Elektronikplattformen mit Ethernet optimieren Ethernet macht mobil

Seit vielen Jahren werden in unterschiedlichen Industrien verschiedene Bussysteme verwendet, was zu einer großen Anzahl an Speziallösungen führte. Um den Verkabelungsaufwand, die Anzahl der Sensoren und Steuergeräte zu reduzieren sowie die Elektronikplattformkosten zu optimieren, sollte diese Heterogenität reduziert werden. Ein seit 40 Jahren existierendes Netzwerk verspricht Hilfe: Ethernet.

In den letzten Jahren sind zahlreiche spezialisierte Varianten von Ethernet eingeführt worden, hauptsächlich für die Automatisierung von Maschinen und Produktionsanlagen, womit sich Informations- und Automatisierungstechnik immer weiter angenähert haben. Aber auch in sicherheitskritischen Einrichtungen, in der Energieverteilung, in Autos, Zügen, Flugzeugen und Raumfahrzeugen verspricht Ethernet großes Potential für neue Anwendungen, die Vereinfachung von Systemen und damit verbundene Kosteneinsparung.

Die ersten Ethernet-basierten Vernetzungsanwendungen in einem Fahrzeug befinden sich heute im Bereich der Diagnose und zum Flashen der Steuergeräte bereits in Serie. In einem nächsten Schritt wird Ethernet für den Datenaustausch zwischen Kamerasystemen und Steuergeräten verwendet. Die Serienproduktion für die letztgenannten Systeme wird für 2013 oder 2014 erwartet. BMW wird Ethernet in Fahrerassistenzsystemen einsetzen, in denen Videokameras an eine zentrale Steuereinheit angeschlossen werden. In der Regel verwenden typische Ethernet-Anwendungen die hohe Datenübertragungsrate für die Übertragung großer Datenmengen und die verteilte Verarbeitung von Bild- und Audiodaten. In weiteren Schritten ist zu erwarten, dass auch Anwendungen in passiven Sicherheitssystemen, z.B. bei einem Spurhalteassistenten, Bildinformation über Ethernet erhalten. In Zukunft darf auch der Einsatz von Ethernet in aktiven Sicherheitssystemen erwartet werden. Ein Beispiel dafür ist ein Notbremsassistent.

Die schnell wachsende Anzahl der Steuergeräte pro Fahrzeug verursachte bereits einen Paradigmenwechsel in E/E-Architekturen, der dazu führt, dass immer mehr Funktionen auf einem Steuergerät integriert werden müssen. Die höhere Datenübertragungsrate von Ethernet ermöglicht eine flexiblere Verteilung von Funktionen mit höherer Leistungsfähigkeit und unterstützt so diese Integration. Insbesondere wird die räumliche Lage der Steuergeräte, in denen komplexe Berechnungen ausgeführt werden, weniger wichtig, und kritische Funktionen können auch mit nicht-kritischen Funktionen auf gemeinsamen leistungsfähigen Steuergeräten koexistieren.

Dieser Ansatz ist nur möglich, wenn die verfügbare Übertragungsrate zwischen Funktionen exakt und deterministisch mit geringer und begrenzter statistischer Schwankung des Datenverkehrs im Netzwerk verteilt wird. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass sich die Applikationen auf der Kommunikationsebene nicht gegenseitig beeinflussen. Mit Hilfe eines solchen Netzwerks können so viele Funktionen wie möglich im Automobil in einem leistungsstarken Steuergerät kombiniert werden. Die Kosten für die gesamte Architektur können durch eine Reduzierung der Verkabelung und durch die Verwendung standardisierter Komponenten optimiert werden. Ein solches Netzwerk wird oftmals als Backbone bezeichnet.

Für Ethernet sind ein hohes Maß an Know-how und erfahrene Entwickler vorhanden. Dies ermöglicht kurze Produkteinführungszyklen durch die Wiederverwendung von bereits bestehenden Komponenten. Derzeit werden Diagnosefunktionen und Update-Programmierung in Fahrzeugen mittels Internet Protocol (IP) durchgeführt. Betrachtet man die Ausgereiftheit der Ethernet-Technologie, wird das Potential für andere Anwendungsbereiche sichtbar, die eine höhere Übertragungsrate erfordern. In diesen Bereich fallen z.B. Fahrerassistenzsysteme und Backbone-Netzwerklösungen. Obwohl Ethernet eine gute Grundlage für eine Backbone-Architektur darstellt, sind einige Erweiterungen erforderlich, um eine konfliktfreie Integration mehrerer Funktionen zu gewährleisten. Antwortzeiten und verfügbare Übertragungsraten pro Funktion müssen sichergestellt werden können. TTEthernet definiert solche Erweiterungen. TT steht für time-triggered (zeitgesteuert) und bedeutet, dass wichtige Nachrichten nach einem genauen Zeitplan und deterministisch mit fester Latenz und Jitter im μs-Bereich transportiert werden.