Suchen

Automotive Ethernet: Die Fahrzeugarchitektur im Wandel

| Autor/ Redakteur: Alex Bormuth* / Benjamin Kirchbeck

Die Reihe „Automotive Ethernet im vernetzten Fahrzeug“ dreht sich um die Möglichkeiten, die das Automotive Ethernet für das vernetzte Fahren bietet. Der dritte und letzte Teil dreht sich um die Veränderungen der Fahrzeugarchitektur, weg von einer gewachsenen Struktur hin zu einer multizonalen Architektur.

Firmen zum Thema

Für die schnelle Signalübertragung interner Daten soll eine Veränderung der Fahrzeugarchitektur weg von einer traditionellen, gewachsenen hin zu einer zonalen Architektur sorgen.
Für die schnelle Signalübertragung interner Daten soll eine Veränderung der Fahrzeugarchitektur weg von einer traditionellen, gewachsenen hin zu einer zonalen Architektur sorgen.
(Bild: ©vege - stock.adobe.com)

Die heutige Fahrzeugarchitektur ist über Jahrzehnte gewachsen und hat neue Komponenten wie Steuergeräte und Kabelverbindungen in dem Maße integriert, in dem auch Funktionen hinzukamen. Derzeit ist die Anzahl an Steuergeräten im Fahrzeug auf über 100 Stück angewachsen, was unter anderem die Komplexität der Vernetzung steigert und dazu führt, dass die Fahrzeugarchitektur zu einer großen und kostenintensiven Anordnung von Kabeln, Steuergeräten und Recheneinheiten geworden ist. Dies erhöht die Kosten für die OEMs und erschwert die Integration neuer Funktionen insbesondere für den Bereich des autonomen und vernetzten Fahrens. Jedoch ist die Integration notwendig. Denn beim autonomen Auto müssen Daten schnell, sicher und ohne Verzögerung vom Sensor zur Recheneinheit gelangen, damit es eigenständig Entscheidungen treffen kann. Die multizonale Architektur wurde entwickelt, um dieser Herausforderung zu begegnen.

Aufteilung des Fahrzeugs in verschiedene Bereiche

Wie der Name bereits andeutet, wird bei der multizonalen Architektur das Auto in verschiedene Zonen aufgeteilt. Dadurch soll eine zonenweise Angliederung von sicherheitsrelevanten und für die Konnektivität wichtigen Steuergeräten und eine Leitung des Informationsflusses durch die Zonensegmenten ermöglicht werden. Eine Aufteilung des Fahrzeugs in zwei bis sechs Domain Controller, die durch einfache ringförmig angelegte Kabel miteinander verbunden sind, ist vorstellbar. So sollen Redundanzen geschaffen werden, damit das Fahrzeug auch im Falle eines Fehlers in einem Modul oder einer Kabelverbindung noch eigenständig agieren kann.

Ein Computer in jeder einzelnen Zone des Fahrzeugs sorgt bei der multizonalen Architektur für eine zoneninterne Datenanalyse, Datenfusionierung oder Aggregation. Zudem werden nur notwendige Daten an den Hauptrechner übermittelt, damit dieser entscheiden kann, welche Aktionen unternommen werden müssen oder die Daten an die Cloud übermittelt, damit diese weiteren Analysen vornehmen kann. Für die multizonale Architektur ist dabei wichtig, dass Multi-Gigabit Automotive Ethernet Netzwerke unterstützt werden. Eine weitere Anforderung ist, dass kritische Informationen schnellstmöglich und mit Priorität am Hauptrechner ankommen und verarbeitet werden. Auch Edge Computing in den einzelnen Zonen muss innerhalb der multizonalen Architektur abgebildet werden.

Innerhalb der Zonen sollte es zudem möglich sein, verschiedene Software-Systeme parallel laufen zu lassen. Dies wird benötigt, wenn zum Beispiel ein System in großem Maße Sensordaten aggregiert, eine andere einzelne Funktion der Bremse bzw. andere sich in der Zone befindliche elektronische Einheiten anspricht und ein drittes für das Infotainmentsystem benötigt wird. Sie alle müssen innerhalb der Zone reibungslos funktionieren und dürfen sich nicht gegenseitig behindern.

Für die OEMs ist es zudem wichtig, dass Anbieter von Technologien für die multizonale Architektur als Systemintegratoren auftreten. Das heißt, dass ihre Plattformen offen genug sind, verschiedene Lösungen von Partnern und anderen Ökosystem-Anbietern zu integrieren. Denn nur so können die Automobilhersteller ihre eigenen Wünsche und Unterscheidungsmerkmale integrieren und festlegen, welche Features ihnen besonders wichtig sind. Diese offenen Plattformen bietet die Basis für OEMs Unterscheidungsmerkmale durch das Entwickeln von Software zu etablieren, um den Bedürfnissen neuer Mobilitätsformen und Geschäftsmodelle zu entsprechen.

Vorteile der multizonalen Architektur

Die multizonale Architektur zeichnet sich – gerade im Vergleich zur traditionellen variante – durch ihre Übersichtlichkeit aus. Die Daten werden dort gesammelt wo sie anfallen, aggregiert und erst dann per Automotive Ethernet an den Hauptrechner geschickt. Das ermöglicht eine starke Reduktion der Systemkomplexität. Derzeit läuft von jedem einzelnen Sensor ein Kabel zum Hauptrechner des Fahrzeugs. Im Zuge der multizonalen Architektur können diese Sensordaten hingegen lokal gesammelt, vorverarbeitet und erst dann dem Hauptrechner vollumfänglich zur Verfügung gestellt werden. Somit wird eine Bündelung und gleichzeitig optimierte Kanalisierung der Daten ermöglicht, da nur die Daten an den Hauptrechner gesendet werden, die wirklich relevant sind. Dadurch nimmt die Komplexität im Hauptrechner ab, da ein Teil der Datensammlung und Aggregation in den Zonen vorgenommen wird. Der Hauptrechner kann sich nun voll auf die Datenverarbeitung fokussieren. Das führt zu einer Systemoptimierung, einer Systemskalierbarkeit und einer Komplexitätsreduzierung.

Ein weiterer Vorteil ist, dass auch Funktionen, die heute durch Hardware mittels eines Steuergerätes abgedeckt werden, zukünftig durch Software innerhalb einer Zone abgebildet werden können. Aktuell sind im Fahrzeug eine Vielzahl von Steuergeräten mit komplexen Abhängigkeiten untereinander verbaut. In autonom fahrenden Autos soll diese Anzahl mithilfe der multizonalen Architektur stark reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil: die umfassende Skalierbarkeit. So lässt sich die Fahrzeugarchitektur leichter innerhalb der Fahrzeugplattformen upgraden. Automobilhersteller können einzelne Zonen bearbeiten und anpassen und somit leichter Änderungen in die Gesamtarchitektur einfließen lassen. Wenn beispielsweise neue Funktionen integriert werden sollen und der Datenfluss um mehrere Gigabit erhöht wird, reicht es bei der multizonalen Architektur, einzelne Zonen anzupassen, damit diese in der Lage sind auch größere Datenmengen zu aggregieren und anschließend an das Haupt-Computer-Modul zu senden. Bei der traditionellen Architektur hingegen müssen größere Teile der Verkabelung des Autos überarbeitet werden. Die Skalierbarkeit ist eine Voraussetzung für das sich entwickelnde autonome Fahren.

Fazit: Der Vision ein Stück näher rücken

Die Entwicklung des Automotive Ethernets ist eng mit dem autonomen Fahren verknüpft. Denn um hohe Datenraten zu übertragen muss eine geeignete Grundlage innerhalb des Autos geschaffen werden. Es muss sowohl von außen wie auch von innen sicher sein, damit Hacker keine Chance haben, in das System einzudringen. Zudem muss es zuverlässig und ausfallsicher arbeiten um jederzeit eine Verbindung sowohl mit der Außenwelt als auch mit den eigenen Sensoren zu gewährleisten. An dieser internen und externen Kommunikation wird derzeit gearbeitet. 5G Kommunikationssysteme in der Antenne können dabei helfen, diese Verbindung mit der Umgebung z.B. anderen Autos oder der Infrastruktur zu ermöglichen.

Vor allem sollen sie es ermöglichen, dass zukünftig mehr Bandbreite zur Verfügung steht, damit Sensordaten auch unvorverarbeitet übertragen werden können. Für die schnelle Signalübertragung interner Daten soll eine Veränderung der Fahrzeugarchitektur weg von einer traditionellen, gewachsenen hin zu einer zonalen Architektur sorgen. So soll Gewicht gespart, der Informationsfluss verbessert und die Übertragungsgeschwindigkeit erhöht werden. All diese Punkte zusammensorgen dafür, dass die Vision vom autonomen Fahren näher rückt.

Ergänzendes zum Thema
Über den Autor

Alex Bormuth ist Automotive Director mit umfangreicher Branchenerfahrung. In den vergangenen 10 Jahren hat er seine Fähigkeiten durch bereichsübergreifende Funktionen mit zunehmender Führungsverantwortung in den Bereichen Informationstechnologie, Qualitätsmanagement, Projektmanagement, Marketing, Vertrieb, Produkt- und Fertigungstechnik sowie Business Development kontinuierlich weiterentwickelt und erweitert.

Aktuell ist Alex Bormuth als Business Development Director für Connected Mobility Solutions bei Molex tätig, leitet die europäischen Bemühungen und ermöglicht OEMs und Tier 1s die Implementierung von Hochgeschwindigkeits-Netzwerkarchitekturen für ADAS- und AD-Fahrzeuganwendungen. Die Förderung eines ganzheitlichen und kundenorientierten Geschäftsansatzes gepaart mit einer kontinuierlichen Bewertung und Ausrichtung auf die sich ändernden Marktbedingungen und transformativen Megatrends.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 46201604)