Moderne Automobile unterscheiden sich sehr deutlich von den Modellen der Vergangenheit, denn in vielen Bereichen hat hoch entwickelte Elektronik konventionelle mechanische Systeme ersetzt. Dadurch ließ sich nicht nur eine deutliche Verringerung des Fahrzeuggewichts erzielen, was zu einer signifikanten Senkung des Kraftstoffverbrauchs führte. Elektronische Systeme verbessern vor allem den operativen Wirkungsgrad ihrer mechanischen Vorgänger und erlauben darüber hinaus eine größere Vielfalt an neuen Eigenschaften und Funktionen. So haben die Automobile von heute in mancher Hinsicht mehr mit Computersystemen gemein: In einigen Fällen müssen sie pro Stunde mehr als 25 GByte an Daten verarbeiten, um alle ihnen zugewiesenen Aufgaben zu erfüllen. Dazu gehören unter anderem das Verbessern des Fahrerlebnisses insgesamt, der Schutz von Fahrzeuginsassen vor potenziellen Verletzungen sowie die Bereitstellung einer verbesserten Konnektivität mit der Außenwelt.

Bild 1: Prozentualer Anteil der Elektronik an den Gesamtkosten eines Automobils. Im Jahr 2030 soll sie laut Statistica die Hälfte davon ausmachen.

Bild 1: Prozentualer Anteil der Elektronik an den Gesamtkosten eines Automobils. Im Jahr 2030 soll sie laut Statistica die Hälfte davon ausmachen. Keysight

Die Fahrzeughersteller kommen ihrem Ziel eines vernetzten Automobils immer näher. Solche Fahrzeuge werden Systeme enthalten, die eine Vielzahl an unterschiedlichen Kommunikationstechnologien unterstützen, um Komfort und Sicherheit für die Insassen zu erhöhen. Dadurch wird es auch wesentlich einfacher sicherzustellen, das Fahrzeug in einem guten Betriebszustand zu halten sowie anstehende Wartungs- und Reparaturarbeiten rechtzeitig zu erkennen und durchzuführen.

Die Marktforscher von Gartner haben vorhergesagt, dass bis 2020 über 250 Millionen vernetzte Autos auf unseren Straßen unterwegs sein werden, die eine Vielzahl unterschiedlicher drahtloser Protokolle enthalten, darunter WLAN, LTE, Bluetooth, NFC und Zigbee. Für die Fahrzeughersteller und ihre Technologiepartner bedeutet das, dass sie nicht nur eine genaue Bewertung für jedes dieser Protokolle isoliert herleiten müssen. Sie müssen auch sattelfest beim Überprüfen sein, wie diese drahtlosen Signale miteinander interagieren und auch welchen Einfluss die extrem schwierige Automobilumgebung auf deren Leistungsfähigkeit hat.

Schlüsselbereiche für die Vernetzung

In drei unterschiedlichen Bereichen wird der erhöhte Anteil der Konnektivität einen echten Mehrwert bieten: Infotainment & Kommunikation, Telematik und ADAS. Die Vernetzung im Bereich Infotainment & Kommunikation ist im täglichen Leben bereits selbstverständlich und soll auch im Auto zur Verfügung stehen. So erlaubt die drahtlose Verbindung des Smartphones mit dem Fahrzeug den Betrieb als Freisprechanlage und auch Multimediainhalte lassen sich darüber teilen. Ebenso lassen sich andere portable Elektronikgeräte wie Tablet-Computer mit dem Internet verbinden, damit die Passagiere auf den Rücksitzen Musik oder Videos herunter laden oder sich mit sozialen Netzwerken beschäftigen können.

Bild 2: Zahlreiche drahtlose Kommunikationstechnologien sind notwendig, um das vernetzte Automobil zu realisieren.

Bild 2: Zahlreiche drahtlose Kommunikationstechnologien sind notwendig, um das vernetzte Automobil zu realisieren. Keysight

Die Telematik wird einen großen Bereich an unterschiedlichen Aufgaben erfüllen, die vom Fahrzeug übernommen werden. Die drahtlose Übertragung von Daten zur Überwachung des Reifendrucks oder des Funkschlüssels für den Zugang zum Fahrzeug ist bereits Wirklichkeit und trägt dazu bei, Kosten und Gewicht von Kabelbäumen auf ein Minimum zu senken. Der weiter entwickelte Zugang zu Telematikdaten wird auch das Flottenmanagement und die Diebstahlsicherung ermöglichen. Dadurch erhalten beispielsweise Versicherungsunternehmen Informationen über die Umstände, die zu einem Unfall geführt haben. Telematik wird auch den Transfer von Informationen bezüglich der Diagnose an Bord ermöglichen, sodass sich Wartungs- und Reparaturarbeiten wesentlich effektiver ausführen lassen.

ADAS-Technik führt uns langsam weiter auf dem Weg zu vollständig autonom fahrenden Fahrzeugen. So ermöglicht das Radar für Fahrzeuge bereits das Verhindern von Zusammenstößen sowie die Fahrspurwechselassistenten. Durch die Kommunikation zwischen Fahrzeugen (V2V) und von Fahrzeugen mit der Infrastruktur (V2I) leiten die Systeme wertvolle Daten bezüglich Unfällen oder Verkehrsüberlastung drahtlos zwischen Fahrzeugen weiter, die sich relativ nahe beieinander befinden. Dadurch verringert sich die Frustration der Fahrer, während die Sicherheit der Fahrzeuginsassen steigt. In den USA setzt die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) bereits gesetzliche Vorschriften dazu fest, dass alle neu zugelassenen Autos und Lastwagen mit V2V-Technik ausgestattet sein müssen.

Bild 3: Keysight hat den Spektrumanalysator MXA N9077A-2FP speziell für 802.11p-Testaktivitäten optimiert.

Bild 3: Keysight hat den Spektrumanalysator MXA N9077A-2FP speziell für 802.11p-Testaktivitäten optimiert. Keysight

Hauptanforderungen an den Test

Natürlich wollen die Hersteller führender Fahrzeugmarken die Autokäufer mit Extras wie diesen bedienen. Allerdings soll dies in dem sehr wettbewerbsträchtigen Markt keine hohen Kosten mit sich bringen. Testaktivitäten dürfen den Herstellungsprozess nicht verlangsamen oder zusätzliche Engineering-Ressourcen erfordern.

Weil beim vernetzen Fahrzeug eine geringe Latenz und gesteigerte Zuverlässigkeit zählen, müssen Ingenieure mit dem Testequipment nicht nur in der Lage sein, die Leistung der eingesetzten drahtlosen Technologien zu verifizieren, sondern zusätzlich umfangreiche Interferenz- und Interoperabilitätstests durchzuführen. Deshalb sind neben einem hohen Testdurchsatz eine Vielzahl von weiteren Testparametern eine grundlegende Voraussetzung. Auch die Skalierbarkeit ist von großer Bedeutung. Testen in einer Laborumgebung ist nur der Anfang, denn schließlich gilt es, den gesamten Produktlebenszyklus adäquat zu begleiten und nicht nur isolierte Elemente. Sind die nötigen Tests einmal während der Entwicklungsphase durchgeführt, müssen diese Aktivitäten erhöht werden, um die Anforderungen der Serienproduktion zu erfüllen. Es ist wichtig, dass das spezifizierte Testequipment dieser Migration folgen kann.

802.11p im vernetzten Automobil

Bild 4: Beispielapplikationen, die sich mit drahtlosen Verbindungen in den Bereichen Telematik, Infotainment und ADAS umsetzen lassen.

Bild 4: Beispielapplikationen, die sich mit drahtlosen Verbindungen in den Bereichen Telematik, Infotainment und ADAS umsetzen lassen. Keysight

802.11p, die Verbesserung des bewährten und allgemein anerkannten WLAN-Standards 802.11, steht wahrscheinlich kurz vor seinem weit verbreiteten Einsatz. Der Funkstandard managt den drahtlosen Zugang innerhalb eines Autos und wird Anwendungen für intelligente Transportsysteme (ITS) unterstützen, sobald sie auf den Markt kommen. 802.11p belegt das 5,9-GHz-Frequenzband und arbeitet mit einer Reihe von 10-MHz-Kanälen: sechs Dienstkanäle und ein zusätzlicher Kanal für Steuerungsaufgaben. Seine Priorität besteht nicht darin, eine hohe Datenkapazität zu bieten, sondern darin, eine sehr zuverlässige drahtlose Datenverbindung mit geringer Latenz aufzubauen. Mit dieser deterministischen Technik lassen sich Daten bezüglich aktueller Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung senden. Fahrzeuge, die sich in der Nähe befinden, können durch deren Empfang darauf reagieren.

Ein vollständiges Übertragungstestsystem, das für 802.11p-Testaktivitäten optimiert ist, aber auch viele weitere drahtlose Kommunikationsstandards unterstützt, ist das MXA N9077A-2FP von Keysight. Mit ihm lassen sich umfassende Spektralanalysen durchführen, einschließlich Phasenrauschen und Modulationsmessungen. Darüber hinaus kommt die skalierbare Lösung auch mit den Anforderungen der Großserienproduktion zurecht.

Test aus Sicht der Beschaffung

Eckdaten

Damit Fahrzeuge miteinander kommunizieren können, nutzen sie den Funkstandard IEEE 802.11p. Keysight hat den Spektrumanalysator MXA N9077A-2FP speziell für die Kommunikation im 5,9-GHz-Frequenzband ausgelegt, damit der Anwender die Signale spektral vermessen und auch die Modulationsqualität einschließlich des Phasenrauschens analysieren kann. Mit nur einem Klick lassen sich SEM (Spectrum Emission Mask) und belegte Bandbreite (OBW) darstellen beziehungsweise messen. So kommt das Messgerät auch mit den Anforderungen in der Großserienproduktion zurecht.

Die Anforderungen an den Automobiltest ändern sich mit dem Produktlebenszyklus – ein Faktor, der sich bis in die Beschaffung hinein auswirkt. Der gewählte Lieferant für das Testequipment sollte daher in der Lage sein, die Anforderungen von der frühen Entwicklungsphase bis hin zur vollen Serienproduktion zu erfüllen. Ein Verständnis der Charakteristika, die diese markanten Einstellungen definieren, ist deshalb essenziell. Alle Arten an unterschiedlichen Szenarien sollten darauf zugeschnitten sein und es erlauben, sich auf sich ändernde Umstände einzustellen, wie etwa das Hinzufügen eines aufkommenden drahtlosen Standards oder einen plötzlichen Anstieg der Anzahl der Prüflinge.

Auch die Frage, ob es besser ist, das Testequipment als Kapital- oder Betriebsausgabe zu beschaffen, müssen die Unternehmen erörtern. Fachberater fahren oft mit einem kurzfristigen Mieten am besten, während Tier-1s entweder neues oder gebrauchtes Equipment beschaffen wollen. Automobilhersteller wiederum könnten es anstreben, ein langjähriges Leasingabkommen abzuschließen oder sogar ein vollständiges Asset-Management-Paket zu erwerben.

Da außerdem vorgegeben ist, die Komplexität der Technologie weiterzuentwickeln, ist der Zugang zu einen Engineering-Support-Team mit umfangreichem Applikations-Know-how von unschätzbarem Wert. Allerdings bieten einige Lieferanten sehr wenig in Bezug auf After-Sales-Services. Um die Flexibilität zu erhöhen, ist es von Vorteil, einen Partner zur Equipmentbeschaffung zu wählen, der über ein umfangreiches Angebot an Dienstleistungen verfügt. Zusätzlich sollte er für die notwendige Wartung und Neukalibrierung sorgen können und eventuell auch für die spätere Entsorgung.