Wie sich mit FRAMs Unfalldaten zuverlässig speichern lassen

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Fünf wichtige Merkmale eines Ereignisdatenspeichers

Ein Ereignisdatenschreiber muss folgende zentrale Merkmale aufweisen:

• Präzision,

• Datenerfassung,

• Datenspeicherung,

• Überlebensfähigkeit,

• Wiederherstellbarkeit.

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Bei einem Unfall werden Diagnoseinformationen zahlreicher Sensoren in verschiedenen Bereichen des Fahrzeugs an den UDS gesendet. Dort werden die Daten interpretiert, und der Controller im UDS löst einen Steuervorgang aus. Basierend auf den Sensordaten entscheidet ein Crash-Erkennungsalgorithmus, ob die Airbags ausgelöst werden sollen. Die Crash-Erkennung verwendet einen prädiktiven Algorithmus, der mit Kalibrierwerten für eine Vielzahl von Aufprallzuständen arbeitet. Dieser prädiktive Algorithmus muss typischerweise innerhalb von 50 ms nach dem Aufprall die Entscheidung über ein Auslösen des Airbags treffen. Bild 2 zeigt ein typisches Blockschaltbild für einen UDS.

Das UDS-Modul überwacht die Sensordatenwerte kontinuierlich und speichert sie in einem Ringpuffer, der herkömmlicherweise im RAM des Controllers eingerichtet ist. Bild 3 zeigt ein UDS-Modul in einem Fahrzeug, und Bild 4 zeigt den inneren Aufbau eines UDS-Moduls.

Daten bleiben mindestens 5 bis 10 Sekunden im Ringpuffer

Der UDS muss Daten sehr feingranular aufzeichnen können. Zur exakten Darstellung und Rekonstruktion des Unfallhergangs werden typischerweise Sensordaten-Stichproben in Intervallen von 5 bis 8 ms benötigt. Die Daten der einzelnen Sensoren verbleiben für mindestens 5 bis 10 s im Ringpuffer, bevor sie von neuen Datensätzen überschrieben werden.

Diagnostiziert nun das Airbag-Sensorsystem einen Aufprall, wird die Aktualisierung des Puffers ausgesetzt, und die Verarbeitung zum Auslösen des Airbags beginnt. Zu diesem Zeitpunkt werden der Zustand des Sitzgurtschalters am Fahrersitz, des Beifahrerairbag-Schalters, der Zustand der Warnlampe und die Zeit bis zur Auslösung erfasst und im RAM zwischengespeichert. Die kritischen Parameterwerte, anhand derer entschieden wurde, den Airbag auszulösen, werden ebenfalls im RAM abgelegt. Nach Ablauf von 150 ms seit Aktivierung des Algorithmus werden die im RAM zwischengespeicherten Daten in einen nichtflüchtigen Speicher transferiert. Ein EEPROM beispielsweise benötigt ca. 700 ms, um all diese Informationen dauerhaft aufzuzeichnen.

Das Airbag-Steuermodul braucht eine zuverlässige Reservestromversorgung

Deswegen muss das Airbag-Steuermodul eine zuverlässige Reservestromversorgung für mindestens 700 ms gewährleisten, damit kritische Datenverluste vermieden und alle Daten aus dem RAM sicher ins EEPROM geschrieben werden können. Steht die benötigte Stromreserve nicht zur Verfügung, können später möglicherweise keine Daten aus dem Unfalldatenschreiber gewonnen werden.

Eine solche Situation könnte sich etwa bei einem plötzlichen Totalausfall der Stromversorgung während einer Kollision ergeben. In dieser Situation wird die gesamte Stromreserve des Airbag-Steuermoduls (in der Regel ein Kondensator) vorrangig zum Auslösen der Airbags eingesetzt. Ist kein Strom für den Datenschreiber übrig, werden keine Daten gespeichert, obwohl die Airbags gegebenenfalls erfolgreich ausgelöst wurden.

Ist ein Datensatz über einen Airbag-Einsatz einmal im nichtflüchtigen Speicher aufgezeichnet, kann er dort von Technikern und Ermittlern weder gelöscht noch verändert werden. Alle gespeicherten Daten können später wiederhergestellt werden, wozu geeignete authentische Software und Schnittstellenhardware benutzt wird.

Vorteile von FRAMs gegenüber EPROMs und Flash-Speicher

FRAM hat gegenüber anderen nichtflüchtigen Speichern wie EEPROM und Flash drei zentrale Vorteile für die Anwendung in Unfalldatenschreibern. Erstens sind in einen FRAM geschriebene Daten sofort nichtflüchtig. Das ist wichtig für Anwendungen mit präzisen Timinganforderungen, in denen die wichtigsten Daten bei Systemausfällen erhöhten Risiken ausgesetzt sind – wie zum Beispiel bei Ereignisdatenschreibern.

Zweitens hat FRAM mit 10¹⁴ Schreibzyklen eine um Größenordnungen höhere Schreiblebensdauer als EEPROM mit 106 oder Flash mit 105. Das macht FRAM ideal für mitlaufende Datenschreiber, bei denen konstant Daten geschrieben werden. Drittens hat FRAM eine sehr geringe Leistungsaufnahme und ermöglicht effiziente Schreib- und Lesevorgänge für Anwendungen, die mit begrenzten unabhängigen Stromquellen wie Batterien oder Kondensatoren auskommen müssen.

FRAM ist außerdem temperaturbeständiger. Seine Schreiblebensdauer und Datenhaltung leiden auch unter hohen Arbeitstemperaturen nicht. Viele EEPROMs sind nur bis 85 °C spezifiziert, was sie für Anwendungen in der Automobiltechnik disqualifiziert, die 125 °C benötigen. Bei dieser Temperatur fällt die Schreiblebensdauer von EEPROMs auf 105 ab.

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