Entwicklung eines hochpräzisen Stromsensors nach ASIL-C

Das Projekt auf einen Blick: Für einen Hersteller von Sicherheitssystemen für die Automobilindustrie entwickelte Promwad zwei Stromsensoren für ein pyrotechnisches Auslösesystem: eine einfachere Variante und eine hochpräzise Version, die den Shunt-Widerstand in einem Batteriemanagementsystem (BMS) ersetzt. Die gemäß ISO 26262 und ASIL-C entwickelte Lösung kombiniert einen digitalen Hall-Sensor von Melexis (über LIN/UART) mit einem analogen Hall-Sensor von Allegro zur redundanten Messung, einen Microchip ATSAMC21 als Hauptmikrocontroller, einen PIC16 als Backup-Mikrocontroller sowie eine CAN-Schnittstelle. Das System misst Ströme im Bereich von ±1700 A, überwacht den Zustand des Zündelements und die Versorgungsspannung und gibt bei Überstrom ein Fehlersignal aus. Daraufhin kann ein anderes Steuergerät (ECU) die pyrotechnische Sicherung auslösen und die Batterie vom Stromkreis trennen.

Kunde & Herausforderung 

Ein Hersteller von Sicherheitssystemen für die Automobilindustrie beauftragte uns mit der Entwicklung von zwei Stromsensortypen für sein pyrotechnisches Auslösesystem: einem einfachen Sensor und einem Stromsensor mit besonders kurzer Reaktionszeit. Das Hauptziel bestand darin, ein Gerät zu entwickeln, das bei übermäßiger Stromentnahme aus der Batterie ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Signal sollte die Auslösung des pyrotechnischen Trennelements und damit die Trennung der Batterie vom Stromkreis ermöglichen. Das System musste den Zustand des Zündelements überwachen, die Strommessung innerhalb eines definierten Bereichs sicherstellen und die Versorgungsspannung kontrollieren.  

Lösung 

1. Zusammenarbeit mit dem Kunden 

Unsere Zusammenarbeit basierte auf einem Time-and-Materials-Vertrag (T&M). Im Rahmen dieser Vereinbarung waren drei Firmwareingenieure am Projekt beteiligt. In wöchentlichen Besprechungen wurde der allgemeine Projektfortschritt erörtert. Die technischen Teams standen täglich im Austausch, um konkrete technische Fragen zu klären.

2. Entwicklung des Stromsensors 

Unser Team entwickelte und implementierte einen Stromsensor, der die Sicherheitsanforderungen der Automobilindustrie erfüllte. Zu den wichtigsten Funktionen des Geräts gehörten: 

• Stromüberwachung im Bereich von ±1700 A zur Gewährleistung der Sicherheit und optimalen Funktion des pyrotechnischen Auslösesystems. 
• Überwachung des Zündelementzustands. Das Gerät lieferte Informationen darüber, ob das Zündelement aktiv, inaktiv oder beschädigt war. 
• Überwachung der Versorgungsspannung zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems und zur Vermeidung möglicher Ausfälle. 
• Erzeugung eines Fehlersignals bei übermäßiger Stromentnahme. Ein anderes Steuergerät (ECU) nutzte dieses Signal, um das pyrotechnische Trennelement auszulösen und die Batterie vom Stromkreis zu trennen. Dadurch wurde die Sicherheit erhöht. 
• Kommunikation über pulsweitenmodulierte Signale (PWM) mit einem definierten Tastgrad für eine effiziente und zuverlässige Datenübertragung. 

Der zweite hochpräzise Stromsensor wurde gemäß ASIL-C (Automotive Safety Integrity Level) entwickelt, um den Shunt-Widerstand im Batteriemanagementsystem (BMS) zu ersetzen und gleichzeitig die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Strommessung zu verbessern. 

Bei der Entwicklung des Stromsensors verwendete Hardwarekomponenten: 

• Hall-basierter Stromsensor von Melexis mit integriertem Mikrocontroller und digitalem Ausgang über LIN/UART. Er wurde für präzise digitale Strommessungen in das System integriert. 

• Hall-basierter Stromsensor von Allegro MicroSystems mit analogem Ausgang. Er ergänzt den Melexis-Sensor, sorgt für Redundanz und gewährleistet eine zuverlässige Strommessung. 

• Hauptmikrocontroller (Microchip ATSAMC21) diente als zentrale Verarbeitungseinheit für die Datenanalyse und Steuerung und gewährleistete eine hohe Rechengenauigkeit und Effizienz. 

• Zweiter Mikrocontroller (Microchip PIC16) diente als redundanter Reserve-Mikrocontroller und erhöhte die Zuverlässigkeit des Systems. 

Das System verfügte über eine CAN-Kommunikationsschnittstelle, um eine zuverlässige Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des BMS sicherzustellen. 

Unsere Entwicklungswerkzeuge:

• Microchip MPLAB X IDE. Für die Entwicklung und Programmierung von Microchip-Mikrocontrollern zur effizienten Implementierung des Codes. 
• Melexis IDE (Eclipse-basiert). Für die Konfiguration und Optimierung der Parameter des Hall-basierten Stromsensors von Melexis. 
• TESSY. Für Unit- und Integrationstests zur Überprüfung der Zuverlässigkeit und Funktionsfähigkeit des entwickelten Systems. 
• Helix QAC. Für die statische Codeanalyse, um potenzielle Probleme frühzeitig im Entwicklungsprozess zu erkennen und zu beheben. 

Geschäftlicher Nutzen 

Unser Kunde erhielt zwei Stromsensoren zur Integration in sein neues Produkt, die die Anforderungen von ASIL-C und der Norm ISO 26262 für funktionale Sicherheit im Automobilbereich erfüllen. Mit diesen innovativen Lösungen, die den sich wandelnden Sicherheitsanforderungen der Automobilindustrie entsprechen, kann das Unternehmen einen größeren Kundenkreis erschließen und seinen Ruf als Anbieter fortschrittlicher Technologien stärken.