T-Box-Referenzdesign und Lösungen für das Internet der Fahrzeuge

Arrow Electronics bringt bewährtes Telematik-Referenzdesign auf den Markt

Die Penetrationsrate von T-Boxen im Automobilmarkt wächst rasant, von 28,7 % im Jahr 2018 auf 32,5 % im Jahr 2019. Es wird geschätzt, dass sie 2020 43 % und 2025 95 % erreichen wird, wodurch sie zur Standardausstattung für Automobile wird. Die Schlüsselfaktoren sind Intelligenz und das Einkommen durch Automobilsoftware und -dienstleistungen. Darüber hinaus wird der Aufstieg des 5G-Netzwerks auch das Internet der Fahrzeuge und das autonome Fahren katalysieren. 5G+V2X wird zu Produkten der nächsten Generation und Informationssicherheit wird wichtiger werden.

Europa übernahm den C-V2X-Standard im September 2019, und die Vereinigten Staaten verabschiedeten den C-V2X-Standard im November 2019. China übernahm C-V2X im Januar 2020 als einzigen Kommunikationsstandard für Telematik und begann mit dem kleinflächigen Einsatz von Straßenstationen (RSU) im ganzen Land. Der kleinflächige OBU (4G+C-V2X) wird bis Ende 2021 in die Testphase übergehen. Es wird geschätzt, dass zwischen 2021 und 2025 4G/5G in Kombination mit C-V2X koexistieren wird. Im Jahr 2025 wird 5G+V2X in großem Maßstab eingesetzt, hochpräzise Positionierung und Karten werden wichtiger.

Das Internet der Fahrzeuge kann in Fahrzeuge, Straßen und die Cloud unterteilt werden. Derzeit kann Arrow Electronics bereits Referenzdesigns für T-Box, OBU, RSU und Kameras bereitstellen und wird Anfang 2021 eine mobile App einführen, um die Instabilität von 4G(LTE)-Signalen zu überwinden.

Arrow Electronics hat seit 2018 T-Box-Referenzdesigns auf den Markt gebracht. Die neueste T-Box-Lösung kombinierte 2020 4G mit C-V2X für OBU (oder RSU). Es wird erwartet, dass das 5G+C-V2X OBU (oder RSU) Referenzdesign in der zweiten Hälfte des Jahres 2021 auf den Markt kommt. Heute nutzt die 4G+C-V2X-Version den NXP i.MX8QX-Anwendungsprozessor zur Verarbeitung des V2X-Protokolls, die Quectel AG35 und AG15 Kommunikationsmodule, der S32K14X Mikrocontroller verwaltet die systemübergreifenden Nachrichten im Fahrzeug, zusammen mit Vihays Stromschutz und Superkondensator als Backup-Stromversorgung, außerdem Molex's Stecker und Antenne zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und der RF-Signalstärke.

Unser 4G+C-V2X OBU (oder RSU) besteht aus 3 Boards: Main-MCU-Board, CORE-Board und Wi-Fi-Board. Das Main-MCU-Board besteht aus Quectel AG35- und AG15-Kommunikationsmodulen und zugehörigen Schnittstellen. Das CORE-Board verfügt über einen i.MX8-Prozessor mit eingebettetem SDK und V2X-Protokoll. Wir bieten kostenlose und kostenpflichtige Lizenzen für bewährte V2X-Protokoll-Stacks im Wuxi-Testgelände an. Mit zuverlässiger Kommunikation (500-800m), sehr geringer Latenz von 50ms und hochpräzisen Positionierungsfähigkeiten sowie Sicherheitsstart und Firmware-over-the-Air (FOTA)-Funktionen, Cloud-Plattform und Anwendungssoftware zur Produktauswertung und Simulation, um die Markteinführungszeit zu verkürzen.

NXP bietet leistungsstarke Telematik-Prozessoren und Mikrocontroller

NXP hat eine Serie von Mikroprozessoren (MPU) und Mikrocontrollern (MCU) für mobile Telematik-Anwendungen (C-V2X) vorgestellt. Die Produkte decken die i.MX-Familie ab, hauptsächlich die Produkte der i.MX 8DX Familie. Ob beim Upgrade von alten T-Box-Produkten oder beim Design von T-Box-Produkten von Grund auf, der i.MX 8DX ist ein sehr geeignetes SoC.

i.MX Prozessoren umfassen hauptsächlich die High-End-Modelle iMX 8QuadMax, iMX 8QuadPlus, iMX 8DualMax und die Mittelklasse-Modelle iMX 8QuadXPlus, iMX 8DualXPlus, iMX 8DualX sowie die neuesten kostengünstigen Versionen iMX 8DXL und iMX 8SXL.

Verglichen mit dem Mittelklasse-iMX 8DualX hat der High-End iMX 8QuadPlus/iMX 8DualX vier Cortex-A35-Kerne/zwei Cortex-A35-Kerne, 32-Bit-DRAM DDR3L/LPDDR4, 4K VPU, zwei AVB-fähige Gigabit-Ethernet-Verbindungen, eine USB 3.0-Schnittstelle und eine USB 2.0-Schnittstelle, während der iMX 8DualX zwei Cortex-A35-Kerne, 16-Bit-DRAM DDR3L/DDR4L, 1080P VPU, eine Gigabit-Ethernet-Verbindung mit einer 100-Megabit-Ethernet-Verbindung und zwei USB 2.0-Schnittstellen hat.

Der neu eingeführte i.MX 8DXL/SXL verzichtet auf den DSP-Kern und unterstützt weder GPU noch VPU, jedoch ist die Ethernet-Funktionalität gestärkt. Er verfügt über zwei Gigabit-Ethernet-Anschlüsse, die das AVB/TSN-Protokoll unterstützen und eine verbesserte Sicherheitsleistung bieten. In einem kleinen Gehäuse verfügbar, verwendet er eine sechsschichtige Platine anstelle einer achtschichtigen Platine, und die HDI-Platine wird ebenfalls entfernt, um die BOM-Kosten zu senken. Wenn Kunden USB 3.0 benötigen, ist die Wahl des iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus geeignet.

Um das i.MX 8DXL/SXL des neuen Produkts abzustimmen, hat NXP auch einen kompatiblen Power-Management-Chip eingeführt. Zuvor wurde es mit einem PF8100 oder PF8101 kombiniert, während das neue Produkt mit einem PF7100 abgestimmt wurde, um höhere Leistung und Effizienz zu bieten, die EMC zu minimieren, die Größe zu optimieren und dem ASIL-B-Anwendungsstandard zu entsprechen.

Zusätzlich hat NXP auch ein S32K MCU mit iMX SoC eingeführt, das eine Vielzahl von Modellen und Spezifikationen unterstützt. Der Flash-Speicher reicht von 128K bis 8MB, SRAM reicht von 16K bis 1152K, eDMA kann bis zu 32 Kanäle unterstützen, und es sind verschiedene unterstützte Gehäusespezifikationen und Sicherheitsbestimmungen verfügbar. Im Vergleich zur S32K1-Serie ist die S32K3-Serie auf einen M7-Kern in der Effizienz mit Unterstützung von bis zu vier Kernen, auf 320 MHz in der Frequenz und auf 8MB im Speicher von 2MB aufgerüstet. Die Sicherheitsfunktion unterstützt nicht nur symmetrische Verschlüsselung, sondern auch asymmetrische Verschlüsselung. Die OTA-Funktion unterstützt auch A/B-Tausch, Firmware-Rollback usw. Die unterstützten Sicherheitsbestimmungen wurden von ASIL B auf ASIL B/D aufgerüstet. Ethernet unterstützt auch TSN und AVB-Protokolle sowie 8-Kanal CAN FD und unterstützt eine I3C-Schnittstelle und schnellere Übertragungsgeschwindigkeit. Verfügbar in einem NXP-spezifischen MaxQFP-Gehäuse, ist die Größe im Vergleich zum LQFP-Gehäuse um bis zu 65 % reduziert.

Der Superkondensator von Vishay bietet eine Notstromversorgung für Telematik-Anwendungen

Was ist die Notstromversorgung? Wenn die Hauptstromversorgung ausfällt, schaltet das System auf die Notstromversorgung um, um die Stromversorgung zu ersetzen. Die Notstromversorgung für Fahrzeuge wird in der Regel verwendet, um die Hauptstromversorgung zu ersetzen, wenn die Hauptbatterie nicht mehr funktioniert, und um Backup-Strom bereitzustellen und nachfolgende Arbeiten wie das Speichern von Daten oder das Übertragen von Daten an die Cloud-Plattform zu handhaben. Ob die Notstromversorgung solche Arbeiten bewältigen kann, ist besonders wichtig.

Wenn ein T-Box mit 12V Eingang und 3,3V Ausgang zu einem NXP S32K144 Kernchip und AG35 LTE4G Chip als Beispiel genommen wird, gibt es bei der Verwendung eines Superkondensators zur Gestaltung der Backup-Stromversorgung zwei Ansätze. Einer ist, den Superkondensator direkt an 12V anzuschließen. Da der Superkondensator normalerweise 3V oder 2,7V beträgt, erfordert dieser Ansatz das Verbinden mehrerer Superkondensatoren in Serie, um alle Stromquellen abzudecken, wobei der Kapazitätswert sinkt. Der andere Ansatz besteht darin, den Superkondensator an eine 3,3V Kernstromversorgung anzuschließen. Da die meisten Systeme ihren Betrieb eingestellt haben, wenn ein Unfall passiert, muss nur die Kernstromversorgung bereitgestellt werden, wodurch der Kapazitätswert höher, die Kosten niedriger und die Größe kleiner wird. Der Nachteil ist, dass einige Chips möglicherweise hochtransformiert werden müssen.

Wenn man den Betrieb eines LTE-Systems als Beispiel nimmt, beträgt seine höchste Betriebsspannung 3V, die niedrigste 2,5V, und jeder Entladevorgang beträgt 2A, was 500ms dauert. Laut der Formel benötigt jeder Impuls 71,4mV. Wenn sieben Impulse benötigt werden, um die Datenübertragung abzuschließen, sind insgesamt 500mV erforderlich. 3V minus 500mV ergibt genau 2,5V, also die niedrigste Betriebsspannung. Gemäß der Formel wird ein Superkondensator mit einem Kapazitätswert von 14F benötigt. Vishay bietet einen Online-Rechner an. Sobald die oben genannten relevanten Parameter eingegeben werden, können Sie wissen, welchen Kapazitätswert Sie für Ihren Superkondensator verwenden müssen. Sie können auch direkt auf das Datenblatt des entsprechenden Produkts zugreifen, um sich zu informieren.

Der Superkondensator hat auch zwei Schaltungsdesigns. Das erste besteht darin, den Superkondensator an eine 3,3V-Quelle im System anzuschließen, während das zweite darin besteht, den Superkondensator parallel zur Batterie zu verbinden. Im ersten Verfahren kann der Superkondensator geladen werden, solange die 3,3V-Quelle im System vorhanden ist. Wenn die Hauptstromversorgung ausfällt, übernimmt der Superkondensator die Entladung, bis er auf 2,5V abfällt. Mit einem größeren Kapazitätswert kann der Superkondensator, wenn die 3,3V-Quelle wiederhergestellt wird, automatisch geladen werden, ohne zu viel manuelle Wartung und mit niedrigerer Stützspannung. Im zweiten Verfahren wird der Superkondensator parallel zur Batterie angeschlossen, sodass mehr Superkondensatoren in Reihe geschaltet werden müssen, was zu einem kleineren Kapazitätswert, höherer Stützspannung, größerer Größe und Einschaltstrom führt, die bewältigt werden müssen.

Vishay bietet hauptsächlich zwei Serien von Superkondensatoren für V2X-Anwendungen an, nämlich die 220ED2C und 230EDLC-HV. Die 220ED2C hat eine Nennspannung von 2,7V und die 230EDLC-HV hat eine Nennspannung von 3V. Die 230EDLC-HV bietet Nennkapazitätswerte von 8F bis 60F, kann mehr als 1000 Stunden bei 85℃ betrieben werden und lässt sich schnell laden und entladen. Darüber hinaus können die Superkondensatoren bei niedrigen Temperaturen durch einen NTC-Temperatursensor und eine Dickschicht-Widerstandsheizung betrieben werden, und beide Serien unterstützen die AEC-Q200-Zertifizierung für Automobilstandards.

Molex bietet stabile FAKRA-Steckverbinder für Fahrzeuge

Für Telematik-Anwendungen muss ein stabiler Steckverbinder verwendet werden, um den stabilen Betrieb des Systems zu gewährleisten. Der FAKRA-Steckverbinder von Molex ist die geeignetste Lösung. Im ursprünglichen deutschen Sinne bedeutet FAKRA "Automobilexperte". FAKRA-Steckverbinder stammen von der SMB-RF-Steckverbinder-Schnittstelle ab, und sein entsprechender Name unterscheidet sich von anderen Steckverbindern; z. B. wird die Buchse als männlicher Kontakt und der Stecker als weiblicher Kontakt bezeichnet.

In Automobilen gibt es hauptsächlich vier Arten von Signalkonnektoren, darunter Koaxialverbindungen mit FAKRA-Steckverbindern, Glasfaserverbindungen, elektrisch geschirmte Verbindungen (wie USB und LVDC) und drahtlose Verbindungen (wie Antennen). FAKRA wird hauptsächlich für die Verbindung von Karten- und Navigationssystemen, Fernseh- und Videodisplays, digitale Signalausstrahlung, Smartphones, schlüssellosen Zugang und Start, Reifendrucküberwachung, Lenkrad-/Sitzvorheizung, Abstandsregelung und automatische Bremssysteme verwendet.

Die traditionellen FAKRA-Verbindungen in Automobilen verwenden 11 Farben und entsprechende Codes. Zum Beispiel ist Code C eine blaue Leitung, die mit GPS-Systemen verbunden ist, Code E ist eine grüne Leitung, die mit der TV 1-Signalleitung verbunden ist und häufig zum Rückfahrbild verwendet wird. Die neue Generation von FAKRA-Steckverbindern fügt drei Codes und Farben hinzu, nämlich Code L ist karmesinrot, Code M ist pastellorange und Code N ist pastellgrün, sodass Ingenieure, die Fahrzeugausrüstungen entwerfen, mehr Auswahlmöglichkeiten haben und diese Steckverbinder in verschiedenen neuen Anwendungen eingesetzt werden können.

Molex bietet eine Vielzahl von SMB-FAKRA-Steckverbindern an, darunter einige PCB-Steckverbinder und Kabelbäume. Molex ist seit 2002 ein langjähriger Partner führender Autoausrüstungshersteller und verfügt über eine umfangreiche Produktdatenbank, die über 400 aktive Artikelnummern bietet. Außerdem unterstützt Molex hochgradig kundenspezifische Produkte wie vierfach FAKRA, zweifach FAKRA, wasserdichte FAKRA (IP-69K), Kabelbäume usw., um die unterschiedlichen Designanforderungen der Kunden zu erfüllen.

Fazit

Telematik ist derzeit eine der vielversprechendsten Marktanwendungen. Arrow Electronics bietet zusammen mit NXP, Vishay, Molex und anderen Herstellern bewährte und vollständige Lösungen an und wird der beste Partner für diejenigen sein, die in den Telematikmarkt einsteigen möchten. Arrow Electronics bietet eine Vielzahl von Produkten und technischen Dienstleistungen von relevanten Herstellern an, die Ihnen helfen werden, Marktchancen schnell zu nutzen.