Die Herausforderungen sicherer Mobilität Die neue Architektur des Fahrens

In der modernen Mobilität ist der Bedarf an hochwertigen Sensoren, Neukonzeption und Fahrzeugarchitektur groß.
In der modernen Mobilität ist der Bedarf an hochwertigen Sensoren, Neukonzeption und Fahrzeugarchitektur groß.

Für eine moderne Mobilität müssen die Megatrends Konnektivität, Elektrifizierung und Autonomie so verknüpft werden, dass die Fortbewegung sicher und sauber ist. Große Hürden sind dabei besonders die Datenübertragung, der Bedarf an Sensoren und die Neukonzeption von Fahrzeugarchitekturen.

Die Datenmengen, die schon bald von Autos generiert werden, sind enorm. Bei einem voll vernetzten und rundum mit Sensoren bestückten Auto, wird sich die Datenrate innerhalb des Fahrzeugs schnell auf über 20 TB unkomprimierter Daten pro Stunde erhöhen. Die Daten werden eine riesige Quelle für Data Mining sein, doch für die Datenübertragung stellen sie eine große Herausforderung dar. Zusätzlich muss für die schnelle Verarbeitung der Daten die Rechenleistung gesteigert werden. Allerdings ist die steigende Datenerzeugung nötig, um die externe Sicht der Fahrzeugumgebung vollständig zusammensetzen zu können. Das führt dazu, dass Fahrzeugsysteme zu den komplexesten Systemen am Markt werden (Bild 1). Experten aus unterschiedlichen Bereichen müssen für die Umsetzung dieser Vision zusammenarbeiten, um die Mobilität von morgen sicher zu gestalten.

Änderungen an der Fahrzeugarchitektur

Die Automobilindustrie hat sich in den letzten Jahren umfassend mit dem Datentransport auseinandergesetzt.

In der Vergangenheit war das Modell der Autoelektronik flach strukturiert und mit Bussystemen wie CAN-Bus, LIN-Bus und FlexRay ausgestattet. Doch mittlerweile ist klar, dass diese nicht robust genug sind, um mit der wachsenden Komplexität moderner Systeme mithalten zu können.

Der jüngste Architekturansatz (Bild 2) basiert auf fünf Anwendungsdomänen mit ähnlichen Anforderungen an Rechenleistung, Bandbreite, funktionale Sicherheit und Schutz der Domäne. Zudem enthält der Ansatz Sensor-Substrukturen innerhalb jeder Domäne. Werden diese über das ganze Fahrzeug hinweg abgebildet, so haben sie Substrukturen gemein, wie Erkennung, Berechnung und Ingangsetzung – quasi Wahrnehmung, Denken und Handeln. Das ist die grundlegende Struktur für alle Domänen.

 

Eine wesentliche Anforderung der zukünftigen Architekturen sind hochwertige Sensoren, die Fahrzeugen Wahrnehmungsfähigkeiten geben, die denen des Menschen überlegen sind. Außerdem werden smarte und hocheffiziente Rechner sowie schnelle und sichere Netzwerke benötigt.

 

Hochwertige Sensoren

Besonders Sensoren für die Kommunikation von Vehicle to Vehicle (V2V) und Vehicle to Infrastruscture (V2I) sind wichtig. In letzter Zeit haben DSRC-basierte Sensortechniken an Zugkraft gewonnen. 2017 brachte General Motors diese Technik in die Produktion, VW wird sie 2019 im großen Stil einsetzen und Toyota wird bis 2021 folgen. Da die drei Unternehmen auf diese Technik setzen, wird die Entwicklung vorangetrieben, sodass Autos bald unabhängig vom Hersteller miteinander kommunizieren können.

Auch die Radartechnik wird enorm an Einfluss gewinnen. Inzwischen ist es möglich, Radar in Low-End-Anwendungen zu integrieren, die aktuell mit Ultraschallsensoren betrieben werden. Gleichzeitig dringt Radar in Bereiche vor, die bisher LiDAR vorbehalten waren. Ein Defizit von Radar besteht darin, dass es derzeit keine Objekte klassifizieren kann, doch mit dem Aufkommen von bildgebendem Radar wird auch diese Fähigkeit abgedeckt werden.
Auf dem Gebiet der Bilderkennung gelten offene Sensorplattformen als die Zukunft. Damit können zahlreiche Unternehmen ihre eigenen Algorithmen für die Bilderkennung anwenden. Auch die S32-Plattform von NXP wurde überarbeitet und eignet sich nun als Plattform für die Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern.