Ein Überblick über die Validierung von Steuergeräte-Kommunikationsprotokollen im Automotive Audio Management

Ein elektronisches Steuergerät (ECU) ist ein wichtiges eingebettetes System in der Automobilelektronik und steuert eines oder mehrere der elektrischen Systeme (oder Subsysteme) in einem Kraftfahrzeug. Diese Systeme, die auch als elektronische Steuermodule (ECM) bezeichnet werden, werden immer komplexer, sind aber für die neuesten Fortschritte in der Automobilfunktionalität, insbesondere im Bereich Infotainment und Fahrerassistenzsysteme (ADAS), immer wichtiger.

Die wachsende Zahl von Sensoren, die mit den Steuergeräten verbunden werden müssen, und die Notwendigkeit einer nahtlosen Kommunikation zwischen diesen Einheiten sind daher ein entscheidender Trend, der die globale Automobilindustrie vorantreibt.

Werfen wir einen kurzen Blick auf einen wichtigen Bereich der ECU-Aktivitäten - das Audio-Management im Auto.

Das Steuergerät, das für das Audiomanagement in einem Auto verantwortlich ist, spielt eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung eines nahtlosen Benutzererlebnisses. Ein solches Audiosystem erfordert in der Regel eine analoge Verkabelung und die Verbindung mit mehreren Mikrofonen, um Geräusche zu unterdrücken - eine Anforderung, die das Gewicht der Verkabelung eines Fahrzeugs erhöht und sich auf die Gesamtleistung auf der Straße auswirkt.

Mit den Fortschritten in der Kommunikationstechnologie werden wir Zeuge der Entstehung und Einführung verschiedener Paradigmen und Architekturen, die dieses Szenario unterstützen.

• Controller Area Network

Ein Controller Area Network (oder CAN) unterstützt Übertragungsraten von bis zu 1 Mbit/s. Es ist ein De-facto-Standard-Kommunikationsbus für die Kommunikation zwischen Steuergeräten.

• Medienorientierter Systemtransport

Media Oriented Systems Transport (MOST) unterstützt den Transport von Audio, Video und Daten mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 150 Mbit/s.

• Ethernet-Audio-Video-Überbrückung

Das Audio-Video-Bridging (AVB) -Protokoll ist Teil der IEEE802.1-Spezifikation, die eine bestehende Ethernet-Verbindung zur Unterstützung von Fahrzeuganwendungen erweitert. Es konzentriert sich auf die notwendigen Änderungen bei der Zeitsynchronisation und Latenz, um Audio- und Videoinhalte mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Mbit/s zuverlässig zu übertragen.

• Automobil-Audiobus

Ein Automotive Audio Bus (A2B) vereinfacht die gesamten Konnektivitätsanforderungen und ist speziell für Audioanwendungen optimiert. Durch die Verwendung der Master-Slave-Konfiguration mit der Möglichkeit, mehrere Slaves in Reihe zu schalten, können Geschwindigkeiten von bis zu 50 Mbit/s erreicht werden.

Audio-Management-Steuergeräte wie Verstärker verfügen über mehrere Schlüsselfunktionen, die die Audiowiedergabe im Fahrzeuginnenraum steuern. Ziel ist es, den Fahrgästen während der Fahrt eine angenehme Audioqualität zu bieten, die auch zur Unterstützung des Fahrers während der Fahrt genutzt werden kann.

Die Validierung von Audio-Management-ECUs umfasst Tests für:

• Klangregelung: Unter werden die grundlegendsten Funktionen des Audiostroms wie Lautstärke, Stummschaltung, Klangregler wie Bass, Höhen, Mitten, Fader, Balance und andere Parameter getestet, die für die Wiedergabe von Unterhaltung wichtig sind. Diese Steuerelemente werden als Nachrichten über einen Fahrzeugbus (wie CAN/MOST/Ethernet) vom Hauptgerät an die Audio-ECU gesendet.
  Das Testen von Audio-ECUs beinhaltet daher die Validierung dieser Steuerbotschaften gemäß den Protokollstandards.
  Der CAN-Bus ist das am weitesten verbreitete Protokoll für die Kommunikation zwischen Infotainment- und Audio-Steuergeräten. Aufgrund der begrenzten Datengeschwindigkeit werden jedoch auch MOST/Ethernet-Standards für nahtloses Audio-Streaming genutzt. A2B, das den Verkabelungsaufwand reduzieren kann, wird heutzutage zunehmend bevorzugt.
• Equalizer: Audio-Equalizer spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Wiedergabe von hochwertigem Audio in der Kabine. Diese werden von Systemingenieuren in realen Einsatzszenarien abgestimmt, und die daraus resultierenden Einstellungen werden als Referenz für das Testen der Equalizer-Audiokurven verwendet. Die Daten werden in der eigentlichen Software, die während der Produktion in die Steuergeräte geflasht wird, weiter abgestimmt.
• ADAS: Töne und Anzeigen mit kleinen Frequenzen sind für ein sicheres Fahren unerlässlich. Dazu gehören Töne wie Blinker, Anschnallzeichen und Tankanzeigen. Neben diesen grundlegenden Tönen haben sich in letzter Zeit Fahrerassistenzsysteme wie Spurhalteassistent, Einparkhilfe, Schlüsselsensoren, Heckkollisionswarnung und viele andere als wichtige Anforderungen herausgestellt.
• Geräuschunterdrückung: Um eine ruhige und lärmfreie Umgebung im Fahrzeugcockpit zu gewährleisten, ist die Eliminierung von Außengeräuschen eine notwendige Voraussetzung. Es gibt einige Kabinenmodi, die, wenn sie aktiviert werden, unerwünschte Frequenzen durch gut platzierte Mikrofone einfangen und Antiwellen zur Geräuschunterdrückung erzeugen. In einigen Fällen werden diese Gegenwellen auch in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder der Motordrehzahl erzeugt.
• Audioverbesserer: Um sicherzustellen, dass die Passagiere eine sitzzentrierte Audiowiedergabe erleben, nutzen die Autohersteller heute die virtuelle Platzierung von Audiokomponenten mit Surround. Diese Konfigurationen sind in der Lage, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und andere Geräusche im Fahrzeug zu berücksichtigen, um den gewünschten Unterhaltungspegel aufrechtzuerhalten.

Mit der Weiterentwicklung der Steuergeräte werden wir auch in Zukunft eine tiefgreifende Veränderung des Audioerlebnisses im Fahrzeug erleben.