DETROIT (Convergence 2008) – 20. Oktober 2008 –. Freescale Semiconductor hat die bislang leistungsstärkste und komplexeste Motorcontroller-MCU vorgestellt, die eine breite Palette von Serienfahrzeugen abdecken kann.

Mit dem MPC5674F baut Freescale sein umfangreiches, auf der Power Architecture-Technologie basierendes Spektrum von 32-Bit Automotive-MCUs weiter aus. Die MPC5674F ist die Antwort des Unternehmens auf die Wünsche der Automobilindustrie nach einer präzisen Steuerung aller Motorereignisse. Entwickler können so den Verbrennungsprozess optimieren und die Motoren auf minimalen Verbrauch und weniger Abgase trimmen, ohne Kompromisse bei der Motorleistung einzugehen.

Die in 90-nm-Technologie gefertigte MPC5674F lässt mit ihrer Taktgeschwindigkeit von 264 MHz andere Powertrain-MCUs weit hinter sich. Dank dieser hohen MHz-Rate kann der Rechenkern mehr als 600 Millionen Dhrystone-Instruktionen pro Sekunde (DMIPS) abarbeiten – in etwa das 10-fache der Leistung heute in Motorsteuerungen eingesetzter Controller. Die Kombination aus enormer CPU-Leistung, modernsten Signalverarbeitungsfunktionen, Vierfach-ADCs (Analog-Digital-Converter) und 4MB auf dem Chip integriertem Flashspeicher, mit der die MPC5674F MCU aufwartet, kommt dem Bedarf nach hohen Rechenleistungen entgegen, die umweltfreundliche Antriebskonzepte voraussetzen. In diese Kategorie fallen Common-Rail Diesel-Einspritzsysteme ebenso wie Benzin-Direkteinspritzer, HCCI-Motoren (Homogeneous Charge Compression Ignition) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV).

“Angesichts immer schärferer Emissionsvorschriften und immer höherer Treibstoffpreise bemüht sich die Automobilindustrie um ein sauberes Abgasverhalten und einen geringeren Treibstoffverbrauch,” erklärte Amy Leong, für Marktforschung verantwortliche Dirketorin bei Gartner. “In den nächsten zehn Jahren werden wir verfolgen können, wie sich Sprit sparende Technologien immer schneller durchsetzen werden – und das gilt für alle Autos weltweit. Weiterhin gehen wir davon aus, dass heute noch als revolutionär bezeichnete Lösungen, die alternative Antriebskonzepte ohne schädliche Emissionen nutzen, ab 2015 in den Markt einfließen werden. Alle Innovationen in dieser Richtung hängen in hohem Maße von elektronischen Steuergeräten und damit von MCUs ab.” (Quelle: Gartner Inc. Pressemeldung, “Gartner erwartet, dass „grüne“ Fahrzeuge den Bedarf für Automotive-Mikrocontroller bis 2012 auf US$6,3 Milliarden treiben werden,” 20. August 2008)

Es werden zwar immer mehr Hybridfahrzeuge mit Elektroantrieb produziert, aber diese machen, was Produktionsstückzahlen und Umsatz angeht, immer noch einen verschwindend kleinen Prozentsatz aus. Führende Autohersteller arbeiten ständig daran, ihre konventionellen Benzin- und Dieselmotoren für die große Masse ihrer Fahrzeugen immer sparsamer zu machen, indem sie die Motorsteuerungselektronik verbessern. Mit der MPC5674F MCU steht eine leistungsstarke Technologie zur Verfügung, die Powertrain-Entwicklern dabei hilft, Kosten und Komplexität umweltfreundlicher Motoren der nächsten Generation – auch von Hybrid-Systemen – zu reduzieren.

“Mit der Einführung einer Powertrain-MCU, die alle Konkurrenzprodukte in den Schatten stellt, hat Freescale auf den dringenden Bedarf der Automobilindustrie nach Elektronik reagiert, die optimal auf die Steuerung umweltfreundlicher Antriebe abgestimmt ist,” erklärte Kevin Klein, bei Freescale weltweit für Automotive-MCUs verantwortlicher Manager. “Wir haben die MPC5674F in nur 12 Monaten vom Reißbrett in funktionierende Muster umgesetzt und helfen damit den Entwicklern, ihre Terminpläne für die Motorelektronik umweltfreundlicher Antriebskonzepte der nächsten Generation um Jahre zu beschleunigen. Darüber hinaus können Ingenieure dank des enormen Integrationsgrades und der virtuellen Sensorfunktionen des Bausteins viele externe Komponenten einsparen, was im Vergleich mit herkömmlichen Systemen die Systemkosten um nahezu 30 Prozent drücken kann. Modernste Energiespartechniken werden somit auch deutlich preisgünstiger.”

So werden Dieselmotoren sauberer

In modernen Dieselmotoren erfolgt die Treibstoffeinspritzung in mehreren Schüben, um das „Nageln“ zu eliminieren, das man von älteren Dieselmotoren kennt, und um den Anteil krebserregender Feinstaubpartikel im Abgas zu reduzieren. Die präzise Steuerung der Treibstoffeinspritzung in Common-Rail-Dieselmotoren setzt komplexe Berechnungen voraus, in die das richtige Einspritztiming, die Luftmenge und der Luftdruck sowie die Motortemperatur und die Batteriespannung einfließen.

Mit ihrem leistungsfähigen 264MHz Kern und ihrem Befehlsdurchsatz von 600+ DMIPS bietet die MPC5674F ausreichend Rechenleistung, um allen Anforderungen von Dieselmotoren gerecht zu werden. Die zwei Timer-Coprozessoren mit 64 Kanälen und einem eigenen RAM-Bereich von 30K können problemlos und flexibel komplexe Ereignisse rund um das Motortiming bewältigen.

Maximale Effizienz durch optimale Abstimmung

Will man Benzinmotoren auf geringsten Treibstoffverbrauch trimmen, so müssen Zündung und Treibstoffzufuhr ganz genau kontrolliert werden, und zwar mit komplexen Berechnungen, die das Einspritztiming, die Luftmenge und die Temperatur berücksichtigen. Der Betrieb des Motors mit magererem Gemisch – also mit weniger Benzin und mehr Luft – kann zwar einerseits die Reichweite erhöhen, andererseits aber für mehr Klopfen sorgen (ungleichmäßige Verbrennung im Zylinder), und zwar speziell dann, wenn vom Motor nicht genügend Drehmoment gefordert wird.

Motorentwickler benutzen eine ganze Reihe von Verfahren zur Klopferkennung, von Druckmessungen im Zylinder über Vibrationssensoren bis hin zu einer Messung des Ionisationsstroms an den Zündkerzensteckern. Diese Verfahren setzen eine enorme Menge an digitalen Filtervorgängen und Berechnungen voraus. Speziell die Druckmessung bedingt die Nutzung mehrerer A/D-Wandler sowie großer RAM- und Flashbereiche, um die großen Datenmengen und die komplexen Algorithmen verarbeiten zu können.

Mit ihrem leistungsfähigen 32-Bit Kern, den 64-Kanal-Timer-Co-Prozessoren, vier ADCs (eine Premiere für Powertrain-MCUs), auf dem Chip integrierter digitaler Signalverarbeitung und 256K Daten-RAM bietet die MPC5674F ein Höchstmaß an Rechenleistung und Funktionalität zur Verarbeitung komplexer Filter- und Rechenvorgänge für die unterschiedlichsten Klopferkennungsverfahren. Ingenieure können dank des hohen Integrationsgrades des Bausteins virtuelle Sensoren realisieren und so den Einsatz spezieller ASICs zur Klopferkennung vermeiden, was wiederum zur Kostensenkung auf Systemebene beiträgt.

Die Einhaltung von Emissionsvorschriften

Emissionsstandards und -vorschriften wie Euro IV, V und VI zwingen die Autohersteller dazu, den Verbrennungsvorgang im Motor sauberer ablaufen zu lassen und somit den Ausstoß von Treibhausgasen einzuschränken. Eine präzisere Abstimmung setzt eine größere Anzahl von Kalibriertabellen und Diagnoseinformationen voraus – mit einem höheren Speicherbedarf als Folge.

Die MPC5647F verfügt mit 4MB Flashspeicher über eines der größten Flash-Arrays in einer Powertrain-MCU und hilft damit Automobilentwicklern bei ihrer Aufgabe, die behördlich vorgegebenen Emissionswerte einzuhalten. Durch diese enorme Menge von integriertem Flashspeicher steht mehr als genügend nicht-flüchtiger Speicher zur Verfügung, um rechenintensive Modellierungsumgebungen und eine Autocode-Generierung zu unterstützen, ohne dass externe Speicher benötigt würden, die zusätzliche Kosten und Komplexität mit sich bringen würden.

Funktionsumfang der MPC5674F

• 264 MHz Power Architecture-Kern mit erweiterten DSP-Funktionen

• 4MB Flashspeicher mit Zugriffs-Beschleunigung für Zugriffe in typischerweise nur einem Taktzyklus

• Insgesamt 286K RAM (inklusive eTPU RAM,)

• Hardware-Decimationfilter, dadurch Nutzung der DMA als Antiklopffilter

• Zwei 64-Kanal eTPUs (enhanced Timer Processing Units)

• FlexRay™-Controller mit zwei Kanälen

• Vierfach-ADC mit 64 Kanälen

• 4 x FlexCAN

• 2 x eSCI, 4 x DSPI

• 4 x DSPI

• 64- + 32-Kanal DMA-Controller

• 416-Pin PBGA-Gehäuse

Umfassende Entwicklungsunterstützung

Die MPC5674F wird von einer umfangreichen Supportlandschaft aus Hard- und Softwareentwicklungstools unterstützt, die für Automotive-MCUs auf Basis der Power Architecture-Technologie optimiert wurden. Durch den Zugang zu dieser von Freescale und Drittfirmen angebotenen Toollandschaft vereinfacht sich die Komplexität der Applikationsentwicklung, und das Debuggen und die Validierung von Prototypen und Softwareintegration gehen deutlich schneller vonstatten. MPC5674F MCU stehen ab sofort für führende Automobilkunden zur Verfügung.