IC zur Schrittmotor-Ansteuerung mit integriertem LIN-Controller

Mechatronik-Lösungen für Automotive-Netzwerke

24. Januar 2007, 14:08 Uhr | Herve Branquart und Bart De Cock

Mechatronik-Module für Automotive-Funktionen, die mittels LIN verbunden sind, bieten Vorteile hinsichtlich Zuverlässigkeit, schneller Integration und Kosten. Eine optimale Mechatronik-Lösung, die alle Leistungsanforderungen und sämtliche Thermal-Design-Vorgaben erfüllt, erfordert die sorgfältige Auswahl verschiedener Technologien.

IC zur Schrittmotor-Ansteuerung mit integriertem LIN-Controller

Fahrzeughersteller integrieren immer mehr elektronische Steuerungen in ihre neuen Produkte. Bei Nutzfahrzeugen als auch bei sparsamen Autos trägt dies zu Kosteneinsparungen bei, da im Vergleich zu mechanischen Systemen eine einfachere und schnellere Montage möglich ist. Gewichtseinsparungen helfen, den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Bei Fahrzeugen der Oberklasse stehen fortschrittliche Leistungsmerkmale und ein hoher Komfort für die Insassen im Mittelpunkt, um Produkte vom Wettbewerb zu differenzieren und Gewinnmargen zu sichern.

Dieser Trend erforderte ein radikales Umdenken bei der Verdrahtung innerhalb von Fahrzeugen. Die Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung eines herkömmlichen Kabelbaums wird bei immer mehr elektrischen Subsystemen schnell viel zu schwer und komplex und verbietet sich somit.

Wichtiger erscheinen die Fortschritte bei der Software-Entwicklung mit der zentralisierten Steuerung einer großen Anzahl von Aktoren, die Positionen verschiedener Systeme steuern (elektrische Außenspiegel, Sitze, Fensterheber etc.). Deren Entwicklung ist sehr komplex und zeitaufwendig und fordert Ingenieure heraus, zuverlässige Software zu entwickeln. Eine komplexe Signalisierung zwischen einem zentralen Controller und einzelnen Subsystemen, wie der PWM-Steuerung zahlreicher elektrischer Motoren, führt zudem zu hohen elektromagnetischen Emissionen. Damit müssen im gesamten Fahrzeug teure Techniken zur Störstrahlungsunterdrückung mit berücksichtigt werden. Die Verschiebung der Intelligenz in die einzelnen Subsysteme ermöglicht erheblich weniger Verdrahtungs- und Signalverarbeitungsaufwand. Außerdem wird der Zentralcontroller entlastet.

Eine Lösung ist die Implementierung aller für die Türfunktionen erforderlichen Motorcontroller auf einer Steuerungsplatine innerhalb der Tür. Darauf befindet sich auch eine Prozessor-Hosting-Software für jede Funktion. Die direkte Ansteuerung entlastet den Zentralcontroller des Fahrzeugs und reduziert die Laufzeiten und Wege komplexer Steuerungssignale. Da neue Fahrzeugdesigns aber gleichzeitig mehrere türbezogene/-montierte Leistungsmerkmale bieten müssen, steigt die Software-Komplexität rapide an. Zu diesen Funktionen zählen der Einklemmschutz bei Fenstern, Türschließmechanismen und einklappbare Außenspiegel. Der aufwendige Prozess der Software-Validierung und -Qualifizierung, um mehrere Funktionen zu steuern, spiegelt sich in der langen Entwicklungsdauer wider. Hinzu kommt, dass Entwicklung, Fertigung und Installation verschiedener Arten von Kabelbäumen und der zusätzlichen Punkt-zu-Punkt-Verkabelung zu jedem Motor schnell zu mehr Gewicht und höheren Kosten führen. Durch den intensiven Datenverkehr zwischen dem Controller-Board und den Motoren nimmt auch die elektromagnetische Strahlung zu.

Eine modularere und einfacher skalierbare Lösung ist die Integration der digitalen Steuerung in eine monolithische oder Multichip-Motorsteuerung. Das Hinzufügen oder Entfernen eines Motors lässt sich damit einfach verwalten, da ein Motortreiber-IC oder -Modul den Anforderungen entsprechend hinzugefügt oder entfernt wird. Dabei können allerdings Änderungen beim Leiterplatten-Layout erforderlich sein, und die Verdrahtungskomplexität zwischen dem Controller-Board und der Motoranordnung bleibt gleich groß. Daher ist eine andere Lösung vor allem dann erforderlich, wenn die Kosten und die elektromagnetische Störstrahlung mit in Betracht gezogen werden sollen.

Durch die Implementierung aller erforderlichen Schrittmotorsteuerungen in Hardware sind die in Bild 3 dargestellten Kondensatoren die einzigen erforderlichen externen Bauteile. Für Anbieter elektronischer Subsysteme vereinfacht sich somit die HardwareIntegration als auch die Software-Entwicklung. Entwickler können sich auf das Design auf Applikationsebene konzentrieren und kosteneffizient differenzierende Leistungsmerkmale hin-zufügen. AMI Semiconductor entwi-ckelte dafür einen Single-Chip-Schrittmotor-Controller für LIN-Automotive-Mechatronik-Module.