Kommunikation in automotiven Applikationen

Motorsteuerungs-Applikationen

Das Motormanagement-System (engl. EMS) eines Standard-Benzinmotors besteht aus einer ECU mit ca. 15 bis 25 Aktoren, die Verbrennung, Drehmoment und die damit verbundenen Emissionen beeinflussen. Diese Aktoren müssen in Echtzeit in Bezug auf die Motorposition und Geschwindigkeit gesteuert werden.

Typische Aktoren sind die Benzin-Einspritzventile, welche die korrekte Benzinmenge zur rechten Zeit zur Verfügung stellen müssen. Abhängig vom Motor- und Injektor-Typ werden magnetische Injektoren mit Low-Side-Schaltern oder High-Side-/Low-Side-Schalterkombinationen gesteuert, um eine Peak-Hold-Stromformung zu erreichen. Im Falle von piezobasierten Injektoren werden Hochspannungssysteme eingesetzt. Die hier zur Verfügung stehende bessere Dosierbarkeit des Treibstoffs wird durch häufigere Einspritzungen pro Zyklus erreicht, was wiederum eine höhere Bandbreite bei der Treiberansteuerung bedeutet.

Um die so genannten On-Board-Diagnose-Anforderungen (OBD) erfüllen und die Verbrennung genau kontrollieren zu können, sind Sauerstoffsensoren notwendig, die so genannten Lambda-Sonden. Damit diese während der Warmlaufphase des Motors schnell eine ausreichende Betriebstemperatur erreichen, ist eine Heizung notwendig. Dieses Heizelement wird typischerweise durch einen niederohmigen Low-Side-Schalter über ein PWM-Signal präzise angesteuert.

Die eingesaugte Luft und die Abgasrückführung wird üblicherweise durch Klappen gesteuert, die mit DC-Motoren eingestellt werden. Die Versorgung und Steuerung der Motoren übernehmen meist integrierte HBrückenbausteine wie heute z.B. der TLE7209-2R oder zukünftig der TLE-8209-1R. Aus Sicherheitsgründen bleiben solche Bausteine meist separat und werden auch nicht in eine komplexe Kommunikation eingebunden.

Die EMS-ECU stellt zusätzlich auch die höherfrequenten Steuersignale für einige Instrumente in der Instrumententafel für den Fahrer zur Verfügung: Fehleranzeige (Mal-Function-Indicator-Lamp, MIL), Motordrehzahl und andere Signale.

Relais schalten z.B. die Spannungsversorgung im Fahrzeugbordnetz, die Kompressorpumpe der Klimaanlage oder übernehmen die Steuerung des Startermotors. Neben diesen Funktionen werden einige weitere Aktoren und elektrische Lasten mit den Leistungstreiber-ICs gesteuert.

ECU-Partitionierung

Um den Mikrocontroller herum sind verschiedene Funktionen angeordnet: die Spannungsversorgung, Überwachungsfunktionen, Leistungstreiber für die Kommunikation mit anderen ECUs, Leistungs-High-Side- und Low-Side-Schalter, verschiedene Kleinsignal-Treiber und Brücken.

Die Spannungsversorgungs- und Überwachungsfunktionen werden heute typischerweise in einen Leistungs-IC integriert. Die Spannungsregler stellen die mikrocontroller-spezifischen Spannungen und Ströme zur Verfügung und stellen deren Überwachung sicher. Zusätzlich müssen die Sensoren versorgt werden, die sich nicht auf der ECU befinden. Diese Spannungsversorgung geschieht mit separaten so genannten Tracker-ICs. Die Überwachungslogik unterstützt EMS-spezifische Funktionen wie die Erfüllung von Sicherheitsanforderungen durch einen Signature-Watchdog und vieles mehr. Der Watchdog wird heute üblicherweise über die SPISchnittstelle sequenziell bedient. Daneben werden über die SPI-Schnittstelle auch der Status der Spannungsversorgung ausgelesen und gegebenenfalls Einstellungen daran vorgenommen.

1. Kommunikation in automotiven Applikationen
2. Kommunikation in automotiven Applikationen
3. Kommunikation in automotiven Applikationen
4. Anforderungen an den MSB
5. Kommunikation in automotiven Applikationen
6. Motorsteuerungs-Applikationen