Elektronikarchitektur für Automotive-Duftsysteme

Projekt auf einen Blick: Promwad entwickelte die Elektronikarchitektur für ein hochwertiges Fahrzeuginnenraum-Duftsystem auf Basis des Automotive-Mikrocontrollers NXP S32K. Der Leistungsumfang umfasste die Anforderungsanalyse, die Systemarchitektur, die Auswahl der Komponenten sowie eine vorläufige Stückliste (BOM), einschließlich der LIN-Fahrzeugintegration und der NFC-basierten Kartuschenidentifikation. Der Kunde, ein europäischer Tier-1-Zulieferer, erhielt eine validierte Architektur und eine umsetzbare Komponentenliste als Grundlage für das PCB-Layout und die anschließende Implementierungsphase.

Kunde & Herausforderung

Ein europäischer Tier-1-Zulieferer entwickelte ein Duftsystem für einen Premium-Automobilhersteller. Das mechanische Design war bereits abgeschlossen, der Elektronikumfang war jedoch noch offen: Es gab weder eine Architektur noch eine Komponentenauswahl oder Stückliste (BOM), und die Spezifikation befand sich weiterhin in der Entwicklung.

Ohne einen strukturierten Elektronikentwicklungsprozess bestand das Risiko, dass das Projekt mit nicht validierten Annahmen in die Implementierungsphase übergeht: Komponenten, die die Anforderungen an Automotive-Qualität nicht erfüllen, eine Architektur, die nicht zu den Integrationsvorgaben des Fahrzeugs passt, oder eine Stückliste (BOM), die sich während der Design Validation Tests (DVT) erheblich verändert. Der Kunde benötigte einen Engineering-Partner, der fundierte Entwicklungsentscheidungen treffen und eine belastbare Architektur entwickeln konnte, obwohl sich die Spezifikation noch änderte.

Lösung

Die Einheit befindet sich in der Mittelkonsole. Ein per PWM (Pulsweitenmodulation) geregelter Lüfter leitet Luft durch einen Duftflakon in den Fahrzeuginnenraum. Zwei Schrittmotoren arbeiten synchron: Einer öffnet den Luftkanal, während der andere den Flakon verriegelt. Wird das Fahrzeug ausgeschaltet, verschließt das System den Flakon automatisch, um ein Verdunsten des Duftstoffs zu verhindern.

Die Einheit kommuniziert über LIN (Local Interconnect Network) mit dem Fahrzeug. Der Fahrer stellt Duftintensität und Beduftungsintervalle über das HMI in der Mittelkonsole ein. Das System identifiziert den eingesetzten Duft mithilfe von NFC, überwacht die verbleibende Füllmenge und meldet beide Informationen in Echtzeit an das Fahrzeug.

Promwad entwickelte die Elektronikarchitektur nach diesem Prinzip.

Steuerplatine

Als Steuerung aller Subsysteme wurde der Automotive-Mikrocontroller NXP S32K ausgewählt, dessen Lieferverfügbarkeit für mehr als zehn Jahre garantiert ist. Der LIN-Transceiver ermöglicht die bidirektionale Kommunikation mit der HMI-Schnittstelle des Fahrzeugs: Befehle werden empfangen und Statusinformationen zurückgemeldet. Zwei Schrittmotortreiber arbeiten synchron und überwachen den mechanischen Widerstand, um den Mechanismus im Falle einer Blockierung zu schützen. Ein separater PWM-Treiber regelt die Drehzahl des Lüfters. Die Schutzschaltung schützt vor Verpolung, elektrostatischer Entladung (ESD) und Kurzschlüssen.

NFC-Subsystem

Ein Lesegerät auf einer separaten Platine liest den im Flakondeckel integrierten NFC-Tag aus und identifiziert den eingesetzten Duft. Die Antennen befinden sich auf separaten Leiterplatten, da das Metallgehäuse das NFC-Signal abschirmt. Sowohl der NFC-Reader als auch die Tag-Chips wurden aus der Automotive-NFC-Familie von NXP ausgewählt.

Firmware-Umfang

Das Team definierte den Funktionsumfang der Firmware: Synchronisierung der Motoren, Lüftersteuerung, NFC-Lesezyklen, kapazitive Füllstandsabfrage sowie LIN-Kommunikation mit dem Fahrzeug (Duft-ID, Füllstand, Verriegelungsstatus und Fehlercodes). Darüber hinaus wurde in der Architektur ein Pfad für Firmware-Updates über die Fahrzeug- bzw. Serviceinfrastruktur vorgesehen; der genaue Aktualisierungsmechanismus sollte während der Implementierungsphase festgelegt werden.

Das Konzept lässt sich vielseitig wiederverwenden: MCU plus NFC-basierte Kartuschenidentifikation plus elektromechanische Verriegelung plus Fahrzeug- oder Industriebus. Jedes Produkt, das auf einem austauschbaren, eindeutig identifizierbaren und verriegelbaren Modul basiert, kann diese Architektur nutzen.

• Luftqualität im Fahrzeuginnenraum. Ionisatoren, Luftreiniger und Mehrzonen-Duftsysteme mit austauschbaren Kartuschen

• Intelligente Dosiersysteme. Duft-, Desinfektions- oder Reinigungsmittelspender mit NFC-Kartuschenidentifikation und Füllstandsüberwachung

• HoReCa & Büros. Automatisiertes Duftmanagement für Hotels, Restaurants und gewerblich genutzte Räume

• Medizinische Inhalatoren. Geräte mit NFC-basierter Validierung der Medikamentenkartusche und Überwachung des Dosisstands

• Industrielle Dosiersysteme. Präzisionsdosieranlagen mit elektromechanischer Verriegelung und Feldbuskommunikation

Ergebnisse

Der Kunde verfügt über eine validierte Elektronikarchitektur und eine Komponentenliste, die für das PCB-Layout bereit ist.

Promwad definierte bereits vor Beginn der Schaltplanentwicklung die Steuerplatine, das NFC-Subsystem, den LIN-Kommunikationspfad, die Steuerlogik für Motoren und Lüfter, die Schutzschaltungen sowie die Aufgaben der Firmware.

Dadurch erhielt der Tier-1-Zulieferer eine klare technische Grundlage und konnte drei spezifische Risiken in späten Entwicklungsphasen reduzieren: Konflikte der NFC-Antenne aufgrund des Metallgehäuses, Änderungen an der Stückliste (BOM) während der Design Validation Tests (DVT) sowie Probleme bei der Motorsteuerung, die typischerweise erst während der Hardwaretests sichtbar werden.

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