Nederland proeftuin voor slim verkeer

38 | 3
Achtergrond
De hoeveelheid elektronica in een auto
neemt snel toe dankzij de wensen
van automobilisten voor steeds meer
comfort, zoals car entertainment, navigatie
en Bluetooth, maar ook door de technische
mogelijkheden om rijden veiliger te maken,
zoals met adaptieve cruisecontrol en
stabilisatieprogramma’s. Daarnaast speelt
de wens van overheden om CO 2 -emissies
van voertuigen te verminderen een grote
rol bij het toepassen van steeds meer elektronica.
Vaak is de belasting hoger voor
auto’s die veel uitstoten en zijn fabrikanten
steeds meer gericht op manieren om milieuvriendelijker
te produceren. Elektricatie
van mechanische systemen zorgt voor een
plaats- en gewichtsbesparing in het voertuig
en slimme elektronica kan het brandstofverbruik
terugdringen.
Op dit moment heeft een moderne highend
auto tot wel honderd ECU’s (elektronische
controle-units) aan boord, die via een
slim netwerk data met elkaar uitwisselen.
Die gegevens zijn nodig zijn voor allerlei
toepassingen, bijvoorbeeld het activeren
van ABS bij een noodstop, het openen van
de ramen, het bedienen van de remmen, het
optimaliseren van de brandstoftoevoer naar
de motor en het regelen van de temperatuur.
Als een bestuurder bijvoorbeeld op de knop
drukt om het raam te openen, dan wordt dit
signaal eerst door een transceiver omgezet
naar een analoog signaal en via het netwerk
verzonden naar de ECU van de raammodule,
die het weer omzet naar een digitaal signaal
en uiteindelijk een servomotor aanstuurt
om het raam te laten zakken.
In een auto liggen vaak verschillende datanetwerken.
Dat heeft twee redenen. De eerste
betreft de kosten. Een Lin-netwerk heeft
bijvoorbeeld heel lage kosten per knooppunt
vanwege de hoge productievolumes en de
Onder de motorkap
Auto hongert naar bandbreedte
Een auto bevat momenteel gemiddeld een kilometer aan koperen draadjes om de
verschillende elektronica met elkaar te laten communiceren. Met de toename aan
intelligentie groeit ook de behoefte aan bandbreedte. Om deze datastromen het
hoofd te bieden, wordt momenteel de nieuwe Flexray-standaard ingezet naast de
bestaande oudere bussen, terwijl Ethernet al in de startblokken staat. Rob Hoeben
van NXP geeft een overzichtje van de stand van zaken.
Rob Hoeben
relatief simpele implementatie. De datarate
blijft wel beperkt, maar voor applicaties als
elektrische ramen en centrale portiervergrendeling
voldoet het prima. De tweede
reden is historisch. De innovaties in de auto
zijn evolutionair van aard, dus als een technologie
eenmaal haar intrede heeft gedaan,
duurt het vele jaren voor zij echt verdwenen
is. In totaal ligt er gemiddeld een kilometer
aan koperen kabels per auto om gemiddeld
vijftig ECU’s met elkaar verbinden. Dit is een
aanzienlijk gewicht en de toenemende vraag
naar meer bandbreedte leidt dan ook tot de
inzet van netwerken met een hogere capaciteit,
zoals Flexray en Ethernet.
Tien keer sneller
Een ECU bestaat op zijn beurt uit een microcontroller
en een zendontvanger op een
PCB. Het ligt voor de hand om die twee te
integreren, maar de transceiverfunctionaliteit
wordt typisch gerealiseerd in een highvoltage
mixed-signal proces, terwijl de MCU
doorgaans in een standaard geavanceerd
CMos-proces wordt uitgevoerd. De microcontroller
vormt het hart van de ECU. Hij
leest de sensoren uit en stuurt de actuato-
Toepassing Lin Can Flexray
Stuurbekrachtiging + + +
Stop/start + + +
Terugwinnen remenergie + + +
Transmissie + + +
Body-elektronica + +
volgende generatie ABS/ESP +
Chassis (luchtvering) +
Motorbeheer + +
Elektronisch throttle-beheer +
Toepassingsgebieden voor
automotivenetwerken
ren aan. Ook beschikt de MCU over een controller
voor een van de communicatieprotocollen,
zoals Lin, Can, Flexray of Ethernet.
De transceiver zorgt voor het verzenden
van de signalen over het netwerk. Hij functioneert
als busdriver, verzorgt signaalconditionering
tussen bus en MCU, zorgt voor
ESD-afscherming van de ECU en regelt het
herkennen en terugkoppelen naar de MCU
van busfouten. Niet alle modules zullen
permanent aanstaan, slaapstand of standbymodus
is ook mogelijk.
Essentieel voor een betrouwbaar netwerk
is dat een opdracht gegarandeerd direct
wordt uitgevoerd als een van de modules die
verstuurt, zeker als het gaat om de veiligheid
van de inzittenden. Als de ABS geactiveerd
moet worden, dan moet dit ook onmiddellijk
gebeuren. Oudere communicatienetwerken
voor auto’s zoals Can en Lin zijn hiervoor
minder geschikt en bovendien zijn ze vrij
traag. In 2000 voorzag de auto-industrie de
groeiende behoefte aan meer bandbreedte
en deterministisch gedrag. Op basis hiervan
is toen een consortium opgericht met als
doel een opvolger voor de Can-specicatie
vorm te geven, genaamd Flexray. NXP heeft
actief bijgedragen bij deze standaardisatie.
In een Flexray-netwerk krijgt elke toepassing
zijn eigen tijdslot op het netwerk
zodat exact bekend is wanneer het signaal
kan worden verzonden en aan zal komen.
Dit garandeert dat een applicatie zijn informatie
altijd via het netwerk kan verzenden.
Het betekent wel dat er enige vertraging
optreedt in het netwerk, want de applicaties
moeten op hun beurt wachten. Omdat
Flexray echter tien keer sneller is dan Can,
is deze vertraging echter te verwaarlozen.
Door deze snelheid reduceert Flexray ook de
hoeveelheid benodigde koperen kabels in de
auto en bespaart daarmee gewicht.