Ethernet kann in Autos an die Stelle von CAN, LIN, MOST und FlexRay treten

Bussysteme im Auto: Weniger ist mehr

In Autos, Zügen, Schiffen, Flugzeugen und der Raumfahrt kann Ethernet mehrere Spezial-Bussysteme ersetzen, die parallel ihren Dienst tun.

In Autos, Zügen, Schiffen, Flugzeugen und der Raumfahrt kann Ethernet mehrere Spezial-Bussysteme ersetzen, die parallel ihren Dienst tun. In Betracht kommt dabei unter anderem das von TTTech Computertechnik entwickelte Echtzeit-Ethernet-System TTEthernet, das sich sowohl für sicherheitskritische als auch für mobile Anwendungen eignet.

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Dr. Markus Plankensteiner, TTTech: »TTEthernet ermöglicht den Einsatz von Ethernet in sämtlichen Kfz-Anwendungen.«

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Dr. Markus Plankensteiner, TTTech: »TTEthernet ermöglicht den Einsatz von Ethernet in sämtlichen Kfz-Anwendungen.«

In der industriellen Produktion hat sich Ethernet, sei es als Standard-Ethernet-TCP/IP oder als Echtzeit-Ethernet, mittlerweile etabliert. In Autos, Zügen, Schiffen, Flugzeugen und der Raumfahrt dagegen hat Ethernet noch nicht auf breiter Front Einzug gehalten. Nach wie vor erfüllen dort mehrere Spezial-Bussysteme gleichzeitig ihre eng umgrenzten Aufgaben. »Dies müsste nicht so sein, zumal der Einsatz von Ethernet auch in der Fahrzeug- und Bahntechnik sowie der Luft- und Raumfahrt viel Potenzial für neue Anwendungen, Vereinfachung und Kostenersparnis verspricht«, betont Dr. Markus Plankensteiner, Direktor Industrielösungen bei TTTech.

Die meisten Industrial-Ethernet-Systeme unterstützen heutzutage auch sicherheitsrelevante Anwendungen. In der Industrie liegen die Schwerpunkte dabei auf der sicheren Erkennung gefährlicher Zustände in Maschinen und Anlagen sowie der Verhinderung von Unfällen und Beschädigungen. »Die Sicherheitsanforderungen in der Automatisierung unterscheiden sich jedoch grundlegend von denen in Autos, Zügen oder Flugzeugen«, gibt Plankensteiner zu bedenken. »Während die Sicherheitstechnik Maschinen in kritischen Situationen meist zum Stillstand bringen kann, ist dies bei mobilen Anwendungen nicht immer möglich. Dort muss auch im Fehlerfall ein sicherer Betrieb gewährleistet sein.«

Ethernet in Spezial-Anwendungen

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Ein Musterbeispiel für ein mobiles System, in dem mehrere Bussysteme parallel arbeiten, ist das Auto. In einem modernen Wagen der Oberklasse sind vier verschiedene Bussysteme (CAN, LIN, FlexRay, MOST), die bis zu 70 Steuergeräte miteinander vernetzen, keine Seltenheit. »Diese Heterogenität erhöht Kosten, Gewicht und Energieverbrauch«, führt Plankensteiner aus. Zudem erfordere der Austausch von Daten zwischen den einzelnen Netzen Gateways. »Wenn sich die Anzahl der Bussysteme verringern ließe, würde dies die Entwicklungskosten senken und die Komplexität reduzieren«, folgert Plankensteiner.

In der Automobilindustrie fördern ähnliche Schlüsselfaktoren wie im IT-Bereich den Einsatz von Ethernet: »Möglichst viele Funktionen des Autos sollen in leistungsfähigen Rechnern zusammengefasst werden«, sagt Plankensteiner. »Ferner geht es darum, die Kosten für die Gesamtarchitektur durch möglichst geringen Verkabelungsaufwand und vereinheitlichte Komponenten zu optimieren.« Ethernet eröffne die - finanziell sehr interessante - Chance, die Anzahl der Endsysteme zu verringern und mehrere verteilte Funktionen in wenigen Steuergeräten zu integrieren. »Dieser Ansatz ist nur möglich, wenn die Bandbreite ohne statistische Schwankungen des Netzwerkverkehrs genau und deterministisch aufteilbar ist«, stellt Plankensteiner klar.

In Autos Einzug halten dürfte Ethernet laut Plankensteiner zunächst bei der Datenkommunikation im Umfeld von Kamerasystemen: »Die Serienreife einer solchen Anwendung ist noch vor 2015 zu erwarten«, konstatiert er. BMW werde ab 2014 oder 2015 Ethernet in Fahrerassistenzsystemen einsetzen, wobei Videokameras mit einem zentralen Steuergerät verbunden würden. Allgemein seien typische Anwendungen für Ethernet in Autos solche, bei denen größere Datenmengen verarbeitet werden. Als Beispiel nennt Plankensteiner passive Sicherheitssysteme wie die Spurhalteassistenz (Lane Departure Warning). »Ein nächster Schritt wird die Verwendung von Ethernet in aktiven Sicherheitssystemen sein«, ergänzt er. Die Automatische Notbremsung (Active Brake Assist) sei ein Beispiel hierfür.

Darüber hinaus kommen mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs und wegen der steigenden Anzahl von Funktionen neue Topologieansätze ins Spiel, um die Funktionsintegration und die Vernetzung sicherheitsrelevanter Systeme zu erhöhen. »Hierzu zählen Domain-Rechnerstrukturen mit hoher Funktionsintegration und kostenoptimierte Architekturen für ein kabelarmes Fahrzeug«, erläutert Plankensteiner. »Backbone-Systeme sind dafür ideal geeignet.« Die Zuverlässigkeit der Datenkommunikation in sicherheitsrelevanten Anwendungen lasse sich mittels redundanter Netzwerkpfade erhöhen.

Das Bussystem Ethernet wird Plankensteiner zufolge diesen Anforderungen größtenteils gerecht: »Es zeichnet sich durch ein hohes Maß an vorhandenem Know-how aus«, sagt er. Mittlerweile stelle im Auto das Internet-Protokoll (IP) die Diagnosefunktion und Update-Programmierung sicher: »Angesichts der Reife der Ethernet-Technik besteht hier Potenzial für die Nutzung in anderen Anwendungen, die höhere Bandbreiten benötigen, etwa Fahrerassistenzsysteme und Backbone-Lösungen«, führt er aus.

1. Teil: Bussysteme im Auto: Weniger ist mehr
2. Teil: Die Echtzeitlösung TTEthernet in mobilen Anwendungen

Weiterführende Links:

• Daten-Logger: Absicherung und Fehlersuche optimieren