunächst wichtig, die maximal
mögliche Temperatur zu ermitteln, welcher der Sensor im Testbetrieb ausgesetzt wird. Ist dieser Wert bekannt, stehen folgende Alternativen zur Wahl: ICP-Aufnehmer mit integriertem Verstärker
haben üblicherweise eine maximale Dauereinsatztemperatur von
+121 °C. Sensoren mit einer speziellen Hochtemperatur-ICP-Elektronik ermöglichen Einsatztemperaturen bis +163 °C. Für diesen
Temperaturbereich ist eine Reihe uni- und triaxialer Modelle erhältlich. Oberhalb dieser Temperatur können Sensoren mit integriertem Verstärker nicht zum Einsatz kommen. Hier sind Sensoren
mit Ladungsausgang die richtige Wahl. Herkömmliches piezoelektrisches Material hat eine maximale Dauereinsatztemperatur von
+254 °C. Oberhalb dieser Temperatur verliert das verwendete Material seine piezoelektrischen Eigenschaften. Unter Verwendung
spezieller keramischer Werkstoffe ist heute die Herstellung von
Sensoren mit Dauereinsatztemperaturen von +482 °C beziehungsweise sogar +650 °C möglich. An Sensoren für den Temperatureinsatz bis 900 °C wird gearbeitet.
Grundsätzlich ist für jeden Sensor mit Ladungsausgang ein Ladungsverstärker erforderlich – und zwar meist in Form eines „InLine“-Ladungsverstärkers, der an jeder ICP-Versorgung arbeiten
kann. Da sich bei Höchsttemperatursensoren grundlegende Eigenschaften wie zum Beispiel der Isolationswiderstand verändern, gibt
es spezielle Ladungsverstärker. Diese sind in der Lage, solche Änderungen zu kompensieren. Herkömmliche „In-Line“-Ladungsverstärker sind ausschließlich für die Ladungssensoren bis +254 °C
Dauereinsatztemperatur geeignet.
Weniger Messfehler bei schwankenden Temperaturen
Wenn Beschleunigungssensoren bei ständig wechselnden Temperaturen zum Einsatz kommen (wie beispielsweise in Klimakammern
im Rahmen von HALT/HASS-Prüfungen), dann rückt der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit in den Mittelpunkt. Dieser im
Kalibrierzertifikat jedes Sensors aufgeführte Wert beschreibt, wie
sich die nominale Empfindlichkeit des Sensors in Abhängigkeit von
der Betriebstemperatur verändert. Diese Veränderung wird durch
ganz unterschiedliche Faktoren wie der Wärmedehnung der Kristalle und der Änderung der Vorspannung des piezoelektrischen
Messelements bestimmt, aber auch vom verwendeten Piezomaterial, von der Schnittrichtung der Piezokristalle beziehungsweise
der Polarisation, vom Sensortyp (ICP oder Ladung) oder auch von
der verwendeten ICP-Elektronik. Die Temperaturkoeffizienten typischer piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer liegen im Bereich von 0,1 bis 0,14 %/°C.
Dies bedeutet bei einer Temperaturdifferenz von 100 °C eine Abweichung der Empfindlichkeit von 10% bis 14%. Üblicher- und
glücklicherweise ist der Zusammenhang aber nicht linear, und jedes Modell hat eine eigene Empfindlichkeits/Temperaturcharakteristik, die im Kalibrierblatt dargestellt ist. Insofern relativiert sich
diese Betrachtung ein wenig. Zur Lösung dieser Problematik können die Modelle der Serie 339A (Bild 1) dienen, die sich durch einen niedrigen Temperaturkoeffizienten von 0,02 %/°C auszeichnen
und somit höchste Stabilität im gesamten Arbeitstemperaturbereich
bieten. Die maximale Empfindlichkeitsabweichung im gesamten
Temperaturbereich von - 54 bis + 163 °C liegt hier bei 2% und somit
um Faktor 5 bis 10 niedriger als bei den üblichen Modellen.
Kennlinienfeldes lassen sich für unterschiedliche Drehzahlbereiche
individuelle Toleranzpegel einstellen. Hierbei wird die Drehzahl
des Prüfstandes über einen 4…20-mA-Eingang erfasst und hierüber die Grenzwerte für die Schwingungsüberwachung gesteuert.
Da weitere Messeingänge zur Verfügung stehen, können auf
Wunsch auch andere Parameter wie zum Beispiel Differenzdruck,
Kraft oder Leistungsaufnahme erfasst und in die Überwachung
einbezogen werden.
Im Rahmen dieses Artikels konnten naturgemäß nur die wesentlichen Aspekte und Problemstellungen beim Einsatz von Beschleunigungssensoren in Prüfständen dargestellt werden. Fragen
wie die einfache, schnelle und sichere Montage der Sensoren oder
eine optimale Kabelführung sind weitere Aspekte auf dem Weg zu
aussagefähigen Mess- und Analyseergebnissen. Hierzu bietet sich
ein Gespräch mit den Vertriebsingenieuren an. (av)
■
Die Autoren arbeiten bei Synotech Sensor und Meßtechnik in Hückelhoven:
Dipl.-Ing. Manfred Vieten als Marketingmanager, Dipl.-Ing. Werner Dittmar
als Produktmanager.
Auf einen Blick
Beschleunigung richtig messen
Bei der Auswahl von Beschleunigungssensoren für den Einsatz in
Prüfständen heißt es, die Parameter Baugröße, Betriebstemperatur,
Temperaturstabilität, Frequenzverhalten sowie die Einfachheit der
Signalverarbeitung zu berücksichtigen.
AUTOMOTIVE
Engineering und Produkte für
Automotive Electronics Software
Gesamtüberwachung des Prüfstandes
In der Regel überwacht ein zentrales Mess- und Steuerungssystem
den Betrieb des Prüfstands. Und dennoch wünschen die Experten
immer häufiger die Überwachung des Prüfablaufes durch ein unabhängiges System, das bei kritischen Zuständen alarmiert oder
den Prüfstand abschaltet. Diese Aufgabe ist vor allen bei Prüfständen, die mit variabler Drehzahl arbeiten, recht anspruchsvoll.
Eine kostengünstige Lösung für solche Überwachungsaufgaben
stellt der Zustandsmonitor CW219C dar. Mit Hilfe eines Kennlinienfeldes lassen sich für unterschiedliche Drehzahlbereiche individuelle Toleranzpegel einstellen. Hierbei wird die Drehzahl des Prüfstandes über einen 4…20-mA-Eingang erfasst und hierüber die
Grenzwerte für die Schwingungsüberwachung gesteuert. Da weitere Messeingänge zur Verfügung stehen, können auf Wunsch auch
andere Parameter wie zum Beispiel Differenzdruck, Kraft oder
Leistungsaufnahme erfasst und in die Überwachung einbezogen
werden. Eine kostengünstige Lösung für solche Überwachungsaufgaben stellt der Zustandsmonitor CW219C dar. Mit Hilfe eines
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Elektromechanik
Elektromobilität
Eindämmung der Variantenvielfalt
Standardisierung von HV-Leitungen für Hybrid- und E-Fahrzeuge
Die technologische Entwicklung bei der Elektrifizierung des Antriebsstrangs schreitet derart schnell voran, dass
aufgrund häufig fehlender oder zu langsam fortschreitender Standardisierung eine Vielzahl an individuellen
Lösungen entsteht. Ein vielbeachtetes und vieldiskutiertes Beispiel ist die Ladeschnittstelle von Plug-In-Hybriden
und Elektrofahrzeugen, für die bis heute kein einheitlicher Standard absehbar ist. Deshalb müssen zügig praxisgerechte Standards für Schnittstellen und Komponenten geschaffen werden.
Autor: Helmut Kalb
A
ufgrund der unterschiedlichen Einsatzbedingungen und
Verbauräume im Fahrzeug ist ein breites Spektrum an
Leitungen für Hochvolt-Anwendungen notwendig. Für die
Auswahl und Dimensionierung der Hochvolt-Leitungen
sind insbesondere Aspekte wie Spannungsniveau, Stromtragfähigkeit, elektromagnetische Verträglichkeit, Bauraum und Gewicht
relevant.
Im Traktionsstrang zwischen Hochvolt-Batterie, Leistungselektronik und Elektromotor müssen hohe elektrische Leistungen übertragen werden. Diese erfordern hohe Stromstärken bis zu 250 A
und somit entsprechend große Leiterquerschnitte der HV-Leitungen
zwischen typischerweise 16 und 70 mm². Durch die engen Bauräume
aber auch weil bei der Verlegung Flexibilität erforderlich ist, sind
hier überwiegend einadrige geschirmte Leitungen (Bild 2) im Einsatz, die parallel zueinander verlegt werden.
In Fahrzeugen mit Hochvolt-Batterie sind üblicherweise auch
Nebenaggregate mit hohem Leistungsbedarf wie zum Beispiel ein
elektrisches Klimaaggregat an das Hochvoltbordnetz angeschlossen. Die für Nebenaggregate erforderlichen Stromstärken liegen
im Bereich bis zirka 40 A, so dass entsprechend kleinere Leitungsquerschnitte typischerweise zwischen 2,5 und 6 mm² zum Einsatz
kommen können. Anders als die Leitungen im Traktionsstrang
sind die Versorgungsleitungen der Nebenaggregate meist mehradrig geschirmt ausgeführt. Mehradrige Leitungen können auch mit
einen Zwischenmantel über den verseilten Adern ausgeführt sein.
(Bild 3)
Bei Plug-in-Hybriden und Elektrofahrzeugen kommt noch die
für das Laden der Hochvoltbatterie aus dem Stromnetz erforderliche Verbindung zwischen fahrzeugseitiger Ladedose, Ladegerät
und Batterie hinzu. Die Ladeleitungen sind in der Regel als einadrige geschirmte Leitungen mit Querschnitten um 16 mm² für das
Laden mit Gleichspannung und als mehradrige geschirmte Leitun-
gen mit 3 oder mehr Adern bis 6 mm² für das Laden mit Wechselspannung ausgelegt.
Hohe Kosten, weil Standards fehlen
Im Gegensatz zum 12-V-Kabelsatz, bei dem auf eine große Anzahl
miteinander kombinierbarer standardisierter Komponenten zurückgegriffen werden kann, gibt es für HV-Komponenten bislang
kaum Standards. Die daraus resultierende Variantenvielfalt der
Komponenten in Verbindung mit den heute noch vergleichsweise
geringen Mengen führt letztlich zu unnötig hohen Kosten. Deshalb
müssen schnell praxisgerechte Standards für Schnittstellen und
Komponenten geschaffen werden. Allerdings sind extreme Bauraumanforderungen heute ein häufiges Hindernis für Standardisierung,
weshalb immer wieder projektspezifische Lösungen notwendig werden, die in gegebene enge Bauräume integriert werden können.
Schnittstelle zwischen Steckverbinder und Leitung
Von besonderem Interesse ist die Standardisierung der Schnittstelle
zwischen Steckverbinder und Leitung, um beispielsweise Leitungen
mit unterschiedlichen Temperaturklassen oder Leitermaterialien
in einem Verbindungssystem ohne weitere Anpassungen einsetzen
zu können. Heute ist oft noch ein Verbindungssystem auf einen
Leitungstyp abgestimmt und eine Austauschbarkeit demnach häufig nicht gewährleistet.
Bild 1 zeigt ein typisches Beispiel eines Hochvolt-Steckverbinders und die Anbindung einer einadrigen geschirmten Hochvoltleitung. Wichtige Schnittstellengeometrien an der Leitung, die im
Rahmen einer Standardisierung mit ihren Toleranzen berücksichtigt werden müssen, sind der Litzendurchmesser, der Außendurchmesser der Primärisolation der Ader, der Durchmesser unter dem
Schirmgeflecht, die Geometrie des Schirms sowie der Außendurchmesser des Mantels.
Alle Bilder: Leoni
36
Elektromechanik
Elektromobilität
Bild 1: Das HV-Steckverbindersystem von Leoni: Links im Überblick, daneben Detailansichten von Connector (Mitte) und Header (rechts).
Ein Geometrie-Vorschlag findet sich in ersten Entwürfen von
Liefervorschriften von Automobilherstellern wieder und ist als
Vorschlag in die ISO-Normung eingebracht. Er basiert auf der bestehenden ISO 6722 und allen dort festgelegten Leiterquerschnitten.
Dies ist insbesondere wichtig, da sich die eingesetzten Querschnitte
regional unterscheiden. So sind beispielsweise in Europa die Querschnitte 25 mm² und 35 mm² gängig, während in Asien und Nordamerika die Querschnitte 20 mm², 30 mm² und 40 mm² sehr viel
häufiger anzutreffen sind. Hinzu kommt, dass gerade bei großen
Querschnitten der Einfluss auf Bauraumbedarf, Gewicht und
Kosten durch kleinere Querschnittssprünge positiv zum Tragen
kommt.
Aluminium als Leitermaterial
Wenn ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, kann der Einsatz
von Aluminium als Leitermaterial wegen seiner sehr niedrigen Dichte
und der im langfristigen Vergleich deutlich geringeren Metallkosten eine sinnvolle Alternative zu Kupfer darstellen. Im Vergleich zu
Kupfer ist hierbei für eine vergleichbare Stromtragfähigkeit ein
größerer Leiterquerschnitt und somit auch ein vergrößerter Außendurchmesser notwendig.
Der Leiteraufbau erfüllt unabhängig davon, ob der Leiter aus
Kupfer oder Aluminium ist oder ob es sich gar um einen besonders
flexiblen Leiteraufbau mit feinsten Einzeldrähten handelt, gleiche
geometrische Anforderungen. Dadurch verringern sich die Varianten des Durchmessers der Litze, der das Crimpverhalten zum
Kontakt maßgeblich beeinflusst.
Die Wandstärke der Primärisolation und der Aderdurchmesser
sind bestimmend für die Isolationsfestigkeit der Ader. Sie orientieren sich für die Spannungslage bis 600 V AC oder DC unabhängig
vom Isolationsmaterial an den Vorgaben für dünnwandige Leitungen aus der ISO 6722.
Vorfahrt für Innovationen!
ODU Automotive – Entwicklungen für eine technologische Zeitenwende in der
Automobilindustrie: z.B. Systemlösungen für Hybridfahrzeuge.
– HV-Steckverbinder für Hybridfahrzeug
– Ladestecker für Elektrofahrzeug
– Steckverbinder für Wasserstofffahrzeug
ODU Automotive GmbH
www.odu-automotive.com
Elektromechanik
Elektromobilität
Bild 3: Prinzipieller Aufbau von Hochvoltleitungen.
■
■
■
Mehradrig geschirmte Leitungen mit 2 bis 5 Adern der Querschnitte 1,5 bis 6 mm2 (600 V)
mit und ohne Zwischenmantel mit Kupferleiter
Einadrig geschirmte Leitungen der Querschnitte 10 bis 120
mm2 (1000 V)
Ausblick: Spannungsklasse 1000 V
Bild 2: Aufbau von Hochvolt-Leitungen (Beispiele).
Schirmdurchmesser als wichtige Größe
Mit dem Durchmesser unter dem Schirm wird ein Maß definiert,
das als Vorgabe für die Schirmanbindung und den Schirmcrimp
relevant ist. Abhängig vom Durchmesser unter dem Schirm werden auch die Einzeldrahtdurchmesser der Schirmdrähte definiert,
so dass sich unabhängig von der Lage der Schirmanbindung klare
Geometrievorgaben für die Schirmübergabe zum Steckverbinder
ergeben. Die Durchmesser der Schirmdrähte tragen der Forderung
nach Robustheit der Schirmübergabe sowohl unter Vibrationsbelastung als auch nach hoher Stromtragfähigkeit des Schirms bei
geringen Übergangswiderständen Rechnung.
Für mehradrige Leitungen mit Zwischenmantel über den verseilten Adern sollte sich der Außendurchmesser des Zwischenmantels
an den Außendurchmessern der Adern von einadrig geschirmten
Leitungen orientieren, um keine unnötigen Varianten beim Schirmdurchmesser zu erzeugen.
Schließlich wurden die Außendurchmesser der Leitungen unabhängig vom Mantelwerkstoff und vom Leitungsaufbau so festgelegt,
dass sich – wo technisch sinnvoll – möglichst wenige unterschiedliche Außendurchmesservarianten ergeben. Da zum Schutz vor
Feuchtigkeit eine gedichtete Verbindung zum Einsatz kommen
muss, führt dies zu einer Reduktion der Dichtelementevarianz. Um
außerdem die Auslegung der Dichtung am Steckverbinder zu optimieren, wurde zusätzlich die Toleranz des Außendurchmessers
gegenüber vergleichbaren Normanforderungen deutlich eingeschränkt.
Vorschlag
Der vorliegende Vorschlag bildet ein breites Spektrum an Hochvoltleitungen ab:
■ Einadrig geschirmte Leitungen der Querschnitte 1,5 bis 120
mm2 (600 V) mit flexiblem oder hochflexiblem Kupferleiter und
mit Aluminiumleiter
38
Als Grundlage für den Spannungsbereich bis 600 V (DC oder AC)
dienen die ISO-Standards 6722 und 14572. In diesem Spannungsbereich sind Isolationswandstärken dünnwandigen Bereich in
Fahrzeuganwendungen zulässig. Für Spannungen bis 1000 V gibt
es bislang keinen Automobilstandard, der als Referenz dienen
kann.
Zudem gibt es im automobilen Umfeld wenig praktische Erfahrung
mit höheren Spannungen und insbesondere mit Wechselspannungen.
Aus anderen Bereichen, beispielsweise in der Mittelspannungstechnik, ist bekannt, dass hohe und vor allem wechselnde elektrische Felder zu Corona- und Teilentladungseffekten führen können,
welche die Lebensdauer der Isolation drastisch verkürzen können.
Ein erster Standardisierungsvorschlag, der in die internationale
Normung eingebracht ist, schlägt Isolationswandstärken vor, die
im Vergleich zur Spannungsklasse 600 V zu vergleichbaren elektrischen Feldstärken in der Isolation führen. Hierdurch lässt sich das
erhöhte Risiko von Teilentladungseffekten unabhängig vom eingesetzten Isolationsmaterial minimieren. Obwohl unter dem Aspekt
der Isolationsfestigkeit eine dünnwandige Isolation ausreichend
wäre, trägt dies dem erhöhten Risiko von Teilentladungseffekten
Rechnung. (av)
■
Der Autor: Dr.-Ing. Helmut Kalb ist Leiter der Business Unit
Electromobility bei der Leoni Kabel GmbH in Roth.
Auf einen Blick
Standards bei HV-Leitungen
Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs führt zu wesentlichen Veränderungen im Bordnetz und neuen Anforderungen an die Leitungen
und die Verbindungssysteme. Der Standardisierung der Komponenten
kommt eine hohe Bedeutung zu, wenn künftig Synergien und Skaleneffekte effektiv genutzt werden sollen. Zur Standardisierung von
Hochvoltleitungen liegen heute Vorschläge für die internationale Normung vor, die helfen können, die heutige Variantenvielfalt maßgeblich
einzuschränken.
321AEL0411
Elektromechanik
Neue Produkte
Für E-Fahrzeuge und Hybride
Hochvolt-Verbindungssystem RACS in der Schutzklasse IP 69K
Bild: Huber+Suhner
Basierend auf seiner langjährigen Erfahrung in
der Verbindungstechnik von Hochvoltsystemen
entwickelte Huber+Suhner das neuartige
Verbindungssystem RACS (Radox Automotive
Connection System), das in Verbindung mit Hoch-
voltverteilsystemen (HVDU) in Elektrofahrzeugen
zum Einsatz kommt. Mit seinem Direktanschluss
ermöglicht das System eine platzsparende und
sichere, aber auch effiziente Verbindung zwischen Hochvolt-Verteilsystem und HochvoltAggregaten. Die Konstruktion erlaubt die
Herstellung des Systems mit weniger Einzelteilen
und folglich geringerem Dichtungsaufwand bei
kleinerem Fehlerpotenzial. Das HochvoltVerbindungssystem liefert Huber+Suhner mit
Radox-Kabeln und der eigens entwickelten
Anschlussplatte als kundenspezifisch konfektioniertes Assembly in ein-, zwei- oder dreipoliger
Ausführung aus, wobei der Kunde die Art der
Anschlüsse, Kabellänge und -querschnitt
selbst bestimmen kann. RACS ermöglicht eine abgeschirmte Hochspannungsverbindung
in der Schutzklasse IP 69 K, wobei der elektrische Widerstand vom Verbinder zur HVDU
unter 10 Milliohm liegt. In Kombination mit
seinen Hochvolt-Verteilsystemen validierte
das Unternehmen das Produkt mit verschiedenen namhaften Kunden. (av)
Für USB, LVDS, Ethernet…
HSAutoLink: Universelle
Steckverbinder
Bild: Molex
IAA – Nachlese
Das Verbindungssystem HSAutoLink
von Molex bietet flexible Integrationsmöglichkeiten in Kombination mit einem automobilgerechten EMV-Verhalten. Die Steckverbinder und Kabel der
Baureihe HSAutoLink sind ausgelegt
für USB 2.0, LVDS, Ethernet sowie andere kommende Technologien zur
Fahrzeugvernetzung. Das HSAutoLinkModul entspricht der Standardschnittstelle USCAR-30 und nutzt ein geschirmtes 5-Pin-Steckersystem aus
der Consumer-Elektronik, das zur Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Kfz-Hersteller etwas robuster
ausgelegt wurde. Durch den rechtwinkligen Abgang oder ein kurzes Profil
mit rechtwinkligem Abgang (RAE) kann
das montierte Kabel in unterschiedlichen Winkeln aus dem Gerät austreten.
Die USB-A-Standardbuchsen weisen
eine geschützte und formschlüssig in
eine Blende einrastende Ausführung
auf; sie können innerhalb des Fahrzeugs montiert werden, so dass die
Fahrgäste Mediengeräte wie MP3Spieler, Flash-Laufwerke oder tragbare
Navigationsgeräte direkt anschließen
können. (av)
Anwendungen
unserer Kunden
KOSTAL Kontakt Systeme GmbH
An der Bellmerei 10
58513 Lüdenscheid
[email protected]
372AEL0411
Kostal.indd 1
21.09.2011 10:56:57 Uhr
39
Bauelemente
Halbleiter
Mehrphasen-Boost-Controller
…senken den Kraftstoff-Verbrauch in Mikro-Hybriden
D
er tragende Gedanke des Micro-Hybrid-Prinzips besteht
darin, dass weniger als 20 Prozent der Energie aus dem
getankten Kraftstoff dem eigentlichen Antrieb des Fahrzeugs zugute kommen. Bild 1 zeigt die typische Energiebilanz eines Fahrzeugs. Mehr als 80 Prozent der eingesetzten Energie
werden infolge der ineffizienten Auslegung von Motor und Getriebe,
besonders im Leerlauf, als Verlust abgebucht oder dienen zur Speisung der aufwändigen Bordelektronik.
40
Derzeit gibt es somit ein enormes Potenzial zur Verbesserung
der Kraftstoff-Effizienz im Auto durch den Einsatz fortschrittlicher
elektronischer Technologien. Dazu zählen vor allem genau geregelte Spannungsversorgungen für Zusatzfunktionen wie Audio
und Kommunikation. Das eröffnet, neben dem Start-Stopp-Prinzip, deutliche, unmittelbar Gewinn bringende Schritte in Richtung
höherer Effizienz im Automobil. Unter normalen Fahrbedingungen gehen beim Stillstand des Fahrzeugs oder im Leerlauf des Mo-
Alle Bilder: Intersil
Die Autoindustrie geht davon aus, dass so genannte „Micro-Hybrids“ bis 2015 weltweit etwa 37 Prozent der dann
verkauften Pkw ausmachen. Die Definitionen der Micro-Hybrids, ob mit oder ohne zusätzlichen Elektroantrieb,
unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller. Gemeinsames Merkmal ist der elektronisch gesteuerte Start-StoppBetrieb des Verbrennungsmotors beim Halten und Anfahren des Fahrzeugs, oft auch mit regenerativer Bremstechnik. Hier setzt der folgende Beitrag an: bei der Kraftstoff sparenden Effizienzsteigerung der Bordelektronik mit zwei
komplexen Spannungsregler-Bausteinen von Intersil.
Autoren: Zaki Moussaoui, Niall Lyne und Greg Miller
Bauelemente
Halbleiter
Bild 2: Blockdiagramm eines Start-Stopp-Systems.
Bild 1: Gesamte Energiebilanz im Kraftfahrzeug.
Bild 3: Effizienzvergleich zwischen Aktivierung und Deaktivierung der
Schaltungen zur Effizienzverbesserung bei leichter Last.
tors mehr als 17 Prozent der Energie verloren. Ein Start-StoppSystem schaltet beim Halten den Motor automatisch ab und startet
ihn zum Anfahren wieder neu, um die Laufzeit der Maschine im
Leerlauf zu verringern. Das verbessert wesentlich die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs (in den USA mit gesetzlicher Relevanz als „fuel economy“ bezeichnet, und gern über die gesamte
Markenpalette eines Herstellers als Flottenverbrauch gemittelt).
Das Start-Stopp-Prinzip hat seine Vorteile für Fahrzeuge, die viel
Zeit in Staus verbringen, was häufiges Halten und Anfahren bedingt.
Das unmittelbare, auf den Einsatz bezogene Problem dieses
Prinzips: Beim Starten des Motors zeigt der Akku einen starken
Einbruch seines regulären Spannungspegels (typisch 12 V) bis herunter auf 6 V. Um die vom Batterie-Bus versorgte Bordelektronik
zu schützen, muss die Busspannung gegen die vom Akku ausgehenden Cranking-Transienten ausgeregelt werden. Die Effizienz
dieses Regelprozesses ist ebenso wichtig wie die im Fahrzeug heute
eingesetzten Verfahren zur Spannungswandlung.
Eine oft praktizierte Lösung dieses Problems besteht darin, kurzfristig einen geregelten Mehrphasen-Boost-DC/DC-Wandler
(Multiphase Boost DC/DC Converter) zwischen Akku und Spannungsbus zu schalten, um so die Pegeleinbrüche und die vom Akku ausgehenden Oberschwingungen auszugleichen. Bild 2 zeigt
das Blockschaltbild eines mit dieser Lösung konfigurierten StartStopp-Systems. Damit wird die Batteriespannung entsprechend
angehoben, wenn sie unter die Schwelle von 11,5 V fällt. Der
Mehrphasen-Boost-Controller sorgt somit für eine konstante und
stabile Busversorgung.
Wenn die Transienten nach dem Motorstart abgeklungen sind,
und die Batteriespannung die 11,5-V-Schwelle überschreitet,
trennt die elektronische Steuereinheit (ECU) das überbrückende
Relais oder Schalter ab, so dass der Mehrphasen-Boost-Wandler
vom System übergangen wird. Der Mehrphasen-Boost-Wandler
ist aber auch im stabilen Systemzustand nach der Cranking-Phase
Bild 4: Der ISL78220/78225 ist ein synchroner sechsphasiger Boost-Wandler
mit verlustloser DCR-Strommessung.
Bild 5: Stromversorgung eines geschalteten Class-D-VollbrückenAudiovestärkers.
weiterhin betriebsbereit – allerdings nur bei niedrigen Lastbedingungen oder ohne Last. Der gesamte Strom kommt dabei direkt
vom Fahrzeug-Akku.
Wirkungsgrad optimieren
In seinen neuen Controller-Bausteinen implementierte Intersil diverse Verfahren zur Verbesserung des Betriebs unter leichter Last.
Wenn sich der Laststrom ändert, lässt sich durch automatisches
Zuschalten oder Abschalten von Phasen der Wirkungsgrad optimieren. Wenn das System bereits mit minimaler Phasenzahl arbeitet,
und die Last sehr niedrig ist, lassen sich darüber hinaus Methoden
zur zyklenweisen Diodenemulation und für den Puls-Aussetzbetrieb (Pulse Skipping) aktivieren. Diese Vorgehensweise ermöglicht
die Optimierung des Systemwirkungsgrads über den gesamten
Lastbereich. Bild 3 vergleicht den Wirkungsgrad beim Aktivieren
und Deaktivieren der Phasenabschaltung, der Diodenemulation
und beim Puls-Skipping. Nach Bild 3 konstatiert man eine signifikante Verbesserung des
Systemwirkungsgrads, speziell im Bereich leichter Last. Verglichen
mit dem typischen sechsphasigen Interleaved-Boost-Converter
kann dieses Start-Stopp-System eine Verbesserung des Wirkungsgrads von mehr als 10 Prozent erreichen, indem es die Steuerung
per Puls-Skipping nutzt.
41
Bauelemente
Halbleiter
Bild 6: Tracking von Audio-Hüllkurven (links) mit zugehörigen Oszillogrammen
(rechts).
Synchroner Boost
In einer synchronen Boost-Konfiguration bewirkt der Pulsaussetzbetrieb das zeitweilige Einschalten der unteren MOSFETs des
Boost-Controllers und damit das Aufladen („Refresh“) der mit dem
synchronen Treiber verbundenen Boost-Kapazität. Dies unterstützt
das schnelle Einschalten des oberen MOSFET beim Einbruch der
Batteriespannung und verbessert das Ansprechen des Systems auf
die Cranking-Transienten. Hierbei verbessert sich der Wirkungsgrad weiter durch das schnelle Aktivieren oder Deaktivieren der
benötigten Phasen in Abhängigkeit von der Lastbedingung.
Ein typisches Infotainment-System im Auto ist für etwa 3 Prozent des Kraftstoffverbrauchs verantwortlich. Dabei entfällt der
größte Anteil auf das Audiosystem. Audiosysteme werden traditionell so ausgelegt, dass sie an der vorhandenen 12-V-Batterie betrieben werden können. Früher, bei Ausgangsleistungen um 50 W,
war das durchaus akzeptabel, doch heute verlangen die Autofahrer
nach Sound-Konsolen mit sehr viel höheren Leistungen und besseren Klangeigenschaften: Audiosysteme mit Ausgangsleistungen
zwischen 600 und 1200 W sind keine Seltenheit. Das macht es attraktiv, für sie höhere Versorgungsspannungen als die von der Batterie gelieferten 12 V zu verwenden.
Neue Lösungen
Für die beschriebenen Start-Stopp- und Audio-Applikationen sind
die neuen Multiphase-Boost-Controller ISL78220 und ISL78225
von Intersil gut geeignete Kandidaten. Der Baustein ISL78220 ist
ein Sechs-Phasen-PWM-Controller, der ISL78225 ist eine VierPhasen-Version. Beide können Variationen der Eingangsspannung
detektieren. Bild 4 zeigt die typische Anwendungsschaltung des
Controllers ISL78220 in Konfiguration als synchroner sechsphasiger Boost-Wandler mit verlustlosem DCR-Current-Sensing.
Die Controller vom Typ ISL78220/78225 sind auch eine gute
Wahl für die oben genannten Audio-Applikationen. Neben der erwähnten guten Effizienz bei leichter Last ermöglichen diese Controller eine Hüllkurvenabtastung für Audio-Anwendungen, also
hochgradige Effizienz über den gesamten Lastbereich. Die Aufteilung der Leistungs-Endstufe in mehrere parallele Phasen reduziert
die Belastung der Leistungsstufen und beschleunigt das Ansprechen auf plötzlich auftretende Sound-Spitzen. Auch dies verbessert
den Wirkungsgrad des Systems. Bild 5 zeigt eine typische Systemkonfiguration für ein Audioverstärkersystem.
Bedingungen für Audio-Applikationen
Für Audio-Applikationen im Automotive-Bereich gilt eine Reihe
von Spezialbedingungen. Erstens: Wenn die Versorgungsspannung
mit abnehmendem Ladezustand des Akkus abfällt, lässt sich auch
42
die Ausgangsleistung des Audioverstärkers verringern, um die Batterie zu schonen und genügend Ladung zum erneuten Starten des
Motors zu bewahren. Die Intersil-Bausteine ISL78220 und
ISL78225 sind eine gute Wahl für diese Applikation, weil sie einen
spezifischen Vref2-Eingangsanschluss bieten. Dieser Anschluss
lässt sich mit einem beliebigen Analogsignal verbinden, wobei die
interne Referenz der Spannung an Vref2 folgt, wenn diese kleiner
als 2 V ist. Das analoge Signal könnte aus einer Audio-Hüllkurve
abgeleitet sein, um die gesamte Effizienz des Audioverstärkers zu
verbessern (Bild 6).
Neben den genannten Eigenschaften können die Intersil-Bausteine ISL78220/78225 auch ein dreistufiges PWM-Signal an den
Treiber liefern, um sowohl den oberen als auch den unteren MOSFET zeitgleich abzuschalten. Das verhindert einen Stromfluss vom
Ausgang zurück zum Eingang, was oft als Energ-Pumping bezeichnet wird. Ein verlustloses DCR-Strommessverfahren kann ebenfalls
zum Einsatz kommen. Das unterbindet weitere Verluste, wie sie mit
einem Abfühlwiderstand auftreten. Dabei wird der Stromverlauf
kontinuierlich abgefragt, sodass keine Sample/Hold-Schaltungen
notwendig sind, wodurch sich eine höhere Systemgenauigkeit und
Zuverlässigkeit ergibt.
Die Intersil-Bausteine ISL78220 und ISL78225 sind industrieweit
die ersten verfügbaren Multiphase-Boost-Controller, die im Hinblick auf die automotive Micro-Hybrid-Technik ausgelegt sind. Die
Controller erleichtern und verbessern die gesamte Effizienz der
Mehrphasen-Boost-Wandler beim Start-Stopp-Betrieb des Motors
und in den Audiosystemen. Die Bausteine bieten eine Reihe günstiger Eigenschaften und Funktionalitäten: Effizienzverbesserung bei
leichten Lastbedingungen per Phase-Dropping/Pulse-Skipping,
Reduzierung von EMI-Störungen durch lineare Phasenzuschaltung
und -abschaltung sowie Verringerung der Stromwelligkeit durch
die mehrphasige Architektur mit Phasenschiebung. (av)
■
Die Autoren: Zaki Moussaoui, Niall Lyne und Greg Miller arbeiten bei Intersil.
Auf einen Blick
Boost-Wandler
Nach Angaben von Intersil sind die Bausteine ISL78220 und
ISL78225 die branchenweit ersten verfügbaren Mehrphasen-BoostController, die speziell für die Micro-Hybrid-Technik im Auto ausgelegt
sind.
331AEL0411
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Bauelemente
Halbleiter
Ein komplett neues Bedienkonzept?
Frei programmierbares Kombiinstrument im Nutzfahrzeug
Ein neues Anzeigekonzept spart Platz im Armaturenbrett und sorgt dafür, dass der Fahrer stets alle wesentlichen
Anzeigen im Blick hat. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK stellt dieses frei programmierbare Kombiinstrument vor, das für
den Einsatz in Nutzfahrzeugen geeignet ist. Autor: Philipp Hudelmaier
B
edingt durch die Komplexität der Systeme im Nutzfahrzeug ist die Anzahl der darstellbaren Informationen wesentlich höher als im Automobil, denn schließlich heißt
es, das Bremssystem, die Getriebesteuerung, Motorfunktionen und Aufbauschnittstellen unter einen Hut zu bekommen.
Neue Funktionen für Sicherheit und Komfort in den Bereichen
Fahrerassistenz, Infotainment und Flottenmanagement sind in das
bisherige Konzept für die HMI (Human Machine Interface) genannte Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine auf Grund
ihrer mangelnden Anpassungsfähigkeit schwer integrierbar. Zudem streut die auf mehrere Anzeigeelemente verteilte Informationsflut die Aufmerksamkeit des Fahrers. Seitens der Kunden bleibt
der Wunsch nach einer größeren Übersichtlichkeit der Anzeigesysteme, die ein unter den Systemen abgestimmtes „Look and Feel“
(Handhabung und Bedienung) möglich macht. Die Hersteller sind
durch die kürzer werdenden Entwicklungszeiten und die Forderung nach baureihenübergreifenden skalierbaren Plattformkonzepten vor weitere Herausforderungen gestellt.
Status Quo
Unter Umständen ist ein Fahrer heute mit bis zu drei Anzeigeelementen konfrontiert: Da ist zunächst einmal das Kombiinstrument, das aus diversen mechanischen Zeigern, einem integrierten
Display und einer Vielzahl von statisch angeordneten Symbolleuchten besteht. Ein zweites Display dient der Anzeige des Navigationssystems beziehungsweise dem Infotainment- und Telekom-
munikationssystem (Headunit). Hinzu kommt ein weiteres Display für die Darstellung der Daten eines Flottenmanagement-Systems. Im Sonderfall sind für eine Rückfahrkamera oder die
Benutzerschnittstelle eines Spezialaufbaus weitere Displays notwendig. Der Integrationsgrad von Kombiinstrument, Infotainment
und Flottenmanagement ist bisher noch sehr gering; die Systeme
sind weitestgehend autark aufgebaut.
Einschränkungen des aktuellen Konzepts
Durch die Verteilung der Anwendungen auf mehrere Anzeigeelemente und die Vielzahl der bereitgestellten Informationen ist es für
den Fahrer neben der eigentlichen Fahraufgabe eine zusätzliche
Belastung, die gewünschten Informationen herauszufiltern. Außerdem muss dieser ständig zwischen den Anzeigeelementen hinund her wechseln. Die Tatsachen, dass zusätzliche Anzeigeelemente weitere Kosten verursachen und das Raumangebot in der Fahrkabine beschränkt ist, zeigen weitere Nachteile des bisherigen
Konzepts auf.
Die zunehmend an Bedeutung gewinnenden Fahrerassistenz-,
Infotainment- und Sicherheitsfunktionen erhöhen den Informationsbedarf für den Fahrer. Wegen der statischen Anordnung der
Warnlampen und Zeigerinstrumente im Kombiinstrument ist die
Flexibilität zum Erweitern der Anzeige ohnehin schon stark eingeschränkt. Daher sind Änderungen und Weiterentwicklungen mit
einem hohen Ressourcen- und Kostenaufwand verbunden; sofern
sie überhaupt integrierbar sind. Unter Berücksichtigung länder-
Bild 1: Interface zur
Aufbauschnittstelle.
44
Bauelemente
Halbleiter
und baureihen-spezifischer Varianten lässt sich mit der
bisherigen Lösung fürs Kombiinstrument eine skalierbare Plattformlösung nur mit hohem Aufwand realisieren. Eine weitere zentrale Rolle spielt die Anbindung
von Smartphones, deren Anwendungen mit bisher fest
eingebauten Systemen in Konkurrenz treten und in die
Anzeige integriert werden sollen. Die dafür erforderlichen Rahmenbedingungen sind derzeit noch nicht gegeben.
Working display /
Touch panel
e.g. 640x480
Stepper motors
Telltales
Free programmable cluster
e.g. 1440x540
Working display /
Touch panel
e.g. 1280x480
RSDS/
Controller set
Ethernet
MCU
Microcontroller unit
Atlas
SoC
System on chip
Emerald
4x Video
CAN/LIN
/
Gelänge es, die HMI-Funktionen der Elemente KomDriver assistance
Silver box
biinstrument, Infotainment, Flottenmanagement usw.
durch den Einsatz eines frei programmierbaren KomFront CAM
Navigation
biinstrumentes (FPK) besser zu integrieren, so ließe
sich die Anzahl der verbauten Displays deutlich reduVehicle network
Back CAM
Audio
zieren. In diesem Zusammenhang ist eine Überarbeitung des HMI-Konzepts notwendig, die einen in AbLeft CAM
Video
hängigkeit von der Fahrsituation flexiblen und für den
Fahrer ergonomischen Anzeigeinhalt vorsieht.
Right CAM
Communication
Die damit verbundene größere Übersichtlichkeit am
e.g. Roundview system
Fahrerarbeitsplatz würde den Fahrer deutlich entlasten. Bisherige Einschränkungen hinsichtlich SkalierBild 2: Die neue Clusterarchitektur mit Fujitsu-Technolgie. Das Grafik-SoC „Emerald“ und
barkeit, Integrität und Flexibilität ließen sich problemder Mikrocontroller „Atlas“ arbeiten Hand in Hand.
los umgehen und gleichzeitig eine Reduktion der
Stückliste mit sich bringen.
Je nach Informationsmenge können bis zu drei Displays und bis
Auf einem Display könnten beispielsweise zwischen Drehzahlzu sechs Zeigerinstrumente parallel über gängige Schnittstellen
messer und Geschwindigkeitsanzeige die Navigationsdaten der
oder über den auf den Chips integrierten APIX (Automotive Pixel
Headunit oder bei Rückwärtsfahrt die Bilddaten einer RückfahrkaLink) angesteuert werden. Die Chipkombination ermöglicht die
mera eingeblendet werden. Durch die hinzukommende Flexibilität
zentrale Berechnung und Ausgabe des kompletten HMI-Inhalts
der Visualisierung können je nach Anwendungsfall die gewünschund ebnet somit den Weg für ein stimmiges und abgerundetes
ten Informationen abgefragt werden, so dass beispielsweise bei
HMI-Design. Zur Anbindung in den Steuergeräteverbund ist neEinsatz des Fahrzeugaufbaus die Geschwindigkeitsanzeige vollben den Standard-Automotive-Schnittstellen CAN und LIN zum
ständig ausgeblendet wird und Platz für einen Kontext der AufbauAusführen von Flash- und Diagnosefunktionen ein Ethernet-Inschnittstelle geschaffen wird (Bild 1). Individuelle und innovative
terface vorhanden. Ein Verbindungsaufbau zur Integration von
Designs zur Anzeige der Betriebsdaten, aufwändige Menüs fürs
Smartphone-Anwendungen ist über das USB-Interface möglich.
Infotainment- oder Flottenmanagementsystem oder animierte
Für die Entwicklung der HMI-Oberfläche bietet Fujitsu MicroSzenen mit 3D-Fahrzeugmodellen für geführte Diagnosesysteme
electronics Embedded Solutions Austria (FEAT) das Authoring
(Guided Diagnostics) könnten im Nutzfahrzeug Einzug erhalten.
Tool CGI-Studio an, das die Verbindung von Designelementen aus
Grafikprogrammen und der Softwareapplikation des KombiinstLösungsansatz: Emerald
ruments herstellt. Schon in frühen Phasen der Entwicklung dient
Fujitsu ermöglicht die technische Umsetzung dieser Vision, denn
CGI-Studio als Rapid-Prototyping Tool, mit dem sich der komdas Unternehmen bietet derzeit mit dem neuesten Grafik-SoC
plette Inhalt des Kombiinstruments simulieren und mittels Pro(System on Chip) „Emerald“ eine für den Automobilbereich qualibandenversuchen evaluieren lässt. (av)
fizierte Lösung an, die bei geringer Leistungsaufnahme ohne aktive
■
oder passive Kühlelemente arbeitet. Das auf Kosteneffizienz fokusDer Autor: Philipp Hudelmaier ist Business Development
sierte Chipdesign vereint alle wesentlichen Funktionen und
Engineer in der BU Automotive bei der Fujitsu Semiconductor
Schnittstellen zur Umsetzung der oben genannten Anforderungen.
Europe GmbH.
Beispielsweise sind für die Integration von kamerabasierten Fahrerassistenzfunktionen oder einer Silverbox (eine Komponente,
die mehrere Systemfunktionen wie Infotainment, Audio, NavigatiAuf einen Blick
on etc. vereint) vier unabhängige, digitale Videoeingänge vorgese„Emerald“ im Lkw
hen. Zusätzlich bietet das MediaLB-Interface eine Möglichkeit für
Mit dem Grafik-Chip Emerald ist es möglich, die Elemente herkömmdie Anbindung an den MOST-Bus.
liches Kombiinstrument, Infotainment-Display, FlottenmanagementZwei unabhängige Grafikprozessoren begünstigen die hardLCD et cetera in einem einzigen frei programmierbaren Kombiinstruwarebeschleunigte Darstellung von komplexen 2D- und 3D-Grafiment zusammen zu fassen, bei dem das HMI-Konzept einen in Abken. Optimale Voraussetzungen für eine skalierbare Lösung schafft
hängigkeit von der Fahrsituation flexiblen und für den Fahrer
die Kombination von Emerald mit dem Mikrocontroller „Atlas“,
ergonomischen Anzeigeinhalt vorsieht.
die mit integrierten Schrittmotor- und Displaycontrollern einem
332AEL0411
von vielen Herstellern favorisierten Plattformansatz entgegenkommt (Bild 2).
45
Alle Bilder: Fujitsu
Vision
Bauelemente
Neue Produkte
Gemäß NWP ISO11898-6
3 µA Ruhestrom
Chip für Teilnetzbetrieb
Bild: NXP
Grafik: On Semiconductor
Boost-Controller für externe n-Kanal-MOSFETs
ves Abschalten“. Damit ist das selektive Deaktivieren von ECUs möglich,
wenn ihre Funktion gerade nicht benötigt wird. Einzelheiten zu CAN Partial Network finden Sie in AUTOMOBIL-ELEKTRONIK 3/2011 auf Seite
20. Die Chips sind in Gehäusen des
Typs HVSON14 erhältlich, der
TJA1145 aus Gründen der Rückwärtskompatibilität im SO14-Gehäuse. Serienproduktion und Auslieferung starten im Jahr 2012. (av)
NXP Semiconductors fördert CAN
Partial Networking mit der Markteinführung der NXP zufolge „weltweit
ersten Chip-Lösung nach NWP ISO
11898-6 und AUTOSAR R3.2.1, die
den CAN-Teilnetzbetrieb unterstützt“.
Es handelt sich hierbei um den Standalone-CAN-Transceiver TJA1145
sowie den System-Basis-Chip (SBC)
UJA1168 mit integriertem Spannungsregler (5 V/100 mA). Beide
Chips unterstützen den CAN-Teilnetzbetrieb mittels der Funktionen
„Selektives Wecken“ und „Selekti-
infoDIREKT ON Semiconductor hat mit dem
NCV8871 einen justierbaren nichtsynchronen Aufwärtsregler für
Automobilanwendungen vorgestellt, der im Eingangsspannungsbereich von 3,2 bis 44 V arbeitet
und zur Ansteuerung externer
n-Kanal-MOSFETs dient. Der
Boost-Controller enthält einen
Regler, der Ladung für den GateTreiber bereitstellt. Im Sleep-Modus
nimmt er 3 µA Ruhestrom auf. Die
synchronisierbare Schaltfrequenz,
lässt sich in zwei Versionen auf
170 kHz oder 1 MHz setzen. Eine
Spitzenstromsteuerung mit integrierter Anstiegskompensation soll
für Stabilität über den gesamten
Spannungsbereich einer Autobatterie sorgen – auch bei Stromfehlerzuständen. Bei Überhitzung
über 170 °C beziehungsweise
Unterspannung (< 3,1 V) schaltet
der Baustein ab. (av)
Für sichere Sensorsysteme
Interface-Chip gemäß PSI5
382AEL0411
Keine Kalibrierung nötig
Grafik: Analog Devices
Speziell für Automotive-Anwendungen wie Fahrdynamikregelung,
Überroll- und Überschlagserkennung entwickelte Analog Devices
den Drehratensensor ADXRS800.
Das Gyroskop basiert auf einer patentierten differentiellen „QuadSensor“-Struktur, die Einflüsse
durch
Linearbeschleunigungen,
verursacht durch intensive Schockund Vibrationsbelastungen, minimiert. Der für sicherheitsrelevante
Automotive-Anwendungen qualifizierte ADXRS800 ist nach Angaben
von ADI „derzeit der Drehratensensor mit dem stabilsten Ausgangssi46
gnal und der besten Vibrationsfestigkeit“, wobei eine kontinuierlich
ablaufende elektromechanische
Selbsttestfunktion die Integrität des
Gyro-Ausgangssignals während
des Betriebs gewährleistet. Die
Querempfindlichkeit des ADXRS800
auf Linearbeschleunigungen beträgt 0,03 °/s/g. Ferner erreicht das
Bauteil eine Beschleunigungsgleichrichtung von 0,0002 °/s/g2,
eine Rauschdichte von 0,02°/s/√Hz
bei +105 °C und eine Null-OffsetAbweichung von maximal 3 °/s
über Temperatur und Produktlebensdauer. Diese Werte erzielt das
für den Temperaturbereich von -40
bis +125 °C spezifizierte Gyroskop
ohne zusätzliche Kalibrierung, während die Stromaufnahme bei typischen Betriebsbedingungen 6 mA
beträgt. Als Gehäuse dient ein Cavity-Plastik-SOIC-16 (Z-Achse) oder
in ein vertikal ausgerichtetes SMTtaugliches Gehäuse (X-Achse). (av)
infoDIREKT Automobil Elektronik 04/2011
385AEL0411
Bild: Elmos
Ausfallsicherer Drehratensensor (Gyroskop)
Nach Angaben von Elmos handelt
es sich bei dem 981.08 genannten
IC um den „weltweit ersten Halbleiter, der die Konformitätstests
nach der PSI5-Spezifikation V1.3
durch ein externes, vom PSI5Konsortium empfohlenes Testlabor
bestanden hat.“ PSI5 ist ein offener Standard zur bidirektionalen
digitalen Sensordatenübertragung
in Kraftfahrzeugen. Gegenüber
analogen Varianten bietet diese
Lösung insbesondere hinsichtlich
Robustheit, Zuverlässigkeit und
Kosten Vorteile. Anwendung findet
der Standard unter anderem in der
Anbindung verteilter Sensoren zur
Steuerung und Regelung von
Airbag-Systemen, Fahrwerk und
Antriebsstrang. Der Baustein
E981.08 unterstützt sämtliche in
der PSI5-Spezifikation beschrie-
benen Topologien (PSI5-P, PSI5-U
und PSI5-D) für einen synchronen
Betrieb. Er stellt vier unabhängige
Kanäle bereit, über die sich jeweils
bis zu drei verteilte Sensoren mit
einem Mikrocontroller verbinden
lassen. Jeder Kanal versorgt dabei
die daran über eine kostengünstige Zweidrahtleitung angeschlossenen Sensoren mit einer geregelten Gleichspannung, während die
bidirektionale Kommunikation mit
125 kbit/s zwischen Mikrocontroller und Sensoren durch
Strom- beziehungsweise Spannungsmodulation ebenfalls über
die Zweidrahtleitung erfolgt. Neben dem E981.08 mit vier Kanälen
ist auch der E981.07 mit zwei Kanälen erhältlich. (av)
Bauelemente
Neue Produkte
Fujitsu Semiconductor Europe
24-Bit-Grafik auf 18-Bit-Display anzeigen
Grafik: Toshiba
3D-Display-Controller auf Dual-Core-Basis
Toshiba Electronics Europe (TEE)
stellt einen Dual-Core-DisplayController auf ARM-Basis für Automotive-Anwendungen vor, die
Highend-3D-Grafik in WVGA-Auflösung und darüber hinaus erfordern. Der Capricorn-H genannte
Baustein soll nicht nur die Komplexität und Bauteilanzahl hybrider
Instrumenten-Cluster der nächsten Generation verringern, sondern
auch einen speziellen Algorithmus
bieten, über den Entwickler 24-BitPerformance mit kostengünstigeren 18-Bit-Displays erzielen können. Die neue Einchip-Lösung
Capricorn-H eignet sich für Displaygrößen bis 12,3 Zoll und enthält
alle Funktionalitäten, Peripherie
etc., die für eine qualitativ hochwertige 2D-/3D-Grafikausgabe
und TFT-Panelansteuerung erforderlich sind. Der Baustein enthält
zwei Cores des Typs ARM CortexA9 mit einem Dual-Ausgang-,
Five-Plane-Grafikdisplay-Controller (GDC), integrierte 3D- und 2DGrafik-Engines sowie 2 MByte
Embedded-SRAM zur Grafikaufbereitung. Neben den DisplayAusgängen ermöglichen ein dreikanaliger CAN-Transceiver, ein
MOST-Media-LB-Interface sowie
I²C-, I²S- und USB-Schnittstellen
die Systemanbindung. Unterstützung durch das Echtzeit-Betriebssystem QNX Neutrino 6.5.0 sowie
durch den QNX Neutrino RTOSSafe-Kernel 1.0, der die Anforderungen gemäß IEC 61508 SIL3
erfüllt, gibt es bereits. (av)
Elektronik bestimmt den
Fahrerarbeitsplatz
voll virtuellen Darstellung
Low-Power-Mikrocontroller
emea.fujitsu.com/semiconductor
• Nahtlose Skalierung vom Einsteigermodell bis zur
Mit LIN-Schnittstelle
Renesas liefert jetzt 32 neue 16Bit Mikrocontroller des Typs RL78/
F12 aus, die für Kfz-Steuersysteme
wie Keyless Entry, FensterheberSteuerungen, Rückspiegel-Steuerung etc. konzipiert sind. Die
RL78-Produktfamilie kombiniert
die Technologien der Produktlinien
78K (78K0 und 78K0R) sowie R8C
mit einer diversen Peripheriefunktionen rund um den CPU-Kern
RL78. Die neuen MCUs enthalten
Funktionen zur Unterstützung eines internen Flash-Speichers mit
Kapazitäten von 8 bis 64 KByte,
unterstützen LIN und sind in Gehäusen mit 20 bis 64 Pins erhältlich. Mit einem Betriebsstrom von
70 µA/MHz (bei 32 MHz für den
Basisbetrieb) senkte Renesas den
Stromverbrauch dieser MCUs „auf
den niedrigsten Wert der Branche“, während der Standby-Strom
im Normalbetrieb 0,6 µA beträgt.
Dabei erreichen die Mikrocontroller eine CPU-Leistung von 41,6
DMIPS bei 32 MHz – 60% mehr
'Right-Sized'
Automotive
Solutions
als bei ihren Vorgängern. Bausteine der Familie RL78/F12 führen
Schreib-/Lösch-Operationen am
Daten-Flash
sowie
A/DWandlungen bei einer Versorgungsspannung von 1,8 V durch
und ermöglichen den Betrieb bei
Umgebungstemperaturen bis 150
°C. Schutzfunktionen wie eine
Flash-Daten-Fehlererkennung anhand einer CRC-Berechnungsfunktion für den Flash-Speicher,
eine RAM-Paritätserkennung, eine
Erkennung unzulässiger Speicherzugriffe, eine Schutzfunktion
gegen unbeabsichtigtes Überschreiben von RAM- und SFR-Daten aufgrund einer irregulären
Befehlen, eine A/D-WandlerSelbsttest-Funktion sowie Diagnosefunktionen sind bereits implementiert. Renesas plant, ein
Selbsttest-Programm zur Erkennung von CPU-Core-Fehlern bereitzustellen. (av)
• Frei programmierbare Kombiinstrumente (FPK) im
Premiumbereich
• Grafische Adaptionen in 2D und 3D
(Authoring-Tool CGI-Studio)
• 360 -Rundumsicht Fahrerassistenzfunktion
o
(virtuell gewölbte 3D-Oberfläche)
Unsere Entwicklungen
zum Anfassen!
Elektro
nik
12./13.1 im Kfz
0.2011
Fujitsu Semiconductor stellt seine
'Right-Sized' Automotive Solutions auf
dem VDI-Kongress im Kongresshaus
Baden-Baden vor. Arbeiten Sie „hands-on” mit CGI-Studio
und sehen live das 360o -View-Konzept in einem Lancia
Delta, präsentiert in Kooperation mit Magneti Marelli.
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Bauelemente
Kondensatoren
MLCCs für raue Umgebungen
Keramik-Vielschichtkondensatoren mit elastischen Anschlüssen
Alle Bilder: EPCOS
Die harten Einsatzbedingungen in Anwendungen der Automobil-Elektronik stellen hohe Anforderungen an
die zahlreich verbauten MLCCs – insbesondere an die Zuverlässigkeit der Lötstellen. TDK-EPC bietet dafür
Keramik-Vielschicht-Chip-Kondensatoren mit verbesserten elastischen Anschlüssen.
I
n modernen Kraftfahrzeugen befinden sich mehr als tausend
MLCCs. Diese Keramik-Vielschicht-Chip-Kondensatoren
sind für ihre Langlebigkeit und hohe Zuverlässigkeit bekannt.
Eine große Herausforderung an diese Bauelemente stellt die
Betriebsumgebung in der Automobil-Elektronik dar, die einen
großen Temperaturbereich von –40 °C bis +125 °C, in manchen
Anwendungen sogar bis+ 150 °C fordert. Auch Stöße, Vibrationen
sowie andere Faktoren können sich negativ auf die Lötstellen auswirken. Die zunehmende Verwendung von bleifreiem Lot, das weniger elastisch als herkömmliches Lot ist, führt darüber hinaus zu
härteren und brüchigeren Lötstellen. Somit können sich Risse an
den Lötstellen bilden, wenn die Leiterplatte durch einen thermischen Schock oder mechanische Einwirkungen verbogen wird.
Eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des bleifreien Lots oder eine Verkleinerung der Bauelemente könnte eine
höhere Zuverlässigkeit der Lötstellen erzielen. Allerdings sind dies
keine grundsätzlichen Lösungen des Problems.
Daher hat TDK-EPC MLCCs mit elastischen Anschlüssen entwickelt, mit denen sich die Biegebelastung der Leiterplatte abfangen lässt. Die MLCCs enthalten eine Elektrodenschicht aus leitendem Kunstharz, die zwischen der Kupferlage und der Vernickelung
der Anschlusselektrode aufgetragen wird. Biegebelastungen der
Leiterplatte, die durch Faktoren wie hohe Temperaturen und Stöße
hervorgerufen werden, sollen durch diese Schicht mit Kunstharz
abgefangen und gedämpft und somit die Rissbildung an Lötstellen
unterbunden werden. Die leitfähige elastische Schicht besteht aus
Epoxid oder anderen Kunstharzen, die mit elektrisch leitenden
Partikeln (beispielsweise Silber) gefüllt sind.
Hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Thermoschocks
Die Japanese Industrial Standards (JIS) geben verschiedene Prüfmethoden für MLCCs vor, die auf Leiterplatten verlötet werden,
48
Bild 1: Nach einer Thermoschockprüfung (Temperaturzyklustest) von
-55 auf +125 °C mit bleifreiem Lot (96,5 Sn / 3,0 Ag / 0,5 Cu) zeigen
sich die Unterschiede in der Bindungsfestigkeit zwischen herkömmlichen MLCCs und MLCCs mit elastischen Anschlüssen. Ein Biegetest
nach der zyklischen thermischen Schockbeanspruchung hinterließ bei
MLCCs mit elastischen Anschlüssen keinerlei Risse (rechtes Bild).
um deren thermische und mechanische Widerstandsfähigkeit zu
ermitteln. In einer im Motorraum eines Autos verbauten elektronischen Steuereinheit können Schwingungen, Stöße und Biegekräfte
auf die Leiterplatten einwirken. Zudem erhöhen die mit Thermoschocks und Temperaturzyklen verbundenen Ausdehnungen und
Kontraktionen das Risiko der Rissbildung. In Bild 1 sind die Ergebnisse der Thermoschockprüfung (3000 Zyklen) bei einem Temperaturzyklus von –55 °C bis +125 °C dargestellt. Während die
Haftfestigkeit eines herkömmlichen MLCC um 90 Prozent abnimmt,
sinkt die eines MLCC mit leitfähigen Kunstharzanschlüssen um
nur 50 Prozent. Herkömmliche MLCCs weisen Risse im Lot auf,
ein MLCC mit weichen Anschlüssen aus leitfähigem Kunstharz
hingegen zeigt lediglich eine teilweise Ablösung der Vernickelung
von den leitfähigen Kunstharzschichten.
Biegebeanspruchung
Ein Biegeversuch der Leiterplatte lässt ähnliche Ergebnisse erkennen
(Bild 3). Der herkömmliche MLCC weist bei einer Durchbiegung
von 4 mm bereits einen Riss am Keramikelement auf, wohingegen
der MLCC mit elastischen Anschlüssen mehr als der doppelten
Durchbiegung standhält. Tritt darüber hinaus eine überhöhte Zugkraft auf, so bildet sich ein Riss am Keramikelement des herkömmlichen MLCC, während der MLCC mit elastischen Anschlüssen
nur eine Ablösung der Nickelschicht von der leitfähigen Kunstharzschicht, aber keinen Riss aufweist.
Bauelemente
Kondensatoren
Info
Probleme durch bleifreies Lot
Herkömmliches Lot, eine Legierung aus Zinn und Blei, hat einen niedrigen Schmelzpunkt, ist preiswert und einfach zu verarbeiten. Andererseits ist es auch ein gefährlicher Umweltschadstoff. Aus diesem
Grund kommen mittlerweile bleifreie Lotlegierungen zum Einsatz, die
aus Zinn, Silber und Kupfer bestehen. Das derzeit erhältliche bleifreie
Lot weist jedoch ein höheres Elastizitätsmodul als herkömmliches Lot
auf, wodurch es härter und poröser wird und somit stärker von Ausdehnungen und Kontraktionen betroffen ist. Wenn also die Leiterplatte, auf der die Chipkomponenten verbaut sind, einer durch Verdrehung oder Verbiegung hervorgerufenen Biegebelastung ausgesetzt
wird, kann die Lötverbindung Schaden nehmen, und es können Risse
auftreten.
Ein anderer durch bleifreies Lot hervorgerufener Schaden ist das Entstehen mikroskopisch kleiner Vertiefungen (Kirkendall-Löcher), die
wiederum die Haftfestigkeit beeinträchtigen. Werden zwei unterschiedliche, eng aneinanderliegende Metalle erhitzt, tritt eine atomare
Diffusion ein. Diese Wirkung ist als Kirkendall-Effekt bekannt. Da die
Diffusionsgeschwindigkeit von der Atomart abhängt, können wiederholte Temperaturzyklen die Bildung von Löchern verursachen, die
wiederum zu Rissen im Lot führen.
Die Temperatur im Motorraum eines Autos erreicht unter normalen
Bedingungen 100 °C und mehr. Die bestückten Leiterplatten, die sich
unter diesen Einflüssen abwechselnd ausdehnen und zusammenziehen, werden somit einer Biegebelastung ausgesetzt, die zu Löchern
und Rissen in Lötverbindungen führen und dadurch deren Zuverlässigkeit beeinträchtigen kann.
Bild 2: Bei Anschlüssen mit leitfähigem Kunstharz
liegt die leitfähige Kunstharzschicht zwischen der
Kupferelektrode und der Nickelsperrschicht. Sie
absorbiert mechanische Stöße und thermische
Ausdehnungen.
Bild 3: Bei einem Biegeversuch der Leiterplatte widerstehen die elastischen
Anschlüsse der TDK-MLCCs Durchbiegungen von 8 mm; das entspricht dem
Doppelten herkömmlicher MLCCs.
Verhinderung von Rissen am MLCC
Risse am Kondensatorelement selbst sind in der Regel ein schwerwiegenderes Problem als Risse an der Lötstelle. Wird durch den
Riss die interne Elektrode zerstört, kann dies zu einem dielektrischen Durchschlag führen. Risse im Kondensatorelement weisen
für gewöhnlich ein bestimmtes Muster auf. Ist die Anschlusselektrode starr angelötet, wirkt die Biegebelastung konzentriert auf den
Verbindungsbereich der Anschlusselektrode ein; der Riss geht normalerweise von der Spitze der Elektrode aus und pflanzt sich durch
das Keramikelement fort.
Häufig verursacht eine unsachgemäße Handhabung der Leiterplatte nach der Bauteilmontage Risse am Kondensatorelement. Zur
Erhöhung der Produktionseffizienz werden die Bauelemente auf
der Montagelinie in einem Durchgang auf einer langen, durchgängigen Leiterplatte bestückt. Diese wird anschließend in einzelne
Leiterplatten unterteilt. Werden die Leiterplatten manuell statt mit
einem Spezialwerkzeug vereinzelt, kann die Biegebelastung zur
Rissbildung im Kondensatorelement führen.
Die neue MLCC-Technologie mit einer leitfähigen elastischen
Kunstharzschicht gestattet auch die Produktion großer hochkapazitiver Kondensatoren und bietet Entwicklern mehr Design-Möglichkeiten. So sind die MLCCs mit elastischen Anschlüssen nicht
nur auf Anwendungen in der Automobil-Elektronik beschränkt,
sondern eignen sich auch für elektronische Geräte, die für den Einsatz im Freien bei rauen Umgebungsbedingungen vorgesehen sind.
(av)
■
Das Autorenteam arbeitet bei der TDK-EPC-Tochter EPCOS
Bild 4: Ein MLCC mit elastischen Anschlüssen.
Auf einen Blick
MLCCs mit elastischen Anschlüssen
TDK-EPC bietet MLCCs mit elastischen Anschlüssen für alle zweipoligen MLCCs mit Nennspannungen von 6,3 bis 630 VDC, alle Kondensator-Arrays (Doppelelement-Kondensatoren) und bis 150 °C temperaturbeständige Bauarten (X8R). Anschlusselektroden aus leitfähigem
Kunstharz können auch in anderen Mittelspannungs-MLCCs mit C0GTemperaturcharakteristik zum Einsatz kommen.
333AEL0411
49
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Kongress
Ludwigsburg
Der zweite Kongresstag:
Fokus auf Connected Drive
und Fahrerassistenz
Zum mittlerweile 15. Internationalen Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ waren 450 Konferenzteilnehmer nach Ludwigsburg gereist. Über den ersten Vortragstag haben wir in Ausgabe 3 ab Seite 66 berichtet.
Dieser war ausschließlich dem Thema Elektromobilität gewidmet. Im Folgenden haben wir die Vorträge des zweiten
Tages zusammengefasst, deren Fokus auf Connected Drive und Fahrerassistenz lag.
Autor: Siegfried W. Best
I
n bewährter Art und Weise führte Dr. Peter Thoma durch den
zweiten Kongress-Tag, nachdem Dr. Willibert Schleuter am
ersten Tag seine Feuerprobe bestanden hatte. Neben den Vorträgen und den jeweils anschließenden Diskussionen war das
Networking in den Pausen und beim gemeinsamen Mittagessen
von großer Bedeutung für die Branche.
Connectivity bedeutet Internet
Alle Fotos: Sabine Hofmann
Elmar Frickenstein, Bereichsleiter Entwicklung E/E und Fahrerlebnisplatz der BMW Group, gestaltete den ersten Vortrag unter
dem Titel „Lust auf die Zukunft-Connected Drive“. Connectivity
vernetzt die Welt im Sekundentakt und am Web wird viel geboten.
Deshalb gehört das Internet in das Auto und bei BMW ist es das
seit 2008 und die Zukunft liegt im Cloud Computing. Damit der
Zugriff auch gut funktioniert, braucht es ein gutes HMI wie beispielsweise ein Head-up Display in Verbindung mit dem iDrive,
der in Zukunft größer und ab 2012 über eine Touchfläche für die
Schrifteingabe verfügen wird. Dann wird auch Spracheingabe ganzer Sätze möglich sein. Das Internet wird auch bei der FAS immer
wichtiger. In 3 bis 5 Jahren, und wenn einige Rechtsfragen geklärt
sind, wird es in Kombination mit RealTime Traffic Information eine aktive Gefahrenbremsung, einen Kreuzungsassistenten, Remote
Controlled Parking und eine Engstellenassistenz bieten. Dazu ist
eine passende Infrastruktur erforderlich mit Verkehrszeichenerkennung, die jetzt auch das Überholverbot mit einbezieht. In Zukunft wird LTE eine wichtige Rolle beim Einbringen vom Internet
in das Auto spielen, es soll in den USA 2015 flächendeckend sein
und bei uns schon 2012 bereits über 91% abdecken.
Die Telekom kann auch ihren Beitrag leisten, indem sie die Cloud
Infrastruktur zur Verfügung stellt beispielsweise mit Inhalten zur
Sicherheit oder für Bezahldienste. Sie kann damit auch sicherstellen, dass alle Dienste außer Infotainment auf allen Bildschirmen zur
50
Ludwigsburg
Dr. Peter Thoma, Moderator des zweiten
Kongresstages lobte das Publikum, das
geschlossen bis zur letzten Stunde gespannt
dem Kongress folgte und bis zum Schluss mit
diskutierte.
Elmar Frickenstein, BMW: In Zukunft wird LTE
eine wichtige Rolle beim Einbringen vom Internet
in das Auto spielen, es soll in den USA 2015
flächendeckend sein und bei uns 2012 bereits
über 91% abdecken. Ob man dann noch DAB+
braucht?
Verfügung stehen, im Auto, zu Hause und auf dem Smartphone, das
in Zukunft größer sein wird. Horst Leonberger, Senior Vice President Strategic Area Connected Car bei der Telekom AG, der den
Vortrag von Elmar Frickenstein flankierend begleitete, sprach in
diesem Zusammenhang die verschiedenen Geschäftsmodelle an,
die sich für eine Connected Drive Platform anbieten. Zum Beispiel
eine White Label Platform der OEMs und Tiers, oder Any to Any
mit TV, Videophones usw. sowie Revenue Shares der Serviceprovider (wie ADAC) oder von Contentproviders (wie Goggle) und einen Public Sector, der von der Regierung gestaltet wird.
Serviceplattformen und E-Mobilität
Ebenfalls über Service Plattformen sprach Dr. Stefan Ferber, Produktmanager der Bosch Software Innovations, dies im Zusammenhang mit der E-Mobilität. Dabei spielt die Entwicklung des
Internets eine Rolle. Da sieht man eine Entwicklung vom einfachen Browser über jetzt Web 2.0, das Menschen verbindet, zu Web
3.0, das Funktionen verbindet. Trends, die sich besonders für die
E-Mobilität abzeichnen, sind die steigenden Treibstoffpreise, die
Fahrverbote in Städten (Citymaut), das Smart Grid, die CO2-Problematik und das Grüne Image generell. Dabei ergeben sich neue
Geschäftsmodelle und die zugehörigen Bezahlsysteme.
Dr. Ferber zeigt einige Lösungen, die bereits in Singapore realisiert
wurden, dort gibt es beispielsweise schon Batteriewechselstationen
für Busse. Zu den Lösungen, die Bosch zur E-Mobilität bietet, gehören Bosch-Ladestationen, Third Party Ladestationen und Interfaces (für Bezahlung, Smart Grid u.a.) und ein Business Ecosystem
u.a. für Incentives. Der Fahrer eines EVs wird von seinem Smartphone über Betriebszustände und Lade- sowie Parkmöglichkeiten
informiert. Die verschiedenen Serviceprovider sind über Roaming
miteinander verbunden. Es funktioniert bereits in Singapore, dort
werden 50 EVs unterstützt mit bis zu 60 Ladestationen, ausgerüstet
mit den entsprechenden Bezahlsystemen. Ein Cepas genanntes
System (Contacless e-Purse Application) wird für Busse, Taxi,
Maut, Parken und so weiter bereits verwendet. In Deutschland gibt
Horst Leonberger, Telekom, zeigte verschiedene
Geschäftsmodelle, die sich für eine Connected
Drive Platform anbieten.
es das MeRegio Mobil Projekt der Partner EnBW, Opel, Daimler,
SAP, Stadt Karlsruhe, KIT und ISI für den Aufbau von 110 Ladestationen für 45 EVs. Es beinhalted ein intelligentes Grid Load Management, das Ladesystem, das Bezahlsystem und Smart Home
(http://www.meregio.de/).
Connectivity und Audio
Die Start-up-Firma S1nn GmbH & Co. KG wurde vom Geschäftsführer Andreas Heim repräsentiert. Thema der 2004 gegründeten
Firma ist Connectivity & Audio als Geschäftsmodell. S1nn ist ein
vollwertiger Tier1, aber fabless (wie beispielsweise Apple), hat engste
Beziehungen zu Tier2 EMS-Fertiger und arbeitet in Kooperation
mit wesentlichen Technologiepartnern wie TI, NXP oder Parrot.
Kernkompetenz ist die Systemintegration. Zu den realisierten Projekten 2011 zählen ein Media Device Interface (mit VW), eine universelle Handyvorbereitung und Audiosysteme. Bislang wurden
über 2,7 Mio. Steuergeräte an über 40 OEM Standorte ausgeliefert.
S1nn fährt bei Hardware und Software eine Modulstrategie in Kooperation mit Technologiepartnern im Bereich Grafik, Tuner, Modem, Bluetooth, WiFi, USB, um die wesentlichen zu nennen.
Die Firma übernimmt dabei die Gesamtverantwortung für Produkt
und Entwicklung, d.h. vom Modul bis zum maßgeschneiderten
System im Auto. Sie stellt sich damit den Herausforderungen im
Bereich der Connectivity durch Unterstützung unterschiedlicher
Architekturansätze und durch Open Source. Themen dabei sind
die Anbindung des Autos ans Internet und an die Cloud bei gleichzeitiger Absicherung von Angriffsszenarien. S1nn ist Konsortiumsmitglied zur Erprobung von e-call (H-ERO) und stellt die Interoperabilität und Up-Gradefähigkeit von Systemen sicher. Andreas
Heim gab zum Schluss des Vortrags einen Ausblick und nannte
den vorgestellten 3D Sound einen entscheidenden Schritt zu einem natürlichen Klangerlebnis. Das Produkt Auro-3D erzeugt aus
allen Standardformaten einen 3D Sound. Desweiteren wurde ASD
vorgestellt, das Aktive Sound Design zur Erzeugung von Außenund Innengeräuschen. So kann ein markenspezifischer Sound die
51
Ludwigsburg
Dr. Stefan Ferber, Bosch: Zu den Lösungen, die
Bosch bereits in Singapore zur E-Mobilität
bietet, gehören Bosch-Ladestationen, Third
Party Ladestationen und Interfaces (für
Bezahlung, Smart Grid u.a.) und ein Business
Ecosystem u.a. für Incentives.
Andreas Heim, S1nn GmbH: Die Firma S1nn fährt
bei Hardware und Software eine Modulstrategie
in Kooperation mit Technologiepartnern im
Bereich Grafik, Tuner, Modem, Bluetooth, WiFi,
USB und so weiter.
Markenidentifikation und die Wertanmutung erhöhen. Andreas
Heim, der mit 60 Mitarbeiten heute bereits 100 Mio. € erwirtschaftet, wünscht sich die Öffnung der OEMs für neue, kleinere Partner.
Die bringt neue Chancen im Wettbewerb, was von Dr.W.Schleuter
nachdrücklich unterstützt wurde.
Software, Entwicklung und Tools
Dr. Detlef Teichner, Vice President R&D der Business Unit
Infotainment&Connectivity bei Continental betrachtete die Softwarekomplexität von Multimediasystemen und nannte beispielsweise 1000 Softwarefehler, die in neuen Infotainmentsystemen wegen
der Zunahme der Funktionen und der steigenden Komplexität zu
finden sind. Bei Continental wird der Produkt Life Cycle in einem
detailierten Gate Prozess beschrieben, bei dem alle fortlaufenden
Gates von Projektleitern, Qualitätspersonal und Management streng
überwacht werden. Mit der Einführung dieses Prozesses werden in
enger Kooperation mit den OEMs Fehler und unnötige Kosten vermieden.
Da zukünftige Entwicklungen noch komplexer werden, bringt
der Schritt zu offenen Infotainment Plattformen der Industrie die
Möglichkeit, mit den steigenden Kosten, den Zeitanforderungen
und dem Preisdruck fertig zu werden. Außerdem werden Standardlösungen ermöglicht und gemeinsame Entwicklungen verschiedener Zulieferer. Gleichzeitig sind solche Plattformen, die
wohl eher auf low- und highend SoCs beruhen, anstelle der Mehrprozessorlösungen dieser Tage, die Basis für eine offene Kommunikation und für das Applikationsgeschäft, die beide das Auto zum
Teil von Wireless Netzwerken und Services machen. Das managen
der Softwareanforderungen dafür ist die Herausforderung an die
nächste Generation von Infotainmentsystemen.
In Zukunft gemeinsam
Getrennte Wege bei der Einführung von Autosar gingen bislang
Audi und Mercedes Benz. Das wird sich bei Autosar 3.2 ändern,
dies wird man gemeinsam einführen. Die Vortragenden Jens Kötz von
52
Dr. Detlef Teichner, Continental: Da zukünftige
Entwicklungen noch komplexer werden, bringt
der Schritt zu offenen Infotainment Plattformen
der Industrie, die Möglichkeit, mit den steigenden
Kosten, den Zeitanforderungen und dem
Preisdruck fertig zu werden.
Audi und Frank Cornelius der Daimler AG zeigten bei ihrer Präsentation die Historie des Standard Software COM-Stacks bei ihren
Firmen. Basierend auf der Einführung von FlexRay mit Autosar
2.1 beschrieb J.Kötz die Erfahrungen während der Spezifikationsund Entwicklungsphase. Aber Autosar ist mehr als ein Softwarestandard. F. Cornelius berichtete über die positiven Erfahrungen
bei der Einführung der Autosar Methodology im Systemdesign
und wie die E/E-Komplexität damit beherrscht wird. Beide Autoren illustrierten zusammen das Autosar 3.x Rollout zusammen mit
dem zugehörigen Volumen an ECUs mit dem Autosar 3.x COMStack und stellten fest, dass ein Langzeiteinsatz von 3.2 geplant ist.
Entwicklung softwarebasierter Funktionen
Prof. Dr. Manfred Broy, vom Institut für Informatik an der TU
München berichtete über umfassende Architekturmodellierung
als Rückgrat der Entwicklung softwarebasierter Funktionen. Dies
vor dem Hintergrund, dass die Umfänge der E/E-Systeme seit 40
Jahren exponentiell wachsen durch die Anzahl der Funktionen
und ECUs sowie durch die Zunahme des Codeumfangs. Die Mechanik dagegen nimmt ab (von 53 auf 39%), der Elektronikanteil
bleibt fast gleich aber der Softwareanteil steigt von 15 auf 30%. Das
erfordert neue Entwicklungsansätze zur Beherrschung der Softwarekomplexität durch Systemengineering – statt Zusammenbau
von Komponenten die Integration von Teilsystemen.
Wir brauchen ein Requirements Engineering mit einer umfassenden Qualitätssicherung sowie eine Funktionsorientierung anstelle
von Komponenten-Funktionsentwicklungen. Neue Entwicklungsmethoden sind gefragt. Etwa das Frontloading, das den Aufwand in
frühe Phasen verschiebt und das statt einer Fehlerbeseitigung in der
Integration eine Fehlervermeidung beinhalted. Bei der Modellbasierung sollten alle Modele durchgängig genutzt werden, so sollte es beispielsweise gemeinsame Funktionsmodelle für Test, Diagnose und
die Wartung geben. Wesentlich auch die durchgehende Erfassung
aller Entwicklungsergebnisse in einer Datenbank. Mit reichlich Formelwerk demonstrierte Prof. Broy die Beziehungen zwischen den
Ludwigsburg
Getrennte Wege bei der Einführung von Autosar gingen bislang Audi und Mercedes Benz.
Das wird sich, so Jens Kötz (links) von Audi und Frank Cornelius (Mitte) der Daimler AG
bei Autosar 3.2 ändern, dies wird man gemeinsam einführen.
Prof. Dr. Manfred Broy, TU München, (rechts) berichtete über Architekturmodellierung
als Rückgrat der Entwicklung softwarebasierter Funktionen.
Abstraktionsebenen bei der strukturierten Architektursicht, gab
Einsichten in die Strukturierung der Funktionen und stellt fest, dass
die Einzelfunktionen eines Fahrzeugs logisch und funktional nicht
unabhängig von einander sind. Es gibt ein Wechselspiel zwischen
den Betriebszuständen, die über Modi erfasst und dargestellt werden.
Neben dem genannten Frontloading sind als Ansätze für die Zukunft zu nennen die strikte Trennung von fachlicher und technischer Ebene (Stichworte hierzu Autosar und Wiederverwendung),
die Artefaktenorientierung (jedes Artefakt ist in einer Artefaktebank zu speichern) und die Einführung von Produktlinien um die
Software in den Griff zu bekommen. Zum Schluss seines Vortrags
ging Prof. Broy auf die Möglichkeiten der TU ein und nannte interdisziplinäre Studiengänge wie den Master Automotive Software
Engineering, wobei ihm der Dipl.-Ing. lieber wäre. Wichtig auch
die enge Kooperation zwischen Uni und Industrie bei verstärkter
Interaktion. Markant sein Schlusssatz: Die Konkurrenz ist stark –
der Kampf um die Köpfe hat begonnen…
Die Vielfalt der Fahrerassistenz
Wie Fahrerassistenzsysteme Unfälle vermeiden können, war Gegenstand des Vortrags von Stephan Wolfsried, Leiter E/E, Fahrwerk Mercedes Benz Cars der Daimler AG. Die Firma kann auf
eine langjährige Entwicklung auf diesem Gebiet zurückschauen,
die bei der Knautschzone von 1959 oder dem ABS von 1978 beginnt und bislang beim CPA (Collision Prevention Assist) von
2011 endet. Dazwischen liegen Pre-safe und Distronic Plus sowie
BAS Plus, die die Quote von Auffahrunfällen um mindesten 20%
reduzieren und um weitere 25% die Unfallschwere. S. Wolfsried
demonstrierte die Funktion von aktivem Fernlicht- und vom Geschwindigkeitslimit-Assistent sowie des aktiven Spurhalteassistent,
der durch kurskorrigierende Bremseingriffe anstatt Lenkeingriffen
wirkt. Für diese Systeme, einschließlich dem aktiven TotwinkelAssistent, ist man durch einen Autosar-Ansatz und FlexRay-Einsatz gut gewappnet. Die wichtige Rolle der Sensorik dabei zeigt
sich im Einsatz von Stereokameras zur 6D Vision, der Fusion von
Stereosehen und optischem Fluss. Außerdem durch hochauflösende Tiefeninformationen für die Detektion von bewegten Objekten
sowie dem Einsatz von bildgebenden Radar mit elektronischer Beamforming (bis 200m). Radarfrequenzen sind heute im Nahbereich 24 GHz UWB und in Zukunft 79 GHz UWB nach einer
Übergangslösung bei 76 GHz. Im Fernbereich bleibt man bei 76
GHz. Neu ist auch der Einsatz von Wärmebildkameras.
Mit neuen Systemen, wie einer robusten 360 Grad Erkennung
wird die Zahl der Unfälle weiter reduziert bis hin zum unfallfreien
Fahren. Auch kann durch eine Situationerfassung bewertet werden, was ein Fahrer zu beabsichtigen vor hat. Durch kombinierte
Längs- und Querführungssysteme und die Beherrschung komplexer Szenarien kann der Fahrer noch weiter entlastet werden und
mittels Eco-Funktionen ist außerdem eine verbrauchsoptimierte
Fahrzeugführung möglich.
Über die Zukunft fortschrittlicher Fahrerassistenzsysteme referierte Dr. Markus Krug, Abteilungsleiter Fahrererlebnisplatz,
BMW Group. Stellte etwa 2009 ein Fahrerassistenzsystem einen
Bruchteil einer Bordnetztopologie dar, so zeigt sich in der Projektion auf 2015 ein ganz anderes Bild. Das Fahrerassistenzsystem ist
dann in einer Domainstruktur organisiert mit einer Vielzahl von
Funktionalitäten. Die FAS Domaine stellt dann zwei wesentliche
Enablerfunktionalitäten zur Verfügung, dass Umweltmodell als
fusionierte und ganzheitliche Beschreibung der onboard Umfelderfassung, ergänzt durch Informationen von außerhalb des Automobils. Ein Stichwort hierzu ist iSense, ein Umfeldmodell, welches
die Sensorik von OnBoard und Backend fusioniert, es repräsentiert sozusagen die fünf Sinnesorgane des Automobils.
Dabei ergibt sich gegenüber früheren Ansätzen ein veränderter
Entwicklungsprozess. Stellte sich früher die Frage: Welche Möglichkeiten bieten mir die Sensoren? lautet die Fragestellung in Zukunft: Welche FAS Funktionen möchte ich dem Kunden bieten?
Und das unter Einbeziehung des Fahrernutzens durch eine adaptive Anpassung von FAS Funktionen, durch die funktionale Integration von aktiver und passiver Sicherheit und durch Einbeziehung
53
Ludwigsburg
Stephan Wolfsried, Daimler AG, demonstrierte die Funktion von
aktivem Fernlicht- und vom Geschwindigkeitslimit-Assistent
sowie des aktiven Spurhalteassistent, der durch kurskorrigierende Bremseingriffe anstatt Lenkeingriffen wirkt.
Dr. Markus Krug, BMW: Die FAS Domaine stellt ab 2015 zwei
wesentliche Enablerfunktionalitäten zur Verfügung, das
Umweltmodell als fusionierte und ganzheitliche Beschreibung
der onboard Umfelderfassung, ergänzt von Informationen
außerhalb des Automobils.
der Basistechnologie für das Mensch-Maschine-Interface. In Zukunft muss der Entwicklungsprozess in vielfältiger Weise verändert werden. Die Funktionsentwicklung muss sich auf die gewünschten Kundenfunktionen konzentrieren, deren Absicherung
von der Absicherung des Umfeldmodells entkoppelt werden muss.
M. Krug sieht in der Bildverarbeitungs- und Softwareentwicklungskompetenz den Schlüssel zur Entwicklung des Umfeldmodells. Wesentlich auch strategischen Allianzen und ein Knowhow
Transfer mit den Partnern aus der CE sowie aus der Medizin- und
Militärtechnik. Nur so kann man deren Potenzial für Innovationen
nutzen. Wichtig auch, dass das Kundenerlebnis von der singulären
Unterstützung in einer bestimmten Fahrsituation zu einer gesamthaften, adaptiven Funktionalität geändert wird, die sowohl auf
Fahrer wie auch auf das Umfeld reagiert. Die Unterstützung in den
verschiedenen Fahrsituationen wird durch ganzheitliche und adaptive Unterstützung abgelöst.
Bild von Objekten vor und hinter dem Fahrzeug liefern, deren laterale Auflösung aber begrenzt ist, und die nicht in der Lage sind, diese
zu klassifizieren oder den Bildinhalt wie Straßenmarkierungen, aufkommende Scheinwerfer oder sonstige Informationen (beispielsweise den Inhalt von Verkehrsschildern) zu erkennen. Hierzu sind
Bildsensoren und Videokameras erforderlich. Die Bilder, die die Kameras liefern, benötigen eine leistungsfähige Bildverarbeitung mit
Analyse und Interpretation. Eine erste Applikation basierend auf einer chromogenen monochrom Kamera wurde vorgestellt zur Implementation der nützlichen FAS Funktionen wie LDW, LKA und BSW
(Blind Spot Warning). Eine wesentliche Rolle spielt dabei eine automotive Stereokamera der dritten Generation, die als High Performance Stereokamera dazu beiträgt, dass die Erfassungsreichweite
zunimmt, dass neue Funktionen möglich werden (Objekt und Fußgängererkennung u.a.) und die auch zur Kostensenkung beiträgt.
Stereokameras haben generell Vorteile gegenüber den Monoausführungen wie die direkte, präzise und stabile Entfernungsmessung, die Objekterkennung ohne Kenntnis von Erscheinungweise,
Größe und Form sowie die bessere Nacht- und Schlechtwettereignung. Dr. Rieth stellte die verschiedenen geplanten Kameratypen
vor, angefangen von der Monokamera für Spurerkennung, Verkehrszeichen- und Objekterkennung bis zur Monokamera mit integriertem Nahfeldbeam. Hinter der Windschutzscheibe gibt es
weitere Fortschritte, eine Komponente mit CV-Sensor und Kamera vereint drei Funktionscluster, ist aber um 40% in der Größe reduziert. Die Funktionen sind die Kollisionsverhütung (bis 40
km/h)/Minderung (bis 60 km/h), die Fahrlichtsteuerung, LDW,
LKA, Verkehrszeichenerkennung und Kollisionswarnung sowie
die Regenerkennung. Durch die Fusion von Radar und Kamera ergeben sich Verbesserungen bei der Messung der lateralen Bewegung und der Objektbreite, bei Einfahr- und Ausfahrsituationen
und bei der Spurverfolgung. Außerdem ergibt sich eine Verbesserung der Tracking Dynamik bei Einfahrszenarien und beim Spurwechsel. Abschließend wurde noch die Ausrüstung für eine 360
Grad Erfassung vorgestellt. Die Komponenten hierfür sind eine
Die Rolle der Bildverarbeitung
Die Rolle der Bildverarbeitung für die Fahrerassistenz beschrieb Dr.
Peter E. Rieth, Senior Vice President Systems & Technology und
Mitglied der Geschäftsleitung der Continental AG Division
Chassis&Safety. Einleitend beschrieb er die drei Ebenen der Herausforderungen an den Fahrer und die derzeitige Unterstützung. In der
ersten Ebene, der Stabilitätsebene, die Unterstützung durch ABS,
TCS und ESC für „schleuderfreies Fahren“. Durch Brake Assistent BA,
Adaptive Cruise Control ACC, LDW Line Departure Warning, LKA
Line Keeping Assistenz und LCA Line Chance Assistenz in der zweiten Ebene genannt „Kooperatives Fahren“ und auf der Ebene „Routenbasiertes Fahren“ durch Einbeziehen von Navigation und Telematik.
ACC war das erste System, das Umgebungssensoren in das FAS
einbezog und das ein breites Feld für Umgebungssensoren basierte
Fahrerassistenz bot. Das komplettierte den Übergang vom klassischen Driver Assietenz System DAS zum fortschrittlichen FAS
genannt ADAS (Advanced DAS). Diese Systeme benötigen strahlbasierte Umfeldsensoren wie Radar und Lidar, die dann ein klares
54
Ludwigsburg
Dr. Peter E. Rieth, Continental: Radar und Kamera
werden fusioniert und können bewegte und
stehende Objekte unterscheiden.
Dr. Hieronymus Fischer, ESG: Kamerasysteme
sind aufgrund der großen Variationsbreite an
möglichen physikalischen Parameter und dem
vielgestaltigen geometrischen Aufbau dem
menschlichen Gesichtssinn gleichwertig,
in manchen Teilbereichen sogar überlegen.
Stereokamera an der Windschutzscheibe, Lang- und Kurzstreckenradar in der vorderen Stoßstange sowie in und hinteren Stoßstange
zwei Zweibereichs Radargeräte. Außerdem in den Außenspiegeln
zwei Mikrokameras sowie im Kofferraumdeckel eine weitere. Insgesamt kommt man so auf 10 Komponenten.
Kamerabasierte Überwachung der Fahrzeugumgebung
Dr. Hieronymus Fischer, Leiter des „Center of Competence
Systemkonzepte Automotive“ der ESG, referierte über das Thema:
Sehen und Verstehen - Kamerabasierte Überwachung der Fahrzeugumgebung. ln heutigen Kraftfahrzeugen kommen, so Dr. Fischer, immer mehr Sensorsysteme zur Erkennung und lnterpretation des Fahrzeugumfeldes zum Einsatz. Sie versorgen komplexe
Fahrerassistenzsysteme mit den relevanten Daten und erlauben
damit erst die vielfaltigen Funktionen zur Unterstützung des Fahrers in den unterschiedlichsten Fahrszenarien. Das für die Führung
eines Automobils wichtigste Sinnesorgan des Fahrers ist zweifellos
der Gesichtssinn, das heißt das Auge.
Ohne die visuelle Erfassung des Umfelds lässt sich ein Fahrzeug im
Straßenverkehr unter „normalen“ Bedingungen nicht manövrieren.
Dies ist der Hauptgrund, warum kamerabasierten Assistenzsysteme
eine solche Aufmerksamkeit entgegengebracht wird. Kamerasysteme
sind aufgrund der großen Variationsbreite an möglichen physikalischen Parameter und dem vielgestaltigen geometrischen Aufbau
dem menschlichen Gesichtssinn mit seinen natürlichen Grenzen
und Einschränkungen grundsätzlich gleichrangig, in manchen Teilbereichen gar überlegen. Dies gilt jedenfalls dann, wenn man nur
die objektiven optisch-physikalischen Daten zugrundelegt. Trotz
dieser hohen Leistungsfähigkeit ist die verlässliche Überwachung
der Fahrzeugumgebung im Sinne einer universellen Assistenz oder
gar die Übernahme von sicherheitsrelevanten Teilaufgaben mit aktuellen Systemen nicht möglich - Hier ist der Mensch, ungeachtet
seiner biologischen Limitierungen, deutlich überlegen. Das technische
System ist zwar gut in manchen Spezialfunktionen, beispielsweise
Nachtsichtfähigkeit, versagt aber insbesondere bei den komplexewww.automobil-elektronik.de
Dr. Andreas Marquardt, Marquardt GmbH: Mit
Marquardt/baimos wird eine universelle Lösung
für alle aktuellen Handys mit Bluetooth
angeboten. Mit dieser Lösung wird das Handy
zum Autoschlüssel.
ren übergreifenden Aufgaben, zum Beispiel bei der Klassifizierung
von Objekten, beim Herstellen von Objektrelationen oder bei der
Zuordnung von Kontextinformationen. Eine echte Szeneninterpretation, wie sie der Fahrer ohne größere Mühen jederzeit bereit hält
und permanent aktualisiert, liegt weit jenseits der Möglichkeiten
aktueller Systeme. Dazu sind heutige Assistenzsysteme noch nicht
in der Lage. Dieses ganzheitliche Szenenverständnis ist aber erforderlich für die Realisierung von komplexeren Komfort-und Sicherheitsfunktionen und ist eine unbedingte Notwendigkeit für die Umsetzung des Fernziels Autonomes Fahren.
Das Handy als Funkschlüssel
Der Vortrag von Dr. Harald Marquardt, Sprecher der Geschäftsführung der Marquardt GmbH begann mit der Geschichte des
Fahrzeugschlüssels. Später zeigte er, wie man mit dem Mobiltelefon
anstelle des Schlüssels das Fahrzeug öffnen, starten und fahren
kann. In dem als erstes im Vortrag vorgestellten intelligenten
Schlüssel mit Display werden gegenüber dem normalen Schlüssel
weitere Funktionen enthalten sein. So die Anzeige von Fahrzeugdaten (ist das Auto auch verschlossen?), die Fernbedienung der
Standheizung oder Lüftung, die Fahrzeugsuche, das Öffnen von
Toren und so weiter. Solch ein Schlüssel kommt bald auf den Markt,
misst 78 x 39 x 17 mm und geht 1 km weit.
Die nächste Lösung mit dem Mobiltelefon ist ein weiterer Ansatz. Mit Marquardt/baimos wird eine universelle Lösung für alle
aktuellen Handys mit Bluetooth angeboten. Der Kunde wünscht,
sein persönliches Handy nutzen zu können. Die Verbindung zum
Auto erfolgt dann über Bluetooth zu einem Modul, das mit dem
CAN kommuniziert. In einem Democar wurde der Beweis erbracht, dass das Handysystem funktioniert. Er wurden verschiedene Codes als Zugang realisiert, so beispielsweise die Gewährung
der Fahrerlaubnis, das Öffnen von Schranken und Bürotüren sowie
das Freigeben von PC-Systemen.
n
Der Autor: Siegfried W. Best ist Chefredakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
55
Ludwigsburg
Ludwigsburg: Mehr als nur Vorträge
Eindrücke von der Ausstellung und der Abendveranstaltung
Wie jedes Jahr wird der Kongress durch eine begleitende Ausstellung ergänzt, die viel Zuspruch erfuhr. Wichtig
auch das Networking bei der Abendveranstaltung in der Reithalle am ersten Kongresstag. Hier einige Eindrücke
von beiden Veranstaltungen. (sb)
56
Ludwigsburg
Matthias Müller, Vorstandsvorsitzender der Dr. Ing. h.c. F. Porsche
AG, hielt die Dinner-Speech. Darin
betonte er, dass die deutschen OEMs
den „vielen, meistens mittelständischen Zulieferern in Deutschland“ einen wesentlichen Anteil ihres Erfolges
verdankten: „Wir, die Autoindustrie
in Deutschland, können unsere führende Rolle nur dann behaupten und
ausbauen, wenn wir die erfolgreiche
Zusammenarbeit zwischen Zulieferern und Herstellern fortsetzen und
weiter intensivieren.“ Bei Porsche tragen die Zulieferer beispielsweise im
Schnitt 88%, beim Cayenne sogar 90% des Endprodukts bei. „Das Gütesiegel
‚Made in Germany’, für das auch wir stehen, ist ein klarer Wettbewerbsvorteil.
Unsere Kunden – 85% davon im Ausland – schätzen deutsche Ingenieurskunst und Qualität.“
Und er bricht eine Lanze für Premium-Fahrzeuge: „Premium-Produkte
haben eine Schrittmacherfunktion für die gesamte Wirtschaft.“ Auch im
Bereich von Hybridantrieb oder Elektroauto steht für Müller folgendes fest:
„Ohne die großen Entwicklungsanstrengungen der Premiumhersteller wird
die flächendeckende Anwendung langsamer oder gar nicht erreicht.“ Nur
durch ein entsprechendes Management, bei dem die „Lieferanten zunehmend zu Innovationspartnern (werden), die neue Technologien gemeinsam
mit den Entwicklungsabteilungen der Automobilhersteller zur Marktreife
bringen“, sei es möglich, die Ziele zu erreichen. „Darin liegt die Zukunft
nicht nur für Porsche, sondern für alle Hersteller“, ergänzte Müller. „Den
Preiswettbewerb mit den neuen Herstellern aus China oder Indien werden
wir auf Dauer sicher nicht gewinnen können. Deshalb müssen wir technologisch vorn sein – mit intelligenten Produktionslösungen, die es uns weiterhin
erlauben, zu international wettbewerbsfähigen Kosten am Standort
Deutschland attraktive Fahrzeuge für den Weltmarkt zu bauen.“ (av)
57
Neue Produkte
I/O-Modul für Bus-Interface-Tests
Kfz-Messmodul mit 1000 V Trennung
Boundary-Scan-Hardware-Plattform
zweiten analogen Ausgang ausgewertet werden. Die maximale
Messrate beträgt 16 kHz, wobei
die CAN-Schnittstelle bandbreitenbedingt mit bis zu 8 kHz arbeiten
kann. Eine mehrkanalige Version
ist in Vorbereitung. Das KLARI-ONE
Modul lässt sich via CAN- oder
USB-Schnittstelle mit der KariToolBox online konfigurieren,
während die Ausgabe der Messwerte wahlweise über CAN und/
oder die analoge Schnittstelle erfolgt. Die CAN-Datenübertragung
ermöglicht darüber hinaus die
zeitliche Synchronisation mehrerer Messmodule. Auch die Konfiguration mit Ipemotion-Software
ist möglich. (av)
ECUs messen, stimulieren und kalibrieren
Bild: Vector
Mess- und Kalibrierhardware
Mit dem VX1060 stellt Vector eine
Mess-, Kalibrier-, Bypass- und
Flashhardware vor. Entwickler
messen mit dem System steuergeräteinterne Variablen mit einer
Abtastrate von bis zu 80 kHz. Der
Messdatendurchsatz hängt vom
eingesetzten Mikrocontroller ab:
bei Renesas V850, Freescale MPC5xxx oder Infineon XC2000 ist ein
Datendurchsatz von 1 MByte/s,
beim Infineon TriCore-PD sind 3
MByte/s und beim TriCore-ED sind
5 MByte/s möglich. Signale werden zeitsynchron auch in sehr
schnellen Tasks mit weniger als 50
Mikrosekunden Zykluszeit erfasst
und mit präzisen Zeitstempeln versehen. Mit dem TriCore-ED lassen
sich sogar Zykluszeiten kleiner 15
Mikrosekunden erzielen. Der Anschluss an den Mikrocontroller des
Steuergeräts erfolgt mit einem Ad58
apter (23 mm x 24 mm). Zusammen mit dem Kabel und den wasserdichten Steckverbindungen ist
dieses POD (Plug-On Device) für
hohe Temperaturen im Automotive-Einsatz ausgelegt. Neben dem
Einsatz im Fahrzeug-innenraum ist
das Messsystem auch für den Motorraum, an Prüfständen sowie im
Labor geeignet. Das Basismodul
VX1060 verarbeitet die Mess- und
Stimulationsdaten und wird über
das standardisierte Protokoll XCP
on Ethernet mit einem Mess- und
Kalibriertool wie zum Beispiel
CANape verbunden. Die direkte
Zugriffsmöglichkeit auf den Mikrocontroller erlaubt eine schnelle
Flash-Programmierung auch ohne
Flash-Bootloader, z. B. von „Braindead“-Steuergeräten. (av)
infoDIREKT Automobil Elektronik 04/2011
391AEL0411
Göpel stellt unter dem Namen
SFX-9305/R ein weiteres I/O-Modul
im Rahmen seiner BoundaryScan-Hardware-Plattform Scan-
flex vor. Das neue Mitglied der
Modulfamilie verfügt über fünf
Ports zum universellen Test von
Schnittstellen, die per Relais auch
komplett elektrisch isolierbar
sind. Dadurch sind Anwender in
der Lage, funktionale Testprozeduren für Bus-Interfaces wie
LAN, USB, CAN oder LIN mit vektorlos arbeitenden Testverfahren
auf einer Plattform zu kombinieren. (av)
Messwerterfassungssoftware
DASYLab Version 12
MeasX hat die
Version 12 der
Messwerterfassungssoftware
DASYLab auf den
Markt gebracht.
Die neuste Version trägt dem immer umfangreicher gewordenen
Funktionsumfang
und der Anzahl
von Zusatzmodulen und Treibern Rechnung. Sie
wartet mit einem komplett neuen
Installer auf MSI-Basis auf. Die
dadurch mögliche nachträgliche
Konfiguration der Software kann
dazu genutzt werden, um
DASYLab auch später noch zu
modifizieren und erweiterten Bedürfnissen anzupassen, ohne
dass eine komplette Neuinstallation notwendig wird. Dazu verwaltet das als Konfigurator
bezeichnete Tool, Pakete, die beispielsweise alle Dateien für einen
Treiber oder eine Funktionserweiterung enthalten. So kann
zum Beispiel ein Freischalten der
Evaluierungsversion oder ein Upgrade zu einer höheren Ausbaustufe auch von der Basis-Version
auf die Pro-Version erfolgen.
Ebenso können Treiber und Module hinzugefügt aktualisiert oder
entfernt werden. Man kann auch
eigene Pakete erstellen, um beispielsweise Ablaufsequenzen mit
Bild: MeasX
Das Messmodul Klari-ONE 1000 V
von Klaric verfügt über einen
schnellen Messkanal mit 1000 V
galvanischer Trennung, so dass
es auch für den Einsatz in Elektround Hybridfahrzeugen geeignet
ist. Klari-ONE 1000 V erkennt alle
Hochvolt-Messproben (für Strom,
Spannung und Temperatur) von
Klaric automatisch. Speziell für
Crashversuche lässt sich das Modul mit zwei Analogausgängen
ausstatten. Die Ausgabe am Analogausgang ist proportional zum
16-Bit-Messwert – und zwar unabhängig vom Verstärkungsbereich. Der Arbeitsbereich der analogen Ausgänge beträgt ±4,5 V
mit 150 µV/Bit. Zur automatischen
Erkennung des Verstärkungsbereichs kann dieser über einen
Bild: Göpel
Auch für EVs und Hybride
den dazugehörigen Schaltbildbibliotheken in einer Datei weiterzugeben. DASYLab unterstützt
nun alle Hauptprozessoren eines
Multiprozessor-Systems, indem
es die Verwaltung der Threads
dem genutzten Betriebssystem
überlässt. Eine Darstellung auf
Zwei-Bildschirm-Systemen ist
nun ebenfalls möglich, so dass
Dialoge und andere Programmelemente sich auf einem zweiten
Bildschirm anzeigen lassen. In
DASYLab 12 wurde die Python
Script-Engine integriert, auf deren Basis MeasX einen Treiber für
die IVI-Schnittstelle (Interchangeable Virtual Instrument) entwickelte, wobei die IVI-Schnittstelle
derzeit mit den Modulen IVI Counter, IVI DCPower, IVI DMM und IVI
Switch erhältlich ist. Weitere Entwicklungen auf Basis von Python
werden folgen. (av)
Inserenten
AFT, Werdohl
Berner & Mattner, München
DSG-Canusa, Meckenheim
ETAS, Stuttgart
Fujitsu, Langen
hard&soft, Reutlingen
13
35
25
15
47
29
Infineon, Neubiberg
Kostal, Lüdenscheid
Kunze, Oberhaching
LPKF, Garbsen
Maplesoft, CAN-Waterloo
Micrel, USA-San Jose
32
Göpel
2.US
39
31
12
7
19
Molex, USA-Lisle
National Instruments, München
ODU, Mühldorf
Softing, Haar
TRW, USA-Livonia
Tyco Electronics, Darmstadt 11
3
37
5
4.US
9
Weiss, Reiskirchen
23
Dieser Ausgabe liegen Prospekte
folgender Firma bei:
Vector, Stuttgart Unternehmen
AFT Atlas Fahrzeugtechnik
15, 58
13
Synotech
34
Nissan
13
TDK-EPC
48
13, 50
Telekom
50
46
Thyssenkrupp Presta
13
ON Semiconductor
46
TI
50
Opel
50
Toshiba
Parrot
50
TRW
13, 46
Harman
Audi
13, 50
Hella
13
NXP
Huber+Suhner
39
NXP Semiconductors
Intersil
40
ISI
50
baimos
BMW Group
Bosch
50
20, 50
8, 13
Bosch Software Innovations
8
Nexteer
Analog Devices
47
Johnson Controls
Bozzio
13
KIT
50
Porsche
TU München
50
Brose
8, 13
Klaric
58
Preh
8
U-Blox
13
8, 13, 50
Kostal
8
Renault
8
University of British Columbia
20
50
Leoni
36
Renesas
47
Vacuumschmelze
13
Marquardt
50
S1nn
50
Valeo
15
Saft
13
Vector
13
SAP
50
Volkswagen
Continental
Daimler
Delphi
8, 13
dSPACE
30
MathWorks
Elmos
46
MBtech
Emco
27
MeasX
Emco Elektronik
27
Mentor Graphics
EnBW
50
Mercedes Benz
ESG
50
MicroNova
Ford
13
Molex
Fujitsu
44
MVO
8, 13
8, 13
50
13, 24
13
13, 58
28
SEW Eurodrive
8
VW
13, 50
16
Siemens
8
ZF
13
50
Slacker
8
ZVEI
28
SMSC
13
Softing
24
Stadt Karlsruhe
50
39, 58
13, 39
13
6
Impressum
REDAKTION
Chefredaktion:
Siegfried Best (sb) v.i.S.d.P.
Tel.: +49 (0) 6221 489-240, E-Mail: [email protected]
Redaktion:
Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av)
Tel.: +49 (0) 89 6066 8579, E-Mail: [email protected]
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Office Manager:
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Assistenz und Sonderdruckservice:
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Auslandsvertretungen
Frankreich, Belgien: SL REGIE, Sophie Lallonder,
12 allée des Crételles, F-37300 Joué-Lès-Tours,
Tel: +33 (0) 2 47 38 24 60, Fax: +33 (0) 2 90 80 12 22,
Schweiz, Liechtenstein: MarCoMedia GmbH,
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