Ein Angebot von /

So werden Kfz-Frontkameras auch an heißen Sommertagen thermisch nicht überfordert

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Frontkamera-Module verfügen über Heizelemente zum Entfernen von Beschlag, der sich der Windschutzscheibe bilden und die Sicht behindern könnte.
Frontkamera-Module verfügen über Heizelemente zum Entfernen von Beschlag, der sich der Windschutzscheibe bilden und die Sicht behindern könnte. (Bild: Continental)

Sichtbasierte Fahrassistenzsysteme tragen entscheidend zur Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer bei. Die Frontkamera ist dabei unverzichtbar. Überhitzungen, die durch Sonneneinstrahlung oder das eingebaute Heizelement verursacht werden können, bergen aber die Gefahr, dass die Leiterplatte beschädigt wird. Wie lässt sich dies verhindern?

Wenn Sie sich heute überlegen würden, welches neue Auto sie sich kaufen sollen, treffen Sie unweigerlich auf den Begriff der Fahrassistenzsysteme (engl.: Advanced Driver Assistance System, ADAS), die sowohl den Komfort als auch die Sicherheit verbessern sollen. Die Funktionen reichen vom Spurverlassenswarner, die Fußgängererkennung, die automatische Notbremsfunktion, der Abstandsregeltempomat oder die Verkehrszeichenerkennung.

Was sich wie ein roter Faden durch alle diese Fähigkeiten zieht, ist die Tatsache, dass es stets um abzuwendende Gefahren oder um Ereignisse geht, die vom Fahrer bei Objekten auf der Fahrbahn eine bestimmte Reaktion erfordern. Fahrzeuge, die mit Frontkameras ausgestattet sind, erfassen visuell die Fahrbahn vor dem Fahrzeug und bieten Objekterkennungs-Funktionen. Mit Radar ausgerüstete Fahrzeuge können darüber hinaus präzise Entfernungsmessungen vornehmen.

System-Blockschaltbild einer Mono-Frontkamera.
System-Blockschaltbild einer Mono-Frontkamera. (Bild: TI)

Je nach den vom einzelnen Fahrzeug gebotenen Fahrassistenz-Funktionen gibt es gewisse Unterschiede bei den Frontkamera-Modulen. Die gängigen Bestandteile einer Kfz-Frontkamera sind in der Grafik dargestellt. Das Bild zeigt das Beispiel einer Frontkamera mit integrierter Verarbeitungseinheit. Als primäre Kommunikationsschnittstelle dient ein CAN-Interface (Controller Area Network). In einem Surround-View-System mit mehreren verteilten Kameras fallen die Prozessoren in den einzelnen Kameramodulen weg, und stattdessen nimmt ein zentrales elektronisches Steuergerät (engl.: Electronic Control Unit, ECU) die Verarbeitungsaufgaben wahr.

In einem solchen dezentralen Kamerasystem kommunizieren die einzelnen Kameras per FPD-Link III mit der ECU. Das Frontkamera-Modul ist häufig zwischen Windschutzscheibe und Rückspiegel angeordnet, damit es freie Sicht auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug hat. Allerdings ist das Frontkamera-Modul bei dieser Anordnung zwangsläufig dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt, was zu erhöhten Temperaturen in seinem Innern führt.

Frontkamera-Module verfügen über Heizelemente zum Entfernen von Beschlag, der sich der Windschutzscheibe bilden und die Sicht behindern könnte. Es ist notwendig, die Temperatur der Heizelements selbst und seiner Ansteuerschaltung zu überwachen, damit sichergestellt ist, dass der zulässige Temperaturbereich nicht verlassen wird. Hinzu kommt, dass auch das Power-Management-IC (PMIC) und der ADAS-Prozessor der Reihe Jacint TDAx Wärme erzeugen und damit zur Temperaturerhöhung im Innern der Frontkamera beitragen.

Der CMOS-Bildsensor ist bei Temperaturen bis 125 °C betriebsfähig, doch die Bildqualität wird bereits unterhalb dieser Marke beeinträchtigt. Ursächlich hierfür ist der höhere Strom und das stärkere Rauschen des Bildsensors bei zunehmender Temperatur. Ein aus Temperaturgründen beeinträchtigter Bildsensor aber kann sich negativ auf die Funktionsfähigkeit der eingangs erwähnten, auf Bildverarbeitung basierenden Sicherheitssysteme auswirken.

Ein Überschreiten der für viele FPD-Link-Serializer geltenden maximalen Umgebungstemperatur von 105 °C kann darüber hinaus dazu führen, dass die Kommunikation in einem verteilen Surround-View-Kamerasystem beeinträchtigt wird. Häufig verfügen das PMIC, der CMOS-Bildsensor, der FPD-Link-SerDes und die ADAS-Prozessoren über eingebaute Sensoren zur Messung der Die-Temperatur. Allerdings sind diese internen Temperatursensoren sehr ungenau, wenn es darum geht, eine genäherte Aussage über die Leiterplattentemperatur zu bekommen. Bei der Umsetzung einer effektiven Strategie für ein Temperaturmanagement auf der Leiterplatten-Ebene geht es deshalb nicht ohne externe Temperatursensoren.

Für Frontkamera-Module mit eingebauten ADAS-Prozessorfunktionen, wie sie von den Jacinto TDAx-Prozessoren geboten werden, steht mit dem TMP112-Q1 ein digitales Temperatursensor-IC zur Verfügung, das die Leiterplattentemperatur im Bereich zwischen -40 °C und +125 °C auf ±1 °C genau messen kann. Über das I²C-Interface kann der TMP112-Q1 direkt mit dem ADAS-Prozessor kommunizieren, was der Frontkamera ein vollständig autonomes Wärmemanagement ermöglicht und dem kritischen ADAS-Prozessor Schutz bietet. Für dezentrale oder Surround-View-Kameras stellt der LMT87-Q1 eine kosteneffektive Option dar, die die Leiterplattentemperatur in einem Temperaturbereich von -40 °C und +150 °C mit einer Genauigkeit von ±2,7 °C überwacht. Der analoge Ausgang des LMT87-Q1 lässt sich an die bifunktionalen GPIO/ADC-Pins des FPD-Link-SerDes anschließen, um die Temperaturdaten an das zentrale ADAS-Steuergerät zu übermitteln.

Infotainment bis Body-Elektronik: Wie lassen sich elektromagnetische Störgrößen eindämmen?

Infotainment bis Body-Elektronik: Wie lassen sich elektromagnetische Störgrößen eindämmen?

16.07.18 - Elektromagnetische Störgrößen stellen in vielen Designs ein ernstes Problem dar. Dies gilt insbesondere für Automotive-Anwendungen. Meist minimieren Designer die Ursachen beim Entwurf des Schaltplans und der Ausarbeitung des Layouts bereits an der Quelle, indem sie die Fläche von Schleifen mit steilen Stromflanken minimieren und die Anstiegsgeschwindigkeiten beim Schalten verringern. Was aber, wenn das nichts nützt? Und welche Alternativen bleiben? lesen

* basierend auf Unterlagen von Texas Instruments

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45413748 / Assistenzsysteme)