Die modernen Autos sind mit mehreren ECUs ausgestattet, die mit dem CAN-Bus verbunden sind – dem internen Computernetzwerk des Autos. ECUs steuern fast jeden Teil eines Autos, wie Motor, Bremsen, Getriebe und Airbags, während sie diese Teile automatisieren und die Effizienz steigern.
ECUs bestehen aus einer oder mehreren Mikrocontroller-CPUs, bei denen es sich um spezialisierte Chips handelt, die sich leicht an eine raue Betriebsumgebung, hohe Temperaturen und Schwerkraft anpassen.
1. SPC5 32-Bit Automotive MCU
STMicroelectronics produziert eine Reihe von 32-Bit-Mikrocontrollern (MCUs) für Automobil-ECU-Anwendungen. Diese Chips sind mit integriertem Flash-Speicher ausgestattet, der von 128 KB bis zu 10 MB reicht.
Die SPC5-Familie von ECU-Chips bietet je nach Automobilanwendung auch verschiedene Verarbeitungsmöglichkeiten, wie z. B. universell, sicher und verbunden sowie hohe Leistung. Sie finden CPU-Taktraten von nur 48 MHz bis zu 200 MHz.
Daher kann der Autohersteller je nach Programmiercodelänge oder -anzahl unterschiedliche Chips für die Steuergeräte auswählen.
SPC5-MCUs sind mit bis zu drei Prozessorkernen ausgestattet. Sie finden diese hauptsächlich in Steuergeräten, die den Motor und das Fahrwerk steuern, sowie in fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS), Fahrersicherheit sowie Fenstern und Türen.
Der Chip und sein Speichermodul halten bis zu 165 °C Temperatur aus und funktionieren sogar bei -40 °C einwandfrei. Da es sich um CPUs in Automobilqualität handelt, können sie auch starke Erschütterungen aushalten.
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Aus diesen Mikrocontrollern hergestellte Steuergeräte unterstützen eine breite Palette von Datenkonnektivitätsoptionen wie Ethernet, Local Interconnect Network (LIN), FlexRay, DSPI und CAN-FD.
2. MIPS32- und MIPS64-Architektur
MIPS-Mikrocontroller werden mit der RISC-Befehlssatzarchitektur geliefert. Sie finden sie hauptsächlich in elektronischen Geräten wie fortschrittlichen Netzwerkmodulen, kleinen Mikrocontrollern, Spielkonsolen, Büroautomatisierungsprodukten und Set-Top-Boxen.
MIPS Technologies stellt MIPS 32-Bit- und MIPS 64-Bit-MCUs für Automobil-ECUs her. Diese CPUs sind Code-effizient, benötigen weniger Strom und sind kostengünstig. Einige MIPS-64-Bit-MCUs sind ideal für High-End-Automobilanwendungen, da letztere höhere Verarbeitungskapazitäten und Grafikwiedergabe erfordern.
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Autohersteller verwenden meist die 32-Bit-Mikrocontroller von MIPS, um die elektronischen Steuerungen im Auto zu automatisieren.
Auf MIPS32 laufen beispielsweise elektronische Türen, Motorhauben, Scheibenwischer, automatische Fensterheber usw architekturbasierte CPUs. Einige elektronische Fahrgestell- und Antriebsstrangsysteme enthalten auch MIPS 32-Bit MCU.
Im Gegenteil, fortschrittliche Systeme wie das Infotainmentsystem, ADAS und autonomes Fahren erfordern Hardwarebeschleunigung und Objekterkennung.
Daher benötigt das Steuergerät mehr Rechenleistung, um in einer Hochgeschwindigkeitsumgebung die richtige Entscheidung zu treffen. MIPS 64-Bit-MCUs sind ideal für solche Anwendungen.
3. 16-Bit-MCUs für Motorsteuergeräte
Microchip Technology Inc. stellt auch verschiedene Mikrocontroller und Mikroprozessoren für Auto-ECU-Anwendungen her, und die 16-Bit-MCUs sind hauptsächlich in den elektronischen Steuereinheiten des Antriebsstrangs verfügbar.
Sie sind mit den Datenkommunikationsprotokollen CAN-FD, CAN, USB, LIN und SENT kompatibel.
Die 16-Bit-MCU ist im Wesentlichen ein Mikrocomputer mit verschiedenen Peripheriegeräten für Motorsteuerung, digitale Leistungsumwandlung, präzise Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung. Es besteht auch aus Digital Signal Controllers (DSCs), um die MCU mit zusätzlicher Motorsteuerung zu unterstützen.
Verschiedene Arten von Autos wie Elektroautos, Autos mit Verbrennungsmotor oder Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden mehrere ECUs, die auf den 16-Bit-MCUs und DSCs basieren.
Der Mikrocontroller dieser ECUs verfügt über eine AEC Q100 Grade 0-Zertifizierung, die besagt, dass die CPU und ihr Speichermodul im Temperaturbereich von -40 °C bis 150 °C sehr stabil sind.
Das Mikrocomputersystem kann harten Bedingungen wie plötzlichen Stößen, Hochgeschwindigkeitsmobilität, Öl- und Fettablagerung standhalten.
Die 16-Bit-MCU ist in der Lage, Algorithmen zur Steuerung der Motoren, Stellglieder, Turbolader-Wastegates, AGR-Ventile und Öl-/Wasserpumpen auszuführen.
4. 8-Bit-MCUs
8-Bit-MCUs sind ideal für Steuergeräte, die kleine Programmcodes ausführen müssen. PIC- und AVR-MCUs sind Marken von Microchip Technology Inc. und Sie werden sie in verschiedenen Auto-ECUs sehen, die analoge Sensoren, digitale Sensoren und kapazitive Berührungsfunktionen steuern.
Heutzutage sind moderne Autos mit LED-Beleuchtungssystemen für Energieeffizienz ausgestattet. Sie finden ein oder zwei ECUs, die diese LED-Arrays steuern, und die meisten dieser ECUs basieren auf den 8-Bit-Mikrocontrollereinheiten.
Die 8-Bit-MCUs verbrauchen wenig Strom, da sie aus kernunabhängigen Peripheriegeräten oder CIPs bestehen. Einige ECU-Funktionalitäten erfordern möglicherweise nicht immer eine konstante Prozessorauslastung. Hier spielen KVPs eine entscheidende Rolle.
Diese Mikrocomputer verfügen außerdem über intelligente analoge Peripheriegeräte, sodass das Steuergerät analoge Sensoren über eine Analog-Digital-Signalumsetzung steuern kann.
Für berührungsempfindliche Funktionen im Auto enthalten diese Chips auch einen peripheren Touch-Controller, der dabei hilft, kapazitive Berührungen zu erkennen und zu messen.
5. S32K Automotive-MCUs
S32K-Mikrocontroller stammen von NXP Semiconductors N.V. und basieren auf der RISC-Architektur der Arm Cortex-M-Serie. Die auf solchen MCUs basierenden ECUs bieten fortschrittliche Software, Sicherheit und Schutzfunktionen für intelligente Autos.
Diese MCUs bestehen die ASIL B/D-Zertifizierungen und eignen sich daher für verschiedene Fahrzeug-ECUs, die die Karosserie, die elektrische Einheit und die Zonensteuerungen steuern.
Die meisten S32K-MCUs bestehen auch die AEC-Q100-Zertifizierungen Grade 0, Grade 1 und Grade 2, sodass die Automobilhersteller die Prozessoren in einer rauen Umgebung mit hohen Temperaturen einsetzen können.
S32K-MCUs sind mit variablen Verarbeitungskernen wie Dual-Core, Single-Core und Lockstep-Core erhältlich. Die Flash-Speicherkapazität und die Anzahl der Pins ändern sich je nach Verarbeitungskern.
Normalerweise reichen diese Mikrocontroller von 128 kB bis 8 MB im Flash-Speicher für die Programmspeicherung, wobei sie zwei Arten von Pin-Konfigurationen bieten: 32 bis 176 Pins und 48 bis 289 Pins.
6. 32-Bit-AURIX-TriCore-Mikrocontroller
Die Infineon Technologies AG stellt ein eingebettetes System für Fahrzeugsteuergeräte her, das aus einem Mikrocontroller, einem RISC-Prozessorkern und einem DSP in einer Mikrocontrollereinheit besteht. Diese MCUs sind als 32-Bit-AURIX-TriCore-Mikrocontroller beliebt.
Diese finden Sie häufig in Steuergeräten, die den Verbrennungsmotor, Getriebesteuergeräte und elektrische Servolenkungen steuern.
Abgesehen von Motor und Getriebe eignen sich 32-Bit-AURIX-TriCore-MCU-basierte ECUs ideal für ADAS, autonome Fahrsteuerung, Fahrsicherheitsmanagement und die Automatisierung vernetzter Dienste im Auto.
Diese CPUs sind in einem Verarbeitungsgeschwindigkeitsbereich von 133 MHz bis 300 MHz erhältlich. Die MCUs bieten einen minimalen Flash-Speicher von 0,5 MB bis zu 16 MB.
Im Vergleich zu anderen oben genannten MCUs sind diese aufgrund eines dedizierten SRAM leistungsfähiger. Hinsichtlich der Datenkonnektivität sind die Mikrocomputer mit den Protokollen CAN, LIN, FlexRay und SPI kompatibel.
Kleine ECU-Chips mit komplexen Funktionen
Jetzt, da Sie einige ECU-Mikrocontroller kennen, denken Sie vielleicht, dass diese Chips weniger leistungsfähig sind als die CPU eines Heimcomputers. Das ist richtig, weil sie einige vordefinierte Codes ausführen müssen, und in den meisten Fällen sind diese Codes nicht größer als ein Megabyte.
Sie werden jedoch immer mehr als ein Steuergerät mit unterschiedlichen Programmcodes für das gesamte Auto finden. Wenn Sie mehr über das Steuergerät Ihres Autos wissen, können Sie das Fahrzeug angemessen pflegen und Ihre Gehirnzellen nähren, wenn Sie ein Autoenthusiast sind.
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Tamal ist freiberuflicher Autor bei MakeUseOf. Nach dem Sammeln umfangreicher Erfahrungen in Technologie, Finanzen und Wirtschaft Prozesse in seinem vorherigen Job in einem IT-Beratungsunternehmen, hat er vor 3 Jahren das Schreiben als Vollzeitberuf erlernt. Obwohl er nicht über Produktivität und die neuesten technischen Nachrichten schreibt, liebt er es, Splinter Cell zu spielen und Netflix/Prime Video anzuschauen.
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