Was ist ein KFZ-Steuergerät?
Ein KFZ-Steuergerät ist ein Gerät, das verschiedene Funktionen eines Fahrzeugs elektronisch steuert.
In der Vergangenheit wurden die Motoren zunehmend elektronisch gesteuert, um die Emissionsvorschriften einzuhalten, und es wurden Steuergeräte eingebaut, um eine fein abgestimmte Steuerung zu ermöglichen. Damals stand ECU für Engine Control Unit (Motorsteuergerät).
Heutige KFZ-Steuergeräte werden dagegen als Electronic Control Units bezeichnet, da sie neben der Motorsteuerung auch Funktionen wie Getriebe, Bremsen, Servolenkung und Airbags steuern und in jedem Fahrzeug 50 bis 100 Steuergeräte eingebaut sind.
Anwendungen von KFZ-Steuergeräten
Je nach Verwendungszweck wird eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von KFZ-Steuergeräten in Fahrzeuge eingebaut.
- Motorsteuergeräte ECU
Steuert die Menge der Kraftstoffeinspritzung und den Zündzeitpunkt, die der Motor benötigt - Hybrid-Steuergeräte
Steuert den Motor von Hybridfahrzeugen, um sie je nach Bedingungen wie Anfahren und normales Fahren optimal zu betreiben - Getriebesteuergerät
Steuert das Schalten zwischen verschiedenen Getriebeübersetzungen nach Bedarf - Steuergerät für die Servolenkung
Steuert das Lenkrad, damit der Fahrer das Fahrzeug mit weniger Kraftaufwand lenken kann - Airbag-Steuergeräte
löst die Airbags aus, indem es die Aufprallstärke im Falle einer Fahrzeugkollision bestimmt - Steuergeräte für erweiterte Fahrunterstützungssysteme
Unterstützt verschiedene Anwendungen wie Bremsen zur Reduzierung von Kollisionsschäden, Abstandsregelung und Software-Updates über drahtlose Kommunikation.
Funktionsweise der KFZ-Steuergeräte
Die Schnittstellen der von den Sensoren an die KFZ-Steuergeräte gesendeten Signale werden in Ein-Aus-Signale, analoge Signale und serielle Kommunikation unterteilt. Zur digital verarbeiteten seriellen Kommunikation gehören CAN (Controller Area Network) mit einem Differenzialspannungssystem unter Verwendung von zwei Drähten, LIN (Local Interconnect Network) mit einer leitungsartigen Busstruktur, einer reinen Übertragungskommunikation zwischen Sensor und Steuergerät auf einer Eins-zu-Eins-Basis und SENT (Single Edge Nibble Transmission), eine reine Übertragungskommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, und PSI (Peripheral Sensor Interface 5), eine verdrillte Zweidraht-Kommunikation mit Strommodulation.
1. CAN (Controller Area Network)
Die konventionelle Kommunikation von Steuergerät zu Steuergerät erfordert eine große Anzahl von Kabeln, was das Gewicht und den Platzbedarf für die Verkabelung erhöht. Die CAN-Kommunikation hingegen ermöglicht eine Verbindung mit weniger Kabelbäumen und erlaubt die gemeinsame Nutzung einer einzigen Information durch mehrere Steuergeräte.
Wenn mehrere Steuergeräte Daten frei übertragen, besteht die Gefahr von Datenkollisionen. Die Lösung hierfür ist ein Mechanismus namens CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) in CAN.
Dabei werden den übertragenen Daten Prioritätsinformationen hinzugefügt. Selbst wenn mehrere Steuergeräte gleichzeitig Daten übertragen, wird die Priorität der Daten verglichen und die Daten mit der höchsten Priorität werden als zu übertragende Daten ausgewählt.
2. LIN (Local Interconnect Network)
LIN wird in Karosseriesteuerungssystemen verwendet, bei denen keine Hochgeschwindigkeitskommunikation erforderlich ist. Beispiele sind Außenspiegel und elektrische Sitze. Es verwendet ein Master-Slave-System, bei dem die Kommunikation von zwei Arten von Endgeräten durchgeführt wird: einem Master-Knoten, der den Kommunikationsplan verwaltet, und einem Slave-Knoten, der Daten sendet und empfängt.
3. SENT (Single Edge Nibble Transmission)
SENT wird in der elektrischen Servolenkung, der Motorsteuerung usw. eingesetzt, wo hochpräzise analoge Signale verarbeitet werden; es zeichnet sich durch eine höhere Kommunikationsgeschwindigkeit als die LIN-Kommunikation aus. SENT bezieht sich auf die reine Übertragungskommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten.
Aufbau eines KFZ-Steuergeräts
Ein KFZ-Steuergerät besteht aus einem Mikrocontroller, Peripheriegeräten wie Eingabe-/Ausgabegeräten und Kommunikationsmodulen. In einem Automobil werden Signale, die von verschiedenen Sensoren wie Kameras, Millimeterwellen-Radar, Ultraschallsensoren und LiDAR (Light Detection and Ranging) erfasst werden, an das Eingabegerät des KFZ-Steuergeräts gesendet, wo der Mikrocontroller im Steuergerät auf der Grundlage dieser Informationen Entscheidungen trifft und die Signale über das Ausgabegerät an Das System wird elektronisch gesteuert, indem Anweisungen an die Aktoren in jedem Teil des Systems gesendet werden.