EMV-Fortschritte im Ethernet verändern Nutzfahrzeuge.
Das selbstfahrende Auto hat viel Aufmerksamkeit erregt und ist zukunftsträchtig, aber es ist nicht der einzige Fahrzeugtyp, der automatisiert werden kann. Auch Nutzfahrzeuge und Lkw erwarten eine höhere Reichweite. Industriefahrzeuge, wie sie im Baugewerbe, in der Landwirtschaft und im Transportwesen eingesetzt werden, stellen vor allem in puncto Größe eine große Herausforderung für die derzeit für das Auto entwickelten Kommunikationstechnologien dar. Ob in Länge oder Umfang, das Kommunikationskabel ist viel länger als das Auto. Um die Sache noch komplizierter zu machen, bedeuten größere Kabellängen ein größeres Potenzial für die Belastung durch Umgebungsgeräusche, was sich negativ auf die Reaktion aus EMV-Sicht auswirkt.
Autonomie von Industriefahrzeugen
Sicherheit und Effizienz sind zwei Vorteile, die sich aus der Autonomie von Baufahrzeugen ergeben. Die Sicherheit kann durch die Integration von Bildverarbeitungssystemen mit Kameras verbessert werden, die beispielsweise bei einer Ausgrabung eine 360º-Sicht in Echtzeit ermöglichen, sodass die Interaktion zwischen Mensch und Maschine reduziert wird. Die Fernsteuerung von Industriefahrzeugen ist ein weiterer Vorteil der Automatisierung für die Sicherheit. Ein Beispiel wäre die Implementierung von Fernsteuerung in der Arbeit. Durch das Entfernen des Bedieners aus dem Fahrzeug wird das Risiko für die Person beseitigt. Eine weitere Effizienzsteigerung ergibt sich aus der Integration von GNSS-Systemen (Global Navigation Satellite Systems) mit Blattpositionssensoren und Trägheitssensoren, die die Feldarbeit automatisieren und die Fertigstellung beschleunigen können. Effizienz ist auch bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen das Ziel der Reichweite. Durch die Kombination von Kamerasystemen und Lenksteuerung wird die Menge an Ernteschäden durch Reifen reduziert.
Dies ermöglicht auch, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufgrund der Präzision zu erhöhen, mit der es das Fahrzeug positionieren kann, wodurch der Ernteertrag erhöht und die Zeit zum Ausführen der Arbeit verkürzt wird. Schließlich integrieren Sattelzüge die Automatisierung. Im vergangenen Jahr wurden Tests mit einem vollautonomen Lkw zur Bierauslieferung durchgeführt. Dank der Integration von Kameras, LIDAR (Light Detection and Ranging) und anderen Sensoren konnte der Truck autonom durch mehrere Bundesstaaten im Westen der USA fahren, die den Verkehr autonomer Fahrzeuge erlauben. Diese Technologie verspricht enorme Einsparungen bei den Energiekosten, mehr Schutz und eine bessere Nutzung des Fahrzeugs. Die Umsetzung dieser Schutz- und Effizienzfortschritte erfordert eine Kommunikation im gesamten Fahrzeug und über lange Kabelstrecken. Lassen Sie uns die am häufigsten verwendeten Technologien in der Automatisierung und ihre Kompatibilität mit diesen riesigen Industriefahrzeugen untersuchen.
Kommunikations Technologien
Um die verschiedenen Video-, Audio-, Sensor- und Telematik-Subsysteme in autonomen Fahrzeugen zu verbinden, müssen heute mehrere Optionen in Betracht gezogen werden; Die bekanntesten sind CAN, CAN-FD, LVDS, MOST® und Ethernet. Wie wir gesehen haben, muss aufgrund der enormen Größe dieser Fahrzeuge die Länge des Kabels für jede Technologie und die damit verbundene Bandbreite bewertet werden. Tabelle 1 beschreibt die Übertragungsgeschwindigkeit von Kommunikationstechnologien gegenüber der Übertragungslänge für ihre maximale Bandbreite. Die CAN- und CAN-FD-Baudraten sind zwar ausreichend für lokalisierte Sensordaten, aber zu langsam, um Video zu übertragen. 4k-komprimiertes Video kann mehr als 12 Mbit/s verbrauchen, erheblich mehr als CAN-FD. Je mehr Kameras hinzugefügt werden, desto mehr Bandbreite wird benötigt. Ein Lkw mit Anhänger darf in den USA bis zu 18 Meter lang sein. Dies würde LVDS und 802.3bw (100Base-T1) als Technologien ausschließen, die Video ohne Repeater oder Switches übertragen können. Damit bleiben nur noch zwei Kommunikationsmöglichkeiten, die hohe Übertragungsgeschwindigkeiten über große Entfernungen ermöglichen: MOST und Ethernet mit Quiet-WIRE®-Technologie.
Elektromagnetische Kompatibilität (EMV)
Um groß und robust zu sein, müssen Sie in rauen Umgebungen robust sein, was bedeutet, dass Sie das Vorhandensein elektromagnetischer Energie in der Nähe ignorieren müssen. Und was noch wichtiger ist, es entstehen keine entsprechenden EMV- und Kommunikationsverlustprobleme. Alle genannten Technologien sind robust; Schließlich wurden sie deshalb für den Einsatz im Auto ausgewählt. Tabelle 2 zeigt die Signalisierungsmethoden, die die Verkabelung jeder Technologie robuster machen. Die Ethernet-Technologie ist aufgrund ihrer bemerkenswerten und bekannten EMV-Reaktion, ihrer hohen Bandbreite und vor allem ihrer auf Standards basierenden Technologie gegenüber anderen Technologien auf dem Vormarsch in Nutzfahrzeugen. Mal sehen, wie sich das Verhalten von Ethernet gegenüber EMV auswirkt. Die EMV-Komponenten, Emissionen und Anfälligkeit, können Paketverluste verursachen, d. h. die fehlerhafte Übertragung von Daten oder dass sie von den Knoten oder Links nicht verstanden werden. Die Quelle der Emissionen könnte von in der Nähe befindlichen elektronischen Schaltungen oder Elektromotoren sein, die Rauschen auf den Ethernet-Leitern verursachen. Um die Empfindlichkeit gegenüber diesen Emissionen zu verringern, verbessern Technologien wie Quiet-WIRE die Empfindlichkeit und Filterung in der integrierten Empfängerschaltung des Geräts und reduzieren zusätzlich die Rauschemission im Sender. Die BCI-Technik (Bulk Current Injection) ist eine Methode, die häufig zur Bewertung der Störfestigkeit verwendet wird. Abbildung 1 zeigt die Leistung von Quiet-WIRE-basierten Empfängern bei Verwendung des BCI-Verfahrens. Die Daten bestätigen, dass bei Quiet-WIRE-Empfängern Übertragungen rauschfrei sind, wenn ein Rauschstrom von 200 mA für den gesamten Frequenzbereich von 1 MHz bis 400 MHz eingespeist wird, wodurch die OEM-Grenzwerte überschritten werden. Andererseits erleiden Empfänger, die die Quiet-WIRE-Technologie nicht verwenden, eine erhebliche Verschlechterung des Signalempfangs von 9 dBm, sodass ihre Reaktion zehnmal schlechter ist. Ein weiterer Vorteil der Quiet-WIRE-Technologie ist der Signalqualitätsindikator, ein numerischer Wert nahe dem Signal-Rausch-Verhältnis und ein Maß für Kabellänge, Kabelqualität und eingekoppelte Umgebungsgeräusche. Es kann in Echtzeit überwacht und verwendet werden, um einen Verbindungsausfall vorherzusagen oder sicherzustellen, dass Leistungsstandards für einen äußerst zuverlässigen und sicheren Betrieb erfüllt werden.
Quiet-WIRE®-Schalter und physikalische Schicht
Ein vollständiges Quiet-WIRE-Netzwerk kann mit dem Physical-Layer-Baustein KSZ8061 und dem Switch KSZ8567 von Microchip Technology implementiert werden. Bild 2 zeigt ein Blockschaltbild für ein mit diesen Komponenten aufgebautes Industriefahrzeug. Die KSZ8061 und KSZ8567 verfügen über einen optionalen Anschlussstift, der Quiet-WIRE während der Herstellung aktiviert, ohne dass Software erforderlich ist. Die Filterung kann jedoch bei Bedarf per Software deaktiviert werden. Ein weiterer Vorteil der Quiet-WIRE-Technologie ist die Kompatibilität mit Standard-Ethernet-Geräten. Beispielsweise kann ein Standard-Ethernet-Gerät mit dem Quiet-WIRE-Switch als Diagnosetool verwendet werden und seine überlegene Leistung gegenüber Standard-Ethernet alleine demonstrieren. Microchip hat 24 Produkte für Ethernet mit Quiet-WIRE-Technologie, darunter Produkte, die für Temperaturen bis zu 100 °C AEC-Q105-zertifiziert sind.
Am härtesten
Jetzt ist es möglich, einen robusten und zuverlässigen Betrieb in den größten und härtesten Anwendungen wie Bauwesen, Landwirtschaft usw. zu erreichen camiones mit Anhänger. Mit dem umfassenden Produktportfolio von Quiet-WIRE, das sich mit wichtigen Designproblemen wie Kabellänge, Datenrate und EMV befasst, findet die Integration autonomer Funktionen in Fahrzeuge statt. Quiet-WIRE und sein bis zu 10-mal besseres EMV-Verhalten für Kabellängen von bis zu 80 Metern werden maßgeblich dazu beitragen, eine neue Ära sicherer und produktiverer Nutzfahrzeuge einzuläuten.
