Nahtlose Konnektivität für Fahrzeugnetzwerke

Unsere Interaktion mit dem Auto wird zunehmend durch die Elektronik bestimmt. Vor langer Zeit waren wir mächtig stolz auf eingebaute Navis und Freisprecheinrichtungen.

Mai 13, 2024
Wie der Entwicklungstrend der Zonenarchitektur die Datenübertragung in Fahrzeugen verbessert
Wie der Entwicklungstrend der Zonenarchitektur die Datenübertragung in Fahrzeugen verbessert

Wie der Entwicklungstrend der Zonenarchitektur die Datenübertragung in Fahrzeugen verbessert

Unsere Interaktion mit dem Auto wird zunehmend durch die Elektronik bestimmt. Vor langer Zeit waren wir mächtig stolz auf eingebaute Navis und Freisprecheinrichtungen.

Connected Vehicle

Die Fahrzeuge von heute sind vollgepackt mit innovativer Technik und können über Hunderte oder Tausende Halbleiter verfügen, die Smart-Funktionen und Elektroantrieb ermöglichen sowie die Sicherheit verbessern. Halbleiterchips schaffen auch mehr Komfort, von klimatisierten Sitzen bis hin zu individuellen Lichteffekten; in manchen Modellen werden die Funktionen durch mehrere Touchscreens oder Smartphone-Apps gesteuert.

Wir leben im Zeitalter des softwaredefinierten Fahrzeugs; dieser übergreifende Markttrend ermöglicht es den Herstellern, ihren Kunden ein höheres Maß an Service, Individualisierung und Komfort anzubieten.

Die Sicherheit steht natürlich an allererster Stelle; daher verfügen fast 93 % der Neufahrzeuge über mindestens ein modernes Fahrerassistenzsystem (FAS) [1]. Schätzungen zufolge verhindern FAS möglicherweise bis zu 1,6 Mio. Unfälle und Sachschäden von bis zu 36,7 Mrd. USD pro Jahr [2]. Ohne die Fortschritte im Bereich FAS und die durch Halbleiter ermöglichte Vernetzung innerhalb der Fahrzeuge wäre dies nicht möglich.

Die Zonenarchitektur als weiterer Trend im Automobilbereich kann zur Verwirklichung des softwaredefinierten Fahrzeugs beitragen. In der Zonenarchitektur werden die elektronischen Steuergeräte (ECU) nicht (wie in der sog. Domain-Architektur) nach ihrer Funktion, sondern nach ihrer Lage im Fahrzeug gruppiert. Mit diesen lagebasierten ECUs, die auch als Zonensteuergerät bezeichnet werden, soll durch die Nutzung vorhandener und neuer Netzwerkschnittstellen die Hard- und Softwarearchitektur der Fahrzeuge zentralisiert werden.

„Unser Unternehmen ist gut aufgestellt, um sämtlichen entscheidenden Kommunikationsanforderungen im Zuge der Umstellung in der Fahrzeugarchitektur Rechnung zu tragen“, erklärt Tsedeniya Abraham, Vizepräsidentin Schnittstellen in unserem Unternehmen. „Wir können die Entwickler beim Umgang mit demund der Vereinfachung des Spektrums an Datentypen unterstützen, das für eine Zonenarchitektur benötigt wird“.

Quote by Tsedeniya Abraham

Weniger Kabel, Nutzung von Protokollen

Mit der zunehmenden Anzahl von Sensoren und Aktoren im Fahrzeug wächst auch das Volumen der notwendigen Datenübertragung. Jedes ECU muss mit Sensoren, Aktoren und anderen ECUs kommunizieren, damit alle Fahr- und Sicherheitsfunktionen präzise ausgeführt werden können. Dies würde normalerweise Unmengen an Kabelbäumen für die Energie- und Datenübertragung im Fahrzeug erfordern.

Glücklicherweise werden durch die Zonenarchitektur die Anzahl der benötigten Kabel und damit auch Gewicht und Kostenaufwand verringert, sodass das softwaredefinierte Fahrzeug bestmöglich optimiert werden kann. Bekannte Kommunikationsprotokolle wie Ethernet, Controller Area Network (CAN) und Local Interconnect Network (LIN) bleiben auch zur Organisation dieser wachsenden Datenmengen unverzichtbar.

Sicherheitskritische Kommunikation, beispielsweise zur Unfallvermeidung, wird durch ultraschnelles Ethernet mit extrem geringer Latenz ermöglicht. Kostengünstige Protokolle wie CAN oder LIN sind möglicherweise besser für Verbindungen mit geringer Bandbreite geeignet, zum Beispiel für das Öffnen und Schließen der Seitenfenster, die Einstellung der Sitzheizung und die Servolenkung.

„Während Ethernet die schnellste Datenübertragung zwischen den Zonensteuergeräten gewährleistet, sorgen CAN und LIN für eine effiziente und schnelle Kommunikation auf dem letzten Abschnitt innerhalb der einzelnen Zonen“, erläutert Tsedeniya Abraham.

Für höchste Anforderungen an die Videoübertragung kann das FPD-Link™-Protokoll aktuell über ein einziges Kabel 13,5 GBit/s übertragen. Dies reicht auch für die hochauflösenden Pillar-to-Pillar-Displays aus, die sich über die gesamte Cockpitbreite erstrecken.

Mit Blick auf die Sicherheit ist unser FPD-Link-Serialisierer/Deserialisierer (SerDes) schnell genug für die Übertragung unkomprimierter Kameradaten – ein wesentlicher Vorteil für die Integration weiterer FAS-Funktionen.

Unkomprimierte Daten sind unverzichtbar für die Reduzierung visueller Artefakte, die andernfalls die Bildverarbeitung des Systems und dessen Reaktion auf die Bilder stören können. Darüber hinaus wirkt FPD-Link in beide Richtungen, sodass das System auch während des Empfangs von Bildern die Kamera steuern kann.

Blick nach vorn

Viele Hersteller beschäftigen sich mit unserem umfassenden Sortiment an Kommunikationsmodulen für den Automobilbereich, weil für den Wechsel zur Zonenarchitektur eine ganze Reihe von Protokollen integriert werden muss.

Auch ohne Kabel ist es spannend. „Einige Kunden können bereits neue Leistungs- oder Komfortfunktionen mit Over-the-Air-Updates implementieren und selbst Rückrufaktionen abwickeln, ohne dass der Wagen in die Werkstatt muss“, erklärt Fern Yoon, Direktor für Engineering und Marketing von Fahrzeugsystemen bei TI.

Während die Zonenarchitektur die Vision eines softwaredefinierten Fahrzeugs unterstützt, definieren die Automobilhersteller die nächsten Stufen von Individualisierung, Sicherheit und Komfort für den Fahrer neu.

„Bei TI setzen wir unsere Investitionen fort, um auch in Zukunft auf der Höhe der Architekturtrends in Automobilindustrie zu bleiben“, erklärt Tsedeniya Abraham.

Referenzen:

[1] AAA. Januar 2019. “ADVANCED DRIVER ASSISTANCE TECHNOLOGY NAMES.” Aufruf am 25.03.2024.

[2] Khana, Abdullah, Corey D. Harper, Chris T. Hendrick, Constantine Samaras. Net-societal and net-private benefits of some existing vehicle crash avoidance technologies. Veröffentlichung in Accident Analysis & Prevention 125 (April 2019): S. 207-216.