Ein vernetztes Auto wird immer mehr zur Wirklichkeit. Experten gehen davon aus, dass bis 2020 weltweit 250 Millionen vernetzte Autos und Lkw auf den Straßen unterwegs sein werden und im Jahr 2025 voraussichtlich alle neuen Fahrzeuge mit dem IoT verbunden sind. Automobilhersteller wie VW haben bereits die Parole ausgegeben, dass sie im Jahr 2025 mit Diensten um ein vernetztes Auto rund eine Milliarde Euro Umsatz pro Jahr verdienen wollen. Der allgemeine Umsatz rund um das vernetzte Fahrzeug soll laut Experten allein in den nächsten fünf Jahren von derzeit knapp 50 auf 140 Milliarden Euro steigen.

eCK-DATEN

Dank neuer Mobilitätsstandards und technischer Entwicklungen wird das Fahrzeug immer mehr zum mobilen Device zu werden. Auch die Vision des autonomen Fahrens rückt dadurch immer näher. Doch bevor die Visionen um ein vernetztes Auto in die Realität umgesetzt werden können, müssen zahlreiche Herausforderungen, vor allem in den Bereichen Security, Performance und Frequenzen, überwunden werden. Der Beitrag beschreibt einige davon und zeigt den aktuellen Stand der Entwicklungen auf.

Die Idee, ein vernetztes Auto zu entwicklen, ist nicht neu: Bereits in den 90er Jahren gab es den Anspruch, intelligente Autos herzustellen. Bisherige Ansätze scheiterten jedoch oft an den Kosten. Der Einbau der Telematik im Auto war schlicht zu teuer, um wirtschaftlich agieren zu können. Mit der gerade stattfindenden Evolution von heutigen reinen Telematik-Lösungen hin zu allumfassenden Connectivity-Lösungen mit Domain-Controller könnte sich dies jedoch ändern. Das Ziel ist die Verwendung höherer Datenraten, sowohl für eine Kommunikation ins Auto als auch bei der Vernetzung innerhalb des Autos selbst.

Umfassende Vernetzung benötigt höhere Datenrate

Damit Daten in beide Richtungen fließen können, ist eine größere Datenperformance notwendig. Zum einen benötigen die Fahrzeuge hohe Datenraten, um Daten mit anderen Quellen austauschen zu können, etwa durch Sensorsharing, was es Fahrzeugen verschiedener OEMs ermöglicht, Sensordaten eines anderen Fahrzeugs zu nutzen und zu interpretieren. Zum anderen fordern auch die Passagiere immer mehr Performanz im Auto, um mit der Außenwelt verbunden zu sein. Deswegen wird eine Domainzentrale benötigt, die über Mobilfunkschnittstellen die Konnektivität des Fahrzeugs sicherstellt.

In Zukunft soll jeder Verkehrsteilnehmer vernetzt werden. vernetztes Auto

Bild 1: In Zukunft soll jeder Verkehrsteilnehmer vernetzt werden. Laird

Die Vision der Automobilindustrie ist relativ einfach: Jeder Verkehrsteilnehmer, vom Pkw, über Motorräder, Lkw und Fahrräder bis hin zu Fußgängern sowie der gesamten Infrastruktur, soll vernetzt werden (Bild 1). Die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur ist eine wesentliche Unterstützung für das autonome Fahren. Allerdings gibt es im Hinblick auf die Fahrzeugkommunikation einige Herausforderungen zu bewältigen, die sowohl die Konnektivität, die Sicherheit, den Energiebedarf als auch die Frequenzen betreffen.

Wirkungsgrad spielt eine wichtige Rolle

Ohne Energieeffizienz ist ein vernetztes Auto der Zukunft nicht denkbar. OEMs und Zulieferer müssen sich jetzt Gedanken machen, wie die Autos sich der Umwelt anpassen können. Dazu gehören neben Aerodynamikoptimierungen und Gewichtseinsparungen auch Überlegungen, wie der Stromverbrauch im Betrieb und im parkenden Auto verringert werden kann. Eine Herausforderung hierbei betrifft die Verbindung der verschiedenen Steuereinheiten (ECUs) im Fahrzeug. Momentan werden Signale von Antennen auf dem Dach eines Fahrzeugs mithilfe von Kabelverbindungen an die Bordelektronik übermittelt, die sich oft im Fahrercockpit befindet (Bild 2). Bei der Ausweitung der benutzten Frequenzbänder von derzeit 6 auf zukünftig bis zu 100 GHz ist eine Absetzung von der Antenne zur Transceiver-Elektronik durch Kabel nicht mehr zu realisieren. Das ist auf Dauer nicht tragbar, da das Auto als Bestandteil einer vernetzten Welt hohe mobile Datenraten anbieten muss. Zudem ist die Verlegung der Kabel aufgrund der geringen Biegsamkeit alles andere als trivial und die großen Kabelmengen führen zudem zu großen Gewichtszunahmen im Fahrzeug. Deshalb muss die Elektronik und damit die Signalverarbeitung möglichst nah an die Antenne gebracht werden: entweder direkt unter das Dach oder in die Antenne selbst. Ein Problem, das sich hieraus ergibt, sind jedoch die schwankenden Witterungsbedingungen, denen die Elektronik dann ausgesetzt ist. Sowohl unter dem Dach als auch in der Antenne selbst herrschen hohe Temperaturen und Schwankungen, was der Elektronik auf Dauer stark zusetzt. Nur wenige Hersteller sind in der Lage, Elektronik und Antenne unter solchen Bedingungen zusammen zu bringen.

Die Verkabelung verschiedener Steuereinheiten zur Antenne führt zu Signalverlusten und erhöht das Gewicht des Fahrzeugs. vernetztes Auto

Bild 2: Die Verkabelung verschiedener Steuereinheiten zur Antenne führt zu Signalverlusten und erhöht das Gewicht des Fahrzeugs. Laird

Zudem wollen immer mehr OEMs aufgrund von Aerodynamik- und Designaspekten das Antennendesign verändern und es flach am Autodach anbringen, beziehungsweise komplett verdeckt einbauen. Auch hier ist eine Veränderung der Struktur der Steuereinheiten notwendig. Das könnte zum Beispiel durch eine Konsolidierung in weniger Steuergeräte erfolgen, etwa die Integration aller Hochfrequenz-Technologien in einer Einheit. Hiervon versprechen sich Entwickler eine Reduktion der Kosten und der Komplexität sowie eine Erhöhung der Performanceanforderungen und der Skalierbarkeit.

 

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