Batteriemanagement Grüner, sicherer und komfortabler

Grüner, sicherer und komfortabler sind die Trends im Automotive-Bereich. Analog Devices zeigt auf, mit welchen Bausteinen diesen Trends begegnet wird.

Grüner: Neben der beschriebenen 12-V-Batterieüberwachung helfen weitere Halbleiterkomponenten, Fahrzeuge umweltfreundlicher zu machen: Leistungsfähige Hochvoltbatterien beispielsweise sind das Rückgrat der Elektromobilität.

Zur Überwachung und Regelung der Hochvoltkomponenten ist eine galvanische Trennung der Kommunikationsleitungen zwischen der Hochvoltseite und Steuergeräten auf der 12-V- oder sogar 5-V-Seite notwendig. iCoupler (Bild a) wie der ADuM3401W kommen dabei zum Einsatz, um diese Kommunikation robust, schnell und stromsparend durchzuführen. Diese Bauteile koppeln die Datenleitungen induktiv, ohne elektrische Verbindung. Ergänzend zur Elektromobilität werden fortlaufend effizientere und schadstoffärmere Verbrennungsmotoren entwickelt. Anspruchsvolle Motorsteuerungen benötigen eine hohe Genauigkeit und Integrationsdichte bei Sensoren und Sensorauswerte-Schaltungen, wie bei Druck-, Positions- und Drehwinkelsensoren.

Sicherer: Mit dem Aufkommen erschwinglicher Mikroelektronik in den 80er Jahren hielt mit dem Airbag die passive Sicherheit Einzug ins Auto, die Fahrer und Passagiere im Falle eines Unfalls schützen. Kernelemente zur Auslösung von Airbags sind Beschleunigungssensoren auf MEMS-Basis wie der ADXL19x. In den 90er Jahren kamen Systeme auf, die es in kritischen Situationen erst gar nicht zu einem Unfall kommen lassen, weil das Auto trotz Vollbremsung lenkbar bleibt (ABS) oder das Ausbrechen oder Schleudern eines Fahrzeuges aktiv verhindert wird (ESP). Dabei liefern MEMS-Drehratensensoren, zum Beispiel ADXRS800, die nötigen Sensorsignale.

Mit den Radar- (Bild b) und Kamera-basierten (Bild c) Fahrerassistenzsystemen wird nun die nächste Maßnahme in immer mehr Fahrzeugen eingeführt, die Unfälle und damit Personenschäden spürbar senken wird. Diese Radarsysteme arbeiten bei 24 oder 77–79 GHz und bestehen oft aus einem MMIC zum Erzeugen und Empfangen des hochfrequenten Radarpulses sowie einer Schaltung zur Verbesserung der Signalqualität mit anschließender Analog/Digitalwandlung. Die Rampenerzeugung zur Signalaussendung mit unterschiedlichen Frequenzen kann mit nachgeschaltetem Digital-Analog-Umsetzer oder mit Hilfe einer PLL geschehen.

In wenigen Jahren werden die ersten teilautonom fahrenden Autos auf den Straßen auftauchen, die in überschaubaren Situationen den Fahrer entlasten. Autonome Fahrzeuge müssen intelligente und sichere Entscheidungen treffen aufgrund der Fusion mehrerer Sensordaten, wie Radar und Kamerabild, in komplexen Algorithmen auf leistungsstarken, aber zugleich stromsparenden Prozessoren. Die Berücksichtigung der funktionalen Sicherheit nach ISO 26262 trägt dazu bei, Fehlfunktionen zu verhindern. Durch den Einbau zusätzlicher Funktionseinheiten, wie Speicher-Prüfsummen, Diagnosefunktionen oder ein kontinuierlicher Selbsttest zum Beispiel bei MEMS-Bauteilen erleichtert ADI den Systemherstellern das Erreichen bestimmter ASILs für ihre sicherheitsrelevanten Systeme.

Komfortabler: Viele Autofahrer verbringen heute einen großen Teil ihrer Fahrten im Stau. Der Ausbau des Straßennetzes und der intelligenten Verkehrsführung kommt nur langsam voran. Das treibt das Bedürfnis nach Komfort im Auto. Multimedia-Soundsysteme mit rauschlosem, digitalem Radio und Surround Sound bringen das Wohnzimmer-Klangerlebnis ins Auto. Rear-Seat-Entertainment-Systeme verkürzen im Fonds die gefühlte Fahrzeit durch das Abspielen von Videomedien. Beide benötigen leistungsfähige DSPs, wie den SHARC ADSP214xx mit intelligenten Klang- und Bildverbesserungsalgorithmen.

Alf Kuchenbuch (Analog Devices)