Automotive-Sicherheits-MEMS-Sensoren für ADAS-Anwendungen

Moderne Fahrzeugsicherheitsarchitekturen erfordern eine präzise Bewegungserfassung über unterschiedliche dynamische Schwellenwerte hinweg, von feinen Fahrwerksbewegungen in der aktiven Stabilitätskontrolle bis hin zu abrupten Verzögerungen bei strukturellen Kollisionen. Bislang mussten automobile Tier-1-Zulieferer und Erstausrüster (OEMs) separate Trägheitssensoren für Low-g-Fahrwerksdynamik und High-g-Aufprallerkennung integrieren, was zu Bauraumbeschränkungen, getrennten Signalpfaden und komplexen Prozessen zur Einhaltung der funktionalen Sicherheit führte.

Um diesen integrationsbezogenen Hardware-Herausforderungen zu begegnen, kündigte STMicroelectronics eine dedizierte Familie von Kombinationssensoren an, die mehrachsige mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) für Beschleunigung und Drehraten in einem einzigen Gehäuse vereinen. Entwickelt, um passive Sicherheitssysteme und aktive Fahrdynamik innerhalb des automobilen Datenökosystems zu verbinden, bietet die Produktreihe eine standardisierte Bewegungserfassung für Anwendungen wie elektronische Stabilitätskontrolle, Überschlagserkennung, Airbagauslösung, Crashschutz und Radarstrahlstabilisierung.

Einheitliche Trägheitsmessarchitektur
Die Sensorserie kombiniert mehrachsige Sensorelemente in Einzelgehäusen, die der Norm ISO 26262 für funktionale Sicherheit entsprechen und eine vollständige interne Diagnoseabdeckung umfassen. Die Kommunikation mit elektronischen Steuergeräten (ECUs) erfolgt über SafeSPI, ein serielles Schnittstellenprotokoll nach Automobilstandard, das Diagnoseüberwachung, Frame-Überprüfung und Fehlererkennung direkt in den Datenübertragungsstrom einbettet.

Die Bauteile arbeiten in einem automobilen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +105 °C und zeichnen sich durch geringe Offset-Werte sowie minimale thermische Drift aus. Die integrierten Drehratensensoren bieten wählbare Messbereiche von plus oder minus 125, plus oder minus 250 oder plus oder minus 350 Grad pro Sekunde (dps). Die chipinterne Signalaufbereitung umfasst einen integrierten Tiefpassfilter mit auswählbaren 3-dB-Grenzfrequenzen zwischen 12,5 Hz und 400 Hz, kombiniert mit einem optionalen, schnell startenden einpoligen Hochpassfilter zur Unterdrückung niederfrequenter mechanischer Störungen.

Vier pinkompatible Gerätekonfigurationen decken spezifische Bewegungsprofile entlang der Fahrzeugachsen ab:

Die Erfassung der Linearbeschleunigung ist in zwei Messbereiche unterteilt. Die Low-g-Kanäle bieten nominale Messbereiche von plus/minus 1,50 g bis plus/minus 34 g für Fahrwerks- und Fahrdynamik. Für transiente Vorgänge und Crashdynamik stellen die Medium-g-Beschleunigungsstufen Messspannen von plus/minus 15,5 g bis plus/minus 150 g bereit. Jeder Messpfad arbeitet über unabhängige Signalverarbeitungsketten, um kanalübergreifendes Rauschen zu vermeiden und den dynamischen Bereich beizubehalten.

Gehäuse- und Fertigungsintegration
Alle vier Sensorvarianten sind in standardisierten 24-Pin-QFN-Gehäusen (Quad Flat No-Lead) mit den Abmessungen 6 mm mal 6 mm mal 1,90 mm untergebracht. Um eine automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) in der automobilen Großserienfertigung zu unterstützen, verfügen die Gehäuse über benetzbare Flanken (Wettable Flanks). Dadurch können automatische optische Inspektionssysteme (AOI) die Integrität der Lötstellen prüfen, ohne dass eine dedizierte Röntgenprüfung erforderlich ist.

Die Produkteinführung markiert die erste Erweiterung des Portfolios für den automobilen Massenmarkt infolge der Übernahme des Geschäfts für automobile und industrielle MEMS-Sensoren von NXP Anfang 2026. STMicroelectronics untermauert die Bauelemente mit einer 15-jährigen Verfügbarkeitsgarantie, um Fahrzeugplattformen mit langen Lebenszyklen vor Bauteilabkündigungen zu schützen.

Marktkontext und technische Integration
Inertiale Messeinheiten (IMUs) spielen eine zentrale Rolle in fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS), indem sie die Fahrzeuglokalisierung und Orientierung aufrechterhalten, wenn satellitengestützte Ortung oder optische Sensoren umgebungsbedingte Signalausfälle oder mechanische Verdeckungen erfahren. Das Marktforschungsunternehmen Omdia prognostiziert für Trägheitsmesseinheiten von 2025 bis 2030 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 17,7 Prozent, angetrieben durch die zunehmende Sensordichte für höhere Stufen des autonomen Fahrens.

Simone Ferri, Executive Vice President der MEMS-Subgruppe bei STMicroelectronics, erklärte, dass die Zusammenfassung dieser Sensorfunktionen auf einer einzigen Plattform die elektronische Architektur vereinfacht, Entwicklungszyklen verkürzt und die erforderliche Skalierbarkeit schafft, um fortschrittliche Sicherheitsmesstechnik in automobile Massenmarktsegmente zu überführen.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren.

Trägheitssensoren für die Fahrwerksregelung und die passive Sicherheit im Automobilbereich unterliegen traditionell den Qualifikationsstandards nach AEC-Q100 sowie den Anforderungen an die Sicherheitsintegrität nach ISO 26262 (ASIL), wobei üblicherweise ASIL B für dynamische Stabilitätsfunktionen und ASIL D für primäre passive Sicherheitssysteme angestrebt werden. Die Verwendung von SafeSPI (standardisiert durch das SafeSPI-Konsortium) stellt eine standardisierte serielle Busalternative zu herkömmlichen Automobilprotokollen dar und definiert 16-Bit- bis 32-Bit-Zyklische Redundanzprüfungen (CRC) sowie Statusmeldungen im Signalband, um die Integrität der Kanaldaten zwischen Sensor und Host-Mikrocontroller zu verifizieren.

Innerhalb der automobilen Zuliefererstruktur unterscheiden sich integrierte Kombinationssensoren von diskreten Einzelfunktions-Sensorarchitekturen durch eine Reduzierung der Leiterplattenfläche um bis zu 50 Prozent sowie eine Verringerung parasitärer Induktivitäten, die mit externen Verbindungen zwischen mehreren Chips einhergehen. Benchmark-Bausteine in dieser Kategorie – wie etwa etablierte mehrachsige IMU-Module von Automobilzulieferern wie Bosch Sensortec (z. B. SMI-Serie) oder Murata (z. B. SCC-Serie) – trennten Wank-, Nick- und Gierkanäle historisch in diskrete Gehäuse oder dedizierte Cluster. Die Integration einer zweistufigen Beschleunigungsmessung (präzises Low-g-Dynamik-Tracking neben Medium-g-Schwellenwerterfassung für Kollisionen) mit Gier- oder Rollgyroskopen in einer Grundfläche von 6 mm mal 6 mm spiegelt den aktuellen Trend hin zu Domänen- und Zonenarchitekturen in Kraftfahrzeugen wider, bei denen lokale Sensorknotenpunkte eine vorgefilterte Signalaufbereitung durchführen, bevor Zustandsdaten über das CAN-FD- oder Ethernet-Netzwerk des Fahrzeugs übertragen werden.

Herausgegeben von Evgeny Churilov, Induportals Media – Angepasst durch KI.

www.st.com