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Sensorik

Mit digitaler Technik Kabelbäume abspecken

29. Mai 2013, 14:20 Uhr | Von Mark Jordan

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die neue Schnittstellengeneration: PSI5, DSI3 und SENT

Die hier aufgeführten Einschränkungen und Nachteile herkömmlicher Analogsensoren lassen sich jedoch mit neuen Techniken überwinden: Durch digitale und analog-digitale Sensorschnittstellen auch in Powertrain-Applikationen ist eine drastische Reduzierung der Kabelverbindungen mit entsprechenden Gewichts- und Kostensenkungen möglich.

Grundsätzlich stehen drei verschiedene Schnittstellen der nächsten Generation zur Verfügung: PSI5, DSI3 und SENT. Bei PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) und DSI3 (Distributed Sensor Interface 3) handelt es sich um analog-digitale Schnittstellen, deren Ursprung auf Airbag-Applikationen zurückgeht, während SENT (Single Edge Nibble Transmission) eine reine Digitalschnittstelle ist.

Sowohl mit Hilfe von PSI5 als auch mit DSI3 lässt sich die Anzahl der Leitungen zwischen Sensoren und Steuergeräten verringern. Beide ermöglichen zudem der Applikation den Zugriff auf die Sensoren zur Abfrage von Status- und Diagnose-Informationen sowie einen besseren Schutz der Sensordaten. Bei PSI5 handelt es sich um eine Standardschnittstelle, die von einem Konsortium führender Automobilsystemhersteller, Halbleiterunternehmen (darunter auch Freescale), Tool-Lieferanten und Systemtesthäusern entwickelt wird. Mit der aktuellen Release V2 hat die PSI5-Spezifikation auch Einzug in das Umfeld des Antriebsstrangs gehalten.

DSI3 ist ebenfalls eine Standardschnittstelle, die von einem Konsortium führender Automobilsystemhersteller und Halbleiterunternehmen entwickelt wird. DSI3 wurde allerdings bisher noch nicht im Powertrain-Bereich eingesetzt. Da diese Schnittstelle in der Lage ist, auch hohe Ströme zu bewältigen, ist sie jedoch für die Verwendung in anderen Systemen geeignet, an die Aktoren oder Sensoren angeschlossen werden sollen. Auch mit ihrer Hilfe lässt sich der Kabelbaum reduzieren.

SENT wiederum ist eine digitale Schnittstelle, mit der sich die Sensor-daten besser schützen lassen – beispielsweise um unerwünschtes Tuning zu verhindern. Da es sich jedoch um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung handelt, kann SENT nicht dazu beitragen, die Anzahl der für den Anschluss des Sensors benötigten Leitungen zu reduzieren. Weitere Informationen über SENT sind auf der SAE-Standards-Website zu finden.

Speziell für den Antriebsstrang ist von diesen drei modernen Sensorschnittstellen vor allem PSI5 geeignet, da sie – anders als DSI3 – bereits in Powertrain-Applikationen verwendet wird und anders als SENT mit deutlich weniger Kabelverbindungen auskommt als analoge Schnittstellen. Entsprechend konzentriert sich der Artikel im Folgenden auf die PSI5-Schnittstelle.

Das PSI5-Protokoll hat seinen Ursprung in Airbag-Projekten und ist inzwischen eine Standardlösung zum Anschluss von Crash-Sensoren (High-g Beschleunigungssensoren) an die Fahrzeugperipherie. Bis einschließlich der Version 1.3 der PSI5-Spezifikation beschränkte sich die Schnittstelle ausschließlich auf Airbag-Applikationen. Bei der Erarbeitung der PSI5-Spezifikation V2 wurden jedoch große Anstrengungen unternommen, PSI5 auch für andere Applikationen in der Automobiltechnik fit zu machen. Konkret ging es dabei unter anderem um den Messaging-Kanal, der es dem Sensor nun erlaubt, Initialisierungsinformationen parallel zu normalen Sensordaten zu schicken, was zu einer Verkürzung der Bus-Initialisierungszeit führt. Darüber hinaus wurden eine variable Synchronisationsperiode sowie geringere Spannungs- und Stromwerte auf physikalischer Ebene festgelegt.

Technisch basiert PSI5 ebenso wie zahlreiche proprietäre Lösungen zum Anschluss peripherer Crash-Sensoren auf einer Manchester-codierten Strommodulation (Bild 1) für die Übertragung des Sensorsignals an das Steuergerät. Bei dieser Lösung kommt man für die Versorgung des Sensors und die Übertragung der Sensordaten an die ECU mit zwei Leitungen aus, denn es wird keine zusätzliche Leitung für die Sensordaten benötigt, wie man das von typischen Sensoren mit Analogausgang und dem SENT-Interface her kennt. In Bild 2 ist ein typisches 10-bit-Sensor-Datenpaket dargestellt, das zwei Start-Bits, die Information „0x1E7“ sowie ein Parity-Bit umfasst.