Beherrschung der nächsten Generation von Fahrzeugbeleuchtungsdesigns in zonalen Architekturen

Da jedoch die zentrale Recheneinheit schneller wird und das Rückgrat auf Ethernet umgestellt wird, entsteht eine neue Herausforderung am Rand des Netzwerks: der „Edge“. Die Anzahl der Edge-Knoten, wie Sensoren, Motoraktuatoren und Beleuchtungsmodule, steigt, um die Erwartungen der Nutzer an Sicherheit, verbessertes Feedback und das Benutzererlebnis zu erfüllen.

Wenn diese Edge-Systeme einen Datenengpass erzeugen, kann dies die Geschwindigkeit und Effizienz des zonalen Designs beeinträchtigen. Um das volle Potenzial dieser Architektur auszuschöpfen, benötigt die Branche Lösungen, die sicherstellen, dass die funktionalen Endpunkte des Fahrzeugs genauso schnell und reaktionsfähig sind wie sein zentrales Rechenzentrum.

Die sich entwickelnde Rolle der Fahrzeugbeleuchtung

Der Druck am Rand eines zonalen Netzwerks ist eine direkte Folge der sich ändernden Fahrzeugfunktionalität, wobei die Beleuchtung einen bedeutenden Bereich der signifikanten Evolution darstellt. Die Fahrzeugbeleuchtung hat sich weit über ihre traditionelle Rolle der einfachen Beleuchtung hinaus entwickelt und ist zu einem kritischen Element des Fahrzeugdesigns, der Kommunikation und der Sicherheit geworden. Moderne Fahrzeuge verlangen nun Beleuchtungssysteme, die nicht nur als wichtige Feedback-Mechanismen, sondern auch als soziale Schnittstelle dienen.
 
Automobilhersteller setzen jetzt Tausende von LEDs ein, die zu schnellen, dynamischen Animationen für äußere Signale, Branding und Sicherheitswarnungen fähig sind, ebenso wie nahtlose Umgebungsbeleuchtungen innerhalb des Fahrgastraums. Darüber hinaus wird sich dieser Trend nur noch ausweiten, da zahlreiche andere Beleuchtungseinsätze von statischer Beleuchtung zu aktiven Kommunikationsoberflächen wechseln. Diese Transformation tritt bereits im chinesischen Markt in den Dienst, wo Frühabnehmer hochauflösende Matrix-Panels einsetzen, um Symbole und Text an Fußgänger zu projizieren.
 
Um den strengen funktionalen, ästhetischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen moderner Fahrzeuge gerecht zu werden, müssen Beleuchtungssysteme die folgenden zentralen technischen Anforderungen erfüllen:

• Standard-Funktionsanwendungen: Einfache lokale Aufgaben, wie Innenraumbeleuchtung oder Anwendungen wie Ladeportanzeigen, erfordern kosteneffektive, zuverlässige Steuerung ohne übermäßige Bandbreite und die Fähigkeit, sich mit der zonalen Architektur zu verbinden.
• Hochdynamische Anwendungen: OEMs setzen zunehmend fortschrittliche animierte Außenbeleuchtung, kommunikative Lichtleisten und hochauflösende Innenraumanzeigen ein, die die schnelle und genaue Synchronisation von Tausenden von LEDs erfordern.
• Sicherheitsrelevanz: Für spezielle Anwendungsfälle, wie Blinker oder Statusanzeigen für autonomes Fahren, müssen Systeme strengen funktionalen Sicherheitsstandards entsprechen. ASIL-Konformität ist erforderlich, um sicherzustellen, dass sie bei Bedarf korrekt funktionieren.
• Zuverlässigkeit & Robustheit: Automobilumgebungen sind rau. Beleuchtungssysteme müssen trotz elektromagnetischer Interferenzen (EMI), Temperaturschwankungen und den physischen Belastungen der Fahrzeugumgebung eine gleichbleibende Leistung aufrechterhalten.

Der Hochgeschwindigkeits-Enabler: MeLiBu® 2.0 und zonale Architekturen

Während die Hardware-Integration für zonale Architekturen entscheidend ist, sind effektive Kommunikation und Softwaredesign ebenso kritisch. Für hochdynamische Beleuchtungsanwendungen, wie beleuchtete Kühlergrills, dynamische Rückleuchten und durchgehende Armaturenbrettbeleuchtung in zonalen Fahrzeugplattformen, reichen standardmäßige Automobilprotokolle nicht aus.
 
Um dieses Nadelöhr zu beseitigen, entwickelte Melexis MeLiBu® (Melexis Light Bus), ein Kommunikationsprotokoll, das für LED-Treiber-ICs optimiert ist. Die neueste Weiterentwicklung, MeLiBu® 2.0, wurde speziell entwickelt, um die neuesten Beleuchtungsanforderungen zu erfüllen, einschließlich dynamischer Matrix-Beleuchtungsanzeigen und Unterstützung von Hochgeschwindigkeits-Zonenarchitekturen.
 
MeLiBu® 2.0 ist eine UART über CAN-Schnittstelle, die den robusten differentiellen Bus von CAN-FD nutzt und so Widerstandsfähigkeit gegen elektrische Störungen und Interferenzen garantiert, die in langen zonalen Kabelbäumen häufig auftreten, während sie die vereinfachte Protokollabwicklung von UART bereitstellt. Im Gegensatz zu standardmäßigem CAN ist MeLiBu® 2.0 für Geschwindigkeit optimiert und unterstützt Bandbreiten von bis zu 4 Mbit/s. Diese Geschwindigkeit ist entscheidend für moderne zonale Architekturen, bei denen der zentrale Computer komplexe Beleuchtungsmuster steuert und diese in Echtzeit zu den Randknoten "streamt".
 
Darüber hinaus stellt die effiziente Datenverpackung sicher, dass der Großteil der verfügbaren Bandbreite der Übertragung tatsächlicher Beleuchtungsinformationen und nicht dem Protokoll-Overhead gewidmet ist, was es ermöglicht, dass Echtzeit-, dynamische Beleuchtungsanimationen reibungslos über große, segmentierte Installationen laufen, ohne Verzögerungen oder Leistungsabfall.
 
Um dies zu ermöglichen, ist MeLiBu® 2.0 so konzipiert, dass es nahtlos an das zonale Backbone über Standard-10BASE-T1S-Ethernet-Endpunktbrücken angeschlossen werden kann, wodurch Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Daten direkt auf den lokalen Bus übersetzt werden. Dies ermöglicht es den Beleuchtungsanordnungen des Fahrzeugs, eine animierte Steuerung zu besitzen, die eher einem Bildschirm als einer Ansammlung statischer Glühbirnen ähnelt, und so fließende Animationen ohne Latenz oder visuelle Artefakte zu ermöglichen.

MeLiBu® 2.0 ist für den Umfang ausgelegt, den moderne OEMs benötigen. Da Fahrzeuge mehr Rückmeldemechanismen in das Äußere und Innere integrieren, steigt die Anzahl der Knoten pro Zone erheblich. MeLiBu® 2.0 unterstützt bis zu 251 Knoten auf einem einzigen Bus, was den Einsatz von mehr als 4.000 RGB-LEDs (oder 24.000 einfarbige LEDs) auf einer einzigen Schnittstelle ermöglicht. Diese Skalierbarkeit stellt sicher, dass selbst riesige externe Matrix-Panels oder umfangreiche Ambientebeleuchtungsstreifen betrieben werden können, ohne dass fragmentierte Subnetzwerke oder komplexe Verkabelungslösungen erforderlich sind.
 
Die Verschiebung hin zu „Oberflächenbeleuchtung“ und kommunikativen LED-Arrays ist vielleicht das deutlichste Beispiel dafür, wo traditionelle Architekturen versagen und zonale Ansätze erfolgreich sind. Bei der Außenbeleuchtung wechseln die Hersteller von einfachen Clustern zu hochauflösenden Anzeigetafeln, die Symbole und Text anzeigen können.

Hardware-Integration und Erstellung eines Code-freien Edge

Wenn die Zonal-Architektur auf MeLiBu® 2.0 angewiesen ist, um den Datenengpass zu lösen, ist der zweite entscheidende Pfeiler für Automobildesigner das Management der schieren Komplexität beim Anschließen von Tausenden einzelner LEDs. Diese Herausforderung erfordert Innovation auf IC- und Firmware-Ebene, um Zuverlässigkeit, Kompaktheit und eine vereinfachte Softwareverwaltung zu gewährleisten.
 
Ausfallsicheres Design
 
In Anwendungen mit hoher Knotenanzahl ist ein großes Anliegen der Single-Point-Ausfall, bei dem das Versagen einer Komponente die gesamte Kette lahmlegt. Viele LED-Treiber-Schaltungen verlassen sich noch immer auf ein einfaches Daisy-Chain-Design für den internen Bus der ICs, was bedeutet, dass ein physisches Versagen auf dem elektronischen Weg des Chips den Datenfluss zu jedem nachfolgenden Knoten unterbrechen könnte.
 
Melexis LED-Treiber-ICs adressieren dieses Integrationsrisiko durch die Integration eines internen Bus-Designs. Im Gegensatz zu einer traditionellen Daisy-Chain ist in dieser Architektur jedes IC so angeschlossen, dass ein Ausfall eines LED-Treibers die Funktionalität anderer Knoten in der Reihe nicht beeinträchtigt. Für OEMs bedeutet dieses Design direkt langfristige Zuverlässigkeit und Robustheit in komplexen Beleuchtungsmodulen, was die Diagnose- und Wartungsstrategien vereinfacht.
 
Um sicherheitskritische Anwendungen zu unterstützen, erleichtern alle MeLiBu® 2.0 Treiber auch die ASIL B Safety Element out of Context (SEooC) Konformität, einschließlich konfigurierbarer ausfallsicherer Szenarien, die direkt auf dem IC gespeichert sind. Dies stellt sicher, dass Warnsignale, Notlichter und andere kritische Beleuchtungsfunktionen auch unter schwierigen Bedingungen oder bei teilweisen Systemausfällen betriebsbereit bleiben. Diese Vorteile erstrecken sich auf Strings oder Matrizen mit Tausenden von LEDs, wodurch die ICs für sowohl innen- als auch außen gelegene sicherheitskritische Beleuchtungsanwendungen geeignet sind.
 
Darüber hinaus rationalisieren ICs, die kreuzungsfreie Leiterplattenlayouts unterstützen, wie die MLX80142-Serie, die Integration zusätzlich, indem sie ultraflache Designs durch kompakte Herstellungsmethoden wie PCB-loses Umspritzen durch Injection Molded Structural Electronics (IMSE) aufnehmen.
 
Die Kraft codefreier Endpunkte in Zonen-Architekturen
 
Der Trend hin zu softwaredefinierten Fahrzeugen beruht auf Endpunkten, die direkt vom zentralen System angesprochen werden können, wodurch die Bedeutung von nahtloser und standardisierter Hardware am Rand steigt. Während Melexis weiterhin traditionelle Flash-programmierbare LED-Treiber für hochgradig individuelle Implementierungen unterstützt, bietet das Unternehmen auch eine Reihe von Code-Free Treibern an. Für viele typische Beleuchtungsanwendungen, insbesondere in Projekten, bei denen die Softwareentwicklungsbemühungen oder das interne Software-Know-how begrenzt sind, bieten diese Code-Free-Lösungen einen vereinfachten und kosteneffektiven Weg zur Integration innerhalb von Zonen-Architekturen.
 
Als Ergebnis suchen OEMs, die Zonen-Architekturen einsetzen, sicherzustellen, dass die Intelligenz nur im zentralen Supercomputer liegt, wodurch die Notwendigkeit von Software am Rand minimiert wird. Diese Präferenz wird durch die „Code-Free“ LED-Treiber von Melexis erfüllt, die mit konfigurierbarer Firmware mit validierten Anwendungsfunktionen ausgestattet sind und eine anspruchsvolle Lichtsteuerung durch einfache Zustandsänderungen anstelle von Mikrocontrollern (MCUs) mit benutzerdefinierter Firmware ermöglichen.
 
Melexis „Code-Free“ Treiber sind so konzipiert, dass sie eine Reihe von betrieblichen und entwicklungsbezogenen Vorteilen in Übereinstimmung mit Zonen-Architekturen bieten:

• Vermeidung von Softwareentwicklung: Ingenieure können Lichtsequenzen, Kalibrierung und Diagnostik über eine intuitive Benutzeroberfläche (GUI) definieren, was die zeitaufwändige Firmware-Entwicklung und -Validierung auf Komponentenebene überflüssig macht, was entscheidend für die Verwaltung der Qualifikationskosten im Zusammenhang mit komplexen Zonen-Systemen ist.

• Sicherheit durch Design: Durch das Entfernen von benutzerdefinierter Software vom Edge wird die angreifbare Angriffsfläche für Ausnutzung reduziert, wodurch der Knoten von Natur aus robuster gegen Cyber-Bedrohungen ist als ein traditionelles Flash-konfiguriertes Gerät.
• Entkopplung der Komplexität: Diese Architektur ermöglicht, dass der zentrale Controller vollständig softwaredefiniert ist, während die Knoten strikt hardwaredefiniert bleiben. Dadurch wird der gesamte Fahrzeugentwicklungszyklus optimiert, indem die Hardwarefunktion exakt mit der architektonischen Philosophie des zonalen Controllers abgestimmt wird.

Hybride Zonen-Netzwerke: Wesentliche Lösungen für LIN und Betätigung

Während MeLiBu® 2.0 die entscheidende Hochgeschwindigkeitsschnittstelle für die Lichtkommunikation bietet, besteht in der Realität zonaler Architekturen die Notwendigkeit nach hybriden Netzwerken, die mehrere Kommunikationsstandards erfordern. Neben seinem MeLiBu®-Angebot bietet Melexis auch eine breite Palette von LIN LED-Treibern für einfache, kostengünstige Einsätze wie Umgebungslichtstreifen, einfache Leselichter und Ladeanschlussanzeigen.
 
Um den Einsatz von LIN in zonalen Architekturen zu unterstützen, bei denen die Integrationsbeschränkungen streng sind, bietet Melexis spezialisierte Lösungen wie den MLX81120 LIN Slave Extender (häufig als LIN-Gateway bezeichnet).
 
Dieses Gerät ist entscheidend, um Einschränkungen zu überwinden, bei denen die Anzahl der LIN-Knotenadressen für die geplante Funktionalität des Fahrzeugs nicht ausreichen. Der LIN-Extender ermöglicht es Designern, das lokale LIN-Busnetzwerk sicher und zuverlässig zu erweitern, ohne die Komplexität des zentralen zonalen Controllers zu erhöhen.
 
Fallstudie: Der intelligente Ladeanschluss: Sicherstellung eines intelligenten Betriebs und systemischer Einfachheit
 
Diese Integrationsherausforderung ist nirgends offensichtlicher als am EV-Ladeanschluss, wo zahlreiche Sicherheits- und Rückmeldemechanismen über einen einzigen Anschlusspunkt betrieben werden müssen.

Fazit: Die Zukunft des softwaredefinierten Lichts gestalten

Der Übergang zu zonalen Architekturen ist unvermeidlich, aber sein Erfolg hängt von der Leistung des Edge ab. Da Fahrzeuge zunehmend durch Software definiert werden, muss die Hardware an den äußersten Enden schneller, intelligenter und einfacher zu integrieren sein.
 
Melexis bietet das fehlende Bindeglied in dieser Entwicklung. Durch die Kombination der Hochgeschwindigkeits-Datenfähigkeiten von MeLiBu® 2.0 mit der architektonischen Einfachheit von Code-Free-Treibern und robusten LIN-Lösungen können OEMs das zonale Datenengpassproblem lösen. Dies stellt sicher, dass die funktionalen Endpunkte des Fahrzeugs ebenso agil sind wie sein zentraler Computer und die Sicherheits-, Kommunikations- und ästhetischen Merkmale liefern, die die nächste Mobilitätsgeneration definieren.