Das ZGW als zentrale Schaltstelle im Bordnetz Schneller Zugang

Die technische Umsetzung der Bordnetzarchitektur wird am Beispiel des neuen Zentralen-Gateway-Steuergerätes (ZGW) dargestellt. Dieses Steuergerät verdeutlicht die Unterschiede und Vorzüge der neuen, zentralen Bordnetzarchitektur des BMW 7ers.

Leuchtdioden finden eine immer größere Verbreitung in Fahrzeugbeleuchtungen, doch ihre Ansteuerung ist keineswegs trivial. Wie sich LEDs zuverlässig mit Konstantstrom ansteuern lassen und welche möglichen Topologien sich für den Einsatz im Fahrzeug eignen, erklärt dieser Artikel am Beispiel der LED-Treiber-Bausteine des Herstellers Supertex.

Das ZGW als zentrale Schaltstelle im Bordnetz

Die technische Umsetzung der Bordnetzarchitektur wird am Beispiel des neuen Zentralen-Gateway-Steuergerätes (ZGW) dargestellt. Dieses Steuergerät verdeutlicht die Unterschiede und Vorzüge der neuen, zentralen Bordnetzarchitektur des BMW 7ers.

Leuchtdioden (LEDs) sind seit Jahren die erste Wahl für Fahrzeug-Innenbeleuchtungen, speziell für Signal-Anzeigen. Durch die Fortschritte in der LED-Technologie werden diese nun auch in Außenanwendungen eingesetzt. Obwohl hauptsächlich in Zusatzbremsleuchten und kombinierten Rücklichtern eingesetzt, gewinnen sie für die meisten Fahrzeuginnen- und -außenbeleuchtungen mehr und mehr an Bedeutung.

Halbleiter-Lichtquellen erfreuen sich durch Eigenschaften wie geringe Größe, Robustheit, lange Lebensdauer und hohen Wirkungsgrad einer wachsenden Akzeptanz und sind wegen der Möglichkeit der Energieeinsparung und des verringerten Platzbedarfs besonders interessant für Automobilhersteller. Die Gestaltungsmöglichkeiten mit LEDs sind ebenfalls ein großer Vorteil, weil attraktivere und exklusive Designs möglich sind. Die Anwender profitieren von den Sicherheitsaspekten der LED-Beleuchtung, z.B. kann ein schnelleres Einschalten der Bremsleuchten das Risiko von Auffahrunfällen reduzieren. Der vielleicht bedeutendste Grund für den Einsatz von LEDs ist jedoch die zu erwartende Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Dies ist ein Vorteil sowohl für Hersteller und Verbraucher, da die Kosten für Ersatz und Wartung von Fahrzeugbeleuchtungen deutlich reduziert werden können.

Externe LED-Beleuchtungen werden wegen ihrer geringen Größe und Stoßfestigkeit immer populärer bei LKWs und Bussen, ihre Vorteile vereinfachen die Erfüllung verschiedener Sicherheitsbestimmungen. Die Außenanwendungen umfassen Rücklicht, Bremslicht, Markierung- und Kennzeichenbeleuchtung. Mit LEDs sind z.B. äußerst platzsparende und kompakte Markierungsleuchten möglich.

Das Zentrale Gateway regelt sämtliche Kommunikation auf allen Bussystemen im BMW-Bordnetz. Dies sind neben den bekannten Bussystemen CAN und MOST auch FlexRay und das aus der IT-Welt bekannte, erstmalig in einem Fahrzeug eingesetzte Ethernet (Bild 1).

Obwohl die Frontbeleuchtung mit LEDs wohl noch in der Zukunft liegt, haben die meisten Automobilhersteller bereits mit LED-Frontscheinwerfern in ihren Konzeptfahrzeugen experimentiert. Ein solches Modell der Hyundai Motor Corp. zeigt Bild 1. Alle seine Anzeige- und Beleuchtungseinrichtungen, einschließlich Frontscheinwerfer, setzen auf Leuchtdioden von Osram Optoelectronics, die mit LED-Treibern von Supertex angesteuert werden. Serienreife Fahrzeuge mit LED-Frontscheinwerfern werden jedoch nicht vor 2007 erwartet. Bis dahin sind LED-Anwendungen für die Frontbeleuchtung auf das Tagfahrlicht (DRL) beschränkt: eine Signallampe, die anzeigt, dass ein Fahrzeug in Betrieb ist. Der Trend zum Einsatz von LEDs in der Frontbeleuchtung wird hauptsächlich durch die Gestaltungsmöglichkeiten beeinflusst, jedoch ergeben sich durch LED-Lampen auch Platzeinsparungen unter der Motorhaube sowie eine mögliche Reduktion des Front-Überstandes, der wesentlich durch die Lampenkonstruktion bestimmt wird.

Die Armaturenbeleuchtung ist die meistverbreitete Innenanwendung für Hochleistungs-Leuchtdioden. Fast jedes europäische Fahrzeug ist mit LED-Hintergrundbeleuchtung im Armaturenbrett ausgestattet. Sie vereinfacht das Design und macht die Instrumente besser lesbar und komfortabler für den Fahrer. Andere Innenanwendungen von LEDs sind Leseleuchten, Türschwellen- und Umgebungsbeleuchtung. LED-basierte Deckenbeleuchtungen werden wegen ihrer Kompaktheit, ihrem gleichmäßigem Licht und ihrer niedriger Erwärmung immer attraktiver.

Aufgrund der elektrischen Eigenschaften der Hochleistungs-LEDs können diese nicht direkt von der Fahrzeugbatterie versorgt werden; sie benötigen spezielle Leistungswandler, die konstanten Ausgangsstrom erzeugen. Die große Zahl von LED-Beleuchtungen im Fahrzeug erfordert jedoch unterschiedliche LED-Treiber-Technologien, die diversen Industrie-Spezifikationen entsprechen müssen. Im Folgenden werden Topologien für Leistungskonverter zur LED-Ansteuerung vorgestellt. Ein Schwerpunkt ist die Immunität der LED-Treiber gegenüber den im Fahrzeug existierenden elektrischen Störungen.

Die Hardware des Steuergerätes basiert auf einem MPC 5567 von Freescale. Dessen 32-bit-CPU arbeitet mit 128 MHz und verfügt über 1 Mbyte externes RAM und 2 Mbyte Flash-Speicher. Bei der FlexRay-Anbindung kommen zwei integierte 4-fach-Sternkoppler-Bausteine zur Anwendung. Die Ethernet-Anbindung erfolgt über einen Switch, der eine Verbindung zur Headunit schaltet und eine direkte Ethernet-Verbindung zum Datenabgleich des Headunit-Massenspeichers ermöglicht. Insgesamt verfügt das ZGW über einen „Low Speed CAN“-Bus, drei „High Speed CAN“-Busse, einen MOST-Ring, zwei Vierfach- FlexRay-Sterne und den Ethernet-Bus.

Im Zentralen Gateway unterscheidet man zwei grundlegende Betriebszustände: den applikativen Modus und den Flash-Modus. Im applikativen Modus werden sämtliche Signale, die von einem Bus-System auf ein anderes gelenkt werden müssen, über das ZGW als Verteilerknoten geleitet. Das ZGW verfügt hierbei über einen parametrisierbaren Gateway-Kern (UGW), der es erlaubt, die Verteilungsregeln während der gesamten Fahrzeuglebensdauer anzupassen, ohne die eigentliche Funktion des Steuergerätes zu ändern. Dies ist eine der Maßnahmen, die Stabilität und Robustheit des Bordnetzes dauerhaft zu gewährleisten.

Der Ethernet-Bus wird nicht im applikativen Modus betrieben, sondern dient als High-Speed-Fahrzeug-Zugang (HSFZ) für Software-Updates und Diagnose.