Die in Kraftfahrzeugen vorhandenen Bordnetzwerke kombinieren mehrerer verschiedener Datennetzwerkprotokolle, von denen einige seit Jahrzehnten im Einsatz sind. So findet das Controller Area Network (CAN) seinen Einsatz beispielsweise im Antriebsstrang, wogegen das Local Interconnect Network (LIN) hauptsächlich für zeitunkritische Komfortfunktionen wie Klimatisierung, Umgebungsbeleuchtung und Sitzverstellung sorgt. Im Bereich Infotainment entfaltet das Bussystem MOST (Media Oriented System Transport) seine Stärken, bei zeitkritischen Funktionen wie ABS-System, elektronisch unterstützte Lenkung (EPS) und Fahrzeugstabilitätsfunktionen kommt Flexray zum Einsatz.

Datenraten steigen signifikant an

Aufgrund der verschiedenen Protokolle sind Gateways erforderlich, welche die Daten innerhalb der Infrastruktur verteilen. Die damit verbundene Komplexität ist für Fahrzeughersteller aufwendig und teuer. Das beeinträchtigt auch die Kraftstoffeffizienz, denn die für jedes Netzwerk benötigten Leitungen erhöhen das Fahrzeuggewicht. Immerhin ist die Verkabelung nach dem Motor und dem Chassis das dritt schwerste Element eines Fahrzeugs und ebenso das dritt teuerste. Ferner weisen Gateways Latenzprobleme auf und beeinträchtigen damit sicherheitsrelevante Applikationen mit kurzen Reaktionsgeschwindigkeiten.

Eckdaten

Für Automotive-Anwendungen in Ethernet-basierten Fahrzeugnetzwerken bietet Marvell den Secure Gigabit Ethernet Switch 88Q5050 an. Der AEC-Q100 konforme Baustein unterstützt Funktionen auf den OSI-Schichten 1 bis 4 (Physikalischer , Daten-, Netzwerk- und Transport-Layer). Eine tiefgreifende Paketinspektion (DPI) in Kombination mit Trusted-Boot-Funktionalität bietet Automotive-Netzwerk-Architekten unerlässliche Schlüsselmerkmale für die Netzwerksicherheit.

Die Zahl der in Automobilen verbauten elektronischen Steuereinheiten (ECUs) steigt ständig, wobei Luxusmodelle heute oft 150 oder mehr ECUs enthalten. Selbst in Standardmodellen befinden sich heute schon bis zu 80 oder 90 ECUs. Gleichzeitig entstehen datenintensive Anwendungen, um die Implementierung von fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) zu unterstützen, während die Entwicklung hin zu mehr Fahrzeugautonomie geht. Dies alles verursacht einen signifikanten Anstieg der Datenraten und Gesamtbandbreite. Man denke nur an den zunehmenden Einsatz von Kameras mit HD-Auflösung und Lidar-Technologie, der sich gerade abzeichnet.

Fahrzeugnetzwerke brauchen eine neue Architektur

Somit muss sich das gesamte Konzept zum Einsatz von Fahrzeugnetzwerken grundlegend ändern. Erstens im Hinblick auf die verwendete Topologie, und zweitens bezüglich der darin enthaltenen Technologie, auf der sie aufbaut.

Derzeit handelt es sich bei der Netzwerk-Infrastruktur in Automobilen um eine auf unterschiedlichen Bereichen basierende Architektur. Für jede Schlüsselfunktion gibt es einen anderen Bereich (Domain) – einen für Fahrwerksteuerung (Body Control), einen für Infotainment, einen für Telematik, einen für den Antriebsstrang und so weiter. Oft arbeiten diese Bereiche mit einem Mix aus verschiedenen Netzwerkprotokollen.

Mit steigender Netzwerkkomplexität erkennen Automotive-Entwicklern immer deutlicher, dass dieses Domain-basierte Konzept zunehmend ineffizienter wird. Folglich muss in den nächsten Jahren eine Migration weg von der aktuellen Domain-basierten hin zu einer zonenartigen Architektur erfolgen.

Ethernet-Technologie – bewährt und zunkunftsfähig

Eine zonenartige Anordnung bedeutet, dass Daten von verschiedenen herkömmlichen Domains mit der gleichen ECU verbunden werden; je nach Bereich oder Ort (Zone) der ECU im Fahrzeug. Diese Anordnung reduziert die Verkabelung erheblich und senkt das Fahrzeuggewicht sowie die Kosten – was wiederum die Treibstoffeffizienz erhöht. Die Ethernet-Technologie ist entscheidend bei der Entwicklung hin zu zonenartigen Fahrzeugnetzwerken.

Zusätzlich zu den hohen Datenraten, die Ethernet-Technologie unterstützen kann, lehnt sich Ethernet an das allgemein anerkannte OSI-Kommunikationsmodell an. Ethernet ist eine stabile, lange etablierte und wohlverstandene Technologie, die in den Bereichen Datenkommunikation und Industrieautomatisierung bereits weit verbreitet ist. Im Gegensatz zu anderen In-Vehicle-Netzwerkprotokollen gibt es für Ethernet eine gut definierte Entwicklungs-Roadmap, die auf zusätzliche Speed Grades abzielt, während die klassischen Fahrzeugprotokolle wie CAN, LIN und andere durch neuere Applikationen an ihre Grenzen stoßen und kein klarer Upgrade-Pfad zur Abmilderung des Problems vorhanden ist.

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