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Typische Bestandteile der Karosseriesteuergeräte: Mikrocontroller (1), Hochstromausgänge (2), Treiberbausteine (3), Relais (4) und 24-Pin-Signal-Schnittstellen (5).

Typische Bestandteile der Karosseriesteuergeräte: Mikrocontroller (1), Hochstromausgänge (2), Treiberbausteine (3), Relais (4) und 24-Pin-Signal-Schnittstellen (5).Continental

Der Karosserie-Domänenrechner ist keine Revolution, sondern ein evolutionäres Produkt, das in mehreren Innovationsschritten gereift ist. Continental hat in den vergangenen Jahren in das Karosserie-Steuergerät konsequent immer mehr Funktionen integriert und beispielsweise in verschiedenen Serienprojekten die ursprünglichen Steuergeräte für Licht und Funkfernbedienung zu einem integrierten Steuergerät verschmolzen. Heute übernimmt das auch „Domänenrechner“ genannte Karosserie-Steuergerät bereits die Aufgaben von früher drei eigenständigen Steuergeräten und regelt zusätzlich Funktionen wie etwa die Fensterheber, Reifendrucküberwachung oder das schlüsselloses Zugangs- und Startsystem. Inzwischen haben viele Automobilhersteller diese Steuergeräte bereits in ihre Fahrzeuge integriert, weitere werden in den nächsten Jahren folgen. Ein zentrales Karosserie-Steuergerät kann bis zu 2.000 Bauteile aufweisen und ist je nach Kunde, Fahrzeug und Exportmarkt sehr individuell ausgestattet.

Als dieser Trend sich verfestigte, hat Continental mit einem OEM-Partner bereits die nächste Stufe der Integration ins Auge gefasst. Gemeinsam entwickeln die beiden Partner derzeit ein integriertes Karosserie-Steuergerät, das sogar vier bisher separate Steuergeräte in einem Gehäuse bündelt. Dieser neue Domänenrechner wird bis zu vier Mikrocontroller sowie zahlreiche CAN-, LIN-, Flexray- und Ethernet-Schnittstellen enthalten und im Jahr 2015 in Serie gehen. Darüber hinaus bestehen Überlegungen, alle Funktionen der Body-Elektronik künftig in einem zentralen Karosserie-Steuergerät zu konzentrieren.

Bis zu 30 Prozent weniger Kosten

Der Entwicklungs- und Integrationsaufwand zur Bündelung der Body-Funktionen ist zwar hoch, bringt aber reichen Ertrag. So können je nach Projekt die Gesamtsystem-Kosten um bis zu 30 Prozent im Vergleich zu den bisherigen dezentralen Lösungen sinken. Kostensenkend wirkt sich das Entfallen von bisher separaten Steuergeräten und von erforderlichen Redundanzen aus. Daneben sind bei der konkreten Ausgestaltung des Domänenrechners weitere Effizienzpotenziale zu erschließen. Der Trend, Relais durch Halbleiter zu ersetzen, ist eine wesentliche Bedingung zur Hochintegration in die Hardwareplattform. Die Integration von bisher einzelnen Elektronikkomponenten in multifunktionale Bausteine oder Funktionsgruppen senkt ebenfalls Kosten.

Ein zentrales Karosserie-Steuergerät kann bis zu 2.000 Bauteile aufweisen und ist je nach Kunde, Fahrzeug und Exportmarkt sehr individuell ausgestattet.

Ein zentrales Karosserie-Steuergerät kann bis zu 2.000 Bauteile aufweisen und ist je nach Kunde, Fahrzeug und Exportmarkt sehr individuell ausgestattet.Continental

Daneben profitieren die Automobilhersteller von einem wesentlich geringeren Managementaufwand bei der Lieferantenbetreuung, bei der Teileverwaltung, der Logistik und durch weniger Abstimmungs- und Spezifikationsaufwand. Hinzu kommt, dass das integrierte Karosserie-Steuergerät leichter als die bisherigen Einzel-Steuergeräte ist. Die eingesparte Masse vergrößert sich dabei umso mehr, je mehr die im Steuergerät verbauten Funktionen auch tatsächlich im Fahrzeug als Serienausstattung oder stark nachgefragte Option (mindestens 80 Prozent Ausrüstungsrate) vorhanden sind. Bei weniger nachgefragten Ausstattungsoptionen ist ihre Integration in den Domänenrechner wenig sinnvoll, da sonst nur dessen Komplexität und Variantenvielfalt ansteigen.

Wie das integrierte Karosserie-Steuergerät genau aussehen soll, ermittelt Continental in enger Kooperation mit den Kunden. So definieren Tier-1 und OEM gemeinsam die optimale Architektur des Body-Bordnetzes sowie die dafür passende Architektur und Integrationsstufe des Domänenrechners, um dann aus diesen Architekturstudien die konkreten Einsparpotenziale abzuleiten.

Hohes Integrationspotenzial vorhanden

Das Konzept ermöglicht auch die Integration von Funktionen von Drittanbietern. Beispielsweise kann der Drittanbieter die Funktionalität und Sensorik für eine Einparkhilfe entwickeln und liefern. Continental sieht dafür auf dem Karosserie-Domänenrechner die passende Rechenleistung vor und berücksichtigt die Funktion in der Softwarearchitektur. In gleicher Weise lassen auch schon einige OEM selbst entwickelte Funktionen von Continental auf dem Domänenrechner applizieren.

Neben den oben genannten Karosserie-Funktionen überprüft Continental laufend weitere Funktionen auf ihre Integrationsfähigkeit. Das können erstens „klassische“ Karosseriefunktionen wie Wischer, Beleuchtung, Sitz- und Außenspiegelheizung oder Zentralverriegelung sein, zweitens aber auch Strommanagement-Funktionen wie die Lastenverteilung. Ein dritter potenzieller Bereich ist die Informationsverteilung, vorrangig das Gateway. Zusätzlich wird der Domänenrechner zum Management aktueller und künftiger Funktionen dienen; etwa einem Start-Stopp System, dem Batterie- und Energiemanagement, oder der fahrzeuginternen Datenkommunikation.

Im Domänenrechner müssen für unterschiedlichste Funktionen – wie hier die zukünftigen Reifendrucküberwachung mit Zuladungserkennung – die notwendige Rechenleistung zur Verfügung stehen.

Im Domänenrechner müssen für unterschiedlichste Funktionen – wie hier die zukünftigen Reifendrucküberwachung mit Zuladungserkennung – die notwendige Rechenleistung zur Verfügung stehen.Continental

Die Grenzen der Integration liegen dort, wo die Steuerung von Funktionen aus bestimmten Gründen nahe an der Funktion selbst angesiedelt sein muss. Das Sitzsteuergerät etwa steuert bei intensiv elektrifizierten Sitzen sehr viele Motoren und Regler. Das geschieht am besten dezentral direkt vor Ort. Ein anderes Beispiel ist die Lichtsteuerung von innovativen LED-Scheinwerfern. Zum einen muss die Steuerung auf absehbare Zeit noch durch in der Nähe der Leuchten platzierte Hochspannungs-Vorschaltgeräte erfolgen. Zum Anderen befindet sich die LED-Lichttechnik am Beginn ihres Innovationspfades, so dass noch mit etlichen Optimierungsprozessen zu rechnen ist. Die Umsetzung dieser Innovationsschritte ist mit einem separaten Steuergerät erheblich leichter und kostengünstiger realisierbar. Erst wenn die LED-Technik eine hohe Marktdurchdringung erreicht hat, macht ihre Integration in ein komplexes Karosserie-Steuergerät Sinn.

Organisation optimiert

Parallel zu den Karosserie-Domänenrechnern hat Continental die korrespondierenden Entwicklungsprozesse und Qualitätssicherungsmaßnahmen weiterentwickelt und dabei umfassendes Prozess-Know-how aufgebaut. Positiv haben sich zum Beispiel die Unternehmensakquisitionen von Temic, Motorola und Siemens VDO auf die technischen Fertigkeiten, das Prozesswissen und das Projektmanagement ausgewirkt. Diese seit Jahren eingeübten und verfeinerten Prozessstrukturen heben Continental aus dem Wettbewerbsumfeld hervor und sorgen für eine herausragende Produktqualität.

Zudem bietet Continental inzwischen ein umfassendes Portfolio an Karosseriefunktionen selbst an: mit Kompetenz von der Produktentwicklung über das Prozessmanagement bis hin zur Fertigung. So kann Continental Systeme wie die Funkfernbedienung, das schlüssellose Zugangs- und Startsystem oder die Reifendruckkontrolle mit einem gemeinsamen Funkempfänger darstellen, was hohe Integrationseffekte zur Folge hat.

Das Zentrale-Karosserie-Steuergerät wird die Fahrzeugarchitektur vereinfachen, Kosten reduzieren und den Trend hin zu größerer Funktionalität unterstützen.

Das Zentrale-Karosserie-Steuergerät wird die Fahrzeugarchitektur vereinfachen, Kosten reduzieren und den Trend hin zu größerer Funktionalität unterstützen.Continental

Seit geraumer Zeit  beachtet Continental, dass die Komponenten- und Prozessanforderungen strukturiert, gebündelt und mit dem nötigen Fach- und Systemwissen zu behandeln sind. Deshalb hat man rechtzeitig einen entsprechenden Mitarbeiterstamm intern aufgebaut. So hat sich beispielsweise in den letzten Jahren ein komplexer, international vernetzter Entwicklungsprozess herausgebildet. Das erfordert eine deutlich umfassendere Dokumentation und ein fundiertes Anforderungsmanagement.

Allerdings ist dieser Entwicklungsprozess nicht in Stein gemeißelt, weil ein fest gefügtes Entwicklungskonzept bei der zunehmenden Komplexität der Komponenten und Systeme an seine Grenzen stößt. Deshalb werden auch neue Trends wie etwa die „agile Entwicklung“ nicht ignoriert, um mehr Flexibilität zu ermöglichen. Continental wird auch diese neuen Anforderungen sukzessive in seine internen Prozesse einpflegen.

Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Karosseriesteuergeräte zu integrierten Karosserie-Steuergeräten verfügen diese jetzt über eine sehr hohe Reife, sind in allen ihren Prozessen und Materialien rückverfolgbar und werden von Mitarbeitern entwickelt und gefertigt, denen der Qualitätsgedanke in Fleisch und Blut übergegangen ist.

„Reife“ bedeutet beispielsweise standardisierte Schnittstellen und ein einziges Betriebssystem, das für alle Produkte individuell anpassbar ist. Seit 1995 entwickelt Continental auch die Basissoftware für Steuergeräte im Haus. Im Zeitalter von Autosar bauen Betriebssystem und Software dabei auf standardisierten Autosar-kompatiblen Bausteinen auf. Die Integration der Softwarepakete in den Domänenrechner ist über die weitgehende Nutzung standardisierter Autosar-Schnittstellen gelöst. Darüber liegende Applikationssoftware ist ebenfalls modular gestaltet, um eigene Bausteine, solche von Automobilherstellern und von Drittlieferanten ohne großen Aufwand integrieren zu können.

Die erforderliche Prozesssicherheit stellt Continental durch die Anwendung von Qualitätsnormen wie etwa Automotive-Spice oder den ASIL-Normen sicher. Darüber hinaus unterstützt die Verwendung der Autosar-Software auf den Hardwareplattformen die Qualitätsziele. Daneben sieht der Entwicklungsprozess viele qualitätsorientierte Etappen vor, etwa monatliche Qualitätsmeetings, bei denen alle Projekte akribisch durchgesprochen werden. Ein weiteres Element ist das angewandte Änderungsmanagement, das veränderte Kundenwünsche nach festgelegten Routinen in den gesamten Entwicklungsprozess einpflegt. Auch ein Thema wie die funktionale Sicherheit ist fest in den Entwicklungsprozessen verankert und wird bei der Hyperintegration von künftigen Karosserie-Domänenrechnern eine zunehmend wichtigere Rolle spielen. Schon heute erfolgt die Absicherung aktueller Kundenprojekte mit mehr als 120 000 Test-Szenarien.

Am besten testen

Bei der zunehmenden Komplexität heutiger Entwicklungsaufgaben wird das im Unternehmen vorhandene Test-Engineering-Know-how zu einem wettbewerbsentscheidenden Faktor. So testet Continental die Robustheit eines Domänenrechners mit typischen realen Szenarien wie zum Beispiel dem Anwendungsfall „Taxifahrer“, der die Umgebungs- und Stressbedingungen eines Taxi-Fahrzeugs simuliert. Für die Untersuchung des Verhaltens vieler verschiedener Funktionen hinsichtlich unbeabsichtigter Quereinflüsse ist eine leistungsfähige Testinfrastruktur erforderlich.

Das klassische Gateway gehört mit zu den Steuergeräten, die sich im zentralen Steuergerät mit integrieren lassen.

Das klassische Gateway gehört mit zu den Steuergeräten, die sich im zentralen Steuergerät mit integrieren lassen.Continental

Continental geht beim Testen nicht nur – wie üblich – sequenzorientiert vor sondern funktionsorientiert mit permanenter paralleler Beobachtung der wesentlichen Funktionen. Das Unternehmen entwickelte hierzu Algorithmen und Automaten, die das System gezielt unter Berücksichtigung der verschiedenen Zielmärkte, Fahrzeugplattformen und Ausstattungsvarianten auch in Fehlersituationen stimulieren und so dessen Stressresistenz und funktionale Zuverlässigkeit testen. Dazu sind leistungsfähige Erfassungs- und Auswertungstools installiert, die den Datenstrom in Echtzeit erfassen und analysieren. Auf diese Weise kann Continental das Ruhestromverhalten des Karosserie-Domainrechners über mehrere Tage unter realistischen Bedingungen über die Korrelation des tatsächlichen mit dem Modell gestützt prognostizierten Ruhestromverhaltens lückenlos überwachen. Dies erhöht die Aussagekraft der Tests hinsichtlich unbeabsichtigter Effekte in Anbetracht der steigenden Variantenvielfalt.

Ein weiteres Feld ist das Ressourcenmanagement. So werden die vielen, oft voneinander unabhängigen Karosseriefunktionen in einem Domänenrechner von mehreren Mikrocontrollern ressourcenorientiert gesteuert. Die Kunst besteht darin, die möglichen Konflikte bei der Nutzung von gemeinsamen Rechnerressourcen schon im Vorfeld zu erkennen. Continental hat dafür ein softwaregestütztes Verfahren entwickelt, das diese Nutzungskonflikte und Interdependenzen schon im Voraus analysiert und dadurch gezielt Ressourcenengpässe vermeidet.

Für die rasche Identifizierung neuer Trends und zielgenaue Umsetzung neuer Teststrategien sieht sich Continental mit der jetzigen Struktur sehr gut aufgestellt. Für dieses Wettbewerbsmerkmal ist eine hohe Architektur- und System-Kompetenz erforderlich. Man muss schlichtweg wissen, welche Prozesse in einem Domänenrechner ablaufen und wie sie mit den Anforderungen der verschiedenen Kunden am besten in Einklang zu bringen sind.

Grenzen und Chancen der Karosserie-Domänenrechner

Wie alle Fahrzeugsysteme unterliegt der Domänenrechner gewissen funktionalen und physischen Grenzen. Mit dem Anwachsen seines Funktionsumfangs steigen zum Beispiel auch die thermischen Verluste weiter an. Deshalb simuliert Continental schon in frühen Entwicklungsphasen sehr intensiv den Wärmehaushalt der zentralen Karosserie-Steuergeräte, um die Funktionssicherheit bei möglichst geringem Thermomanagement-Aufwand zu gewährleisten. Gleiches gilt für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Ein Domänenrechner kann aus acht- bis zehnlagigen Leiterplatten aufgebaut sein. Die Bausteine auf den Leiterplatten müssen einerseits möglichst eng gepackt sein, um das Bauvolumen des Domänenrechners zu begrenzen. Andererseits dürfen trotz der räumlichen Enge keine elektromagnetischen Beeinflussungen auftreten.

Wärmeverluste und EMV sind die wichtigsten physikalischen Grenzen, die nur noch mit sehr hohem Aufwand zu verschieben sind. Dies ist insbesondere bei der Integration weiterer Funktionen zu beachten. So beschäftigt sich Continental schon konkret mit der Implementierung des Ethernet-Protokolls in den Domänenrechner. Die Automobilhersteller haben Ethernet zunehmend auf dem Wunschzettel, um damit das Flashen von Software zu beschleunigen sowie die umfangreichen Datenströme von künftigen Assistenzsystemen und autonomen Fahrfunktionen zu transportieren und per Gateway zu verteilen.

Im zentralen Karosseriesteuergerät ist die Integration von Softwarepaketen – ob für Fensterhebereinklemmschutz oder zusätzliche Schlüsselfunktionen – über die weitgehende Nutzung standardisierter Autosar-Schnittstellen gelöst.

Im zentralen Karosseriesteuergerät ist die Integration von Softwarepaketen – ob für Fensterhebereinklemmschutz oder zusätzliche Schlüsselfunktionen – über die weitgehende Nutzung standardisierter Autosar-Schnittstellen gelöst.Continental

Bei den Karosseriefunktionen kann sich Continental gut vorstellen, dass auch eine Integration der Klimasteuerung oder der Einparkhilfe in den Domänenrechner erfolgt. Die Rechenkapazität der zentralen Karosserie-Steuergeräte wird diesen Zuwachs gut verkraften, da die Prozessoren zukünftig noch leistungsfähiger werden. Dadurch können auch weitere Funktionen, die anderswo im Fahrzeug nicht logisch integrierbar sind, im Karosserie-Steuergerät eine Heimat finden. Hier frühzeitig die in Frage kommenden Techniken und Systeme zu erkennen und ihre Integration in das Steuergerät vorzubereiten, ist eine weitere Kernkompetenz von Continental.

Im Markt setzen sich die hoch integrierten Karosserie-Steuergeräte bisher vor allem bei Herstellern mit einem Plattform- oder Baukastenkonzept durch. Denn nur dort sind die sinnvollen großen Stückzahlen (annähernd eine Million Einheiten) vorhanden, bei denen der modulare Ansatz und die Kostenvorteile des Karosserie-Steuergeräts zum Tragen kommen. Innerhalb dieser Modellplattformen werden dann die Steuergeräte in verschiedenen modell- und ausstattungsspezifischen Varianten definiert. Bei dem für 2015 geplanten Domänenrechner konnten Continental und der Automobilhersteller auf diese Weise die Variantenanzahl im Vergleich zu den vormaligen Einzel-Steuergeräten beträchtlich reduzieren.

Continental entwickelt zentrale Karosserie-Steuergeräte in Europa, Asien und Amerika. Je nach Kunde und konkretem Projekt erfolgt die Fertigung dann an einem der 14 weltweit verteilten Produktionsstandorte. Mit maßgeschneidertem Produktdesign und Flexibilität bieten die neuen Karosserie-Domänenrechner von Continental eine neue Dimensionen der Funktionssteuerung.

Auf einen Blick

Integriertes Karosserie-Steuergerät
Ein zentraler Karosserie-Domänenrechner kann bis zu 30 Prozent Kosten einsparen. Licht, Funkfernbedienung, Fensterheber, Reifendrucküberwachung oder das schlüsselloses Zugangs- und Startsystem könnten beispielsweise zusätzlich zu einigen Basis-Funktionalitäten in einer zentralen ECU integriert sein. Bei Conti bestehen sogar Überlegungen, alle Funktionen der Body-Elektronik in einem Steuergerät zu integrierten. Die Integration von Funktionen, die Drittanbieter oder der OEM selbst anliefern, ist dabei möglich.

Hans-Joachim Meyer

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ist Leiter der Entwicklung Zentralsteuergeräte Europa, Brasilien, Japan, Korea, Singapur im Bereich Body & Security bei Continental.

Martin Indlekofer

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ist Leiter der Entwicklung Zentralsteuergeräte Deutschland im Bereich Body & Security bei Continental.

Gregor Struller

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ist Leiter Cross Function Testing im Bereich Body & Security bei Continental.

Thomas Zeitler

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ist Gruppenleiter Software im Bereich Body & Security bei Continental.

(av)

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