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Hohe Bandbreiten

Fahrzeugnetzwerke mit Ethernet-basierten End-to-End-Lösungen

2. April 2019, 16:00 Uhr | Von Joe Stenger und Alex Bormuth

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Geschwindigkeit ist ausschlaggebend

Elektronik und Rechnertechnik haben innerhalb einer einzigen Generation fast alle Bereiche unseres Lebens verändert und im Automobilbau mehr als in irgendeiner anderen Branche. Der Umfang an Elektronik, Software und Rechenleistung in Fahrzeugen hat sowohl die Art und Weise beeinflusst, wie diese arbeiten als auch wie wir sie betrachten – mehr als fahrende Computer denn als mechanische Maschinen. Die Anzahl an Steuergeräten (ECUs) in Fahrzeugen ist von einer Handvoll auf Hundert und bei Oberklassefahrzeugen sogar auf noch mehr gestiegen. Diese steuern sämtliche konventionelle Funktionen vom Motormanagement über Zündsteuerung, Kraftstoffeinspritzung und Traktionskontrolle bis hin zu neueren Entwicklungen wie automatisches Bremsen, Spurhalteassistenten oder Abstandssteuerung für eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung (SAE-Ebenen 1 und 2 – Fahrerassistenz und Teilautomatisierung). Gleichzeitig sind innen und außen immer mehr Sensoren, Telematik- und Infotainment-Systeme vorhanden, neben den zahlreichen elektronischen Steuergeräten und verteilten Netzwerken (normalerweise LIN, CAN, FlexRay und Ethernet) mit denen diese Daten und Technologien gesteuert werden.

Die Tatsache, dass Fahrzeuge immer stärker vernetzt und automatisiert werden, beschleunigt diesen Trend exponentiell. Enorme Rechenleistung, Bandbreite und Geschwindigkeit werden benötigt, um die riesigen Mengen an Daten, die von den zahlreichen Sensoren erzeugt werden (unter anderem Kameras, Radar, Lidar und Ultraschall-Sensoren) in Echtzeit zu verarbeiten und in Bruchteilen von Sekunden sichere Entscheidungen zu treffen, so wie das auch menschliche Fahrer tun würden. Das bedeutet, dass eine universelle, standardisierte, zuverlässige und extrem schnelle durchgängige Netzwerkarchitektur benötigt wird – jede Verzögerung und Latenzzeit bei der Übertragung kritischer Informationen in autonomen Fahrzeugen kann für die Insassen, andere Verkehrsteilnehmer oder Fußgänger potenziell tödlich sein.

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Die Schätzungen schwanken, aber möglicherweise erzeugen und verbrauchen Fahrzeuge bis zu 40 Terabyte an Daten pro Tag. Darum ist eine 5G-Mobilfunk-Konnektivität ausschlaggebend. Diese Technologie verspricht, alles um uns herum an ein Datennetz anzuschließen, das die Geschwindigkeit, Reaktionszeit und Reichweite bietet, mit denen die Fähigkeiten autonomer Fahrzeuge voll ausgeschöpft werden können. Derweil entwickeln Halbleiterunternehmen neue Mikrochips, die eine Datenübertragung mit hoher Bandbreite mit bis zu 10 Gbit/s und mehr mit innovativen Mehrzonen-Fahrzeugarchitekturen ermöglichen, wie das Bild verdeutlicht. Damit werden Fahrzeuge von fahrenden Rechnern zu Rechenzentren auf Rädern und autonome Fahrzeuge werden in die Lage versetzt, komplexe Entscheidungen in Echtzeit zu treffen.

Automotive Ethernet

In dem Maße, in dem sich bei vorhandenen Automobilnetzwerken im Zuge der sich ändernden Anforderungen Schwächen aufgetan haben, hat sich Ethernet zum wichtigsten Protokoll für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung entwickelt. Getrieben wird das durch die steigenden Anforderungen an Datenraten und Redundanz in autonomen Fahrzeugen. Aber auch durch Fragen der Funktionssicherheit und des Datenschutzes in vernetzten Umgebungen sowie den Bedarf an standardisierten, branchenübergreifenden Produkten.

Ethernet ist eine ausgereifte, stabile und bewährte Technologie, die hohe Geschwindigkeiten und Sicherheit bietet. Ethernet-Architekturen im Automotive-Umfeld müssen jedoch unter sehr viel raueren Bedingungen arbeiten als die meisten konventionellen Ethernet-Implementierungen. Somit müssen solche Netzwerke sehr viel robuster sein. Schließlich sind sie extremen Temperaturen, Feuchtigkeit, Wasser, Schwingungen und Stößen ausgesetzt und müssen erheblichen elektromagnetischen Störeinflüssen (Electromagnetic Interference, EMI) standhalten.

Sichere Fahrzeugnetzwerke mit hohen Bandbreiten entwickeln

Als Anbieter von Hochgeschwindigkeits-Netzwerklösungen unterstützt Molex Hersteller in der Automobilindustrie bei der Entwicklung sicherer, deterministischer, priorisierter und zuverlässiger Fahrzeugnetzwerke mit hohen Bandbreiten. Aufbauend auf mehr als zwanzigjähriger Erfahrung in der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Lösungen für Datenübertragung und industrielle Anwendungen arbeitet Molex an Vernetzungslösungen mit Datenraten von 50 bis 100 Gbit/s für Anwendungen in Rechenzentren. Dabei nutzt das Unternehmen seine nachweislichen Stärken im Bereich der Verbindungstechnik und Systemlösungen für Kabel, Stecker, USB-Module, Ethernet-Switches und Gateways.

Molex kann Automobilhersteller und -Zulieferer dabei unterstützen, moderne Fahrzeugtechnologie in zukünftige, intelligente Autos zu integrieren. Der Hersteller erfüllt die wachsende Nachfrage nach hohen Bandbreiten in Fahrzeugnetzwerken mit Ethernet-basierten End-to-End-Lösungen, die über unterschiedliche Hardware- und Software-Komponenten hinweg arbeiten. Die neue 10-Gbit/s-Netzwerklösung von Molex (Bild) verbindet Sensor-, Steuerungs- und Infotainment-Daten mit integrierter Multizonen-Redundanz und Time-Sensitive-Networking-Fähigkeiten (TSN) für maximale Zuverlässigkeit, sowie einen mehrschichtigen Sicherheitsansatz, der eine Geräteauthentifizierung im Hinblick auf die Einhaltung der strengen Sicherheitsanforderungen von Automobilherstellern beinhaltet.

Ausblick

Molex arbeitet bereits seit Jahrzehnten in der Entwicklung innovativer Produkte für Anwendungen in der Datenkommunikation, Konsumelektronik, Medizintechnik und Industrie an vorderster Front. Schon seit langem wissen Fahrzeughersteller Steckverbindersysteme von Molex zu schätzen, die den Fahrzeugbetrieb unterstützen und die Fahrzeugausstattung, an die wir uns gewöhnt haben, mit Energie versorgt – von Basisausstattungen wie Blinker oder Temperatursteuerung bis zu Rückfahrkameras oder Infotainment-Systemen.

Molex bietet eine komplette, durchgängige Konnektivitätslösung für die Fahrzeuge der Zukunft – von Gateways, Switches, USB-Modulen, Kabeln und Steckern bis hin zu Lösungen, die eine Cloud-Vernetzung ermöglichen. Die 10-Gbit/s-Ethernet-Netzwerktechnologie des Unternehmens gewährleistet überragende Signalintegrität für eine sichere Datenübertragung zwischen einer Vielzahl von Hardware- und Embedded-Software-Systemen und ermöglicht eine End-to-End-Datenintegration sowie Datenpriorisierung für vernetzte, intelligente autonome Fahrzeuge.

Literatur

[1] CAR OF THE FUTURE v4.0 – The Race for the Future of Networked Mobility (Citi GPS: Global Perspectives & Solutions, January 2019): www.citivelocity.com/citigps/car-future-v4-0/s://www.citivelocity.com/citigps/car-future-v4-0

Die Autoren

Joe Stenger

hat einen Bachelor of Science in Elektrotechnik von der University of Minnesota Institute of Technology, einen Master of Science in Engineering von der Portland State University und einen Master in Business Administration von der University of St Thomas. Stenger ist derzeit Global Product Manager für das Automotive-Team von Molex bei Connected Mobility Solutions und verantwortlich für die Bereiche In-Vehicle Networking, Gateway und Switch-Lösungen mit Schwerpunkt Automotive Ethernet-Technologien.

Alex Bormuth

hat einen Bachelor-Abschluss in Ingenieurwissenschaften der DHBW Mannheim und einen Master-Abschluss in den Bereichen Betriebswirtschaftslehre vom FOM Frankfurt am Main. Letzteres mit dem Schwerpunkt »Target Costing in der Automobilindustrie«. Derzeit ist Bormuth Business Development Director für Connected Mobility Solutions bei Molex. Dabei ist er dafür zuständig, Hochgeschwindigkeits-Netzwerkarchitekturen für ADAS und künftige autonome Fahrzeuge zu implementieren.