Microchip Technology Inc.
Avtor: Stefan Kouba, Evropski vodja trženja – skupina za avtomobilske izdelke
Razvoj avtomobilske industrije v smeri avtonomnih in samovozečih vozil ruši industrijo. Spremembe silijo proizvajalce originalne opreme, da svojim strankam ponudijo nove in ustvarjalne rešitve.
Cilj je preseči vlogo dobavitelja zgolj strojne opreme in postati ponudnik storitev, kar je ključno za razvoj rešitev za prihodnost proizvajalca avtomobilov.
Zaradi prilagajanja razvijajočim se funkcijam avtomobila se arhitektura avtomobila močno spreminja. V preteklosti so bili sistemi sestavljeni iz več sto različnih elektronskih krmilnih enot (ECU) za vrata, motor in streho, ki so bile razporejene po celotnem avtomobilu. Te arhitekture preprečujejo nemoteno posodabljanje po zraku na terenu, sprememb v času izvajanja pa s takšno decentralizacijo ni mogoče enostavno integrirati.
Decentralizacija je glavni dejavnik, ki spodbuja potrebo po centralizirani arhitekturi v vozilu. Novi modeli arhitekture zahtevajo višje hitrosti prenosa podatkov, kar vpliva na delovanje topologij vodil in drugih tehnologij. Znano in uveljavljeno omrežje iz sveta zabavne elektronike je Ethernet, ki se zdaj pogosto uporablja v avtomobilskih sistemih. Ethernet je uveljavljen standard, ki omogoča prilagodljivost različnih topologij (obroč, zvezda, p2p) in tudi omogoča visoke hitrosti prenosa podatkov v stotinah gigabitov na sekundo. Prilagodljivost ponuja tudi dovolj nizke hitrosti prenosa podatkov do 10 megabitov na sekundo z najnovejšo standardizacijo 10BASE-T1S. Za zelo nizke hitrosti prenosa podatkov v kilobitih na sekundo in do nekaj Mb/s so na voljo tudi SENT, LIN, ki se uporabljata kot vodilo za senzorska vozlišča, pa tudi CAN Flexible Data rate CAN FD. Medtem ko ima CAN FD nekatere stroškovne omejitve, ima LIN zgornjo mejo hitrosti prenosa podatkov, vendar je zelo poceni.
To vrzel želi na primer OEM BMW zapolniti s tehnologijo, imenovano ILAS – ISELED Light and Sensor Network. ILAS je izum inteligentne pametne vgrajene LED-ice ali ISELED. ISELED omogoča majhno dvožično diferencialno vodilo z dovolj visoko hitrostjo prenosa podatkov za doseganje dinamičnih svetlobnih učinkov za LED-ice za ambientalno osvetlitev v notranjem sistemu. To vodilo, ki temelji na tiskanem vezju, je dovolj hitro z 2 Mbit na sekundo. Sistem ILAS je nadaljnji razvoj tega sistema, da bi to tehnologijo prenesli na kabelsko vodilo in tako dosegli daljše razdalje v vozilu. Ideja je, da je LED sistem za ambientalno svetlobo kabliran z leve na desno stran, od vratnih modulov do zadnjega dela in tudi strehe. S ponovno uporabo LED-ic za prenos podatkov v druga območja se prihranijo stroški kablov, teža in zapletenost za druge aplikacije, kot so senzorji.
Te ILAS oddajnike je mogoče kombinirati z ISELED LED, 4076 ISELED ali ILAS vozlišči in jih nato verižno povezati s hitrostjo 2 Mb/s. Z ILAS se sistem razširi s parico brez opleta, da se dosežejo tudi daljše razdalje. Kot je bilo obravnavano, je BMW od SOP 2025 dalje za vse svoje modele avtomobilov predpisal uporabo 10/100/1000 Mbit Ethernet za povezave znotraj avtomobila. Hkrati je BMW uvedel tudi ILAS sistem za povezavo sistema notranje razsvetljave z območji vrat in strehe. Znotraj območij je mogoče uporabiti ISELED diode za ambientalno osvetlitev, pa tudi tradicionalne bele diode za branje ali kapacitivne gumbe na dotik, kot na primer v strešnem modulu, ki je povezan s (slika 1).
Za uporabo ISELED protokola je potreben glavni krmilnik, pri čemer lahko Microchip pomaga s svojimi prilagodljivimi rešitvami. Naši 8-, 16- ali 32-bitni mikrokontrolerji se lahko uporabljajo za povezavo z našimi 10BASE-T1S MAC in PHY Ethernet napravami ter ustvarijo most iz Ethernet omrežja do enega ali več ILAS kanalov, kamor lahko priključite te transiverje (slika 2).
Na drugi strani se lahko naši MCU-ji povežejo z ILAS ASIC vmesnikom in vzpostavijo komunikacijo za povezljivost ILAS/ISELED, pogon LED-ic za bralne svetilke ter kapacitivne tipke na dotik in drsnike.
Z istimi rešitvami, ki temeljijo na mikrokontrolerjih, se lahko usmerimo tudi na druge nove standarde na področju razsvetljave. Ker so na voljo različne rešitve, je zaradi prilagodljivosti neodvisnih perifernih enot (CIP) mogoče s sistemom podpirati MeLiBu ali nove LED standarde, kot je OSRAM Osire OSP Protocol, ki je odprt in brezplačen. Prednost tega je, da se lahko kot razvijalec osredotočite na rešitve, ki temeljijo na platformi, vendar še vedno pokrivate različne standardne zahteve različnih OEM proizvajalcev. Podpiramo AUTOSAR prodajalce, ki ponujajo OSEK in BSW, z našimi MCAL, ki so razviti na ravni SPICE in so ASIL certificirani. Naši 16-bitni in 32-bitni MCU-ji imajo vgrajeno varnost. Pri izdelavi bolj prilagodljivih naprav s fiksnimi funkcijami pa podpiramo tudi nižje 8-bitne in 16-bitne izdelke. Med proizvodnjo lahko v naše MCU-je vnaprej programiramo kodo ter onemogočimo vmesnike za programiranje in odpravljanje napak, da omejimo potrebo po varnostnih modulih, Bootloaderjih in AUTOSAR-ju. da bi čim bolj zmanjšali končno vozlišče, ki podpira consko arhitekturo.
Digitalna implementacija v zunanji razsvetljavi
Izvedba v conski arhitekturi za sistem notranje razsvetljave je odvisna od proizvajalcev LED-ic ali dobaviteljev polprevodnikov, ki podpirajo nove protokole in standarde. Kako pa je to videti na področju zunanje razsvetljave?
Trend e-mobilnosti je močno osredotočen na povečanje dosega električnih vozil. Nenehne izboljšave za zmanjševanje CO2 in drugih emisij imajo velik vpliv tudi na učinkovitejše in kompaktnejše rešitve v vozilu.
Eden od elementov, ki vplivajo na podaljšanje baterije, je sistem zunanje razsvetljave, zato je bila uvedba LED-ic veliko gonilo rasti. Poleg učinkovitosti LED-ic pa tudi dejstvo, da je okoli vozila, spredaj in zadaj, potrebnih več svetlobnih LED sistemov, vpliva na stroške, ki so višji kot pri drugih sistemih. Proizvajalci prvega reda na tem področju nenehno iščejo izboljšave učinkovitosti, prostora na plošči in stroškov, da bi izboljšali topologije, ki se uporabljajo za čim boljšo uporabo strojne opreme.
V preteklosti je bila SEPIC topologija zelo priljubljena za zniževanje ali povečevanje potrebnih ravni napetosti glede na napetost avtomobilskega akumulatorja, vendar je učinkovitost takšne topologije prišla do svojih meja. Zato se na nekaterih področjih vse bolj upošteva topologija Buck in Boost do topologije s 4 stikali Buck Boost. Težava pri tem je, da je SEPIC topologija cenejša pri uporabi pasivnih komponent za kondenzatorje in tuljave kot topologija 4 Switch Buck Boost 4SBB.
Zato strokovnjaki v panogi preučujejo spremembe in prilagoditve pri uporabi nizov LED-ic. Uporabljeni so bili standardni MCU-ji z zelo nizkimi stroški, ki pa so izvajali le nadzorne in komunikacijske funkcije, kot sta CAN FD in LIN, medtem ko so bile LED-ice prek serijske periferije povezane s pripravljeno analogno SEPIC ali Buck enoto. S pretvorniki za povečanje moči se lahko digitalno krmiljeno vezje za krmiljenje stikal, FET-ov in gonilnega vezja uporabi učinkoviteje, kot lahko deluje analogno vezje. S temi izboljšavami je mogoče učinkoviteje krmiliti SEPIC ali zmanjšati Buck Boost topologijo s štirih stikal na dve stikali in dve diodi ter tako izboljšati učinkovitost in znižati stroške. Druga prednost digitalne arhitekture je programska podpora, prilagodljivost in učinek skaliranja rešitve. Odzivni čas in donosnost naložbe v izdelavo demo maket, demonstracijskih modelov in prvih začetnih gradenj na ravni strojne opreme sta hitrejša. Na sliki 3 smo razvili konceptno ploščo Low End Automotive Headlamp Concept Board, imenovano LEAH, da bi prikazali zmožnost takšne rešitve, ko se zmanjšajo pasivne komponente, hladilnik, zmanjšajo stroški materiala za ohišja ter tako dokazali možnost zmanjšanja celotnih stroškov sistema.
S to platformo je mogoče prikazati zelo zmogljiv digitalni nadzor celotnega žarometa, funkcije dolgih ali kratkih luči, smernika in DRL. Prikaže se lahko zaznavanje toka, SEPIC, topologija 4SwBB s 95-odstotno učinkovitostjo v nazivnih pogojih. Prikazana in dokazana je lahko funkcionalna varnost z ASIL-B in delovanje rezervne luči za dolge luči. Ker je mogoče oblikovni faktor zmanjšati na minimum, je učinkovitost mogoče prepoznati kot bolj kompaktno.
Zasnova je z vidika strojne in programske opreme v celoti v lasti podjetja Microchip, zato jo je mogoče zlahka prilagoditi zahtevam strank v primeru uporabe različnih topologij, nizov LED-ic in tudi ravni komunikacije, bodisi da je potreben LIN ali CAN FD. Prav tako ga je mogoče enostavno razširiti z Ethernet 10BASE-T1S funkcionalnostjo. S takšno platformo lahko dokažemo in predstavimo prilagodljivo in razširljivo nizkocenovno rešitev. Učinkovita vezja in možnost kompaktnega oblikovanja bodo spodbudila zunanjo razsvetljavo in funkcionalno varnost za naslednjo generacijo avtomobilskih modelov! S topologijo 4SwBB lahko dosežemo največjo učinkovitost do 96 %, s SEPIC pa 89 % (slika 4).
Pri izvajanju sistema AUTOSAR je treba upoštevati številne dejavnike, saj je treba vključiti kompleksno programsko opremo, kot sta varnost in zaščita. Paket za evalvacijo programske opreme AUTOSAR uporablja razvojno ploščo Explorer 16/32 in dsPIC33CK1024MC710 GP PIM za prikaz integracije MCAL, AUTOASR OS in BSW, kar omogoča evalvacijo in hiter razvoj. V paketu MCAL je več kot 11 modulov za digitalne signalne krmilnike (DSC) dsPIC33C, vključuje pa tudi podporo za kriptografske gonilnike za delo z ugnezdenim varnostnim modulom strojne opreme (HSM), na primer na varnih DSC dsPIC33C512MPT608 ali zunanjem TA100. Družina dsPIC33CK1024MP710 je skladna z ISO26262, zasnovana v skladu s funkcionalno varnostjo za aplikacije ASIL B, družina dsPIC33CK512MPT608 pa je na voljo tudi s strojnim varnostnim modulom, vgrajenim v isto ohišje kot en sam čip z uporabo naše platforme naprav Trust Anchor!
Povzetek
Obravnavali smo več standardov, ki se uporabljajo v aplikacijah notranje razsvetljave, vključno z ISELED in ILAS ter MeLiBu ali Osire OSP podjetja OSRAM, pa tudi rešitve povezljivosti, kot je omrežje Ethernet 10BASE-T1s. Ob tolikšnem številu možnosti, po katerih se je treba orientirati, je smiselno, da se izzivov lotimo z razvojem rešitev, ki temeljijo na platformah.
Zaradi prilagodljivosti naših MCU in neodvisnih perifernih naprav imamo z našimi mikrokontrolerji na voljo široko paleto izvedbenih možnosti.
Opomba: Ime in logotip Microchip sta registrirani blagovni znamki podjetja Microchip Technology Incorporated v ZDA in drugih državah. Vse druge blagovne znamke, ki so morda tu omenjene, so last njihovih podjetij.
