Konnektivität und ADAS treiben Innovation und Entwicklung in Automobilanwendungen voran
Da die Automobilindustrie in eine neue Ära der Intelligenz und Elektrifizierung eintritt, sind Konnektivität und Advanced Driver-Assistance Systems (ADAS) zu zwei zentralen Triebkräften geworden, die Anwendungen der nächsten Generation im Automobilbereich vorantreiben. Durchbrüche in der Konnektivität und der Technologie des autonomen Fahrens beschleunigen den Wandel von "menschengesteuerten" zu "maschinengesteuerten" Fahrszenarien, was nicht nur die Reisesicherheit und den Komfort verbessert, sondern auch als bedeutender Katalysator für die umfassende Transformation des Ökosystems der Automobilindustrie hin zu einer neuen Landschaft der Mobilität der Zukunft fungiert. Dieser Artikel stellt die Innovationen in Automobilanwendungen vor, die durch Konnektivität und ADAS vorangetrieben werden, sowie die dazugehörigen Lösungen, die Littelfuse bietet.
Fortschrittliche Elektronik treibt Innovationen in Anwendungen der nächsten Generation im Automobilbereich voran
Fortschrittliche Elektronik treibt Innovationen in den Anwendungen der nächsten Generation im Automobilbereich voran und umfasst eine Vielzahl von Technologien und Anwendungen. Dazu gehören:
- Intelligente Infotainment- und Kommunikationssysteme
- Navigation
- Mehrzweckkameras
- Domänensteuergeräte mit Domänencontroller-Architektur und zonaler Controller-Architektur
- Fahrerassistenzsysteme (ADAS) mit V2X-Kommunikation, Radar, Notrufsystem (eCall) und Sensorfusion
- Batteriemanagement- und Antriebsstrangsysteme
- Bordladegeräte, Traktionsmotor-Wechselrichter und DC/DC-Wandler
- Netzwerksysteme und Fahrzeugelektronik mit CAN-, LIN- und USB-Kommunikationsprotokollen
- Fahrwerk- und Sicherheitssysteme mit Sicherheitsgurtsystem, Reifendrucküberwachung, Batterie-Trennsystem, schlüssellosem Zugang, Lichtsteuerung und Tankfüllstandserkennung
Diese Systeme und Technologien, die in Abbildung 1 dargestellt sind, führen zu einer steigenden Nachfrage nach Schutzschaltungen, Leistungssteuerung und Sensorprodukten, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Zentrale Trends und Treiber in der Automobilindustrie verdeutlichen, dass Konnektivität essenziell für autonomes Fahren ist, was die Fahrerfahrung maßgeblich transformieren wird. Mit der steigenden Elektrifizierung, getrieben durch die Bedürfnisse der gemeinsamen Mobilität wie Carsharing und Ride-Hailing, entwickelt sich die Branche rasant weiter. Die sich ständig ändernden Fortschritte im Automobilbereich umfassen Telematikmodule für vernetzte Fahrzeuge, Sensormodule für autonomes Fahren und Stromerzeugung in Elektrofahrzeugen.
Abbildung 1: Systeme und Technologien in Elektrofahrzeugen
Umfassender Schutz für Sicherheit in Konnektivitäts- und ADAS-Anwendungen
Littelfuse bietet eine Reihe von Lösungen für Konnektivitäts- und ADAS-Anwendungen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Beispielsweise können traditionelle Einweg-Sicherungen, Polymer-Positive-Temperaturkoeffizient (PPTC) rückstellbare Sicherungen, Varistoren und Transient-Überspannungsschutzdioden (TVS) in Mehrzweckkameras verwendet werden. Einweg-Sicherungen, PPTC-Sicherungen, Polymere ESD-Suppressoren und Schottky-Dioden sind für V2X-Kommunikation anwendbar. Notrufsysteme können traditionelle Sicherungen, PPTC-Sicherungen, Varistoren und TVS-Dioden nutzen. Intelligente Infotainmentsysteme können Sicherungen, PPTC-Sicherungen, Varistoren und Schottky-Dioden einsetzen. Sensorfusion kann von TVS-Dioden, TVS-Diodenarrays und Schottky-Dioden profitieren. Radar-Anwendungen können Sicherungen, PPTC-Sicherungen, TVS-Diodenarrays und polymere ESD-Suppressoren verwenden. Domänencontroller können Sicherungen, PPTC, TVS-Dioden und Metalloxid-Varistoren (MOVs) integrieren.
Abbildung 2: Schutzkomponenten für EV-Schaltungen
Überstromschutz
Littelfuse-Lösungen für den Überstromschutz in den Schaltungen dieser Subsysteme können die Serien 437A, 438A oder 440A einmalig auslösender Sicherungen umfassen. Diese schnell ansprechenden Sicherungen mit hohen I2t-Werten können hohem Einschaltstrom standhalten, um ein unbeabsichtigtes Auslösen der Sicherung zu vermeiden. Die Stromstärken können bis zu 8 A betragen, bei Spannungswerten bis zu 125 V. Die Sicherungen sind in oberflächenmontierten Gehäusen untergebracht, um Platz auf der Leiterplatte (PCB) zu sparen. Zusätzlich verfügen die Sicherungen über einen breiten Temperaturbereich von -55 °C bis 150 °C, wodurch sie für die Automobilumgebung geeignet sind. Die AEC-Q200-Qualifikation zeigt die Robustheit für den Einsatz im Fahrzeug. Wo rücksetzbare Sicherungen gewünscht sind, bieten Littelfuse ASMD und miniASMD PPTC rücksetzbare Sicherungen zuverlässigen Überstromschutz. Diese Sicherungen können Schaltungen und Verkabelungen schützen. Die Sicherungen können in Stromkreisen mit Spannungswerten bis zu 60 V betrieben werden und haben Halteströme bis zu 2,6 A. Wie bei den einmalig auslösenden Sicherungen sind die Sicherungen der ASMD-Serie AEC-Q200-qualifiziert. Modelle der miniASMD-Serie haben einen ultra-kleinen Fußabdruck, ein 1812 Surface-Mount-Gehäuse.
Überspannungsschutz und ESD-Schutz
Littelfuse bietet mehrere Lösungen für Überspannungs- und ESD-Schutz. Für Kommunikationsleitungen wie CANbus und andere Hochgeschwindigkeitsdatenleitungen sind die AQ24COM-02 und AQ3102 TVS-Diodenarrays Beispiele für Komponenten, die ESD-Schutz bis zu ±30 kV mit niedriger Kapazität bieten. Sie schützen auch vor Kabelentladeereignissen (CDEs), schnellen elektrischen Transienten (EFTs) und durch Blitze ausgelösten Überspannungen. Diese Bauelemente haben eine niedrige Kapazität, um Verzerrungen von Hochfrequenzsignalen zu minimieren. Der AQ24COM-02 hat eine Kapazität von 13 pF, und die Kapazität des AQ3102 beträgt 1 pF. Abbildung 3 veranschaulicht den Zweileitungs-Schutz, der von diesen TVS-Diodenarrays geboten wird, und zeigt die Oberflächenmontageverpackung.
Abbildung 3: Verpackung und Schaltplan für die AQ24COM-02- und AQAQ3102-TVS-Diodenarrays
Die TVS-Diodenarrays der AQ24COM-01-Serie schützen den LIN-Bus vor ESD- und Überspannungsereignissen. Die TVS-Diodenarrays der AQ24CANFD-Serie schützen den FlexRay-Bus vor ESD- und Überspannungsereignissen. TVS-Diodenarrays wie AQ3045, SP3522 und AQ3400 sowie SESD-Einzelkomponenten und SESD-Arrays schützen Hochgeschwindigkeits-Serienverbindungen vor ESD- und Überspannungsereignissen. Diese Komponentenoptionen bieten ESD-Schutz für mehrere Sensorfusions-Eingänge, einschließlich GPS-, Lidar-, Radar- und Kameraschaltungen. Der Schutz auf der Eingangsseite für Automobilschaltungen erfordert leistungsstärkere TVS-Dioden. Die SZ1SMB-Serie ist ein Beispiel für eine TVS-Diode, die einen Spitzenleistungspuls von 600 W aushalten kann. Sie kann auch einen ESD-Schlag von bis zu 30 kV sicher absorbieren. Die Komponente reagiert auf ein Überspannungsereignis in weniger als 1 ns. Ein geringer Leckstrom von weniger als 5 µA minimiert den Energieverbrauch und erhöht so die Schaltungseffizienz. Diese TVS-Dioden können unidirektional oder bidirektional sein, haben ein Oberflächenmontage-Gehäuse und sind AEC-Q101-qualifiziert. Andere TVS-Diodenfamilien, wie die SZ1SMB-, SLD8S- und SZSMF4L-Serien, bieten robusteren Schutz mit Spezifikationen, die höhere Leistungsaufnahmefähigkeiten, schnellere Reaktionszeiten (< 1 ps) und ISO 7637-2-Schutz einschließen. Für Analogmessschaltungen bieten die Polymer-ESD-Unterdrücker der Serien AXGD und SESD ESD-Schutz. Die TVS-Diodenarrays der Serien AQ24CANA, AQ24CANFD, AQ24COM-02 und AQ3102 sowie die Polymer-ESD-Unterdrücker der AXGD1-Serie sind ebenfalls Optionen zum ESD-Schutz. Eine Alternative zum Schutz vor Überspannungsereignissen ist ein MOV. Die MLA Automotive Varistor-Serie kann einem Stoßstrom von 500 A oder einem Energieimpuls von 2,5 Joule standhalten. Diese Varistoren können eine Energierating-Lastentladung absorbieren, die der SAE J1113-Spezifikation entspricht, und sind AEC-Q200-qualifiziert.
Kommunikation und Stromschutz gewährleisten einen stabilen Systembetrieb
Infotainment-Systeme
Automotive Smart-Infotainmentsysteme erfordern Überstromschutz und Schutz vor transienten Spannungen. Die DC-Ladeanschlüsse und die 5-VDC-Stromversorgung können herkömmliche Sicherungen oder rückstellbare PPTC-Sicherungen verwenden, wie oben beschrieben. Die zuvor beschriebenen TVS-Dioden und Varistoren können Schutz vor Lastabwurf und sekundären ESD-Schutz bieten. Die TVS-Diodenarrays der AQ1005- und AQ3045-Serie schützen Infotainment-Datenleitungen vor ESD. Die TVS-Diodenarrays der Serien AQ3045, AQ3118E/AQ3130E zusammen mit den Polymer-ESD-Suppressoren der AXGD-Serie sind geeignet für den ESD-Schutz von Antennen, Wi-Fi und anderen Chipsets. Die TVS-Diodenarrays der Serien AQ1005, AQ3118E/AQ3130E, die Varistoren der MLA-Auto-Serie und die Polymer-ESD-Suppressoren der AXGD-Serie eignen sich alle für den ESD-Schutz von Bluetooth-, GPS- und V2X-Modulen.
Sensor-Fusionsschaltungen
In Sensor-Fusion-Schaltungen bieten TVS-Dioden wie die SZ1SMB- und SZSMF4L-Serie Überspannungsschutz für die Stromversorgung. Die Schottky-Dioden der DST-Serie unterstützen Rückwärtsblockierung und Ausgangsgleichrichtung. TVS-Diodenarrays und polymere ESD-Suppressoren, wie die AQ3400-, AQ3102-Serie und die AXGD1-Serie, sind zum Schutz vor ESD, CDE, EFT und durch Blitze induzierten Überspannungen für Hochgeschwindigkeitsdatenleitungen ausgelegt. Die verschiedenen Typen von Datenleitungen in Sensor-Fusion-Schaltungen benötigen ESD-Schutz. Die TVS-Diodenarrays der AQ24COM-02-Serie schützen den CAN-Bus. Die TVS-Diodenarrays der AQ24COM-01-Serie sichern den LIN-Bus gegen ESD- und Überspannungsstöße ab. Die TVS-Diodenarrays der AQ24CANFD-Serie schützen den FlexRay-Bus vor ESD- und Überspannungsstörungen. TVS-Diodenarrays wie die AQ3045, SP3522 und AQ3400 sowie SESD-Einzelbauteile und SESD-Arrays schützen Hochgeschwindigkeits-Serienverbindungen vor ESD- und Überspannungsstörungen. Diese Bauteiloptionen bieten ESD-Schutz für mehrere Sensor-Fusion-Eingänge, einschließlich GPS-, Lidar-, Radar- und Kameraschaltungen.
Radar
Radarsysteme erfordern Überstrom- und Überspannungsschutz. Entweder sind die herkömmlichen, einmal verwendbaren Sicherungen oder die zuvor beschriebenen rückstellbaren Sicherungen geeignet. TVS-Dioden, wie die Serien SZ1SMB, SLD8S und SZSMF4L, bieten Überspannungsschutz für die Stromversorgung. Die Diodenarrays der AQ3045-Serie bieten ESD-Schutz für Wellenformgeneratoren. Polymere ESD/TVS-Diodenarrays, wie die Serien AXGD und AQ3118E/AQ3130E, bieten ebenfalls Schutz gegen ESD, CDE, EFT und durch Blitze verursachte Überspannungen für Antennen.
Abbildung 4: Aktuelle und zukünftige Automobilsteuerungsarchitekturen
Die Entwicklung der funktionalen Fahrzeugarchitektur treibt die Entwicklung einer neuen Fahrzeuggeneration voran
Die Entwicklung der funktionalen Fahrzeugarchitektur treibt auch die Entwicklung neuer Generationen von Fahrzeugarchitekturen voran (Abbildung 4). Der Übergang erfolgt von einer verteilten Architektur mit verteilter Steuerung, mehreren Knoten und interner Kommunikation über ein zentrales Gateway hin zu einer domänenzentralisierten Architektur. Diese Architektur enthält Domain Control Units (DCUs), die Funktionen in dedizierte Domänen konsolidieren. Ein fortschrittliches Gateway übernimmt das Routing zwischen den DCUs. Die Zukunft weist auf eine zonale Architektur hin, in der Hochleistungscomputer die virtualisierten Funktionen ausführen, mit zonenabhängigen Sensor-/Aktuatorsteuergeräten (Engine Control Units, ECUs). Ein fortschrittliches Gateway verwaltet die Komplexität des Routings. In Automobilanwendungen ist ein Domain Controller ein Computer, der eine Gruppe von Fahrzeugfunktionen steuert, die sich auf einen bestimmten Bereich oder eine Domäne beziehen. Funktionale Domänen, die einen Domain Controller erfordern, sind typischerweise rechenintensiv und mit zahlreichen Ein-/Ausgabegeräten (I/O) verbunden. Beispiele umfassen aktive Sicherheit, Benutzererfahrung sowie Karosserie- und Fahrgestell-Elektronik. Die Schaltungen in diesen neuen Steuerarchitekturen erfordern einen ähnlichen Überstrom- und Transientenspannungsschutz wie die oben beschriebenen EV-Subsysteme. Littelfuse bietet die zuvor beschriebenen Komponentenlösungen sowie zahlreiche weitere Optionen an.
Fazit
Die tiefgehende Integration von Konnektivität und ADAS führt die Automobilindustrie in eine beispiellose Phase der Intelligenz und Ökosystementwicklung. In der Zukunft, mit kontinuierlichen Durchbrüchen in Kerntechnologien wie mobiler Kommunikation, künstlicher Intelligenz, Big Data und Edge-Computing, werden Fahrzeuge sich über reine Transportmittel hinaus zu mobilen Datenknoten und intelligenten Terminals entwickeln, die sicherere, effizientere, umweltfreundlichere und personalisierte Reiseerlebnisse ermöglichen. Das umfassende Angebot an Sicherheits- und Schutzlösungen von Littelfuse wird die umfassende Aufrüstung verwandter Technologien und Servicemodelle in der Branche unterstützen und dazu beitragen, ein neues Ökosystem zu schaffen, das durch grenzüberschreitende Zusammenarbeit und gemeinsame Entwicklung geprägt ist. Die Lösungen von Littelfuse werden dazu beitragen, Innovation und Entwicklung in Anwendungen der nächsten Generation für die Automobilindustrie zu beschleunigen.
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