Integration von Funktionalität - AUTOMOBIL

Transcrição

Ausgabe 5/Oktober 2010/ B 61060
www.automobil-elektronik.de
Mechatronik
Software
Management
SENSORIK Breitbandradar im 79-GHz-Band
MESSTECHNIK Komplett-Prüfstand für E-Fahrzeuge
MANAGEMENT Investitionen für das Auto von morgen
Seite 18
Seite 30
Seite 40
Integration von
Funktionalität
Exklusiv-Interview mit Jochen Hanebeck,
President der Automotive Division bei Infineon
Seite 14
rg:
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Lud mehr
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gre t und
n
hko bilitä 42
c
a
F
te
o
Sei
14. E-M
Synchroner HochleistungsDoppel-Boost Regler
100%
Du
Opera ty Cycle
tion
VIN
(4.5V to 38V)
TG1
VOUT1
(Up to 10A)
VBIAS
TG2
LTC3788/-1
BG1
VOUT2
(Up to 10A)
BG2
GND
Unser LTC®3788 ist eine neue Generation von synchronen Doppel-Boost-Reglern mit der Performance und den Eigenschaften,
Schaltkreise mit hoher Stromaufnahme, wie Kraftstoffeinspritzungssysteme und Audio-Leistungsverstärker, zu versorgen.
Seine leistungsstarken N-Kanal-MOSFET-Treiber auf dem Chip liefern einen kontinuierlichen Ausgangsstrom von bis zu 10A
pro Kanal mit Spannungen von bis zu 60V und Wirkungsgraden von über 95%. Der synchrone Betrieb des LTC3788 garantiert
ausgezeichnete thermische Eigenschaften, wodurch das mechanische Design stark vereinfacht wird.
Eigenschaften
• Eingangsspannung: 4,5V bis 38V
- Nach dem Anlaufen bis herab
auf 2,5V
• Ausgangsspannung: Bis zu 60V
• Minimale Eingangs-Welligkeit
• Multiphasen-Betrieb möglich für
höhere Ausgangsströme und kleine
Eingangs-Welligkeit
• Wirkungsgrad bis zu 97%
• Ruhestrom im Standby: 125μA
• Leistungsstarke 1,5Ω-Gate-Treiber
• RSENSE oder Spulen-DCR-Messung
• LTC3787: Einzelner ZweiphasenAusgang
Linear Technology GmbH
+49-(0)89-9624550
Minimaler Temperaturanstieg in den MOSFETs
Kein Kühlkörper oder Luftstrom
Info & kostenlose Muster
www.linear.com/3788
Tel.: +49 (0)89 / 96 24 55-0
Fax: +49 (0)89 / 96 31 47
Kostenlose
DC/DC Controller
Broschüre
www.linear.com/dcdcsolutions
1, 2, 3 & 4 sind Top und Bottom MOSFETs
VIN = 9V, VOUT = 12V, IOUT = 8A (96W)
Max. Temperaturanstieg = 43,7°C
, LT, LTC, LTM, Linear Technology und das Linear-Logo sind
eingetragene Warenzeichen der Linear Technology Corporation. Alle
anderen Warenzeichen sind das Eigentum ihrer jeweiligen Besitzer.
Distributoren
Deutschland Arrow
Farnell InOne
Nu Horizons
Setron
Österreich
Arrow
Farnell InOne
Nu Horizons
Schweiz
Arrow Zürich
Farnell
Nu Horizons
+49-(0)6103-3040
+49-(0)89-61393939
+49-(0)89-92333450
+49-(0)531-80980
+43-(0)1-360460
+43-(0)662-2180680
+49-(0)89-92333450
+41-(0)44-8176262
+41-(0)44-2046464
+49-(0)89-92333450
STANDPUNKT
E
chte Profi-Surfer wissen, dass es
auf Hawaii die höchsten Wellen
gibt, und ein- bis zweimal im Jahrzehnt liefern regelrechte Monsterwellen die „idealen“ Voraussetzungen
dafür, dass der wohl gefährlichste Surfwettbewerb der Welt, „The Eddie“ genannt, stattfindet, was zuletzt im Dezember 2009 der Fall war. Die richtig hohen
Surfwellen gibt es nämlich nur im Winter.
Spätestens diesen Sommer hat eine zwei-
veranstaltung unter dem Motto „E-Mobility: Technologien – Infrastruktur – Märkte“,
die auch für die Lobbyisten sehr interessant ist, weil sich diverse Politiker angesagt haben; die electronica automotive
conference stellt die E-Mobilität in den
Mittelpunkt und in Birmingham bei Detroit findet gar das erste „German American eMobility Forum“ statt.
Es tut sich etwas im Staate Deutschland,
zumal der Halbleiterhersteller Infineon,
Es lebe die E-Welle
te Welle die Inselgruppe erreicht: Die Elektroauto-Welle. Die Lokalmedien feierten
förmlich die Ankunft der ersten Elektroautos, und die nächsten Lieferungen sind bereits mit Festbestellungen restlos vergeben.
E-Autos gibt es bekanntlich derzeit nur
in Kleinstückzahlen. Da ist es auch nicht so
dramatisch, dass es lange gedauert hat, bis
bei den deutschen Unternehmen der Funke übergesprungen ist, aber jetzt arbeiten
alle mit voll durchgesteuerten IGBTs (früher hätten wir gesagt „mit Vollgas“, noch
früher „unter Volldampf“) an der Elektromobilität. Das zeigt allein schon ein Blick
auf die Liste der Tagungen und Messen
(siehe Seite 12), die diesen Herbst stattfinden: Der VDI stellt zum Beispiel das BadenBaden Spezial 2010 komplett unter die Devise „Elektrisches Fahren machbar machen“; die Messe eCarTec in München will
auch die Endverbraucher mit ansprechen;
der VDE organisiert in Leipzig eine Groß-
der sich unter anderem im Bereich E-Mobilität stark engagiert (siehe Interview Seite
14), seinen Umsatz gegenüber dem Vorjahr
um rund 50% steigern konnte. Und auf der
IAA Nutzfahrzeuge waren Busse, 12-Tonner
und Kleintransporter mit Hybridantrieb
nicht nur die Highlights sondern teilweise
auch schon bestellbar, während gleichzeitig Kleinsttransporter mit reinem Elektroantrieb wie der Renault Kangoo ZE die Besucher faszinierten.
Eine derart starke E-Welle schlägt sich
natürlich auch in der Berichterstattung
der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK nieder: Obwohl wir die Inhalte der auf dem Automobil-Elektronik-Kongress in Ludwigsburg zum Thema E-Mobilität gehaltenen
Vorträge schon sehr stark komprimiert haben, beanspruchen diese Beiträge dennoch 5 Seiten (ab Seite 42). Hinzu kommen
ein Fachaufsatz zum Thema internes Ladungs-Management von Li-Ionen-Batterien (Seite 26), ein weiterer rund um das
Testen von E-Fahrzeugen (Seite 30) sowie
diverse Beiträge im Aktuellteil. Wir werden
Sie auch weiterhin mit entsprechenden Informationen versorgen, so dass Sie und Ihr
Unternehmen erfolgreich auf der E-Welle
und in den anderen relevanten Bereichen
unserer Branche vorankommen.
ECO Ideas für eine
mobile Zukunft
Die Automobilindustrie setzt zunehmend
auf den Bau von energieefﬁzienten
Fahrzeugen, die den Kohlendioxidausstoß und unsere Abhängigkeit vom Erdöl
verringert. Im Bereich der Hybrid- und
Elektrofahrzeuge entwickelt Panasonic
Electric Works seit über 10 Jahren innovative Relaislösungen. Heute sind wir der
führende Hersteller auf diesem Gebiet
und verfügen über ein konkurrenzloses
Maß an Expertise.
Zu unseren Stärken zählen:
▸ Mehr als 10 Jahre Erfahrung in der
Serienproduktion von Relais für einen
der weltweit führenden Hersteller von
Hybridfahrzeugen
▸ Ein breites Produktportfolio, das vielfältige Applikationen abdeckt
▸ Höchstes Sicherheitsniveau durch
patentierte Technologien
▸ Hervorragendes Preis-LeistungsVerhältnis
Erfahren Sie mehr:
Hotline 08024 648-765
Alfred Vollmer
Redakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
Panasonic Electric Works
Europe AG
Tel.: +49 (0) 8024 648-0
Fax: +49 (0) 8024 648-111
[email protected]
www.panasonic-electric-works.com
Ihre Meinung bitte an: [email protected]
19.-21.10.2
010
e uns
Besuchen Si
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ch
in Mün
and 639
Halle B6, St
INHALT
SCHWERPUNKT: INTEGRATION
VON FUNKTIONALITÄT
SZENE
Infineon setzt auf
Halbleiter zur Verbesserung der Energieeffizienz, zur Erhöhung
der Sicherheit sowie
für Low-Cost-Pkws.
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK erkundigte
sich bei Jochen Hanebeck, President der
Automotive Division
bei Infineon, nach dem Marktgeschehen, der
Strategie und den Trends.
ZVEI-Standpunkt: Elektroautos: Damit es nicht zu heiß hergeht
3
6
7
Standpunkt: Es lebe die E-Welle
Automotive Aktuell: News aus der Branche
Fachkongress Automobil-Elektronik in Ludwigsburg:
42
46
47
Das Thema der nächsten Jahre: Elektromobilität
Antrieb = Motor + Elektronik + mehr
Und was kommt (über)morgen ins Auto?
MANAGEMENT
14
Titel: Exklusiv-Interview mit Jochen Hanebeck, President der Automotive
Division bei Infineon
Exklusiv-Interview mit Dr. Jack Sun, CTO und VP R&D bei TSMC
14
40
SENSORIK/AKTORIK
Breitbandradare für Fahrerassistenz- und aktive Sicherheitsfunktionen
Visualisierung von Sensordaten
18
21
BAUELEMENTE
24
26
Koordinierter Schaltungsschutz für Infotainment-Geräte im Auto
Aktiver Ladungsausgleich bei Lithium-Ionen-Akkusätzen
MESS- UND PRÜFTECHNIK
30
32
34
EVs unter Strom auf dem Prüfstand
Ideen auf den Weg bringen
Validierung von FlexRay-Netzwerken
KOORDINIERTER SCHALTUNGSSCHUTZ FÜR INFOTAINMENTGERÄTE IM AUTO
FLASH/PROGRAMMIERUNG
36
Programmierung als integraler Teil des Logistik-Prozesses
Die Koordination von Überstrom-, Überspannungs- und Übertemperatur-Schaltungsschutzstrategien trägt dazu bei, dass Automobilhersteller relevante Sicherheitsstandards erfüllen, die
Kundenzufriedenheit steigern und auch Garantiekosten senken können.
24
ELEKTROMECHANIK
38
Das ABS von morgen
NEUE PRODUKTE
Neue Produkte
Impressum/Firmenverzeichnis
29, 48, 49, 50
3. US
AKTIVER LADUNGSAUSGLEICH BEI
LITHIUM-IONEN-AKKUSÄTZEN
Das A und O eines
Elektroautos besteht
darin, die im Prospekt
gedruckte Reichweite
mit einer Akkuladung
auch nach vielen Jahren/Kilometern noch
zu erzielen. Damit
das gelingt, ist ein
aktiver Ladungsausgleich erforderlich.
26
4
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK Oktober 2010
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,
gelangen Sie direkt zu den Informationen.
PROJEKT TT: SPORTWAGEN
UNTER STROM AUF DEM
PRÜFSTAND
Testfahrten in der Wüste und Prüfungen
am Polarkreis sind aufwendig und teuer. Eine Alternative hierzu ist ein intelligentes Prüfstandskonzept, das in einem
Container auf dem eigenen Betriebsgelände unter Last Temperatur- und
EMV-Tests des Komplettfahrzeugs ermöglicht.
30
VON MONATEN
ZU TAGEN
“…2 Monaten zu 15 Tagen…”
Maglev-Zug Auslegung der Steuerung
Das dynamische Modell eines neuen
Magnetantriebssystems, einschließlich des
Steuerungs-systems für eine reibungslose
und bequeme Fahrt.
IDEEN AUF DEN WEG
BRINGEN
Ideen bei der Steuergeräte-SoftwareEntwicklung lassen sich durch die Nutzung von Rapid-Control-PrototypingSystemen (RCP-Systemen) am schnellsten auf den Weg beziehungsweise auf
die Straße bringen. Damit das auch so
bleibt, müssen heutige RCP-SYSTEME
auf aktuelle und zukünftige Entwicklungstrends vorbereitet sein.
32
CHIPS FÜR DAS AUTO
VON MORGEN
TSMC, die größte Halbleiter-Foundry der
Welt, investiert allein in diesem Jahr
knapp 5 Milliarden US-$ in neue Halbleiterfabriken. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
sprach mit Dr. Jack Sun, Chief Technology Officer und Vice President R&D von
TSMC, über die Pläne und Entwicklungen im Automotive-Geschäft
40
Wollen Sie komplexe
physikalische Modelle
schnell entwickeln?
4
Hochleistungsumgebung zur Physikalischen Modellierung und Simulation
ELEKTROMOBILITÄT UND
SPEZIALITÄTEN
Von den 23 Vorträgen auf dem 14. Fachkongress „Fortschritte in der AutomobilElektronik“ in Ludwigsburg beschäftigten sich gut 30 % ausschließlich mit
dem Themenkreis Elektromobilität. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK fasst einige der
wesentlichen Aspekte zusammen und
berichtet zusätzlich über Spezialthemen
und Innovationen.
42
Eine kostenlose Evaluationslizenz
von MapleSim 4 erhalten Sie unter
www.maplesoft.com/AE
© Maplesoft, ein Bereich der Waterloo Maple Inc., 2010. Bei Maplesoft,
Maple und MapleSim handelt es sich um Warenzeichen der Waterloo Maple
Inc. Alle anderen Warenzeichen sind Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber.
5
ZVEI-STANDPUNKT
Elektroautos: Damit es
nicht zu heiß hergeht
Dr. rer. nat. Martin Rittner leitet den ZVEI
Arbeitskreis „Hochtemperatur- und Leistungselektronik“ und das Themenfeld
„Aufbau- und Verbindungstechnik Leistungselektronik“ in der Zentralen Forschung der Robert Bosch GmbH.
D
lungen zu Komponenten, Aufbau- und Verbindungstecher erste Meilenstein für die Elektromobilität in Deutschnologien, Fertigungsprozessen, systemischen Wechselwirland ist gesetzt: 1 Million Elektrofahrzeuge auf Deutschkungen und dem thermischem Management von Flachbaulands Strassen im Jahr 2020. An dieser Kenngröße wird
gruppen.
sich auch die gesamte entwickelnde und fertigende ElektroVerschiedene Veröffentlichungen wie der „Automotive Apund Elektronikindustrie messen lassen müssen. Dabei wird
plication Questionnaire for ECU and Sensors“ weisen die erfolgnicht nur die vollständige Elektrifizierung des Kraftfahrzeugs
reiche Arbeit des Arbeitskreises aus. Als jüngste Veröffentfür einen erneuten Entwicklungs- und Umsatzschub sorgen,
lichung aus dem Team der Hochtemperaturelektronik hinsondern auch die vielen verschiedenen neuen Systeme im Umzugekommen ist der Leitfaden zur „Fertigung von Hochtemfeld von Stromerzeugung, Infrastruktur, Ladestationen und Abperatur-Baugruppen – Wechselwirkungen und Einflussfakrechnungssystemen. Mit dem Wechsel vom Verbrennungstoren“. In diesem Dokument wird die Komplexität möglicher
motor zum elektrifizierten Antriebsstrang bleibt die Bedeutung
robuster elektronischer Baugruppen in rauen Umgebungsbedingungen – insbesondere
Bei der Erarbeitung der Wechselwirkungsmatrix
von Hochtemperaturbaugruppen – nicht
nur erhalten, sondern sie steigt sogar an. Inim neusten ZVEI-Leitfaden stand die Übertragung
verter für den Elektroantrieb, DC/DCder Komplexität des Themas in ein einfaches BaukasWandler des Hochvolt-Energiemanagements und On-Board-Ladegeräte sind die
tensystem im Vordergrund.
systemischen Anwendungen für diese Subsysteme. Auch alle weiteren Hochstrom
führenden Systeme in den oben genannten Einsatzfeldern
Einflussgrößen auf die Qualität und Zuverlässigkeit von elektrowerden sich dabei den immer mit einhergehenden thernischen Baugruppen – speziell unter dem Fokus der Hochtemmischen Anforderungen stellen müssen.
peraturbelastungen – durch eine Wechselwirkungsmatrix darDer ZVEI-Arbeitskreis „Hochtemperatur- und Leistungsgestellt. Bei der Erarbeitung dieser Wechselwirkungsmatrix
elektronik“ unterstützt mit seinen Aktivitäten intensiv diesen
stand die Übertragung der Komplexität des Themas in ein einWandel hin zur Elektromobilität. Das Expertenteam der Leisfaches Baukastensystem im Vordergrund. Damit soll der Antungselektronik hat sich insbesondere die Beschreibung der in
wender in der Lage sein, sich auf einfache Weise an mögliche
leistungselektronischen Modulen eingesetzten Technologien
Qualitätsprobleme bei Entwicklung, Design und Fertigung eleknach der Robustness-Validation-Methodik zum Ziel gesetzt.
tronischer Baugruppen heranzuwagen.
Die dabei aufzustellende Wissensmatrix beinhaltet notwendiKompetenzaufbau und Erhalt in Entwicklung und Fertigung
ge Basisinformationen für die einsetzbaren Aufbau- und Versind die zentralen Handlungsfelder der nationalen Elektro- und
bindungstechnologien und Substrate. Diese Wissensmatrix
Elektronikindustrie im globalen Wettbewerb um die zukünftistellt damit einen wichtigen Ankerpunkt für eine zuverlässige
gen Szenarien und Märkte des Energiemanagements und der
Auslegung auf Lebensdauer dar. Das Expertenteam der HochMobilität in modernen Industriegesellschaften. Der ZVEI Artemperaturelektronik, welches auch den Ausgangspunkt des
beitskreis „Hochtemperatur- und Leistungselektronik“ ist Mitgesamten Arbeitskreises darstellt, widmet sich allen Fragestelgestalter diese Zukunft.
6
AUTOMOTIVE AKTUELL
Präzision zählt !
Einigung auf Lade-Stecksystem für EVs in Deutschland
Die Automobilhersteller Audi, BMW, Daimler, Porsche und Volkswagen unterstützen
gemeinsam ein modulares Stecksystem
zum Laden von Elektrofahrzeugen. Ein global einheitlicher Standard soll sicherstellen,
dass die Kunden unabhängig von Fahrzeugmarke und Stromanbieter immer direkten
und einfachen Zugang zum Energienetz haben. Die Entwicklungsleiter der Häuser haben die Konzeption eines modularen Stecksystems bestehend aus zwei Teilen beschlossen: Der Kern des Stecksystems ist unter der Bezeichnung IEC 62196–2 Typ 2 zur
Normierung für ein- bis dreiphasiges Laden
mit Wechselspannung eingereicht. Eine Erweiterung für Gleichstrom befindet sich
zurzeit in Entwicklung. Alle anderen OEMs
sind eingeladen, an dieser Entwicklung mitzuwirken und den globalen Standard zu
etablieren.
Nachdem sich die OEMs auf dem 14. Fachkongress Automobil-Elektronik in Ludwigsburg
auf die „Ludwigsburger Erklärung“ einigten
(siehe Seite 42 in dieser Ausgabe), war die finale Einigung nur noch eine Frage der Zeit. Weitere Einzelheiten zum Lade-Stecksystem finden Sie unter dem infoDIRECT-Link.
www.all-electronics.de
Link zum weiterführenden
Beitrag
389AEL0510
Prüfstände für Forschung
und Entwicklung
Qualitätssicherungs- und
Produktionstests
Lebensdauertests
Aloha heißt Willkommen – und
genau das sind Elektroautos auf
Hawaii
Motorversuchsdatenauswertung
Foto: Alfred Vollmer
Fahrdynamiktests
richt unter dem Motto „Die ersten
Hochspannungs-Elektroautos
sind auf Hawaii eingetroffen“, wobei das Thema „Lade-Infrastruktur“ einen besonders breiten
Raum einnahm. Der Inselstaat will
nämlich Elektrofahrzeuge sowie
erneuerbare Energien sehr intensiv fördern.
infoDIREC
Link zur Langversion
des Beitrags
396AEL0510
dungen ausgelegt sind, bieten sowohl eine
niedrige Gateladung als auch einen geringen Einschaltwiderstand [RDS(on)] und tragen so dazu bei, die Schalt- und Leitungsverluste in einer Vielzahl von Schaltapplikationen zu minimieren. Der AUIRF7648M2
zeichnet sich durch eine Montagefläche auf
der Leiterplatte aus, die 54 Prozent kleiner
ist als die eines DPak, während der Leiterplatten-Footprint des AUIRF7669L2 um 60
Prozent kleiner ist als der eines D2Pak. Mit
Gehäuse-Nennströmen von 179A bzw. 375A
pro Baustein setzt das DirectFET-Gehäuse
der Strombelastbarkeit des Siliziums keinerlei Grenzen. Die Bausteine sind entsprechend den AEC-Q101 Standards qualifiziert.
infoDIRECT
Link zu IR
Crashversuch Auswertungen
All-in-One
Für Schaltanwendungen optimierte automotive MOSFETs
International Rectifier hat zwei Automotive
DirectFET2-Leistungs-MOSFETs eingeführt.
Die AUIRF7648M2 und AUIRF7669L2, IRs
erste Kraftfahrzeug-tauglichen DirectFETBausteine, die speziell für DC/DC-Anwen-
Hardware und Software
zum Messen, Prüfen und
Automatisieren
In-Vehicle Testsysteme
infoDIRECT
EVs elektrisieren Obamas Heimat
Dort wo andere Urlaub machen, ist US-Präsident Obama geboren: In Honolulu, der
Hauptstadt des Staates Hawaii. Die größte
Zeitung des 50. US-Bundesstaates veröffentlichte kürzlich in ihrer Sonntagsausgabe auf der ersten Seite einen großen Be-
Komponenten, Systeme
und Komplettlösungen
452AEL0510
DS-MINITAUR
Analoge und Digitale Ein-/Ausgänge,
Counter, CAN BUS Ports
Integrierter Low-Power Industrie PC
Solid State Harddisk (bis zu 250 GB)
WLAN, LAN, GPS,
Widerange Spannungsversorgung
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zur Auswertung, sowie integrierte Systeme
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AUTOMOTIVE AKTUELL
Deutsch-Amerikanisches
E-Mobilitätsforum
Am 17. und 18.11.2010 veranstalten die
Deutsch-Amerikanischen Handelkammern
in der Nähe von Detroit/USA das „1st Annual German American eMobility Forum“. Am
ersten Tag geht es um politische Initiativen
in den USA und Deutschland sowie um die
Themen Batterien und Energiespeicherung,
Smart-Grid und Infrastruktur, Standards
und Schlüsselfaktoren im Bereich der Regulierung sowie um die Akzeptanz der Endkunden. Am zweiten Tag stehen der Antriebsstrang, die Fahrzeugschnittstelle und
internationale Kooperationen auf der Tagesordnung. Hinzu kommt ein optionales
Programm.
Zu den bestätigten Rednern gehören beispielsweise Neil Armstrong, President for
eDrives and Powertrain USA bei der Daimler
AG, Dr. Gerhard Schmidt, Chief Technical Officer, Vice President Research and Advanced
Engineering bei der Ford Motor Company,
Dr. Jürgen Firedrich, President Germany Trade and Invest, Jürgen Reers von Roland Berger Strategy Consultants sowie Ann Marie
Sastry, President von Sakti3.
DIRECT
Link zur Veranstaltung
399AEL0510
Megastädte lassen Elektroautomarkt boomen
Hersteller und Händler von Elektrofahrzeugen werden mit dem verstärkten Trend zu
Desurbanisierung und der Polarisierung
von Fahrzeuggrößen im Hinblick auf zukünftige Einsatzbereiche zufrieden sein. Bis
zum Jahr 2020 wird das Entstehen von enormen städtischen Ballungszentren, so genannten Megastädten, in den Schwellenländern die Mobilität von Personen beeinflussen und die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen ankurbeln. Die Unternehmensberatung Frost & Sullivan hat in einer aktuellen
Studie die weltweiten Marktperspektiven
für Elektrofahrzeuge der Klassen „Nahver-
kehr“, „Stadtbereich“, „mit erhöhter Reichweite“ sowie „Hochleistungselektroautos“
untersucht.
Weitere Details zur Studie „360 Degree
Perspective of the Global Electric Vehicle
Market – 2010 Edition“ finden Sie in der
Langversion dieses Beitrags per infoDIRECT sowie unter dem dort angegebenen
Link.
infoDIRECT
und zur Studie
391AEL0510
RoodMicrotec, Sovtest ATE und Elektronstandart
Das deutsche Testhaus RoodMicrotec, Sovtest ATE (Kursk/Russland) und Elektronstandart (St. Petersburg/Russland) haben sich
auf eine Kooperation auf dem Gebiet von
LEDs und kompletter LED-Leuchten verständigt. Die Zusammenarbeit bezieht sich zunächst auf das Testen der optoelektronischen und thermischen Charakteristika,
die Qualifikationen und Risikoanalysen für
Bauelemente und Systeme, die gegenseitige Beratung und Erfahrungsaustausch sowie die Organisation von Seminaren zur
Qualität und Zuverlässigkeit von LEDs und
LED-Leuchten.
Während Sovtest ATE im Bereich der Ausrüstungen für Test, Analyse sowie Technologien etabliert ist und technologische Unterstützung zur Herstellung von LEDs und LEDLeuchten (inklusive Entwicklung, Technologien, Komponenten und Ausrüstung) bietet, zählt Elektronstandart zu den führenden russischen Unternehmen für Dienst-
leistungen im Bereich Zuverlässigkeit und
Fehleranalyse. Die Opto- und Mikroelektronik-Labors des Testhauses RoodMicrotec
sind nach IEC ISO 17025 akkreditiert.
infoDIRECT
Link zu Rood Microtec
398AEL0510
NACHRICHTEN
>> ESP von Bosch ist jetzt seit 15 Jahren in
>> Leoni stattet die neuen Dieselmotoren
>> Gleichmann Electronics ist jetzt pan-
nen Piezo-Injektoren für Einspritzsysteme hergestellt.
von Fiat, die auch in Chrysler-Fahrzeugen
verbaut werden, mit Kabelsätzen aus.
Außerdem bildet TTTech eine strategische Allianz mit Avionics Interface Technologies (vormals AIM-USA).
europäischer Vertriebspartner für die
komplette Sensor- und ASIC-Produktpalette des MEMS-Spezialisten SensorDynamics.
>> Das Kopfschutzsystem HPSC von TRW
>> Melexis erhielt von Flexpower den „Sup-
Serie.
>> Continental hat mittlerweile 40 Millio-
für Cabriolets geht jetzt in die zweite
Generation und soll ab 2013 serienreif
sein.
>> Nissan plante, auf dem Pariser Automobil Salon eine neue Elektroauto-Konzeptstudie namens Townpod zu zeigen,
das „einen flexibel nutzbaren und geräumigen Innenraum“ aufweist.
8
plier of the Year 2009“-Award.
>> Die TTTech-Tochter TTControl ist jetzt gemäß ISO13849 zertifiziert.
>> Das Mercedes-Benz-Werk Ludwigsfelde
hat kürzlich die Marke von 1 Million dort
gefertigten Nutzfahrzeugen überschritten.
>> Auf der Fahrrad/Motorrad/Roller-Messe
INTERMOT in Köln bildete die Elektromobilität vom Pedelec über E-Roller und E-Motorräder einen eigenen Schwerpunkt.
>> Aupeo!, ein Anbieter hardwarebasierte
Audiostreams, kooperiert im Bereich Incar-Entertainment mit BMW Mini und
bietet exklusiv für Mini produzierte Audikanäle mit Mini Connected In-car zur
Verfügung.
AUTOMOTIVE AKTUELL
Positionssensoren für
E-Motoren
Der Kfz-Ausrüster Electrifil Automotive
bringt seine neuen Positionssensoren vom
Typ Empos (Electric Motor Position Sensor)
auf den Markt, die speziell für den Einsatz in
modernen Elektro- und Hybridantrieben
entwickelt wurden.
Das Sensorprinzip basiert auf einer neuartigen Wirbelstromtechnik in Verbindung mit
Dünnschichtspulen, die in einem Siebdruckverfahren auf eine gedruckte Schaltung
aufgebracht werden. Die Messsignalverarbeitung ist in den Sensor integriert, so dass alle elektronischen
Steuerkomponenten direkt an den
Sensor angeschlossen werden können. Durch Integration der digitalen Signalverarbeitung in den Sensor kann direkt ein digitales und/
oder analoges Ausgangssignal
über ein ASIC genutzt werden.
Zur Leistungsoptimierung von
Elektromotoren durch genau abgestimmte Motorsteuerung bietet
der Sensor mehrere Möglichkeiten
zur Messung von Winkelpositio-
nen: Messung der absoluten mechanischen Winkellage (360 °) oder
genaue Erfassung des elektrischen
Winkels in Abhängigkeit von der
Polpaarzahl des Motors – und zwar
ohne Beeinflussung durch magnetische Umgebungen, wie sie typischerweise in Hybrid- und Elektrofahrzeugen auftreten.
Bei 20 mA ermöglicht die Lösung
im Bereich – 40 bis + 160 °C das
Messen der Winkelposition in sehr
schnell drehenden Synchronmotoren bei Drehzahlen > 20 000 U/min
mit einer maximalen Messabweichung von < 1° elektrisch.
infoDIRECT
Link zu Electrifil
all-electronics.de
397AEL0510
Elektroautos in den USA buhlen um Käufer
Das Ringen um die Käufer von Elektroautos
(EVs) hat in den USA begonnen, konstatiert
die Agentur Associated Press (AP) und berichtet, dass jetzt Nissan und General Motors mit dem Verkauf ihrer EVs begonnen
haben. Es geht darum, wer das „most affordable elctric car“ für die Mittelklasse der
amerikanischen Bevölkerung liefert. Vor einigen Tagen gab GM den Verkaufspreis für
den Chevrolet Volt an: Satte 41.000 US-$
zuzüglich ( je nach Bundesstaat) zwischen
0 und 10% „Umsatz“-Steuern soll das
E-Fahrzeug mit Range-Extender in den USA
kosten, also etwa 8.000 US-$ mehr als der
Nissan Leaf, den man für 349 US-$ leasen
kann.
Bei derartigen Preisen sind diese ersten
kommerziellen E-Fahrzeuge für den „Massen“-Markt zwar ganz erheblich teurer als
vergleichbare Autos mit Verbrennungsmotor, aber bei dem in den USA besonders
gängigen Leasing sind die EVs am gleichen
Preispunkt wie die herkömmlichen Autos,
so dass die Elektroautos für die meisten Familien im erschwinglichen Rahmen bleiben.
Innovative Automotive KabelsatzSysteme von Tyco Electronics
Als einer der führenden Lieferanten für Steckverbinder und
Kontaktsysteme in der Automobilindustrie ist Tyco Electronics
auch Ihr Partner für kundenspezifische Kabelsätze.
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TE (Logo) und Tyco Electronics sind Marken.
Tyco Electronics’ einzige Verpflichtungen sind diejenigen, welche in den Allgemeinen
Geschäftsbedingungen (<http://www.tycoelectronics.com/aboutus/tandc.asp>) dargelegt sind. Tyco Electronics lehnt ausdrücklich jede Haftung aufgrund stillschweigender
Zusicherungen hinsichtlich der hier enthaltenen Informationen ab.
AUTOMOTIVE AKTUELL
NAMEN
Isabellenhütte und austriamicrosystems kooperieren
ldo Kamper (40) ist seit
dem 1.10.2010 CEO und
Vorsitzender der Geschäftsführung
von
Osram Opto Semiconductors, nachdem sein
Vorgänger Dr. Rüdiger
Müller zu diesem Zeitpunkt in den Ruhestand wechselte.
Nach jahrelanger erfolgreicher Zusammenarbeit haben Isabellenhütte Heusler
und austriamicrosystems nun einem Kooperationsvertrag besiegelt, der beiden
Unternehmen durch die Bündelung von
Kompetenzen Vorteile in der weiteren Entwicklungsarbeit verschaffen und die
Marktdurchdringung vorantreiben soll. Sowohl austriamicrosystems als auch die Isabellenhütte haben bereits zukunftsfähige
Friedhelm
Pickhard
wurde zum 1. September 2010 zum neuen
Vorsitzenden der Geschäftsführung
der
ETAS GmbH bestellt. er
war zuletzt Managing
Director der Robert Bosch Engineering
and Business Solutions Ltd. in Bangalore/
Indien.
Der mittlerweile bei ETAS ausgeschiedene Geschäftsführer Dr. Matthias Klauda
hat nach Angaben von ETAS zum 1. September 2010 innerhalb der Robert Bosch
GmbH die Leitung der Zentralabteilung
Systemintegration Kraftfahrzeugtechnik
übernommen.
Patrick von Unold (42),
bisher Leiter Qualitätsmanagement, hat die
Leitung des Entwicklungsbereichs der TQGruppe übernommen.
Nanda Kumar ist als
neuer President der Vehicle Group von Eaton
für die EMEA-Region
verantwortlich.
Manfred Lachauer ist
neuer Vertriebsleiter
der DLoG GmbH.
Lösungen für die Batteriestrommessung in
12-V-, 24-V- und in Hochvolt-Systemen für
Hybrid- und Elektrofahrzeuge präsentiert
und werden ihre Produkte nun gemeinsam
weiterentwickeln.
infoDIRECT
des Beitrags
395AEL0510
Kongress Electric Vehicles
Vom 6. bis 8.12.2010 wird in Berlin der dritte
internationale Kongress „Electric Vehicles:
Innovative electric powertrain technology –
Approved battery solutions – Increased EV
energy efficiency“ stattfinden.
Den ersten Vortragstag beginnt der Veranstalter IQPC mit dem Vortrag „The electric car – an integrated personalized device“,
den Siemens-Mitarbeiter Karl-Josef Kuhn
halten wird. Dabei
geht es um die erhöhten Bedürfnisse
einer veränderten
Mobilität, die sich
durch eine immense Urbanisierung ergibt, aber auch um Kombinationen unterschiedlicher Verkehrsmittel sowie darum, wie Elektroautos (EVs) am
besten in dieses Gesamtszenario hineinpassen. Auch die bei den EVs erforderlichen Architekturen sowie der Transformationsprozess der Automobilbranche stehen auf der
Agenda dieses Vortrags.
Der weitere Verlauf des ersten Tages steht
dann jeweils unter dem Motto „EV Power
and Energy Management“ sowie „EV Powertrain Optimisation“. Im Rahmen des
Leistungs-/Energie-Managements geht es
auch um Energiespar-Potenziale unterschiedlicher Aggregate sowie um das Design von Technologien für die großen Energieverbraucher wie HVAC-Systeme und um
Strategien zur Gewichtsreduzierung, während bei der Optimierung des Leistungsstrangs nicht nur die aktuellen elektrischen
Powertrain-Technologien, sondern auch um
deren Anforderungen und das Management mehrerer Energiespeichereinheiten
auf der Agenda stehen.
Der zweite Konferenztag beginnt mit einer
Fallstudie aus dem Hause BMW: Das Elektrofahrzeug „Project i“ soll bereits im Jahr
2013 als „Megacity Vehicle“ auf den Markt
kommen. Details werden die BMW-Mitarbeiter Dr. Martin Arlt und Manuel Sattig
erläutern. Der gesamte zweite Tag ist den
Energiespeichern gewidmet – vor allem den
Li-Ionen-Akkus, aber auch den Brennstoffzellen.
Neben
grundsätzlichen
Aspekten
stehen
dabei auch die Themen Sicherheit, Test,
Laden und Infrastruktur auf der Tagesordnung, wobei eine
Podiumsdiskussion mit dem Titel „Intelligent charging technology for EVs“ den Abschluss des Tages bildet.
Am dritten Tag warten Workshops zu folgenden Themen auf die Teilnehmer:
Thermoelectricity – a solution to the EV
climate control challenge?
The EV ecosystem – technical decisions
and their impact on roles, responsibilities
and business models
State of the art in EV powertrain technology for maximum energy efficiency and
range
EV energy storage: state of the art in battery technology
Nicht nur bei den Batterietechnologien stehen übrigens neben den Anforderungen reiner Elektrofahrzeuge auch die in Hybridfahrzeugen wichtigen Aspekte auf der Agenda.
infoDIREC
Link zum Kongress
394AEL0510
Öko-Globe für BMW, Honda, Nissan und Daimler
Der Nissan Leaf, die laut Nissan „erste
speziell als Elektrofahrzeug gebaute und
in großen Stückzahlen hergestellte Limousine“, gewann in der Kategorie „Ökologische Großserienfahrzeuge“ vor dem
10
BMW ActiveHybrid7 und dem Honda Insight den ÖkoGlobe 2010. Die Daimler AG
erhielt den Umweltpreis in der Kategorie
„Innovative Energieträger“ für das
Brennstoffzellen-Modul in der Mercedes-
Benz B-Klasse F-CELL. Außerdem wurde
das Unternehmen für das InfrastrukturProjekt H2-Mobility ausgezeichnet, das
Daimler zusammen mit der Linde AG initiiert hat.
Mobilität erhalten
… Mikrowellen revolutionieren die Wärmetechnik
… Prüfsysteme für
Lithium-Batterien
Mikrowellen-Wärme- und
Trockenschränke VHM
HEPHAISTOS-Systeme
Innovative Standard-Testsysteme zur Reproduzierbarkeit
von Temperatur, Feuchte,
schnellen Temperaturwechseln,
Vibration, Korrosion, Luftschadstoffen
Bild: Kia
Kia stellt Elektroauto vor
Die Zukunft
Auf dem Pariser Autosalon 2010
stellte Kia Motors erstmals das
Elektroauto POP vor. Der emissionsfreie Dreisitzer misst weniger als drei Meter „und bringt mit
seinem charakteristischen zukunftsweisenden Design einen
neuen Stil ins Segment der Stadtautos“, betont das Unternehmen.
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.all-electronics.de
Link zu Kia Motors 386AEL0510
Turnkey-Lösung für RCP
und HiL-Simulationen
MathWorks stellt mit xPC Target
Turnkey ein vollständiges, auf Simulink basierendes Echtzeit-System für
Rapid Control Prototyping (RCP) und
HiL-Simulationen (Hardware-in-theLoop) vor. Die neue Lösung xPC Target Turnkey verbindet xPC Target von
MathWorks mit „real-time target
machines“ und I/O Modulen von
Speedgoat zu einer kompletten
Echtzeit-Testlösung.
Das Konfigurieren eines EchtzeitSystems beinhaltet die zeit- und arbeitsintensive Evaluierung von Softwareplattformen, Hardwaretechnologien und -optionen sowie von
Projektanforderungen. xPC Target
Turnkey wurde entwickelt und optimiert für die Nutzung mit Simulink.
Dadurch können Ingenieure ihre Simulink-Modelle interaktiv in Kombination mit realer Hardware entwerfen, Prototypen erstellen und in
Echtzeit testen. Jede „real-time target machine“ von Speedgoat wird
dabei entsprechend den projektspezifischen Anforderungen etwa in Bezug auf die benötigte Rechenleistung, I/O-Konnektivität und Umgebungsanforderungen konfiguriert.
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all-electronics.de
Link zu MathWorks 392AEL0510
Vom Labor- bis zum industriellen
Produktionsmaßstab
Hohe Produktqualität durch eine sehr
hohe Feldhomogenität
Kurze Anheiz-, Prozess- und Abkühlzeiten
durch direkte Erwärmung des Produktes
– der Ofen bleibt kalt
Verwendung von konventionellen Metallwerkzeugen und Beschickungssystemen
im Mikrowellenfeld
Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten
Sicherheitskonzepte für
einen risikoarmen Betrieb Ihrer
Produkte
Individuell maßgeschneiderte
Zusatzeinrichtungen
Weitere Infos, Messetermine und Symposien unter
www.voetsch.info
Produktbereich Wärmetechnik
Greizer Straße 41–49
35447 Reiskirchen-Lindenstruth / Germany
Telefon +49 6408 84-73 · Telefax +49 6408 84-8747
[email protected] · www.v-it.com · www.voetsch.info
Produktbereich Umweltsimulation
Beethovenstraße 34
72336 Balingen-Frommern / Germany
Telefon +49 7433 303-0 · Telefax +49 7433 303-4112
[email protected] · www.v-it.com · www.voetsch.info
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AUTOMOTIVE AKTUELL
Gipfeltreffen E-Mobilität
TERMINE
Fachtagung Infotainment
12.-13.10.2010, München
www.m-i-c.de
Baden-Baden Spezial 2010: Elektrisches
Fahren machbar machen
13.-14.10.2010, Baden-Baden
www.elektronik-auto.de
eCarTec
19.-21.10.2010, München
www.munichexpo.de
Seminar Qualität und Zuverlässigkeit
21.10.2010, Nördlingen
www.roodmicrotec.com
Seminarreihe: Diagnosesysteme im Auto
ab 25.10.2010, bei Stuttgart
www.emotive.de
12. Automobil Forum Graz
27.-28.10.2010, Graz
www.m-i-c.de
VDE-Kongress 2010: E-Mobility
8.-9.11.2010, Leipzig
www.vde.com
electronica automotive conference
8.-9.11.2010, München
www.electronica.de
electronica
9.-12–11.2010, München
www.electronica.de
escar ’10: Embedded Security in Cars
16. – 17.11.2010, Bremen
www.escar.info
1st German American eMobility Forum
17. – 18.11.2010, Detroit/USA
www.gaccom.org/emobilityforum
ECPE-Workshop Smart Power
18. – 19.11.2010, München
www.ecpe.org
Electric Vehicles
6. – 8.12.2010, Berlin
www.iqpc.com
3. ZVEI-Kompetenztreffen Elektromobilität und elektro:mobilia
23.-24.2.2011, Köln
www.elektromobilia.de
Der Audi A1 e-tron.
Grafik: Audi
Darüber, welche Auswirkungen E-Mobilität
auf die Industriestruktur in Deutschland
hat, wie die deutsche Industrie ihre führende Position behaupten kann und über andere wichtige Fragen der E-Mobilität diskutieren hochrangige Vertreter aus Elektro- und
Automobilbranche, Wissenschaft und Politik beim VDE-Kongress 2010 am 8. und 9.
November in Leipzig. Mit dabei sind unter
anderem Prof. Dr. Annette Schavan und Rainer Brüderle.
Über 1500 erwartete Teilnehmer diskutieren unter dem Kongressmotto „Technologien – Infrastruktur – Märkte“ Lösungen für
die Mobilität der Zukunft. Die Bundesministerien für Bildung und Forschung (BMBF)
sowie Wirtschaft und Technologie (BMWi)
sind Schirmherren der Veranstaltung. Der
E-Mobility-Gipfel bietet eine Plattform für
einen breitgefächerten Dialog zwischen
Elektro- und Automobilbranche mit über
150 Fachbeiträgen aus den Bereichen Fahrzeugtechnik, Infrastruktur und Netzintegration sowie intelligente Fahrzeugkommunikation/Verkehrsmanagement.
Keynote-Sprecher sind Forschungsministerin Prof. Dr. Annette Schavan, Wirtschaftsminister Rainer Brüderle und VDA-Präsident
Matthias Wissmann. Weitere Keynotes
sprechen Prof. Dr. Klaus-Dieter Maubach,
Mitglied des Vorstands der E.ON AG, Dr. Elmar Degenhart, Vorsitzender des Vorstands
der Continental AG, Dr.-Ing. Werner Brinker,
Vorsitzender des Vorstands der EWE AG, und
VDE-Präsident sowie ABB-Vorstandsmitglied Dr.-Ing. Joachim Schneider.
Ein Managementforum an beiden Kongresstagen widmet sich übergreifenden
Themen wie elektrischer Fahrzeugtechnik
und Infrastruktur/Netzintegration sowie
Sicherheitsaspekten, Normen und Standards und stellt Pilotprojekte der Bundesregierung im Bereich der Elektromobilität
vor. Beim Zukunftsforum zum Kongressfinale blicken Experten aus Industrie und
Wissenschaft über das Jahr 2020 hinaus
und bewerten die Potentiale der Elektromobilität für die kommenden Jahrzehnte. Zugesagt haben Prof. Dr. Ulrich Buller, Vorstand Fraunhofer-Gesellschaft Forschungsplanung, MinDir. Prof. Dr. Wolf-Dieter Lukas,
BMBF, und Dr. Reinhold E. Achatz, Leiter Siemens Corporate Research and Technologies.
Begleitend findet eine Technologieausstellung statt, bei der Unternehmen, Forschungsinstitute und Bundesregierung
neueste Entwicklungen und Dienstleistungen im Bereich E-Mobilität vorstellen. Das
BMWi präsentiert seine sieben Modellprojekte des Förderprogramms Informationsund Kommunikationstechnologien (IKT) für
Elektromobilität, die bis Ende 2011 prototypische und wirtschaftlich umsetzbare Lösungen entwickeln.
infoDIRECT
Link zum Kongress
Elektroauto-Flottenversuch in München
Die Projektpartner Audi, E.ON, Stadtwerke
München (SWM) und Technische Universität München (TUM) haben einen Flottenversuch mit Elektroautos in der Modell-
region München gestartet. Einer der
Schwerpunkte liegt auf der Datenübertragung zwischen Fahrer, Auto und Stromtankstelle bis hin zum Stromnetz – und
zwar auch mit Smartphones als zentrale
Schnittstelle für den Fahrer. Das Projekt
läuft im Rahmen der vom Bundesverkehrsministerium unterstützten „Modellregion Elektromobilität München“ unter
dem Namen „eflott“. Es wird sich unter anderem mit der Datenübertragung zwischen Fahrer, Auto und
Stromtankstelle bis hin zum Stromnetz beschäftigen. Dabei wird beispielsweise
der
Einsatz
von
Smartphones als zentrale Schnittstelle für den Fahrer getestet.
infoDIRECT
des Beitrags
12
385AEL0510
393AEL0510
AUTOMOTIVE AKTUELL
Foto: Daimler
Die A-Klasse: jetzt auch elektrisch
Nach der B-Klasse F-CELL mit Brennstoffzelle bringt Mercedes-Benz mit der neuen
A-Klasse E-CELL jetzt sein zweites unter Serienbedingungen gefertigtes Elektroauto
auf die Straße. Der „voll alltags- und familientaugliche Fünfsitzer mit batterie-elektrischem Antrieb“ basiert auf der fünftürigen
Ausführung der aktuellen A-Klasse und bietet einen großzügigen und flexibel nutzbaren Innen- und Kofferraum (435 bis 1.370 l
bzw. 350 kg Zuladung) – und zwar laut
Daimler AG „ohne Kompromisse bei Platzangebot und Variabilität, denn die Stromspeicher sind platzsparend und sicher im
Fahrzeugunterboden platziert“. Die beiden
Lithium-Ionen Batterien ermöglichen eine Reichweite
von mehr als 200 km (NEFZ).
Für adäquaten Vortrieb sorgt
ein leiser, lokal emissionsfreier Elektromotor mit 70 kW (95
PS) Spitzenleistung und einem hohen Drehmoment von
290 Nm. Insgesamt 500
Exemplare der neuen A-Klasse
E-CELL werden ab Herbst 2010
in Rastatt gebaut. Die Fahrzeuge werden in mehreren europäischen
Ländern an ausgewählte Kunden vermietet,
unter anderem in Deutschland, Frankreich
und den Niederlanden.
Weitere Details zur technischen Lösung inklusive Kühlung der Batterien über die Klimatisierung und das intelligente Lademanagement bis zum Bedien- und Anzeigekonzept und Daimlers modularem Systembaukasten für Elektroautos finden Sie in der
Langversion des Beitrags.
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390AEL0510
Preh gründet Joint-Venture
in China
Die Preh GmbH und die in Ningbo/China ansässige Joyson Automotive Electronic Holding
Co., Ltd wollen ein Joint Venture zur Fertigung,
Entwicklung und Vermarktung von Preh-Produkten in Asien gründen. Ein entsprechender
Vorvertrag (Letter of Intent) ist von beiden Automobilzulieferern unterzeichnet worden.
Das Gemeinschaftsunternehmen wird seinen
Sitz in Ningbo (China) haben, einem der führenden Technologiestandorte für die chinesische Automobilindustrie. Beide Seiten rechnen mit einem zügigen Abschluss der erforderlichen Genehmigungen des Joint Ventures
und werden noch im Jahr 2010 den Betrieb
aufnehmen.
Die Joyson Gruppe erwirtschaftet mit rund
1800 Mitarbeitern einen Umsatz von 140
Millionen Euro und besteht aus den operativen Gesellschaften Bosen Electronic, Joyson Changchun Automotive und Shanghai
Huade.
infoDIREC
Link zu Preh
388AEL0510
Vorfahrt für
Innovationen
ODU Automotive – Entwicklungen
für eine technologische Zeitenwende
in der Automobilindustrie.
Ladestecker für
Elektrofahrzeug
HV-Steckverbinder für
Hybridfahrzeug
Steckverbinder für
Wasserstofffahrzeug
ODU Automotive GmbH
www.odu-automotive.com
TITEL
Exklusiv-Interview mit Jochen Hanebeck, President der Automotive Division bei Infineon
Schwerpunkt:
Integration von Funktionalität
Infineon setzt auf Halbleiter zur Verbesserung der Energieeffizienz, zur Erhöhung der Sicherheit
sowie für Low-Cost-Pkws. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK erkundigte sich bei Jochen Hanebeck, President
der Automotive Division bei Infineon Technologies AG, nach dem Marktgeschehen, der Strategie und
den Trends.
Nach dem Verkauf seiner Wireline-Aktivitäten im November 2009
will Infineon den Verkauf seines Wireless-Solutions-Segments im
ersten Quartal 2011 abgeschlossen haben. Schrumpft sich Infineon
zu klein, um ein ernstzunehmender Halbleiter-Spieler zu sein?
Jochen Hanebeck: Ganz und gar nicht. Der Vorstand hat unser
Portfolio weniger volatil und insgesamt margenstärker ausgerichtet und uns auf Zukunftsfelder mit hoher gesellschaftlicher Relevanz und steigender ökonomischer Bedeutung fokussiert: Energieeffizienz, Mobilität und Sicherheit. Statt purer
Größe zählen Kundenorientierung, profundes Applikationsund Systemwissen und Marktposition. Dies trifft auf unsere drei
Geschäftsbereiche Automobilelektronik, Industrie & Multimarket sowie Chipkarten- & Sicherheitslösungen zu. Bei allen dreien sind wir Innovations- und Marktführer sowie technologisch
Weltspitze.
Nach der großen Krise geht es der Automobil-Branche wieder besser. Wie laufen die Geschäfte bei Infineon? Wie lange muss die
Branche noch mit Allokation leben?
Infineon erwartet für das Geschäftsjahr 2010 ein Umsatzwachstum von etwa 50 Prozent gegenüber 2009 und veröffentlicht die
Geschäftsergebnisse Mitte November. Neben der allgemeinen
Markterholung waren hoher Innovationsgrad, hervorragendes
Qualitätsniveau und unsere sehr guten Kundenbeziehungen
die Treiber für das starke Wachstum der Automotive-Division.
Für 2011 erwartet die Branche eine Zunahme des Auto-Halbleitermarkts von 15 Prozent. Wir wollen wie bisher stärker als der
Markt wachsen und unseren Marktanteil von etwa 10 Prozent
weiter ausbauen.
In der Krise hatte die gesamte automobile Wertschöpfungskette
Bestände gesenkt und Fertigungskapazitäten eingefroren. Bei
Halbleitern ist die Produktionszeit – im Durchschnitt acht bis 16
Wochen – deutlich länger als die der meisten anderen Automobilzulieferteile, und die Kapazitätserweiterung dauert branchenbedingt zwischen drei und sechs Monaten, in Zeiten einer
– wie heute – allgemeinen Halbleiterallokation jedoch neun bis
zwölf Monate. Damit ist klar: Eine Allokationssituation lässt sich
nur vermeiden, wenn die Kommunikation aller Partner über
die gesamte Wertschöpfungskette hinweg eng abgestimmt und
vorausschauend ist. Hier verspüren wir eine viel höhere Bereitschaft aller Beteiligten als vor der Krise – das wird helfen, die
nächste Allokation zu vermeiden.
Jochen Hanebeck: „Wir wollen der
LED-Beleuchtung im Auto schneller
zum Durchbruch verhelfen.“
14
Wo liegen Infineons Schwerpunkte in der Auto-Elektronik?
Infineon setzt auf die Zukunfts- und Wachstumstreiber und damit auf Verbesserung der Energieeffizienz, Erhöhung der Sicherheit und das entstehende Segment der Low-Cost-Cars. Je
TITEL
nach Anforderung von Antriebsstrang, Sicherheitsanwendung
oder Komfortelektronik lässt sich die am besten geeignete Halbleiterlösung aus unserem Produktportfolio von Mikrocontrollern, intelligenten Sensoren und Leistungshalbleitern zusammenstellen.
Infineon ist einer der wenigen Chiphersteller, der eine derart
breit gefächerte und skalierbare Produktpalette fürs Auto bietet
– gekoppelt mit hohem Systemverständnis und Qualitätsniveau. Diese Kompetenzen machen uns zum bevorzugten
Partner unserer Kunden. Unser Innovationsschwerpunkt liegt
auf der Integration von Funktionalität und damit auf Halbleitern mit hervorragendem Preis-Leistungsverhältnis. Wir möchten allen Fahrzeugklassen die Einhaltung der strengsten Vorgaben zu Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission ermöglichen sowie die Sicherheits- und Komfortanwendungen des Premium-Segments auch in die Mittel- und Kompaktklasse bringen. Für Low-Cost-Cars sind dabei aufgrund ihrer sehr unterschiedlichen Anforderungen spezifische Halbleiterlösungen
notwendig.
Beim Antriebsstrang sehen wir uns als führender Anbieter mit
mehr als 30 Prozent Marktanteil: Statistisch gesehen steuert
jetzt schon in jedem zweiten Fahrzeug in Europa und in jedem
dritten Fahrzeug weltweit ein Infineon-Chip den Diesel- beziehungsweise Benzinmotor. Für den Zukunftsmarkt des teilelektrifizierten beziehungsweise elektrifizierten Antriebstranges
sind wir überall auf der Welt Entwicklungspartner. Unsere Produktschwerpunkte für Sicherheitsanwendungen liegen auf Airbags, elektronischer Lenkunterstützung, ABS/Fahrzeugstabilitätsreglung, elektronisch geregelten Fahrwerken, radar-basierter Fahrerassistenz und Reifendruckkontrolle. Die Schwerpunkte für Komfortelektronik liegen auf der Steuerung von
Lichtmodulen – auch auf Basis der LED-Technik –, auf Türschlössern, Air-Condition und Sitzeinstellung.
Welche Produkte beziehungsweise welche Produktbereiche spielen
bei der Umsetzung dieser Strategie eine Schlüsselrolle?
Beim Thema Safety – unter anderem Fahrerassistenzsysteme –
sind es Radarchips auf Basis von Silizium-Germanium-Technologie, unsere RASIC-Familie, und Single-Chip-Airbag-Controller, die Auswertelogik und Leistungselektronik vereinen.
Im Bereich Body liegt der entscheidende Wettbewerbsvorteil
unserer Produktfamilien in deren Modularität und damit Flexibilität. Mit ihnen kann ein Body-Modul-Design verschiedene Automodelle von Low- bis High-End bedienen. Unsere
neuen Familien für Lichtsteuerung, PROFET+ und Basic-LEDDriver, sind hierfür sehr gute Beispiele. PROFET+ kann herkömmliche Glühbirnen und LEDs ansteuern, schützen und
diagnostizieren; Basic-LED-Driver-ICs sind ganz auf LED-Beleuchtung ausgelegt und ab 2011 erhältlich. Mit beiden wollen
wir der LED-Beleuchtung im Auto schneller zum Durchbruch
verhelfen.
In einer unserer Smart-Power-Technologien haben wir die
zweite Generation eines intelligenten Relaistreibers als Flashbasierte 8-bit-MCU mit anwendungsspezifischen Treiber-, Logik- und Kommunikations-Modulen auf einem Chip integriert.
Fensterheber-, Schiebedach- und Bedienfeld-Anwendungen
profitieren von dieser sehr flexiblen skalierbaren Ein-Chip-Lösung, die ab 2011 verfügbar sein wird und einen besonders
niedrigen Ruhestrom aufnimmt.
AUDO MAX ist unsere neueste 32-bit-MCU-Generation für Antriebsstrang und Fahrwerksteuerung. Sie bietet sehr hohe Verarbeitungsleistung und Echtzeitfähigkeit sowie Taktfrequenzen
bis zu 300 MHz, Schnittstellen wie SENT und FlexRay, aber auch
umfangreiche Unterstützung zur Umsetzung sicherheitsrele-
„In Zukunft müssen alle Partner der Wertschöpfungskette gemeinsam noch mehr in der
Dimension des Gesamtsystems denken. Nur so
lassen sich dessen geforderte Functional-SafetyRequirements effektiv umsetzen.“
vanter Funktionen durch PRO-SIL und eine Temperaturfestigkeit bis zu 170 °C. Wir finden, dass es derzeit kein anderer Mikrocontroller mit AUDO MAX aufnehmen kann. Prozess- und
Produktqualifizierung von 32-bit-MCUs, die in 65-nm-eFlashTechnologie gefertigt werden, sind in der zweiten Jahreshälfte
2012 geplant. Damit können wir die vielen zusätzlichen Funktionen auf einem Chip integrieren, die zur Umsetzung zukünftiger Sicherheits- und Emissionsstandards im Auto erforderlich
sind.
Diese Beispiele sind Highlights, und hier möchte ich noch unsere IGBT-Module, Sensoren und Mikrocontroller erwähnen, die
wir für die Elektrifizierung des Antriebsstrangs bieten.
Welche Rolle spielen Multi-Core-Controller?
Bei Antriebsstrang, Fahrwerk und Sicherheitsanwendungen
geht der Trend hin zu Multi-Core-Controllern. Triebfedern hierfür sind die zunehmenden Anforderungen nach Performance
und Safety bei gleichzeitiger Reduzierung der Stromaufnahme.
Infineons 32-bit-MCUs haben bereits heute mit TriCore und Peripheral Control Processor (PCP) eine asymmetrische Dual-Core-Architektur. Wir werden sie in Richtung Multi-Core weiterentwickeln.
Wo liegen die besonderen Herausforderungen im Bereich ISO
26262? Wie verändert diese zukünftige Norm die Prozesse beim
Halbleiterhersteller und bei den OEMs/Tier-1s?
Infineon hat frühzeitig mit der Umstellung der Entwicklungsprozesse von ISO TS16949 begonnen, nutzt schon wesentliche
Bestandteile der IEC61508 beziehungsweise ISO 26262 und hat
erste Pilotprojekte durchgeführt. Wir wollen der führende Anbieter von Produkten für SIL3-Sicherheitsapplikationen werden, da wir vom Kundennutzen auf Systemebene voll überzeugt sind. Auch wenn die ISO 26262 noch nicht ratifiziert ist,
bietet Infineon bereits heute PRO-SIL-Produkte mit integrierten
15
TITEL
„Wir möchten allen Fahrzeugklassen
die Einhaltung der strengsten Vorgaben zu Kraftstoffverbrauch und
Schadstoffemission ermöglichen
sowie die Sicherheits- und Komfortanwendungen des PremiumSegments auch in die Mittel- und
Kompaktklasse bringen.“
„SIL-supporting Features“ an. Mit Hilfe dieser Features können
unsere Kunden SIL-zertifizierbare Designs wesentlich einfacher
realisieren.
Mit unseren Kunden müssen wir aus den Fuctional-Safety-Requirements des Gesamtsystems den Safety-Case und die daraus
resultierenden Safety-Requirements für unseren Baustein topdown definieren. Erst dann lässt sich eine Bausteinspezifikation
sinnvoll abstimmen und das Design beginnen. Dieser Prozess ist,
intern wie extern, heute zeitaufwendig. Ich bin mir jedoch sicher, dass wir gemeinsam recht schnell die benötigte Expertise
und Routine in der Anwendung der ISO 26262 erarbeiten.
In Zukunft müssen alle Partner der Wertschöpfungskette gemeinsam noch mehr in der Dimension des Gesamtsystems denken. Nur so lassen sich dessen geforderte Functional-Safety-Requirements effektiv umsetzen.
Welche Bedeutung haben Hybridfahrzeuge und vor allem die Elektromobilität für Infineon, und welche Strategie verfolgen Sie?
Das ist vermutlich der Wachstumstreiber für unser Geschäft
über die nächsten fünf bis zehn Jahre. Infineon ist Weltmarktführer in der Automobil- und Hochleistungselektronik für Industrieanwendungen und verfügt in beiden Märkten über mehr
als 40 Jahre Erfahrung. Dieses Know-how nutzen wir für Hybrid- und Elektrofahrzeuge. In Fahrzeugen mit herkömmlichem Antrieb sind heute Halbleiter im Wert von rund 300 USDollar eingebaut, in Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden es
bis zu 900 US-Dollar sein. Hybrid ist über die nächsten fünf bis
zehn Jahre einer der wichtigsten Wachstumstreiber bei automobilen Halbleitern, und wir erwarten für 2011 erste nennenswerte Umsätze im zweistelligen Millionenbereich.
Im Elektrofahrzeug wollen wir die Kosten für Antrieb und Elektronik senken und die Reichweite der Batterie erhöhen. Unsere
Halbleiterlösungen schaffen damit zu einem ganz wesentlichen
Teil die Voraussetzungen für marktfähige und bezahlbare Elektromobilität.
Neben der Logik gehört ja auch die passende Leistungselektronik zu
den wesentlichen Elementen eines E-Fahrzeugs…
Wir haben bereits vor zehn Jahren mit Produktentwicklungen
für Elektro- und Hybridautos begonnen. Unsere Produkte tragen dazu bei, elektrische Antriebe kostengünstiger, zuverlässi-
16
ger und kompakter zu machen. Sowohl für unsere Hybridmodule – HybridPACK1 für Mild-Hybrid und HybridPACK2 für
Voll-Hybride und Elektrofahrzeuge – als auch für unsere Entwicklungsunterstützung mit den HybridKITs bekommen wir
sehr positives Feedback der Kunden. Bei den HybridKITs kombinieren wir mit dem HybridPACK-Modul und TriCore zwei
zentrale Komponenten für die Elektromobilität in einen Umrichter-Demonstrator. Da auch die übrigen Komponenten wie
Ansteuerplatine, Zwischenkreiskondensator, Kühlung und eine
einfache Basissoftware bereits aufeinander abgestimmt sind,
können unsere Kunden sehr schnell Antriebssysteme zur Evaluierung aufbauen.
Im Elektrofahrzeug kommen Halbleiter nicht nur im Fahrantrieb zum Einsatz, sondern in einer Vielzahl von Applikationen wie im Ladegerät und der Spannungsversorgung des Niedervoltnetzes aus der Hochvoltbatterie. Hier bietet Infineon mit
den Easy-Modulen eine Produktlinie, die eine kompakte Alternative zu diskreten Aufbauten darstellt.
Welche besonderen Herausforderungen muss ein Halbleiterhersteller wie Infineon meistern, um bei Elektrofahrzeugen erfolgreich
zu sein? Welche Synergien ergeben sich dabei für Infineon, weil das
Unternehmen sowohl über Controller- als auch über Power-Expertise verfügt?
Bei Elektrofahrzeugen werden für den Antrieb Halbleiterlösungen eingesetzt, die bisher nicht im Auto zum Einsatz kamen. Das
sind Leistungsschalter bis zu 1200 V/800 A, deren Ansteuerung
sowie spezielle ICs für das Batterie-Management. Diese Halbleiter müssen die Anforderungen der Automobilbranche bezüglich
Qualität, Temperatur und Robustheit erfüllen. Infineon hat hier
einerseits Expertise aus dem Industriebereich, andererseits aber
auch das Wissen, was im Auto gefordert ist – gekoppelt mit hohem Systemverständnis für beide. Wir nutzen bereits heute die
Vorteile einer hochvolumigen synergetischen Produktion der
Industrieprodukte für unsere Automobilleistungshalbleitermodule. Infineon kann die Umsetzung ins Auto mit den Kompetenzen aus beiden Welten bewerkstelligen. In dieser Kombination ist das wohl einmalig in der Welt.
Die Lösungen von Infineon bestehen aus Halbleitersensoren,
Mikrocontrollern, Leistungshalbleitern und intelligenten Modulen. Infineon kann dabei die Systemfunktionalitäten so auf
TITEL
die Halbleiter verteilen, dass durch geschickte Partitionierung
Systemkosten optimiert werden.
Welche Marktentwicklung erwarten Sie bei Elektrofahrzeugen?
Auch wenn der Verbrennungsmotor in den nächsten Jahren
noch die bestimmende Antriebstechnologie sein wird: Die Elektromobilität kommt; die Frage ist nur wann und in welchem
Umfang! Es sind massive Kostensenkungen notwendig, vor allem auf der Batterieseite, und außerdem steht der Aufbau einer
intelligenten Infrastruktur zur Energieversorgung an.
Das Beratungs- und Marktforschungsunternehmen IHS Global
Inside erwartet für 2015 weltweit bereits etwa vier Millionen
Fahrzeuge mit elektrifiziertem beziehungsweise teilelektrifiziertem Antrieb. Von 2015 bis 2020 ist eine wesentlich steilere Entwicklung zu erwarten. Das wird von den Preisen für das Öl und
den Batterien fürs Elektroauto abhängen, aber auch davon, inwieweit die Politik in elektrische Antriebstechnologien investiert und Kaufanreize für den Verbraucher schafft. China will
beispielsweise Weltmarktführer bei Elektroautos werden.
Im Zukunftsmarkt Elektromobilität will Infineon der führende
Chipanbieter sein. Bis zum Ende des Jahrzehnts erwarten wir
einen hohen dreistelligen Millionenumsatz im Segment Elektromobilität.
Welche Bedeutung hat die E-Mobilität jenseits des Autos für Infineon?
Eine sehr große. Infineon bietet hier MCUs, Hall-Sensoren und
spezielle Leistungshalbleiter wie MOSFETs und Spannungsregler. Bei den 8-bit-MCUs des Typs XC800 für E-Bikes, also Fahrräder mit Elektroantrieb, hat sich Infineon innerhalb von nur
drei Jahren weltweit einen Marktanteil von etwa einem Drittel
erarbeitet: In 2009 gingen rund acht Millionen Infineon-geregelte E-Bikes über die Ladentheke – vornehmlich in China, Tendenz stark steigend. Neben dem asiatischen hat auch der europäische Markt enormes Wachstumspotential.
Wir wollen uns weitere E-Vehicle-Märkte erschließen und bauen auf dem E-Bike-Erfolg und unseren Erfahrungswerten bei
der Entwicklungsunterstützung für geregelte Antriebe unterschiedlicher Leistungsklassen von zirka 250 W bis 12 kW auf.
Transportfahrzeuge wie E-Scooter und E-Cityroller, Fahrzeuge
aus dem Sportbereich wie E-Carts, Fun-Wheeler mit zwei und
vier Rädern, Golf-Trolleys, Rollstühle und die breite Fahrzeugpalette in Land- und Bauwirtschaft wie Kleinlader, Sackkarren
oder Elektrokräne haben ein Potential von insgesamt mehreren
Millionen Stück jährlich.
Elektromobilität ist mehr als nur das Fahrzeug selbst. Eine eventuelle Anbindung an ein Smart-Grid sowie vor allem die sichere Abrechnung beim Laden an öffentlichen Strom-Tankstellen sind derzeit
ebenso heiße Themen. Was unternimmt Infineon hier?
Für die flächendeckende Nutzung von Elektrofahrzeugen sind –
neben der Kostensenkung insbesondere der Batterie und Erhöhung der Reichweite – ein „intelligentes“ Stromnetz und eine
Infrastruktur mit einer ausreichenden Anzahl an Ladestationen
mit standardisierten Steckverbindungen und Kommunikationsschnittstellen erforderlich. Das Stromnetz muss bidirektionale Energieflüsse zulassen und die Nutzung der Batterie als
Stromspeicher für das Netz möglich sein.
In all diesen Bereichen – Kosten und Reichweite der Batterie,
Lade-Infrastruktur und Smart Grid mit all seinen Aspekten –
können unsere Halbleiterlösungen helfen, den technologischen
Durchbruch zu beschleunigen. Im Rahmen von Smart-Grid und
Infrastruktur spielen sie in dreifacher Hinsicht eine zentrale Rolle: bei der Energiegewinnung durch Wind und Sonne, bei der
Energieübertragung, sowie bei der Einspeisung in Batterien und
Jochen Hanebeck im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur
Alfred Vollmer: „Im Zukunftsmarkt Elektromobilität will Infineon der
führende Chipanbieter sein.“
bei der Rückspeisung ins Netz. Bei der Energieübertragung gehen heute bis zu zehn Prozent der Energie verloren. Mit Infineons Produkten ließen sich diese Verluste um etwa ein Fünftel
senken.
Unser Sicherheits-Know-how unterstützt sichere Bezahlvorgänge bei ‚Strom-Tankstellen’, wenn die Stromreserven parkender Elektrofahrzeuge wieder in das Netz zurückgeführt werden, um Nachfragespitzen anderer Abnehmer auszugleichen.
Für einen bidirektionalen Stromaustausch müssen die Ladeeinrichtungen ebenfalls mit zusätzlichen Halbleitern ausgestattet
werden. Weil diese Vorgänge mit dem Stromanbieter abgerechnet werden, sind Sicherheits-Chips für Authentifizierung und
sicheren Datenaustausch auch an den Kommunikationsschnittstellen von Ladestation und Fahrzeug erforderlich. Sie sehen:
Infineon ist ein starker Partner bei Elektromobilität.
Das Interview führte Alfred Vollmer, Redakteur der
Automobil-Elektronik.
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300AEL0510
Link zu Infineon
hen
Besuc uf der
a
Sie unsnica 2010
electro5 Stand 179
Halle A
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SENSORIK/AKTORIK
Breitbandradar für
Fahrerassistenz- und aktive
Sicherheitsfunktionen
Aktive Sicherheitsfunktionen stellen große Anforderungen an die Ortungsqualität zukünftiger
Radarsensoren. Technisch erfordert hohe Ortungsqualität große Trägerfrequenzen sowie Modulationsbandbreiten. In Europa ist hierfür das 79-GHZ-BAND freigegeben. Die ersten Produkte stehen
schon in den Startlöchern.
D
zum Vorderfahrzeug messen und nach
Vorgaben des Fahrers regeln konnten. In
der Folge kamen viele weitere radarbasierte Applikationen wie beispielsweise
ACC Stop & Go, Auffahrwarner oder
Bremsassistenten auf den Markt, an denen sich ein Trend weg von reinen Komfort- und hin zu Funktionen mit immer
stärkerem Sicherheitsaspekt ablesen
lässt.
Neue Funktionen der aktiven Sicherheit reagieren auf eine kritische Zuspitzung der Fahrsituation präventiv bereits
vor dem Kontakt und zielen auf eine Vermeidung des Unfalls oder zumindest auf
eine Minderung der Unfallfolgen ab. Von
essentieller Bedeutung ist dabei das möglichst frühzeitige und zweifelsfreie Erkennen einer kritischen Situation, wobei
heute Radarsensoren eine wesentliche
Rolle spielen. Ist eine Situation als kritisch erkannt, erfolgt typisch eine gestaffelte Eskalationskette diverser Maßnahmen, um auf die Unfallvermeidung oder
zumindest auf die Minderung der Unfallfolgen hinzuarbeiten. Diese Maßnahmen
Quelle: BMW
ie Verwendung von Radarsensoren im Automobil wurde bereits
vor 1970 diskutiert, aber zu einer
Markteinführung kam es erst in den Jahren 1999/2000 in der Mercedes S-Klasse
beziehungsweise in der BMW 7er Reihe
sowie bei Fahrzeugen von Jaguar. In diesen Fahrzeugen boten die Hersteller erstmals abstandsgeregelte Tempomaten (aktive Geschwindigkeitsregelung oder Active Cruise Control, kurz ACC) an, die mit
Hilfe von Radarsensoren sowohl den Abstand als auch die Relativgeschwindigkeit
18
können von Information und Warnung
des Fahrers über einer Vorkonditionierung der Bremssysteme bis hin zur Auslösung eines Bremsmanövers reichen.
Die Wirksamkeit der Maßnahmen hängt
entscheidend vom Auslösezeitpunkt ab.
Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen,
dass sowohl der Fahrer als auch die anderen Verkehrsteilnehmer noch Handlungsspielräume besitzen und daher der
Unfall erst relativ spät als klar unvermeidbar klassifiziert werden kann. Aus
diesem Grund ist auch nicht in jeder Situation eine komplette Vermeidung des
Unfalls möglich; oft lassen sich jedoch die
Unfallfolgen mindern. Sensoren der aktiven Sicherheit können häufig gleichzeitig mehrere Fahrzeugfunktionen unterstützen. Speziell können die Hersteller
mit den Sensoren auch Komfortfunktionen für den Fahrer realisieren. Auf diese
Weise lässt sich die im Fahrzeug vorhandene Sensorinfrastruktur vom Fahrer jeden Tag als Komfortfunktion nutzen (z.
B. ACC Stop & Go), steht jedoch jederzeit
als Sicherheitssystem für die seltenen kritischen Situationen zu Verfügung.
Allgemeines zur Ortung mit Radar
Radarsensoren sind in der Lage, Abstand,
Azimutwinkel und Relativgeschwindigkeit von Zielobjekten gleichzeitig zu bestimmen und somit wichtige Informationen für eine zweifelsfreie Beurteilung der
Fahrumfeldes bereitzustellen. Speziell
für Funktionen der aktiven Sicherheit ist
dabei eine möglichst hohe Qualität der
Ortungsdaten unumgänglich, um möglichst früh eine unvermeidbare Kollision
Quelle: BMW
SENSORIK/AKTORIK
Bild 1: Schematischer Messbereich eines Radarsensors.
vorhersagen zu können. Allgemein senden Radarsensoren hochfrequente elektromagnetische Wellen aus, welche an
Objekten reflektiert und wiederum vom
Radarsensor empfangen werden. Die
derzeit verwendeten Trägerfrequenzen
liegen typischerweise bei zirka 24 GHz
beziehungsweise zwischen 76 und 77
GHz. Aus der Laufzeit der Signale zum
Zielobjekt und wieder zurück zum Sensor können die Systeme auf den radialen
Abstand zwischen Radar und Objekt
schließen. Erfolgt die Aussendung und/
oder der Empfang der Wellen nur in beziehungsweise aus einem gewissen
Raumwinkelsegment, so kann auf den
Azimut- und Elevationswinkel der Zielobjekte geschlossen werden. Letztlich
tritt bei der Reflexion an bewegten Zielen
noch der Doppler-Effekt auf, bei dem sich
je nach relativer Bewegung zwischen Radar und Ziel die Frequenz des Radarsignals bei der Reflexion um einen kleinen
Betrag verschiebt. Diese Frequenzverschiebung lässt Rückschlüsse auf die Bewegung des Ziels relativ zum Radarsensor zu.
Die beschriebenen drei physikalisch
unterschiedlichen Messprinzipien lassen
sich systemtheoretisch untersuchen. Dabei ergeben sich unabhängig von der
praktischen Ausführung des Radarsystems und unabhängig vom verwendeten
Radarprinzip eine Reihe allgemeiner
grundlegender Zusammenhänge (siehe
Tabelle): Wie sich zeigt, steigt die Qualität
der Radarortung bei der Verwendung höherer Trägerfrequenzen an. Dies liegt
zum einen an der Möglichkeit der schärferen Bündelung der Radarwellen bei
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19
Quelle: Continental
SENSORIK/AKTORIK
Bild 2: Bild 79 GHz Sensor RoCC.
gleichen Antennenabmessungen, zum
anderen an den höheren auftretenden
Dopplerfrequenzverschiebungen, die bei
gleicher Messzeit eine genauere Frequenzmessung und daher eine genauere
Geschwindigkeitsmessung erlauben. Soll
die Qualität der Abstandsmessung verbessert werden, müssen Signale größerer
Bandbreite verwendet werden. Die Nutzung einer größeren Sendebandbreite
verbessert primär die Abstands-Trennfähigkeit des Radars: seine Fähigkeit,
zwei nahe beisammen liegende Ziele in
der Entfernung eindeutig als zwei Ziele
zu erkennen. Es verbessert sich damit das
Verhalten des Radars in komplexen
Mehrzielszenarien, welche sich häufig
beispielsweise im Stadtverkehr finden.
Leider stellt sowohl die Steigerung der
Sendefrequenz als auch die Steigerung
der verwendeten Bandbreite technisch
eine große Herausforderung dar und
wirkt als potenzieller Kostentreiber. Darüber hinaus generieren hochauflösende
Radarsysteme erhebliches Rohdatenvolumen. Die Bearbeitung und Interpretation dieser großen Rohdatenmengen in
Echtzeit stellt an heute verfügbare Signalauswertungstechnologien, die für den
automobilen Einsatz geeignet sind, hohe
Anforderungen.
79 GHz Breitbandradare
Aufgrund der oben genannten Zusammenhänge wurden bereits ab dem Jahr
2000 Aktivitäten zur Realisierung von
Breitbandradaren speziell für Funktionen der aktiven Sicherheit gestartet, die
wegen Kosten- und Realisierungsaspekten zunächst bei einer Mittenfrequenz
von 24 GHz arbeiteten. Diese Systeme
sind in der EU nur noch bis zum
30.06.2013 zugelassen und werden sukzessiv durch Radare im Frequenzband
von 77 bis 81 GHz ersetzt. Für dieses ab
2005
zugewiesene
79-GHz-Band
20
herrscht derzeit in der EU unbegrenzte
Zulassung, eine Freigabe in den USA
und in Japan ist in Diskussion. Erste
Muster der neuartigen 79 GHz Radarsensoren wurden bereits im BMBFForschungsprojekt KOKON (2004 –
2007) erstellt, eine weitere Optimierung und Kostensenkung erarbeiten derzeit unter anderem
Spezialisten der BMW Group Forschung und Technik im BMBF-Forschungsprojekt RoCC (Radar on Chip for
Cars).
Die hohe Trägerfrequenz um 79 GHz
erlaubt einerseits geringere Baugrößen
oder eine verbesserte Winkeltrennfähigkeit, andererseits durch die gesteigerte
Dopplerfrequenz auch eine sehr hohe
Geschwindigkeitstrennfähigkeit.
Aufgrund der erlaubten Modulationsbandbreite von 4 GHz und der deshalb möglichen Abstandstrennfähigkeit von etwa 7
cm lassen sich mit diesen Sensoren alle
derzeit praktisch relevanten Anforderungen an automobile Sicherheitsfunktionen erfüllen. Hauptziel ist nunmehr die
Senkung der Stückkosten der Sensoren
und damit untrennbar verbunden deren
einfache Fertigung in großen Stückzahlen. Als Basis dazu dient eine massenmarktfähige SiGe-Halbleitertechnologie,
die den Millimeterwellenbereich bis über
80 GHz erschließt und sich zuverlässig in
großen Stückzahlen fertigen lässt. Darüber hinaus sorgt eine neuartige Aufbauund Verbindungstechnik dafür, dass sich
die die Anzahl an Millimeterwellenverbindungen reduziert und eine Bestückung auch ohne den Einsatz von speziellen Fertigungsmaschinen möglich ist.
Unsichtbare Sensorintegration
Um viele verschiedene Funktionen der
Fahrerassistenz und der aktiven Sicherheit bedienen zu können, ist potenziell
die gleichzeitige Integration mehrerer
Radarsensoren in das Fahrzeug nötig.
Hier bieten Radarsysteme die Möglichkeit, unsichtbar hinter Kunststoffoberfächen (zum Beispiel im Stoßfänger) verbaut werden zu können und somit das
Design des Fahrzeugs nicht zu beein-
trächtigen. Wie aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, kann diese Integration
auch im 79-GHz-Band erfolgreich erfolgen, sofern der durchstrahlte Kunststoff
und dessen Lackierung geeignete Materialeigenschaften aufweisen. Dazu wird eine speziell entworfene Struktur in die
Rückseite des Stoßfängers eingearbeitet,
welche eine Anpassung der Wellenwiderstände sicherstellt und somit Reflexionen sowie Verluste minimiert. Diese
Anpassung gelingt auch bei Lackierungen mit hoher Permittivität (zum Beispiel
bei Metallic-Lacken), und sie ist sogar robust gegenüber üblichen Fertigungstoleranzen.
Zusammenfassung
Radarsensoren werden derzeit für automobile Komfortfunktionen genutzt. Darüber hinaus ist ein klarer Trend zur zusätzlichen Nutzung in aktiven Sicherheitsfunktionen zu verzeichnen. Aktive
Sicherheitsfunktionen stellen hohe Anforderungen an die Ortungsqualität der
Sensoren und fordern daher hohe Trägerfrequenzen und große Sendebandbreiten. Beide Forderungen werden optimal von neuartigen Breitbandradarsensoren im 79-GHz-Band erfüllt. Die Nutzung dieser Sensoren ist in der EU unbeschränkt erlaubt, eine Zulassung in USA
und in Japan ist in Diskussion. Die preiswerte Darstellung der neuen Sensoren
wird durch massenmarktfähige SiGeProzesse und neue innovative Aufbauund Verbindungstechnik realisiert. Wie
Studien zeigen, lassen sich 79-GHz-Sensoren ohne deutliche Qualitätseinbußen
hinter lackierten Stoßfängerstrukturen
unsichtbar integrieren, wenn geeignete
Anpassungsstrukturen in die Rückseite
der Stoßfänger eingearbeitet werden.
Dr.-Ing. Ralph H. Raßhofer und Dipl.-Ing.
Frerk Fitzek arbeiten bei der BMW Group Forschung und Technik
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331AEL0510
Link zu BMW
Ortungsparamter
Antennenbreite
vergrößert
Trägerfrequenz
vergrößert
Bandbreite
vergrößert
Winkelauflösung
Steigt
Steigt
Kein Einfluss
Geschwindigkeitsauflösung
Kein Einfluss
Steigt
Kein Einfluss
Abstandsauflösung
Kein Einfluss
Kein Einfluss
Steigt
Tabelle 1: Grundlegende Abhängigkeiten für die Ortungsqualität von Radarsystemen unter der
Annahme gleichbleibender Messzeit.
Alle Bilder: Carmeq
SENSORIK/AKTORIK
Visualisierung von Sensordaten
Das Visualisierungswerkzeug CARSCOPE bietet verschiedene Möglichkeiten zur Darstellung komplexer Szenen, von Sensordaten und Abläufen. Weitgehend unabhängig von der Programmier- und
Laufzeitumgebung ermöglicht CarScope das Arbeiten aus dem laufenden System heraus.
A
m Anfang stand die immer gleiche
Frage, vor der ein Entwickler für
neue Fahrerassistenzfunktionen
regelmäßig steht: Was sehen meine Sensoren? Sind alle Fehler gefunden und sehen meine Sensoren das, was die Funktion benötigt? Dies ist der Zeitpunkt, an
dem man sich wünscht, die Sensordatenerfassung und verarbeitung visualisieren
und analysieren zu können, um das Unsichtbare sichtbar zu machen.
Aus dieser wiederkehrenden Aufgabe
entstand die Idee zu einer wiederverwendbaren Software, die so allgemeingültig ist, dass sie in vielen unterschiedlichen Kontexten verwendet werden
kann, dabei jedes gewünschte Detail in
beliebiger Genauigkeit darstellt und in
der Lage ist, gleichzeitig die Daten von
verschiedenen verteilten Quellen auch
über Netzwerke zu visualisieren. Das war
die Geburtsstunde von CarScope.
ist. Diese Grundelemente haben Eigenschaften wie Größe, Farbe oder Transparenz, die bei jeder Verwendung individuell angepasst werden können. Die Spanne reicht von sehr einfachen Grundelementen, wie Linie, Kreis, Kreuz, Punkt,
Viereck, Pfeil oder Text, über anspruchs-
vollere Elemente wie Bitmaps, Höhenkarten, Bilder, Videos, Fahrbahnen, Signalverläufen oder Strahlensensorik bis
hin zu komplexen dreidimensionalen
Fahrzeugmodellen. Alle Elemente sind
zunächst kontextfrei, so dass sie sind allgemeingültig sind und keinerlei A-Priori-
RH&T
Das Baukastenprinzip
CarScope ist ein Baukasten, der mit virtuellen grafischen Grundelementen gefüllt
21
SENSORIK/AKTORIK
Bild 1: Durchblick durch ein halbtransparentes Video. Grün eingezeichnet sind die Abstandsdaten eines an der Fahrzeugfront montierten
Laserscanners.
Annahmen über die Eigenschaften der
an sie gesendeten Daten beinhalten.
Durch Kombination dieser Elemente lassen sich beliebige Szenen darstellen.
Der Aufwand für die Programmierung
der grafischen Grundelemente fällt bei
dieser Vorgehensweise nur einmal zum
Zeitpunkt der Integration in CarScope
an. Der Programmieraufwand bei der
späteren Verwendung durch den Anwender ist dadurch minimal, was Zeit
und Kosten spart.
Der Szenengraph
Aufgrund des Verbaus von Sensoren im
Fahrzeug und der Bewegung des Fahrzeugs in der Welt ergeben sich komplexe
geometrische Verkettungen von Koordinatensystemen, deren Umrechnung in
ein gemeinsames Koordinatensystem eine
Herausforderung darstellt. Ein Prinzip von
CarScope ist, dass die Daten in dem Koordinatensystem übergeben werden, in dem
sie entstehen. Dies wird dadurch erreicht,
dass die grafischen Elemente verkettet
und ihre Koordinatensysteme vererbt
werden. Beispielsweise wird ein Sensor,
der sich in der Realität an einer bestimmten Position am Fahrzeug befindet, auch
in der virtuellen Welt von CarScope an
dieser Stelle befestigt und bewegt sich mit
dem Fahrzeug und damit mit dessen Koordinatensystem. Die Umrechnung der
Koordinatensysteme zur Darstellung im
Szenengraph übernimmt CarScope.
Da grundsätzlich alle Elemente in diese Koordinatenkette aufgenommen werden können, sind auch ungewöhnliche
Darstellungen möglich. In dem in Bild 1
gezeigten wurden ein Laserscanner und
eine Kamera in der virtuellen CarScopeSzene an die Stellen im Auto platziert, an
denen sie während der Aufnahmefahrt
befestigt waren. Das Auto bewegt sich
anhand aufgezeichneter Bewegungs-
22
daten durch die CarScope-Szene. Durch
das halbtransparente Videobild entsteht
ein sofort verständliches und eindeutig
interpretierbares Bild dessen, was der
Sensor sieht und wie diese Daten mit der
realen Welt zusammenpassen.
Die Schnittstelle
Die CarScope-Architektur beinhaltet
zwei Elemente: den CarScope-Server
und den CarScope-Client. Der Server ist
das von Carmeq ausgelieferte Programm,
das die darzustellenden Daten empfängt
und auf dem Bildschirm darstellt. Der
Client bereitet die Daten mit Hilfe einer
C-Programmierschnittstelle (C-API) so
auf, dass der Server sie interpretieren
kann. Die Aufgabe des Entwicklers besteht darin, den Client in seiner Anwendung mit der CarScope CAPI, ergo die Visualisierung und das Senden der Daten
an den Server, zu programmieren. Die
Kommunikation erfolgt lokal über Shared-Memory beziehungsweise in Netzwerken mit dem Internetprotokoll UDP.
Bisher wurde die C-API auf Windows
und Linux kompiliert, aber sie kann
durch den offenen Quellcode prinzipiell
in allen Betriebssystemen zum Einsatz
kommen, die das Internetprotokoll UDP
unterstützen.
Einerseits ist es möglich, die Daten
mehrerer
verteilter
Anwendungen
gleichzeitig auf einem CarScope-Server
zu visualisieren. Andererseits kann ein
Client auch Daten an mehrere CarScopeServer schicken, so dass sich selbst sehr
komplexe verteilte Systeme beobachten
und auf intuitiv verständliche Weise auswerten lassen.
Die Steuerung
Zur Analyse der dargestellten Szene stehen in CarScope verschiedene Steuerungsmöglichkeiten der Szenendarstel-
lung zur Verfügung:
Umschalten zwischen zwei- und dreidimensionaler Ansicht
Navigation in der Szene: Zoom, Translation, Rotation, Veränderung der Kamerahöhe in der zwei- beziehungsweise dreidimensionalen Ansicht
Vermessung von Längen in der zweidimensionalen Ansicht
Generieren von Bildschirmfotos und
Videos der dargestellten Szene per
Knopfdruck
Die Funktion „Time Shift“
Die Geschwindigkeit der Anzeige in
CarScope hängt von der Abspielgeschwindigkeit der Client-Anwendung
ab. Oftmals werden wichtige Situationen
zu kurz für eine ausführliche Analyse
dargestellt. Um die Visualisierung in beliebiger Geschwindigkeit und so oft wie
gewünscht anschauen zu können, bietet
CarScope die Funktion eines Time-ShiftRecorders. Die darzustellenden Informationen werden in einem Puffer zwischengespeichert und können beliebig vorund zurückgespult, angehalten sowie in
Einzelschritten abgespielt werden. Die
Steuerungsmöglichkeiten bleiben in diesem Modus erhalten.
Anwendungsbeispiel
Bild 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in
dem Daten aus fünf verschiedenen Quellen angezeigt werden:
Umgebungsvermessung mit einem Laserscanner mit Schwenkgelenk auf einem Stativ: weiß – 3D-Punkte, blau –
Bodenebene
Vermessene Position des Fahrzeuges
mit externem System auf einem Stativ
– rotes Fahrzeug
Berechnete Position aus der fahrzeugeigenen Odometrie – blaues Fahrzeug
Sensordaten der vorne seitlich ange-
SENSORIK/AKTORIK
Bild 2: Abstandsmessung mit Hilfe der Maus (gemessene Länge in
Meter in der Mitte des Pfeils )
brachten Ultraschallsensoren – Kreuze
in rot, Kreissegment am Fahrzeug
Vermessene Parklücke – rotes Rechteck
Zusammenfassung und Ausblick
CarScope ist ein universelles wiederverwendbares Visualisierungswerkzeug, das
dabei hilft, sich auf die Analyse von Sensordaten als wesentliche Aufgabe bei der
Entwicklung von Fahrzeugsystemen zu
Bild 3: Anwendungsbeispiel für Ultraschallvermessung von Parklücken.
konzentrieren, und damit die Entwicklung und Pflege eigener proprietärer
Tools überflüssig macht. CarScope spart
viel Zeit bei gleichzeitig besserer Qualität
der Entwicklungsergebnisse, was in Summe zu Kosteneinsparungen führt. Das Visualisierungsergebnis ist optisch aufbereitet und hilft dabei, komplexe technische
Sachverhalte managementgerecht aufzubereiten und zu präsentieren.
Beide Autoren arbeiten bei der Carmeq GmbH
an der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen: Jesko Klandt als Projektleiter und Dr. Markus Radimirsch als Business Team Manager
infoDIRECT www.all-electronics.de
Link zu CarScope
von Carmeq
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BAUELEMENTE
Koordinierter Schaltungsschutz
für Infotainment-Geräte im Auto
Die Koordination von Überstrom-, Überspannungs- und Übertemperatur-Schaltungsschutzstrategien trägt dazu bei, dass Automobilhersteller relevante SICHERHEITSSTANDARDS erfüllen, die Kundenzufriedenheit steigern und auch Garantiekosten senken können.
I
schaltströme selbst beim konservativsten
Design die Werte überschreiten.
Mehrschichtige
Sicherungsanordnung
Träge Sicherungen bieten Überstromschutz bei Systemen, in denen es als Teil
des normalen Betriebs häufig zu hohen
Stromspitzen kommt. Die mehrschichtige Konstruktion solcher Geräte ermöglicht, dass Sicherungselemente in einem
einzigen Gerät parallel gestapelt werden.
Die Elemente werden in die Sicherung
selbst eingebettet und auf allen Seiten
von Lichtbogenunterdrückungs-Material
umgeben. Bild 1 vergleicht das mehrschichtige Design der trägen Sicherungen
von Tyco Electronics mit einer typischen
einschichtigen und glasbeschichteten
Anordnung.
Das parallele Stapeln von Sicherungselementen ermöglicht eine höhere
Strombelastbarkeit in einem Paket mit
gegebener Größe. Die mehrschichtige
Bauweise vergrößert die gemeinsame
Fläche von Sicherungselement und Glaskeramik, dessen Material den Lichtbogen
unterdrückt. Wenn das Sicherungselement geöffnet wird, ist mehr Material zur
Absorption des verdampften Sicherungselements vorhanden, was zu einer sehr
effizienten und effektiven Lichtbogenunterdrückung führt.
Schutz mobiler Elektronik
GPS-Systeme, Smart Phones, Playstations und tragbare Media-Player, die zuhause, im Büro oder im Auto aufgeladen
werden, sind immer, wenn sie angeschlossen oder abgetrennt werden, Spannungs- oder Stromtransienten ausgesetzt. Daher wird für Hersteller von
Consumer-Elektronik wie auch für Automobilhersteller der Schutz tragbarer
Elektronikgeräte vor Schaltungsbeschädigungen immer mehr zu einer kritischen Konstruktionsfrage.
Transientenschutz ist bei der Entwicklung von Peripheriegeräten sehr wichtig,
die von Kfz-Sammelschienen aus gespeist werden. Obgleich sie eine Nennspannung von 12 V verwenden, kann der
normale Betrieb zwischen 8 und 16 V
schwanken. Batteriestromstärken können aber 100 A überschreiten und sofort
per Relais oder Sicherung gestoppt werden, wodurch große Induktionsspitzen
auf dem Bussystem entstehen und die
Spannung um das Fünffache oder mehr
ansteigen kann. Mit der zunehmenden
Verwendung von Hochleistungselektronik in Fahrzeugen wächst somit auch das
Potenzial für solche Induktionsspitzen.
Herkömmliche Klemmdioden stellen
die einfachste Schaltungsschutzlösung
für tragbare Elektronikgeräte dar. Um
aber der potenziellen Ausgangsleistung
Alle Bilder: Tyco Electronics
nfotainment-Systeme können mehrere Funktionen mit integrierten Modulen umfassen, die Audio, Video,
Kommunikation und Stromverteilung
regulieren. Diese modularen Anordnungen werden in der Regel durch Formbeschränkungen sowie Reparaturkostenbelange definiert. Ein intelligentes
Stromverteilersystem, das jedes Modul
mit einer strombegrenzenden Komponente schützt, kann die Kundenzufriedenheit erhöhen und Garantiekosten reduzieren.
Einschalten und andere Systemvorgänge wie zum Beispiel Änderungen der
Prozessorgeschwindigkeit oder der Start
des Motors können zu Spannungs- oder
Stromstärke-Spitzen sowie zur störenden
Aktivierung von Sicherungen führen. Im
Verlauf der Zeit können wiederholte abrupte Stromanstiege zum Ausfall der Sicherungen durch Ermüdung führen. Extreme Temperaturen können ebenfalls
zur Leistungsbeeinträchtigung der Schaltungsschutzkomponenten beitragen.
Viele Geräte funktionieren nicht mehr
spezifikationsgemäß, wenn sie wiederholten
Übertemperaturbedingungen
ausgesetzt sind, und verbrauchen immer
mehr Strom, um die Funktionalität aufrecht zu erhalten. Wenn genug dieser beeinträchtigten Komponenten in ein System integriert sind, können die Ein-
Bild 1: Mehrschichtige Sicherung von Tyco Electronics und typische einschichtige, glasbeschichtete Sicherung.
24
BAUELEMENTE
Bild 2: PolyZen bietet
Eingangsstromschutz
für tragbare Elektronikgeräte.
eines nicht zugelassenen Ladegeräts
standzuhalten und weiterhin rücksetzbaren Schutz zu bieten, muss diese Diode in
der Lage sein, fast den gesamten Strom
abzuleiten, den ein nicht zugelassenes
Ladegerät liefern könnte. Der daraus resultierende Schaltungsschutz müsste daher aus einer großen Diode plus einer signifikanten Wärmeableitungs-Infrastruktur bestehen, was keine praktische Lösung darstellt.
Die neuste Generation von Klemmdioden, die PolyZen-Bausteine, bietet
Entwicklern die Einfachheit einer herkömmlichen Klemmdiode ohne dass
hierbei ein zusätzlicher Kühlkörper erforderlich ist. Diese Einkomponentenlösung bietet Schutz beim Einsatz ungeeigneter Stromversorgungen, Transientenunterdrückung,
Sperrvorspannungsschutz sowie Schutz vor durch Überspannungen verursachten Beschädigungen.
Gemäß Bild 2 besteht die PolyZen-Mikrobaugruppe aus einer stabilen ZenerDiode für eine präzise Spannungsbegrenzung und einer resistiv nichtlinearen
PPTC-Schicht (PPTC = Polymeric Positive
Temperature Coefficient, polymerer positiver Temperaturkoeffizient). Die PPTCSchicht reagiert sowohl auf Diodenerhit-
zungs- als auch auf Überstromereignisse
indem sie von einem niederohmigem zu
einem hochohmigen Zustand übergeht.
Im Falle eines anhaltenden Überspannungszustands begrenzt das aktivierte
PPTC-Element die Stromstärke und sorgt
für einen Spannungsabfall, um sowohl
die Zener-Diode als auch die nachgeschaltete Elektronik zu schützen sowie
die Strombelastbarkeit der Diode effektiv
zu erhöhen.
Besonders effektiv ist der PolyZenBaustein bei induktiven Spannungsspitzen. Als Reaktion auf eine Induktionsspitze leitet das Zener-Diodenelement
den Strom per Shunt zur Erde bis die
Spannung auf den normalen Betriebsbereich reduziert ist. Bei einer fehlerhaften
Spannungsquelle wird die Durchlassspannung auf den spezifizierten Wert reduziert und übermäßiger Strom zur Erde
abgeleitet. Die relativ schnelle Spannungs-Stromstärke-Reaktion des Bauelements hilft, die Ausgangsspannung konstant zu halten, auch wenn Eingangsspannung und Quellstromstärken variieren.
nen Infotainment-Peripheriegeräten im
Automobilbereich sorgt für eine verstärkte Nachfrage nach robustem und zuverlässigem Schaltungsschutz. Die Entwicklung mobiler Multimedia-Ausrüstung von erst audio-zentrischen Geräten
hin zu video-zentrischen Speichergeräten hat einen erhöhten Strombedarf, größere Datenübertragungsraten und kleinere Schaltungen zur Folge. Die auch immer kleiner werdenden Mobilgeräte erfordern kleinere, widerstandsfähigere
Schaltungsschutzgeräte. Die Koordination
von Überstrom-, Überspannungs- und
Übertemperatur-Schaltungsschutzstrategien trägt dazu bei, dass Automobilhersteller relevante Sicherheitsstandards erfüllen, die Kundenzufriedenheit steigern
und auch Garantiekosten senken können.
Zusammenfassung
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Die kontinuierliche Zunahme von Hochleistungselektronik und batteriebetriebe-
Matthew Williams ist Globaler Manager
Applikationsentwicklung in der Schaltungsschutzabteilung von Tyco Electronics.
Link zu Tyco Electronics
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25
BAUELEMENTE
Alle Bilder/Grafiken: National Semiconductor
Aktiver Ladungsausgleich bei
Lithium-Ionen-Akkusätzen
Das A und O eines ELEKTROAUTOS besteht darin, die im Prospekt gedruckte Reichweite mit einer
Akkuladung auch nach vielen Jahren/Kilometern noch zuverlässig zu erzielen. Damit das gelingt,
ist ein aktiver Ladungsausgleich erforderlich.
E
in
Batteriemanagement-System
mit aktivem Ladungsausgleich verbessert die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkusätzen für Fahrzeuge mit Hybrid- und Elektroantrieb. Ausserdem
kann, abhängig vom Kundenwunsch, die
Reichweite erhöht oder das Fahrzeuggewicht
reduziert
werden.
Bei der Implementierung großer Li-Ionen-Akkusätze für den Einsatz in Automobilen ergeben sich diverse Herausforderungen, wobei die Vorteile aktiver Ladungsausgleichs-Lösungen
gegenüber
passiven Methoden klar erkennbar sind.
Während passive LadungsausgleichsKonzepte in der Vergangenheit die dominierende Lösung bei Li-Ionen-Akkusät-
26
zen waren, zwingen wirtschaftliche Faktoren die Automobilhersteller mittlerweile dazu, ausgefeiltere aktive Systeme
zu verwenden, um auch den letzten Rest
Energie aus der Batterie herauszuholen.
Der Einzug des Elektroantriebs in Automobile ist inzwischen in eine entscheidende Phase eingetreten, was an der rapide steigenden Zahl der Fahrzeuge mit Hybrid- oder reinem Elektroantrieb deutlich
wird, die entweder bereits erhältlich sind
oder deren Markteinführung geplant ist.
Zweifellos stellt die Batterie das entscheidende Hindernis dar, das einem Erfolg der Elektrofahrzeuge im Wege steht,
doch ist es in letzter Zeit dank der Fortschritte im Bereich der Li-Ionen-Batterietechnik gelungen, die Leistung und
Energiedichte der Batteriezellen anzuheben und ihre Kosten zu senken. Es sind
allerdings noch weitere Verbesserungen
notwendig, wenn die Bedenken ausgeräumt werden sollen, die bei den frühen Elektroautos bezüglich der Reichweite gehegt wurden und die für die potenziellen Kunden den wichtigsten
Aspekt darstellen.
Der Akkusatz ist eine der teuersten
Komponenten bei einem Elektrofahrzeug, weist aber gleichzeitig die potenziell geringste Zuverlässigkeit auf. Abhilfe
gegen die Schwächen der Batterien von
Hybrid- und Elektrofahrzeugen lässt sich
mit leistungsfähigen Batteriemanagement-Systemen (BMS) schaffen. Das Designteam des Chevrolet Volt brachte es
Bild 1: Passiver und aktiver Ladungsausgleich in der Gegenüberstellung.
auf den Punkt: „Im Zuge der Entwicklung
hat das Team gelernt, dass im Batteriemanagement-System der Schlüssel dafür
liegt, der Batterie ein Optimum an Lebensdauer und Performance zu entlocken.“
Passiv genügt nicht
Die erste Herausforderung der Entwickler von Batteriemanagement-Systemen
ist das Laden großer Ketten von Zellen
ohne das Risiko einer Überladung einzelner Zellen. Die Li-Ionen-Zellen sind
nämlich sehr empfindlich gegenüber zu
hohen Spannungen, welche die Leistungsfähigkeit der Zellen beeinträchtigen
und zu ihrer Zerstörung führen. Problematisch ist, dass die Parameter der einzelnen Zellen eine prinzipbedingte Streuung aufweisen und dass sich in den Zellen am Beginn des Ladevorgangs unterschiedlich viel Restladung befinden
kann. Beides führt dazu, dass einige Zellen ihre Maximalspannung früher erreichen als andere. An bestimmten Zellen
kommt es deshalb zu einer Überspannung, von der sie zerstört werden.
Um alle Zellen voll aufladen zu können, wurde eine Methode entwickelt,
den Strom über einen Bypass-Widerstand zu leiten. Dieser so genannte passive Ladungsausgleich vermeidet ein Überladen der Zellen, indem die überschüssige Energie an Widerstände umgeleitet
und dort in Wärme umgewandelt wird.
Die dabei abfallende Leistung setzt der
Höhe des Stroms, der von der Zelle ferngehalten werden kann, naturgemäß eine
gewisse Obergrenze.
Umgekehrt muss der Entladevorgang
angehalten
werden,
sobald
die
„schwächste“ Zelle erschöpft ist. Hierdurch bleibt zwangsläufig viel Energie
ungenutzt, die zu diesem Zeitpunkt in
den „stärkeren“ Zellen noch vorhanden
ist. Hierin liegt überdies der Hauptgrund
für den nicht sicher vorhersagbaren Aktionsradius und die damit zusammenhängenden Bedenken, die bei den Konsumenten ganz oben stehen und Auswirkungen auf die Marktakzeptanz von
Elektrofahrzeugen haben.
Kapazitätsdiskrepanz
Da passive Ausgleichsmethoden bei der
Entladung keine Verbesserungen bringen
können, muss eine andere Lösung gefunden werden. Das Phänomen, um das es
hier geht, wird als Kapazitätsdiskrepanz
bezeichnet. Selbst Zellen mit identischer
Anfangskapazität können infolge größerer interner Verluste unterschiedliche effektive Kapazitäten haben. Schon beim
Verlassen der Fertigungsstätte weisen die
Zellen prinzipbedingt voneinander abweichende Parameter auf. Die Hersteller
von Zellen und Akkusätzen sortieren die
Zellen deshalb häufig und bestücken ihre
Akkusätze mit Zellen, die optimal zueinander passen. Dies aber treibt die Kosten in die Höhe, weil das Testen zeitaufwändig ist und auch Zellen zurückgewiesen werden.
Noch etwas kommt hinzu: mit zunehmendem Alter verlieren die Zellen an Kapazität, und ihre Parameter streuen noch
mehr. Wenn Zellen verschieden schnell
altern, liegt dies meist an Temperaturge-
BAUELEMENTE
Lade- und Entladerate des Akkusatzes ist.
Je höher die Zellendiskrepanz und je höher die Lade- und Entladerate ist, um so
größere Ausgleichsströme sind erforderlich. Bild 2 zeigt, welche Zellendiskrepanzen beim Laden und Entladen durch ein
aktives
Batteriemanagement-System
ausgeglichen werden können (unter Annahme eines konstanten Ausgleichsstroms).
Fazit
Bild 2: Kompensation von Kapazitäts-Diskrepanzen durch aktiven Ladungsausgleich.
fällen innerhalb des Akkusatzes. Ein
Temperaturmanagement aber ist höchst
kritisch und teuer.
Die „schwachen“ Zellen mit geringerer
effektiver Kapazität werden am stärksten
beansprucht. Da sie stets tiefer entladen
werden, altern sie schneller und verlieren mit der Zeit mehr an Kapazität. Ihre
Lebensdauer ist geringer, so dass auch der
Akkusatz insgesamt weniger lange hält.
Aktiver Ladungsausgleich
Der aktive Ladungsausgleich ist die Lösung für die Herausforderungen im Zusammenhang mit Li-Ionen-Akkus. Anstatt einen Bypass für die Zellen zu schaffen und Energie in Wärme umzusetzen,
basiert der aktive Ladungsausgleich darauf, mit Hilfe von DC/DC-Wandlern Ladung zwischen den Zellen zu transferieren. Dies kann während des Ladens und
des Entladens, aber auch im Ruhezustand erfolgen, so dass sich die Zellen
stets in einem ausgewogenen Zustand
halten lassen. Im Unterschied zum passiven Ladungsausgleich lässt der höchst effiziente Ladungstransfer hohe Ausgleichsströme zu. Die Zellen werden
schneller angeglichen und es sind höhere
Ladeströme möglich.
Auch wenn sich ein Akkusatz im Ruhezustand befindet, verlieren selbst perfekt aufeinander abgestimmte Zellen unterschiedlich schnell an Ladung, da die
Selbstentladerate infolge von Temperaturgefällen verschieden ist: bei einem
Anstieg der Zellentemperatur um 10 °C
kann sie sich bereits verdoppeln. Der aktive Ladungsausgleich jedoch kann die
Zellen auch im Ruhezustand wieder ins
Gleichgewicht bringen. Diese Ausgewo-
28
genheit aber entscheidet darüber, ob aus
einem Akkusatz die gesamte zuvor gespeicherte Energie wieder herausgeholt
werden kann.
Bild 1 verdeutlicht die Vorteile des aktiven Ladungsausgleichs am Beispiel von
Zellen unterschiedlicher Kapazität. Beim
passiven Ladungsausgleich wird die
Energiemenge, die der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen
Zellenkapazität entspricht, während des
Ladens in Wärme umgesetzt. Da die Zellen nur so weit entladen werden können,
wie es die Zellen mit der geringsten Kapazität zulassen, verbleibt zwangsläufig ungenutzte Energie in den übrigen Zellen.
Die effektiv nutzbare Kapazität des Akkusatzes verringert sich hierdurch.
Der aktive Ladungsausgleich hingegen ermöglicht es, Zellen verschiedener Kapazität bis auf ihren maximalen
Ladezustand aufzuladen. Dabei kommt
es wegen des hohen Wirkungsgrads der
verwendeten Leistungswandler zu minimalen Verlusten. Die Ladung, die beim
passiven Ladungsausgleich als Wärme
verlorenginge, wird hier an die Zellen mit
höherer Kapazität transferiert. Beim Entladen wiederum lassen sich alle Zellen
vollständig entladen, ohne dass restliche
Ladung zurückbleibt, denn die Energie
aus den kapazitätsstärkeren Zellen wird
jetzt an die schwächeren Zellen zurückübertragen. In der Summe verleiht dies
einem Akkusatz mit aktivem Ladungsausgleich eine höhere effektive Kapazität
als einem Akkusatz mit passivem Ladungsausgleich.
Die Leistungsfähigkeit des aktiven Ladungsausgleichssystems hängt davon ab,
wie hoch der Ausgleichsstrom relativ zur
Das Laden von Akkusätzen, die aus einigen Dutzend oder in bestimmten Fällen
sogar aus Hunderten bis hin zu einigen
Tausend Zellen bestehen, verlangt nach
einem aktiven Batteriemanagement-System, wenn keine einzige Zelle überladen
werden soll, die Ladung aller Zellen während des Ladens, des Entladens und im
Ruhezustand ausgeglichen werden soll
und Lade- sowie Entlade-Diskrepanzen
zwischen den Zellen vermieden werden
sollen. Aktive Batteriemanagement-Systeme senken die Gesamtkosten des Akkusatzes, da sie es überflüssig machen,
den Akku überzudimensionieren, um
die Streuung zwischen den Zellen und
die ungleiche Alterung zu kompensieren.
Entscheidende Bedeutung erlangt
das aktive Batteriemanagement, wenn
alte Zellen durch neue ersetzt werden
und es zu großen Diskrepanzen innerhalb des Akkusatzes kommt. Weil das
aktive Batteriemanagement-System es
ermöglicht, in einem Akkusatz Zellen
mit stark streuenden Parametern zu verbauen, erhöht sich auch die Produktionsausbeute, während die Gewährleistungs- und Wartungskosten sinken. Insgesamt kommt das aktive Batteriemanagement-System der Leistungsfähigkeit,
Zuverlässigkeit und Sicherheit des Akkusatzes zugute und trägt gleichzeitig
zur Kostensenkung bei.
Auf diese Weise wird das aktive Batteriemanagement zu einem wichtigen
Wegbereiter für die Revolution der Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Wie sich
dieses Prinzip umsetzen lässt, erfahren
Sie in der nächsten Ausgabe der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
Jack Marcinkowski arbeitet bei
National Semiconductor in Santa
Clara/USA.
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Link zu National Semiconductor 311AEL0510
NEUE PRODUKTE
NI VeriStand
Leitungen und Kabel
Für den steigenden Bedarf an hochwertigen,
temperaturfesten Leitungen und Kabeln bietet Huber + Suhner die Kabelfamilie RADOX
an, die bei Umgebungstemperaturen von
–70 °C bis +200 °C (3000 h) noch arbeiten,
obwohl die Leitungen verschiedenen Medien wie Diesel, Ölen, Batteriesäuren, Salzwasser, Reinigungsmittel und Hydrolyse ausgesetzt sind. Reduzierte Kabeldurchmesser
mit engen Toleranzen sollen eine reibungslose Weiterverarbeitung wie zum Beispiel in
Echtzeitprüfumgebung und
Simulationssoftware
Umspritzprozessen ermöglichen. Es handelt
sich hierbei um einadrige und mehradrige
Kabel in geschirmter und ungeschirmter
Ausführung für die Sektoren Energieübertragung, Sensortechnik und Datenübetragung
von Elektro- , Hybrid-, Brennstoffzellen-, Diesel- und Benzinfahrzeugen.
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Offene, konfigurationsbasierte
Softwareumgebung zur Erstellung
von Echtzeitprüfapplikationen
Link zu Huber & Suhner
362AEL0510
Testabdeckung durch deterministische Testfallgenerierung
optimieren
Mit CTE XL Professional präsentiert Berner
& Mattner eine vollständig neue Version
des Klassifikationsbaum-Editors CTE XL,
welche die Gewichtung testrelevanter
Aspekte unterstützt und die prioritätsgesteuerte Generierung von Testfällen ermöglicht. Der Editor erleichtert die Spezifikations- und Varianzkontrolle sowie das Erzeugen ausführbarer Testskripte samt Implementierung. Die neue Grafikoberfläche
auf Eclipse-Basis, erweitertes Tagging für
umfangreiche Annotationen und der deterministische Testfallentwurf per Abhängigkeits- und Kombinationsregeln erweitern
das Einsatzfeld des CTE XL Professional. Mittels neuer, stochastischer Generierungsregeln kann der CTE XL Professional in variabler Menge Testfälle gewichten, ordnen und
automatisch nach Relevanz erzeugen. Auch
bei knappen Ressourcen lässt sich der Test
damit einfach auf die für eine maximierte
Testabdeckung wichtigsten Testfälle konzentrieren. Außerdem erzeugt der CTE XL
Professional Testfälle deterministisch, um
nachgelagerte Testaktivitäten besser anzubinden. Durch eine erheblich verbesserte
Toolanbindung zu DOORS zeigt CTE XL Professional automatisch jede Spezifikationsänderung und den jeweils resultierenden
Änderungsbedarf im Test direkt an. Er stärkt
die Nachverfolgbarkeit zwischen Anforderung und Test und automatisiert dank zusätzlicher MERAN-Anbindung das Variantenmanagement.Durch erweiterte Import-/
Exportfunktionen etwa zu MESSINA erstellt
und parametrisiert CTE XL Professional ausführbare Testskripte direkt – auch für bestehende Implementierungen. Neue Tag-Konzepte vereinfachen das Einbinden zusätzlicher Kommentare, Links oder Dateien etwa
für Quality-Center. Ferner lassen sich Vorund Nachbedingungen sowie erwartetes
Verhalten präzisieren. Alle Vorgänge werden automatisch generiert.
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LabVIEW und anderen
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erstellen und anpassen
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Das Beste aus beiden Welten:
Entwicklungseffizienz und
Flexibilität
361AEL0510
>>
sonenschaden verhindern. UDV-Leiter Siegfried Brockmann: „Notbremsassistenten
sind nach der elektronischen Stabilitätskontrolle ESC die Assistenzsysteme mit dem
größten Potenzial. Auch ohne Fußgängererkennung vermeiden sie – wenn jedes
Fahrzeug damit ausgerüstet wäre – nach
unseren Berechnungen zwei Prozent aller
Getöteten, acht Prozent aller Schwerverletzten und 31 Prozent aller Leichtverletzten.
Dieses Potenzial wird mit verlässlicher Erkennung von Fußgängern und stehenden
Fahrzeugen noch deutlich größer.“
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Echtzeitprüfsysteme per
Mausklick konfigurieren und
implementieren
Link zu Berner & Mattner
Elektronische Beifahrer können Leben retten
Jeder dritte registrierte Unfall in der Stadt
passiert bei Geschwindigkeiten von weniger als 30 Stundenkilometern. Zahlen der
GIDAS-Unfalldatenbank (German In-Depth
Accident Study) beweisen, dass bei Auffahrunfällen mit Personenschaden in Deutschland rund 30 Prozent der Fahrer vor der Kollision gar nicht bremsen und fast jeder
zweite nicht die volle Bremsleistung nutzt.
Continental hat einen Notbremsassistenten entwickelt, der unmittelbar vor einer
Kollision eine automatische Notbremsung
einleitet, wenn der Fahrer keine Reaktion
zeigt.
Notbremsassistenten können nach Angaben der Unfallforschung der Versicherer
(UDV) rund 40 Prozent der Unfälle mit Per-
J
Link zu Continental
387AEL0510
Demovideos und kostenlose
Evaluierungssoftware unter
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©2010 National Instruments Corporation. Alle Rechte vorbehalten.
VeriStand, National Instruments, NI und ni.com sind Warenzeichen von
National Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind
Warenzeichen oder Handelsbezeichnungen der jeweiligen Unternehmen.
Druckfehler, Irrtümer und Änderungen vorbehalten.
EVs unter Strom auf dem Prüfstand
Testfahrten in der Wüste und Prüfungen am Polarkreis sind aufwendig und teuer. Eine Alternative
hierzu ist ein intelligentes Prüfstandskonzept, das in einem Container auf dem eigenen Betriebsgelände unter Last TEMPERATUR- UND EMV-TESTS des Komplettfahrzeugs ermöglicht.
enmäßiger Audi TT verwendet. Unter der
Haube steckt ein konventioneller Benzinantrieb, die Hinterachse wurde jedoch
modular ersetzt und birgt nun einen
elektrischen Antrieb mit Energierückgewinnung. Das interessante an dieser
Lösung ist die einfache Nachrüstbarkeit,
die bei dem Versuchsfahrzeug Fraunhofer-Angaben zufolge je nach Nutzungsprofil Kraftstoffersparnisse von bis zu 50
Prozent ermöglichen soll.
Nach der Planungsphase stellt vor allem die Integration in die schon bestehende Fahrzeuginfrastruktur mit Bordelektronik, ABS- und anderen intelligenten Systemen eine Herausforderung an
die Ingenieure dar. Nicht zuletzt die Synchronisierung mit dem konventionellen
Antrieb ist ein entscheidendes Merkmal
für die Alltagstauglichkeit.
F
ossile Brennstoffe sind eine aussterbende Spezies – so erscheint es zumindest, auch wenn die Funde neuer Ölfelder das Datum der Endlichkeit
stets nach hinten setzen. Effizienz und
Kostengründe sorgen in der Forschung
und der Industrie dennoch für den
Sprung in die Zukunft. Etliche alternative
Antriebskonzepte wurden in den letzten
Jahren und Jahrzehnten vorgestellt,
manche verschwanden schnell in der
Versenkung. Dazu zählen als prominente
Beispiele die Wasserstoff-Prototypen von
BMW, die zu Beginn für Furore sorgten
und mittlerweile in der Testabteilung parken. In den Straßentests wurde deutlich,
dass die aufwendige Tank- und Einbautechnik dem Wasserstoff vorerst nur geringe Marktchancen ermöglichen. Neben
alternativen Kraftstoffen wie Gas, oder
der im Fahrzeug integrierten Brennstoffzelle als Energielieferant für den elektrischen Antrieb ist vor allem der Hybrid ein
mittelfristig erfolgreich umsetzbares
Konzept.
Neben einem konventionellen Verbrennungsmotor, diesel- oder benzingetrieben, wird zusätzlich auch ein Elektromotor zum Antrieb genutzt. Bei diesem Konzept ist nicht zwingend eine
Stromlieferung aus der Steckdose nötig,
da im Verbrennungsbetrieb wie auch bei
30
einsetzender Verzögerung elektrische
Energie erzeugt und gespeichert werden
kann. Zudem ist die Reichweite nicht
durch die Batteriekapazität limitiert.
Vielmehr arbeitet der elektrische Antrieb
in Nutzphasen, wo der konventionelle
Motor Unterstützung erfordert oder wo
vollständig auf den Verbrennungsmotor
verzichtet werden kann. Stadtverkehr ist
eine klassische Anwendung, in der ein
Hybridfahrzeug seine volle Spartauglichkeit unter Beweis stellen kann. Intelligente Energierückgewinnungssysteme
nutzen dabei jedes Bremsmanöver, um
Energie wieder in den Batterien zu speichern.
Hybrid nachrüsten
Eine spannende Möglichkeit der Verwendung hybrider Antriebssysteme ist
zudem der nachträgliche Einbau in ein
bereits bestehendes Fahrzeug. Hier wird
beispielsweise eine Achse mit einem Modul ersetzt, in dem dann die umweltfreundliche und effiziente Technik ihren
Platz findet. Dieser Herausforderung hat
sich das Zentrum für Kfz-Leistungselektronik und Mechatronik (ZKLM) des
Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme
und
Bauelementetechnologie
(IISB) in Nürnberg gestellt. Als erster Prototyp wurde ein bis zur Wagenmitte seri-
Herausforderung Hybrid-Test
„Dieses Modell ist eine moderne und effiziente Variante des Audi Quattro-Konzeptes – mit zwei völlig unabhängigen
Antriebssystemen“, erklärt Dipl.-Ing.
Manfred Kaiser, Leiter Projektmanagement und Fertigung bei Technogerma
Systems. Das Darmstädter Spezialunternehmen wurde mit der Konzeption und
dem Bau des Prüfstandes für das Fraunhofer-Projekt beauftragt; die besondere
Antriebsart stellte dabei die größte Herausforderung dar. Um das komplette
Fahrzeug zu prüfen, war die Entwicklung
eines vollwertigen 4WD-Prüfstandes nötig, der das Allradkonzept mit zwei unabhängigen Antrieben implementiert.
„Bei dem Prüfstand galt es zudem, die
absolute Alltagstauglichkeit des Pkw zu
testen und zu demonstrieren“, führt
Manfred Kaiser weiter aus. „Daher war
auch die Möglichkeit zu einer Kälteprüfung ein promptes Muss bei der Projektvergabe.“ Die Darmstädter Spezialisten
entwarfen ein containerbasiertes System,
das mit der kompletten Prüf-Infrastruktur versehen ist. Zentrales Element ist dabei ein Fahrzeugrollenprüfstand in einem klimatisierten Container. Der Prüfraum kann dabei stufenlos in der Temperatur angepasst werden: arktische –25
°C sind ebenso möglich wie sommerliche
Alle Fotos: Technogerma
Fazit
Bild 1: Der Audi TT auf dem EMV-Prüfstand im
Container.
Bild 2: Im vollklimatisierten Rollenprüfstand.
40 °C. Während der konventionelle Antrieb bei unterschiedlichen Temperaturen nur wenig empfindlich ist, zeigen sich
die Elektrik und die Elektronik in diesem
Punkt weit sensibler. Die im Fahrzeug
verwendeten Lithium-Polymer-Akkus
neigen bei Temperaturen unter 0 °C
leicht zum Energieverlust, sofern keine
ausreichende Isolierung vorliegt.
Die Prüfstandsleistung ist mit 340 kW
üppig dimensioniert, wobei Geschwindigkeiten bis zu 140 km/h simuliert werden können. Dabei verkraftet der AllradRollenprüfstand eine Maximalbelastung
von 4000 N, so dass sich dort auch weit
stärkere Fahrzeuge prüfen lassen.
derner Akkumulator-Systeme sind noch
immer stark abhängig von der Temperatur – ein Effekt, den man von Mobiltelefon- oder Laptopakkus ebenfalls kennt.
„Diese bei Elektronik bekannten Probleme sind bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ebenfalls zu beobachten“, erklärt
Manfred Kaiser von Technogerma. „Innerhalb des Rollenprüfstands lässt sich
unabhängig von der Außentemperatur
jeder Zustand zwischen –25 und +40 °C
erzeugen. So können auch Dauerprüfungen unter winterlichen Bedingungen –
für den elektrischen Antrieb die Härtprüfung – durchgeführt werden.“
Eines zeigt das Beispiel sehr eindrucksvoll: Moderne Prüfstandstechnik ist
mehr als nur eine lokale Einrichtung zur
groben Funktionsprüfung. Testfahrten in
der Wüste fallen ebenso aus dem Entwicklungsweg wie Prüfungen am Polarkreis. Prüfingenieure können in der Laborumgebung realitätsbezogene Tests reproduzierbar durchführen und stets die
Parameter am Fahrzeug im Prüfstand abnehmen. „Damit sind die Testzyklen, die
nötig sind, bevor ein Fahrzeug oder ein
Konzept in die Produktion gehen kann,
wesentlich kürzer als gewöhnlich, und
die Budget-Last ist ebenfalls reduziert,
weil mehr Tests lokal in kurzer Zeit
durchgeführt werden können“, fasst
Technogerma-Systems-Ingenieur Kaiser
zusammen.
Dipl.-Ing. Wolfram Klass ist Vertriebs- und
Marketingleiter der Technogerma Systems
GmbH.
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Link zu Technogerma
341AEL0510
TT mit Elektromotor
Prüffeld
Das Prüffeld bildet dabei einen autarken
Komplex, der mit allen wichtigen Medien
und Betriebsstoffen komplett selbstversorgend ist. Neben dem Rollenprüfstand
steht noch ein EMV-Prüfraum zur Verfügung, um die elektromagnetische Verträglichkeit der Komponenten zu prüfen.
Wird wie im Fall des Audi TT das Bordnetz
mit neuen Impulsen versehen, ist die Reaktion der Elektronik auf diese Prozesse
ebenso zu beachten. Ein Laborraum komplettiert das Prüffeld, das Ende Juli feierlich durch das Fraunhofer Institut und den
bayerischen Wirtschaftsminister Martin
Zeil sowie Ulrich Schüller, den Leiter der
Abteilung Wissenschaftssystem im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), eingeweiht wurde (siehe
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK 4/2010, Seite 8). Das Container-Prüffeld weist eine
weitere Besonderheit auf, denn die Technogerma-Container könnten im theoretischen Bedarfsfall auch ohne Schwierigkeiten innerhalb weniger Wochen an einen anderen Ort verlagert werden.
Ein elektrischer Antrieb birgt im Einsatz unter wechselnden Bedingungen Risiken, daher liegt bei den FraunhoferForschungen der Akzent auf völliger Alltagstauglichkeit der Elektro- und Hybridfahrzeuge. Umso wichtiger ist damit die
Möglichkeit, wechselnde Temperaturen
zu simulieren. Die Leistungskurven mo-
Mit dem elektrifizierten Audi TT hat die
Fraunhofer-Systemforschung erstmals
einen serienmäßigen PKW umgerüstet.
Um die ungefederten Massen gering zu
halten, wurden keine Radnabenmotoren
verwendet, sondern zwei Motoren mittig
in der Achse. Der Verzicht auf jegliche
Form eines Getriebes oder Differentials
spart Gewicht; die Fahrregelung des Audi
TT arbeitet ausschließlich elektronisch.
Moderne Pkw ermöglichen über die digitalen Schnittstellen die Einbindung eines
solchen alternativen Antriebspacks: Die
umfassende Bordelektronik speist Lastverhalten des konventionellen Antriebs
ebenso wie zahlreiche andere Fahrparameter in das Bordnetz – ein Merkmal, das sich solche Nachrüst-Hybrids zunutze machen.
„Möglicherweise ist diese Ergänzung
eines herkömmlichen PKWs zu einem
Hybrid-PKW eine Methode, auch ältere
Fahrzeuge effizienter zu machen oder
Hersteller zu überzeugen, die Kraftwagen
mit geringerem Aufwand auch in anderen Variationen anbieten zu können“,
konstatiert Manfred Kaiser. „Zudem wird
der Beweis angetreten, dass weder Platznoch andere Einbauhemmnisse die Entwicklung behindern... Platz ist nicht in
Hülle und Fülle vorhanden, zudem soll
sich das sportliche Fahrverhalten nicht
durch die alternative Antriebsmethode
ändern.“
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31
Ideen auf den Weg bringen
Ideen bei der Steuergeräte-Software-Entwicklung lassen sich durch die Nutzung von Rapid-ControlPrototyping-Systemen (RCP-Systemen) am schnellsten auf den Weg beziehungsweise auf die Straße
bringen. Damit das auch so bleibt, müssen heutige RCP-SYSTEME auf aktuelle und zukünftige
Entwicklungstrends vorbereitet sein.
V
iele gute Ideen scheitern nur selten daran, dass sie nicht funktionieren, sondern daran, dass sie
nicht ausprobiert werden. Gründe hierfür können Zeit- und Kostendruck oder
schlicht die Risikominimierung sein.
Auf der anderen Seite wird man ohne
neue Ideen stetig dem Stand der Technik
hinterherlaufen beziehungsweise -fahren. Diesen Konflikt lösen bei der Entwicklung neuer Steuergeräte-Funktionalitäten leistungsfähige Rapid-ControlPrototyping-Systeme. Durch eine komfortable Unterstützung des modellbasierten Entwicklungsprozesses und
hohe Flexibilität bei der Konfiguration
kann man mit geringem Aufwand sehr
schnell zeigen, ob eine Idee unter realen
Bedingungen erfolgsversprechend ist
oder nicht.
Aber wie so oft kommt es auch hier
auf die Wahl des passenden Werkzeugs
an. Erfüllt das System die wesentlichen
Anforderungen nicht ausreichend gut,
so ist im Nachhinein mit erheblichem
Mehraufwand zu rechnen, der wiederum Zeit und Geld kostet. Viele aktuelle
Entwicklungstrends in Bereichen der
Fahrerassistenz, Verbrauchsreduzierung
und Elektrifizierung stellen zum Teil
spezielle Anforderungen an ein RCPSystem, die es zu erfüllen gilt. Anwendungsbeispiele sowie Lösungsansätze
32
auf Basis der neuen Generation des fahrzeugtauglichen RCP-Systems MicroAutoBox (MicroAutoBox II) von dSPACE verdeutlichen dies:
Zylinderdruckbasierte Regelung
Die Analyse des Brennverlaufs (Indizierung) ist eine etablierte Methode, um den
Verbrennungsprozess eines Motors zu
optimieren und so Emissionen zu reduzieren. Aufbauend darauf existiert der
Wunsch, dieses Verfahren auch direkt
während des Betriebes für die adaptive
Motorregelung zu verwenden. Hierzu ist
es notwendig, die Zylinderdrücke mit hoher Genauigkeit winkelsynchron für
mehrere Zylinder gleichzeitig zu erfassen
und daraus berechnete Kennwerte zur
Parametrierung des nächsten EinspritzZyklus zu nutzen. Aufgrund der großen
Datenmengen von mehreren hunderttausend Messwerten pro Sekunde bei üblicher Motordrehzahl liegt die Herausforderung hierbei in der Auslegung der analogen Eingangsschnittstellen und der Art
der Datenübertragung an den Echtzeitprozessor.
Die MicroAutoBox II verfügt zu diesem Zweck zukünftig über eine Variante
mit 16-bit-A/D-Wandlern, die mit 1
MSample/s abtasten. Die zusätzliche
Möglichkeit einer externen winkelsynchronen Hardware-Triggerung der ADCs
und einer Burst-Datenübertragung verringert bei der Messung die Belastung des
Echtzeitprozessors erheblich, sodass
noch ausreichend Kapazität für die Modellberechnung bereitsteht. Um entsprechend kleine Zykluszeiten zwischen dem
Einlesen der Messdaten und dem Ausgeben der berechneten Steuersignale zu erreichen, ist die I/O über einen speziellen
Datenbus mit hoher Bandbreite und
niedrigen Latenzen an den Echtzeitprozessor angebunden. Damit lassen sich bei
der Entwicklung zylinderdruckbasierter
Regelungen von Verbrennungsmotoren
Zylinderdrücke von bis zu 16 Zylindern
mit einer Auflösung von 0,1° bei entsprechender Motordrehzahl verarbeiten.
Entwicklung von
Fahrerassistenzsystemen
Entwicklungen im Bereich der Fahrerassistenzsysteme befassen sich damit, Daten der Außenwelt und des Fahrverhaltens zu erfassen und zu verarbeiten, um
den Kraftstoffverbrauch zu senken und
die Sicherheit zu erhöhen. Beispiele hierfür sind vorausschauende kartenbasierte
Fahrerassistenzsysteme oder Objekterkennungssysteme mit Hilfe von Radar
und Video. Die Gewinnung der Rohdaten
und deren Vorverarbeitung wird in der
Entwicklungsphase zum Beispiel mit
Werkzeugen wie dem EB Assist ADTF
(Automotive Data and Time Triggered
Framework) auf einem Windows- oder
Linux-basierten PC durchgeführt. Parallel dazu werden die Regelungen für Anwendungen wie ACC oder den Hybridantrieb modellbasiert entwickelt und auf einem für harte Echtzeit optimierten RCPSystem ausgeführt.
Zur Bildung einer funktionsfähigen
Gesamteinheit ist es nun notwendig, dass
sich das RCP-System über eine StandardDatenschnittstelle mit einem PC verbinden lässt. Hierfür verfügt die MicroAutoBox II über eine universell einsetzbare
und auf niedrige Latenzen optimierte
Ethernet-Schnittstelle (Bild 1). Über zusätzliche Busschnittstellen wie CAN und
FlexRay ist die Vernetzung mit anderen
Steuergeräten – zum Beispiel für Fahrdynamik, Antrieb oder Fahrerinformationssysteme – möglich. Zusätzliche Sensoren oder Stellglieder lassen sich über
konfigurierbare analoge und digitale
Schnittstellen anbinden.
Elektrifizierung
Die Bedeutung dreiphasiger Elektromotoren im Automobilbereich hat in den
letzten Jahren stark zugenommen. Begründet ist dieses durch das Ziel, den
Kraftstoffverbrauch und die Emissionen
zu reduzieren, aber auch durch den
Wunsch nach mehr Komfort und Sicherheit. Bekannte Beispiele sind Hybridoder Elektroantriebe sowie elektrische
Bremsen oder Lenkungen. Abhängig
vom Anwendungsbereich kommen viele
Bild 2: Blockdiagramm der FPGA-basierten I/O-Schnittstellen zum Einlesen und Ausgeben von
Signalen für die Regelung dreiphasiger Elektromotoren.
unterschiedliche Elektromotoren wie
bürstenlose Gleichstrommotoren, Synchronmotoren oder Asynchronmotoren
zum Einsatz. RCP-Systeme müssen die
Möglichkeit bieten, die unterschiedliche
Positionserfassung sowie die verschiedenen Ansteuerverfahren dieser Motoren
zu unterstützen. So wird beispielsweise
die Rotorposition bei bürstenlosen
Gleichstrommotoren über drei interne
Hall-Sensoren erfasst, bei sensorlosen
Verfahren hingegen durch die genaue
Messung des Verlaufs der Motorspannungen (per Back-EMF) ermittelt.
Bei der MicroAutoBox II kann der Anwender für diese Art von Anwendungen
in Zukunft ein speziell für die Regelung
von Elektromotoren entwickeltes Zusatzmodul (Bild 2) nutzen. Es wird dazu auf
eine für viele verschiedene I/O-Erweiterungen vorgesehene FPGA-basierte Trägerkarte aufgesteckt und ist vollständig in
der MicroAutoBox II integriert.
Bereit für die Zukunft
Es gibt viele Aspekte, die bei der Wahl eines
geeigneten RCP-Systems zu berücksichtigen sind. Im Rahmen dieses Beitrags konnten nur einige Anforderungen bezüglich
aktueller und zukünftiger Entwicklungstrends angesprochen werden. Leistungsfähige I/O, offene Schnittstellen wie Ethernet und Erweiterungsmöglichkeiten bilden
eine gute Basis. Hinzu kommen aber sicher
noch ausreichende Rechenleistung sowie
die Verfügbarkeit komfortabler und umfangreicher Bediensoftware. Mit der neuen
Generation der bekannten MicroAutoBox
hat dSPACE eine Basis geschaffen, die Ihre
Ideen auch in Zukunft auf den Weg bringen wird.
Dipl.-Ing. Frank Mertens ist
Lead Product Manager Rapid
Prototyping Systems bei der
dSPACE GmbH.
Bild 1: Überblick über die Nutzung der MicroAutoBox II zur Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen. Neben umfangreichen Möglichkeiten zur Anbindung von Sensoren, Stellgliedern und
Steuergeräten können über die Ethernet-Schnittstelle ergänzende Komponenten wie PCs angekoppelt werden.
Alle Grafiken: dSPACE
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Link zu dSPACE
343AEL0510
33
Validierung von
FlexRay-Netzwerken
Das Busanalyse- und Validierungswerkzeug BASICFLEXSCOPE 3095
zur Validierung des Zeitverhaltens von FlexRay-Netzwerken und Steuergeräten vereint Busanalysator und Bussimulator sowie Oszilloskop-Trigger
zusammen mit einem integrierten Fehlersimulator und passender Software.
F
lexRay ist ein deterministisches
Kommunikationssystem mit zeitgesteuerten Medienzugriffsverfahren
(TDMA Time Division Multiple Access).
Bei der Konfiguration des Netzwerks
wird durch einen globalen zyklischen
Sendeplan (Schedule) festlegt, zu welchen Zeitpunkt ein Knoten senden darf.
Da jeder FlexRay-Controller von einem
eigenen unabhängigen Taktgeber getrieben wird, existiert die globale Zeit für die
einzelnen Bus-Knoten nur virtuell. Mit
Hilfe eines verteilten, periodisch ausgeführten
Uhrenkorrekturalgorithmus
justieren die Busknoten ihre lokalen Uhren. Die auszugleichenden Abweichungen,
hängen von der Qualität der lokalen Taktgeber/Quarze, der Umgebungstemperatur
sowie von Schwankungen in der Spannungsversorgung ab. Die Länge des FlexRay-Kommunikationszyklus
bestimmt
hierbei, wie lange die Knoten unsynchronisiert operieren müssen. Zudem können
komplexe Netzwerktypologien mit aktiven
Buskopplern zusätzliche Laufzeitverzögerungen verursachen.
Elektrische Störungen können die
Übertragung behindern; hierbei werden
fehlerhafte Dateninhalte allerdings vom
FlexRay-Controller durch die Headerbeziehungsweise Frame-CRC-Absicherung erkannt, so dass sie von der Steuergerätesoftware meist sicher behandelt
werden können. Ein oder mehrere fehlerhafte Synchronisationsframes können
jedoch den Ausfall des gesamten FlexRay-Clusters zur Folge haben. Daher ist
es wichtig, die zahlreichen Bedingungen,
Umwelteinflüsse und Fehlerfälle bereits
bei der Auslegung eines FlexRay-Clusters
zu berücksichtigen und Ihre Wirkungsweise durch geeignete Tests zu überprüfen. Hierzu entwickelte das Austrian Institute of Technology im Rahmen eines
Gemeinschaftsprojektes mit Göpel electronic die Bus-ScopeTechnologie, welche
die Basis für das neue FlexRay-Busanalyse- und Validierungswerkzeug „basicFlexScope 3095“ bildet (Bild 1).
34
Beim Testen und Validieren der Kommunikationsschnittstellen von Steuergeräten ist es wichtig, die Test- und Umgebungsbedingungen genau reproduzieren
zu können. Dies gilt im Besonderen für
FlexRay-Steuergeräte, da hier eine große
Zahl von Konfigurationsparametern direkten Einfluss auf das (Zeit-)Verhalten
eines Busknotens beziehungsweise des
Clusters insgesamt haben. Um sicherzustellen, dass sich während des Software-Entwicklungsprozesses keine Fehler eingeschlichen haben, ist eine rein
funktionale Überprüfung der FlexRayKommunikation unzureichend, da es
häufig auch bei geringfügig fehlerhafter
Parametrierung möglich ist, eine Kommunikation aufzubauen. Probleme treten erst unter Grenzbedingungen auf.
Daher ist es für die Validierung besonders
wichtig, genau diese Grenzbereiche
durch geeignete Tests zu überprüfen.
Mit Hilfe der Bus-Scope-Technologie
ist es möglich, in einer Kommunikationsmatrix den gesamten FlexRay-SendeSchedule für bis zu 64 FlexRay-Kommunikationszyklen zu definieren und
mit einer Präzision von kleiner als 20 ns
wiederzugeben. Hierbei lässt sich der
Sendezeitpunkt jedes einzelnen Frames
beziehungsweise Symbols in jedem einzelnen FlexRay-Cycle auf ein 1/10 bit
(bei 10 Mbit/s Übertragungsrate) genau
definieren. Dies ermöglicht es, die viele
verschiedene Wakeup- und Startup-Szenarien exakt und beliebig oft zu wiederholen. Zur Untersuchung der Grenzen
innerhalb derer sich ein Knoten sicher in
das Cluster integriert, lassen sich Wakeup-Pattern-, CAS-Symbol- und Startup-Frames mit definieren Abweichungen des Sendezeitpunkts simulieren.
Darüber hinaus ist es möglich, zwischen verschiedenen Instanzen dieser
Kommunikationsmatrizes zu wechseln,
so dass es möglich ist, zur Laufzeit zwischen Startup-, Simulationsmatrix beziehungsweise einer Fehlermatrix umzuschalten. Auf diese Art und Weise lassen
Bild 1: basicFlexScope3095
sich Synchronisations-Frames (aber auch
Daten-Frames) mit definiertem Jitter
senden beziehungsweise der Verlust eines Synchronisations-Frames simulieren. Darüber hinaus lassen sich auch fehlerhafte Frames senden. So ist es möglich,
Fehler innerhalb des Frame-Headers
oder der Payload-Daten zu erzeugen sowie Frames mit fehlerhaften Header- beziehungsweise Frame-CRCs zu senden.
Die Übertragung einer fehlerhaften ByteStartsequenz ist ebenso einfach möglich
wie das Senden einer verkürzten Transmission-Startsequenz.
Analyse des FlexRay-Bitstroms
Die BusScope-Technologie ermöglicht das
direkte Abtasten des FlexRay-Bitstroms
mit zehn Abtastpunkten je bit (bei 10
Mbit/s Übertragungsrate). Die Rekonstruktion der einzelnen FlexRay-bit, sowie die Timinganalyse von Frame-Header,
Trailer und Payload-Segment sind hierbei
direkt in einer FPGA-Hardware implementiert. Dies ermöglicht eine präzise
Analyse der FlexRay-Frames mit einer
Genauigkeit von maximal 20 ns. So lassen
sich auch kleinste Glitches detektieren.
Darüberhinaus prüft der Frameanalyzer
die Einhaltung des NRZ-Codings sowie die
Frame- und Header-CRC-Prüfsummen.
Im Gegensatz zu üblichen FlexRay-Kommunikationscontrollern werden fehlerhafte Frames sowie NULL-Frames nicht
verworfen sondern zu weiteren Analysen,
mit präzisen Zeitstempeln (maximal 20
ns) versehen, an den Host übertragen.
Kommt es in FlexRay-Netzwerken zu
Fehlern in der Bitübertragungsschicht, so
ist auch der beste Bus-Trace häufig nicht
aussagekräftig genug, um der Ursache auf
den Grund zu gehen. Klarheit schafft
meist erst die Analyse der Bussignale auf
einem entsprechend geeigneten Oszilloskop mit spezieller FlexRay-Busanalysesoftware. Leider sind entsprechende Geräte meist im oberen Preissegment angesiedelt und daher nicht an jedem Mess- beziehungsweise Prüfplatz vorhanden.
Hier bietet das basicFlexScope einen
einfachen Lösungsansatz. Durch die Scopetrigger-Funktion lassen sich komplexe
Triggerbedingungen definieren, wobei
sich 12 Triggerfunktionen in jeweils vier
Triggergruppen logisch verknüpfen lassen. Die Scope-Triggereinheit wurde direkt in Hardware implementiert und erreicht eine Genauigkeit von maximal 20
ns. So können die Ingenieure auf einen
bestimmten Frame in einen bestimmten
FlexRay-Kommunikationzyklus triggern.
Darüber hinaus kann auf NULL-Frames,
statische beziehungsweise dynamische
Frames sowie Frames mit spezifischem
Dateninhalt und auf Übertragungsfehler,
auf CAS- beziehungsweise Wakeup-Symbole getriggert werden. Auf diese Art und
Weise lässt sich jede FlexRay-Botschaft
beziehungsweise jedes Symbol auf dem
Oszilloskop betrachten.
Alle Bilder/Grafiken: Göpel
Bild 2: Typische Fehlerbilder.
Fehler-Injektor
Mit Hilfe des integrierten Fehlerinjektors
besteht die Möglichkeit, die Auswirkungen von Kommunikationsfehlern in realen FlexRay-Netzwerken zu untersuchen. Hierzu werden gezielt dedizierte
FlexRay-Frames durch vordefinierte,
möglicherweise fehlerhafte Frames ersetzt (Bild 2). Die hierbei eingesetzte
Technik erlaubt das direkte Umschalten
der Buspegel. Der Fehlerinjektor wird in
den FlexRay-Bus eingefügt, um so den
Bus in zwei Teilsegmente zu unterteilen.
Während der Konfiguration lässt sich festlegen, auf welches Bus-Segment der Fehler geschaltet wird. Ist der Fehlerinjektor
direkt vor dem zu testenden Steuergerät
platziert, so lassen sich an dieses Steuergerät gesendete Frames austauschen, ohne
dass sich dadurch Auswirkung auf den
restlichen Cluster ergeben.
Die BusScope-Technologie ermöglicht
es hierbei, den Sendezeitpunkt des Fehler-Frames mit 1/10 bit Auflösung zu de-
finieren, wobei der Fehlerinjektor jeden
statischen Frame als Synchronisationsframe nutzen kann. Dadurch können die
Ingenieure den Fehlerinjektor präzise auf
diejenigen Steuergeräte synchronisieren,
die selbst kein Synchronisationsknoten
sind und daher Frames nur aus ihrer lokalen Sicht der FlexRay-Zeit senden beziehungsweise empfangen können.
Zusammenfassung
Die Stabilität und Fehlertoleranz eines
FlexRay-Clusters hängt von zahlreichen
Faktoren ab. Neben der gewählten Netzwerktopologie sowie physikalischen Einflüssen ist die richtige Auswahl der Konfigurationsparameter entscheidend. Daher ist es wichtig, die gewählte Konfiguration am realen Steuergerät unter den
vielen verschiedenen Umwelteinflüssen
zu testen. Mit dem „basicFlexScope
3095“ bietet Göpel Electronic ein Busanalyse- und Validierungswerkzeug an,
das speziell für zur Validierung des Zeitverhaltens von FlexRay-Netzwerken und
Steuergeräten entwickelt wurde. Das Gerät vereint Busanalysator und Bussimulator sowie Oszilloskop-Trigger und einen integrierten Fehlersimulator mit einer umfassenden und leicht zu bedienende Software. Der Einsatz der BusScopeTechnologie liefert präzise und reproduzierbare Testergebnisse sowie die genaue Analyse aller Busdaten.
Erwin Kristen ist er als Forschungsprojektleiter bei AIT (vormals ARC) für Automotiveund Industrie-Netzwerke zuständig.
Thomas Sedlaczek ist als Softwareentwickler
bei der der Göpel electronic GmbH in Jena für
die FlexRay-Lösungen verantwortlich.
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Link zu GÖPEL electronic
342AEL0510
MESSBAR
GENAUER!
Hochpräzise Messtechnik verlangt nach
gleichwertiger Software. IPEmotion arbeitet
mit verschiedenen Synchronisationstechniken
und Time-Stamps und wurde bereits bei der
Entwicklung für die Messaufgaben optimiert.
Für alle, die nicht nur genau messen wollen,
sondern es auch genau wissen wollen.
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FLASH-PROGRAMMIERUNG
Programmierung als integraler
Teil des Logistik-Prozesses
Viel wichtiger als das reine FLASHEN ist die nahtlose Einbindung in die Fertigungs-Gesamtlösung,
um so Vorteile punkto Logistik, Qualität sowie Nachverfolgbarkeit zu erzielen und dabei noch die
Wertschöpfung zu erhöhen.
I
mmer mehr rückt ein bislang eher
stiefmütterlich behandelter Vorgang
innerhalb der Produktionskette in den
Vordergrund: die Programmierung von
elektronischen Bausteinen. Die Durchgängigkeit in der Programmierung, vom
Design bis zur Endfertigung, wird zum
Wettbewerbsfaktor.
Globaler Wettbewerb, technologische
Entwicklungsvielfalt und kürzere Innovationszyklen sind nur einige wenige Parameter für Veränderungen, die eine Optimierung in der Produktionsumgebung
erforderlich machen. Dabei fällt auf, dass
der Programmierstrategie innerhalb des
Fertigungsprozesses noch immer zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird. Unternehmen, die den gesamten Produktprozess im Auge vorausschauend programmieren und bewusst Bruchstellen
im gesamten Verlauf vermeiden, können
einen zusätzlichen Beitrag zur eigenen
Wertschöpfung erwirtschaften.
Heute baut die Fertigung von Produkten stark auf globale Ressourcen und
Möglichkeiten. Entwicklung und Design
finden geografisch gesehen oft ganz wo
anders als Prototyping oder Endfertigung
statt – nicht selten sogar länderübergreifend. Dort, wo Fachwissen vorhanden ist
36
und Kostenvorteile bestehen, befindet
sich der jeweilige Leistungsstandort. Die
Möglichkeiten weltweiter Vernetzung sichern Unternehmen so Marktvorteile.
Doch nicht immer werden diese Vorteile
vollständig ausgereizt. So wird insbesondere die Programmierung der eindesignten Bausteine innerhalb der Produktion of unterschätzt, da sich diese auf
der Kostenseite ebenso nachteilig niederschlagen kann wie längere Produktionszeiten.
Zudem spielen immer kürzere Entwicklungszeiten sowie die bedarfsgerechte und terminoptimierte Einführung neuer Produkte in den Markt eine
immer größere Rolle. Dies bedeutet somit, dass neben den produktionsspezifischen Kostenfaktoren der Faktor „Time-to-Market“ eine immer größer werdende Bedeutung beigemessen werden
muss.
Einheitliche Programmierplattform
Charakteristische Bruchstellen innerhalb
eines Produktentwicklungs- und Fertigungsprozesses bilden typischerweise
unterschiedliche Programmiermethoden
in der jeweiligen Fertigungsstufe. Verwenden die Fachleute im Prototyping
beispielsweise serielle Methoden, während in der Fertigung parallel gearbeitet
wird, so kann es rasch zu Anpassungsproblemen kommen, die sich in der Folge bei
Produktionszeiten und Zusatzkosten für
die notwendige Angleichung auswirken
können. Womöglich müssen Bausteine
aufgrund solcher Konvertierungsprobleme vorproduziert und zwischengelagert
werden, um dem Produktionstakt einzuhalten. Gegebenenfalls können kurzfristige Änderungen in der Firmware, wie
sie heute bis kurz vor Endfertigung vorkommen, nicht rechtzeitig oder nur
durch zusätzlichen Aufwand berücksichtigt werden.
Abhilfe schafft in solchen Fällen nur
eine durchgängige und einheitliche Programmierplattform. Data I/O verfolgt als
spezialisierter Anbieter von Programmierlösungen für Flash-basierte Halbleiter und Flash-Medien mit seiner Connected Programming Strategy konsequent diesen Weg mit seinen Kunden.
Mit der einheitlichen Programmiermethode kann der gesamte Programmierprozess sowohl in der Entwicklung
als auch in der Produktion überwacht
werden, was ein möglichst optimales
Firmware-Supply-Chain-Management
garantiert. Sie stellt sicher, dass (gleichgültig wer und wo auf der Welt mit der jeweiligen Bausteinprogrammierung am
Produkt befasst ist) jeder den geforderten
Programmierstand hat und auch weitergibt. Dafür sorgt auch die Vernetzung der
einzelnen Programmiergeräte mit der
Entwicklungszentrale anhand zugeordneter IP-Adressen. Der Zugriff auf die
einzelnen Maschinen – ob manuelle Programmiergeräte, Offline-Programmierautomaten sowie automatische InlineProgrammiersysteme – ist somit weltweit
ebenso möglich wie eine konstante Überwachung der Jobprofile dank der einheitlichen Steuersoftware.
Vernetzte Programmiersysteme dieser
Art schaffen so Transparenz auf dem Weg
vom Design bis zur Endfertigung. Die damit verbundene Prozessoptimierung
FLASH-PROGRAMMIERUNG
Alle Bilder: Data I/O
Bild 1: Die Automotive
Performace Solution ist
eine Kombination aus
Programmierhardware
und dem applikationsspezifischem Softwarebündel Automotive Performance Pak.
wird den Vorgaben der immer kürzeren
Innovationszyklen klar gerecht und fördert so auch die Philosophie des LeanManufacturing.
Flashen im Auto
Mit zu den Branchen, die in Zukunft
stark auf eine intelligente Programmierung zählen werden, gehören jene, die mit
dem Automobil und seiner Ausstattung
befasst sind. Die Entwicklungen in der Automobilindustrie sind von immer mehr
und intelligenteren Mikrocontrollern geprägt. Hersteller und Zulieferer wissen,
dass der Absatz von Automobilen auch
entscheidend von neuen und interessanten elektronischen Funktionen im Auto
abhängt. Dabei geht es zum einen um die
wachsende Anzahl von Systemfunktionen, wie zum Beispiel den Einsatz immer
höher integrierter sicherheitsrelevanter
Fahrerassistenzsysteme, und zum anderen um die Integration von Navigationsoder Infotainmentsystemen. In beiden
Fällen wird die Software komplexer und
speicherintensiver. Damit werden automatisch auch extrem hohe Ansprüche an
die programmierbaren Bausteine und somit an die Programmierung selbst gestellt.
Kein Wunder, dass die Automobilindustrie nicht nur neuste Technologien
verlangt, sondern auch eine Reihe weiterer Anforderungen hat. Dabei ist die lückenlose Verfolgbarkeit (Traceability) der
Produktionsprozesse ebenso gefordert,
wie die zuverlässige Programmierung von
NAND-Flash-Speichern und die Bewältigung der Bad-Block-Problematik, also das
Managen fehlerhafter Blöcke im Speicher
des Halbleiters. Kleinste Qualitätsfehler
im Auto können extreme Auswirkungen
haben. So stellt intelligente Programmiertechnik wie die Applikationslösung Automotive Performance Solution von Data
I/O sicher, dass jeder programmierte Baustein exakt den Vorgaben entspricht. Fehlerhafte oder fehlerhaft programmierte
Bausteine werden sicher erkannt und aussortiert. Hohe Qualität garantiert Sicherheit für die Kunden und verhindert wirtschaftliche Schreckensszenarien wie
Rückrufaktionen.
und Know-how notwendig, denn
schließlich geht es nicht nur darum,
Hard- und Software zusammenzubringen. Viel wichtiger ist die Entwicklung
und Realisierung maßgeschneiderter
Kundenlösungen, um so beispielsweise
Vorteile in der Logistik, der Qualität oder
Nachverfolgbarkeit zu generieren, die
sich direkt in der Wertschöpfung des Unternehmens widerspiegeln. Das Programmiertool darf für alle Beteiligten
nicht zum Flaschenhals in der Fertigungsstrecke werden, sondern es muss
den gesamten Prozess wirkungsvoll unterstützen. Welche Programmierung und
welche Applikation die richtige ist, hängt
von der jeweiligen Fertigungssituation
ab. Hardware- und Softwarelösungen für
schlüsselfertige Programmier- und Baustein-Testservices können die Wertschöpfung der Kunden weiter erhöhen.
Ernö Ogonovszky ist Sales Manager bei der
Data I/O GmbH.
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Link zu Data IO
346AEL0510
Applikationslösungen
Erfüllt werden die Anforderungen der Automobil-Branche zur Unterstützung einer
Lean-Production bei Data I/O in einem
kompletten Spektrum an integrierten Lösungen, die den Erfolg beim Einsatz programmierbarer Bausteine von der Entwicklung über Prototyp und Ausfallmuster
bis zur Produktion sicherstellt. Wichtig dabei ist, dass die Bausteinprogrammierung
zu einem nahtlos eingefügten Schritt im
Unternehmensprozess wird und gleichzeitig Statistiken über kritische Leistungen in
der internen logistischen Kette liefern.
Data I/O bietet gezielt auf die Kundenanforderungen zugeschnittene Lösungen
und deckt zudem ein breites Branchenspektrum ab. Spezifische Applikationsanwendungen erleichtern die über alle Fertigungsstufen gehende Programmierung
erheblich. Das Automotive Performance
Pack von Data I/O enthält dabei eine Reihe
entscheidender Software-Tools wie zum
Beispiel PS-Remote-Monitoring, FlashCORE-Versionskontrolle,
Label-Generator,
Enhanced-Statistic sowie Confirm-InputDevice.
Fazit
Die richtige Strategie für die Bauteil- und
Geräteprogrammierung zu finden, die
sowohl die ökonomischen wie auch die
fertigungsrelevanten Anforderungen optimiert, ist zweifellos eine komplexe Aufgabenstellung. Hierfür ist viel Erfahrung
37
ELEKTROMECHANIK
Das ABS von morgen
Alle Grafiken: LSP – Innovative Automotive Systems
1965 wurde das ABS erfunden, aber weltweit kommt beim ABS bis heute dasselbe Konzept zur
Drucksteuerung mit Ein-/Auslassventil und Rückförderpumpe in einer separaten Baueinheit zum
Einsatz. Ein INTEGRIERTES BREMSSYSTEM mit hochdynamischer und genauer Drucksteuerung nutzt
jetzt einen EC-Motor, um sowohl die Bremskraftverstärkung als auch die Druckmodulation zu steuern.
Bild 1: Ein heute übliches ABS-System im Vergleich zu einer bereits fortgeschrittenen Konstruktion des IBS (Integriertes Brems-System).
S
eit seiner Serieneinführung im Jahr
1978 durchlief das Antiblockiersystem ABS verschiedene Entwicklungsstufen von der separaten Anordnung der Hydraulikeinheit zur Druckmodulation bis zur Integration dieser
Funktion in einen hydraulischen Bremskraftverstärker. Aus Kostengründen hat
sich letztere am Markt nicht durchgesetzt. Dasselbe gilt für die vollelektrische Bremse EMB oder auch die Variante
Keilbremse. Eine neue Basis liefert später
ein System, das in Bild 4 dargestellt ist.
Für eine hohe Funktionalität wurde
die elektrohydraulische Bremse entwickelt, die heute nur in speziellen Fahrzeuge und Hybridfahrzeugen wie beispielsweise dem Toyota Prius zum Einsatz
kommt. Ende der 1980er Jahre wurde
ein sogenanntes Multiplex-Verfahren
untersucht, bei dem der Aktuator sowohl
die Bremskraftverstärkung als auch die
Druckmodulation übernimmt, indem zur
Druckreduzierung der HZ-Kolben gegen
die Fußkraft zurück gestellt wird. Dieses
Konzept hat wegen der starken Pedalrückwirkung, hohem Geräuschniveau
und unbefriedigendem Zeitverhalten
früher nicht befriedigt.
EC-Motor
Durch die Neuentwicklung eines ungewöhnlichen schnellen EC-Motors bestand die Möglichkeit, dieses Verfahren
38
in einer Integration von Aktuator und
Drucksteuerung umzusetzen und die beschriebenen Nachteile durch eine adaptive hochdynamische Drucksteuerung zu
lösen.
Bild 1 zeigt den Vergleich des heutigen
separaten ABS/ESP mit Vakuumbremskraftverstärker und Vakuumpumpe mit
einer bereits fortgeschrittenen Konstruktion des IBS (Integriertes Brems-System),
das erhebliche Vorteilen in punkto Gewicht, Bauvolumen und Einbaulänge
bietet. Das IBS besteht im Wesentlichen
aus Pedalinterface, EC-Motor mit Spindel, konventionellem HZ-Zylinder und
parallel liegendem kleinem Ventilblock.
Die ECU am Ventilblock hat eine elektrische Verbindung zu den Magnetventilen,
Druckgeber, Sensoren und EC-Motor.
Bild 2 zeigt im Vergleich einen Überblick der Drucksteuerung zwischen konventionellem ABS/ESP, auch EHB zu IBS.
Hier kommt für jede zu steuernde Radbremse je ein Einlass- und Auslassventil
zur Druckmodulation zum Einsatz. Der
Druckabbau erfolgt in die Speicherkammer. Die Rückförderpumpe fördert das
entsprechende Volumen zum Hauptzylinder zurück, was zum bekannten
pulsierenden Pedal führt, wobei der Regler die Höhe des Druckabbaus und -aufbaus bestimmt. Dies geschieht über eine
Zeitsteuerung der Ventile, welche aufwändig und von beschränkter Genau-
igkeit ist (siehe obere Bildhälfte). Beim
IBS bewegt der E-Motor über eine Spindel den Hauptzylinderkolben, welcher
das Volumen zum Druckaufbau und -abbau zu den Radbremsen befördert. Zwischen diesem und jeder Radbremse ist ein
Schaltventil angeordnet, welches zur
Drucksteuerung geschaltet wird. Hierbei
können die Radbremsen in der Regel
nacheinander, aber bei IBS auch gleichzeitig (simultan) gesteuert werden. Der
große Unterschied in der Drucksteuerung zu konventionellen Systemen besteht darin, dass die vom Regler vorgegebene Druckänderung in eine Volumensteuerung über Positionssteuerung des
HZ-Kolbens umgesetzt wird.
Da der Regler die abgebildete Druckvolumenkennlinie jeder Radbremse
kennt, ist eine sehr genaue Drucksteuerung möglich, bei der zusätzlich die
Druckänderungsgeschwindigkeit
um
Faktoren größer gewählt werden kann
als heute. Die schnellen und genauen
Druckänderungen der einzelnen Radbremsen erfordern eine sehr hohe Dynamik und Regelgenauigkeit des EC-Motors. Bei Fahrzeugerprobungen wurden
insbesondere bei glatten Fahrbahnen
(beispielsweise auf Eis) im Vergleich zum
konventionellen System erhebliche
Bremswegverkürzungen bei höherer
Fahrzeugstabilität und Regelgenauigkeit
erzielt, während Geräusch und Pedalrückwirkung kaum wahrnehmbar sind.
Bremsen-Mananagement
Bild 3 zeigt das zukünftige Bremsenmanagement, welches durch Einfluss von
Hybridfahrzeugen und Assistenzsystemen geprägt ist. Bei Hybridfahrzeugen
erzeugt der Generator zur Rekuperation
der Bremsenergie ein Bremsmoment,
welches im Bremsenmanagement den
Fahrerwunsch nach einer gewissen Abbremsung als einen entsprechenden Solldruck für das IBS vorgibt. Dabei gibt der
Fahrer durch Pedalweg und -kraft den
Sollwert vor. Während der Abbremsung
ergänzt der hydraulische Aktuator das
notwendige Bremsmoment zum Generator, das stark schwankend ist. Grün gezeichnet sind die zusätzliche Potenziale
ELEKTROMECHANIK
Bild 2: Überblick der
Drucksteuerung.
mit ABS, zum Beispiel dass Fahrzeugverzögerung, Fahrzeuggewicht und Anhängerlast mitgerechnet werden, indem der
Fahrer seine Pedalkraft sowie den Pedalweg nicht mehr beispielsweise der unterschiedlichen Bremswirkung anpassen
muss. Für kleinere Menschen, die in der
Regel eine geringere Fußkraft haben,
kann die Verstärkung variabel angepasst
werden.
Bekanntlich lösen sich die Bremsbeläge im Normalfall, zum Beispiel ohne forcierte Kurvenfahrt, nicht voll von der
Bremsscheibe, so dass sie ein nicht vernachlässigbares Restmoment erzeugen,
das zusätzlich Kraftstoff erfordert und somit einen höheren CO2-Ausstoß zur Folge hat. Beim IBS kann durch entsprechende Kolben mit Ventilsteuerung ein
kleines Lüftspiel erzeugt werden, was das
Restmoment nennenswert reduziert.
Bremsen im Elektrofahrzeug
Ausgehend von Bild 3 benötigt das Elektrofahrzeug diese Funktionalität; die Reibungsbremse bleibt bestehen, da die
Bremsmomente selbst bei einem
1000-kg-Fahrzeug nicht vom Generator
Bild 3: Das zukünftige Bremsenmanagement.
geliefert werden können. Es stellt sich
dann die Frage, ob ein modernes elektrohydraulisches Bremssystem oder eine
vollelektrische Bremse zum Einsatz kommen soll.
Im Rahmen der Entwicklung des
42-V-Bordnetzes wurde intensiv an der
vollelektrischen Bremse entwickelt. Bekanntlich benötigt die Vorderradbremse
höhere Bremsmomente und damit höhere Betätigungskräfte zum Anlegen der
Bremsbeläge. Dafür genügte 12 V nicht,
aber mit 42 V konnte der entsprechende
EC-Motor dargestellt werden. Baugröße
und Gewicht waren im Vergleich zur
konventionellen hydraulischen Bremse
unvorteilhaft. Die Entwicklung wurde
nach dem Stopp des 42-V-Bordnetzsystems nicht mehr fortgeführt.
Danach wurde für längere Zeit mit viel
Aufwand bei mehreren Firmen die Keilbremse entwickelt, welche in Folge der
Selbstverstärkung 12-V-tauglich war.
Wegen der hohen Kosten und Komplexität (unter anderem zwei EC-Motoren pro
Radbremse) wurde die Entwicklung eingestellt. Neuerdings entwickeln Ingenieure in Österreich an einer elektrischen
Bremse unter Einsatz von Hebelwirkung
zum Bremsbelag.
Bild 4 zeigt im Vergleich die wesentlichen Komponenten. Vielfach wird davon
ausgegangen, dass der Ersatz der hydraulischen Leitung einen großen Vorteil darstellt, was zweifelsohne für die Wartungsfreiheit gilt, da bekanntlich bei der
hydraulischen Bremse in größeren Zeitabständen die Bremsflüssigkeit getauscht
werden muss. Dies wird im ohnehin notwendigen Serviceintervall erledigt, und
die Kosten bewegen sich bei weniger als
50% eines Satzes Bremsbeläge.
Beim Wechsel zur elektrischen Leitung muss berücksichtigt werden, dass
mehrere Leitungen (etwa 5) zum elektrischen Aktuator benötigt werden – und
zwar mit mehreren Steckverbindern (siehe Bild). Hierdurch ergibt sich ein beträchtlicher Kostenunterschied. Auch in
der Zuverlässigkeit ist die hydraulische
Leitung deutlich überlegen, da bei der
Radbremse extreme Bedingungen bezüglich Temperatur, Schmutz und Salzwasser vorliegen.
Im Aufwandsvergleich sind deutliche
Unterschiede erkennbar: beispielsweise 5
anstelle von 1 EC-Motor, 5 anstelle von 1
ECU. Alle ECUs benötigen einen hoch sicherheitsrelevanten Aufbau – inklusive
der ECU am Radaktuator. Eine zweite
Batterie als Redundanz ist ebenfalls notwendig. Im Gewicht kann die elektrische
Bremse auch nicht punkten, dasselbe gilt
für die Funktionalität.
Nach 6-jähriger Entwicklung mit 2
Wintererprobungen hat das IBS einen
hohen Reifegrad erreicht, der eine Beurteilung aller Fakten ermöglicht.
Dr. Thomas Leiber ist Geschäftsführer der LSP
– Innovative Automotive Systems GmbH.
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Link zu LSP
321AEL0510
Bild 4: IBS und voll elektrisches Bremssystem im Vergleich.
39
MANAGEMENT
Exklusiv-Interview mit Dr. Jack Sun, CTO und VP R&D bei TSMC
Chips für das Auto von morgen
TSMC, die größte HALBLEITER-FOUNDRY der Welt, investiert allein in diesem Jahr
knapp 5 Milliarden US-$ in neue Halbleiterfabriken. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK sprach
mit Dr. Jack Sun, Chief Technology Officer und Vice President R&D von TSMC, über
die Pläne und Entwicklungen im Automotive-Geschäft.
Welche ihrer Technologien sind automotive-qualifiziert?
Derzeit bieten wir drei gemäß AEC-Q100 qualifizierte Prozesse
an: 0,25-μm-Embedded-Flash,0,18-μm-Embedded-Flash sowie
0,25-μm-OTP (One-Time Programmable). Zusätzlich zu der IP
für nicht flüchtige Speicher haben wir Prozess-Technologien für
0,8 μm bis 65 nm, die der Spezifikation für automotive-qualifizierte Prozesse entsprechen. Es handelt sich dabei um Logik,
Mixed-Signal-Schaltungen und Hochspannungs-Produkte.
Welche Pläne hat TSMC im Bereich Automotive?
Wir sehen sehr interessante Möglichkeiten für neue Applikationen im Bereich der Automobilelektronik. Infotainment, digita-
TSMC kann jetzt automotive-qualifizierte Produkte fertigen. Welche Bedeutung haben automotive-qualifizierte Halbleiter für
TSMC?
TSMC liefert schon seit über fünf Jahren automotive-qualifizierte Produkte; insgesamt haben wir davon bereits über 1 Million Wafer ausgeliefert. Wir bei TSMC sehen den Markt für automotive-qualifizierte Halbleiter als einen Schlüsselmarkt an,
der ein hohes Wachstumspotential aufweist. Wir haben bereits
Produkte in viele Automotive-Applikationen geliefert: Mikrocontroller, CMOS-Bildsensoren, Bluetooth-Chips und Sicherheits-ICs sind nur einige Beispiele. All diese Segmente wachsen rasch, so dass sie für TSMC sehr wichtig sind.
Dr. Jack Sun im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur Alfred Vollmer:
„Wir bei TSMC sehen den Markt für automotive-qualifizierte Halbleiter als einen Schlüsselmarkt
an, der ein hohes Wachstumspotential aufweist.“
40
MANAGEMENT
le Radios, die Satellitennavigation, DVD-Player und Mobiltelefonie sind allesamt schnell wachsende Bereiche. Rund um den
Antriebsstrang sehen wir einen starken Trend, zunehmend digitale Steuerungen in sicherheitskritischen Bereichen beziehungsweise zur Erhöhung des Wirkungsgrads einzusetzen. Bei
der Chassis-Elektronik ermöglichen die Vorteile einer digitalen
Regelung eine wesentliche Differenzierung zwischen den einzelnen Fahrzeugherstellern in punkto Fahrerlebnis.
Bei all diesen positiven Trends wird TSMC sich auch weiterhin
darauf konzentrieren, Foundry-Lösungen für den AutomotiveMarkt anzubieten. Wir haben ein spezielles Automotive-Pro-
wan eine dritte 300-mm-Gigafab bauen und dass wir unsere
200-mm-Fabs erweitern, um so Logik- und Embedded-FlashProzesse zu unterstützen. All diese Kapazitäten können wir potenziell auch zur Fertigung von Produkten verwenden, die für
den Einsatz im Automobil geeignet sind.
Auf dem International Electronics Forum in Dresden haben Sie neue
Geschäftsmodelle angesprochen. Was versprechen Sie sich dabei im
Automotive-Bereich?
Ein neues Geschäftsmodell, das wir seit geraumer Zeit sehen, ist
der Trend der Integrated Device Manufacturer, der IDMs, ein
Fab-Lite- oder Fabless-Geschäftsmodell für
die Lieferung fortschrittlicher Technologien
„All die Kapazitäten, die wir für über 4,8 Milliarden US-$
zu nutzen. Diese Tendenz wurde und wird
in diesem Jahr installieren, „können wir potenziell auch zur
primär von ökologischen Faktoren vorangetrieben, wobei der IDM lieber in seine
Fertigung von Produkten verwenden, die für den Einsatz im
F&E-Aktivitäten investiert als das Kapital
Automobil geeignet sind.“ Dr. Jack Sun
durch den Bau neuer Fabs zu binden. Das
kann mittelfristig Auswirkungen auf den
gramm aufgestellt, um TSMCs Angebotspalette im AutomobilAutomotive-Markt haben, weil die fortschrittlicheren Techbereich zu erweitern – und zwar sowohl aus der IP-Perspektive
nologie-Nodes Wafer benötigen werden, die eine Foundry lieals auch aus Prozess-Sicht. Wir haben uns aber schon seit geraufern muss.
mer Zeit auch darauf konzentriert, nicht nur mit unseren direkten Kunden zusammen zu arbeiten, sondern auch mit den TierDas Interview führte AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur
1-Lieferanten, den Automobilherstellern und dem AEC, also
Alfred Vollmer
dem Automotive Electronics Council, um so das Zero-DefectZiel in der Automobilbranche zu fördern und zu verbessern.
infoDIRECT
Welche Bedeutung haben Elektrofahrzeuge für TSMC?
Das ist ein spannendes Thema für TSMC, denn Elektro- und Hybridfahrzeugen wird ja ein starkes Wachstum vorhergesagt, und
weil diese Fahrzeuge großem Umfang elektronische Steuerungen benötigen, wird sich der Gesamtmarkt der Automobilhalbleiter erweitern, was für unsere Branche gut ist.
Link zu TSMC
351AEL0510
Worin liegen für eine Hochvolumen-Foundry wie TSMC die Herausforderungen bei der Fertigung von Automotive-Halbleitern?
Wir haben uns bereitwillig den Herausforderungen gestellt, die
im Rahmen der Lieferung von automotive-qualifizierten Produkten erforderlich sind. und wir wissen, dass wir ganz strikte
Qualitäts- und Zuverlässigkeits-Anforderungen erfüllen müssen. Wir haben eine Disziplin etabliert, die TSMC in die Lage
versetzt, die Konsistenz der eigenen Fertigung unter Beweis zu
stellen – und zwar in einem engen Schulterschluss mit der Expertise unserer Kunden im Bereich der Test-Methodologien.
Welche Auswirkungen haben diese Automotive-Aktivitäten auf ihr
anderes Geschäft, beispielsweise auf die Consumer-Elektronik, PCTechnik etc.?
Die Lektionen, die wir bei der Fertigung von Automotive-Schaltungen gelernt haben, nutzen wir natürlich in all unseren Fabs,
denn schließlich haben wir ständig das Ziel vor Augen, unsere
Qualität sowie unsere Effizienz durch noch niedrigere Defektraten zu verbessern.
Für das Jahr 2010 plant TSMC Investitionen von über 4,5 Milliarden
US-Dollar. Wie hoch ist dabei ihr Anteil an automotive-spezifischen
Investitionen?
Wir haben angekündigt, dass TSMC über 4,8 Milliarden US-Dollar in zusätzliche Fertigungskapazitäten und Fertigungstechnologien investieren wird. Den größten Teil davon stecken wir
in neue 300-Millimeter-Kapazitäten für die Produktion von
40-nm-, 28-nm-Chips sowie in eine erste 20-nm-Fertigung. Wir
haben auch angekündigt, dass wir am Standort Taichung in Tai-
Wir stellen aus: electronica 2010, Halle B6, Stand 119
41
Das Thema der nächsten Jahre:
Elektromobilität
42
Bild 1: Die deutschen Hersteller haben sich
nach der „Ludwigsburger Erklärung“ auf den
AC-Ladestecker des Typs IEC 62196–2 Typ 2
geeinigt, der sowohl bei ein- als auch beim
dreiphasigen Laden zum Einsatz kommen
kann.
Grafik: Patuschka/Milke (Volkswagen)
P
rof. Dr. Herbert Kohler, Leiter
e-Drive & Future Mobility in der
Forschung und Vorentwicklung
der Daimler AG sowie Umweltbevollmächtigter des Konzerns, informierte die
Teilnehmer über „Status und Ausblick
der Elektromobilität“. Er erklärte nicht
nur, dass die Elektrifizierung des Antriebsstrangs die automobile Zukunft bestimmt, sondern er betonte auch, dass alternative Antriebe auch alternative Infrastrukturen benötigen: die 220-V-Steckdose zuhause reiche jedenfalls nicht aus,
um die Fahrzeuge sinnvoll zu laden.
Grundvoraussetzung für die Wirtschaftlichkeit der Elektromobilität ist laut
Prof. Kohler eine „fahrzeugübergreifende Modulstrategie“, bei der einzelne Elemente vom Kompressor der Klimaanlage
über die Wasserpumpe bis zu Teilen des
Antriebsstrangs unverändert in verschiedenen Fahrzeugen genutzt werden. Ein
effektives Thermo-Management hat für
ihn die höchste Priorität, denn schließlich gebe es gerade im Bereich HVAC von
Elektroautos noch echtes Verbesserungspotenzial.
Seiner Ansicht nach sind auch finanzielle Anreize von staatlicher Seite notwendig, um über die „erste Schwelle“ zu
kommen: „Die Umfänge, die wir in der
Bundesrepublik an Fördermaßnahmen
vorsehen, sind unvergleichlich kleiner –
und ich möchte auch sagen ärmlicher –
als das beispielsweise in Frankreich stattfindet, in den USA, Japan oder China.“
Kohler weiter zum Thema Förderungsanreize: „Ich befürchte, dass wir mit unserem jetzigen Einsatz, der zwar mit vielen warmen Worten erfolgt und den
Heimmarkt Elektromobilität in Deutschland definiert, im internationalen Wettbewerb ins Hintertreffen geraten.“ Kohler hebt zwar hervor, dass Elektroautos
preisgünstiger werden müssen, fordert
aber auch einen staatlichen Anteil: „Wir
brauchen das Zusammenspiel mit der Politik, wir brauchen die Harmonisierung
und die Standardisierung der Ladeinfrastruktur.“
Von den 23 Vorträgen auf dem 14. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ in
LUDWIGSBURG beschäftigten sich gut 30 % ausschließlich mit dem Themenkreis Elektromobilität.
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK fasst einige der wesentlichen Aspekte zusammen.
Bild 2: In Ludwigsburg stellten die VW-Mitarbeiter dieses Ladestecker-Konzept vor, bei
dem unter dem AC-Stecker (siehe Bild 1) noch
zwei DC-Hochstromkontakte sowie zwei zusätzliche Kontakte vorhanden sind.
Derzeit gebe es noch viel zu wenig
Standardisierung, aber er hofft, dass über
den nationalen Cluster Elektromobilität
auch ein OEM-übergreifender Einsatz
vieler Komponenten möglich wird. Da
dieser Kongress in erster Linie ein Networking-Event der E/E-Führungskräfte
ist, lieferte Prof. Kohlers Vortrag reichlich
Vorlagen für weitere Gespräche in den
Pausen, aus denen bestimmt auch so
mancher gemeinsame Action-Item hervorging.
Axel Willikens, Leiter Vorentwicklung
Hardware Leistungselektronik bei der
Daimler AG, erläuterte dann die Anforderungen der OEMs an die Leistungselektronik im elektrischen Antriebsstrang. „Beim Leitungssatz liegen Dimensionen zwischen dem, was wir heute im
Niedervoltsektor kennen, und dem, was
wir bei Elektrofahrzeugen brauchen“,
stellte Willikens gleich zu Beginn fest. Allein schon der erforderliche Bauraum der
Leistungselektronik und des Leitungssatzes stelle die OEM vor neue Aufgaben
und erschwere die Nutzung von Gleichteilen.
Gleichzeitig wies er darauf hin, dass
der Wirkungsgrad einer Sperrspannungsklasse mit zunehmender Zwischenkreisspannung steigt, so dass der
beste Wirkungsgrad im Bereich der maximalen Zwischenkreisspannung erzielt
wird. In der Praxis heißt das für Willikens, dass die Sperrspannung des IGBTs
nicht zu groß gewählt werden darf, um
die Verluste und den damit verbundenen
Kühlaufwand nicht unnötig ansteigen zu
lassen.
Das Thema Kühlung wird in diesem
Umfeld zum Dauerthema, und auf jeden
Fall ist eine gleichmäßige Kühlung aller
Chips besonders wichtig. Auch von FR4
als Leiterplattenmaterial müssen wir uns
bei hohen Temperaturen verabschieden,
und zum Teil wird dann die Silber-SinterTechnik mit SnAgCu-Lot zum Einsatz
kommen, weil nur so auf Dauer die Zyklenfestigkeit gewährleistet ist. Sowohl
die Siliziumkarbid-Halbleitertechnologie
anderen OEMs an diesem Thema Systemintegration dran? Da müssen wir uns
nachher nochmals zusammensetzen,
denn es bringt wirklich nichts, wenn wir
uns hier verzetteln.“
Renault schreitet voran
Alle Personenfotos: Balleis/vom Stein
Dr. Patrick Bastard, Vice President Advanced Electronics bei Renault, erwähnte
zu Beginn seines Vortrags, dass Renault
im Jahr 1924 das erste vollelektrische
Fahrzeug auslieferte und seitdem „alle 5
bis 10 Jahre jeweils ein paar wenige Elektroautos“ herstellte, aber heutzutage gehe es um Volumenfertigung: „Massenproduktion von EVs heißt, dass wir die
Qualität und die ökonomischen Faktoren
der Fahrzeugfertigung in den Griff bekommen müssen.“ Er betonte, dass besonders in den fünf Bereichen elektrischer Antriebsstrang, Batterien, Energiemanagement innerhalb des Autos, Anbindung der Infrastruktur sowie RangeExtension (Erweiterung der Reichweite)
Prof. Dr. Herbert Kohler (Daimler): „Wir brauchen das Zusammenspiel mit der Politik, wir brauchen die Harmonisierung und die Standardisierung der Ladeinfrastruktur.“
(SiC) als auch PEN- und PPS-Technologien bei den Zwischenkreiskondensatoren seien zwar prinzipiell hochinteressant, aber derzeit noch zu teuer für den
Massenmarkt. Allerdings böten Keramikkondensatoren ein hohes Potenzial
zur Bauraumreduzierung bei hohen Arbeitstemperaturen. Dabei verweist Willikens auf das Fraunhofer IISB, das Keramikkondensatoren mit einer Energiedichte von 5000 mJ/cm3 hergestellt hat,
während herkömmliche Folienkonden3
satoren lediglich 125 mJ/cm aufweisen.
Gemeinsam Standards setzen
Axel Willikens appellierte zum Ende seines Vortrags an alle Teilnehmer: „Ich
könnte mir vorstellen, dass wir uns mittelfristig auf einen OEM-übergreifenden
Baukasten verständigen könnten…
BMW, Audi, Volkswagen und Daimler
fragen schließlich allesamt beim gleichen
Halbleiterlieferanten an… Wenn wir der
Elektromobilität etwas Gutes tun wollen,
dann wäre es schön, wenn wir uns zusammenraffen würden.“ Dr. Willibert
Schleuter, der durch den ersten Konferenztag führte, nutzte geschickt die
Gunst der Stunde, legte einen Grundstein für weitere OEM-übergreifende Gespräche, indem er Axel Willikens fragte:
„Wen müssen wir hier zusammenschalten, dass wir Gespräche auf dieser Ebene
in die Gänge bekommen? Wer ist bei den
Axel Willikens (Daimler): „Ich könnte mir
vorstellen, dass wir uns mittelfristig auf einen OEM-übergreifenden Baukasten verständigen könnten.“
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43
Dr. Patrick Bastard (Renault): „Massenproduktion von EVs heißt, dass wir die Qualität und die
ökonomischen Faktoren der Fahrzeugfertigung in den Griff bekommen müssen.“
noch einiges getan werden müsse, aber er
ließ keinen Zweifel daran, dass sein Unternehmen mit hoher Entschlossenheit
sowie sehr hohem Engagement an diesen
Themen arbeitet.
„Ludwigsburger Erklärung“
Die Volkswagen-Mitarbeiter Sven Patuschka, Hauptabteilungsleiter E/E-Entwicklung, Systemintegration und Energiesysteme, und Ralf Milke, Hauptabteilungsleiter E/E-Entwicklung, Karosserieelektronik und Bordnetz, informierten
die Teilnehmer über die „Schritte zu einem globalen Standard der Ladeschnittstelle für Elektrofahrzeuge“. Als direkte
Sven Patuschka (VW): Die fünf E/E-Leiter der
5 deutschen Automobilhersteller haben sich
„in der sogenannten ‚Ludwigsburger Erklärung’ auf eine gemeinsame Vorgehensweise
zur Ladeschnittstelle geeinigt.“
44
Schnittstelle zum Kunden hat der Ladestecker langfristigen Einfluss auf Infrastruktur und Fahrzeug. Sie betonten,
dass die vorhandenen Standards für die
AC-Ladestecker nach IEC 62196–2 Typ 1
und 2 sowie der DC-Ladestecker nach japanischem Vorbild „für die VolkswagenLadestrategie geeignet und für den Serienanlauf der Elektrofahrzeuge verfügbar
sind“. Das Credo der Referenten: „ strategischen Entscheidungen und Standardisierungen, die heute getroffen werden,
haben nachhaltigen Einfluss auf Nutzungsprofil, Kosten und damit den Erfolg
von Elektrofahrzeugen. Ziel der Automobilhersteller muss von vornherein ei-
Ralf Milke (VW): Die Erweiterung der Ladeschnittstelle auf Gleichstrom befindet sich
derzeit noch in der Entwicklung.
ne minimale Anzahl van Varianten sein.
Daher unterstützt Volkswagen die gemeinsamen Standardisierungsaktivitäten
zur Entwicklung einer weltweit einheitlichen Ladeschnittstelle, die AC- und DCLaden ermöglicht.“
„Einen ersten wichtigen Schritt zur erfolgreichen Umsetzung dieser Strategie
ist getan“, betont Sven Patuschka. „Gestern Nachmittag haben sich die fünf
E/E-Leiter der 5 deutschen Automobilhersteller in der sogenannten ‚Ludwigsburger Erklärung’ auf eine gemeinsame
Vorgehensweise zur Ladeschnittstelle geeinigt.“ Der 14. Automobil-ElektronikKongress diente als Auftakt, und schon
Anfang September verkündeten die fünf
OEMs, dass sie sich gemeinsam auf ein
modulares Stecksystem zum Laden von
Elektrofahrzeugen geeinigt haben. Die
AC-Seite steht dabei, während sich die
Erweiterung für Gleichstrom derzeit
noch in Entwicklung befindet (Bild 1).
Und da bereits Dr. Bastard von Renault
zuvor zum Thema Laden sagte „Wir fördern das Laden mit Wechselstrom, weil es
für die Infrastruktur besser ist. Der AC/
DC-Wandler befindet sich dabei im Auto.“, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass
die Ludwigsburger Erklärung auch international Kreise ziehen wird.
Sicherheit der Batterie
Rund um das Thema „Sicherheit von LiIonen-Batterien – Anforderungen und
Lösungen“ referierte Dr.-Ing. Joachim
Fetzer, Executive Vice President der SB
LiMotive Co. Ltd., einem Joint-Venture
von Samsung SDI und Bosch. Dr. Fetzer
betonte zunächst, dass Samsung in diesem Jahr etwa 750 Millionen kleine Lithium-Ionen-Zellen herstellen wird so-
Dr. Joachim Fetzer (SB LiMotive): Wir gehen
davon aus, dass Ende diesen Jahrzehnts noch
5 bis 10 ernstzunehmende Player auf dem
Markt für Lithium-Ionen-Zellen übrig sein
werden.
wie dass Samsung SDI und Sanyo zusammen einen Anteil von über 50% am LiIonen-Markt halten. Derzeit sei Sanyo
noch die Nr. 1, aber bereits Ende dieses
Jahres werde „Samsung SDI der weltweit
größte Hersteller von Li-Ionen-Zellen
sein“.
Da die Sicherheit der Batterien eine
Schlüsselfunktionalität beim E-Fahrzeug
ist, gilt es, ein „Thermal Runaway“ (etwa:
thermische Überlastung mit der Folge einer thermischen Kettenreaktion) unter
allen Umständen zu verhindern, denn
wenn erst einmal eine gewisse kritische
Zellentemperatur überschritten ist, tritt
das Thermal Runaway in Form von GasEmissionen, Feuer und Explosion auf.
Die Überhitzung der Zelle kann durch
verschiedene Umstände ausgelöst werden: externe Erwärmung (beispielsweise
durch intensive Sonneneinstrahlung),
Überlast, Tiefentladung, Überladung und
ein externer Kurzschluss kann der Zulieferer beziehungsweise der OEM durch
entsprechende
Belüftung/Klimatisierung sowie durch angemessene Schutzschaltungen in den Griff bekommen.
Der Zellenhersteller ist allerdings dafür
verantwortlich, dass kein interner Kurzschluss auftritt – weder bei einem Zusammenquetschen der Zelle bei einem
Crash, noch beim Eindringen von Partikeln („Nageltest“) noch durch Dendriten (Auskristallisierungen, die auf den
Elektroden von Akkus wachsen können).
Vierstufiges Sicherheitskonzept
Dr. Fetzer zeigte auf, dass und wie die
Produkte seines Hauses die Sicherheitstests gemäß „SANDIA 2005, 3123“ erfüllen und erläuterte dann, dass ein integriertes vierstufiges Sicherheitskonzept
notwendig ist, das von sicheren Zellmaterialien über das Design beziehungsweise
Fertigung der Zellen und die SicherheitsFunktionalitäten des Batteriepacks bis zu
den Sicherheits-Funktionalitäten des
Fahrzeugs reicht, welches beispielsweise
das thermische Management erledigt. Dr.
Fetzer: „Samsung SDI ist die einzige Firma weltweit auf diesem Sektor, die noch
keinen Rückruf wegen Sicherheitsproblemen hatte.“ Nicht nur bei den Zellen
sondern über das gesamte Batteriesystem
ist laut Dr. Fetzer eine intrinsische Sicherheit der Technologien erforderlich. Auf
der Zellenebene trägt bei Samsung SDI
beispielsweise ein Shutdown-Separator
zu dieser intrinsichen Sicherheit bei:
„Wenn die Zelle heiß wird schmilzt dieser
Separator und schließt die Poren, so dass
der Ionenfluss von der Anode zur Kathode unterbrochen wird.“
Der Beitrag der Halbleiterhersteller
Die Herausforderungen der E-Mobilität annehmen, war der Titel des Vortrags von Jochen Hanebeck, President von Infineons Automotive Division. Die klassische EV-Architektur bedingt hohe Kosten durch eine Vielzahl unterschiedlicher Module, durch Hochvoltverdrahtung und Hochvolt-Stecker,
durch die geringe Systemeffizienz mit hohen Kühlanforderungen, die Größe der Inverter wegen der Leistungsverluste, die geringe Reichweite und Akkulebensdauer und
nicht zuletzt durch die strengen SicherJochen Hanebeck: Pin Fin lässt die
heitsvorschriften.
Montage der Elektronik im MotorInnovative Halbleiterlösungen schließen in
gehäuse zu.
Zukunft ein: die Integration der Halbleiter
um den Motor herum, spezielle Kühlkonzepte, hohe Temperaturfestigkeit und eine
intelligente sowie induktionsarme Verdrahtung. Aus den genannten Integrationskriterien ergeben sich für den Anwender wesentliche Vorteile wie die Reduzierung der
Systemkosten beispielsweise durch die Integration von Kühlung und Verdrahtung von
Motor und Steuerelektronik. Infineon bietet mit Pin Fin ein fortschrittliches Kühlkonzept für Leistungshalbleiter, das gegenüber Konzepten ohne Basisplatte einen um
45% geringeren thermischen Widerstand bietet.
Des Weiteren bietet Infineon mit der XT-Chiptechnologie eine Lösung für Halbleitertemperaturen von 200 °C, die mit Kupferbonds arbeitet. Infineon hat für alle Spannungspegel in Hybrid- und E-Fahrzeugen die passenden IGBT-Leistungshalbleiter im
Programm mit Spannungen bis 1200V und für Leistungen über 100W. Daraus ergeben sich Module von 1…5 kW aber auch von 40…110 kW. Auf Silizium basierte Halbleiter werden noch länger die erste Wahl für den Automobileinsatz bleiben, zumal neue
Technologien bei Zellendesign (Trench plus Field-Stop) und geringste Waferstärken
bis herunter zu 40 μm zu weiterer Leistungsdichte beitragen. Durch den Einsatz der
SiC-Technologie, die bereits bei Dioden verwendet wird, werden MOSFETs mit noch
höherem Wirkungsgrad durch weiter verringerte Schaltverluste zur Verfügung stehen. Auch wird der Verbindungshalbleiter GaN Einzug in die Leistungselektronik,
nicht nur für den Automobileinsatz, finden.
Was die Akkus angeht, kann Infineon durch Schaltkreise für das Zellen-Balancing dazu betragen, die Akkulaufzeit und -Lebensdauer zu erhöhen, was bei gleichen Akkukosten zu einer Reichweitenerhöhung bis zu 15% führen kann. (sb)
Nachdem Dr. Fetzer diverse Sicherheitsmaßnahmen vorgestellt hatte, entwickelte sich eine intensive Diskussion
zwischen Auditorium und Referenten,
bei der Dr. Fetzer betonte, dass die Sicherheit der Zellen bereits das 100-%-Sollziel
erreicht habe, während bei der Performance „die Vorgaben erreicht“ seien.
„Beim Thema spezifische Energiedichte
sind wir noch nicht am Ziel“, so Dr. Fetzer. „Mit den heute zur Verfügung stehenden Materialien sind 250 bis 300 Wh/
kg möglich, mit neuen Kathodenmaterialien, die sich in der Entwicklung befinden, dann 400 Wh/kg … Ich denke, dass
wir diese neuen Materialien bis zum Ende dieses Jahrzehnts auf dem Markt sehen werden.“
Auf Grund der hohen Investitionen
von gut 300 Millionen Euro in eine Batterie-Fabrik werde es zu einer Markt-
bereinigung kommen: „Heute sind etwa
20 bis 30 ernst zu nehmende Player auf
dem Markt, und wir gehen davon aus,
dass Ende diesen Jahrzehnts noch 5 bis
10 – meine Kollegen in Korea sagen sogar
3 – Player übrig bleiben werden.“ Auch
für deutsche Batterie-Hersteller ist dies
laut Dr. Fetzer „eine sehr große Herausforderung“.
Es ist somit nicht nur Bewegung bei
der Technik sondern auch auf dem
Markt. Im Rahmen seines Vortrags äußerte sich Prof. Dr. Kohler (Daimler) zum
Thema Batterien folgendermaßen: „Die
Karten werden in den nächsten ein bis
drei Jahren gemischt und gespielt. Wir
haben eine Chance, und wir sollten Sie
nutzen.“
Alfred Vollmer ist Redakteur der
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
45
Antrieb = Motor + Elektronik + mehr
Vorteile der Integration
•
•
•
•
•
hohes Leistungsgewicht von 2 kW/kg
weniger Anschlüsse
einfachere Montage
vereinfachter Kühlkreislauf
verbessertes EMV-Verhalten
folgenden Werten orientieren:
• Leistung: 146 kVA
• Nominale Traktionsspannung: 300 VDC
• Maximaler Dauerstrom effektiv: 400 A
• Maximalstrom effektiv: 500 A@30s
• Wirkungsgrad: < 97 %
• Gewicht: 8 kg
• Volumen: 8 l
• Wasserkühlung: 6 l/min @ 60 °C
• maximale Umgebungstemperatur: 110 °C
Aus der genannten Hochintegration
ergeben sich ein hohes Leistungsgewicht
von 2 kW/kg, weniger Anschlüsse, einfachere Montage, ein vereinfachter
Kühlkreislauf und ein verbessertes EMVVerhalten.
Bei den E-Antrieben sind verschiedene Achskonzepte möglich, beispielsweise
eine
permanenterregte
Synchronmaschine mit koaxialer Planetenradstufe
mit einer Antriebsmaschine pro Rad in
einer einfachen kompakten Ausführung
und mit Torque-Vectoring. Desweiteren
eine
permanenterregte
Synchronmaschine mit Stirnradstufe mit der dann
ein enger Spurabstand möglich wird bei
geringer Auslenkung der Antriebswelle
und ebenfalls Torquevectoring.
Außerdem ist ein Achskonzept möglich mit einer permanenterregten Synchronmaschine mit Stirnradstufe und
Ausgleichsdifferenzial. Dies ergibt eine
kompakte Antriebseinheit pro Achse mit
Ausgleichsdifferenzial-Getriebe.
Dr. Kalker sieht folgende zukünftige
Trends in der Leistungselektronik für die
E-Mobilität beispielsweise in der Erhöhung
der
DC-Spannung
durch
Grafik: Wittenstein
H
inter der Mini genannten Strategie der in Igersheim im Main-Tauber-Kreis ansässigen Wittenstein
AG verbergen sich die Begriffe Miniaturisierung, Integration, Netzwerkfähigkeit
und Intelligenz von Elektronik. Basierend auf dieser Produktstrategie möchte
Wittenstein nun die Kompetenzen im
Bereich elektrischer Antriebstechnik in
die E-Mobilität einbringen.
Ziele dabei sind die Integration von
Motor, Getriebe und Leistungselektronik
mit extrem hoher Leistungsdichte. Weitere Ziele sind die Verwendung von modularen Baukasten mit einfachen
Schnittstellen.
Mögliche E-Motoren sind dabei Asynchron-, Synchron- und Reluktanzmotor.
Was die zugehörige Leistungselektronik
angeht, kommen niederinduktive Verbindungstechnik und beidseitige Nutzung der Wasserkühlung zum Einsatz.
Funktionalitätsziele sind dabei die sinusförmige Kommutierung, weiter Feldschwächbereich, Ausgangsfrequenzen
bis 1600 Hz, die Vorhersage des verfügbaren Drehmomentes mit intelligentem
Drehmoment-Derating sowie ein hoher
Anfahrstrom.
Große Ziele hat man sich auch bei der
Zuverlässigkeit gesetzt, die man zum Beispiel erreicht durch eine hohe TemperaturZyklenfestigkeit durch lotfreie IGBT-Module mit gesinterten Halbleiter-Chips, während Zwei-Prozessor-Systeme in einem
3stufigen Sicherheitskonzept arbeiten.
Die Leistungsdaten der im Automobil
verwendeten Elektronik sollen sich an
Foto: Balleis/vom Stein
Dr. Thomas Kalker, Geschäftsführer der Wittenstein AG, referierte zum Thema
„Hochausgenützte Antriebe für die ELEKTROMOBILITÄT“.
Dr. Thomas Kalker: Ziel ist die Integration
von Motor, Getriebe und Leistungselektronik mit extrem hoher Leistungsdichte.
1200V-IGBT-Technologie,
keramische
Leitungsträger oder Leiterplatten mit
Alukern, thermische Isolation des Gehäuses durch Keramikbeschichtung, Integration des DC/DC-Wandlers und des
Ladewandlers, neue Bauelemente für
höhere Temperaturen (SiC-Technologie).
Was den Motor angeht, setzt man auf höhere Ausnutzung durch besseres Isoliermaterial, Magnete mit höherem Energieprodukt und verbesserter Temperaturfestigkeit sowie Bleche mit reduzierter Leitfähigkeit. Was den Gesamtantrieb angeht, sieht er folgende Trends:
• weitergehende Integration der Elektronik in den Motor
• optimale Nutzung des Reluktanzmomentes und
• Steigerung der Leistungsdichte durch
Erhöhung der Statorfrequenz.
Außerdem eine intelligente Verlustleistungsaufteilung und die Erweiterung
der Sicherheits- und Diagnosefunktionalität. Die Firma ist bislang im elektrischen
Antrieb von Nutzfahrzeugen und Arbeitsmaschinen (Gabelstapler) tätig.
Siegfried W. Best ist Chefredakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
infoDIRECT
Bild 1: Vorteile der
Integration
46
Link zu Wittenstein
400AEL0510
Und was kommt (über)morgen
ins Auto?
Der Fachkongress Fortschritte in der Automobil-Elektronik spiegelt zwar jeweils die „Mega-Trends“
wie beispielsweise derzeit die Elektromobilität wieder, lässt aber stets noch genügend Raum für
SPEZIALTHEMEN UND INNOVATIONEN, von denen wir jetzt einige vorstellen.
Alle Fotos: Balleis/vom Stein
N
achdem Continental auf der IAA
2009 erstmals Details des Simplify-your-Drive-Konzepts
preisgab, nutzte Ralf Lenninger, Senior Vice
President Interior Electronic Solutions
bei Continental Automotive, das Ludwigsburger Podium, um Hintergrund-Infos zu dieser Cross-Domain-NetworkingPlattform zu liefern. Dabei erklärte er,
dass durch die Vernetzung der Domänen
Powertrain, Chassis und Interior nicht
nur neue Endkundenfunktionen entstehen, sondern zusätzlich auch mit dem
Grad der Vernetzung die Attraktivität der
Funktionen steigt. Als Benchmark sieht
er die Smartphones in der Konsumgüterindustrie, die „mit einer radikalen Verschmelzung der Domänen eine neue Erlebnis- und Produktwelt ermöglichen“.
Um ähnliches umzusetzen, müssten
frühzeitig Lieferanten beziehungsweise
Nachbardomänen offen in die Funktionssuche einbezogen werden, während
gleichzeitig „motivierende Geschäftsmodelle für Lieferanten/Partner“ erforderlich seien und das Vorgehen durch das
Top-Management zur Überwindung traditioneller Organisationsstrukturen gefördert werden müsse.
Ralf Lenninger (Continental) erläuterte das
Cross-Domain-Networking anhand eines
Demo-Fahrzeugs, das sich in drei verschiedenen, vom Kunden wählbaren Modi namens Comfort Mode, Sport Mode und Eco
Mode versetzen lässt.
sind Partnerschaften essentiell“, betont
Matschi. „Der Bereich Infotainment und
Connectivity wird ein Systeminterator
für die OEM Industrie.“
Während das Internet mittlerweile in fast
allen Lebensbereichen Einzug gehalten
hat, war das Fahrzeug bisher der letzte
„White Spot“, aber das werde sich än-
Helmut Matschi (Continental): „Im Infotainment der Zukunft werden Cross-Domain-Lösungen neue Endkundenfunktionen generieren.“
dern, und hierfür seien technologische
Partnerschaften wie beispielsweise die
von Continental und der Deutschen Telekom beim Projekt AutoLinq erforderlich.
Mit AutoLinq als „Rundum-Paket für
Automobilhersteller“ kämen zu den drei
Elektronik-Domänen Powertrain, Chassis und Interior (siehe oben) noch zwei
Infotainment
Helmut Matschi, Mitglied des Vorstands
und Leiter der Division Interior der Continental AG, ging auf Technologien und
Trends im Bereich Infotainment ein. In
einer Zeit, in der die Menschen „Always
On“ und somit ständig über ihre mobilen
Geräte mit dem Internet verbunden sind,
bekämen die individuellen Kundenfunktionen einen höheren Stellenwert. Schon
heute triften ja Funktionen beziehungsweise Wertschöpfungsketten in die
Cloud – man denke nur an kostenlos
nutzbares und/oder ständig aktualisiertes
Kartenmaterial. Helmut Matschi sieht einen Trend zur CE Navigation, während
gleichzeitig die Herausforderung bestehe,
die Nutzung von Apps im Fahrzeug zu ermöglichen und offene Plattformen für
neue Anwendungen zu nutzen. „Hierfür
Wolfgang Sczygiol (ESG): „Das Top-Down-Systems-Engineering ist in der Luftfahrt fest verankert. In der Automobilindustrie wurde das Thema zwar identifiziert, aber noch nicht umgesetzt.“
47
Dr. Thomas Leiber (LSP) stellte ein modulares integriertes ESP mit
hochdynamischer Drucksteuerung vor, das wir in einem separaten Beitrag auf Seite 38 ausführlich erläutern.
weitere hinzu: die Digitale Welt und die
EVUs (Elektrizitäts- und Versorgungsunternehmen).
Avionik und Auto
Unter dem Titel „Elektronik setzt zur Landung an: Transferansatz Luftfahrt Automotive“ berichtete Wolfgang Sczygiol,
Mitglied der Geschäftsleitung ESG und
Leiter des Geschäftsbereichs Automotive
bei ESG Elektroniksystem- und Logistik,
über den Transfer erprobter Avionik-Technologien in den Automotive-Bereich. Er
erwähnte, dass in der Luftfahrt Simulato-
Dr. Peter Thoma führte die knapp Konferenzbesucher in Ludwigsburg
durch den zweiten Veranstaltungstag.
ren seit über 20 Jahren üblich sind, aber
in der Automobilindustrie erst seit wenigen Jahren zum Einsatz kämen.
Gleichzeitig betonte er die unterschiedlichen Bedingungen bei der Bedienung der
Systeme: Während in der Luftfahrt ausschließlich bestens ausgebildete Piloten
am Steuer sitzen, ist das fahrtechnische
Ausbildungsniveau der Autofahrer einerseits sehr viel niedriger als in der Luftfahrt und andererseits auch sehr heterogen. Dabei ist er sich sicher: „Autonomes
Fliegen lässt sich einfacher realisieren als
autonomes Fahren, weil beim Fahren
viel komplexere Systemfunktionen zur
Abarbeitung anstehen.“
Wolfang Sczygiol weiter: „Der Massenprodukt-Charakter beim Auto erzeugt einen höheren Wettbewerb als in der Avionik. Dies führt dazu, dass der Entwicklungsprozess in der Automobilindustrie
schneller abläuft.“ Andererseits sei der
Produktlebenszyklus in der Avionik länger – und zwar bei höheren Sicherheitsanforderungen.
Alfred Vollmer ist Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
Der Internet-Zugang bestimmt die Software
schließend in ein Fahrzeug einsteigt. „Das Auto setzt dann die
Wiedergabe dieses Films an exakt
der Stelle fort, an der ihn auch das
iPad abgespielt hat“, führt Dallas
das Szenario fort.
Gerade im Automobil sieht er Vertrauen als einen wesentlichen Faktor dafür, sich für Microsoft-Lösungen zu entscheiden: „Wenn die
Kunden unsere Software verwenden, dann sollten sie wirklich keinerlei Bedenken haben, ob sie der
Kevin Dallas (Microsoft): „Die Frage lautet mehr ‚Wie gut arbeitet diese Software mit dem Internet
IP innerhalb dieser Software auch
zusammen?“, aber weniger ‚Woher stammt diese Software?‘“ Grafik: Microsoft
trauen können.“ Ein ausführlicher
Kevin Dallas, General Manager der
ten, sind vorbei.“ Aus diesem Grund solle
Hinweis auf die Microsoft-ImplementaWindows Embedded Business Unit bei
man stets sicher stellen, dass der Kunde
tionen in den Systemen Sync von Ford
der Microsoft Corporation, stellte seinen
unabhängig vom jeweils genutzten Gerät
und „Blue & Me“ bei Fiat durfte dann
Vortrag unter das Motto “Improve UsaZugriff auf seine Services habe. Dabei arnatürlich nicht fehlen. Einen Punkt stellbility in Vehicles“. Er sieht echten Bedarf
beite Microsoft auf eine Welt hin, in der
te Kevin Dallas besonders heraus: „Die
an modularer Software und sagt: „Die
das Internet die Plattform wird. Als BeiMicrosoft-Kunden im Automobil-Sektor
Zeiten, in denen Sie eine Standard-Softspiel führt er ein Kind an, das zuhause auf
erhalten 5 + 5 Jahre, also 10 Jahre lang
ware aus der Schachtel lizenzieren konnseinem iPad ein Video anschaut und anSupport.“
48
NEUE PRODUKTE
42-V-Aufwärtswandler bis 150 °C
Linear Technology liefert jetzt “H-Grade”und “MP-Grade”-Versionen des LT3580, eines Current-Mode-DC/DC-Aufwärtswandlers mit fester Schaltfrequenz und internem
2-A/42-V-Schalter. Der Chip arbeitet im Eingangsspannungsbereich von 2,5 V bis 32 V
und eignet sich dadurch für eine Vielzahl
von Spannungsquellen, von Einzelzellen-Li-
Ion-Akkus bis zu Automobil-Bordnetzen.
Die „H-Grade“-Version ist für den Sperrschichttemperaturbereich von –40 °C bis
+150 °C spezifiziert, die „MP-Grade“-Version
für –55 °C bis +125 °C. Die elektrischen Spezifikationen sind für alle genannten Versionen inklusive E-Grade/I-Grade identisch.
Der LT3580 lässt sich wahlweise als Boost-,
SEPIC- oder invertierender Wandler konfigurieren. Die Schaltfrequenz kann über einen einzigen Widerstand programmiert
oder mit einem externen Taktsignal zwischen 200 kHz und 2,5 MHz synchronisiert
werden. Die Versionen LT3580HMSE und
LT3580MPMSE sind im thermisch optimierten MSOP-8E-Gehäuse ab Lager lieferbar.
infoDIRECT
Link zu Linear Technology 369AEL0510
Unterstützung mit Multicore-Debugging für MCUs der
MPC5668x-Serie
PLS Programmierbare Logik & Systeme bietet ihre Universal Debug Engine (UDE) 2.7 ab
sofort auch für die 32-bit-Power-Architecture-MCUs der MPC5668x-Serie von Freescale
an. Die speziell für den Einsatz als zentraler
Body-Elektronik-Controller und für Automotive-Gateway-Anwendungen konzipierten, mit bis zu 116 MHz getakteten Microcontroller sind mit einem e200z650-Core
als Master, einem e200z0-Core als SlaveI/O-Prozessor , 2 MByte Flash-Speicher und
bis zu 592 KByte SRAM ausgestattet. Voll
zum Tragen kommt der modulare Aufbau
der UDE 2.7 vor allem beim Multicore-Debugging innerhalb einer Bedienoberfläche.
So können die Entwickler beispielsweise die
durch On-Chip-Hardware unterstützten
vier Code-Breakpoints und zwei Watchpoints je Core direkt im Programm- beziehungsweise Watch-Window des entsprechenden Cores nutzen, während UDE 2.7
auch alle weiteren On-Chip-Trigger-Möglichkeiten uneingeschränkt unterstützt.
Der Debugger übernimmt dabei selbstständig die Verwaltung der On-Chip-Debugging-Ressourcen. Der JTAG-Extender der
Universal
Access
Device-Famile
(UAD2+/UAD3+) von PLS erlaubt dabei eine
Distanz von mehreren Metern zwischen Target und Host-PC bei Transferraten von bis zu
1 MByte/s. Die auf allen Bausteinen der
MPC5668-Familie vorhandene Nexus-Einheit ermöglicht dem Debugger zudem Speicherzugriffe während der Programm-Laufzeit. Nutzen lässt sich dieses Feature unter
anderem zur Echtzeit-Visualisierung von
CANoe jetzt auch für
Avionik-Bussysteme
CANoe.CANaerospace 7.2 der Vector Informatik unterstützt ab sofort neben CAN
auch die Protokolle ARINC 810, 812, 825 und
826. Damit deckt das Entwicklungs- und
Testwerkzeug viele Aufgabengebiete bei
der Entwicklung CAN-basierter Netzwerke
in der Luftfahrtindustrie ab. Das Spektrum
reicht vom Netzwerkdesign über die umfassende Netzwerkanalyse bis zum systematischen Test von Steuergeräten. Darüber hinaus ist mit der Multi-Multiplexer-Funktionalität die generische Beschreibung bestimmter proprietärer Protokolle möglich.
infoDIRECT
Link zu Vector Informatik
Variablen beziehungsweise deren Verknüpfungen zu physikalischen Größen. Darüber
hinaus realisierte PLS damit eine virtuelle
Ein-/Ausgabe-Schnittstelle über den JTAGDebug-Kanal. Programm- und Daten-Trace
über die Nexus-Schnittstelle ermöglicht das
UAD2+ mit Trace-Option oder das UAD3+,
wobei in beiden Fällen der 12 bit breite Trace-Datenport der MPC5668-Serie voll unterstützt wird. Für die Aufzeichnung stehen
beim UAD3+ bis zu 4 GByte Speicher zur Verfügung. Als Compiler können sowohl Freescales CodeWarrior für die MPC56xx-Bausteine als auch die Power-ArchitectureCompiler von Greenhills und WindRiver sowie die GNU-Implementierung von HighTec
EDV-Systeme zusammen mit der UDE 2.7
zum Einsatz kommen.
infoDIRECT
Link zu PLS
368AEL0510
364AEL0510
Hardwaretreiber zur
EASYBus-Anbindung an
IPEmotion
Greisinger electronic, ein mittelständischer
Hersteller von Mess- und Regelgeräten sowie zugehöriger Sensorik, hat einen Hardwaretreiber zur Anbindung von EASYBusGeräten an die Messdatenerfassungssoftware IPEmotion von Ipetronik entwickelt.
Das sogenannte „IPEmotion M.A.L.-PlugIn
EASYBus“ unterstützt alle EASYBus-Module
sowie die Handmessgeräte der GMH3000-Serie des Regenstaufer Unternehmens. IPEmotion verwendet die Messmodule und –geräte als Quelle für Messdaten und integriert diese wie gewohnt in
die IPEmotion-Oberfläche. Durch die Anbindung an IPEmotion lassen sich die Daten
unmittelbar speichern, verrechnen, visualisieren und auswerten.
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Link zu Ipetronik
370AEL0510
49
NEUE PRODUKTE
Prüfstand für elektromechanische Parkbremsen
MicroNova hat einen Komponentenprüfstand für elektromechanische Parkbremsen
konzipiert, gebaut und schlüsselfertig an
Continentals Division Chassis & Safety ausgeliefert. Der Testumfang des Prüfstands
umfasst unter anderem die Bestimmung
der Wirkungsgrade einzelner Getriebestufen und des Gesamtsystems Getriebe/Antriebsmotor. Darüber hinaus führt das TestTeam mit dem Prüfstand Funktionsprüfungen und Nachbildungen realitätsnaher Betriebsarten sowie die Aufnahme von Motorkennlinien durch. Continental setzt den MicroNova-Prüfstand für Dauerläufe und Einzelversuche ein. Herzstück des Prüfstands
ist eine FPGA-Karte, die als Kern für Messdatenerfassung, Sicherheitsüberwachungen und Regelung dient. Je nach Testfall
DC/DC-ATX-Wandlermodul
werden die entsprechenden Parametersätze auf das FPGA geladen. Der Prüfstand
kann über unterschiedliche Parametersätze
zum Beispiel Drehmoment oder Drehzahl
des Bremsgetriebes regeln. Das System ermöglicht eine adaptive Anpassung, um auf
unterschiedliche Prüflinge reagieren zu
können. Die Prüflinge selbst können rasch
gewechselt werden, so dass in schneller Folge eine Vielzahl von Tests möglich sind. Die
integrierte Klimabox ermöglicht eine hohe
Testtiefe, da bei den Messungen ein Temperaturbereich von minus 40 bis 120 Grad
Celsius abgedeckt werden kann.
ist der erste digitale I2C-Isolator, welcher
nach AEC-Q1001 und für den AutomotiveTemperaturbereich von –40 bis +125 °C qualifiziert ist. Das Bauteil arbeitet durchgehend bidirektional, so dass Puffer und andere Bauteile auf den isolierten Datenpfaden nicht notwendig sind. Es arbeitet im
1-MHz-Betrieb mit Versorgungsspannungen/Logikpegeln von 3,0 bis 5,5 V.
Eine Entladung der Autobatterie durch den PC im
Standby-Modus verhindert das intelligente
DC/DC-ATX-Modul IDDV-6304140A von
Comp-Mall. Es liefert maximal 140 W und
steuert den Ein/Aus-Schaltvorgang des Motherboards basierend auf der Stellung des
Zündschlüssels oder eines externen Schalters. Selbst bei ausgeschalteter Zündung
zieht ein PC im Standby-Modus etwa 500
mW und belastet die Batterie. Beim
IDDV-6304140A wird über eine einstellbare
Verzögerung (10 bis 40 s) auch die 5-V-Standby-Spannung unterbrochen, so dass nur
noch unter 1,5 mW für den Betrieb des DC/DC
Moduls nötig sind. Der Einschaltvorgang erfolgt automatisch mit Verzögerung oder manuell per Knopfdruck nach dem Einschalten
der Zündung (ACC on). Der Eingangsbereich
reicht von 6 VDC bis 30 VDC und der Wirkungsgrad geht bis 90%. Das Modul liefert 5V, 3,3 V,
12V, –12V sowie 5 Vsb und besitzt einen Überlastschutz für Strom, Spannung, Transienten
und Kurzschluss. Der Betriebstemperaturbereich reicht von –20 °C bis 85 °C, und die Abmessungen betragen 45 mm x 160 mm.
infoDIRECT
infoDIRECT
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Link zu MicroNova
363AEL0510
2
I C-Isolatoren vereinfachen die Entwicklung von
Hybrid-Fahrzeugen
Analog Devices Inc. (ADI) stellt die branchenweit ersten, für Automotive-Anwendungen qualifizierten Produkte mit echter
bidirektionaler Isolation für den preiswerten, seriellen I2C-Bus vor. Basierend auf der
proprietären digitalen iCoupler-Isolationstechnologie von ADI reduziert der hotswap-fähige, zweikanalige Digitalisolator
ADuM1250W den Platzbedarf auf der Leiterplatte um bis zu 80 Prozent. Zugleich senkt
das Bauteil die Systemkosten, welche bei
der Isolation von I2C-Bussen entstehen, weil
die Optokoppler entfallen. Der ADuM1250W
Link zu Analog Devices
365AEL0510
Link zu COMP-MALL
367AEL0510
Fahrzeugdiagnose nach ISO 14229
Vehicle Spy, die universelle Software für
Fahrzeug-Netzwerke (Vertrieb: Hitex), enthält jetzt vollständige Unterstützung für
UDS (Unified Diagnostic Services). Mit dem
UDS-Protokoll können Diagnosedaten aus
dem Fahrzeug ausgelesen und Steuergerä-
50
te aktualisiert werden. UDS
ist in der ISO 14229 spezifiziert. Die Übertragung der
Diagnosedaten
erfolgt
über den CAN-Bus, der aber
nur Botschaften mit maximal 8 Byte Länge erlaubt.
Da die UDS-Nachrichten
aber zwischen einem und
4096 Byte Daten enthalten
können, kommt zur Übertragung das ISO-Transportprotokoll (ISO 15765–2) zum
Einsatz, bei dem die Nachricht auf mehrere Botschaften verteilt und beim Empfänger wieder zusammengesetzt wird. Vehicle Spy unterstützt dabei sowohl die Generierung als
auch die Darstellung der UDS-Nachrichten
in vollem Umfang. Auch Diagnose-Files in
den Formaten ODX, MDX oder GDX lassen
sich damit direkt laden sowie automatisch
DIDs, Routinen, DTCs und Diagnoseaufgaben konfigurieren. Beim Laden eines
ODX-Files stehen mit nur einem Mausklick
Funktionen wie Bus Query (Abfrage der
ECUs auf allen Bussen), Check/Clear Codes
(Überprüfen oder Löschen von Codes mit einem Klick) oder Diagnostic Modes (Automatische Auswahl des passenden Modes
für die definierte Aufgabe) zur Verfügung.
Die Software Vehicle Spy kann mit verschiedenen Hardware-Interfaces für Diagnose,
Simulation, Datenaufzeichnung, Testautomatisierung, Kalibrierung und Fahrzeug-Bus-Überwachung zum Einsatz kommen.
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8. Jahrgang
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Sonderdruckservice: Inge Breutner
Zur Zeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 8 vom 01.10.2009
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COMP-MALL, München
Daimler, Stuttgart
Data I/O, Gräfelfing
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Electrifil Automotive, F-Miribel Cedex
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GÖPEL electronic, Jena
Hard & Soft, Reutlingen
Hitex, Karlsruhe
Infineon Technologies, Neubiberg
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KIA Motors, Eschborn
Linear Technology, Ismaning
LPKF Laser & Electronics, Garbsen
LSP, Unterföhring
Maplesoft, CAN-Waterloo
Math Works, München
M–Z
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18
21
50
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34
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14
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35, 49
11
49, 2.US
19
38
5
11
MeasX, Mönchengladbach
Mentor Graphics, München
MicroNova electronic, Vierkirchen
MTA, I-Codogno
National Instruments, München
National Semiconductor, USA-Santa Clara
ODU Automotive, Mühldorf
Panasonic Electric Works, Holzkirchen
pls, Lauta
Preh, Bad Neustadt
PTR Messtechnik, Werne
RM Components, Schwabach
RoodMicrotec, Stuttgart
SENSIRION, CH-Stäfa
Technogerma Systems, Darmstadt
Toshiba Electronics, Düsseldorf
TSMC Europe NL, NL- XV Amsterdam
Tyco Electronics AMP, Langen
Vector Informatik, Stuttgart
Vötsch Industrietechnik, Balingen
ZVEI, Frankfurt
7
27
50
23
29
26
13
3
49
13
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8, 17
21
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40
9, 24
49, 4.US
11
6
51
SteuergeräteKalibrierung
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