Das Internet Protocol wird (auto)mobil IP im Auto

Damit die steigenden Anforderungen an das zukünftige Fahrzeugbordnetz Realität werden können, hat die BMW Forschung und Technik GmbH einen neuen Weg erdacht...

Das Internet Protocol wird (auto)mobil

Damit die steigenden Anforderungen an das zukünftige Fahrzeugbordnetz Realität werden können, hat die BMW Forschung und Technik GmbH einen neuen Weg erdacht: Der weltweit einheitliche Kommunikationsstandard Internet Protocol wurde in einem Fahrzeug umgesetzt.

Das Fahrzeugbordnetz ist in den letzten Jahrzehnten mit dem Einsatz moderner Elektronik beständig gewachsen. Bis zu 90 Prozent aller Innovationen in einem Fahrzeug sind heutzutage mit dem Einsatz von Elektronik und Software verbunden. Ein Anwachsen der Vernetzungskomplexität und die Erhöhung der Steuergerätezahl sind die Folge. Aktuell werden bis zu 70 Steuergeräte in Oberklassefahrzeugen verbaut, die über unterschiedliche Bussysteme (CAN, FlexRay, MOST, LIN etc.) vernetzt sind.

Um auch in Zukunft die Komplexität zu beherrschen und gleichzeitig die wachsenden Anforderungen bedienen zu können, werden neue Lösungen im Bereich des Bordnetzes benötigt. Eine radikale Vision, welche diese Herausforderungen adressiert, ist die Verwendung des Internet Protocol (IP) als Basis für die Bordnetz-Kommunikation.

Vision eines IP-basierten Bordnetzes

Das Internet Protocol stellt eine Abstraktionsschicht zwischen unterschiedlichen physikalischen Übertragungstechniken und den einzelnen Anwendungen bereit. Damit spricht das Bordnetz sozusagen eine universelle Sprache. Durch die Verwendung von IP können unterschiedliche Netzwerke wie Ethernet (optisch, elektrisch), WLAN oder Bluetooth ausgetauscht werden, ohne dass grundsätzliche Änderungen an der Anwendungssoftware vorgenommen werden müssen (Bild 1). Durch IP können auch heterogene Netze, die auf unterschiedlichen physikalischen Netzen basieren, leicht verbunden werden.

Sollte von einer Fahrzeuggeneration zur nächsten der Bedarf der Applikationen hinsichtlich der Datenübertragungsrate so zunehmen, dass die aktuelle Netzwerktechnik nicht mehr ausreicht, kann diese gegen ein leistungsfähigeres Übertragungsverfahren ausgetauscht werden, ohne dass davon die Applikations-Software betroffen wäre. Ein Beispiel dafür ist die Migration von Fast Ethernet (100 Mbit/s) auf Gigabit Ethernet (1 Gbit/s). Unterstützt wird diese Flexibilität zusätzlich durch einen weitreichend standardisierten Software-Baukasten, der durch die IT-Welt bereitgestellt wird und auch für die restriktiven Ressourcen-Anforderungen einsetzbar ist – wie geringer Speicherbedarf und Rechenleistung im Automotive-Umfeld.

Dieser Software-Baukasten stellt unterschiedliche Implementierungen der TCP/IP-Suite mit all den zugehörigen Protokollen zur Verfügung. Beispiele aus diesem Software-Baukasten sind „Universal Plug and Play“ (UPnP) zur herstellerübergreifenden Ansteuerung von Endgeräten, das Real-Time Protocol (RTP) zum Streaming von Audio- und Videodaten oder das „Simple Network Management Protocol“ (SNMP) für das Netzmanagement.

Neben den Infotainment/Multimedia-Szenarien wurde auch der Zugriff auf fahrzeuginterne Daten sowie die Echtzeit-Kommunikation realisiert. Über IP können beliebige fahrzeugrelevante Daten ausgelesen und eingespeist werden. Um die Echtzeit-Fähigkeit zu demonstrieren, wurde die CANVerbindung zwischen dem Fahrregelsystem Dynamic Stability Control (DSC) und der digitalen Motorelektronik unterbrochen und die Daten über das Internet Protocol übertragen. Bei Fahrtests auf der BMW-Teststrecke konnte gezeigt werden, dass die Regelung selbst in Grenzbereichen über IP fehlerfrei funktioniert, selbst wenn parallel mehrere Multimedia-Datenströme über die gleiche Leitung übertragen werden (Bild 4).

Diese Beispiele zeigen, dass das Konzept eines IP-basierten Bordnetzes in Theorie und Praxis funktionieren kann und alle Bereiche der Fahrzeugkommunikation abgedeckt werden könnten. Diese Lösung brächte zahlreiche Vorteile mit sich, stellt aber auch einen radikalen Schnitt in der Fahrzeugbordnetzarchitektur dar.

Gegenstand weiterer Forschungsaktivitäten wird es sein, Details für die Umsetzung zu untersuchen. Unter anderem werden Fragestellungen automotive-spezifischer Anforderungen betrachtet, aber auch Migrationsszenarien und Auswirkungen auf die Gesamtfahrzeug- und Steuergerätearchitektur untersucht. sj

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