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Ausgabe 1/Februar 2010/B 61060
www.automobil-elektronik.de
Mechatronik
Software
Management
HALBLEITER MCUs für Radar- und Kamerasensoren
TOOLS JAZZ – wie funktioniert das?
ELEKTROMOBILITÄT Funktionale Sicherheit gemäß ISO 26262
Seite 18
Seite 32
Seite 44
Ersatz für
Mikrocontroller
Exklusiv-Interview mit Hassane El-Khoury, Automotive
Business Development Manager bei Cypress, Seite 14
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WAS BRINGEN STRATEGISCHE ALLIANZEN?
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Automobilhersteller und Zulieferer vor
ihrer bisher grössten Herausforderung
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DIE THEMEN:
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- OEM-Strategien: Einkaufsstrategien, Technologietrends,
Emerging Markets
- Neue Geschäftsmodelle, neue Spieler, neue Märkte
- Wie definiert sich „Premium“ künftig und wo liegen die Margen
der Zukunft?
- Downsizing und affordable cars: Wie und in welchen Bereichen?
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UNSEREN$IENSTLEISTERNSOWIEANDERENAUSGEWiHLTEN5NTERNEHMENVERARBEITETUNDGENUTZTUM3IE~BER0RODUKTE
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ange Zeit haftete jedem, der ein
Elektroauto für eine prinzipiell interessante Sache hielt oder dieses
gar propagierte, der Makel eines
grünen Phantasten an. Dennoch scheint
langfristig für viele Märkte kein Weg an
den EVs – Electrical Vehicles, also Elektrofahrzeuge – vorbei zu führen. So setzt unter anderem China, der momentan größte
Absatzmarkt für Neufahrzeuge, massiv
auf Elektromobilität, und in zehn Jahren
sollen ja auch 1 Million Elektrofahrzeuge
auf den Straßen Deutschlands unterwegs
sein.
tromobilität als zu anderen Automobilelektronik-Themen.
Übrigens wird sich auf dem 14. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“, der in diesem Jahr am 15. und 16.
Juni wie gewohnt in Ludwigsburg stattfinden wird, nicht nur eine Keynote sehr explizit mit dem Thema Elektromobilität beschäftigen.
Doch vor diesem großen Branchentreffen am 15./16. Juni steht noch ein anderes
wichtiges Ereignis an, denn für den 3. Mai
2010 lädt Bundeskanzlerin Angela Merkel
zum Elektromobilitätsgipfel nach Berlin.
Realismus statt Euphorie
Foto: Nathalie Balleis
Seit der IAA 2009 ist Elektromobilität auf
einmal en vogue; spätestens seit dem Elektroauto-Schwerpunkt in der ADAC Motorwelt Ende 2009 sind die EVs auch in den
Gesprächen der potenziellen Endkunden
angekommen.
Es hat somit ein neues Denken begonnen, was auch unser aktueller Beitrag
„Elektromobilität: Hype oder Trend“ auf
Seite 8 verdeutlicht. Allein schon ein paar
Meldungen der letzten Januartage zeigen,
wie wichtig die EVs mittlerweile für OEMs
und Zulieferer geworden sind: Better Place
sicherte sich trotz internationaler Kreditklemme für sein Pkw-Batterietausch-System in einer zweiten Finanzierungsrunde
350 Millionen US-Dollar, der „eNOVA Strategiekreis Elektromobilität“ formierte
sich, die EDAG Group gründete ein Kompetenzzentrum Elektromobilität, und in
den nächsten Wochen gibt es anscheinend
mehr Veranstaltungen zum Thema Elek-
Die prinzipielle Sichtweise in Berlin hat
Bundespräsident Köhler allerdings bereits
bei der Verleihung des ADAC-Preises Gelber
Engel im Januar vorgestellt: „Machen wir
aus dem alten Autokult eine neue Mobilitätskultur. Die Industrie muss die technischen Voraussetzungen schaffen, die Politik die richtigen Anreize.“
Wo in unserem Lokalmarkt Deutschland
die Reise hingehen soll und mit welchen
Fördermaßnahmen das erreicht werden
soll, werden wir somit bald wissen, aber
zwei Faktoren dürfen wir bei aller eventuell vorhandenen Begeisterung nicht aus
den Augen verlieren: Die Kunden müssen
die Fahrzeuge nicht nur attraktiv finden,
sondern sie müssen sie auch bezahlen
können. Die hohen Drehmomente der EVs
begeistern sicherlich viele potenzielle
Käufer, aber wenn es dann um die Reichweite, die Dauer eines „Tank“-Vorgangs
oder gar den Preis geht, dürfte so mancher
bisher EV-Begeisterte einen herben Rückschlag erfahren.
Wenn man sich dann vor Augen führt,
dass der größte Teil der elektrischen Energie in Deutschland aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, dann rückt die aktuelle CO2-Bilanz eines EVs in Deutschland
wieder in die Nähe eines klassischen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Ein Elektroauto-Optimismus mit etwas weniger
Euphorie und mehr Realismus ist somit
durchaus angebracht, aber exakt diese Linie fahren die meisten OEMs und Zulieferer sowieso.
Alfred Vollmer
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INHALT
SZENE
3
6
8
Standpunkt: Realismus statt Euphorie
ZVEI-Standpunkt: EOS einfach vermeiden
Automotive Aktuell: News aus der Branche
MANAGEMENT
Titel: Interview mit Hassane El-Khoury,
Automotive Business Development Manager bei Cypress Semiconductor
14
HALBLEITER
ERSATZ FÜR MIKROCONTROLLER
Im Automotive-Sektor sieht Cypress Semiconductor erhebliches Wachstumspotenzial. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK traf sich mit Hassane ElKhoury, Automotive Business Development Manager, und unterhielt sich über den Markt sowie
darüber, wie Cypress mit seinen PSoCs den klassischen Mikrocontrollern Paroli bietet.
14
MCUs für Radar- und Kamerasensoren
Dual-Core-Controller für sicherheitskritische Applikationen
Design-In-Unterstützung für Leistungshalbleitermodule
18
22
26
ENTWICKLUNGSWERKZEUGE
30
32
34
36
Automatische Reglerparametrierung
JAZZ - wie funktioniert das?
Traceability für alle
X5: Umbau zum Plug-In -Hybrid
BETRIEBSSYSTEME
Autosar-Betriebssystem mit direkter Task-Laufzeitmessung
Innovationstreiber Autosar und GENIVI
MIKROCONTROLLER FÜR RADARUND KAMERASENSOREN
VERNETZUNG
Renesas Technology Europe stellt innerhalb der
Mikrocontroller-Familie SH4A ACC zwei Bausteine für Fahrerassistenzsysteme vor. AUTOMOBILELEKTRONIK zeigt, wie diese ICs in das Gesamtsystem eingebunden werden.
18
42
Der Weg zum „vernetzten“ Auto
ELEKTROMOBILITÄT
44
46
Funktionale Sicherheit in Elektrofahrzeugen
Foto: © Galina Barskaya – Fotolia.com
E-Motoren: HiL-Test mit voller Leistung
JAZZ – WIE FUNKTIONIERT DAS?
Jazz ist eine Technologie-Plattform von IBM
Rational zur Unterstützung der kollaborativen
Softwareentwicklung. Ähnlich wie in der Musik
erreichen auch Software-Entwicklungsprojekte
ein optimales Ergebnis, wenn alle Beteiligten
perfekt zusammenspielen.
32
4
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK Februar 2010
38
40
NEUE PRODUKTE
Neue Produkte
Impressum/Firmenverzeichnis
20, 21, 24, 25, 28, 29, 48, 49
50
Der Online-Service der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt den Weg zu
interessanten Hintergrundinformationen aus dem Bereich
Automobilelektronik. Über den infoDIRECT-Code bei den
einzelnen Beiträgen, eingegeben auf unserer
Internet-Homepage www.all-electronics.de,
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Messen, Verstellen
und Diagnose
X5: UMBAU ZUM
PLUG-IN-HYBRID
Um die Studenten beim Thema hybride
Antriebe für Kraftfahrzeuge praxisnah
auszubilden, hatte der Maschinenbauprofessor Dr. Prexler die Idee, mit Studenten in drei Semestern einen fahrbaren Prototyp mit Hybridantrieb zu
entwickeln. Wir zeigen, wie und mit
welchen Tools das gelang.
36
AUTOSAR-BETRIEBSSYSTEM
MIT DIREKTER TASKLAUFZEITMESSUNG
Die hohe Kunst der Echtzeit-EmbeddedProgrammierung erfordert vom Software-Ingenieur viel Mühe und Aufwand, um die Klippen knapper Prozessor-Ressourcen zu umschiffen. Willkommene Hilfe bietet jetzt ein EmbeddedBetriebssystem, das nicht nur Laufzeiten von Tasks und Interrupts direkt ermittelt, sondern in Verbindung mit dem
Analysewerkzeug „TimingAnalyzer“
auch Laufzeitkonflikte aufdeckt.
38
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Spektrum standardisierter
Entwicklungs- und Diagnosewerkzeuge, die den
gesamten Lebenszyklus
eines Steuergeräts umfassen – von der Entwicklung
bis hin zum Service in der
Werkstatt.
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FUNKTIONALE SICHERHEIT
IN ELEKTROFAHRZEUGEN:
MODULARE LÖSUNGEN
Mit Einführung der neuen Norm ISO
26262 werden die Sicherheitsanforderungen deutlich formeller als bisher,
aber auch schärfer eingegrenzt und klarer definiert. Formell validierte Systeme
und Wiederverwendung bestehender
Lösungen müssen dabei kein Widerspruch sein.
44
E-MOTOREN: HIL-TEST
MIT VOLLER LEISTUNG
Mit elektronischen Lasten lassen sich
Steuergeräte für elektrische Antriebsmotoren auch im höheren Leistungsbereich bis 100 kW ohne aufwändige
Prüfstände zusammen mit ihrer Leistungselektronik im Hardware-in-theLoop-Betrieb testen.
46
INCA
Synchrone Erfassung aller Steuergeräte-, Bus- und Sensordaten
Einfache Analyse und Diagnose des
Systemverhaltens
Unterstützung aller Verfahren und
Standardprotokolle für die Kalibrierung von Steuergeräten
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zwischen Fahrzeughersteller und
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ZVEI-STANDPUNKT
EOS einfach vermeiden
Der Physiker Christoph Thienel leitet
im Geschäftsbereich Automotive
Electronics der Robert Bosch GmbH
ein Qualitätsprojekt zur elektrischen
Überlastung von Halbleitern.
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Entsprechend bedeutend sind Maßnahmen, die EOS konutomobilelektronik muss 100% zuverlässig arbeiten; Auzeptionell verhindern. Ein großer Teil der heute vorliegenden
tomobilhersteller und Endkunden erwarten jederzeit
EOS-Schäden könnte vermieden werden, wenn vorauseilende
fehlerfreie Funktion. Kommt es während Aufbau, BeMassekontakte an allen betroffenen Steckern im Automobil
trieb oder Wartung des Fahrzeugs zum Ausfall, muss der Zuliezum Einsatz kämen. Dieser Ansatz reduziert die Zuverlässigkeit
ferer der Elektronikkomponente Rede und Antwort stehen.
nicht, ist in allen Applikationen möglich und entspricht – im GeDem liegt die Überlegung zugrunde, dass er fehlerhaftes Materigensatz zu oft geforderten zusätzlichen Schutzbeschaltungen in
al ausgeliefert habe.
den Produkten – dem Poka-Yoke-Prinzip und ist somit ohne AlUnberücksichtigt bleibt dabei eine andere, recht häufige Austernative. Ungeachtet der Tatsache, dass die EOS-Pulse nicht
fallart von Halbleiterbauelementen. Vollkommen intakte Bauspezifiziert sind und daher optimale Schutzelemente gar nicht
steine werden in den Kundenprozessen außerhalb der Bauteilgefunden werden können, gibt es Anwendungen wie den CANspezifikation betrieben und elektrisch überlastet. Dieser EOS
Bus, die durch Beschaltung an Leistung verlieren oder zu teuer
(Electrical Overstress) entsteht in der Regel durch Pulse überwerden, wie etwa eine Schutzschaltung gegen negative Pulse im
höhter Spannung mit ausreichend Energie zur lokalen ZerstöPower-Pfad. Sie erhöht den On-Widerstand und müsste mit Sirung von Halbleitern.
liziumfläche kompensiert werden.
Das Schadensbild EOS ist nicht zu verwechseln mit ESD
Das Prinzip vorauseilender Kontakte wird längst erfolgreich
(Electrostatic Discharge), wo nahezu leistungslose Pulse sehr
angewandt bei der On-Bord-Diagnose, in der Telekommunikahoher Spannung den Baustein schädigen. Umfangreiche Untertion, in der Hausspannungsversorgung sowie im Billigprodukt
suchungen an Kundenrückläufern zeigen bei 94% EOS und nur
bei 6% ESD als Ursache. Insbesondere ist
ESD keine Vorbedingung für den EOS-AusUmfangreiche Untersuchungen an Kundenrückläufern
fall. Von daher steht die Wirksamkeit weiter
verschärfter ESD-Forderungen in Frage.
zeigen bei 94% EOS und nur bei 6% ESD als Ursache …
EOS-Fehlerquellen können FehlapplikaEntsprechend bedeutend sind Maßnahmen, die EOS
tionen mit Übersprechen der Systeme im
Fahrzeug untereinander sein sowie ungeeigkonzeptionell verhindern.
nete Fremdversorgungen in Linie oder
Werkstatt. Meterlange Zuleitungen zwischen
Fahrzeug und Stromversorgung speichern induktive Energien
USB2.0-Stecker. Erste Abschätzungen für den Automotive-Beund können zerstörerische Abschaltspannungen erzeugen.
reich zeigen das große Potential der Maßnahme, deren Benefit
Weitere Ausfälle entstehen bei Stecken oder Ziehen unter Spansich in Summe vor allem bei den OEMs niederschlägt. Aktuelle
nung ohne Masseverbindung. Das Bordnetz stellt dafür über
Betrachtungen zu den Kosten der Steckkonzepte werden zeiKlemme 30 auch nach Abschalten der Zündung noch ausreichend
gen, dass Stecker mit vorauseilender Masse in großer Zahl geferStrom zur Verfügung und die Toleranzlage der Kontakte in den Stetigt nur vernachlässigbar teurer werden, während gegebenenckern sorgt statistisch oft genug für die offene Masseverbindung.
falls gleichzeitig durch den Wegfall heute üblicher SchutzmaßDie Suche nach der jeweiligen Ursache der Überlastung ist
nahmen sogar eine Kosteneinsparung möglich sein kann.
für den Zulieferer alleine fast unmöglich, da er weder das FahrSchließlich muss man sich gegen Pulse, die es nicht mehr gibt,
zeug im Allgemeinen noch dessen individuelle Historie genau
auch nicht mehr schützen.
genug kennt. Er kann aufgrund seiner Untersuchungen nur beDie Einführung ins Automobil muss durch die OEMs getrigrichten, dass seine Teile vor dem Ausfall fehlerfrei waren und
gert werden und ist sukzessive bei Einsatz neuer Generationen
somit EOS vorliege. Der Kunde fühlt sich daraufhin mit seiner
von Komponenten denkbar. Der erforderliche Zeithorizont für
Reklamation alleine gelassen. Diese Situation ist für beide Seidiese Umstellung könnte Motivation sein, lieber heute als morten sehr unbefriedigend.
gen damit zu beginnen.
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AUTOMOTIVE AKTUELL
NAMEN
Elektromobilität: Hype oder Trend?
Prof. Dr. Wolfang
Steiger (VW):
„Vielleicht kommen
wir ja mit einem
Geschäftsmodell auf
den Markt, bei dem
wir nicht mehr Autos,
sondern Mobilität
verkaufen.“
Wolfgang Heinz-Fischer
(56) ist als Leiter Marketing und Öffentlichkeitsarbeit wieder bei
TQ in Seefeld tätig. Der
Elektrotechnik-Ingenieur wird die Verantwortung für den Bereich Marketing und
Öffentlichkeitsarbeit der gesamten TQGruppe übernehmen.
Dr.-Ing. Thomas Becks
ist neuer „Leiter Technik & Innovation“ im
VDE. In der neu geschaffenen Position ist
der 47 Jährige auch für
die Querschnittsthemen Elektromobilität und Smart Grid/
E-Energy verantwortlich.
Dr.-Ing.
Bernhard
Thies, Sprecher der Geschäftsführung
der
DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik
Elektronik Informationstechnik im DIN und
VDE wurde in den CENELEC-Verwaltungsrat (Europäische Komitee für elektrotechnische Normung) gewählt.
Dipl.-Ing. Torsten Wegner löste Anfang 2010
nach mehr als einjähriger
Übergangszeit
Martin Oppold als Geschäftsführer Marketing/Vertrieb der Novotechnik Messwertaufnehmer OHG ab.
8
Foto: ZVEI
Nachdem Dr. Kunibert
Schmidt (65) Ende
2009 als Geschäftsführer des VDA in den Ruhestand ging, wurde
Dr. Kay Lindemann (38)
zum 1.1.2010 stellvertretender Geschäftsführer des VDA. VDA-Geschäftsführer Klaus Bräunig übernimmt
von Dr. Schmidt die Verantwortung für die
IAA + die IAA Nutzfahrzeuge.
„Wir könnten zwar ein reines Elektrofahrzeug bauen, das eine Reichweite von 400
oder 500 km hat, aber das wäre kein Auto
mehr, sondern eine rollende Batterie“, erklärte Prof. Dr. Wolfang Steiger, Director
Future Technologies bei der Volkswagen
AG auf der 6. Konferenz „Competence in
Automotive Electronics 2009“, die der
ZVEI im Dezember 2009 veranstaltete. Bei
den ersten Elektroautos, die bald auf den
Markt kommen, betrüge die Reichweite
eher knapp 120 km. Bald danach sollen es
etwa 170 km sein und im Jahr 2020 dann
etwa 200 km.
Nach Ansicht von Prof. Steiger sind zunächst die meisten Zweitwagen, Pendlerfahrzeuge und Fahrzeuge im Bereich der
City-Logistik „ein perfekter Markt“ für
Elektrofahrzeuge. Er geht davon aus, dass
die Preise für LiIonen-Batterien innerhalb
der nächsten 5 Jahre signifikant fallen
werden – und zwar entlang einer exponentiellen Kurve bis zum Jahr 2015 auf etwa 35% des heutigen Preises. 2020 werden sie dann noch knapp über 20% des
heutigen Preises kosten und 2025 schließlich mit weniger mit als 20% des heute
noch aktuellen Preises zu Buche schlagen.
Professor Steiger beleuchtete daraufhin
das Nutzungsverhalten der meisten Autofahrer und stellte fest, dass bei den meisten Autos nur wenige Male im Jahr eine
Langstreckenfahrt ansteht. „Wenn wir bei
dem Modell ‚Ein Auto für alle Anwendungen“ bleiben, dann sehe ich keine große
Chance für die Elektromobilität, weil dies
zu immensen Investitionen in die Infrastruktur führen würde.“ Wenn wir aber
beginnen würden, unser tägliches Fahrverhalten zu analysieren und die Autos jeweils entsprechend auswählten, dann böten Elektrofahrzeuge ein großes Potenzial. Aus diesem Grund müsse man mit neuen E-Fahrzeugen auch über neue Nutzungsmodelle nachdenken. So könne man
beispielsweise im Normalfall ein Elektrofahrzeug (EV) nutzen und nur für die
Langstreckenfahrten auf ein Fahrzeug mit
Verbrennungsmotor zurückgreifen.
Für die Automobilhersteller wäre es natürlich am besten, wenn die Fahrer jeweils
gleich zwei Fahrzeuge kauften – ein EV
und ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor
– aber das stellt natürlich kein realistisches Szenario dar. „Vielleicht kommen
wir ja mit einem Geschäftsmodell auf den
Markt, bei dem wir nicht mehr Autos, sondern Mobilität verkaufen“, so Professor
Steiger. „Wir könnten dem Kunden beispielsweise für einige wenige Tage im Jahr
ein Auto mit Verbrennungsmotor zur Verfügung stellen und dann den Rest des Jahres ein Elektrofahrzeug.“ Im Vergleich zu
heute wären dann auch „komplett andere
Fahrzeuge möglich“. So berichtet er, dass
eine Einzelperson in einem 4-PersonenAuto nur einen Wirkungsgrad von 35% erzielen könne, während eine Einzelperson
im 2-Personen-Auto bereits mit 50% Wirkungsgrad fahren könne.
Damit ergäben sich nicht nur viel mehr
Lösungsmöglichkeiten, sondern auch
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dSPACE und Vector Informatik:
Optimierung bei Autosar-Werkzeugen
dSPACE und Vector Informatik arbeiten jetzt
an der Optimierung der Interoperabilität ihrer Autosar-Werkzeuge TargetLink und DaVinci Developer. Entwickler von Steuergerätesoftware profitieren zukünftig von einem
nahtlosen Zusammenspiel des SeriencodeGenerators TargetLink und des Autosar-Entwurfswerkzeugs DaVinci Developer. Die modellbasierte Entwicklung von Autosar-konformer Software wird durch die abgestimm-
Electric Vehicles
Central and Eastern Europe 2010
17. – 19.5.2010, Prag
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te Autosar-Werkzeugkette maßgeblich vereinfacht. Das Zusammenspiel von DaVinci
Developer und TargetLink erfolgt entsprechend der Autosar-Methodik auf Basis von
Autosar-XML-Dateien, die zwischen den beiden Werkzeugen ausgetauscht werden. Dies
gilt sowohl für den initialen Entwurf als auch
für nachfolgende Iterationen während der
Entwicklung. Top-Down- und Bottom-UpVorgehensweisen sind möglich. dSPACE und
Vector setzen damit den Autosar-Gedanken der Tool-Interoperabilität und der
standardisierten Schnittstellen konsequent um.
Das Zusammenspiel von TargetLink und
DaVinci Developer vereinfacht das Erstellen von Steuergerätesoftware nach
Autosar. Grafik: dSPACE/Vector
14. Fachkongress Fortschritte
in der Automobil-Elektronik
15.6. – 16.6.2010, Ludwigsburg
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infoDIRECT
Link zu dSPACE und Vector 395AEL0110
eNOVA Strategiekreis Elektromobilität gegründet
Die Partner der Innovationsallianz Automobilelektronik haben den „eNOVA Strategiekreis Elektromobilität“ gegründet, um
öffentliche Forschungsprogramme zu vorwettbewerblichen Forschungs- und Entwicklungsthemen aus dem Bereich Elektromobilität und die Schnittstelle zu Infrastrukturthemen voranzutreiben.
Bei diesen Partnern des Strategiekreises
handelt es sich um Audi, BMW, Bosch, Continental, Daimler, Elmos, Hella, Infineon, Porsche und ZF Friedrichshafen; weitere Industriepartner aus industriellen Schlüsselbranchen planen offensichtlich, dem Strategiekreis beizutreten. Der Fokus des Strategie-
10
kreises liegt dabei auf dem Gesamtsystem
Elektrofahrzeug und seiner Schnittstelle sowie der Anbindung zur Netzinfrastruktur.
„Der eNOVA Strategiekreis umfasst alle
wichtigen Schlüsselbereiche zum Thema
Elektromobilität und ist durch die Bedeutung seiner Partner ein wichtiger Ansprechpartner nicht nur für die Bundesregierung
und ihre Ministerien, sondern auch für Verbände und Interessensgemeinschaften in
Deutschland und in Europa“, erklärt das Koordinationsbüro eNOVA. „Der eNOVA Strategiekreis Elektromobilität sieht … in der
Unterstützung der involvierten Bundesministerien eine seiner Kernaufgaben. Da-
rüber hinaus gibt der Strategiekreis strategische Hilfestellung beim Erarbeiten von
Roadmaps für öffentlich geförderte Forschungsprogramme und entwickelt geeignete Strategien zu deren Umsetzung. Der
Strategiekreis hat diesbezüglich bereits
Empfehlungen für gezielte Fördermaßnahmen zur Elektromobilität für zukünftige
Förderbekanntmachungen dem Bundesministerium für Bildung und Forschung vorgelegt.“
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Link zu eNOVA
360AEL0110
AUTOMOTIVE AKTUELL
Software-Defined Radio fürs Infotainment im Auto
Nach Ansicht von James A. Fontaine,
CEO von Microtune, gehört die Zukunft
der Empfänger im Autoradio den SDRSystmen, wobei SDR für Software-Defined Radio steht. Mit dem MT3511RF
MicroDigitizer liefert Microtune dann
auch gleich den HF-Frontend-Chip
für SDR im Infotainment-System. Die
SDR-Technologie ermöglicht es, mit
Hilfe einer per Software konfigurierbaren skalierbaren und aufrüstbaren Standard-Harware die beliebtesten Ausstattungsmerkmale wie beispielsweise AM/FM-Empfang, Digitalradio,
CD- und MP3-Wiedergabe, Navigation sowie Unterstützung für iPod, SD-Card und
Bluetooth flexibel anzubieten“, erläutert
James Fontaine. Beim MT3511 handelt es
sich um ein speziell für die Automotive-Um-
Grafik: Microtu
ne
SDR hält jetzt auch im Auto Einzug.
gebung entwickeltes IC, das direkt an SDRDSPs angeschlossen werden kann, da sich
auf dem Chip des MT3511 bereits der passende A/D-Wandler befindet. Das IC sorgt so-
mit für die Umsetzung von der analogen
Funkwelt auf die digitale Domäne. Neben
den weltweit üblichen AM/FM-Bändern
(LW bis KW sowie 76 bis 107 MHz) unterstützt der MT3511 auch HD-Radio, DRM sowie das amerikanische Wetterband, das bei
167 MHz liegt.
Der Analog-Chip regelt sich dabei selbst
und benötigt keine Rückkopplungssignale
des DSPs zur Steuerung des Verstärker. Der
MT3511 übergibt jeweils 32 bit Statusdaten
und 32 bit Nutzdaten (Payload) über seinen
Digitalausgang an den DSP. Die Steuerung
selbst erfolgt per I2C-Bus.
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399AEL0110
Link zu Microtune
Wie sicher ist Ihr Weg in die Zukunft?
IT-Sicherheit – Schlüsseltechnologie für
die Automotive-Branche
Moderne Fahrzeuge sind mit Hightech-Elektronik ausgestattet. Um Kontroll-,
Steuerungs- und Kommunikationsfunktionen wahrzunehmen, sind sie zunehmend mit ihrer Umwelt vernetzt. Aus diesem Grund sind besondere
IT-Schutzmechanismen erforderlich.
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Automobilbranche realisiert secunet innovative IT-Sicherheitslösungen und
Technologien. Von der Forschung und Entwicklung bis zum Roll out.
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Bundesrepublik Deutschland
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Vector und TTTech: Kooperation bei Standard-Software für Steuergeräte
Vector Informatik und TTTech Automotive
kooperieren bei der Entwicklung und Vermarktung von Standard-Softwaremodulen
für Steuergeräte. Dabei fokussiert Vector
sich auf die Basissoftware nach Autosar,
während TTTech den Schwerpunkt auf sicherheitsrelevante Softwaremodule nach
ISO 26262 legt und zusätzlich Erfahrung im
Bereich FlexRay einbringt.
Konkret bedeutet die Kooperation, dass beide Partner ihre Software-Entwicklung auf-
einander abstimmen und darüber hinaus
auch bei den Themen Auslieferung und
Support zusammenarbeiten. Außerdem
wird eine einheitliche Werkzeugkette für
die Konfiguration der Software bereitgestellt. Beide Partner werden die Ergebnisse der Kooperation im Sinne eines Generalunternehmers anbieten.
Im ersten gemeinsamen Projekt ergänzen
die beiden Partner die Autosar-Basissoftware MICROSAR von Vector um ein Modul von
TTTech zur Sicherstellung einer integren
Kommunikation. Die gemeinsame Entwicklung hierzu läuft bereits. Bestehende Kundenlösungen sind von der Kooperation zunächst nicht betroffen. Sie werden vom jeweiligen Partner weiterhin gewartet.
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Link zu Vector und TTTech 359AEL0110
11
AUTOMOTIVE AKTUELL
Autosar veröffentlicht das Release 4.0
Foto: TRW
Airbag-Steuerung mit
Pre-Crash-Funktionen
Die neue Generation der Airbag-Steuereinheit (ACU) von TRW kann sowohl verschiedene Pre-Crash-Funktionen als auch die
Trägheitssensoren für die Stabilitätskontrolle integrieren. Die Technologie geht ab
2012 bei zwei namhaften Fahrzeugherstellern in Serie. Mit der neuen ACU von TRW ist
es nach Angaben von Martin Thoone, Vice
President Engineering Electronics, möglich,
bei gleicher Funktionalität die Anzahl der
Module im Fahrzeug zu reduzieren.
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Link zu TRW
391AEL0110
Die Entwicklungspartnerschaft Autosar
(AUTomotive Open System Architecture)
hat jetzt das neue Release 4.0 veröffentlicht
und damit erfolgreich die Phase II abgeschlossen. Die grundlegende Architektur
von Release 4.0 basiert auf der bereits etablierten Architektur von Release 3.0 und ist
dessen logische Weiterentwicklung. Release 4.0 bietet eine Vielzahl neuer Eigenschaften für eine Reihe von Anwendungen,
die der Autosar-Standard abdeckt. Neue
Konzepte – erstmals mit Release 4.0 eingeführt – umfassen Verbesserungen sowie Erweiterungen in den Bereichen funktionale
Sicherheit, Architektur, KommunikationsModule, Methodik und Templates sowie An-
wendungsschnittstellen. Zu Informationszwecken sind alle Spezifikationen von Release 4.0 im Internet zugänglich. Alle Entwicklungspartner und Mitglieder von Autosar haben die umfassenden und gebührenfreien Rechte, den Standard zu verwenden.
Weitere Infos – auch zu Methodik und Templates, Anwendungsschnittstellen und
zum Validierungsprozess – finden Sie in
der Langversion dieses Beitrags bequem
per
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Link zur Langversion
und zu Autosar
397AEL0110
Tesla auf der International Auto Show in Detroit
Tesla hat in Detroit als einziger Hersteller
ein verschmutztes Fahrzeug ausgestellt, um
zu demonstrieren, dass der Roadster den
5000-km-Trip vom recht warmen Südkalifornien bis ins schneebedeckte Michigan
rein elektrisch angetrieben über die
Highways gefahren ist. Zum Aufladen der
Batterien
dienten
herkömmliche
110-V-Steckdosen auf Hotel-Parkplätzen,
RV-Parks (Campingplätze für Wohnmobile)
sowie in einigen wenigen Eigenheimen von
Freunden. Sehr ausführliche Details erhalten Sie per infoDIRECT.
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Link zumTesla-Roadster-Trip
392AEL0110
NACHRICHTEN
>>Der von Magneti Marelli entwickelte, ins
>>Fraunhofer IMS hat Drucksensoren ent-
>>Toyota hat sich im Rahmen einer Partner-
Armaturenbrett von Trucks und Pickups
integrierte Computer „Ford Work Solutions“ wurde auf der CES in Las Vegas mit
einem „Best of Innovations 2010 Design
and Engineering Awards” ausgezeichnet.
wickelt, die auch bei Temperaturen bis
250 °C nicht schwitzen.
schaft Anteile an einer Lithium-Mine in
Argentinien gesichert.
>>Zur Plattform-Integration vor dem erfolg-
>>In der Nähe seiner US-Zentrale in Livonia/
reichen Erstflug des Boeing787 Dreamliner kamen Lösungen von TTTech zum
Einsatz.
Michigan eröffnete TRW ein zweites Entwicklungszentrum für Fahrerassistenzsysteme – und zwar mit Schwerpunkt Radarsysteme für Nordamerika.
>>Die Landesregierung Baden-Württtemberg hat eine „Landesagentur für Elektromobilität und Brennstoffzellentechnologie“ gegründet.
>>Der ADAC verlieh Bosch für sein neues
>>Intersil kauft den chinesischen IC-Her-
>>Beim Golf sind jetzt LED-Rückleuchten
steller Rock Semiconductor, ein FablessUnternehmen, das sich auf Powermanagement-Lösungen spezialisiert hat.
verfügbar, beim Golf R sogar serienmäßig
– laut Volkswagen eine „Premiere in der
Kompaktklasse“.
>>Leoni baut sein Geschäft in Japan aus und
>>Göpel hat in Jena-Göschwitz sein nun-
>>Mit zehn Smart Fortwo Electric Drive wer-
>>Die deutsche Automobilindustrie hat
den Mitarbeiter des öffentlichen Dienstes des Fürstentums Monacos in Kürze
durch den Stadtstaat fahren.
laut VDA im Jahr 2009 satte 20,9 Milliarden Euro in Forschung & Entwicklung investiert.
>>Für sein Buch „Die sieben Irrtümer des
>>Die Renault-Nissan Allianz wird in Portu-
Change Managements – und wie Sie sie
vermeiden“ hat Dr. Willibert Schleuter
den „Zukunftspreis Managementliteratur“ des Bundesverbandes Deutscher Unternehmer (BVDU) als bestes Buch des
Jahres 2009 bekommen.
gal ab 2012 Lithium-Ionen-Batterien für
Elektroautos produzieren. Die neue Produktionsstätte entsteht ab 2010 in Aveiro
und wird jährlich 50000 Stromspeicher
liefern.
mehr drittes Firmengebäude eröffnet.
>>Die NASA hat sich für VxWorks653 von
Wind River als Echtzeitbetriebssystem
für die Flug- und Steuerungssoftware der
nächsten Generation der Trägerraketen
Ares I und Ares V entschieden.
>>In Penang/Malaysia hat Osram „die modernste LED-Chip-Fertigung der Welt“ in
Betrieb genommen.
12
Motorrad-ABS einen Gelben Engel.
>>TSMC kann in seiner Fab 10 in Shanghai
jetzt automotive-qualifizierte ICs fertigen.
gründete eine Niederlassung in Nagoya.
VDA rechnet für 2010
„mit leichter Erholung“
In der Silvesterausgabe der französischen
Wirtschafts- und Finanzzeitung Les Echos
äußerte sich VDA-Präsident Matthias Wissmann zu den Perspektiven der Automobilindustrie im Jahr 2010. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK fasst einige Aspekte zusammen:
„2010 bringt eine Normalisierung, wir erwarten zwischen 2,75 und 3,0 Millionen
Neuzulassungen“, prognostiziert Wissmann für den deutschen Pkw-Inlandsmarkt. Die Dynamik, mit der sich die Märkte
in Asien entwickeln, bezeichnet Wissmann
als „eindrucksvoll“. Auf dem „schwer gebeutelten US-Markt“ zeichne sich in den letzten
Monaten eine Stabilisierung ab. Wissmann:
„Erfreulich ist, dass die deutschen Hersteller
2009 ihren Marktanteil um fast einen Prozentpunkt auf 7,3 Prozent steigern konnten.
Auch 2010 wollen wir in den USA zulegen,
vor allem mit CO2-freundlichen und kraftstoffeffizienten Clean-Diesel- und HybridModellen. Auch die US-Bürger achten immer mehr auf den Spritverbrauch.“
Matthias Wissmann,
Präsident des Verbands der
Automobilindustrie (VDA):
„Eines ist klar: der weltweite
Wettbewerb wird an Schärfe
zunehmen.“
Der Weg in die mobile Zukunft
Temperatur- und Klima-Prüfsysteme für LithiumIonen-Batterien
Foto: VDA
Risiken bei der Prüfung vermeiden ...
Konkurrenz aus Asien
Auf die Frage, wie sich europäische Hersteller gegenüber neuen Wettbewerbern aus
Asien in Zukunft weiter behaupten können,
antwortete Wissmann: „Bisher ist zu beobachten, dass neue Wettbewerber vor allem
anderen asiatischen Herstellern, die bereits
länger am Markt sind, das Leben schwer
machen. Aber eines ist klar: der weltweite
Wettbewerb wird an Schärfe zunehmen.
Die deutschen Hersteller, auf die 80 Prozent
des weltweiten Premiummarktes entfällt,
werden ihre Position halten und weiter ausbauen. Gleichzeitig greifen wir auch im
Kleinwagensegment an – mit Autos, die nur
rund 3 Liter Kraftstoff auf 100 Kilometer verbrauchen. Überdies sind viele unserer Zulieferer beispielsweise an der Entwicklung und
Produktion des Tata Nano beteiligt.“
Auch das Thema Elektroauto in D und F kam
zur Sprache. Details hierzu finden Sie in der
Langversion dieses Beitrags.
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Link zur Langversion und zum VDA
394AEL0110
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TITEL
Exklusiv-Interview mit Hassane El-Khoury, Automotive Business Development Manager bei Cypress
Ersatz für Mikrocontroller
Im Automotive-Sektor sieht Cypress Semiconductor erhebliches Wachstumspotenzial. AUTOMOBILELEKTRONIK traf sich in San Jose mit Hassane El-Khoury, Automotive Business Development Manager, und unterhielt sich über den Markt sowie darüber, wie Cypress mit seinen PSoCs den klassischen Mikrocontrollern Paroli bietet.
Weshalb beabsichtigt Cypress, seine Aktivitäten im Automotive-Bereich auszuweiten?
Die Fokussierung von Cypress auf den
Automotive-Markt begann 2006 hauptsächlich mit SRAM-Produkten, was unter anderem dazu beitrug, dass das Unternehmen zum weltweiten SRAM-Spitzenreiter wurde. Auf diesem Erfolg bauten wir anschließend auf – und zwar mit
unserem Programmable System-on-Chip
(PSoC). Wir können damit am MCUMarkt partizipieren, dem für 2013 ein
Volumen von 6,6 Milliarden US-Dollar
prognostiziert wird. Da sich das Wertversprechen der PSoCs auf Integration, Flexibilität und Programmierbarkeit stützt,
verbunden mit unserer hohen Produktqualität, ist die Fokussierung auf den Automotive-Markt nur folgerichtig.
Was ist das besondere an PSoC?
PSoC-Bausteine besitzen eine weitreichend konfigurierbare System-on-ChipArchitektur für Embedded-Control-De-
Die PSoC-Features schaffen
Freiraum für Innovation ...
Dies stellt eine grundlegende
Abkehr von MCUs mit fester
Funktionalität dar.
Ein gutes Beispiel ist die Klimaanlage.
Hassane El-Khoury
(hier mit einer HVAC-Steuerung im Foyer der
Cypress-Zentrale in San Jose/Kalifornien)
14
signs. Ein PSoC enthält konfigurierbare analoge und digitale
Schaltungen, die von einem eingebauten Mikrocontroller gesteuert werden. Hieraus ergeben sich bessere Möglichkeiten,
Designs zu überarbeiten, sowie ein geringerer Bauteileaufwand.
Die ursprüngliche Version des PSoC basierte noch auf einem
proprietären 8-bit-Core, aber 2009 stellte Cypress zwei neue
PSoC-Architekturen vor – nämlich PSoC 3 auf Basis eines leisAlle Fotos: Alfred Vollmer
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Die Automobilbranche hat derzeit mit
sinkenden Umsätzen zu kämpfen. Wann wird sich der Markt Ihrer
Meinung nach erholen und was wird den Anstoß dazu geben?
Hassane El-Khoury: Wir gehen davon aus, dass es mit dem Automotive-Markt im ersten Halbjahr 2010 wieder bergauf gehen
wird. Erste Anzeichen dafür sind bereits erkennbar. Dennoch
glaube ich, dass es noch ein paar Jahre dauern wird, bis das Niveau der Zeit vor dem Abschwung wieder
erreicht ist.
TITEL
tungsstarken 8-bit-Prozessors des Typs 8051 und PSoC 5, deren
Grundlage ein leistungsfähiger 32-bit-Prozessor des Typs ARM
Cortex-M3 ist. Diese beiden Familien heben das PerformanceNiveau der PSoCs weiter an, denn sie enthalten hochpräzise
programmierbare Analogfunktionen wie zum Beispiel DeltaSigma-ADCs mit 12 bis 20 bit Auflösung, digitale Logikbibliotheken mit Dutzenden von Drop-in-Peripheriefunktionen und
klassenbeste Power-Management-Lösungen. Hinzu kommen
noch diverse Interfaces. Unterstützt werden die neuen Architekturen durch die Software PSoC Creator mit ihrer einzigartigen schaltplanbasierten Designmethodik und ihren umfassend geprüften, vorkonfektionierten
analogen und digitalen Peripheriefunktionen. Mit intuitiven Wizards und APIs
lässt sich diese Peripherie außerdem
leicht an individuelle Design-Anforderungen anpassen.
Welche Chancen sehen Sie auf diesem
Markt für Cypress?
Cypress ist ein überaus schlagkräftiger
Akteur auf dem Automotive-Markt, und
mit dem PSoC können Automotive-Ingenieure anders an das Spezifizieren, Konzipieren und Entwickeln von EmbeddedSystemen herangehen. Dies ist für die Ingenieure ebenso positiv wie für das Management. Wenn sich der Markt erholt,
möchten die Ingenieure neue, innovative Produkte für die nächste Generation
elektronischer Steuergeräte im Auto sondieren – und genau dies
ist mit dem PSoC möglich. Die eben von mir angeführten PSoCFeatures schaffen Freiraum für Innovation, während die Kosten
dank des hohen Integrationsgrads unter strikter Kontrolle bleiben. Dies stellt eine grundlegende Abkehr von MCUs mit fester
Funktionalität dar. Ein gutes Beispiel ist die Klimaanlage, für die
man normalerweise eine Plattform für die drei Hauptsegmente
Manuell, Halbautomatisch und Vollautomatisch entwickelt.
Wegen der unterschiedlichen Anforderungen, die diese Segmente an die MCU stellen, mussten die Designer bisher immer
drei verschiedene MCUs spezifizieren, ohne den vorgegebenen
Kostenrahmen zu sprengen. Dies ist bei den PSoCs anders, da sie
eine skalierbare Plattform für 8, 16 und 32-bit-Applikationen
darstellen. Für die Designer bedeutet das: Eine einzige Leiterplatte, eine einzige Bibliothek und nur eine Entwicklung für alle drei Varianten. Hinzu kommt das problemlose PSoC-Retargeting, sollten sich die Anforderungen nachträglich ändern.
Auf welche Marktsegmente möchten Sie sich konzentrieren?
Wir konzentrieren uns heute auf einige wenige Anwendungssegmente im Automotive-Bereich. Da ist zum einen der Bereich
Human Machine Interface (HMI). Unsere proprietäre, kapazitive Berührungssensor-Technologie CapSense auf PSoC-Basis hat
hier breite Akzeptanz bei unseren Automotive-Kunden gefunden. Dies ist zweifellos ein aufstrebender Markt, denn immer
mehr Fahrzeuge werden dank kapazitiver Berührungs-Technologie künftig futuristische differenzierte Innenausstattungen
aufweisen.
Dies schließt auch kapazitive Touchscreens mit Gestenerkennung ein – ähnlich der Touchscreen-Lösung TrueTouch von Cypress, die Sie bereits in vielen Consumer-Elektronik-Produkten
finden: von Mobiltelefonen über MP3-Player bis zu Digitalkameras.
Unser Fokus liegt außerdem auf Body-Elektronik, die dem
Komfort dient. Im Zuge der wachsenden Funktions-Integration
stellen die Entwickler hier immer höhere Anforderungen an
den Mikrocontroller – und zwar nicht nur in punkto Verarbeitungsleistung und die digitale Ressourcen. Vielmehr werden
auch eine verstärkte Integration und programmierbare analoge
Funktionen erwartet. Genau dies bietet das PSoC.
Gleichzeitig bleiben wir auch auf SRAMs fokussiert, halten hier
unsere Spitzenstellung und bringen immer neue Produkte und
Ich spreche bei PSoC lieber von
Lösungen als von Produkten.
Sicherlich sind unsere Lösungen
produktgetrieben, aber wenn wir
von Lösungen sprechen, beziehen
wir uns mehr auf die Kombination
aus Produkt, IP und Tools.
Hassane El-Khoury
Technologien für ein weites Anwendungsfeld, das von Motormanagement-Einheiten über Infotainment bis zu Body-Control-Modulen reicht.
Welche Produktstrategie verfolgen Sie im Automotive-Bereich?
Ich spreche hier lieber von Lösungen als von Produkten. Sicherlich sind unsere Lösungen produktgetrieben, aber wenn wir von
Lösungen sprechen, beziehen wir uns mehr auf die Kombination aus Produkt, IP und Tools.
Unsere Lösungen basieren auf der PSoC-Technik und fassen das
komplette System auf einem Chip zusammen. Ein PSoC muss
nur mit einem Capacitive-Sensing-Block kombiniert werden,
und fertig ist eine einfache, kapazitive Radio-Button-Benutzerschnittstelle. Ergänzt man das PSoC jetzt noch durch ein zertifiziertes LIN-Interface und weitere kapazitive Bedienelemente,
dann erhält man eine komplette Bedieneinheit für die Mittelkonsole.
Spielt die Haptik eine Rolle, dann lässt sich dasselbe PSoC durch
eine Haptik-Bibliothek zur Ansteuerung eines Aktors ergänzen.
Eine einzige Lösung deckt damit drei verschiedene Anforderungen ab, ohne dass das Produkt, die Tools oder der bereits entwickelte Code geändert werden müssen. Die Liste lässt sich noch
weiter verlängern, beispielsweise durch g-Sensoren, Lichtsensoren, Hintergrundbeleuchtungs-Controller, Näherungssensor
usw. Alle diese Elemente lassen sich als validierte IP aus der IDE
heraus hinzufügen, konfigurieren und aktivieren.
Im HMI-Kontext habe ich auch kurz unsere kapazitiven Touchscreen-Controller TrueTouch erwähnt, die nicht nur für SingleTouch und Multi-Touch mit Gestenerkennungs-Bibliotheken
verfügbar sind, sondern auch als Multi-Touch-All-Point zum
gleichzeitigen Verfolgen von bis zu zehn Fingern. Auch hier
sprechen wir von Lösungen. Die TrueTouch-Lösungen basieren
auf PSoCs, und die Gestenbibliothek im Chip durch den CapaciAUTOMOBIL-ELEKTRONIK Februar 2010
15
TITEL
Cypress betrachtet räumliche Nähe als den besten Weg, seine
Kunden zu unterstützen. Die beiden von Ihnen erwähnten Regionen sind in der Tat wichtige Zentren der Automobilelektronik, und so hat Cypress mehrere Niederlassungen in Europa
eingerichtet. In Deutschland befindet sich diese in München.
Darüber hinaus riefen wir ein spezielles europäisches Automotive-Team ins Leben, das unter der Leitung von Alexander Schattenberger dafür zuständig ist, unsere europäischen Kunden in
Sachen Vertrieb, Geschäftsentwicklung und Qualität zu unterstützen. Der von Olaf Neper geleitete Bereich Qualität bürgt für
eine zeitnahe Beantwortung sämtlicher Anfragen unserer Automotive-Kunden. Das exakte Gegenstück zu diesem Team gibt
es in Japan. Beide Teams werden wiederum von einer speziellen
Automotive Business Unit unterstützt.
PSoCs stellen eine skalierbare Plattform für
8, 16 und 32-bit-Applikationen dar. Für die
Designer bedeutet das: Eine einzige Leiterplatte, eine einzige Bibliothek und nur eine Entwicklung für alle drei Varianten.
Hassane El-Khoury (hier mit einer Demo zur Spiegelverstellung in
der Dauerausstellung der Firmenzentrale)
tive-Sensing-Controller als Schnittstelle zum kapazitiven
Touchscreen ergänzt. Der Kunde erhält hier also eine komplette Subsystem-Lösung für sein Infotainment-Modul.
Im Bereich der Body-Elektronik schließlich konzentrieren wir
unsere Bemühungen auf die neue Produktgeneration aus
PSoC 3 auf 8051-Basis und PSoC 5 – mit dem 32-bit-Core Cortex M3. Hierzu gibt es PSoC Creator als revolutionäre IDE sowie
eine neue Dimension an integrierter IP wie zum Beispiel CAN,
LIN, Motorregelung, Mischer und Operationsverstärker etc.
Die Zentrale der Automotive-Division von Cypress befindet sich im
kalifornischen San Jose, während die Gravitationszentren der Automobilelektronik doch eher in Europa und Japan zu finden sind. Wie
gehen Sie mit dieser Situation um und wie unterstützen Sie Ihre
Kunden in Europa?
16
Wie würden Sie Ihre Strategie im HMI-Sektor umreißen? Wo und
weshalb sind kapazitive Berührungssensoren besonders sinnvoll?
Die zunehmende Dynamik bei den kapazitiven Sensoren erklärt
sich daraus, dass diese Bedienelemente von Designern auf gewölbten Flächen, auf Glas – im Fall von Touchscreens – und sogar unter Sitzbezügen verbaut werden können, so dass der Weg
frei ist für innovative Lösungen und differenzierte Produkte. Die
Anwendungsmöglichkeiten kapazitiver Sensoren im Auto lassen sich in drei Hauptsegmente gliedern: Ersatz von Tasten,
Touchscreens und Touchpads sowie Näherungssensoren.
Viele Designer von Fahrzeuginnenräumen streben die vollständige Ausstattung mit kapazitiven Berührungstasten und den
Verzicht auf alle mechanischen Komponenten in der Armaturentafel an. Hier bieten Capacitive-Sensing-Lösungen eine Gestaltungsfreiheit, die frei von mechanisch bedingten Restriktionen ist. Wölbungen, unterschiedliche Überzugsmaterialien oder
die Herstellbarkeit komplexer Konstruktionen spielen keine
Rolle mehr. Einen Zusatznutzen bietet die gesteigerte SystemZuverlässigkeit durch den Wegfall mechanischer Komponenten. Die Instrumententafel kann aus einem Stück gefertigt werden und ist damit beispielsweise vor Staub oder Flüssigkeiten
geschützt. Anwendungen finden sich in der Mittelkonsole (Radio, Klimaanlage), bei Infotainment-Panels sowie bei Eingabetastaturen in wasserdichter Ausführung, die sich mit PSoC
auch realisieren lassen.
Dass kapazitive Touchscreens in neuen Infotainment-Systemen
Tritt fassen werden, ist ihrer großen Haltbarkeit über die Zeit
und über den Automotive-Temperaturbereich hinweg ebenso
zu verdanken wie ihrer Kratzfestigkeit und ihrer gegenüber resistiven Touchscreens verbesserten Transparenz. Positiv ist aber
vor allem, dass sie ohne periodische Neukalibrierung auskommen. Mit der Verfügbarkeit des TrueTouch Multi-Touch AllPoint Controllers können Designer Features implementieren,
wie man sie von der Consumer-Elektronik kennt – und zwar
ohne komplexe Implementierung. Für Mittelkonsolen, die an
Stelle eines Touchscreens ein mechanisches Bedienelement,
zum Beispiel einen Joystick, besitzen, bieten Touchpads eine
konventionelle Menüsteuerung sowie erweiterte Fähigkeiten
wie etwa die Handschrift-Erkennung. Die Menüsteuerung ähnelt dabei dem Touchpad eines Notebooks. Hinzu kommen
noch all die übrigen Vorteile, die eine Touch-Sense-Lösung gegenüber einer mechanischen Konstruktion zu bieten hat.
Immer mehr Designer wollen sich nicht mehr auf den schlichten Ersatz mechanischer Tasten beschränken. Mit Näherungssensoren kann komplett auf Tasten verzichtet werden. Uneingeschränkte Designflexibilität und Modulkonfektionierung sowie
erhöhte Zuverlässigkeit sind das Resultat. Näherungssensor-Applikationen findet man vorwiegend bei Beleuchtungssteuerungen – beispielsweise für den Innenraum, das Türfach und den
TITEL
Kofferraum. Die Anwender-Erkennung
ist eine weitere Näherungssensor-Applikation, die im Türgriff schlüsselloser Zugangssysteme, im Sitz und in der Mittelkonsole verwendet werden kann. Im
letzteren Fall wird erkannt, wenn der
Anwender die Hand nach einem Bedienelement ausstreckt, um die Funktionen
entsprechend anzupassen.
Welche Trends sehen Sie bezüglich der USBAnbindung im Auto kommen? Wie werden
Sie mit den doch stark divergierenden Designzyklen in der Automotive und Consumer-Elektronik umgehen?
Der wichtigste Trend, den wir bezüglich
der USB-Konnektivität im Auto sehen,
hat mit der Geschwindigkeit zu tun: Wie
schnell werden die Daten in das System
geladen? Darüber hinaus geht es auch
darum, diese Daten ohne Beeinflussung
der eigentlichen Funktion der zu laden.
Weshalb ist die Geschwindigkeit so wichtig? Vergleichen Sie einmal heutige
Hassane El-Khoury im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur Alfred Vollmer:
“Der wichtigste Trend, den wir bezüglich der USB-Konnektivität im Auto sehen, hat mit der
2D-Kartensätze mit 3D-Kartendaten und
Geschwindigkeit zu tun: Wie schnell werden die Daten in das System geladen?“
nehmen Sie zusätzlich noch POIs mit entsprechenden Bildern und Informationen
hinzu. Wir kommen hier schnell in den
Gigabyte-Bereich, so dass es ohne höhere Systemgeschwindigteileaufwand und sorgt dadurch für höhere ässigkeit. Vielmehr
keit schlicht nicht geht. Ein weiteres, uns allen vertrautes Beilässt sich auch eine Überwachungsfunktion für den Haupt-Mispiel ist das Laden von MP3-Dateien und Videos in ein System.
krocontroller im System implementieren.
So etwas darf nicht Dutzende von Minuten dauern, sondern nur
Es gibt noch ein weiteres entscheidendes Produkt, auf das ich
Sekunden.
eingehen möchte: das serielle nvSRAM, also das nichtflüchtige
Wir haben hierfür unsere West-Bridge-Architektur entwickelt:
SRAM, zum zuverlässigen Sammeln von Daten beispielsweise
Ein Peripherie-Controller dient als Companion-Chip für den
in EDR-Systemen oder in Airbagsystemen. EDR-Systeme, also
Haupt-Applikationsprozessor und entlastet diesen von beEvent Data Recorder, könnte man auch als Unfalldatenspeicher
stimmtem Peripheral-to-Peripheral-Traffic, damit er sich gezielt
bezeichnen. Das nvSRAM von Cypress zeichnet sich dadurch
seinen eigentlichen Aufgaben widmen kann. West-Bridge-Bauaus, dass es als einziger nichtflüchtiger Speicher die hohe Lese
steine richten einen leistungsfähigen, optimierten USB-Datenund Schreibgeschwindigkeit und die unbegrenzte Endurance
pfad ein und sorgen dafür, dass Applikationen während eines
schneller SRAMs bietet – bei uneingeschränkter Random-AcDatentransfers nicht blockieren, sondern weiterlaufen. Obwohl
cess-Fähigkeit.
wir bei Cypress Produkte und Lösungen untereinander austauDas nvSRAM überträgt die gespeicherten Daten bei einem Ausschen, sorgt die Existenz einer eigenen Automotive Business
fall der Stromversorgung automatisch in einen nichtflüchtigen
Unit dafür, dass die Automotive-Kunden von den für die ConsuSpeicher und ruft sie nach Wiederherstellung der Versorgung
mer-Elektronik typischen kürzeren Designzyklen abgekoppelt
von dort wieder ab. Der lösungsorientierte Ansatz, den ich bewerden. Unsere Kunden profitieren also durch lange Lebenszyreits erwähnt habe, greift übrigens auch bei den Speichern.
klen und bekommen gleichzeitig innovative Produkte.
Das nvSRAM von Cypress implementiert überdies auch Manipulationsschutz und Store-Acknowledge-Features. Der Manipulationsschutz zerstört die Daten bei einer Verletzung des GaWelche Pläne hegt Cypress im Automotive-Geschäft? Wie sieht es
rantiesiegels, bei Manipulationsversuchen, beim Versuch des IPbeispielsweise mit Plänen für Produkte aus, die im Motorraum einReverse-Engineerings oder bei einem Angriff auf gesicherte Dagesetzt werden?
ten. Acknowledge liefert Informationen darüber, ob die Daten
Wir konzentrieren uns stark auf die Analog-Integration sowie
bei einem Stromausfall erfolgreich in den nichtflüchtigen SpeiÜberwachungsfunktionen speziell für solche Under-the-Hoodcher übertragen wurden.
Applikationen mit besonders sensorintensiven Systemen, bei
denen die Funktions-Zuverlässigkeit hohe Priorität hat.
Wir haben IP für erweiterte Temperaturbereiche entwickelt, um
Das Interview führte Alfred Vollmer, Redakteur der
eine programmierbare Sensor-Signalaufbereitungsfunktion auf
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
Basis eines einzelnen PSoC anzubieten. Diese flexible programmierbare Lösung eignet sich für alle Sensor-Anforderungen und
Typen, die man in Under-the-Hood-Anwendungen vorfindet,
und unterstützt auch die gängigen Kommunikationsschnittstellen wie SPI, I2C, CAN und LIN. In einem MotormanagementinfoDIRECT
Modul reduziert der Einsatz eines PSoC zur Sensor-SignalaufbeLink zu Cypress
300AEL0110
reitung nicht nur die Komplexität der Hardware und den BauAUTOMOBIL-ELEKTRONIK Februar 2010
17
HALBLEITER
MCUs für Radar- und
Kamerasensoren
Renesas Technology Europe stellt innerhalb der Mikrocontroller-Familie SH4A ACC
zwei Bausteine für FAHRERASSISTENZSYSTEME vor. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt,
wie diese ICs in das Gesamtsystem eingebunden werden.
F
ahrerassistenzsysteme erhöhen den
Komfort und die Sicherheit der Autofahrer deutlich, was zu einem stetig steigenden Ausstattungsgrad von Fahrerassistenzanwendungen in Neufahrzeugen führt. Dies erfordert funktionsund kostenoptimierte Komponenten, die
den Einsatz der Steuergeräte im Massenmarkt erst ermöglichen. Insbesondere die
rechenintensive Elektronik bietet hierfür
Potential.
Die Mikrocontroller SH74552 und
SH74562 sind optimiert für den Einsatz
in radar- oder kamerabasierten Sensoren
und kombinieren CPU- und DSP-Rechenfunktionalität mit einem schnellen
Embedded-Flash und einer ganzen Reihe
18
von Peripheriefunktionen, die speziell
für die Aufgabenstellungen einer RadarFrontend- oder Kameraelektronikeinheit
entwickelt wurden.
Rechenkern vereint DSP- und
MCU-Funktionalität
Der CPU-Kern des SH74552 besteht aus
der superskalaren 32-bit-Single-CoreRISC-CPU SH4A mit Harvard Bus-Architektur und jeweils 32 KByte Cache-Speicher für Befehle und Operanden. Komplexere Rechenaufgaben unterstützt die
integrierte Single/Double-Precision-FPU
(Gleitkommaeinheit) bei 160 MHz im
Single Precision Mode mit 1.12 GFLOPS
(Milliarden Floating-Point-Operationen
pro Sekunde). Zusammen mit der Hardware-Unterstützung für Vektorarithmetik
(Matrix-Multiplikationen/VektorTransformation) ist genügend Rechenleistung vorhanden, um die FFT-Filterberechnungen (Fast Fourier Transformation) für Objekterkennung, Abstand, Geschwindigkeit, Winkel und Kursberechnung im Radarsensor-Steuergerät durchzuführen.
Eine Memory-Management-Unit verwaltet 32 bit virtuellen und 29 bit physikalischen Adressraum. Im Usermode erlaubt die MMU den Zugriffsschutz bestimmter Adressbereiche, wobei 1 MByte
Flash-Speicher und 256 KByte RAM integriert auf dem Chip nutzbar sind. CPU,
HALBLEITER
DMA-Controller und Flash-/RAM-Speicher arbeiten exklusiv am SuperHighway-Bus mit 64 bit / 80 MHz Bandbreite, während die Peripheriemodule
über eine Brücke an zwei separaten Bussystemen angeschlossen sind. Schnellere
Peripherieelemente wie FlexRay und
DRI (Direct RAM Interface) nutzen einen
80-MHz-Peripheriebus, während alle anderen Peripheriefunktionen über einen
40-MHz-Peripheriebus kommunizieren.
Die Aufteilung der Busse nach ihrer
Bandbreite verhindert, dass Buszugriffe
von langsameren Peripheriekomponenten die Zugriffe schnellerer Busteilnehmer bremsen, was die Leistungsfähigkeit
des Gesamtsystems deutlich erhöht.
Ebenfalls leistungssteigernd wirkt sich
der Einsatz des DMAC Controllers (Direct
Memory Access Controller) aus. Dieser
erlaubt das zeit- oder ereignisgesteuerte
Verschieben von Daten innerhalb des gesamten RAM-, Flash- und On-Chip-Peripherie-Adressraums, ohne dass dafür
CPU-Leistung erforderlich ist. Diese Einheit ermöglicht auch Datenblock-zu-Datenblock-Transfers. Insgesamt stehen
dem Anwender zwölf unabhängige
DMAC-Kanäle zur Verfügung.
Peripherie-optimierte Bausteine
für ACC-Radar-/Kamerasensor
Neben der Berechnung der Radardaten
besteht eine der Hauptaufgaben des
Rechners in der Ansteuerung der Frequenzmodulation und Signalerfassung.
Dazu ist auf dem Chip des SH74552 eine
PDAC (Parallel Digital-to-Analog Converter Control) genannte Peripherie-Einheit integriert, die sowohl zeit- als auch
ereignisgesteuert kontinuierlich Daten
über einen parallelen Port vorgibt. Die
Daten werden beispielsweise von einem
externen D/A-Wandler in die erforderlichen Spannungssequenzen für die FLLModulation umgesetzt. Eine weitere Pe-
SH4A Core
CPU
FPU
I-cache
32k B
O-cache
32k B
IL me mory
8k B
OL me mory
16k B
MMU
H-UDI
UBC
UTLB / ITLB
AUD RAM
monitor
DMAC
Peripheral bus ( 40MHz max. )
Arbiter
RAM
256
kByte
FLASH
1MB
DRO
Bridge
Bridge
FlexRay
DRI
Peripheral A bus ( 80MHz max. )
TMU
INTC
PSEL
PDAC
ATU III
Peripheral bus ( 40MHz max. )
CAN
RSPI
SCIF
I2C
ADC
I/O
Port
WDT
CPG
CPU:SH4A 32-bit superscalar 160MHz core
FPU: single - / double precision Floating point unit
MMU: Memory management unit
UTLB: Shared Translation Lookaside Buffer
ITLB: Instruction Translation Lookaside Buffer
H-UDI: User debugging interface
UBC: User break controller
DMAC: 12 x DMA controller
DRI: 3 x direct RAM input interface
DRO: 1 x direct RAM output interface
FCU: Flash sequencer
CAN: 4 x CAN
TMU: Timer unit
ATU-IIIS: Advanced timer unit - IIIS
PDAC : Parallel DAC controller
PSEL: Parallel selector
ADC: 16 channels A/D converter 12 -bit
RSPI: 3 x Renesas SPI
SCIF: 4 x FIFO serial communications interface
IIC3: I2 C bus interface
WDT: Watchdog timer
CPG: Clock generator
INTC: Interrupt controller
Bild 1: Blockschaltbild des SH74552 mit den Peripheriefunktionen.
ripherie Einheit (PSEL Parallel Selection)
arbeitet synchron mit der PDAC und
kontrolliert die Kanalsteuerung der
schnellen ADCs, welche die Radarsignale
wandeln, oder steuert einen Steppermotor als Radarscanner.
Über die DRI-Schnittstelle (Direct
RAM Interface) können die gewandelten
Daten mit einer Bandbreite von 40
Mbit/s im RAM abgelegt werden ohne
CPU-Interaktion dafür zu benötigen. Das
DRI-Interface kann auch als VGASchnittstelle arbeiten, um zum Beispiel
die Bilddaten einer CMOS-Kamera direkt
im 256 KByte großen RAM abzulegen.
Horizontale und vertikale Synchronisation sowie das Ausblenden von nicht relevanten Grafikbereichen wird über TimerSynchronisationseingänge per Hardware
realisiert. Unabhängig davon können
analoge Daten auch direkt vom On-ChipAD-Wandler erfasst werden, dafür sind
zwei unabhängige Wandler mit 16 Kanälen und 12-bit Auflösung bei 1,25 μs
Wandlungszeit nutzbar.
Zur Frequenzmessung und -generierung steht die ATU-III (Advanced Timer
Unit) zur Verfügung, deren Messvorgänge sich ebenfalls mit der PDAC-Einheit
synchronisieren lassen. Zusammen mit
den drei Kanälen der 32-bit-Timer Unit
(TMU) stehen insgesamt 59 Timer-Kanäle zur Verfügung. Die Timer erzeugen
auch PWM-Signale, wie sie beispielsweise zur Ansteuerung von bürstenlosen
Gleichstrommotoren für Radarsteuergeräte mit mechanischem Scanner nötig
sind.
Datenübermittlung
Die Weitergabe der ermittelten Zieldaten
in den Verbund der Fahrerassistenzsteuergeräte kann wahlweise über eine der
vier CAN-Schnittstellen oder über die
FlexRay-Schnittstelle erfolgen. SH74552
und SH74562 sind pin- und peripheriekompatibel; der SH74552 enthält zusätzlich eine FlexRay-Schnittstelle. Damit
kann der Anwender je nach OEM-Anforderung sein System mit geringfügigen
Änderungen an die jeweilige Netzwerkarchitektur anpassen. Neben CAN und
FlexRay sind drei SPI-Schnittstellen mit
10 Mbit/s Transferrate und vier wahlwei-
INNOVATIONEN VON TOSHIBA TRAGEN ZU IMMER
SCHNELLEREM FORTSCHRITT IN DER KFZ-TECHNIK BEI.
Die Entwicklung in der Kfz-Elektronik schreitet immer schneller voran - und auch Toshiba leistet dazu einen
wichtigen Beitrag. Unsere Bauteile reduzieren den Stromverbrauch, senken Energiekosten, erhöhen die
Sicherheit - und minimieren die Umweltbelastung.
Unsere Grafik-Controller aus der Capricorn-Reihe und unsere modernen TFT-Displays ermöglichen zum Beispiel eine flexible
Aufteilung der Anzeigefläche auf dem Display zur Hervorhebung der Informationen, die für den Fahrer in der jeweiligen Fahrsituation
relevant sind, und erhöhen damit die Fahrsicherheit. Unsere LEDs und LED-Treiber-ICs verbessern die Energieeffizienz des
Fahrlichts. Und wir entwickeln ständig neue ICs - wie z.B. MP3-Decoder und Audio-Verstärker, die zu einer entspannten Reise
beitragen.
Weil wir auf unserer Reise zur Innovation das Reiseerlebnis auch für andere verbessern wollen.
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19
HALBLEITER
Proprietary CAN
zung bietet der A/D-Wandler mit eingebautem zyklischem Selbsttest und Erkennung von Sensor-Leitungsbruch an den
Analog-Eingängen. Zudem sind zwei unabhängige A/D-Wandler integriert, so
dass ein redundantes Konzept für die
analoge Signalerfassung möglich ist.
Dank drei verschiedener Schwellenspannungen, die der Anwender selbst
einstellen kann, sind die digitalen Eingänge robust gegenüber Masseversatz.
Auch die Robustheit der Frequenz-/Timereingänge wird durch individuell einstellbare Rauschfilter sichergestellt.
OnChip Debug i/f
Unterstützende Tools
SH4A CPU 160MHz
Radar
Transceiver
FPU + Vector Matrix Mul
RAM
256kB
Flash 1MB
Timer Unit
ATU IIIS
ADC 1 / 2
TMU
RSPI x 3
I2C
SCIF x 4
PDAC
FlexRay
PSEL
CAN 1
DRI 1
CAN 2
DRI 2
CAN 3
DRI 3
CAN 4
INTC
HUDI
108 I/O ports
I/O Ports
FlexRay bus
Alle Grafiken: Renesas
Signal
Conditioning
ASIC
se synchrone oder asynchrone Schnittstellen mit 3 Mbit/s Transferrate nutzbar.
Die I/O-Port- beziehungsweise Peripheriespannung kann im Umgebungstemperaturbereich –40 bis +125 °C wahlweise mit 3,3 V oder 5 V versorgt werden, lediglich die Core-Spannung benötigt stabilisierte 1,5 V.
HW/SW-Unterstützung für ISO26262
SH74552 und SH74562 unterstützen sicherheitsrelevante Anwendungen nach
ISO26262-Standard aktiv mit integrierten Hardware-Funktionen. Das eingebaute ECC für Flash und RAM korrigiert
1-bit-Fehler, detektiert Doppel-bit-Fehler und signalisiert diese per ExceptionInterrupt unter Angabe der Adresse bei
IGBT-Treiber:
In Stabzündspule
Link zu Elmos
20
der der Fehler festgestellt wurde. Auch
die Peripheriespeicher sind mit Parity-bit
versehen. Die MMU erlaubt den Zugriffsschutz auf bestimmte Adressbereiche
und ein Exception-Handler signalisiert
sowohl Hardware-Fehler als auch numerische Fehler in MMU, CPU und FPU.
Key-Codes schützen wichtige Register
vor unbeabsichtigten oder nicht autorisierten Zugriffen. Dies beinhaltet auch die Register für die Oszillatoreinheit, wobei diese
zusätzlich einen Ausfall der externen Taktversorgung detektiert, auf der freilaufenden PLL weiterarbeitet und den Fehlermode per Exception-Interrupt signalisiert.
Für die CPU steht zusätzlich eine
Selbsttest-Software-Bibliothek zur Verfügung. Weitere Sicherheitsunterstüt-
C/C++
Compilerpakete
für
die
SH4A-ACC-Familie bieten Renesas,
WindRiver, Greenhills und KPIT. Auch
die Diagnose-/Debugging-Schnittstellen
sind identisch zu den SH74504– und
SH74513-Varianten mit den Eckdaten 2
MByte Flash, 512 KByte RAM, 240 MHz
im 292 Pin-BGA-Gehäuse, so dass sowohl die On-Chip-Debugger E10A von
Renesas als auch die In-Circuit-Emulatoren Trace32 von Lauterbach einsetzbar
sind. Außerdem bietet Renesas ein Starterkit für Evaluierungszwecke an.
Michael Loch ist Manager System Application
Group in der Automotive Business Unit von
Renesas
infoDIRECT
Link zu Renesas
337AEL0110
Dreiachsiger Beschleunigungssensor
Beim E910.89 von Elmos Semiconductor
handelt es sich um einen IGBT-Zündspulentreiber mit hohem Integrationsgrad, der für
den Einsatz in automobilen Zündsystemen
vorgesehen ist und zusammen mit der
Zündspule sowie dem Zünd-IGBT zu einem
kompakten Modul, der sogenannten Stabzündspule, montiert wird. Die Ansteuerung
kann dabei über ein differenzielles Steuersignal erfolgen. Durch die integrierte SlewRate-Control und eine einstellbare SoftStart- und Soft-Stop-Funktion werden störungsbedingte Fehlzündungen vermieden
sowie IGBT und Zündspule vor Überlastung
geschützt.
infoDIRECT
CAN bus
364AEL0110
Der dreiachsige Beschleunigungssensor
SCA3060-D01 von VTI (Vertrieb Hy-Line
Sensor-Tec) mit digitalem SPI-Ausgang basiert auf VTIs kapazitiver 3D-MEMS-Technologie und entspricht dem AutomotiveStandard AEC-Q100. Bei einer Versorgungsspannung zwischen 3,0 und 3,6 V sowie einem typischen Stromverbrauch von
lediglich 150 μA beträgt der Messbereich
±2 g. Über den gesamten Betriebstemperaturbereich von –40 °C bis +105 °C ist keine
externe Taktung erforderlich. Die gemessenen Werte werden zudem in einem Ringpuffer (64 Messwerte je Achse) zwischengespeichert; eine externe CPU liest die
Messwerte dann über die integrierte SPISchnittstelle aus. Weitere Features sind die
integrierte Bewegungserkennung je Achse, wobei die Auslöseschwelle programmierbar ist. Der Sensor wird in einem DFLGehäuse mit den Abmessungen 7,6 x 3,3 x
Grafik: Hy-Line
Bild 2: Prinzipschaltbild eines Radarsensors inklusive
Ansteuerung/
Signalerfassung per
Mikrocontroller.
8,6 mm3 geliefert. Ein Evaluation-Board
steht ebenfalls zur Verfügung.
infoDIRECT
Link zu HY-LINE
370AEL0110
You CAN get it...
HALBLEITER
Hardware und Software
für CAN-Bus-Anwendungen…
Besuchen Sie uns
in Halle 12, Stand 512
Grafik: Rohm Semiconductor
Audio-Decoder mit USB-Host
CAN/LIN-Interface
PCAN-USB Pro
Speziell für besonders ESD-feste Anwendungen hat Rohm Semiconductor die Audio-Decoder-ICs BU9457KV und BU9458KV im
VQFP64-Gehäuse auf den Markt gebracht,
die viele Kompressionsformate wie MP3,
WMA oder AAC unterstützen. Da in den Audio-Decodern nicht nur bereits ein kompletter USB-Host sowie eine Schnittstelle zu SDKarten, D/A-Wandler, Speicherverwaltung
und System-Controller integriert ist, sondern
auch die Schutzbeschaltung, verringert sich
damit der Platzbedarf auf der Leitplatte. Dabei bietet das IC einen ESD-Schutz bis 6 kV an
den USB-Anschlüssen, 15 kV über die Luftstrecke und 8 kV bei Kontaktentladungen. Es
erfüllt somit die ESD-Anforderungen gemäß
IEC61000–2–2 Level 4 Standard.
infoDIRECT
Grafik: Linear Technology
12 in Serie geschaltete Akkuzellen auf Überoder Unterspannung überwachen. Mehrere
LTC6801 lassen sich zu einer Daisy-ChainKonfiguration zusammenschalten, um so
sämtliche Zellen eines sehr langen Stapels
einzeln zu überwachen. Bei einer solchen
Daisy-Chain-Konfiguration wird durch ein
einziges differenzielles Taktausgangssignal
bestätigt, dass alle Zellen im Stapel innerhalb des vorgegebenen Arbeitsbereichs liegen. Per Anschlussbeschaltung können zahlreiche Über- und Unterspannungsschwellen
programmiert werden. Schwellenhysterese
und Aktualisierungsrate sind wählbar.
infoDIRECT
Link zu Linear Technology 365AEL0110
Ports: einen vorgelagerten und vier nachgelagerte Ports (2 x High-Speed, 2 x FullSpeed).
infoDIRECT
Link zu Epson
Alle Preise verstehen sich zzgl. MWSt., Porto und Verpackung. Irrtümer und technische Änderungen vorbehalten.
369AEL0110
Controller für High-Speed-USB im Auto
Epson hat einen High-Speed-USB-Hub-Controller für den automobilen Einsatz entwickelt. Der neue S2R72A04 arbeitet im Betriebstemperaturbereich von – 40 °C bis
+105 °C. Das IC befindet sich derzeit in der
Testphase zur Qualifizierung als AECQ100-Gerät und unterstützt Mehrfach-
490 €
Link zu Rohm Semiconductor
Monitor für Hochspannungs-Akkus auf Lithium-Ionen-Basis
Linear Technology hat mit dem LTC6801, einen Monitor für Hochspannungsakkus auf
den Markt gebracht, der ohne externen Mikroprozessor, Optokoppler und Isolatoren
auskommt. Ein einziger LTC6801 kann bis zu
High-Speed-USB 2.0-Interface
mit galvanischer Trennung für die
Anbindung von bis zu 2 CAN- und
2 LIN-Bussen.
PCAN-FMS Simulator
Diagnosesoftware zur Simulation
von CAN-Daten gemäß dem
FMS-Standard.
590 €
PCAN-Explorer 5
Universeller CAN-Monitor,
symbolische Darstellung von
Nachrichten, VBS-Schnittstelle,
Tracer, erweiterbar durch Add-ins
(z. B. Plotter und J1939 Add-in).
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351AEL0110
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HALBLEITER
Dual-Core-Controller für
sicherheitskritische Applikationen
Traditionelle Lockstep-Mikrocontroller erreichen ihre Grenzen. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK beschreibt,
warum neue aktive und passive Sicherheitssysteme im Fahrzeug mehr ARCHITEKTURELLE FLEXIBILITÄT
voraussetzen.
E
ntwicklungsingenieure, die an neuen Fahrzeugfunktionen mit sicherheitskritischen Steueralgorithmen
arbeiten, können sich scheinbar aus einem breiten Spektrum von bekannten
Systemarchitekturen bedienen. Den
meisten heute verfügbaren Mikrocontroller-Lösungen aber fehlt entweder die
Flexibilität, um unterschiedliche funktionale Sicherheitskonzepte unterstützen
zu können, oder es ist ein beträchtlicher
Aufwand für die Sicherheitssoftware erforderlich. Zusätzliche Software wiederum zieht eine höhere Komplexität nach
sich, und die Wahrscheinlichkeit systematischer Ausfälle steigt. Als Konsequenz daraus hielt sich Freescale bei
der Entwicklung der Dual-Core Controller-Familie MPC564xL an drei Grundregeln.
So effizient wie möglich: Maximale
Rechenleistung, Absenkung der Mikrocontroller-Taktfrequenz und intelligentere Nutzung von Peripheriefunktionen.
So flexibel wie möglich: Realisierung
eines Dual-Core-Konzepts, das unterschiedliche Sicherheitsarchitekturen unterstützt und dem Kunden eine optimale
Balance zwischen Rechenleistung und
funktionaler Sicherheit ermöglicht.
So sicher wie möglich: Verwirklichung
eines nach SIL3/ASIL D zertifizierbaren
Sicherheitskonzepts sowie geringere
Softwarekomplexität durch die Realisierung von wichtigen Sicherheitselementen und Selbsttests in Hardware.
Leistungsstärke & Effizienz
Alle Bausteine der MPC564xL-Familie
basieren auf einer Dual-Core-Plattform,
die neben hoher Rechenleistung auf ein
Höchstmaß an funktionaler Sicherheit
gemäß ISO 26262 ASIL D und IEC 61508
SIL3 abzielt.
Da es gilt, maximale Rechenleistung
bei Taktfrequenzen um oder unter 120
MHz zu erzielen, kommt ein symmetrisches Dual-Core-Konzept zum Einsatz,
das auf zwei e200z4 Power ArchitectureKernen mit kleinen 4 kByte Befehls-Ca-
ches basiert. Beide Kerne können in vollem Umfang auf die Flash- und RAMRessourcen des Bausteins zugreifen. Der
Controller unterstützt Konfigurationen
mit ‘privatem’ RAM, auf das der jeweilige
Kern schnell zugreifen kann. Gerade in
Entwicklungsprojekten, die eine gekapselte Software und eine 'nebenwirkungsfreie' Funktionsausführung erfordern,
erweist sich dies als Vorteil.
In den e200z4-Kernen kommt eine
fünfstufige Pipeline für die Befehlsabarbeitung zum Einsatz. Die meisten Befehle werden binnen einem Taktzyklus ausgeführt. Unterstützt von entsprechenden
Compilern erlauben die zwei 'Execution
Stages' pro Kern die parallele Ausführung von zwei Operationen; 32 × 32 – bitMultiplikation und -Division werden in
Hardware unterstützt.
Im Gegensatz zu anderen am Markt
erhältlichen Architekturen besteht die
'Execution Stage' des e200z4 nicht nur
aus zwei parallelen 'Integer Units', sondern verfügt darüber hinaus über vektor-
MPC564xL: True Dual Issue Architecture
Core
Architecture
5-Stage PL
VLE / 32bit
e200z4
MMU
FPU
SPE
Hardware Signal Processing Engine
Example: Fixed point math
e200z4
2.8
256-punkt Fast Fourier
Competitor 1
2.0
Complex-to-complex
Competitor 2
1.6
EXEC1
IF
Dhrystone
DMIPS/MHZ
74%
EXEC2
DEC
runtime reduction
based on SPE
WB
EXEC1
EXEC2
Two Integer Units +
Vectorized Dual Floating Point Unit +
Vectorized SPE Unit
586μs
151μs
e200z4
120MHz
e200z4 SPE
120MHz
Bild 1: Die Dual-Issue-Pipeline des e200z4 sowie die Ergebnisse eines Dhrystone-Benchmarks im Vergleich mit Kernen anderer Anbieter.
22
HALBLEITER
fähige 'Floating-Point Units'. In den beiden 'Floating-Point Execution Units' lassen sich arithmetische Gleitkomma-Operationen parallel abarbeiten. Befehle wie
'Add', 'Subtract', 'Compare', 'Multiply'
und 'Multiply-Accumulate' können in
einem Taktzyklus ausgeführt werden.
Flexibilität
Die vielfältigen Anforderungen des
Marktes zeigen, dass es insbesondere für
sicherheitskritische Systeme keine einfache Antwort gibt auf die Frage: Wie sieht
der optimale Betriebsmodus für einen
Controller aus? Reine Lockstep-Mikrocontroller-Architekturen waren bisher in
elektronischen Bremssystemen extrem
erfolgreich, typischerweise aber fehlt ihnen die Flexibilität, wenn es gilt, Rechenleistung und funktionelle Sicherheit in
das gewünschte Verhältnis zu setzen.
Als Konsequenz aus dieser Tatsache
unterstützt die neue Bausteinarchitektur
aus dem Hause Freescale zwei Betriebsarten. Neben dem standardmässigen
DPM-Betrieb (Decoupled Parallel Mode),
in dem beide Kerne unabhängig von einander betrieben werden können, kann
der Systementwickler die Mikrocontroller der MPC564xL-Familie auch in einem
Lockstep-Modus (LSM) arbeiten lassen.
Die jeweilige Betriebsart des Bausteins
wird beim Einschaltvorgang fest ausgewählt und kann nur geändert werden,
indem man einen vollständigen PowerOn Reset durchläuft.
Im Lockstep-Modus erreicht der
MPC564xL mit minimalem Softwareaufwand die in SIL3/ASIL D spezifizierten
Kriterien. Die Mikrocontroller-Architektur ist speziell im Hinblick auf die Realisierung eines Safety Integrity Level 3 gemäß IEC-Standard 61508-Part2 mit einem Gesamt-PFH-Wert (Probability of
Failure per Hour) von 0,1 FIT entwickelt
worden.
Maßnahmen gegen
'Single Point Faults'
'Single Point Faults' können sich als unmittelbar kritisch für die Sicherheitsfunktionen eines Systems erweisen und müssen daher normalerweise sehr schnell erkannt werden. Typische Beispiele für solche Fehler sind durch externe Einflüsse
wie Strahlung oder elektromagnetische
Störungen verursachte Bit-Flips im Rechenkern oder Speicher. Die Mindestanforderung besteht darin, solche Fehler
innerhalb der für das System vorgegebenen „Safety Time“ zu erkennen. Diese
beträgt in Automobilanwendungen üblicherweise zwischen 1ms und 30ms.
Als eine der wichtigsten Maßnahmen
gegen 'Single Point Faults' kommt für die
MPC564xL-Familie erstmals eine spezielle Replikationsumgebung zum Einsatz,
die die nötige Infrastruktur für den Betrieb wichtiger Mikrocontrollerelemente
im Lockstep-Modus bereitstellt.
Maßnahmen gegen latente Fehler
Latente Fehler sind ‘nicht sofort sichtbar’.
Solche Fehler kompromittieren die Sicherheitsfunktionen des Systems nicht
gleich. Als Beispiel kann ein Fehler in der
ECC-Logik für die Erkennung/Korrektur
von Speicherfehlern genannt werden.
Die Situation würde nur dann kritisch
werden, wenn ein Bit-Flip im Speicher
(beispielsweise in einem Flash-Modul)
auftreten und in der Folge nicht mehr erkannt/korrigiert werden könnte.
Die Architektur des MPC564xL Controllers verfügt über Hardware-Selbsttest-Mechanismen (BIST) für die Erkennung dieser Fehlerkategorie. Der überwiegende Anteil des BIST wird während
des Anlaufs des Bausteins durchgeführt.
In diesen Tests werden die Logikelemente des Mikrocontrollers mit einer Abdeckung von 90% oder größer beansprucht. Daher können potenzielle latente Fehler auch dann erkannt werden,
wenn die eigentliche Applikation nicht
alle Hardware-Blöcke anspricht.
Maßnahmen gegen
'Common Cause Failures'
‚Common Cause Failures’ können aus
der Tatsache resultieren, dass redundante
Elemente der MPC564xL-Architektur
letztlich auf dem gleichen Chip unterge-
Funktionales Sicherheitskonzept
Um das Ziel eines ganzheitlichen Sicherheitskonzepts für die neuesten Dual-Core-Prozessorfamilien in die Tat umzusetzen, hat Freescale trotz zehn Jahren Entwicklungs-Know-how bei Dual-Core
Controller-Technologien für sicherheitskritische Applikationen unabhängige Experten für funktionale Sicherheit engagiert, um die Implementierung des Konzepts wie auch die Designverfahren zu
überwachen und zu prüfen. So konnte
ein IEC61508 SIL3-konformes funktionales
Sicherheitskonzept
für
die
MPC564xL-Familie realisiert werden,
das folgenden Aspekten Rechnung trägt.
Wir stellen aus: Embedded World 2010 • Halle 10 • Stand 215
23
HALBLEITER
Traditional Lockstep
Architecture
SWT
Core1
DMA
Core2
RC
INTC
INTC
SWT
SWT
DMA
DMA
Crossbar
Core2
Core1
Flash
RAM
IOB
RC
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Interrupt Controller
SW Watchdog Timer
I/O Bridge
Redundancy Checker
Peripheral Block
RC
Flash
IOB
INTC
SWT
IOB
RC
P
Crossbar 2
Crossbar 1
RAM
SWT
DMA
RC
IOB
Lockstep Functions
INTC
P
P
P
Alle Grafiken: Freescale
INTC
Extended
‚Sphereof Redundancy‘
Bild 2: Erweiterte Duplizierung von Schlüsselelementen der Controller-Architektur
beim MPC564xL.
bracht sind. Typische Beispiele sind Probleme mit dem Systemtakt oder der
Spannungsversorgung, die auf dem Chip
integrierte Blöcke in gleicher Weise beeinflussen und so möglicherweise identische Fehler bedingen können. Daher
würden im Lockstep-Modus, wo beide
Kanäle der Redundanzumgebung die
gleiche Software abarbeiten, solche Fehler unentdeckt bleiben.
Die MPC564xL-Familie verfügt über
Hardwareblöcke zur Erkennung von Taktabweichungen sowie eine in Hardware
realisierte Überwachung der wichtigsten
intern erzeugten Spannungen. Zusätzlich
zu den Funktionen für die Überwachung
auf 'Common Cause Failures' wurde der
Baustein so konzipiert, dass die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten solcher
Fehler auf ein Minimum reduziert wird.
Die 2. Ausgabe der IEC61508 quantifiziert
die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten
von allgemein bedingten Fehlern mit einem Korrelationsfaktor bIC (Zielwert
<25%). Mit ihrer Architektur erreichen
die MPC564xL-Produkte ein bIC von 20%.
Maßnahmen gegen
Software-Taskkonflikte
Insbesondere bei Steuergeräteentwicklungen, die Softwarefunktionen aus verschiedenen Applikationen, von mehreren Anbietern und mit unterschiedlichen
Sicherheitsklassen
zusammenführen
(zum Beispiel zukünftige Domänencontroller), wird der Schutz gegen Softwarekonflikte zur Herausforderung.
Hardwaremechanismen müssen zur
Verfügung stehen, die sicherstellen, dass
Softwarefunktionen in ausreichender
Weise isoliert oder gekapselt werden
können. Hauptziel ist dabei die Verwaltung und der Schutz des Zugriffs auf die
Ressourcen: Register, Speicher, Peripheriemodule. Darüber hinaus werden
Schutzmechanismen für das Timing benötigt, um zu gewährleisten, dass außer
Kontrolle geratene Softwaretasks nicht
fotwährend die CPU auslasten.
In der MPC564xL-Familie wurden
wichtige Maßnahmen für den Schutz vor
Softwaretaskkonflikten getroffen, unter
anderem durch eine MMU (Memory Ma-
nagement Unit), eine MPU (Memory / I/O
Protection Unit), eine 'Register Protection
Unit' und einen speziellen Watchdogtimer
für die Software-Ablaufkontrolle.
Steuerung von Elektromotoren
mit MPC564xL
Die effizientere Nutzung von Hardwareressourcen schlägt sich nicht nur in Verbesserungen an der Architektur des Rechenkerns nieder. Die MPC564xL-Familie wurde mit speziellem Fokus auf die
Steuerung von Dreiphasen-Motoren
konzipiert; der Baustein kann bis zu zwei
solcher Motoren parallel ansteuern.
Zwei PWM-Module mit jeweils vier
Kanälen erlauben eine fein abgestufte
Steuerung des Motors. Jeder Kanal ist für
die Ansteuerung je einer Leistungsstufe
in Halbbrückenkonfiguration mit 16 bit
Auflösung und einer Maximalfrequenz
von 120 MHz ausgelegt.
Um bei Motorsteueraufgaben ohne
signifikante Interupt-Beanspruchung der
Rechenkerne auszukommen, wurde auf
den MPC564xL-Bausteinen eine CTU
(Cross Triggering Unit) integriert. Die als
Teil der MPC560xP-Familie erstmals vorgestellte CTU koordiniert das Timing von
A/D-Wandlungen mit Timer-Events und
PWM-Erzeugung.
Das Autorenteam arbeitet im Chassis and
Safety Marketing bei Freescale Semiconductor.
infoDIRECT
352AEL0110
Link zu Freescale
Modellbasiert entwickelte Dual-Mode-Hybride
General Motors Company (GM) hat ihr neues
Regelungssystem für Dual-Mode Hybrid-Antriebsstränge mit Tools von The MathWorks
für das Model-Based Design entwickelt. Mit
Hilfe mathematischer und simulationsbasierter Software, darunter MATLAB und Simulink,
entwickelte GM den Antriebsstrang binnen
neun Monaten und verkürzte damit die geplante Entwicklungszeit um 24 Monate. Das
komplexe Regelungssystem ist derzeit für die
24
Fahrzeug-Modelle GMC Sierra Hybrid, GMC
Yukon Hybrid, Chevy Tahoe Hybrid, Chevy Silverado Hybrid und Cadillac Escalade Hybrid in
Produktion. GM setzte auf modellbasiertes
Design mit mathematischen und simulationsbasierten Software-Werkzeugen, um Ingenieuren aus verschiedenen Fachgebieten
die Zusammenarbeit zu erleichtern. Mit MATLAB und Simulink konnten die GM-Ingenieure
jetzt in einer einheitlichen Umgebung das
Verhalten des Dual-Mode Hybrid-Antriebsstrangs mathematisch modellieren, die Software entwickeln und verifizieren sowie das
gesamte Systemmodell simulieren, so dass
seine Leistung präzise vorhergesagt und optimiert werden konnte.
infoDIRECT
Link zu TheMathWorks
374AEL0110
NEUE PRODUKTE
Foto: ITT Interconnect
Hochvolt/Hochleistungs-Steckverbinder
Der „APD 1 Pol Fingerschutz-Stecker“ von ITT
Interconnect Solutions ist für BetriebsGleichspannungen bis 400 V beziehungsweise 630 V im gesteckten Zustand bei einer Stromtragfähigkeit bis zu 245 A bei 25 °C
spezifiziert – und zwar basierend auf den
zutreffenden Normen (Stecker darf nicht
Helle weiße LED
unter Last gesteckt oder ausgesteckt werden). Der Hochvolt/Hochleistungs-Steckverbinder verfügt über eine Abdichtung bis
Schutzart IP69k und hat eine Plastikkappe,
welche die Finger des Benutzers schützt. Die
Steckeraufnahme passt zum „Standard APD
1 Pol Stecker“ und enthält das APD Kontakt-,
Crimp- und Kupplungsnut-System von ITT
ICSs. Die Stiftkontakte sind erhältlich als
Standard-Crimp und zusätzlich mit
Schraub- oder Bolzenanschlüssen. Die Stecker sind passend zu Kabelquerschnitten
von 16 mm2 bis 50 mm2.
infoDIRECT
Link zu ITT Interconnect
362AEL0110
Für LabVIEW-Anwender bietet Eberspächer
Electronics eine neue Lösung für die Bussysteme FlexRay und CAN an, die einen „komfortablen Zugriff auf die Nachrichten und Signale
des Bussystems“ ermöglicht. Als HardwareInterface zwischen PC und FlexRay- beziehungsweise CAN-Bus kommen die FlexCards
von Eberspächer Electronics zum Einsatz. Diese gibt es für PCMCIA, PMC, PCI und USB. Für
die FlexCards ist jetzt auf der Softwareseite
der LabVIEW Treiber verfügbar. Es kommen
„Virtuelle Instrumente“ (VIs) zum Einsatz, die
leicht in vorhandene LabVIEW Applikationen
integriert werden können.
Grafik/Foto: Eberspächer Electronics
FlexRay- und CAN-Lösung für NI LabVIEW
infoDIRECT
Dominant bringt mit
DDW-KJG eine neue
Serie
automotivet
tauglicher
weißer
an
in ctor
LEDs im Rahmen der
m
o u
: D nd
Familie DomiLED HI auf
to ico
Fo em
S
den Markt, die unter der Bezeichnung DDW-KJC auch eine Version mit
High Color Rendering Index (CRI) mit einschließt. Bei einem Betriebsstrom von 20
mA liefert diese LED typischerweise 2200
mcd (DDW-KJG) beziehungsweise 2000
mcd (DDW-KJC. Verglichen mit den anderen
Typen von Dominant, den PLCC2 DomiLEDs
mit den Abmessungen von 3,2 x 2,8 x 18
mm3, wurden keine Änderungen am Design
und an den Abmessungen vorgenommen.
Mittels optionaler Farb- und Flux-Selektion
wird eine homogene Ausleuchtung in der
Kfz-Innenbeleuchtung, in der Allgemeinbeleuchtung und von Hintergrundbeleuchtungen von Displays erzielt.
infoDIRECT
Link zu Dominant
375AEL0110
Link zu Eberspächer
367AEL0110
Foto: dSPACE
FPGA-Board als I/O-Schnittstelle für RCP und HiL
Mit dem DS5203 bietet dSPACE ein direkt an
der I/O-Schnittstelle einsetzbares, frei programmierbares FPGA-Board auf Basis eines
Virtex-5 SX95 von Xilinx an. Hiermit erreicht
der Anwender unter anderem bei der Signalvorverarbeitung und der Berechnung
von Modellen mit hohen Dynamikanforderungen die nötige Flexibilität und Leistungsfähigkeit, um immer kürzere Zykluszeiten von „deutlich unter einer Mikrosekunde“ zu beherrschen. Typische Einsatzbereiche sind die Entwicklung zylinderinnendruckbasierter Regelungen, die Klopf-
signalanalyse oder auch die Beherrschung
hochdynamischer Effekte an Leistungsendstufen, was unter anderem bei der Entwicklung von Elektromotoren. Der komfortabelste Weg zur FPGA-Konfiguration ist die
grafische Modellierung, beispielsweise mit
dem Xilinx System Generator (XSG), der mit
der Software RTI FPGA Programming Blockset1 von dSPACE angebunden werden kann.
Beim Einsatz des FPGA-Boards lassen sich
Synthese, Build-Prozess und Programmierung des FPGAs beziehungsweise Prozessors direkt aus Simulink starten. Die FPGAApplikation lässt sich bereits offline simulieren, noch bevor sie auf das Echtzeitsystem geladen wird. Während der Offline-Simulation kann der Anwender zusätzlich
auch das Zusammenspiel von Prozessorund FPGA-Modell untersuchen.
infoDIRECT
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363AEL0110
25
HALBLEITER
Design-In-Unterstützung für
Leistungshalbleitermodule
In HYBRID- UND ELEKTROFAHRZEUGEN ist die Leistungselektronik das Bindeglied zwischen
der Batterie und dem Motor. Für die Auslegung der Leistungselektronik müssen neben der
Spannungsfestigkeit vor allem die Temperaturen und Temperaturschwankungen der Halbleiter
im Betrieb betrachtet werden. Mit dem Referenzdesign HybridKIT geht das zügiger.
S
teigende Erdölpreise sowie verschärfte Abgasnormen drängen die
Automobilhersteller zur Entwicklung immer effizienterer Antriebsstränge
für ihre Fahrzeuge. Neben einer Optimierung der Verbrennungsmotoren und Getriebe lässt sich durch die Integration
elektrischer Motoren in den Antriebsstrang der Gesamtwirkungsgrad eines
Fahrzeuges verbessern. Dies führt dann
sowohl zu niedrigerem Treibstoffverbrauch als auch zu geringeren Emissionswerten im Betrieb. Mit der Einführung
neuer Batterietechnologien ist sogar der
Einsatz von reinen Elektrostraßenfahrzeugen für bestimmte Anwendungsbereiche sinnvoll. Neben den notwendigen elektrischen Energiespeichern und
Elektromotoren ist der Umrichter eine
zentrale Komponente elektrischer An-
26
triebssysteme. Zu den Herausforderungen beim Design des Umrichters zählt die
richtige Dimensionierung und Auswahl
der Leistungshalbleiter, so wie die Optimierung der zugehörigen Ansteuerelektronik.
Um die in der Batterie gespeicherte
Energie dem Elektromotor zur Verfügung
zu stellen, wird die Energie im Umrichter
geregelt (Bild 1): Entsprechend dem nach
dem Pulsbreiten-Modulationsverfahren
getakteten Steuersignal schalten die Leistungshalbleiter im Umrichter die Motorphasen derart auf das Potenzial des
Gleichstrom-Zwischenkreises, dass sich in
der elektrischen Maschine die gewünschten Ströme einstellen. Die Signale für das
Ein- und Ausschalten berechnet der Mikrocontroller, und über die Ansteuerelektronik werderden diese potenzialfrei und
verstärkt an den Ansteuerkreis des Leistungshalbleiters angelegt.
Durch die Schaltvorgänge, aber auch
während Strom im Leistungshalbleiter
fließt, entstehen Verluste. Diese Verluste
führen zu einer Erwärmung der Sperrschicht im Halbleiter. Um die Halbleiter
vor einer thermischen Zerstörung zu
schützen, muss die Verlustleistung in den
Halbleitern durch geeignete Kühlmaßnahmen abgeführt werden.
Auslegung von
Leistungshalbleitermodulen
Für die Wahl des richtigen Leistungshalbleitermoduls ist zunächst die notwendige
Spannungsfestigkeit von Bedeutung –
und zwar nicht nur die Zwischenkreisspannung, sondern auch die während
der Schaltvorgänge oder im Fehlerfall
HALBLEITER
Bild 1: Verlustberechnung und Temperaturentwicklung in
der Leistungselektronik von Hybrid-Fahrzeugen.
auftretenden Überspannungen. Für die
in den meisten Applikationen verwendeten IGBTs dürfen die Überspannungen zu
keinem Zeitpunkt die Sperrspannung
überschreiten.
Der beste Weg zur Reduzierung der
Überspannungen ist ein niederinduktiver Aufbau der Leistungselektronik. Darüber hinaus lassen sich die Überspannungen durch geeignete Maßnahmen im
Design der Ansteuerelektronik begrenzen. Dies führt jedoch meist zu höheren
Verlusten im Betrieb, welche wiederum
die Auslegung der Stromtragfähigkeit der
Leistungshalbleiter beeinflussen.
Das zweite wichtige Kriterium bei der
Wahl eines Leistungshalbleitermoduls ist
die Stromtragfähigkeit eines Leistungshalbleitermoduls. Der in Datenblättern
angegebene Wert für den Nennstrom eines Leistungshalbleitermoduls ist im Allgemeinen eine vergleichende Kenngröße, die sich auf den Durchlassbetrieb bezieht. Im Umrichterbetrieb wird dieser
Wert häufig nicht erreicht, da hier neben
den Durchlassverlusten auch die Schaltverluste zur Erwärmung der Halbleiter
beitragen und sich die angegebene Gehäusetemperatur nur bei optimaler Kühlung sicher stellen lässt.
Zur Wahl des richtigen Moduls müssen Entwickler daher anhand der
Schalt- und Durchlassverluste in Verbindung mit den thermischen Widerständen und der Temperatur des Kühlmittels
die Sperrschichttemperatur in jedem
Betriebsfall errechnen. Häufig unterstützen die Modulhersteller diese Berechnungen auch mit entsprechenden
Software-Tools wie z. B. „IPOSIM“ von
Infineon.
Um eine Zerstörung der Halbleiter im
Betrieb zu vermeiden, müssen die errechneten Temperaturen stets unterhalb
der angegebenen maximalen Temperatur
im Schaltbetrieb Tvj op liegen. Die Auslegung der Leistungshalbleitermodule
nach der maximalen Sperrschichttemperatur ermöglicht jedoch nur den Betrieb im sicheren Arbeitsbereich, macht
aber keine Aussage über die Lebensdauer
des Systems. Hierfür sind zusätzlich die
thermischen Wechsellasten, die sowohl
von den eingeprägten Verlusten in den
Halbleitern als auch von den Temperaturschwankungen im Kühlmittel herrühren, zu betrachten.
Beim Design der Module HybridPACK
hat Infineon die typischen Anforderungen an die Wechsellastfestigkeit berücksichtigt, die sich aus dem Betrieb in Hybrid- und Elektrofahrzeugen ergeben. So
orientiert sich das Design von HybridPACK 1 an den Anforderungen eines
Mild-Hybrid-Antriebes mit zirka 20 kW.
Es enthält die für den Umrichter notwendigen Leistungshalbleiter sowie einen
Temperatursensor. Das HybridPACK 2
eignet sich besonders für flüssigkeitsgekühlte Systeme, wie sie in Voll-HybridFahrzeugen und Elektrofahrzeugen zur
Anwendung kommen. Neben den not-
Bild 2: Pinfin-Bodenplatten-Design für eine integrierte Wasserkühlung zur besseren Kühlung der Leistungshalbleiter beim
Modul für Full-Hybrid-Antriebe, HybridPACK 2.
embedded world 2010, Halle 12, Stand 251
HALBLEITER
wendigen Leistungshalbleitern enthält es
pro Phase einen eigenen Temperatursensor. Für eine verbesserte Kühlung ist auf
der Unterseite eine Pinfin-Struktur integriert (Bild 2), so dass sich Antriebssysteme mit bis zu 80 kW realisieren lassen.
Ansteuerelektronik für
Leistungshalbleitermodule
Die Hauptaufgabe der Ansteuerelektronik besteht darin, die Ansteuersignale aus
dem Mikrocontroller für die Leistungshalbleiter aufzubereiten. Zudem lassen
sich auf der Platine für die Ansteuerelektronik verschiedene Mess- und Schutzfunktionen integrieren.
Da sich das Potenzial der Ansteuerkreise
der Leistungshalbleiter je nach Betriebszustand ändert, müssen die Ansteuersig-
Beschleunigungssensoren
arbeiten bei bis zu 150 °C
Foto: ASC
Speziell für den Einsatz im Temperaturbereich von –25 °C
bis +150 °C hat Advanced Sensors Calibration (ASC) neue
kapazitive Sensoren entwickelt: den
einaxialen ASC T-151
sowie den triaxialen ASC T-153. Dabei stehen
diverse Modelle mit Messbereichen von 2 g
bis 100 g zur Auswahl. Die Sensoren halten
Erschütterungen von „mindestens 5000 g“
stand, sind signalverstärkt, rauscharm und
in einem Alugehäuse untergebracht, dessen Kabel und Stecker sich individuell anpassen lassen.
infoDIRECT
Link zu ASC
28
361AEL0110
dulinternen Temperatursensors auf der
Ansteuerplatine ist Stand der Technik.
HybridKIT
Auf Grund des nicht unerheblichen Aufwands, der beim Design der Ansteuerplatine für ein Leistungshalbleitermodul
entsteht, hat Infineon das HybridKIT entwickelt (Bild 3). Beim HybridKIT handelt
es sich um ein Referenzdesign für den
Einsatz der jeweiligen HybridPACK- Leistungshalbleitermodule. Der Einsatz des
HybridKITs ermöglicht es dem Antriebsentwickler, frühzeitig einen funktionstüchtigen Prototyp für die Entwicklung
aufzubauen und zu testen. Mit diesem
Prototyp lässt sich sowohl die SoftwareEntwicklung starten als auch das Schaltverhalten der Module in der Applikation
optimieren und auch erste Temperaturtests können durchgeführt werden. Das
Kit besteht aus dem Modul HybridPACK
1, der Ansteuerplatine, einem AdapterBoard für das Mikrocontroller-Starterkit
für 16/32 bit von Infineon sowie die Dokumentation für den Aufbau des Umrichters.
Dr. Carlos Castro ist System Engineer Hybrid
Drives bei Infineon Technologies
Mark Nils Münzer ist Director Electric Drive
Train bei Infineon Technologies
infoDIRECT
Link zu Infineon:
316AEL0110
Plattform für HIL-Simulationen
National Instruments (NI) erweitert seine
Plattform für HIL-Simulationen. Allein in
den vergangenen sechs Monaten hat NI fast
40 neue Produkte rund um HIL auf den
Markt gebracht. Hierzu gehören unter anderem die Software NI VeriStand für Echtzeitprüf- und -simulationsanwendungen,
die automatisierte Testmanagementumgebung NI TestStand 4.2 mit Support für Python-Skripte, eine neue Produktfamilie von
Fault Insertion Units, die NI-XNET-Treiber
für CAN- und FlexRay-Busschnittstellen
speziell für HIL-Anwendungen, die Busschnittstellen ARINC 429, MIL-STD-1553 und
AFDX (ARINC 663) für die Luft- und Raumfahrt, Echtzeitprozessorkarten sowie etliche
weitere I/O-Schnittstellen. Um sicherzustellen, dass Anwendungen leicht erweitert
und an neue Anforderungen angepasst
werden können, unterstützt die HIL-Simulationsplattform von NI Hardwareschnittstellen anderer Hersteller und kann in die Programmiersprachen C, C++, .NET und Python
Foto: National Instruments
Bild 3: HybridKIT für HybridPACK 1.
nale aus dem Mikrocontroller zunächst
auf das jeweilige Potenzial des Leistungshalbleiters angehoben werden.
Für eine schnelle und sichere Übertragung der Signale kommen dabei vermehrt
Treiber-ICs mit induktiven Übertragungsverfahren zur Anwendung, die bereits in
ihrer Funktionalität auf den Einsatz in
elektrischen Antrieben angepasst sind. So
verfügt das von Infineon entwickelte Treiber-IC 1ED020I12-FA bereits über eine integrierte Entsättigungsüberwachung, eine
Unterspannungsüberwachung und einen
Fehlersignalausgang zum Mikrocontroller.
Da die Stromtragfähigkeit der Ausgangsstufen solcher Treiber-ICs meist
nicht ausreichend ist, um die notwendigen Umladeströme für die Gate-Kapazitäten bereitzustellen, muss auf der Ansteuerplatine oft eine Verstärkerstufe integriert werden.
Das Schaltverhalten der Leistungshalbleiter lässt sich nicht nur durch die
Wahl der richtigen Treiber-Ausgangsstufe beeinflussen, sondern auch durch die
Dimensionierung des Gate-Widerstands
beziehungsweise den Einsatz weiterer
passiver Komponenten wie Kapazitäten
und Dioden. Zur Versorgung der Treiberstufen sind zudem potentialfreie Spannungsversorgungen notwendig, die sich
üblicherweise ebenfalls auf der Ansteuerplatine befinden. Auch die Integration einer Spannungsmessung für den DC-Zwischenkreis und die Auswertung des mo-
integriert werden. Die Plattform lässt sich
eng in die Umgebung für das grafische Systemdesign unter NI LabVIEW integrieren
und arbeitet mit einer Reihe von Modellierungsumgebungen wie der Software Simulink von The MathWorks, SimulationX von ITI,
MapleSim von Maplesoft und GT-POWER
von Gamma Technologies.
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Link zu National Instruments 368AEL0110
NEUE PRODUKTE
PXI Batterie-Simulator
SMD-PTC-Thermistoren gemäß AEC-Q200
Pickering Interfaces erweitert seine Produktpalette an kundenorientierten PXIModulen mit der Einführung Batteriesimulators des 41–752. Der 41–752 ergänzt
die Reihe der seit über vier Jahren verfügbaren Batteriesimulatoren. In Zusammenarbeit mit dem Systemintegrator DMC
wurde der aus 6 Zellen bestehende Batteriesimulator 41–752 für Ströme bis zu 300
mA bei einer programmierbaren Ausgangsspannung von bis zu 7 V pro Zelle
entwickelt. Zur Verbesserung der Leistungsregelung verfügt jede Zelle
über eine eigene Sense-Leitung.
Jede Zelle kann in einem Batterieladekreis mit bis zu 100 mA als
Stromsenke konfiguriert werden.
Für die Nachbildung von BatteryStacks, wie sie in den neuen Generationen von Elektrofahrzeugen
Verwendung finden, lassen sich
alle Module und Zellen in Reihe
schalten. Zum Testen von Batterie-
TDK-EPC präsentiert eine neue Serie mit
SMD-PTC-Thermistoren von EPCOS zur
Grenztemperaturerfassung. Diese Superior Series ist in den Baugrößen 0805, 0603
sowie 0402 erhältlich. Im Vergleich zur
Standard-Serie wird bei diesen Bauelementen ein homogeneres Keramikmaterial verwendet. Dadurch lassen sie sich bei
Temperaturen bis 280 °C wellenlöten und
sind in Anlehnung an AEC-Q200, Rev. C
qualifiziert. Die Typen der Serie B59721A in
der Baugröße 0805 haben Ansprechtem-
peraturen von 70 °C bis 130 °C in Schritten
von 10 K. Ihr Nennwiderstand beträgt
680 O. Bei den Serien B59641A (0603) und
B59421A (0402) liegen die Ansprechtemperaturen zwischen 75 °C und 145 °C beziehungsweise 75 °C und 135 °C – ebenfalls in
Schritten von 10 K. Bei diesen Bauteilen beträgt der Nennwiderstand 470 ? .
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Link zu TDK-EPC/EPCOS
378AEL0110
Foto: Pickering Interfaces
Planet tresos
Management-Systemen können
mehr als 100 Zellen in einem Pickering Interfaces PXI- oder modularen LXI-Chassis in Reihe geschaltet werden. Aufgrund der unabhängigen Steuerung jedes Kanals sind in jeder Zelle Simulationen unterschiedlicher Ladung und
Kapazität möglich. Ein Sicherheitsverriegelungssystem an der
Vorderseite des Moduls verhindert eine Spannungsgenerierung,
falls keine Kabel angeschlossen
sind.
Über
HochspannungsSub-D-Stecker können Ausgangsspannungen von bis zu 750 V erzeugt werden.
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all-electronics.de
Link zu Pickering Interfaces
371AEL0110
Die ganze Welt der AUTOSAR-Software in einer Entwicklungsumgebung
EB tresos Designer
Systemnetzwerktool zur Konfiguration von FlexRay-Netzwerken
EB tresos Studio
Grafisches Interface zur Konfiguration von Embedded Software
EB tresos AutoCore
AUTOSAR-kompatible Middleware
Nur die perfekte Kollaboration zwischen den einzelnen Werkzeugen
EB tresos Inspector + EB 61x0
garantiert die erfolgreiche Vernetzung von AUTOSAR-Standards.
Das FlexRay- und CAN-Mess-
Mithilfe der EB tresos Produktfamilie können Sie sämtliche
und Analysewerkzeug
Konfigurationen mit demselben Tool generieren. Das ermöglicht
EB tresos Busmirror + EB 5100
eine standardisierte und optimierte Softwareentwicklung für
Die leistungsfähigste FlexRay-
Steuergeräte ohne Reibungsverluste.
Restbussimulationslösung
www.elektrobit.com/tresos
29
Mit VeriStand/PXI und ecICP/ecCST gibt es eine effiziente Toolkette
für die Bereiche Mess- und Regelungstechnik, bei der sich der Nutzer
eines FAHRDYNAMIKPRÜFSTANDS auf seine wesentlichen Aufgaben
konzentrieren kann, ohne Restriktionen durch die Machbarkeit der
Regelung berücksichtigen zu müssen.
D
ie Vorbereitungen für eine automatisierte Durchführung von
Komponententests an Fahrdynamikprüfständen stellen einen maßgeblichen Zeit- und Kostenfaktor dar. Als besondere Schwierigkeit kommt hinzu,
dass die Anzahl der dabei enthaltenen
Regelungssysteme stark zunimmt und
dabei die geforderte Qualität der Regelungen hinsichtlich Präzision und Dynamik weiter ansteigt. Der hohe Zeitaufwand, der für das Auffinden der InitialParametrierungen bei der Inbetriebnahme sowie der bestmöglichen Parameter
für den optimierten Dauerbetrieb anfällt,
ist aus Kosten- und Wettbewerbsgründen
drastisch zu senken, wobei trotzdem die
hohen Qualitätsanforderungen des Kunden zu erfüllen sind.
Die Anwendung messdatenbasierter
Methoden zur automatischen Bestimmung von Reglerstrukturen und Reglerparametern innerhalb der Entwicklungsumgebung NI VeriStand stellen hierbei
zusammen mit leistungsfähiger Hardware Schlüsseltechnologien zur Lösung
dieser Herausforderungen dar. NI VeriStand, ecICP und ecCST auf der Softwareseite sowie PXI-Hardwaresysteme
bilden eine integrierte Werkzeugkette,
die schnell im industriellen Umfeld einsetzbar ist und zur gewünschten Zeitund Kosteneinsparung beiträgt.
Dieser Beitrag zeigt, wie effektiv die
Werkzeugkette unter Verwendung eines
mobilen Fahrdynamikprüfstands sein
kann. Dabei werden die Eckpunkte zusammengestellt, die in Bezug auf Hard-
Bild 1: Aufzeichnung der Messdaten eines Fahrdynamikprüfstandes
mit VeriStand.
30
ware, Software, Voraussetzungen und
konkreter Vorgehensweise zu beachten
sind, um mit den beschriebenen Methoden und Werkzeugen ein leistungsfähiges und langfristig tragfähiges Verfahren
zum Einsatz bei geregelten Prüfständen
aufzubauen.
Die klassischen Methoden im Testumfeld und bei der Reglerauslegung sind im
Sinne stetiger Effizienzsteigerungen
nicht mehr praktikabel, da der Zeitaufwand der nötigen Berechnungen zusammen mit den technologischen Anforderungen der zu regelnden Anlage immer
höher werden. Darüber hinaus bergen
die klassischen Methoden auch ein enormes Fehlerpotenzial, da es heißt, eine
Vielzahl von komplexen, aufeinander
aufbauenden Teilaufgaben zu bewälti-
Bild 2: Importieren der Messdaten in ecICP zur anschließenden
Reglerauslegung.
Bild: © cosi – Fotolia.com
Automatische
Reglerparametrierung
gen. Die nachfolgend vorgestellten
Werkzeuge können dem Anwender einen großen Teil der zu bewältigenden
Aufgaben zur Reglerauslegung vollautomatisch abnehmen.
VeriStand
Die flexible Konfigurations- und Testumgebung VeriStand von National Instruments gestaltet die messdatenbasierte
Reglerauslegung mit ecICP von ExpertControl noch einfacher. Die Funktionen
der Tools greifen direkt ineinander, so
dass die Tätigkeiten bis zum geregelten
Betrieb in einer Werkzeugkette enthalten
sind. Mit dem durchgehenden Workflow
kann der Anwender gleichzeitig auch
viele automatische Funktionen nutzen.
Wie läuft eine automatisierte Systemeinstellung ab? Betroffen sind dabei die
Bereiche Stimulieren, Messdatenerfassung, messdatenbasierte Modellgenerierung, modellbasierte Reglerauslegung,
Transfer der Auslegungsergebnisse in die
Echtzeit-Umgebung und letztendlich der
geregelte Betrieb des Prüfstands.
Reglerauslegung eines mobilen
Fahrdynamikprüfstands
Die Praxis
VeriStand regt das zu regelnde System an
und zeichnet dabei das Stimulationssignal zusammen mit der entstehenden Systemantwort auf. In diesem Fall wird nur
ein Arbeitspunkt berücksichtigt. Bei
nichtlinearen Systemen ist es erforderlich, die volle Kapazität aller Komponenten des Workflows zu nutzen. Dies bedeutet, dass mehrere Arbeitspunkte definiert und darauf optimal abgestimmte
Regelungen berechnet werden, die jeweils ruckfrei umzuschalten sind.
Die aufgezeichneten Messdaten kommen nun in ecICP zur automatischen
Modellgenerierung und Reglerauslegung
zum Einsatz. Dazu lässt sich die Software
direkt aus VeriStand aufrufen. Die Anwendung erfolgt dabei in 2 Schritten:
Nach dem Starten von ecICP auf dem
Host-Rechner erfolgt zunächst der Import der Messdaten. Anschließend heißt
es, eine Einregel- und Ausregelzeit vorzugeben – ein Schritt, der in der klassischen Regelungstechnik nicht üblich ist,
da dort eine unabhängige Vorgabe dieser
Zeiten nicht möglich und nur eine Kompromisslösung realisierbar ist. Nach dem
Starten von ecICP erstellt die Software
innerhalb von Sekunden das messdatenbasierte Modell und errechnet zudem die
sollwert- und störoptimalen Regler-Parameter für ecCST. Gleichzeitig stellt die
Software auch die Parameter für klassiche Regler bereit.
VeriStand überträgt die mit ecICP errechnete Reglerstruktur und die ReglerParameter direkt auf den PXI-TargetRechner. Damit sind alle Teilaufgaben im
Workflow abgeschlossen. Der Fahrdynamikprüfstand kann nun mit einer qualitativ hochwertigen Regelung betrieben
werden.
Bild 4 zeigt die geregelten Signalverläufe im Prüfbetrieb des Fahrzeugs, wobei ein definierbares Sollwert-Profil aufgeschaltet ist, bei dem die Fahrgeschwindigkeit sprungartig wechseln soll. Aufgabe der Regelung ist es, dieses Profil bestmöglich nachzufahren. Die Regelung erfüllt hohe Qualitätsanforderungen (siehe
Bild 4), da sich die tatsächlich erzielte Geschwindigkeit schnell und präzise and die
Sollwertvorgabe anpasst.
Hochgradig nichtlineare Systeme
Um auch den Anforderungen von hochgradig nichtlinearen System gerecht zu
werden lässt sich Workflow noch erweitern. VeriStand stimuliert und vermisst
das System in verschiedenen Arbeitspunkten. Anschließend erstellt ecICP individuelle Modelle für jeden Arbeitspunkt, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Systemdynamik eigene Reglerauslegungen benötigen. ecCST schaltet diese
unterschiedlich angepassten ReglerStrukturen und Regler-Parameter während des Betriebs ruckfrei um, so dass
sich zu jedem Zeitpunkt eine stör- und
sollwertoptimale Regelung ergibt.
Hans-Georg Hermann arbeitet bei der ExpertControl GmbH in Martinsried bei München
infoDIRECT
Link zu ExpertControl
331AEL0110
Alle Grafiken: ExpertControl
Der mobile Fahrdynamikprüfstand besteht aus einem Testfahrzeug, Sensoren
zur Messung der Fahrgeschwindigkeit,
einem Echtzeit-Rechner und einem
Host-Rechner. Die zu regelnde Größe ist
die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs,
die mit Hilfe eines Encoders, der PXIEchtzeit-Hardware und der Software VeriStand gemessen wird. VeriStand regt einerseits das System an und zeichnet die
Messdaten des zu regelnden Systems im
Host-Rechner auf, bildet aber auch eine
vielseitige Schnittstelle zu ecICP und dem
Target-Rechner. Target-Rechner ist in
diesem Fall das PXI-System von National
Instruments mit dem darauf implementierten flexiblen Regelalgorithmus ecCST
von ExpertConrtrol. Somit bindet VeriStand die drei Komponenten PXI, ecCST
und ecICP in einen durchgängigen Workfolw ein, ohne Schnittstellenprobleme zu
verursachen.
Für die Auslegung einer Fahrgeschwindigkeitsregelung am Prüfstand
zeichnet das System zunächst aus der Anwenderoberfläche von VeriStand heraus
die Messdaten im ungeregelten Zustand
auf. Diese Oberfläche läuft im Host-Rechner, der mit dem PXI verbunden ist.
Bild 3: Errechnete Regler-Struktur und Regler-Parameter.
Bild 4: Darstellung des geregelten Betriebs mit ecCST in VeriStand.
31
JAZZ – wie funktioniert das?
Jazz ist eine TECHNOLOGIE-PLATTFORM von IBM Rational zur Unterstützung der kollaborativen
Softwareentwicklung. Ähnlich wie in der Musik erreichen auch Software-Entwicklungsprojekte ein
optimales Ergebnis, wenn alle Beteiligten perfekt zusammenspielen, denn nur dann lässt sich auch
bei immer kürzeren Entwicklungszyklen eine hohe Qualität des Resultates sicherstellen.
E
rfolgreiche Entwicklungsprojekte
zeichnen sich durch eine ausgewogene Balance zwischen Prozessen,
Tools und Mitarbeitern aus. Diese Erkenntnis war die treibende Kraft hinter
der Entwicklung von Jazz, und sie gibt
die Richtung für die weitere Evolution
vor. Es gibt eine Reihe von Initiativen, die
sich zum Ziel gesetzt haben, die Qualität
von Software und Systemen durch Verbesserung des Prozesses zu steigern. Beispiele hierfür sind CMMI oder Automotive SPICE. Dies ist aber nur ein Einflussfaktor, denn die Vernachlässigung anderer Faktoren wie Tools und Mitarbeiter
wird auch bei perfekt geplanten Prozessen den Projekterfolg gefährden. Jazz ist
eine flexible und erweiterbare Plattform,
die gerade für agile Entwicklungsteams
den Mitarbeitern wirksame Unterstützung für ihre Arbeit liefert. Projekte in allen Anwendungsbereichen und über alle
Disziplinen können von Jazz profitieren –
insbesondere auch die Entwicklung moderner Automobilelektronik. Automotive SPICE verlangt unter anderem die Ver-
Anforderungsmanagement
Testmanagement
knüpfung von Arbeitsergebnissen (TraTraceability
Die Bedeutung der Traceability wird am
ceability), beispielsweise von AnfordeBeispiel von Bugtracking deutlich. Bild 1
rungen zu Testspezifikationen oder zur
zeigt ein Szenario der Fehleranalyse und
Softwarearchitektur. Diese Verknüpfun-korrektur. Aus einer Anforderung wird
gen stellen eine elementare Information
die Testbeschreibung hergeleitet, welche
im Application Lifecycle Management
die Erfüllung dieser Anforderung nach(ALM) dar. Sollte sich zum Beispiel in eiweist. Arbeitsergebnisse in der Entwickner späteren Phase des Lebenszyklus an
lung werden über Work Items oder
einer Anforderung etwas ändern, so
Change Sets ebenfalls mit den Anfordemüssen auch damit verknüpfte Artefakte
rungen verlinkt. Der Buildprozess stellt
angepasst werden. ALM wird allerdings
wird nicht in einem
einzelnen
Ein umfangreiches Ökosystem mit JazzTool
realisiert,
kompatiblen Lösungen von Business- und
sondern es lebt in
der
Integration
Technologiepartnern ist bereits vorhanden.
dieser Tools. Andererseits ALM sosicher, dass ein Release alle geplanten Arwohl eine Disziplin als auch eine Probeitspakete enthält. Wird nun bei der
duktkategorie, und es unterstützt nicht
Durchführung eines Tests ein Fehler entspezifische Aktivitäten, es hält diese syndeckt, kann der Entwickler anhand der
chron. Bei ALM handelt es sich um die
Traceability-Informationen einfach zur
Koordination von Aktivitäten (AnfordeAnforderung oder zu den Quellen der
rungen, Modelle, Entwicklung, Build,
Entwicklung navigieren. So ist unmittelTest) durch Prozessautomatisierung, Trabar klar, welche Elemente des Entsteceability und Reporting.
hungsprozesses bei der Korrektur betrachtet werden müssen. Hierbei ist es
notwendig, dass man den Verknüpfungen nicht nur auf dem Papier, sondern
Entwicklung
Build
auch mit geeigneten Werkzeugen mühelos folgen kann.
Workspace
Anforderung
Stream
Builddefinition
Snapshot
Work Item
Build
Testfall
Change Set
Testscript
Sourcecode
Unit Test
Testausführung
Fehler
Machine ID
Hardware
(virtuell/phys.)
Bild 1: Application-Lifecycle-Management-Szenario mit Verknüpfungen.
32
BOM
Build ID
Deployment
Verknüpfungen
über Unternehmensgrenzen hinweg
Erweitern wir das Szenario auf die gängige OEM-Zulieferer-Struktur in der Automobilindustrie, dann sehen wir eine weitere Herausforderung: die Verknüpfung
von Informationen über Unternehmensgrenzen hinweg.
In der Automobilindustrie wird oft der
Ansatz „best in class“ bei der Auswahl
von Werkzeugen verfolgt, was zu einer
heterogenen Landschaft von Werkzeugen mit proprietären Schnittstellen führt.
Daraus erfolgt ein hoher Aufwand für die
Traceability, um Anforderungen, Systemund Softwarebausteine und Testspezifikationen nachvollziehbar zu verwalten,
wie dies beispielsweise Automotive SPICE fordert.
Die Umsetzung von ALM in
diesem Umfeld wird auch
dadurch erschwert, dass
OEM und Zulieferer nicht
in jedem Fall die selben
Tools einsetzen, was herstellerübergreifende
Schnittstellen
erforderlich
macht. In den vergangenen
zwanzig Jahren gab es dafür im
wesentlichen zwei Lösungsansätze,
die jedoch beide nicht immer zufriedenstellend funktioniert haben. Bei der Nutzung toolspezifischer Repositories und
der Punkt-zu-Punkt-Integration der im
Prozess jeweils „benachbarten“ Werkzeuge kann ein Update oder ReleaseWechsel bei einzelnen Werkzeugen große Auswirkungen auf die gesamte Toolkette nach sich ziehen. Der zweite Ansatz
beruht auf der Integration von Funktionen für unterschiedliche Disziplinen wie
zum Beispiel Anforderungsmanagement
und Testmanagement in einer Anwendung, die auf ein zentrales Repository zugreift. Solche monolithischen Systeme
bieten prinzipbedingt oft nicht die funktionale Reife wie dedizierte Einzelwerkzeuge und sind darüber hinaus auch nur
schwer in eine heterogene Umgebung
einzuflechten. Des Weiteren lassen sich
die Werkzeuge in einem solchen monolithischen System nicht separat voneinander weiterentwickeln.
Für einen wasserfallartigen Prozess
können diese aufgezeigten Lösungen gegebenenfalls noch sinnvoll funktionieren, aber sie stellen ein hohes Risiko für
die heutigen interdisziplinären Entwicklungsprozesse dar, in denen die einzelnen
Phasen mehrfach durchlaufen werden.
Hieraus ergeben sich deutlich höhere Ansprüche an das Application Lifecycle Management, was auch die jährliche Forrester-Studie bestätigt.
ALM 2.0
Um die Fehlern der Vergangenheit zu
vermeiden, stellen die Experten einige
Kernforderungen an modernes Application Lifecycle Management („ALM 2.0“):
So ist die Trennung der Tool-Implementierung von den Daten sowie ein föderatives und offenes Datenmodell sowie
kein zentrales Repository notwendig. Darüber hinaus sollte ALM 2.0 eine Implementierung der Werkzeuge unter Nutzung von internetbasierten Standards
bieten und eine offene Plattform mit Unterstützung vieler verschiedener ClientTechnologien (zum Beispiel Java, .NET,
Browser) nutzen.
Eine mögliche Lösung besteht darin,
bei der Entwicklung von ALM-Tools die-
Anforderungen
Softwarearchitektur
Softwaredesign
Entwicklung
Alle Grafiken: IBM
Test
2: Daten und deren Verlinkung im „www – Stil“. Informationen sind durch Uniform Resource
Identifier (URI) eindeutig bestimmt.
selben grundlegenden Architekturprinzipien und Mechanismen anzuwenden,
die auch das Internet so erfolgreich gemacht haben. Dazu gehört beispielsweise
die Verknüpfung von beliebigen Informationen, die über verschiedene Server
verteilt gespeichert sind. Ein weiteres
Prinzip ist die direkte Adressierbarkeit
von Informationen über URIs mit der
Vergabe eindeutiger Identitäten. Durch
die Nutzung von Standardprotokollen
wie HTTP und zustandsloser Kommunikation können Aspekte der Skalierbarkeit und Plattformunabhängigkeit viel
besser realisiert werden. Hier setzt IBM
unter anderen auf den Softwarearchitekturstil Representational State Transfer
(REST), welcher diese serviceorientierten Eigenschaften für die Tools verwirklicht. Damit können beliebige Artefakte
im Entwicklungsprozess verknüpft und
von einem Werkzeug zum anderen über
Links gekoppelt werden.
Jazz
Jazz ist die Umsetzung dieser technischen
Anforderungen mit Standardkomponenten wie Enterprise-Datenbanken oder
Applikationsserver. Jazz separiert die Implementierung der Tools von den Daten.
Diese werden nicht mehr repliziert oder
in einem Austauschformat wie RIF (Requirements Interchange Format) verschickt, sondern über die Plattform Jazz
integriert; bewährte Internettechnologien wie HTTP und REST machen das
möglich. Tools für die verschiedenen Disziplinen der Softwareentwicklung werden über den offenen Standard OSLC
(Open Services for Lifecycle Collaboration) integriert, der auf WAN-fähigen
Transportmechanismen (siehe Bild 2) basiert.
Die Daten repräsentieren sich als wären sie in einem einzigen Repository, das
physikalisch aber auf mehrere Servern
verteilt sein kann. So kann beispielsweise
gemäß Bild 1 ein Zulieferer über OSLC
direkt auf die Anforderungen des OEM
zugreifen und diese bei entsprechenden
Zugriffsrechten verändern oder verknüpfen. Das Application Lifecycle Management kann flexibel und unternehmensübergreifend implementiert werden.
Durch die Unterstützung von beliebigen
Clients wie Webbrowser, Eclipse, Microsoft Visual Studio oder anderen können
Mitarbeiter immer das ihnen vertraute
Werkzeug ihrer Wahl verwenden. So
lässt sich zum Beispiel ein SPICE-konformer Prozess dank optimaler Unterstützung durch geeignete Tools sehr einfach
implementieren. Die Möglichkeit für die
Mitarbeiter, weiterhin in der ihnen vertrauten Umgebung zu arbeiten, trägt zu
einer hohen Akzeptanz des Prozesses bei.
Jazz ist schon lange mehr als nur eine
Vision. IBM Rational hat mit der Entwicklung bereits 2004 begonnen. Die ersten Produkte wie Rational Team Concert
wurden 2008 auf dem Markt gebracht.
Ein umfangreiches Ökosystem mit Jazzkompatiblen Lösungen von Businessund Technologiepartnern ist bereits vorhanden und wächst kontinuierlich. Vergleichbar mit Eclipse auf der Client-Seite
bietet Jazz serverseitig ein immer umfangreicheres und integriertes Portfolio
an Unterstützung für den Lifecycle-Prozess von Systemen und Software.
Réne Meyer und Rainer Hochecker arbeiten
bei IBM Deutschland jeweils als Certified IT
Specialists Rational
infoDIRECT
Link zu IBM
312AEL0110
33
Traceability für alle
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt, wie Application Lifecycle Management (ALM) ohne Wechsel der
Tool-Kette gelingen kann. „Traceability für alle“ lässt sich nämlich ohne Umstellung der gewohnten
Entwicklungsumgebung und ohne größere Investitionen verwirklichen.
E
ine der Hauptanforderungen an die
qualitäts- und sicherheitsgerichtete
System- und Software-Entwicklung ist die durchgängige Verfolgbarkeit
aller Anforderungen über den kompletten Produktlebenszyklus hinweg. Verschiedene Prozessreferenzmodelle wie
CMMI, SPICE und insbesondere Automotive SPICE fordern von den Entwicklern, dass sich alle Informationen, die
beim Durchlaufen des Entwicklungsprozesses erfasst und dokumentiert werden,
bidirektional weiter- beziehungsweise
zurückverfolgen lassen.
Viele Anbieter von Tools zum Application Lifecycle Management (ALM) versprechen durch die Integration verschiedener Entwicklungsaktivitäten – wie
zum Beispiel Anforderungs-, Design-,
Test-, Änderungs- und Konfigurationsmanagement – eine durchgängige Traceability, erhöhte Produktivität und Qualität. Was so verlockend klingt, hat aber
oft einen hohen Preis: Nicht nur, dass die
Anschaffung eines solchen Werkzeugs
mit beträchtlichen Investitionen verbun-
34
den ist. Der Wechsel von einer bestehenden und bewährten Tool-Kette hin zu einer
ALM-basierten
Entwicklungsumgebung ist mit einigen Risiken verbunden und sollte gut überlegt werden.
Spurensuche
Bevor man sich auf die Suche nach neuen Werkzeugen macht, sollte man zunächst die vorhandenen Möglichkeiten
sichten und analysieren. Dabei spielt eine
systematische Vorgehensweise eine große Rolle. Nur wenn man eine saubere
Anforderungsanalyse durchführt, die eine attributierte Liste funktionaler und
nichtfunktionaler Anforderungen liefert,
hilft ein gutes Werkzeug bei der Traceability. Unter den Attributen muss vor allem
ein eindeutiger Identifier (ID) sein, der
eine Referenzierung überhaupt erst möglich macht.
Auch für alle weiteren Schritte im
Entwicklungsprozess gelten diese Voraussetzungen: Informationen müssen
bestimmte Eigenschaften besitzen, die
sich in entsprechenden Attributen wider-
spiegeln. Lässt sich keine ID auffinden, so
können auch andere eindeutige Werte
benutzt werden. Systemkomponenten
lassen sich beispielsweise anhand ihres
Komponentennamens
referenzieren,
modellbasierte Design-Tools ordnen jedem einzelnen Diagrammtyp entsprechende IDs zu, Software-Funktionen
können durch ihren Funktionsnamen
identifiziert werden und Testwerkzeuge
verwalten einzelne Testfallnummern.
Aber auch außerhalb des eigentlichen
Engineering Lifecycle sind Referenzen
nötig. So sollen zum Beispiel Anforderungen auf einzelne Release-Stufen zugeordnet werden können. Hier kommt
somit das Thema Projektmanagement ins
Spiel. Beispiel Qualitätsmanagement:
Auditoren brauchen den Nachweis, dass
bestimmte Prozessanforderungen erfüllt
werden. Eine Referenz zum Entwicklungsprozess wäre demnach sinnvoll.
Fast jedes Werkzeug benutzt solche
Identifikatoren. Nur Dokumente aus Office-Systemen, die rein textbasierte Informationen enthalten, verfügen meist
Alle Grafiken: Method Park
nicht über derartige IDs. Einzelne Textstellen werden zwischen Dokumenten
kopiert, wodurch redundante Informationen und im Laufe der Zeit Inkonsistenzen entstehen. Allerdings ist es bei diesen
Dokumenten auch relativ einfach, sie in
ein System mit Identifikatoren zu überführen. Doch wie feingranular sollen die
Informationen referenzierbar sein? Diese
Entscheidung kann kein Werkzeug fällen; sie muss vielmehr individuell getroffen werden.
Lupe oder Rastermikroskop?
Wie bekommt man nun Zugriff auf die
identifizierten Informationen? Wo sind
die notwendigen Schnittstellen? Diese
Frage muss immer beantwortet werden,
unabhängig davon, ob Informationen
dauerhaft in ein anderes System überführt oder nur zum Zweck der Nachverfolgbarkeit referenziert werden sollen.
Die manuelle Verwaltung einer Referenztabelle, die nur die IDs aus den verschiedenen Werkzeugen enthält, aber
ohne direkte Kopplung keinerlei Veränderung erfährt, ist bei den meisten Projekten zu aufwändig.
Man muss also Schnittstellen identifizieren beziehungsweise etablieren, über
die man auf die Daten direkt zugreifen
kann. Ein lesender Zugriff ist dabei völlig
ausreichend, da die Funktionsweise und
der Datenbestand der einzelnen Werkzeuge nicht verändert werden sollen.
Moderne Systeme verwalten die einzelnen Arbeitsergebnisse meist in XMLformatierten Dateien oder SQL-basierten
Datenbanken, die leicht in XML-Dateien
überführt werden können. Der Aufbau
und Inhalt solcher XML-Dateien ist über
entsprechende Low Cost- oder Public Domain-Produkte auszulesen und weiterzuverwerten. Die Kunst besteht also darin, die Informationen aus diesen vielen
Fragmenten auf sinnvolle Art und Weise
miteinander zu verknüpfen.
Verfolgung aufnehmen
In diesem Beispiel kommt der Open
Source Editor „4Ever“ zum Einsatz. Er ist
in der Lage, mehrere XML-Dateien mit
unterschiedlichen Schemata innerhalb
eines Dokumentationsbaumes anzuordnen und miteinander zu verknüpfen.
Gemäß der systematischen Vorgehensweise steht zu Beginn der Anforderungskatalog an. Er enthält mehrere
Unterkataloge, deren Inhalte aus verschiedenen Werkzeugen stammen können (Bild 1). Innerhalb des XML-Editors
werden diese Kataloge gesammelt und
zueinander in Relation gestellt. Im
nächsten Schritt wird der XML-Export ei-
Bild 1: Darstellung einer Anforderung innerhalb des Dokumentationsbaumes.
Bild 2: Referenzen auf Architektur und Test innerhalb einer Anforderung.
nes Architekturwerkzeuges integriert. Je
nach verfügbarer Granularität können
hier Komponenten, Module oder sogar
einzelne Funktionen identifiziert und dazugehörige Anforderungen referenziert
werden. Dasselbe führen wir auch mit
dem Testfallkatalog einer Testmanagementsuite durch (Bild 2). Durch die editorseitige bidirektionale Verknüpfung ist
die Traceability jederzeit gewährleistet.
Die Verknüpfungen innerhalb des Engineering-Bereiches stellen allerdings
nur einen Teil der Möglichkeiten dar. Mit
einer entsprechenden Prozessmanagement-Software – hier kam der XML-Export des Tools „Stages“ zum Einsatz – lässt
sich die komplette Prozessdokumentation integrieren und weiterverwenden. So
kann man beispielsweise innerhalb eines
Anforderungskataloges jederzeit auf die
entsprechenden Methodenbeschreibungen verweisen, die bei der Analyse zum
Einsatz kamen. Und die für das Projektmanagement notwendige Zuordnung
von Verantwortlichen lässt sich durch die
Einbindung einer an anderer Stelle verwalteten Mitarbeiterdatei ebenfalls bewerkstelligen. Somit hat man mit nur
wenig Zusatzinformation schon alle notwendigen Inhalte für das Projekthandbuch beisammen.
Um den Projektbeteiligten eine Dokumentation in gewohnter Form anzubie-
ten, ohne die Informationen aus den
XML-Dateien kopieren oder mehrfach
verwalten zu müssen, verfügt der hier genutzte XML-Editor über eine weitere Eigenschaft: Er kann aus allen Inhalten automatisch Dokumente generieren, deren
Struktur vordefiniert oder beliebig zusammenstellbar ist.
Und wohin danach?
Die gezeigte Methode zum Sammeln,
Verwalten, Verknüpfen und Darstellen
der Informationen aus verschiedenen
Entwicklungswerkzeugen lässt sich um
zusätzliche Elemente erweitern. So wäre
es zum Beispiel möglich, auch innerhalb
von Source-Code-Dateien XML-Tags zu
hinterlegen und diese in die Gesamtdokumentation zu integrieren. Damit
wäre man wieder ein Stückchen näher
an der Erfüllung der Forderung, eine
wirklich vollständige Traceability der Anforderungen innerhalb des Engineering
Lifecycle darzustellen.
Bernhard Sechser ist Principal Consultant
SPICE & Safety und iNTACS Competent Assessor bei der Method Park Software AG
InfoDIRECT
Link zu Method Park
313AEL0110
35
X5: Umbau zum Plug-In-Hybrid
In einem Gemeinschaftsprojekt der Fakultäten Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik
der Hochschule Landshut ist es gelungen, in nur 18 Monaten einen fahrbereiten seriellen
Plug-in-Hybrid zu entwickeln. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt, wie und mit welchen TOOLS das
gelang.
A
ls Basisfahrzeug für den „MBL exdrive“ genannten Plug-in-Hybrid
diente ein von der BMW AG zur
Verfügung gestellter BMW X5, aus dem
die Beteiligten den gesamten konventionellen Antriebsstrang entfernten. Als Antrieb dienen nun zwei in den beiden Achsen verbaute Elektromotoren. Damit steht
wie im ursprünglichen Basisfahrzeug ein
Allradantrieb zur Verfügung.
Die dritte Sitzreihe des X5 musste den
Lithium-Ionen-Batterien weichen, die zusammen eine Spannung von 400 V liefern. Das Aufladen der Batterien erfolgt
bequem über eine normale 230 V Steckdose (Plug-in-Hybrid). Die bei einem konventionellen Antrieb verlorene Bremsenergie wird beim Hybrid X5 per Rekuperation zurückgewonnen und gleich wieder in den Batterien gespeichert. Die Kapazität der Batterien bietet dadurch eine
Reichweite von ungefähr 100 km. Über einen Range Extender lässt sich die Reichweite jedoch deutlich erhöhen. Ein Dieselmotor treibt dabei einen Generator an,
der die Batterie während der Fahrt auflädt. Der Dieselmotor stammt ursprünglich aus einem Notstromaggregat und
wird stationär im verbrauchsoptimalen
Betriebspunkt betrieben. Diese Art des
Hybridantriebs wird als serieller Hybrid
bezeichnet. Die Komplexität ist gegenüber
einem parallelen Hybrid, bei dem zwei
Antriebsarten verwendet werden, deutlich geringer.
Die Bordnetzarchitektur
Nicht nur der Antriebsstrang des X5 wurde modifiziert; auch beim Bordnetz des
Fahrzeugs gab es Änderungen. Um so wenig wie möglich in das bestehende Bordnetz eingreifen zu müssen, wurde für die
Bild 1: In nur 18 Monaten ist es gelungen, einen fahrbereiten seriellen Plug-in-Hybrid zu entwickeln.
36
neuen Hybridfunktionen ein weiterer
CAN-Bus, der Hybrid-CAN, hinzugefügt.
An diesem neuen Bus sind die beiden
Wechselrichter angeschlossen, welche die
Elektroantriebe mit Wechselspannung
versorgen.
Das Original-Motorsteuergerät verbleibt im Fahrzeug, ist aber nun lediglich
für das Einlesen der Fahrpedalstellung
zuständig. Als Steuergerät für die neuen
Hybrid-Funktionen wird ein Rapid Prototyping-Modul ES910 verwendet, das
gleichzeitig als Gateway zwischen dem
originalen Powertrain-CAN und dem Hybrid-CAN dient. Die ES910 übernimmt
ferner die Buskommunikation des entfernten Getriebesteuergeräts. Damit ist es
möglich, über ein kompaktes Modul, das
im Beifahrerfußraum verbaut werden
konnte, alle Funktionen in Echtzeit auszuführen.
Alle Fotos und Grafiken: Hochschule Landshut
Bild 2: Komponenten eines Hybridantriebs für Allradfahrzeuge.
Funktionsentwicklung mit ASCET
Bild 3: Überwachung der internen Betriebszustände mit INTECRIO.
lenprüfstand als auch auf der Straße. Ziel
der Erprobung ist es, durch Veränderung
Bei der Entwicklung der neuen Hybridvielfältiger Parametersätze das FahrverFunktionen wurde auf die Entwicklungshalten zu optimieren. Im Zentrum steht
werkzeuge von ETAS zurückgegriffen.
dabei die Drehmomentverteilung auf die
Ziel war es, in möglichst kurzer Zeit einen
beiden Achsen des Fahrzeugs unter BePrototyp zu entwickeln, mit dem man
rücksichtigung der vorhandenen Enerkonkrete Erfahrungen sammeln kann.
gie, der Temperatur aller Komponenten
Die Funktionsentwicklung erfolgte
sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit. Fermit dem Entwicklungswerkzeug ASCET.
ner laufen derzeit Experimente mit unNeben der eigentlichen Antriebsfunkterschiedlichen Fahrpedalkennlinien. Da
tion, die den Fahrerwunsch in eine Andie konventionelle Bremse aus Sichersteuerung der beiden Wechselrichter
heitsgründen nicht verändert wurde, erumsetzt, wurden Funktionen zur Temfolgt eine elektrische Bremsung über das
peratur-, Spannungs- und KurzschlussFahrpedal (Rekuperation). Die Wegstreüberwachung realisiert. Ferner galt es,
cke des Fahrpedals wird dabei in unterdie Kommunikation des fehlenden Geschiedliche Funktionsbereiche aufgeteilt.
triebesteuergeräts zu simulieren und eine
Bei den ersten Versuchen hat sich gezeigt,
Gateway-Funktion zwischen den beiden
dass man sich bei entsprechender KaliCAN-Bussen zu entwickeln.
brierung sehr schnell an das kombinierte
Durch die von ASCET zur Verfügung
Gas-/Bremspedal gewöhnen kann.
gestellten vielfältigen ModellierungsDerzeit erfolgen die Erprobungen
techniken konnten die Informatikstunoch direkt über das Werkzeug INTEdenten sowohl kontinuierliche Vorgänge
wie die Antriebsfunktion als auch
Zur Entwicklung der neuen Hybrid-Funktionen
zustandsbasierte
kamen diverse ETAS-Werkzeuge entlang des
Vorgänge, wie sie
in der Spannungsklassischen V-Modells zum Einsatz
überwachung vorkommen, auf adäquater Ebene spezifizieren. Die AbsicheCRIO. Maschinenbau- und Informatikrung der Modelle erfolgte durch Offlinestudenten arbeiten dabei Hand in Hand.
Simulation gegenüber einem UmgeIn einem nächsten Schritt entwickeln die
bungsmodell.
Beteiligten nun eine INCA-Oberfläche,
Im nächsten Schritt wurde dann das
mit der die Maschinenbauer die FahrFunktionsmodell mit Hilfe des Werkfunktionen selbst kalibrieren können.
zeugs INTECRIO auf das Rapid-Prototyping-Modul ES910 gebracht. Vor dem
Höhere Antriebsfunktionen
Test des Moduls im realen Fahrzeug erBasierend auf den derzeitigen Basisfunkfolgte ein weiterer Absicherungsschritt
tionen, entwickeln fünf Studenten höhegegenüber einer Restbussimulation.
re Antriebsfunktionen. Dabei werden
nicht nur Komfortfunktionen, wie zum
Beispiel Tempomat oder Halten am Berg
Die Erprobung
Derzeit erfolgt die Erprobung des neuen
entwickelt, sondern auch SicherheitsAntriebssystems sowohl auf einem Rolfunktionen, wie beispielsweise eine
Schlupfregelung für den elektrischen
Antrieb. Auch die Spezifizierung dieser
Funktionen erfolgt mit ASCET. Ziel ist es,
einzelne gekapselte Softwarekomponenten nach Autosar zu entwickeln. Im Vordergrund steht auch hier, wie beim gesamten Projekt, die Studenten praxisnah
an modernen Entwicklungsmethoden
auszubilden.
Es ist geplant, das Fahrzeug auch in
den kommenden Semestern als Entwicklungs- und Ausbildungsplattform zu nutzen. Das Spektrum reicht dabei vom
4-Motorenantrieb über Hochvoltsicherungen bis hin zu Batteriemanagementsystemen sowie Anzeige- und Bedienkonzepten.
Fazit
Die Hochschule Landshut hat mit dem
Projekt X5 Hybrid bewiesen, dass es möglich ist, seriennahe Hybridfahrzeuge zu
bauen, ohne auf den gewohnten Komfort eines konventionellen Fahrzeugs
verzichten zu müssen. Für die Entwicklung der neuen Hybrid-Funktionen wurden die ETAS-Werkzeuge ASCET, INTECRIO, ES910 und INCA entlang des klassischen V-Modells eingesetzt. Damit
konnten die Funktionen spezifiziert, abgesichert und letztendlich mit Rapid Prototyping-Technologie im Fahrzeug ausgeführt werden. So war es den Informatikern möglich, in relativ kurzer Zeit dem
Fahrzeug der Maschinenbauer Leben
einzuhauchen.
Dr. Dieter Nazareth ist Professor an der Fakultät Informatik der Hochschule Landshut.
infoDIRECT
Link zum Projekt „MBL ex-drive“
und zu ETAS
311AEL0110
37
BETRIEBSSYSTEME
Autosar-Betriebssystem mit
direkter Task-Laufzeitmessung
Gute Echtzeit-Embedded-Programmierung erfordert vom Software-Ingenieur viel Mühe und
Aufwand, um die Klippen knapper Prozessor-Ressourcen zu umschiffen. Willkommene Hilfe
bietet jetzt ein Embedded-Betriebssystem, das nicht nur Laufzeiten von Tasks und Interrupts
direkt ermittelt, sondern in Verbindung mit dem Analysewerkzeug „TimingAnalyzer“ auch
LAUFZEITKONFLIKTE aufdeckt.
S
oftware Design ist einfach, wenn
der Prozessor weit mehr Rechenzeit
zur Verfügung stellt als die Anwendung benötigt. In der Praxis liegt jedoch
üblicherweise der umgekehrte Fall vor.
Moderne Embedded Software ist häufig
komplex und besteht dabei aus mehreren, zeitlich unabhängig ablaufenden
Prozessen (Tasks) und Interrupt-ServiceRoutinen (ISRs). Der Einsatz eines preemptiven Betriebssystems wie MICROSAR OS von Vector trägt wesentlich zu
einer klaren Struktur, verkürzten Entwicklungszeiten und besserer Wartbarkeit bei. Ein stabiles System erfordert
aber zusätzlich die Berücksichtigung der
Wechselwirkung aller implementierten
Tasks. Im Fokus stehen hier vor allem die
Datenkonsistenz beim Zugriff auf gemeinsam genutzte Datenbereiche und
das Laufzeitverhalten der einzelnen
Tasks.
Laufzeitverhalten
Datenkonsistenz lässt sich mit Hilfe der
vom Betriebssystem bereitgestellten Me-
chanismen sicherstellen. Für das korrekte Laufzeitverhalten ist aber der Entwickler verantwortlich. Er muss sicherstellen,
dass alle Prozesse innerhalb ihres Zeitlimits abgearbeitet werden können.
Soll zum Beispiel ein Nutzer nach Betätigen eines Bedienelements innerhalb
von 10 ms eine Wirkung erkennen, ist
das ein typisches Beispiel für das Zeitlimit
einer Task-Laufzeit. Meistens sind Entwickler jedoch mit zyklischen Vorgängen
konfrontiert, bei denen jeder Vorgang
zwingend vor Beginn des nächsten Zyklus abgeschlossen sein muss. Ebenso
muss beim Software-Design berücksichtigt werden, dass eine laufende Task jederzeit durch einen Interrupt oder eine
Task höherer Priorität unterbrochen werden kann.
Bild 1 verdeutlicht die Aufgabe anhand einer aus Task A und den Interrupts
ISR 1 und ISR 2 bestehenden Anwendung. Die Task wird zyklisch alle 10 ms
aufgerufen, benötigt eine Laufzeit von 5
ms und lastet den Prozessor damit zu
50% aus. Die Laufzeit der beiden Inter-
rupts beträgt jeweils 3 ms. Während die
Unterbrechung der Task durch nur einen
Interrupt unkritisch ist (Zyklus 2), führen
beide Interrupts im gleichen Zyklus zu einer unzulässig langen Rechenzeit von 11
ms und damit zur Überschreitung des
nächsten Startzeitpunkts (Zyklus 5). Solche Zeitkonflikte können zu sporadisch
auftretenden und schwierig identifizierbaren Fehlern wie Datenverlusten, Timeouts, wahrnehmbaren Verzögerungen
etc. führen. Eine gründliche Analyse ist
daher vor Auslieferung der Software unverzichtbar.
Laufzeitmessungen
direkt im Betriebssystem
Die Basis jeder Analyse sind genaue
Kenntnisse über die Task- und InterruptLaufzeiten, die sich über verschiedene
Verfahren ermitteln lassen. Eine einfache
Lösung besteht darin, an Beginn und Ende der Tasks spezielle Testroutinen zum
Toggeln von I/O-Ports einzufügen, die
man zum Beispiel via externem Oszilloskop oder Logikanalsator beobachtet. Eine
Bild 1: Das gleichzeitige Auftreten beider Interrupts führt
zu einer unzulässigen Verzögerung
von Task A.
38
BETRIEBSSYSTEME
andere Möglichkeit ist das Triggern spezieller Messroutinen, die über einen eigenen Timer jeweils Zeitstempel erzeugen
und ihre Daten über eine (serielle) Datenschnittstelle an einen PC weitergeben.
Die Nachteile dieser Verfahren sind offensichtlich, denn einerseits ist der Code
unter erheblichem Aufwand und Fehlergefahr wiederholt an mehreren Stellen
manuell zu ändern, und andererseits
umfasst das gemessene Zeitintervall neben der Laufzeit der untersuchten Routine auch die Laufzeiten aller unterbrechenden Tasks und ISRs.
MICRSOSAR OS
Bild 2: Methoden der Laufzeitmessung: Die rot gekennzeichneten Bereiche sind vom Anwender
zu erstellende Software-Modifikationen.
Alle Bilder: Vector Informatik GmbH
Ab sofort bietet MICROSAR OS eine
Funktion zum Messen der Ausführungsund Sperrzeiten ausgewählter Tasks und
Interrupts direkt im Betriebssystem, die
auch Unterbrechungen bei der Laufzeitermittlung berücksichtigt. Da nun keine
Modifikationen des Anwendungscodes
mehr erforderlich sind, vereinfacht sich
die Arbeit des Testingenieurs signifikant.
Man benötigt lediglich eine Testroutine
zum Auslesen der Messdaten. Prinzipiell
bietet sich dafür jede unterstützte serielle
oder parallele Schnittstelle der Prozessorbeziehungsweise Steuergeräte-Hardware
an; ebenso aber auch ein Speicherabbild
im Emulator. Über die Konfiguration des
Betriebssystems schaltet der Anwender
die Messfunktion bequem zu oder ab.
Bild 2 verdeutlicht die Vereinfachungen.
Bild 3: Lösung der Rechenzeitkonflikte durch Funktionsauslagerung.
Laufzeitanalyse
Nach den Laufzeitmessungen im Betriebssystem analysiert der Software-Ingenieur im nächsten Schritt die Messdaten und prüft, ob jede Task ihre Aufgabe innerhalb des geplanten Zeitrahmens
abarbeiten kann. Für diesen Zweck liefert
Vector mit dem Betriebssystem auch
gleich das Analysewerkzeug „TimingAnalyzer“ aus.
Der TimingAnalyzer nutzt das Prinzip
des Deadline Monotonic Scheduling. Der
Ansatz basiert auf der Annahme, dass für
jede Task ein Zeitlimit zur Abarbeitung
ihrer Aufgabe existiert. Bei periodischen
Tasks muss dieses Zeitlimit kleiner als die
Periode sein. Aperiodische Tasks bildet
das System durch periodische Tasks nach,
bei denen die Periode der minimalen Inter-Arrival-Zeit entspricht. Unter InterArrival-Zeit versteht man die Zeit zwischen zwei Task-Aktivierungen, zum
Beispiel zwei Betätigungen des Blinkerhebels.
Der Software-Ingenieur füttert den TimingAnalyzer mit den gemessenen Laufzeiten der Tasks und ISRs und vervollständigt diese Daten durch Angabe von
Task-Prioritäten, einzuhaltenden Deadlines und typischen Zykluszeiten. Anhand dieser Vorgaben prüft der TimingAnalyzer nun, ob alle Tasks ihre Zeitlimits
jederzeit einhalten und stellt das berechnete Zeitverhalten grafisch dar (siehe Abbildungen 1 und 3). Der Analyse-Algorithmus berücksichtigt dabei auch die
speziellen Abhängigkeiten von Tasks und
Interrupts im Rahmen der gemeinsamen
Nutzung von Hardware- oder SoftwareRessourcen.
Bild 3 zeigt eine mit Hilfe des TimingAnalyzers gefundene Lösung für das
Beispiel aus Abbildung 1. Man teilt ISR 2
auf in eine Kernfunktion mit einer Laufzeit von 1 ms auf Interruptlevel und in
eine niederpriore Nachbearbeitung mit
einer Laufzeit von 4 ms auf Tasklevel. Eine solches Szenario ist mit geringem
Zeitbedarf im TimingAnalyzer eingerichtet und das Resultat innerhalb weniger Sekunden verfügbar. Der Entwickler
prüft auf diese Art und Weise schnell
und einfach die Auswirkungen größerer
Änderungen des Source-Codes oder
neuer Konfigurationen.
Ausblick
Die erweiterten Möglichkeiten von MICROSAR OS bilden zusammen mit dem
TimingAnalyzer ein effizientes Duo zur
Embedded Software Entwicklung. Während das Betriebssystem die Bestimmung
der Ausführungszeiten von Tasks und Interrupt Service Routinen vereinfacht,
dient das Analyse-Werkzeug zur grafischen Darstellung und zum Prüfen auf
Laufzeitkonflikte. Zurzeit werden die
Messdaten über eigene Messroutinen erfasst und manuell in das Analysewerkzeug übertragen. Für die Zukunft ist es
geplant, die Daten mit Hilfe standardisierter Protokolle wie XCP automatisch
auf den PC und in den TimingAnalyzer zu
laden.
Dr.-Ing. Helmut Brock ist Produktmanager
für OSEK/VDX-und Autosar-Betriebssysteme
bei Vector Informatik
infoDIRECT
Link zu Vector Informatik
321AEL0110
39
BETRIEBSSYSTEME
Innovationstreiber
Autosar und GENIVI
Autosar und Genivi standardisieren die Software-Architektur im Fahrzeug. AUTOMOBILELEKTRONIK zeigt, wo GEMEINSAMKEITEN UND UNTERSCHIEDE bestehen.
I
n der Automobilelektronik wird die
Entwicklung derzeit von zwei wesentlichen Trends dominiert. Auf der einen Seite steht die Etablierung von
Autosar als weltweiter Standard, um
die komplexe Funktionalität sicher zu
beherrschen. Auf der anderen Seite gewinnen Infotainment-Anwendungen
zunehmenden Einfluss im Fahrzeug.
Während Autosar die Softwarearchitektur, Anwenderschnittstellen, Basissoftware und die Methodik für die klassischen
Fahrzeugdomänen spezifiziert, konzentriert sich Genivi ausschließlich auf die
Entwicklung und Einführung einer
Open-Source-Entwicklungsplattform
im Bereich Infotainment.
Autosar
Bei der Entwicklung und Integration der
Steuergerätesoftware gewinnt Autosar
zunehmend an Bedeutung und hat sich
bereits als weltweiter Standard etabliert.
Die Entkopplung der Hardware von der
Applikationssoftware durch eine einheitliche Basissoftware und Architektur verringert die Probleme beim Softwareaustausch zwischen Steuergeräten und
Fahrzeugen deutlich und vermeidet unnötige Parallelentwicklungen. Dabei ist
die Kompatibilität von Autosar-Steuergeräten mit bereits entwickelten Steuergeräten eine wichtige Voraussetzung, um
den Aufwand bei der Einführung von
Autosar in Fahrzeugprojekten zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil ergibt sich
durch die Wiederverwendung der Software. Dies erhöht die Qualität der Software, vermeidet zeitaufwändige Mehrfachentwicklung, hilft, die Kosten weiter
zu senken, und ermöglicht damit letztendlich eine Konzentration auf softwaregetriebene kundenrelevante Innovationen.
Gegründet im Jahr 2003 verfolgen inzwischen über 170 Mitglieder in der Entwicklungspartnerschaft Autosar das Ziel,
eine offene und standardisierte Softwarearchitektur zu etablieren, die unabhängig
von Hardwarekomponenten ist. Dabei
erfolgt die Wiederverwendung und Weitergabe von bereits entwickelter Software durch Autosar mit Hilfe einer standardisierten Methodik. Mit Release 2.1
veröffentlichte die Entwicklungspartnerschaft 2007 die Ergebnisse der ersten
Phase des Standardisierungsprozesses.
Seit August 2008 liegt mit der Release
3.1 eine fast komplette Spezifikation der
Basissoftware sowie eine Runtime-Environment (RTE, Laufzeitumgebung) für
elektronische Steuergeräte vor. Ebenfalls
implementiert die Release 3.1 die Spezifikation für die On-Board-Diagnose
(OBD), die alle abgasrelevanten Daten
überwacht und vor allem für den Einsatz
von Autosar auf dem US-amerikanischen
Markt von großer Bedeutung ist, da die
OBD-Richtlinien in den USA gesetzlich
vorgeschrieben sind.
Release 4.0 veröffentlicht
Mit Release 4.0, die Ende 2009 veröffentlicht wurde, hat Autosar die Phase II erfolgreich abgeschlossen. Die Partnerschaft legte bei der Entwicklung von Release 4.0 besondere Augenmerke darauf,
die Architektur und Basis-Software, Methodik sowie Anwenderschnittstellen zu
verbessern. Im Architektur-Bereich entwickelte Autosar zum Beispiel ein spezielles Sicherheitsprotokoll.
40
Bild 1: Die AutosarLaufzeitumgebung
(RTE) sorgt für die
Kommunikation
der AnwendungsSoftware-Funktionen untereinander
sowie zwischen
Anwendungs- und
Basis-Software.
Um ein hohes Qualitätsniveau sicherzustellen, nahm Autosar zusätzlich erstmals eine Validierung von Methodik und
Templates vor. Während die Validierung
der Templates teilweise auf Release 3.0
aufbaut, basiert die Validierung der Methodik bereits auf der neuen Release 4.0.
Auf Seiten der Methodik kümmert sich
die Entwicklungspartnerschaft ebenfalls
um die Themen Varianten-Management,
Kalibrierung von Steuergeräten und um
die Harmonisierung an das Field Bus Exchange Format (FIBEX).
Darüber hinaus definiert Release 4.0
über 4100 Elemente von Anwenderschnittstellen aus den Fahrzeugbereichen Karosserie/Komfort, Antriebsstrang, Fahrwerk, Insassen-/Fußgängerschutz, HMI und Telematik/Multimedia.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Thema Sicherheit, da in Release 4.0 Verschlüsselungsalgorithmen
integriert
wurden, um eine ungewollte Modifikation der Software in den Steuergeräten zu
verhindern.
Bild 2: Wie bei der
Standardisierung
durch Autosar verfolgt Genivi das
Ziel, eine Middleware zu erstellen,
die einheitliche
Komponenten und
Schnittstellen enthält und damit individuelle Lösungen einzelner Unternehmen ablöst.
Standardisierung
beim Car-Infotainment
Infotainment-Systeme für das Auto sind
in Zukunft nur dann wirtschaftlich,
wenn sie wie im Bereich der Steuergeräteentwicklung ebenfalls auf standardisierten Plattformen aufsetzen, die übergreifend von Herstellern und Zulieferern
eingesetzt und wiederverwendet werden. Ähnlich wie Autosar arbeitet Genivi
an einer Verkürzung der Entwicklungszeit und einer Wiederverwendbarkeit
von Softwarekomponenten.
Auf der Basis von Linux als offenes
Betriebssystem im Car-Infotainment arbeitet die Genivi-Allianz an einer offenen
Plattform für eine standardisierte Auto-
se MOST bereitstellen sowie ebenfalls
FlexRay unterstützen.
Unterschiede
Wie bei der Standardisierung durch Autosar verfolgt Genivi das Ziel, eine
Middleware zu erstellen, die einheitliche
Komponenten und Schnittstellen enthält
und damit individuelle Lösungen einzelner Unternehmen ablöst. Prinzipiell bestehen aber zwischen Autosar und Genivi unterschiedliche Anforderungen im
nichtfunktionalen Bereich. Dazu gehören die Funktions- und Zugriffssicherheit, die Systemstabilität und der RessourZur Integration von Head-Units in das
cenbedarf. Während
ECU-Netzwerk sind auch beim In-CarAutosar
Cross-Domain-Funktionen wie
Infotainment CAN-Kommunikation,
Diagnose,
Flashing,
Flashen und Diagnose gefragt
Logging und Tracing
standardisiert, widmet
sich Genivi den Multimedia-Domains,
mobil-Infotainment-Plattform. Linux für
die auf unterschiedlichen Software-ArFahrzeug-Infotainment benötigt einen
chitekturen beruhen. Die Cross-DomainSatz von Standardfunktionen, die eleFunktionen können innerhalb des Genimentare Voraussetzung für Car-Infotainvi-Software-Stack zum Einsatz kommen.
ment ist.
Zu den Bestandteilen der Genivi-PlattEine der wichtigen Anforderungen
form gehören Linux-basierte Dienste,
komplexer Infotainmentsysteme ist die
Middleware und offene Application-LaySkalierbarkeit von Infotainment-Funker-Interfaces. Aufbauend auf diesem Frationen über verschiedene Produkt-Varimework sind die Automobilhersteller
anten hinweg. Zusätzlich muss Linux für
und Zulieferer in der Lage, eine endgültiCar-Infotainment Anschlussmöglichkeige Differenzierung vorzunehmen, um
ten für die Interoperabilität mit Netzsich am Markt vom Wettbewerb beiwerkstandards wie CAN beziehungswei-
spielsweise durch neue Dienste oder das
endgültige Erscheinungsbild abzuheben.
Aus diesem Grund hat die Genivi Allianz
in das Basis-Framework keinerlei
Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs)
oder Applikations-Logik implementiert.
Autosar und Infotainment
auf einer Hardware
Zur Integration von Head-Units in das
Netzwerk der Automotive-Steuergeräte
ist es notwendig, dass auch In-Car-Infotainment-Anwendungen Funktionen wie
Diagnose, Flashen und CAN-Kommunikation ausführen. Hierzu werden die entsprechenden Autosar-Softwaremodule
mit Adaptionsschichten in die Infotainment-Anwendungen auf derselben Hardware integriert. Auf diese Weise lässt sich
Linux-basierte Open-Source-Software in
einer automobilen Umgebung integrieren. Damit decken die beiden Standards
Autosar und Genivi lückenlos die gesamte
Bandbreite von Software-Anwendungen
im Automobil ab.
Simon Fürst ist Autosar-Projektleiter bei der
BMW AG und Autosar-Sprecher
infoDIRECT
Link zu Autosar und Genivi
322AEL0110
41
Grafiken: Autosar/Genivi
BETRIEBSSYSTEME
VERNETZUNG
Der Weg zum „vernetzten“ Auto
Viele Autos sind mittlerweile mit iPods, Mobiltelefonen und anderen persönlichen elektronischen
Geräten vernetzt. In naher Zukunft werden sie auch an das Internet, andere Fahrzeuge und Systeme
entlang der Straße angeschlossen sein. Dieser TREND HIN ZUR UNIVERSELLEN CONNECTIVITY bietet
Autoherstellern und -zulieferern neue Chancen, stellt sie aber auch vor große Herausforderungen.
E
ndverbraucher möchten beispielsweise ihre MP3-Player und Mobiltelefone auch während der Fahrt
verwenden, um dauerhaft mit Internetportalen wie Facebook verbunden zu
sein. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis sie
ihr Auto als Erweiterung dieses „vernetzten“ Lebensstils betrachten. Für Automobilhersteller ist klar: Schaffen sie es,
dass der Konsument sicher, zuverlässig
und im Rahmen geltender Gesetze vernetzt ist, differenzieren sie ihre Marke
und stärken die Kundenbindung.
Hier gibt es allerdings einige Hürden:
Vergehen in der Unterhaltungselektronik
6 bis 18 Monate bis ein neues Produkt auf
den Markt kommt, so kann es in der Automobilindustrie oftmals drei Jahre und
länger dauern, da sie in den Herstellungsprozess des Fahrzeugs eingeplant und
umfangreicheren Tests und Bewertungen unterzogen werden müssen. Zudem
muss das In-Car-System, das sich mit persönlichen Elektronikgeräten verbindet,
mindestens 10 Jahre aktuell bleiben.
Aber wie kann dieses Dilemma gelöst
werden, wenn der MP3-Player von heute
das 8-Spur-Gerät von morgen ist?
Die Lösung: Modularität
Lösung für einige dieser Probleme ist die
Implementierung modularer erweiterungsfähiger Softwarearchitekturen. In
anderen Fällen können Inhalte und Applikationen aktuell gehalten werden, indem Ingenieure die Funktionalität von
den Embedded-Modulen auf das Internet
übertragen. Zum Beispiel können Datenbanken für Navigationssysteme, Metadatenquellen für Musik und die nachgelagerte Spracherkennung auf sich ständig aktualisierenden Servern laufen. Das
ist effektiver als teure DVD-Updates oder
die Neuprogrammierung von SchachtModulen. Ein Remote-Server bietet viele
Möglichkeiten, wie Streaming-Media,
Downloads von Applikationen und Verkehrsnachrichten in Echtzeit integriert in
Navigationsdienste, die sich nur mit fahrzeugeigenen Ressourcen schwer oder
unmöglich implementieren ließen.
Auch die Wirtschaft treibt die Connectivity in Fahrzeugen an. Der Druck,
Entwicklungskosten zu senken und das
Produkt schnell auf den Markt zu bringen, ist so groß wie nie zuvor. Inzwischen
treibt die steigende Komplexität den pro-
zentualen Anteil der Software-Entwicklungskosten an den Gesamtkosten des
Autos in die Höhe. Daher müssen Autohersteller neue Wege finden, um die Materialkosten zu senken und den Software-Entwicklungsprozess zu optimieren. Eine verbesserte Connectivity kann
die Markteinführung beschleunigen und
Embedded-Ingenieure entlasten, indem
ein Teil der Komplexität von Internetdiensten übernommen wird. Für Automotive-OEMs erschließen sich dadurch
tatsächlich neue Einkommensquellen.
Die Vielfalt der Connectivity
Autos können unterschiedlich „vernetzt“
sein – und zwar mit dem Internet (Cloud),
mit tragbaren Geräten, innerhalb des
Fahrzeugs und mit der Umgebung:
Cloud
Bei der Vernetzung mit dem Internet bezieht das In-Car-System fast alle Funktionalitäten von Amazon, Google, Twitter
oder anderen internetbasierten Diensten.
Dafür benötigt das System ein Netzzugangsgerät (NAD) und ein kabelloses
Netzwerk mit nahezu vollflächiger Abdeckung. Je nach Anwendung reichen die
Netzwerkanforderungen
von
der
2.5G-Zellular- bis hin zu kabelloser Breitbandtechnologie wie 4G oder Long Term
Evolution (LTE).
Vernetzt mit tragbaren Geräten
Bild 1: Der persönliche Lebensstil der Käufer, wirtschaftlicher Druck und die Forderung, sich auf
dem Markt abzugrenzen, zwingen Autohersteller, verschiedene Vernetzungsformen zu implementieren.
42
Zur Vernetzung mit tragbaren Geräten zählen die Vernetzung mit
iPods, Zunes, Geräten mit
PlaysForSure/MTP (Media
Transfer Protocol), USBSpeichergeräten, mobilen
Navigationsgeräten (PNDs)
und
Bluetooth-Kopfhörern. Es schließt auch die
Verbindung zu einem Mobiltelefon (typischerweise über
Bluetooth), das als NAD für den Internetzugang fungiert, mit ein. Diese Telefonverbindung könnte Media-Streaming
unterstützen sowie GPS-Lagedaten, Telefonbuchkontakte und Terminmanagement bereitstellen.
VERNETZUNG
Vernetzung innerhalb des Fahrzeugs
Bei der Vernetzung innerhalb des Fahrzeugs sind Vernetzungen zwischen der
Mittelkonsole, Unterhaltungssystemen
der Rücksitze, dem digitalen Armaturenbrett und anderen In-Car-Modulen bemeint. So können die Module beispielsweise Multimedia im Fahrzeug verteilen.
Ein solcher Datenverkehr mit hoher
Bandbreite übersteigt die Kapazität des
CAN-Bus und benötigt letztendlich ein
Hochgeschwindigkeits-MOST-Netzwerk
oder sogar Ethernet-basiertes Audio/Video-Bridging (AVB).
Vernetzt mit der Umgebung
Zur Vernetzung mit der Umgebung gehört die Kommunikation von Fahrzeugen untereinander oder zwischen Fahrzeug und Straße, um einerseits Verkehrsunfälle zu vermeiden oder andererseits
den Verkehr zu regeln. Warnungen des
Spurassistenten, Alarm bei Ermüdungserscheinungen des Fahrers und andere
Fahrerassistenztechnologien
gehören
ebenso in diese Kategorie wie Einparkhilfen oder der adaptive Tempomat.
Gerätetests
Autohersteller müssen mit verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten dieser
Vernetzungsarten arbeiten, wobei jede
neue Herausforderungen mit sich bringt.
Das Durchführen von Kompatibilitätstests ist bei der ständigen Flut an neuen
Endanwendergeräten eine ebenso große
Aufgabe wie das Aktualisieren der InCar-Systeme in einer Art und Weise, dass
sie mit diesen neuen Geräten arbeiten
können. Um Schritt zu halten, können
OEMs externe Unternehmen beauftragen, die auf Kompatibilitätstests spezialisiert sind. Zudem brauchen sie eine
Schnittstelle, mit der sich Software-Updates schnell kabellos durchführen lassen.
Hardware-Redundanz
Verschiedene Fahrzeugkonfigurationen
und -serien können für redundante
Hardware sorgen und so steigende Kosten verursachen. Ein Bluetooth-Modul
beispielsweise, das in einer kompletten
Fahrzeugserie verbaut ist, kann ebenso in
einer optionalen Add-In-Box zum Einsatz kommen, die unterschiedliche Fahrzeugserien unterstützt. Dies kann zu
Fahrzeugkonfigurationen mit doppelten
Bluetooth-Modulen führen. Ähnliche Situationen können bei USB-Ports, SDCard-Schnittstellen und Festplatten auftreten. Auch können mehrere Softwarequellen, wie etwa eine Datenbank, im
Auto auftreten, welche die Prozessorauslastung, die Flash- und RAM-Größe so-
Automotive head unit
Smartphone
PND
MP3 player
USB stick
Bild 2: Durch die Kombination
der Vernetzung zum Internet
(Cloud) mit der zu tragbaren
Geräten, kann das Auto-Infotainment-System bereinigte
Metadaten wiedergeben und
der Autobesitzer Musik herunterladen und kaufen.
Alle Grafiken: QNX
wie die Lizenzgebühren der Software in
die Höhe treiben. Um solche Dubletten
zu minimieren, müssen Autohersteller
die Fahrzeugsoftware sowie die Hardwarearchitektur ganzheitlich betrachten.
Mit Technologien wie QNX Transparent
Distributed Processing können Systeme
die Hardware-Ressource wechselseitig
über Peer-to-Peer-Verbindung transparent
nutzen und so Dubletten reduzieren.
die Test- und Validierungsbelastung. Autohersteller können dies umgehen, indem sie ein Partitionierungssystem nutzen, das die neuen Komponenten in einem eigenen Segment isoliert und diese
somit keinen Einfluss auf das restliche
System haben. Zum Beispiel kann ein
Systementwickler eine Zeitpartition für
Downloads einrichten, die diesen Applikationen nicht mehr als 10 % der CPU
zuweist.
Fließende Grenzen der Kategorien
Die Grenzen zwischen Freisprech-, Telematik-, Infotainment- und Navigationssystemen sind fließend und können bei
den firmeninternen Zuständigkeitsbereichen und der Entwicklung der entsprechenden Produkte für Verwirrung sorgen. Jedoch können Autohersteller und
-zulieferer durch den Einsatz einer Standardsoftware als Basis für ihre Applikationsplattform die Entwicklung in verschiedenen Bereichen und Projekten
wiederverwenden. Dafür müssen sie sicherstellen, dass sich die Softwarebasis
sowohl auf teure als auch auf günstige
Hardware portieren lässt.
Sicherheit gewährleisten
Wie können Autohersteller dem Fahrzeug neue Funktionen hinzufügen, ohne
dabei den Fahrer abzulenken? Die Lösung ist eine sachgerechte Benutzeroberfläche (HMI). Zum Beispiel halten AudioPrompts (Text zu Sprache) und Spracherkennung die Augen des Fahrers auf der
Straße. Unterstützt wird dies durch grafische Touchscreens mit einer intuitiv gestalteten Bedienung sowie einem leicht
verständlichen Aufbau.
Validierung von Software-Updates
Die meisten Softwaresysteme sollen in
ihrer endgültigen Konfiguration validiert, sprich gründlich überprüft und getestet werden. Doch wenn der Benutzer
in der Lage ist, selbständig Updates und
neue Applikationen herunter zu laden,
dann kann dies zu einer Vielzahl möglicher Softwarekombinationen führen, die
nicht alle getestet werden können. Bereits zwei heruntergeladene Applikationen haben vier mögliche Konfigurationen zur Folge und vervierfachen dadurch
Entwicklungszeit und Differenzierung
Wo immer möglich, sollten OEMs eine
Softwareplattform mit so vielen vorintegrierten Bausteine wie möglich einsetzen, um so die Entwicklungszeit zu verkürzen.
Autohersteller und -zulieferer müssen
sich auf die Bereiche mit dem größten Effekt für den Anwender konzentrieren.
Middleware-Bausteine
(Multimedia,
Grafik, Datenbanken etc.) selbst zu entwickeln, wenn sie als Serienprodukt zu
kaufen sind, ist unwirtschaftlich. Besonders dann, wenn der Entwicklungsaufwand besser für Aktivtäten verwandt
würde, die einen Mehrwert bringen, wie
etwa die Differenzierung des HMI.
Software-Kosten
Die Versuchung, auf Open Source zu setzen ist groß, aber Autohersteller und -zulieferer sollten nicht an der falschen Stelle sparen. Kosten durch Juristen, Lizenzierungsanforderungen, zusätzliche Entwicklungsressourcen,
kommerzielle
Komponenten und so weiter können die
Vorteile durch den Einsatz scheinbar
„kostenloser“ Software zunichte machen. Eine genaue Analyse der Gesamtkosten ist ein absolutes Muss.
Lösen Unternehmen den Großteil dieser Probleme schnell und kosteneffizient,
dann können sie sich gut positionieren
und vom vernetzen Auto profitieren.
Andy Gryc arbeitet bei QNX Software Systems
infoDIRECT
Link zu QNX
347AEL0110
43
ELEKTROMOBILITÄT
Funktionale Sicherheit
in Elektrofahrzeugen
Mit Einführung der neuen Norm ISO 26262 werden die Sicherheitsanforderungen
deutlich formeller als bisher, aber auch schärfer eingegrenzt und klarer definiert.
Dabei müssen formell validierte Systeme und Wiederverwendung bestehender
Lösungen kein Widerspruch sein. Generische Sicherheitsmodule in Hardware und
Software können hier bewährte Realisierungen ergänzen.
44
forderung liegt darin, alle potentiellen
Gefahren und Risiken im verteilten System vorab richtig einzuschätzen und geeignete Maßnahmen zur Risikominimierung umzusetzen.
Um diese Aufgabe zu bewältigen ist eine genaue Analyse des Systems sowie Erfahrung notwendig, denn der Begriff umfasst nicht nur einen Teilbereich des Fahrzeuges. Er ist vielmehr interdisziplinär zu
betrachten und erstreckt sich somit über
alle Bereiche wie zum Beispiel die Mechanik, Hydraulik, Pneumatik, Elektrik,
Elektronik und programmierbare Elektronik. Obwohl die ISO 26262 funktionale Sicherheit nur für E/E-Systeme behandelt, bietet sie einen von der Technologie
unabhängigen Rahmen zur Betrachtung
sicherheitsrelevanter Systeme. Dazu zählen unter anderem der automotive-spezifische risikobasierte Ansatz zur BeDie ISO 26262 verwendet den Begriff funktiostimmung
der
nale Sicherheit für das Nichtvorhandensein von
ASIL-Einstufung
und die Anfordeunangemessenen Risiken ... im E/E-System.
rungen an den Sicherheitslebenszyklus, insbesondere die Anforderungen
(controllability) abzuschätzen. Daraus
an das Management, die Entwicklung,
lässt sich dann für jede Gefahr die ASILProduktion, Betrieb, Service, etc.
Einstufung ermitteln, welche den betrefDie ISO 26262 verwendet den Begriff
fenden Teilsystemen zuzuordnen ist. Mit
funktionale Sicherheit für das Nichtvorsteigendem ASIL erhöhen sich auch die
handensein von unangemessenen RisiAnforderungen an die funktionale Siken verursacht durch Gefährdungen, die
cherheit, welche zusätzlich zu den üblidurch fehlerhaftes Verhalten im E/E-Syschen hohen Qualitätsanforderungen des
tem hervorgerufen werden.
Systemherstellers erfüllt werden müssen.
und Ausfallarten innerhalb des zu betrachtenden Systems, durch welche potentiell gefährliche Situationen entstehen können. Im Anschluss daran findet
die Klassifizierung jeder Gefahr in eine
Sicherheitsanforderungsstufe
(Automotive Safety Integrity Level, ASIL) von
A bis D statt, wobei A die niedrigste und D
die höchste Sicherheitsstufe darstellt.
Die Projektanforderungen bezüglich
funktionaler Sicherheit sind abhängig
vom in der G&R identifizierten ASIL.
Strenger als etwa bei der IEC 61508 richtet
sich die Risikoeinschätzung in der ISO
26262 nach einer festgelegten, qualitativen und quantitativen Methodik. Zu jeder
identifizierten Gefahr ist einzeln der Verletzungsgrad (severity), die Häufigkeit der
Situation (exposure) und die Beherrschbarkeit der Situation durch den Fahrer
Funktionale Sicherheit
interdisziplinäre betrachtet
Der erste Teil der ISO 26262 definiert Sicherheit als das Nichtvorhandensein von
unangemessenen Risiken. Als funktionale Sicherheit bezeichnet man jenen Teil
der (Gesamt)-Sicherheit, der vom korrekten Betrieb eines System oder Equipments abhängt. Die Schwierigkeit, funktionale Sicherheit zu gewährleisten, lässt
sich daraus bereits erkennen: Die Heraus-
Herausforderungen funktionaler
Sicherheit im Elektrofahrzeug
Das Thema funktionale Sicherheit, ihre
Umsetzung und Gewährleistung tritt
auch im Rahmen der Entwicklung von
Elektrofahrzeugen (EVs) immer stärker
in den Fokus der Diskussion. Zur Zeit sind
bereits zahlreiche prototypische Lösungen und Kleinserien auf dem Markt verfügbar, die eine nicht unerhebliche An-
Bild: © Tom Glue – Fotolia.com
V
oraussichtlich im Jahr 2011 tritt
die derzeit in Abstimmung befindliche ISO 26262 als verbindliche
Sicherheitsnorm in Kraft. Diese Norm definiert für elektrische und elektronische
(E/E) Systeme anwendungsgerecht
funktionale Sicherheit. Der Beschluss zur
Festlegung dieses automobilspezifischen
Sicherheitsstandards wurde im Jahr 2003
von der FAKRA und dem VDA gefasst.
Dem folgte einige Jahre später die Gründung der ISO Working Group unter der
Leitung von BMW.
Die zukünftige Norm ist an die branchenübergreifende IEC 61508 angelehnt
und berücksichtigt z. B. sowohl den von
Industrieprojekten abweichenden Sicherheitslebenszyklus als auch die Tatsache, dass sicherheitsrelevante und nicht
sicherheitsrelevante Funktionen im Automobilbereich oft ineinander greifen
und sich daher nicht mehr einfach voneinander abgrenzen lassen. Ziel der ISO
26262 ist es dabei auch, eine bessere Verständlichkeit für sicherheitsrelevante
Funktionen zu schaffen und den Interpretationsspielraum möglichst schmal zu
halten. Für sicherheitsrelevante Systeme
ist der „Stand der Technik“ einzuhalten.
Darunter versteht man „das entwickelte
Stadium der technischen Möglichkeiten
zu einem bestimmten Zeitpunkt, soweit
Produkte, Prozesse und Dienstleistungen
betroffen sind, basierend auf entsprechenden gesicherten Erkenntnissen von
Wissenschaft, Technik und Erfahrung“
(Quelle: DIN EN 45020:2006).
Allerdings wird die Technik durch die
Etablierung einer neuen Norm nicht automatisch auf den nächst höheren Entwicklungsstand gehoben. Die technische
Weiterentwicklung und Adaptierung der
sicherheitsrelevanten Funktionen basiert
idealerweise auf den neuen Vorgaben,
beispielsweise die in der Norm klar beschriebene Durchführung einer (G&R)
zu Beginn der Entwicklung. Dabei erfolgt
eine Betrachtung aller Betriebszustände
Grafik: TTTech
ELEKTROMOBILITÄT
Bild 1: Sicherheitskonzept
für den elektrischen Antriebsstrang.
zahl von neuen Komponenten in der
Fahrzeugarchitektur beinhalten.
Die Einführung von Elektro- und Hybridfahrzeugen bringt auch neue Sicherheitsanforderungen mit sich. So ist es beispielsweise durchaus denkbar, dass der
Elektromotor beim Anfahren in die falsche Drehrichtung dreht – ein Fehlerfall,
der bei einem Verbrennungsmotor konstruktionsbedingt ausgeschlossen werden kann. Auch werden Beschleunigung
und Verzögerung des Fahrzeuges bei
Elektrofahrzeugen durch die elektronische Ansteuerung des Elektromotors
zumeist ohne Kupplung bewirkt; damit
entfällt die Möglichkeit des Fahrers, das
Motormoment auf direktem Weg mechanisch zu trennen. Schließlich ist auch das
Argument der Betriebsbewährtheit meist
nicht anwendbar, weil es sich entweder
um neue Systeme handelt oder sich bei
bisher bewährten Systemen nun die Rahmenbedingungen geändert haben.
Klassifiziert man den Bereich des elektrischen Antriebssystems nach ISO 26262,
dann erfordern die meisten einmotorigen
Konzepte eine Entwicklung und Absicherung entsprechend ASIL-C. Mehrmotorige Konzepte mit Auswirkung auf die
Querdynamik entsprechen mitunter sogar ASIL-D, also dem höchsten Sicherheitslevel der ISO 26262.
Die Beherrschung der möglichen Fehlerfälle hinsichtlich der Leistungselektronik und des Elektromotors ist durch besondere Vorkehrungen im Bereich des
Umrichters geschickt lösbar. Bild 1 zeigt
als Beispiel eine Kette von Komponenten
in einem Elektro-Antriebsstrang. Nach
der Ermittlung des Fahrerwunsches in
der Vehicle Control Unit (VCU) wird das
Soll-Moment Msoll an den Umrichter
übertragen, welcher den Leistungsfluss
von der Batterie zum Motor (Antriebsfall) und in der Gegenrichtung (Rekupe-
ration) regelt. Das tatsächliche an der
Welle des Elektromotors wirkende IstMoment Mist wird mit Hilfe einer im Umrichter integrierten Safety Unit ermittelt
und überwacht. Über vorgesehene Abschaltpfade wird bei einer unzulässigen
Abweichung zwischen Soll- und Ist-Moment der sichere Zustand (kein aktives
Moment an der Welle des Elektromotors)
eingenommen. Damit wird die Absicherung des Antriebsstrangs nach ISO 26262
durch eine modulare nachrüstbare Safety
Unit gewährleistet. Die Sicherheitsvalidierung ist somit weitgehend unabhängig von der konkreten Realisierung des
Umrichters sowie des Elektromotors, und
sie erlaubt deren schlanke Weiterentwicklung und Fahrzeuganpassung.
Modulare Safety-Plattform
Unabhängig von der Anwendung im EV
sind durch Software umgesetzte Sicherheitskonzepte von allgemeiner Bedeutung im Automobilbereich. Aus Kostenund Komplexitätsgründen ist es vorteilhaft, sicherheitsgerichtete und nicht sicherheitsgerichtete Funktionen auf demselben Steuergerät zu integrieren. Die Sicherheitskonzepte hierfür sind in jedem
Fall nach ISO 26262 auszulegen.
Allgemein gültige Basisanforderungen, die in jedem Sicherheitskonzept berücksichtigt werden müssen, sind dass
einzelne Fehler (etwa durch zufällig
auftretende Hardwareausfälle) nicht
zum Verlust der Sicherheitsziele führen können,
derartige Fehler detektiert werden
müssen, wobei als Systemreaktion der
zuvor ermittelte sichere Zustand einzunehmen ist,
zwei unabhängige Abschaltwege dafür
erforderlich sind und
die Einzelkomponenten beziehungsweise (Teil)-Systeme mit Sicherheits-
funktionen gemäß der zugehörigen
ASIL-Einstufung entwickelt werden.
Dabei muss die gegenseitige Beeinflussung von sicherheitsgerichteten und
nicht sicherheitsgerichteten Funktionen
ausgeschlossen und die Rückwirkungsfreiheit sichergestellt werden. OEMs und
Tier1s werden formell validierte, aber
dennoch modulare Lösungen benötigen,
um diese Funktionen in dem durch Zeitund Kostendruck geprägten automotiven Umfeld umsetzen zu können.
TTTech Automotive GmbH hat bereits
ein derartiges, validiertes Sicherheitskonzept für durch Software implementierte
Sicherheitsfunktionen erstellt, welches einen kostengünstigen und vor allem kundenspezifischen Lösungsansatz verfolgt
und den zukünftig absehbaren Anforderungen der Norm ISO 26262 entspricht.
Dieses als modulare Safety-Plattform
bezeichnete Sicherheitskonzept für Basis-Software besteht aus frei wählbaren
generischen Building Blocks und erlaubt
die gemeinsame Implementierung sicherheitsrelevanter und nicht-sicherheitsrelevanter Software auf der gleichen
CPU. Die modulare Software ist in Autosar integrierbar und ermöglicht die Nutzung bereits bestehender (nicht nach
ASIL entwickelter) Legacy-Komponenten. Dadurch kann der Anteil nach ASIL
zu entwickelnder Software auf wenige
neue sicherheitsrelevante Funktionen
beschränkt werden. Der notwendige
Aufwand zur Erreichung funktionaler Sicherheit wird stark reduziert.
Bernhard Gstöttenbauer und Sandra Stangl
arbeiten als Project Engineer bzw. im ProduktMarketing bei der TTTech Automotive GmbH.
infoDIRECT
Link zu TTTech
348AEL0110
45
ELEKTROMOBILITÄT
E-Motoren:
HiL-Test mit voller Leistung
Mit elektronischen Lasten lassen sich Steuergeräte für elektrische Antriebsmotoren auch im
höheren Leistungsbereich bis 100 kW OHNE AUFWÄNDIGE PRÜFSTÄNDE zusammen mit ihrer
Leistungselektronik im Hardware-in-the-Loop-Betrieb testen.
D
ie zukünftig zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs erfordert die Entwicklung neuer
elektrischer Antriebs- und Regelungskonzepte. Die hierfür notwendigen Steuergeräte und Regelalgorithmen werden
deutlich komplexer, aber Tests der neuen
innovativen Technologien an Prüfständen und Prototypfahrzeugen sind kostenund zeitaufwändig. Deshalb setzen
die Entwickler während der gesamten
Entwicklung modellbasierte Entwicklungsverfahren ein.
Für den Test der Steuergeräte und insbesondere ihrer Software hat sich dabei
sowohl bei den Zulieferern als auch bei
den Fahrzeugherstellern die Hardwarein-the-Loop-Simulation (HiL) als Stan-
46
dardwerkzeug in der Elektronikentwicklung etabliert. Am HiL-Simulator erfolgt
der Test einzelner Software-Funktionen,
kompletter Steuergeräte oder ganzer
Steuergerätenetzwerke.
Dabei werden dem zu testenden Steuergerät elektrische Sensorsignale vorgegeben, die in Echtzeit aus einem dynamischen Simulationsmodell der Steuergeräteumgebung (Regelstrecke) erzeugt
werden. Die Ausgangssignale des Steuergeräts werden als Reaktion auf die Eingangssignale ebenfalls elektrisch eingelesen und dienen dem Simulationsmodell
als Eingangssignale. Somit kann das
Steuergerät am Labortisch so betrieben
werden, als wäre es in einem echten
Fahrzeug verbaut.
Simulation eines Elektromotors
auf Leistungsebene
Sollen beim HiL-Test eines elektrischen
Antriebssystems auch die Leistungsendstufen einbezogen werden, reicht ein Test
auf Signalebene nicht aus. Neben dem
Betrieb des echten Antriebsmotors auf einem Prüfstand bietet sich die Simulation
des E-Motors auf elektrischer Leistungsebene an. Hierbei simuliert der HiL-Tester dem Steuergerät durch Nachbildung
der realen Klemmenspannungen und
-ströme das elektrische Verhalten des
realen Motors. Im Vergleich zum Betrieb
eines mechanischen Antriebsprüfstandes
ist ein rein elektrischer Prüfstand einfacher und sicherer zu betreiben. Tests
sind schon in einem sehr frühen Stadium
Alle Grafiken: dSPACE
ELEKTROMOBILITÄT
Bild 1: Elektronischer Lastemulator zur Simulation eines Elektromotors
an der Leistungsschnittstelle.
möglich – auch wenn der reale Antriebsmotor noch nicht verfügbar ist. Zudem ist
auch die Simulation unterschiedlicher
Motortypen möglich. Im Gegensatz zu
mechanischen Prüfständen besteht keine
Einschränkung bei dynamischen Vorgängen. So sind zum Beispiel auch harte mechanische Fehler im Antriebssystem darstellbar.
Der hier vorgestellte elektronische
Lastemulator deckt Spannungen von
mehr als 600 V und Leistungen von bis zu
100 kW ab, so dass er sich für die HiL-Simulation aktueller und zukünftiger elektrischer Antriebssysteme eignet.
Funktionsprinzip
des elektronischen Lastemulators
Beim elektronischen Lastemulator werden als veränderliche aktive Anteile lediglich die in den Motorwicklungen induzierten Spannungen uEMK emuliert,
während das induktive Verhalten der
Motorwicklungen durch äquivalente Ersatzinduktivitäten LMotor nachgebildet
wird. Die induzierten Spannungen uEMK
werden durch ein Elektromotormodell in
Echtzeit berechnet und durch den elektronischen Lastemulator umgesetzt (Bild 1).
Zur Nachbildung der veränderlichen
induzierten Spannungen uEMK wird ein
Wechselrichter mit nachgeschaltetem
Filter verwendet. Die Endstufe des Wechselrichters wird derart angesteuert, dass
die in einem echten Elektromotor induzierten Spannungen an den im Stern geschalteten Kondensatoren des Filters entstehen. Wegen der relativ niedrigen Dynamik der induzierten Spannungen uEMK
reicht zur Nachbildung eine Schaltfrequenz der Wechselrichterstufe aus, die in
der Größenordnung der des Steuergeräts
entspricht.
Die Anschlüsse des Steuergeräts zur
Hochvoltbatterie sind für die Simulation
direkt mit dem Zwischenkreis des Wech-
Bild 2: HiL-Gesamtsystem mit elektronischem Lastemulator
selrichters gekoppelt, so dass die Endstufe des Wechselrichters die vom Steuergerät abgegebene Leistung im Fall eines simulierten motorischen Betriebs direkt
zurückspeisen kann. Im simulierten generatorischen Betrieb kann die vom
Steuergerät aufgenommene Leistung
entsprechend an den Umrichter zurückgeführt werden, so dass in keinem simulierten Betriebsfall Energie in die Simulation der Hochvoltbatterie zurückgespeist
werden muss. Das zur Batteriesimulation
verwendete Netzgerät muss lediglich die
auftretenden Verluste decken, so dass ein
1-Quadranten-Netzgerät mit zirka 20%
der zu simulierenden Steuergeräteleistung ausreicht.
Realisierung des elektronischen
Lastemulators
Da als Schaltfrequenz der Wechselrichterstufe 10 bis 20 kHz genügen, kann ein
Gerät aus der industriellen Antriebstechnik zum Einsatz kommen. Neben niedrigen Kosten bieten solche Seriensysteme
auch Vorteile in Bezug auf die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit, da zahlreiche Überwachungsfunktionen integriert sind und die Geräte sich bereits im
Feld bewährt haben.
Das Elektromotormodell zur Berechnung der induzierten Spannungen ist
mittels Simulink auf einem dSPACEEchtzeitsystem implementiert. Eine zusätzlich auf dem Echtzeit-Prozessor implementierte Regelung für den elektronischen Lastemulator stabilisiert die abzubildende induzierte Spannung und berechnet die notwendigen Tastverhältnisse für die Umrichteransteuerung.
Als zusätzliche Modellkomponenten
kann zum Beispiel der Antriebsstrang simuliert werden. Entsprechend den projektspezifischen Anforderungen wird das
Echtzeitsystem um verschiedene Sensorund Aktuatorsimulationen ergänzt. Für
ein Hybridsteuergerät ist dabei im Allgemeinen zumindest eine geeignete Simulation eines Drehzahlsensors (z. B.
Resolver) notwendig.
Anwendungen
Das Konzept des elektronischen Lastemulators ist auf die Simulation aller Motortypen anwendbar, wobei der Motor in
seinen physikalischen Eigenschaften wie
Motorinduktivität, Drehmomentbildung
und aufgenommener Motorleistung
weitgehend real nachgebildet wird.
Durch die Verwendung von Industrieumrichtern, die als Seriengeräte in unterschiedlichen Leistungsklassen verfügbar
sind, kann der elektronische Lastemulator individuell an Kundenanforderungen
angepasst werden. Leistungen bis 100
kW sind bei Betriebsspannungen bis 800
V möglich. Durch unterschiedliche Elektromotormodelle in Verbindung mit variablen Antriebsstrangmodellen lassen
sich beliebige Hybrid- oder Elektrofahrzeug-Konfigurationen simulieren. Darüber hinaus ist das Konzept auch für diverse industrielle HiL-Anwendungen geeignet.
Dr. Thomas Schulte (links), Nils Holthaus
(Mitte) und Markus Plöger (rechts) arbeiten
bei dSPACE in Paderborn – und zwar als
Teamleiter, Applikationsingenieur beziehungsweise als Gruppenleiter im Bereich HiLSysteme.
infoDIRECT
Link zu dSPACE
346AEL0110
47
NEUE PRODUKTE
Grafik: International Rectifier
MOSFETs mit besonders niedrigem On-Widerstand
International Rectifier (IR) hat die beiden
neuen AEC-Q101-qualifizierten DirectFET2-Power-MOSFETs AUIRF7739L2 und
AUIRF7665S2 für Automotive-Anwendungen auf den Markt gebracht. Der AUIRF7739L2 im neuen großen Bechergehäuse arbeitet nach IR-Angaben mit dem
„branchenweit niedrigsten RDS(on)-Wert
von typisch 0,7 mOhm bei 40V auf einer
gegebenen Leiterplattenfläche“, wobei die
SymTA/S 2.0 nutzt Eclipse
Montagefläche gegenüber einem D2PAK
um 60%, die Bauhöhe sogar um 85% geringer ausfällt. IR denkt besonders an Anwendungen zur Ansteuerung von Schwerlastmotoren einschließlich der elektrischen
Servolenkung (EPS), von Batterieschaltern
und
integrierten
Starter/Alternator(ISA-)Lösungen in Mikro-Hybridfahrzeugen sowie in Fahrgestell-, Fahrwerks- und
Antriebsstrang-Systemen.
Der Baustein AUIRF7665S2 im kleinen Bechergehäuse hingegen ist auf eine sehr geringe Gateladung optimiert und zeigt
niedrigere parasitäre Werte für eine
schnelle und effiziente Schaltleistung, so
dass er besonders für Schaltanwendungen
im Kraftfahrzeug geeignet ist: von Ausgangsstufe in Class-D-Audioverstärkern
über DC/DC-Wandler bis zu Kraftstoffeinspritzsystemen.
infoDIRECT
Link zu IR
Das Symtavision-Tool SymTA/S zur Analyse
und Optimierung vernetzter Echtzeitsysteme wurde komplett überarbeitet und baut
in der neuen SymTA/S Release 2.0 auf Eclipse auf. Vorteile sind neben der standardisierten Benutzeroberfläche und einer nochmals verbesserten Bedienbarkeit vor allem
die einfache Systemkonfiguration und Integrationsmöglichkeiten mit Modellierungswerkzeugen z. B. im Autosar-Umfeld.
infoDIRECT
Link zu Symtavision
353AEL0110
Präzisions-OPVs
Die Hochspannungs-OPVs MAX9943 (Single) und MAX9944 (Dual) von Maxim können unipolar oder bipolar mit Spannungen
zwischen 6 V und 38 V versorgt werden und
benötigen 550 μA Ruhestrom pro Kanal. Die
ICs weisen einen Eingangsoffset von 100 μV
und eine Offset-Temperaturdrift von 0,4
μV/°C auf, während das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt 2,4 MHz beträgt.
376AEL0110
Grafik: Toshiba TEE
MCU zur SIL3– und ASILD-Zertifizierung
Toshiba Electronics Europe (TEE) bietet jetzt
einen Mikrocontroller an, der nach SIL3 und
ASILD zertifiziert werden kann. Toshibas
SIL3/ASILD-Implementierung arbeitet im
Vergleich zu anderen Lösungen mit einem
kleineren Chip, für den weniger Programmieraufwand erforderlich ist. Die Implementierung basiert auf einer Hardware-Architektur, mit der sich der Aufwand für Sicherheitsmechanismen und auch die Latenzzeit bei
der Erkennung von Ausfällen senken lässt.
Detaillierte Diagnose-Informationen und die
Möglichkeit, Reaktionen nach der Schwere
des Fehlers zu konfigurieren, erlauben neue
Konzepte für eine höhere Systemverfügbarkeit. Auf dem Chip befinden sich auch spezielle Funktionen, um latente Fehler zu vermeiden. Hierzu gehören zum Beispiel ein eingebauter Selbsttest von Überwachungsschaltkreisen oder eine „Scrub-and-Repair“-Funktion gegen Bit-Flips in Speichern.
Der Chip erhielt bereits den Technical-Re-
infoDIRECT
354AEL0110
Link zu Maxim
Akkustrom-Messwiderstand
port-I des TÜV SÜD zur funktionalen Sicherheit entsprechend IEC61508. Das für den Betriebstemperaturbereich von –40 bis +125 °C
spezifizierte IC enthält diverse AutomotivePeripheriefunktionen wie FlexRay und CAN.
Vishay Intertechnology bietet jetzt einen
neuen Akkustrom-Messwiderstand mit 36
W Belastbarkeit im 8518-Gehäuse an. Der
Power-Metal-Strip-Messwiderstand
WSBS8518 ermöglicht extrem kleine Widerstandswerte von 100 μO, 125 μ? und 250 μ?
mit einer Toleranz von 5,0%, einer Induktivität von weniger als 5 nH und einer Thermospannung von unter 3 μV/°C. Der WSBS8518
ist voll-geschweißt und verarbeitet problemlos Dauerströme bis zu 600A.
infoDIRECT
infoDIRECT
Link zu Toshiba
377AEL0110
Link zu Vishay + Datenblatt 355AEL0110
Veränderung im Unternehmen erfolgreich umzusetzen
Mit dem Vector „Change Check“ bietet die
Vector Consulting Services eine Lösung, um
Veränderung im Unternehmen erfolgreich
umzusetzen. Er richtet sich an Unternehmen
aller Branchen und Größen und ist unabhängig
von der vorhandenen Infrastruktur einsetzbar.
Ein einfacher Selbsttest ist zudem kostenlos
per infoDIRECT verfügbar.
48
Der Vector „Change Check“ zeigt frühzeitig die
Risiken auf, die in einer ganz speziellen Situation und Umgebung zu Problemen werden können, aber auch, an welchen Stellen eine Organisation ansetzen muss, um die Veränderung erfolgreich umzusetzen. Im einen Fall hat dies
mit präzisen Zielen zu tun, hinter denen das
Management steht, während in einem ande-
ren Fall eher Kommunikation und Coaching der
Mitarbeiter optimiert werden müssen. Auf
Kundenwunsch erstellt Vector darüber hinaus
eine ROI-Rechnung zu Kosten und Nutzen.
infoDIRECT
Link zum Change Check
396AEL0110
NEUE PRODUKTE
Zur Erfassung, Analyse, Überwachung und
zeitsynchronen Auswertung von FlexRayund CAN-Bussen über eine USB-Schnittstelle dient die USB-Interface-Karte FlexCard
USB von Eberspächer Electronics. Die Karte
lässt sich entweder als reines MonitoringTool oder aber als echter Kommunikationspartner einsetzen: Tritt ein Fehler auf, kann
der Entwickler direkt ins Geschehen eingreifen. Selbst ECUs, die keine Startup-Synchronisations-Frames bereitstellen, können
durch den FlexRay CC, der einen zweiten
Start-up-Synchronisations-Frame
versendet, getestet werden.
Insgesamt stehen 3 CAN-Controller (2*HS,
1*LS) zur Verfügung, die parallel zu einem
FlexRay-Controller ansteuerbar sind. Aufgrund einer gemeinsamen Zeitbasis ist die
zeitsynchrone Zuordnung von FlexRay- und
CAN-Botschaften möglich. Eine mitgelieferte API stellt diverse Funktionen zur Ansteuerung der Busfunktionalitäten bereit.
infoDIRECT www.all-electronics.de
Link zu Eberspächer
356AEL0110
Diversity-Tuner für TV im Auto per DVB-T und ISD B-T
Maxim Integrated Products hat mit dem
MAX2135 einen Diversity-Tuner für ISDB-T
und DVB-T im Automobil auf den Markt gebracht, bei dem zwei Signalpfade an einem
Fractional-n-Synthesizer arbeiten. Der in einem 7 mm x 7 mm großen TQFN untergebrachte Baustein arbeitet im UHF-Bereich
mit einer typischen Rauschzahl von 3,8 dB,
während die Leistungsaufnahme mit einem
beziehungsweise zwei aktiven Signalpfaden 200 mW beziehungsweise 330 mW beträgt. Auf dem Chip befinden sich Tiefpässe
mit Bandbreiten von 4, 6, 7 und 8 MHz.
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Simulation komplexer Raddrehzahl-Signale
Die Raddrehzahl-Simulation RDG-SIM von
Smart Electronic Development generiert die
Signalverläufe aller gängigen Raddrehzahlsensoren für Geschwindigkeiten von 0 bis 300
km/h und einen Radumfang von 1000 bis 2500
mm. Alternativ zu realen Sensoren können damit Steuergeräte im Labor und Prüfumfeld be-
trieben werden – und zwar mit ein bis vier Kanälen, wobei auch der gemischte Betrieb von
verschiedenen Sensortypen möglich ist.
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357AEL0110
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Timing-Analyse vernetzter Systeme
Die neue SymTA/S Release 2.1 Automotive von
Symtavision ermöglicht die End-to-End-Analyse und Optimierung von Netzwerken im Auto. SymTA/S baut auf Eclipse und bietet neben
der standardisierten Benutzeroberfläche eine
virtuelle Netzwerkkonfiguration und vielfältige Analysemöglichkeiten. So lassen sich sämtliche Systemparameter grafisch und über einheitliche Baum- und Tabellenansichten editieren. Die Zwischenablage steht für jede Art
von Daten zur Verfügung und ermöglicht bei-
Universalantenne im Außenspiegel
In Zusammenarbeit mit Volkswagen ist
es HCC gelungen, mit einem modularen
System beim Transporter T5 die Antennen
für alle Dienste AM/FM/TV/DAB sowie
selbst GPS und Telefon in die Außenspiegel zu verlegen. Für die Rundfunkdienste
besteht das Antennensystem dabei aus
zwei wesentlichen Komponenten: Eine
Folienantenne und ein Antennenverstärker sorgen für den Empfang unter allen
Bedingungen. Die verwendete Radioantennenfolie gibt es in zwei Größen. Sie
ist für den weltweiten Rundfunkempfang sowie für DAB (L-Band und BAND III)
ausgelegt. Hierbei passt sich die Folienantenne passt der Form des Außenspiegels an; nur so konnte das Antennensystem trotz der engen Platzverhältnisse integriert werden, ohne die Funktionen des
Grafik: Maxim Integrated Products
FlexRay und CAN per USB
Grafik: Hirschmann Car
Communication
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Radioantennenfolie
GPS Antenne
Telefonantenne
Spiegelglashalterung
spielsweise einen direkten Datenaustausch
mit Excel. Die Analyse des Echtzeitverhaltens
liefert worst-case und statistische Aussagen,
und kann auf ausgewählte Modell-Elemente
fokussiert werden. Ergebnisse werden neben
Tabelle als Gantt-Charts oder als Sequenzdiagramme anschaulich visualisiert.
Radioverstärker
AM/FM/TV/DAB
Außenspiegels zu beeinträchtigen. Das Bild
zeigt die schematische Darstellung der Platzierung der Antennen in den Außenspiegeln
des Transporters T5.
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Car Communication
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49
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11
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11
49
48, 49
29
12
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19, 48
12
3,11, 44
13
48
7, 10,11, 38
48
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