PDF-Ausgabe herunterladen - AUTOMOBIL

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B 61060 · Juni 2015 · Einzelpreis 19,00 € · www.automobil-elektronik.de
05-06/2015
E/E-Entwicklung für Entscheider
E/E made in Sweden
Interview mit Dr. Thomas M. Müller
und Volvos E/E-Team
Seite 16
MANAGEMENT
FAHRERASSISTENZ
ELEKTROMECHANIK
Spurensuche in China: auf der
Auto Shanghai und bei PrehJoyson
Seiten 14 und 92
25 Seiten Infos über den
Weg zum automatisierten
Fahren
ab Seite 20
Einsatz von Relais in (H)EVs
zur galvanischen Trennung
des HV-Teils
Seite 53
Editorial
editorial
Das Design moderner
Multimedia-Systeme
ist eine anspruchsvolle
Aufgabe. Aber muss es deshalb gleich kompliziert werden? Wir fanden: Nein. Und
erfanden: Die Renesas R-Car-Plattform.
Und plötzlich geht alles – spielend leicht.
von Chefredakteur Dr. Achim Leitner
und Redakteur Alfred Vollmer
Gemeinsam stark
S
ie merken es schon: Wir haben der
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK ein
neues Outfit verpasst – Relaunch
nennen wir ein solches Facelift in der
Zeitschriftenbranche. Gleichzeitig ist diese Ausgabe mit 100 Seiten die umfangreichste AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
aller Zeiten. Schließlich gibt es derzeit
sehr viele spannende Entwicklungen.
ADAS und automatisiertes Fahren beanspruchen mit 25 Seiten gleich ein Viertel
der gesamten Ausgabe – ab Seite 20. Da
90 bis 95 % der Unfälle ihre Ursache in
menschlichem Fehlverhalten haben, lohnt
es sich besonders, in ADAS zu investieren.
Allerdings benötigen wir zum automatisierten Fahren mindestens die zehn- bis
hundertfache Rechenleistung von dem,
was bisher im Fahrzeug verbaut ist. Hier
liefert die Halbleiterindustrie einen entscheidenden Beitrag, denn statt eines großen Server-Racks im Kofferraum benötigen
die Fahrzeuge Steuergeräte in handlicher
Größe für den Verbau im Innenraum oder
unter der Haube.
Auf unserem 19. internationalen Fachkongress „Fortschritte in der AutomobilElektronik“ in Ludwigsburg (Seite 68)
beschäftigen sich sechs von insgesamt 23
Vorträgen direkt mit dem Thema automatisiertes Fahren, aber auch bei den Sessions Architektur (drei Vorträge), vernetztes Fahrzeug (drei Vorträge) und Connectivity (fünf Vorträge) spielen ADAS und
das automatisierte Fahren eine wesentliche Rolle.
Zum Thema Elektromobilität gibt es in
Ludwigsburg mehr als die drei angekündigten Vorträge: Zusätzlich werden Vertreter von sieben OEMs in Ludwigsburg
ein gemeinsames Statement zum Thema
Ladesysteme abgeben. Welch’ weitreichende Folgen die erste Ludwigsburger
Erklärung der OEMs vor vier Jahren hatte, erkennen Sie in dieser Ausgabe an
mehreren Stellen – zum Beispiel im CoverInterview ab Seite 16 sowie ab Seite 46.
Wir freuen uns auf jeden Fall darauf, in
Ludwigsburg wieder sehr gute Gespräche
mit E/E-Entscheidern zu führen: mit
Freunden und Bekannten, zu denen wir
seit vielen Jahren gute Kontakte halten,
und mit Menschen, die wir bisher noch
nicht kannten.
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84
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Security ist nicht nur
beim Connected Car
ein wichtiges Thema.
Security-Special von Seite 80 bis 90
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Juni 2015
16
Märkte + Technologien
06ZVEI-Standpunkt
38
42
Zukunft Automotive
0 8
14
News und Meldungen
Bericht von der Messe
Auto Shanghai
Die Automesse für Geschäfte
auf dem chinesischen Markt
E/E made in Sweden
Interview mit E/E-Leiter Dr. Thomas M.
Müller und seinem Team bei Volvo
Automatisiertes Fahren 3.0
Bestandsaufnahme und Ausblick
24
Der Weg zum pilotierten Fahren
Fahrerassistenz als Basis für auto
matisiertes Fahren und Parken
28
In kleinen Teilschritten
zügig vorwärts
Automatisiertes Fahren
fällt nicht vom Himmel
32
zFAS für Fail-Operational-Systeme
ADAS-Hochintegration in einem
zentralen Steuergerät
35
Hype und Realität
Autonomes Fahren aus Sicht der
Halbleiterei
4
Automobil Elektronik 05-06/2015
Prüfen von Störgeräuschen unter
Fertigungsbedingungen
19. Fachkongress 68
46CO2-Einsparpotenzial verhilft 48 V
zum Durchbruch
Niedervolt-Hybridisierung vor dem
Serieneinsatz
50CO2 einsparen, Batterie entlasten
Nutzung von Ultrakondensatoren in
E/E-Architekturen
Elektromechanik
adas
20
66Akustiktest
ISO-26262-Hardware als Basis
Integrierte Systemlösungen für das
autonome Fahren von morgen
Alternative antriebe
Coverstory
16
Vom Supercar zum Supercomputer?
Effiziente Bilderkennung für ADAS
53
Innencover: Schutz gegen
Isolationsfehler
Einsatz von Relais in Elektrofahrzeugen
58
Mehr als nur eine Glasfläche
Leiterplatte als Touch-Panel
Testen + tools
62Kalibrierdatenverwaltung:
19. Kongress Automobil-Elektronik
Programm, Aussteller und Zusatzinfos
zum Networking-Event in Ludwigsburg
Optoelektronik
72
Neuheiten rund ums Licht
Lichttechnik wird zunehmend auch
zum Differenzierungsfaktor
74
Individuell anpassbar
Freiform-Displays
77
LED-Design im Fokus
Strategien zur Realisierung von
Kfz-LED-Lichtsystemen
Sicherheit
80
Communicating Cars
V2X: Der Weg in eine smarte
Verkehrszukunft
84
ADAS und das sichere vernetzte
Fahrzeug
Fahrerassistenz im Connected-Car
geht nur mit Security
88
Videokanäle im Multiplex
Analoge Surround-View-Bilder im
Infotainment-System integrieren
Ein Puzzlespiel?
Effizienzsteigerung bei der
Steuergeräte-Kalibrierung
28
Management
92
Win-win deutsch/chinesisch
Preh und Joyson Electronics
97
Vom Umgang mit Komplexität
Aus dem Nähkästchen eines Beraters:
Dr. Lederers Management-Tipps
Steuergeräte Elektrische Fahrzeugkomponenten
Rubriken
Entwicklungsprüfstände
03Editorial
Brettaufbauten
End-Of-Line
Breakoutboxen
Zubehör
Gemeinsam stark
9 4 Neue Produkte
91Impressum
98 Inserenten-/Personen- und
Unternehmensverzeichnis
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Märkte + Technologien ZVEI-Standpunkt
Zukunft Automotive
Attraktive Perspektiven für den Nachwuchs
Bild: ZVEI
Klaus Meder ist Vorsitzender der Themenplattform Automotive im ZVEI und
Vorsitzender des Bereichsvorstands des
Geschäftsbereiches Automotive Electronics der Robert Bosch GmbH.
Z
u Beginn des Jahres konnten wir
zum wiederholten Male eine starke Präsenz der Automobilbranche
durch Keynotes von deutschen OEMs auf
der CES in Las Vegas und auf dem Mobile World Congress in Barcelona beobachten. Dies unterstreicht die zunehmende
Bedeutung der Trends in der Automobilindustrie: Die Vernetzung, Automatisierung und Elektrifizierung der Fahrzeuge.
Mittels intelligenter ADAS-Systeme soll
das Fernziel eines vollautomatisierten
Automobils realisiert werden.
Dabei ist ein Zusammenwachsen und
eine zunehmende Verschmelzung von
Lösungen und Technologien der klassischen IT-Industrie und der ConsumerWelt mit dem originären Produkt der
Automobilbranche, dem Auto, zu beobachten. Es vollzieht sich ein beschleunigter Wandel von der ehemals maschinenbau-dominierten Automobilbranche hin
zu einer Branche, in der Innovationen
meist von Elektronik und Software getrieben werden. So werden aktuell zirka 90 %
der innovativen Wertschöpfung im Automobil durch elektronik- und softwarebasierte Lösungen und Systeme realisiert.
Berufsbilder im Wandel
Dies führt zwangsweise zu einem Wandel
des klassischen Berufsbildes des Ingenieurs in der Automobilindustrie. Es gilt, die
neuen Anforderungen an den Schnittstellen zur klassischen IT- und softwaredominierten Industrie zu meistern, Kompetenzen aufzubauen und diese in Entwick-
6
lungsprojekte zu integrieren. Neue Aufgabenstellungen und Berufsbilder für
Software-Ingenieure und Informatiker
entstehen, die über das hardware-orientierte Berufsbild des klassischen Elektrotechnik-/Elektronik-Ingenieurs hinausgehen oder mit diesem verschmelzen.
Mit den genannten neuen Perspektiven
bleiben die bekannten Probleme des allgemeinen Fachkräftemangels für die Automobilindustrie die entscheidende Heraus-
Es gilt, etablierte
Vorurteile und althergebrachte negativ
besetzte Klischees
des Berufsbilds
„Elektroingenieur“
aufzubrechen und
positiv zu besetzen.
forderung. Es gilt, gut ausgebildete Fachkräfte für zunehmend komplexere Entwicklungsprojekte zu finden beziehungsweise
diese dafür entsprechend zu qualifizieren,
sie beispielsweise mit agilen Entwicklungsmethoden vertraut zu machen.
Damit kommt der Elektrotechnikindustrie eine besondere Verantwortung
zu. Der ZVEI hat deshalb über viele Jahre hinweg gemeinsam mit anderen Verbänden und der Politik Aktivitäten und
Initiativen zur Nachwuchsförderung – im
Besonderen der Frauen – vorangetrieben
und dadurch einen wertvollen Beitrag zur
Wettbewerbsfähigkeit seiner Mitgliedsunternehmen und des Wirtschaftsstandortes Deutschland geliefert.
Trotz der Initiativen und Anstrengungen hat die Elektrotechnikbranche bezogen auf ihre Attraktivität als Arbeitgeber
jedoch im Vergleich zu anderen Branchen
wie beispielsweise dem Maschinenbau
oder der Bauindustrie weniger erfolgreich
abgeschnitten.
Attraktive Aufgaben
Aufgrund der sich wandelnden Anforderungen und erweiterten Tätigkeitsfelder
in der Automobilindustrie bietet sich nun
eine Chance, die Attraktivität der Automobilbranche für Fachkräfte aus angrenzenden Wirtschaftsgebieten – und damit
auch für Frauen – zu erhöhen und dabei
positiv neu zu verankern. Neue Technologien und Services halten Einzug ins
Fahrzeug, die sowohl bei der männlichen
als auch der weiblichen Jugend hohe Nutzung erfahren und somit emotional positiv belegt sind. Smartphones und Tablets
sowie das Internet mit entsprechenden
Apps für den Zugriff auf die Social Media
(zum Beispiel Facebook und Twitter) steigern das Interesse, sich mit dem Berufsbild
„Automotive“ zu beschäftigen.
Es gilt, gemeinsam mit allen Partnern
entlang der Automotive-Wertschöpfungskette zielgerichtet zu informieren, um etablierte Vorurteile und althergebrachte
negativ besetzte Klischees des Berufsbildes „Elektroingenieur“ aufzubrechen und
positiv zu besetzen. Denn nichtdestotrotz
belegen Umfragen und Bewerberzahlen,
dass die Attraktivität der Unternehmen aus
der Automobilindustrie als Top-Arbeitgeber für Absolventen der klassischen Studiengänge wie beispielsweise der Elektrotechnik weiterhin hoch ist. (av)
n
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SIEMENS ERÖFFNETE NEUEN STANDORT SEINES E-CAR-BEREICHS
Serienfertigung von HEV-Antrieben angelaufen
Bild: Alfred Vollmer
In Anwesenheit von zwei bayerischen
Staatsministern, von Kunden und Lieferanten eröffnete Siemens in Erlangen seinen neuen Standort der Business Unit
Die Bayerische Staatsministerin Ilse Aigner und
Siemens-Vorstandsmitglied Klaus Helmrich ließen bei der Eröffnung des neuen Standorts mit
dem Zusammenstecken zweier Steckverbinder
symbolisch den ersten Strom durch die Leitungen fließen.
E-Car Powertrain Systems. Mit Erlangen
als neuem Standort für Entwicklung, Produktion und Tests von elektrischen Antrieben für Hybrid- und Elektrofahrzeuge
erweitert Siemens seine Geschäftsaktivitäten für die Elektromobilität.
Mit dem SOP (Start of Production) des
neuen Volvo XC90 wird auch das Werk in
Erlangen bereits die ersten Serienprodukte für den Hybridmotor des Fahrzeugs
liefern. Bei der offiziellen Eröffnung
erklärte Klaus Helmrich , Mitglied des
Vorstands der Siemens AG, dass Siemens
für die neuen Werke für Automobil-Elektroantriebe in Erlangen (Umrichter) und
Bad Neustadt/Saale (Elektromotoren, seit
2014) „dreistellige Millionenbeträge in
die Hand genommen“ hat, davon einen
zweistelligen Millionenbetrag in Erlangen. Zu der Eröffnung kamen auch Joa-
chim Herrmann, Bayerischer Staatsminister des Innern, für Bau und Verkehr,
sowie Ilse Aigner, Bayerische Staatsministerin für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie.
„Mit unserem neuen Entwicklungsund Fertigungsstandort für Umrichter in
Erlangen haben wir den Schritt zur Serienfertigung von Antriebssystemen für
den europäischen Elektromobilitätsmarkt
vollzogen“, sagte Jörg Grotendorst, CEO
der Business Unit E-Car Powertrain Systems bei Siemens. Auf 1200 m 2 fertigt das
Unternehmen Umrichter für den elektrischen Pkw-Antriebsstrang in Serie.
Weitere Details finden Sie in der Langversion des Beitrags per infoDIREKT auf
www.all-electronics.de. (av)
■
infoDIREKT
391ael0615
Für Automobilzulieferer
Zeiss eröffnete neues Prüflabor
scheidungskriterium pro Neuburg. Mit Koordinatenmessgeräten vom Typ Zeiss Contura und
Zeiss Prismo bietet das Unternehmen im neuen
Prüflabor auf rund 400 m2 messtechnische Lösungen für Kundenbedürfnisse, speziell aus der
Automobilindustrie, an.
infoDIREKT
725ejl0415
Bild: Zeiss
Zeiss hat ein neues Prüflabor für industrielle
Messtechnik in Neuburg an der Donau eröffnet.
„Der Hauptkunde unserer Dienstleistungen hier
vor Ort ist Audi Sport, aber auch andere Automobilzulieferer und weitere Firmen“, berichtet
Attila Szentes vom Zeiss-Unternehmensbereich
Industrial Metrology. Die räumliche Nähe zum
Ingolstädter Audi-Konzern sei ein wichtiges Ent-
Im neuen Prüflabor arbeitet Zeiss mit hochpräzisen Koordinatenmessgeräten.
TERMINE
Automotive Testing Expo
16. bis 18.6.2015, Stuttgart
testing-expo.com
8
Ausfallursachen- und Schadensanalytik an
elektronischen Baugruppen
24. bis 26.6.2015, Ingolstadt
otti.de
Embedded-Multicore-Konferenz
(von Infineon, Elektrobit, iSystem)
16. bis 18.6.2015, München
multicore-conference.com
Automotive Allstars
26.6.2015, Köln
automotive-allstars.com
IT Security for Vehicles
Secure Vehicles and Data Protection
17. bis 18.6.2015, Köln
vdi-wissensforum.de
Elektromagnetische Verträglichkeit
Grundlagen
15. bis 17.9.2015, Regensburg
otti.de
19. Internationaler Fachkongress
Fortschritte in der Automobil-Elektronik
23. bis 24.6.2015, Ludwigsburg
automobil-elektronik-kongress.de
IAA Pkw
17. bis 27.9.2015, Frankfurt/Main
iaa.de
AUTOMOBIL ELEKTRONIK 05-06/2015
ELIV
14. bis 15.10.2015, Baden-Baden
elektronik-im-fahrzeug.de
Entwicklerforum Akkutechnologie
3. bis 4.11.2015, Hamburg
batteryuniversity.eu
Das vernetzte Auto
1.12 bis 2.12.2015, Fürstenfeldbruck
sv-veranstaltungen.de
ZVEI Kompetenztreffen
Automobilelektronik
2. bis 3.12.2015, München
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Sie unter Applikationen/Automotive (erst bei „Automotive“, nicht
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Verzeichnis der wichtigsten
Automotive-Abkürzungen
333ael0612
schon auf „Applikationen“ klicken) oft auch längere Versionen
der für die Druckausgabe gekürzten Artikel sowie zusätzliche
News und Hintergrundinfos.
Die folgenden Beiträge aus dem Automotive-Umfeld wurden im
April 2015 am häufigsten aufgerufen. Eintippen des InfoDIREKTCodes rechts oben auf www.all-electronics.de führt Sie zum Beitrag.
2
Elektronik formt Auspuff-Sound
3
Siemens eröffnet neuen Standort seines E-Car-Bereichs
4
Absicherung elektrischer Antriebskomponenten in (H)EVs
5
Cyber-Security im Automobil
Unser Service für Sie
303ael0112Eberspächer
391ael0615Siemens
331ael0313
Scienlab
313ael0415Renesas
Ja zu Ethernet
Befahrbarer Lichtkanal
Microchip kauft Micrel
Neues Lichtassistentzzentrum
Microchip wird Micrel übernehmen. Nach Angaben beider Unternehmen hat Microchip „ein definitives Abkommen unterzeichnet, Micrel für
14,00 US-Dollar pro Aktie zu akquirieren“. Dabei
ist der Deal bereits festgezurrt: „Die Akquisition
wurde von den Vorständen beider Unternehmen genehmigt, und das Closing wird im dritten Quartal 2015 erwartet – unter der Voraussetzung, dass Micrels Aktionäre und die Regulierungsbehörden zustimmen sowie andere übliche Bedingungen eines Closings erfüllt werden“. Besonders interessant dürfte der Merger
für die Automotive-Kunden werden, denn hier
haben Microchip und Micrel jeweils quasi ein
Monopol im Bereich On-Board-Kommunikation
im Auto: Nach dem Kauf des Karlsruher Unternehmens SMSC war Microchip quasi der einzige
10
Anbieter von Chips für den MOST-Bus, der aber
nach Ansicht vieler Insider nur noch sehr selten
für neue Designs zum Einsatz kommen dürfte.
Micrel wiederum hat eine herausragende Dominanz im Bereich der automotive-tauglichen
Ethernet-Chips – und Ethernet gilt ganz klar als
Favorit für zukünftige Designs im Auto, zumindest aber zur Ablösung von MOST. Mit dieser
Akquisition hat sich Microchip somit quasi ins
Zentrum der zukünftigen Kommunikation im
Auto geschoben.
Vor 15 Monaten hat Micrel seine Sicht auf die
Automotive-Welt im Exklusiv-Interview mit
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK dargestellt, das Sie
per infoDIREKT 300AEL0114 lesen können.
infoDIREKT 398ael0615
Audi hat ein neues Lichtasistenzzentrum (LAZ)
am Standort Ingolstadt eingeweiht, zu dem
auch „der größte befahrbare Lichtkanal Europas“ gehört. In dem mattschwarz lackierten,
120 m langen unterirdischen Tunnel testen die
Entwickler Systeme wie adaptives Fernlicht und
kamerabasierte Lichtassistenzsysteme. Das
Lichtassistenzzentrum und das Laserlabor unter
einem elfstöckigen Gebäude stellte für die Statiker eine große Herausforderung dar, weil es ohne störende Säulen auskommen musste und bis
zu neun Meter Raumhöhe benötigte. Es ist mit
straßenähnlichem Bodenbelag ausgestattet.
Bild: Audi
Quelle: av
Die Ankün
digung der
Akquisition
auf der
MicrochipWebsite.
Das Audi-Team bei der Eröffnung des Lichtkanals:
Dr. Wolfgang Huhn, Prof. Dr. Ulrich Hackenberg
und Ricky Hudi (v.l.n.r.).
ZF jetzt unter Top-3 Tier-1s
Studie: Fahrdynamik beeinflusst Kaufentscheidungen
ZF schließt Übernahme
von TRW Automotive ab
Europäische Verbraucher tendieren zu Fahrzeugen mit
geschwindigkeitsabhängiger Lenkung und Traktion
Die ZF Friedrichshafen AG und die TRW
Automotive Holdings Corporation haben den erfolgreichen Abschluss der
Übernahme-Transaktion von TRW
durch ZF bekanntgegeben. TRW wird
als neue Division unter der Bezeichnung „Aktive & Passive Sicherheitstechnik“ in den ZF-Konzern eingegliedert. Das vereinte Unternehmen firmiert unter dem Namen ZF Friedrichshafen AG.
Mit dem Closing beginnt die Integration von TRW, die für drei bis fünf Jahre
angesetzt ist. Der Prozess wird in jenen
Bereichen beginnen, in denen die Kunden zuerst von gebündelten Aktivitäten profitieren; dies umfasst die Entwicklung neuer Produkte, die Materialwirtschaft, den Vertrieb und den Aftermarket. „Wir wollen das Beste aus beiden Welten zusammenführen“, erläu-
Die Fahrdynamik spielt eine große Rolle bei der
Kaufentscheidung europäischer Fahrzeughalter:
Laut einer aktuellen Studie von Frost & Sullivan
zur Einstellung europäischer Verbraucher zu Technologien der Fahrdynamik sind in Europa städtische männliche Kunden bereit, einen über dem
Durchschnittspreis liegenden Preis zu zahlen, um
auf fahrdynamische Technologien umzurüsten.
Frauen mit überdurchschnittlichem Einkommen
zeigten hingegen der Studie nach eine große Bereitschaft, einen Aufschlag für die Sicherheitsfunktionen zu bezahlen. Fahrzeughalter in den
Segmenten E und F legten mehr Wert auf Lenk-
testing
verhalten als auf Laufruhe des Antriebs. Auch die
Antriebsfunktionen seien ihnen wichtiger als der
Verbrauch oder Preis. Verbraucher im Kleinwagensegment zeigten Interesse und Zahlungsbereitschaft für Allradantrieb-Funktionalitäten. Die Zahlungsbereitschaft sinkt jedoch deutlich mit dem
Anstieg der Kosten für Technologien im Bereich
Lenkung, Fahrwerk und Allradantrieb. Die meisten
Verbraucher in Europa legen mehr Wert auf ein
faires Preis-Leistungs-Verhältnis und suchen daher
nach preisoptimierten Angebotspaketen.
by HBM
Bild: ZF
Optimiertes Prüfen von elektrischen Antrieben
John C. Plant, Präsident und CEO von
TRW (links), und der ZF-Vorstandsvorsitzende Stefan Sommer wollen „das
Beste aus beiden Welten“ von ZF und
TRW kombinieren.
tert der ZF-Vorstandsvorsitzende Stefan
Sommer. „Das vereinte Unternehmen
zählt mit einem Pro-forma-Gesamtumsatz von mehr als 30 Milliarden Euro
und über 130.000 Mitarbeitern zu den
Top-3 der weltweit führenden Automobilzulieferer“, konstatiert Sommer. „Im
Verbund mit TRW wird ZF noch besser
positioniert sein, um von großen Branchentrends zu profitieren, indem es auf
die Stärken beider Unternehmen baut,
sich weiterhin auf aktuelle und zukünftige geschäftliche Anforderungen konzentriert und den Übergang mit einem
Fokus auf Wertschöpfung gestaltet.“
ZF hatte am 15. September 2014 mit TRW
eine bindende Vereinbarung zur Übernahme von TRW unterzeichnet und seine
Beteiligung an Bosch ZF Lenksysteme an
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rt,
Führender chinesischer Suchmaschinenanbieter im Auto
LTE-Modul für Asien
Audi baut in China die Vernetzung im Auto aus
und integriert Baidu Car-Life in seine Modelle.
Dabei handelt es sich um eine SmartphoneAnbindung, ähnlich wie Google Android Auto
und Apple Car-Play. Sobald der Kunde sein
Handy im Auto anschließt, startet das Smartphone-Interface: Auf dem MMI-Bildschirm öffnet sich eine Umgebung mit maßgeschneiderten Baidu-Apps. Car-Life soll sowohl mit iOS als
auch mit Android funktionieren. Bereits Ende
Januar hatten sich Audi und der chinesische
Suchmaschinenanbieter auf eine Kooperation
verständigt. Die Kooperationsbestandteile
sind neben der Integration von Baidu Car-Life
auch eine gemeinsame Entwicklung von Kartendaten, Positionisierungsalgorithmen und
Point-of-Interest-Funktionen. Diese ermöglichen beispielsweise eine Übertragung von
Zieldaten aus der Baidu-Map am Computer
oder dem Smartphone ins Auto.
Damit chinesische Kunden ihre Online-Dienste
uneingeschränkt im Auto nutzen können, muss
eine schnelle und lückenlose Datenübertragung gewährleistet sein. Mit Huawei Technologies, einem der weltweit größten Netzwerkanbieter, hat Audi nun die Entwicklung und Nutzung eines asienspezifischen LTE-Moduls für
China, Japan und Korea vereinbart. Es unterstützt den im Jahr 2013 neu definierten Funkstandard TDD-LTE (Time Division Duplexing)
von China-Mobile und den FDD-LTE-Standard
(Frequency Division Duplexing). Damit kann
Audi nach eigenen Angaben als erster Premium-Autohersteller in China eine voll integrierte
LTE-Lösung anbieten.
Zu Baidu Car-Life gehören Kartendaten, Positionisierungsalgorithmen und PIO-Funktionen.
infoDIREKT101ael0615
Continental schluckt Elektrobit
Singapur als Innovationszentrum
Rund 1900 Experten wechseln
Intelligente Mobilität
Continental hat Elektrobit Automotive aufgekauft: 1900 Software-Experten sollen nun das
Continental-Entwicklungsteam stärken. Für den
Abschluss fehlen noch die Freigabe der Kartellbehörden und die Zustimmung der Hauptversammlung von Elektrobit, die im Juni geplant
ist. Der Elektrobit-Vorstand wolle der Transaktion einstimmig zustimmen. Der Kauf wird voraussichtlich im dritten Quartal 2015 abgewickelt. Über Elektrobits Beteiligung an der E-Solutions GmbH erhält Continental somit eine besonders enge Beziehung zu Audi.
NXP Semiconductors hat zusammen mit der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur ein Testgelände für smarte Mobilität auf
dem Campus eingerichtet. Das Testgelände soll
die Einführung der potenziell lebensrettenden
V2X-Technologien weltweit beschleunigen.
Unterstützt vom Singapore Economic Development Board, ebnet eine gemeinsame Initiative
den Weg für Singapurs „Smart Mobility 2030
Vision“, wobei der Stadtstaat zukünftig ein globales Innovationszentrum für intelligente Verkehrssysteme werden will.
infoDIREKT
103ael0615
Bild: NXP
China, Japan und Korea
Bild: Audi
Audi setzt auch auf Baidu Car-Life
V.l.n.r.: Prof. Yoon Soon Fatt und Prof. Lam Khin
Yong (NTU), Lim Kok Kiang (Singapore Economic
Development Board), Drue Freeman (NXP) und
Hans Akerboom (niederländische Botschaft).
kurz & bündig
TRW (jetzt ZF) stellte auf der Auto Shanghai
neue Kfz-Sicherheitstechnologien für SUVs
unter anderem für den Ford Kuga vor.
Die Harman-Tochter JBL und Smart haben die
„kleinste fahrbare Konzert-Location“ konzipiert: mit einer Spitzenleistung von 5720 W.
Toyota hat Schaeffler mit dem Superior Performance Award in der Kategorie Wertanalyse
ausgezeichnet.
Berner & Mattner Systemtechnik hat an ihrem
Stuttgarter Standort ein 700 m² großes Testhaus für über 20 HIL-Prüfstände eingerichtet.
TTTech hat 35 % an dem Hightech-EngineeringUnternehmen RT-RK in Serbien erworben.
Inrix bietet mit Inrix Insights eine neue Analyseplattform, bei der Daten aus vernetzten Autos Auskunft über den Bewegungsfluss von
Fahrzeugen geben.
12
General Motors hat seit seiner Gründung im Jahr
1908 mehr als 500 Millionen Fahrzeuge gebaut: Opel fertigte dabei rund 68 Millionen
Fahrzeuge; die meisten davon im Rüsselsheimer Stammwerk.
ZF hat im Jahr 2014 in Deutschland 909 neue
Patente angemeldet und landet somit auf
Platz zehn in der Patentstatistik. Der Technologiekonzern investierte 2014 insgesamt 891
Millionen Euro.
Das Hirose-Werk von Toyota hat Infineon für
den CAN-Transceiver mit einem Qualitätspreis
für „außergewöhnlich gute Produktqualität“
ausgezeichnet.
IBM hat Method Park mit dem „Innovation in Continuous Engineering Award“ ausgezeichnet.
U-blox ist neues Mitglied des Car-2-Car Communication Consortium.
Garmin stattet Navigationsgeräte der EssentialSerie erstmals mit Funktionen höherpreisiger
Klassen aus. Sie lassen sich mit der Rückfahrkamera koppeln und „geben Sprachhinweise wie
ein echter Beifahrer“.
Continental liefert mehr als 50 verschiedene
Komponenten und Systeme für den BMW i8.
FEV hat D2T Powertrain Engineering übernommen.
Valeo wurde für den Generator „EG Efficiency
Alternator“ mit dem PACE-Award geehrt.
Hella liefert die Voll-LED-Heckleuchten für den
neuen Renault Espace.
Audi nutzt die MOST-Technologie von Microchip
Technology im Virtual Cockpit der neuen TTModelle.
Daimler hat eine strategische Zusammenarbeit
mit Qualcomm angekündigt (mehr dazu über
infoDIREKT 701ael0615).
Märkte + Technologien Messereport
1
2
Bericht von der Messe Auto Shanghai
Die Automesse für Geschäfte auf dem chinesischen Markt
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK war auf der Auto Shanghai und berichtet kurz und knapp über Autos, Zulieferteile
Autor: Alfred Vollmer
und Impressionen am Rande.
F
Autor
Dipl.-Ing. Alfred Vollmer
Redakteur der
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
14
ür den chinesischen Markt sind die Auto
Shanghai sowie die jeweils im Wechsel dazu
ebenfalls alle zwei Jahre stattfindende Auto
China in Beijing etwa so wichtig wie die IAA für
Deutschland. Entsprechend groß war der Andrang
auf den 280.000 Quadratmetern Ausstellungsfläche,
wo 2000 Firmen aus 18 Ländern ihre Exponate zeigten. 813.000 Besucher und über 10.000 Journalisten
kamen, um die knapp 1300 ausgestellten Fahrzeuge
zu sehen, von denen 69 Fahrzeugstudien waren.
111 Fahrzeuge hatten vom 22. bis zum 29.4.2015
auf dem Gelände des „National (Shanghai) Center
for Exhibition and Convention“ Weltpremiere. Gefühlt
waren zwei Drittel der Exponate entweder ein SUV
oder die Langversion einer Limousine. Neben den
großen internationalen Automobilherstellern zeigten
vor allem auch viele chinesische Automobilhersteller
ihre Fahrzeuge. OEMs wie BAIC, BYD, Brilliance,
Changan, Chery, Dongfeng, FAW, GAC, Geely, Great
Wall, SAIC oder Ssangyong waren mit erstaunlich
großen Ständen vertreten. Obwohl die Notwendigkeit
für abgasfreie oder zumindest abgasarme Fahrzeuge
allgegenwärtig in der Luft lag, zählten nur 91 Fahrzeugexponate zu den „New Energy Vehicles“.
Die Pressemitteilung des Messeveranstalters spricht
zwar davon, dass „fast alle führenden Anbieter von
Komplettfahrzeugen ihre Hybridfahrzeuge zeigten“,
aber nach Ansicht der Redaktion verstanden es manche Unternehmen offensichtlich meisterhaft, ihre
E-Fahrzeuge und (Plug-In-)Hybride zu verstecken.
Märkte + Technologien Messereport
4
Bilder: Alfred Vollmer
3
Audi und BMW lenkten jeweils die Besucherströme
aktiv zu ihren Plug-In-Hybriden X5e sowie A3 e-tron
und A6L etron. Die chinesischen Hersteller BYD und
Geely zeigten reine Elektrofahrzeuge, und Hyundai
gewährte erstmals einen Blick auf den Antriebsteil
seines Brennstoffzellenfahrzeugs ix35.
Zulieferer in Shanghai
Zulieferer wie Bosch, Brose, Continental, Delphi, Denso, Kiekert, LG, Preh und ZF präsentierten auf der Auto
Shanghai ebenfalls ihre Lösungen, wobei gerade an
den Ständen der Zulieferer der klare Fokus der Messe
auf den Zielmarkt China sehr deutlich wurde. Auf
den Pressekonferenzen der großen Zulieferer stand
stets die immense Bedeutung des chinesischen Marktes sowie der Bedarf an qualifiziertem Personal im
Vordergrund.
So hatte Bosch zum Beispiel einen separaten Bereich mit (primär mechanischen) Exponaten, die in
China entwickelt und gefertigt wurden. Viel wichtiger
waren aber Navigationsgeräte mit chinesischer Benutzeroberfläche oder spezifische Produktvarianten für
den chinesischen Markt, wobei Bosch auch versuchte, den Chinesen seine Pedelec-Antriebe schmackhaft
zu machen – bei den zahlreichen Elektro-Scootern in
China sicherlich keine schlechte Idee.
Preh demonstrierte mit seiner BMU (Battery
Management Unit) sowie der CSSU (Cell Supervising
Sensor Unit) seine Kompetenz rund um das Batteriemanagement, ließ aber auch die Bedienkonzepte nicht
zu kurz kommen. So konnten aufmerksame Besucher
am Preh-Stand bereits die Touch-Bedieneinheit des
neuen Audi Q7 testen, obwohl das Fahrzeug selbst auf
der Messe (noch) nicht zu sehen war.
Beim Messerundgang empfahl es sich übrigens, stets
auf den Boden zu schauen, weil in den brandneuen
Messehallen oftmals Kabel- und Schlauchkanäle auf
dem Fußboden verlegt waren, über die die Versorgung
der Stände mit Strom und Wasser erfolgte.
Auf der Neuheitenseite hielten sich die Exponate
bei den OEMs und Zulieferern aus internationaler
Sicht stark in Grenzen – auch im Bereich der Elektromobilität. Wenn es aber darum geht, Geschäfte auf
dem chinesischen Markt zu machen, ist die Auto
Shanghai bestimmt ein Muss.
■
infoDIREKT
Bild 1: Dies ist mittlerweile ein historisches
Foto, denn auf der Auto
Shanghai hatte TRW
Automotive seinen
letzten Messeauftritt vor
der Integration in ZF.
Bild 2: Die Marke Haval
des chinesischen OEMs
Great Wall zeigte ausschließlich SUVs und ist
seiner Werbung zufolge
die „No.1 SUV brand in
China“.
Bild 3: Zinoro, die neue
Marke von BMW
Brilliance, präsentierte
die Studie Concept Next.
Bild 4: Am Stand von Preh
war schon das Bediensystem des brandneuen
Audi Q7 zu sehen, das
über ein aktives haptisches Feedback verfügt.
305ael0615
15
Titelinterview Volvo
Dr. Thomas M. Müller: „Die Tool-Suite Elektra ermöglicht es uns, den E/E-Entwicklungsprozess top-down herunterzubrechen.
Dabei legen wir keine Papierdokumente ab, und alle Dokumente sind miteinander verlinkt.“
Ulf Alvebratt, Infotainment Project Director: „Wir haben auch das HMI mit
einem holistischen Konzept der Informationsverteilung auf drei Displays
völlig neu aufgesetzt.“
16
Dr. Mats Andersson, Director EPS Engineering: „Weil die Batterie sicher in
der Mittelkonsole verbaut ist, benötigt sie keinen Platz im Gepäckraum, sodass wir den einzigen (Plug-In-)Siebensitzer in diesem Segment anbieten.“
Interview mit E/E-Leiter Dr. Thomas M. Müller und seinem Team bei Volvo
E/E made in Sweden
Volvos E/E-Team ist für die Premium-Entwicklungen im Geely-Konzern zuständig, liefert aber auch Design-Inputs bis hinunter zum C-Segment. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK traf am Hauptsitz in Göteborg/Schweden Volvos
E/E-Leiter Dr. Thomas M. Müller sowie das E/E-Leitungsteam und erkundigte sich rund um die Themenbereiche China, Entwicklungsbaukästen, Tools, Autosar 4, den neuen XC90 und die europäische E/E-Community.
Das Interview führte Alfred Vollmer
Dr. Thomas M. Müller: Die Tool-Suite Elektra ermöglicht es uns, den
E/E-Entwicklungsprozess top-down herunterzubrechen. Dabei
legen wir keine Papierdokumente ab, und alle Dokumente sind
miteinander verlinkt. Wir haben mit Elektra einen stringenten
Break-Down-Prozess, der das Herunterbrechen der Requirements
nahtlos ermöglicht. Über eine automatische Schnittstelle ist sogar
das Anforderungsmanagement angedockt. Unsere Signaldatenbasis pflegen wir nicht von Hand sondern wir erzeugen sie auf
Knopfdruck, und die Autosar-Extrakte für die Lieferanten können
wir elektronisch ausleiten. Die zum Großteil automatisierte KomWelche besonderen Vorteile ergeben sich durch Volvos chinesimunikation erfolgt nur noch über XML-Files.
schen Mutterkonzern?
So lassen sich Delta-Anforderungen relativ
Dr. Thomas M. Müller: Der Zugang zum chineFür
uns
war
es
eine
einfach in die Systeme hinein bringen, weil
sischen Markt ist einfacher geworden. Wir
wir nicht in Tausenden Dokumenten die
strategische Entscheikönnen als Volvo ohne Joint-Venture in ChiQuerverbindungen suchen müssen.
na agieren. Volvo ist jetzt eine von mehreren
dung in Autosar 4
Marken im Geely-Konzern. Im Prinzip sind
einzusteigen.
Warum setzt Volvo beim Backbone auf Flexwir durch unser Know-how der TechnologieDr. Thomas M. Müller, Volvo
ray und nicht auf deterministisches Ethernet?
und Premium-Partner. Daher sind wir in
gewisser Weise die Innovationstreiber innerDr. Thomas M. Müller: Wir bringen jetzt in 2015
halb des Geely-Konzerns. Natürlich gibt es Abstimmungen im
den XC90 auf den Markt. Als wir vor einigen Jahren die EntscheiAufsichtsrat, aber wir können den Cycle-Plan, den wir uns vorgedung für die Architektur fällten, war Ethernet noch nicht reif
stellt haben, auch so umsetzen. Der Vorstand hat die Situation vor
genug, aber die Domänenarchitektur des XC90 ist grundsätzlich
einigen Jahren mit dem Begriff „technologisch unabhängig“ deutdarauf vorbereitet, irgendwann Flexray gegen Ethernet auszulich formuliert. Unsere aktuelle Situation ist jetzt ganz anders als
tauschen. Durch die Informations-Vorverarbeitung in den Domäzu der Zeit, bevor Geely der Eigentümer von Volvo war.
nen lasten wir den Flexray-Bus nur zu 35 bis 40 % aus, weil der
Bus vor allem die Ergebnisse der Sensorauswertung aber nicht
Wie werden Technologien, die Sie in Schweden entwickeln, in
die Sensor-Rohdaten überträgt.
China weiter verwendet?
Sie arbeiten ja jetzt schon mit Autosar 4.0.3. Welche Vorteile ergeDr. Thomas M. Müller: Geely hat vor 1,5 Jahren ein Tochterunterben sich gegenüber den Vorgängerversionen?
nehmen namens CEVT, China Euro Vehicle Technology, mit Sitz
hier in Göteborg gegründet. CEVT ist ein Entwicklungszentrum
Dr. Thomas M. Müller: Für uns war es eine strategische Entscheifür die C-Plattformen, bei denen die Themen Volumen und Kosdung, in Autosar 4 einzusteigen. Volvo darf ECUs mit IP seines
tendruck allgegenwärtig sind. Dort entwickeln wir mit großem
vorherigen Eigentümers Ford nur eine bestimmte Zeit weiter
Erfolg eine skalierbare Plattform sowohl für die Marke Geely als
verwenden – und zwar nur für Volvo, aber nicht für Geely. Wir
auch für Volvo, wobei Volvo die Entwicklung der Enabler für das
mussten somit quasi wieder auf der grünen Wiese anfangen.
Premium-Segment vorantreibt. All diese EntwicklungsaktivitäDabei fiel die Entscheidung für Autosar 4 – wohl wissend, dass
ten von CEVT laufen in Göteborg.
man als erster Nutzer von Autosar 4 in der ganzen Fläche über
107 Steuergeräte im Superset hinweg vor einer Riesenherausforderung steht. Wir haben viel bei Lieferanten und Tool-Anbietern
Vor zwei Jahren haben Sie in Ludwigsburg mit Elektra einen ziemmitgeholfen, um die Qualität in der Toolchain sowie der Software
lich radikalen aber viel versprechenden Ansatz vorgestellt. Wie
nach oben zu bekommen. Beim XC90 erfolgt der branchenweit
hat sich das Tool in der Praxis bewährt?
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Wie arbeitet es sich als Deutscher bei
einem schwedischen Unternehmen mit einer chinesischen Mutter?
Dr. Thomas M. Müller: Das ist ein sehr multikulturelles Umfeld, und
mit unserer chinesischen Mutter sind wir in einem deutlich globaleren Umfeld tätig als früher. Mir persönlich ist der Einstieg relativ
leicht gefallen; das hängt zum Teil auch daran, dass die Schweden
sehr offen sind und das Land eine offene Willkommenskultur hat,
aber eine gewisse Flexibilität muss man auch selbst mitbringen.
17
Petter Hörling, Director Digital User Experience (hier im HMI Lab): „Es gilt,
den Fahrer auf eine sehr intuitive Weise aus der Loop und zurück in die Loop
zu bekommen ... und den Fahrer nicht zu überlasten.“
Henrik Svensson, Manager Audio Systems (hier im Akustik-Referenzlabor):
„In einem besonderen Raumklang-Modus bilden wir das Klangerlebnis der
Konzerthalle von Göteborg nach; das muss man hören und erleben.“
Null auf 100 km/h, wobei grob gesagt 200 Nm aus der E-Maschine auf die Hinterachse wirken. Damit können wir sogar einen
Allradantrieb darstellen, wobei die Abstimmung der Drehmomente zwischen zwei unterschiedlichen Motorprinzipien wirklich anspruchsvoll ist. Weil die Batterie sicher in der Mittelkonsole verbaut ist, benötigt sie keinen Platz im Gepäckraum, sodass
wir den einzigen Siebensitzer in diesem Segment anbieten, der
über einen Plug-In-Hybridantrieb verfügt.
Welche Aktivitäten hat Volvo beim automatischen Fahren, und wie
wirkt sich das auf die Architektur aus?
Dr. Thomas M. Müller: Das Drehmoment-Verhältnis von 2:1 zwischen
Verbrenner und E-Maschine halten wir über die gesamte SPADr. Thomas M. Müller: Volvo hat die Vision, dass es im Jahr 2020 keinen
Plattform hinweg konstant. Mit dieser skalierbaren PlattformUnfalltoten oder Schwerverletzten mehr in einem neuen Auto von
Architektur kommen wir hinunter bis ins D-Segment zu ModelVolvo geben wird. Wir werden im Jahr 2017 in der Region Göteborg
len wie S60, V60 und XC60, sodass wir eine gute Skalierbarkeit
100 Fahrzeuge in Kundenhand geben, die dann auf ausgewählten
bis hinauf zu S90, V90 und XC90 haben. Und für das C-Segment
Strecken hochautomatisiert fahren. Die Architektur muss entsprearbeiten wir bereits an der nächsten Generation, die noch koschend sicher und ISO-26262-konform sein sowie Redundanzen in
teneffektiver sein wird.
den Systemen aufweisen. Das geht nur mit der richtigen Basis.
Ulf Alvebratt (Infotainment Project Director): Wir haben auch das
Petter Hörling (Director Digital User Experience): Auch das HMI hat
HMI mit einem holistischen Konzept der Informationsverteilung
eine hohe Bedeutung, denn es gilt, den Fahrer auf eine sehr intuauf drei Displays völlig neu aufgesetzt. Je nachdem, ob eine Inforitive Weise aus der Loop und zurück in die Loop zu bekommen.
mation „now“ (jetzt), „in a while“ (bald) oder „whenever“ (irgendHierfür muss man Informationen zum Teil reduzieren, um prägwann) erreichbar sein soll, erfolgen Anzeige und Bedienung über
nantere Aussagen rüber zu bringen, teilweise aber auch Details
das HUD im direkten Sichtfeld des Fahrers oder im 12,3-Zolldarstellen können. Es ist eine sehr spannende Aufgabe, sich an
Cockpit-Display in Kombination mit der Bedienung über die Lenkdieser Stelle auf das Wesentliche zu konzentrieren, und den Fahrer
radtasten beziehungsweise im fast zehn Zoll großen Centerstacknicht zu überlasten. Außerdem geht es um die Use-of-Drive-Time,
Display verbunden mit dessen Touchinterface. Zusätzlich können
also darum, wie sich die freigewordene Zeit sinnvoll nutzen lässt.
eine Vielzahl von Funktionen natürlich ebenfalls über die Sprachsteuerung erreicht werden. Dieser Ansatz ist in punkto Sicherheit,
Welche besonderen Herausforderungen mussten Sie beim XC90
minimierter Fahrerablenkung und Intuitivität sehr fortschrittlich.
auf der E/E-Seite – jenseits von Autosar 4 – meistern?
Außerdem arbeitet das zentrale Touch-DisDr. Mats Andersson (Director Electric Propulplay der Headunit mit bis zu 60 Frames/s und
sion Systems Engineering): Der XC90 ist in
Wir sollten über die
besitzt eine Gestenerkennung ähnlich einem
der Version T8 ein Plug-In-Hybrid, bei dem
Gründung
eines
Smartphone, was bezüglich der Interaktider Verbrenner 320 PS auf der Vorderachse
Big-Data-Gremiums
onsmöglichkeiten weit über die Darstellung
und die E-Maschine zusätzliche 87 PS auf
und Bedienung software-emulierte Schalter
der Hinterachse zur Verfügung stellt. Mit
nachdenken.
herkömmlicher Touch-Screen Interfaces hindiesen über 400 PS und maximal 640 Nm
Dr. Thomas M. Müller, Volvo
ausgeht. Natürlich ist der neue XC90 in volbeschleunigt das Fahrzeug binnen 5,8 s von
erste SOP mit Autosar 4 – und vor allem der erste und einzige,
der Autosar 4 zu 100 % in allen Geräten hat. Als erster OEM, der
in vollem Umfang das neue Autosar-4-Release anwendet und
der dabei hilft, es auch in der realen Praxis lauffähig zu machen,
glaube ich, dass wir einen ganz wesentlichen und umfangreichen
Beitrag für die Automobilbranche geleistet haben.
18
Das E/E-Leitungsteam in einem Labor an Volvos Firmensitz in Göteborg/Schweden (v.l.n.r.): Henrik
Svensson, Ulf Alvebratt, Kent Melin (Senior Technical Leader Complete Electrical), Dr. Thomas M. Müller, Petter Hörling, Lennart Lundh (Director Electrical System Design) und Dr. Mats Andersson.
Volvos E/E-Leiter Dr. Thomas M. Müller (rechts) erklärt AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur Alfred
Vollmer Details zum Hybrid-Antrieb des XC90.
lem Umfang connected: mit der ganzen Telematik-Palette inklusive Fernbedienung per Smartphone-Apps, Connected-Navigation inklusive Echtzeit-Verkehr, Connected-Infotainment, Apps
vom Musik-Streaming bis zu Location-based Services, Over-theair-Updates für Karten und Firmware sowie Connected-ServiceBuchungen, Telediagnose und Online-Bedienungsanleitung. Die
Apple-CarPlay-Integration, die Volvo als einer der ersten OEMs
in diesem Jahr bietet, ist ein Highlight in punkto Integration, weil
es perfekt in unser neues HMI-Konzept passt.
Henrik Svensson (Manager Audio Systems): Weil das Auto einer der
letzten Rückzugsorte ist, an dem man seine Musik individuell
genießen kann, haben wir beim XC90 für echten Premium-Sound
von Bowers & Wilkins mit Zwölfkanal-Verstärker, 1400 W Leistung
und 19 Lautsprechern gesorgt. In einem besonderen RaumklangModus bilden wir das Klangerlebnis der Konzerthalle von Göteborg
nach; das muss man hören und erleben, um es zu verstehen.
über Unfallerkennung und Stauwarnung bis hin zu Hinweisen für
das autonomen Fahren – zum Beispiel über eine Veränderung der
Fahrbahn. Hier liegt ein ganz großes Potenzial.
Wir sollten in diesem Zusammenhang über die Gründung eines
entsprechenden Gremiums nachdenken. Autosar zeigt uns deutlich,
dass wir gemeinsam sehr viel erreichen können. Ich selbst war
Gründungs-Chairman des Gremiums, das den Navigation Data
Standard NDS hervorbrachte, der übrigens auch im neuen XC90
zum Einsatz kommt, und habe die Arbeit als sehr fruchtbar empfunden. Ein solches Big-Data-Gremium könnte sich mit den Datenformaten beschäftigen und die Frage klären, wer als Host eines
Systems fungiert, das die absolut anonymisierten Daten analysiert
und sammelt. Auf Basis dieser Daten könnten Zulieferer wie OEMs
neue Services und Funktionen im Kernbereich der Automobilindustrie darstellen. Wir kämen dann in eine ganz andere Ära, die
ein OEM allein in allen Märkten nicht schaffen kann.
Welche Pläne hat Volvo im Bereich 48-V-Bordnetz?
Dr. Thomas M. Müller: 48 V ist gesetzt, das wird in den nächsten
Jahren kommen, um die CO2-Vorgaben in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor einzuhalten. 48 V ist aber auch ein Türöffner
für neue Komfortfunktionen.
Die gemeinsame Erklärung der E/E-Leiter auf dem AutomobilElektronik-Fachkongress vor vier Jahren war da ein wichtiges
Signal und hat nicht nur uns Planungssicherheit gegeben; auch
die Zulieferer konnten so Systeme und Halbleiter für 48 V entwickeln. Ich bin ganz generell ein großer Freund von Kooperationen und von diesen Netzwerken. Das ist eine Stärke, die wir
in der Automobilindustrie gerade hier in Europa nutzen müssen.
Welche Bedeutung hat der Kongress Fortschritte in der AutomobilElektronik in Ludwigsburg für Sie?
Dr. Thomas M. Müller: Der Kongress in Ludwigsburg ist für mich immer
ein Highlight, weil er sehr hochkarätig besetzt ist. Sowohl auf der
Zulieferseite als auch auf der OEM-Seite kommt man dort mit den
Entscheidern zusammen, um vielleicht auch neue Kooperationen
wie damals bei 48 V anzustoßen. Die sehr aktuellen und qualitativ
sehr hochwertigen Präsentationen geben Inputs zum Austausch
und dafür, die Position des eigenen Hauses besser einzuschätzen.
Es ist ein fester Bestandteil in meiner persönlichen Agenda, einmal
im Jahr nach Ludwigsburg zu fahren und von Zeit zu Zeit mit Vorträgen auch selbst einen Beitrag zu leisten – in diesem Jahr beispielsweise über die neue Digital User Experience von Volvo.
n
In welchen Bereichen sollte das europäische AutomotiveE/E-Netzwerk enger kooperieren?
Dr. Thomas M. Müller: Vor allem beim Sammeln und Verbreiten von
analysierten Fahrzeugdaten, die über einen Big-Data-Ansatz massiv zur Verkehrssicherheit beitragen können, benötigen wir ein
gemeinsames Vorgehen: von möglichen Realtime-Trafic-Systemen
Interviewer
Alfred Vollmer
Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
19
Bild: Daimler
ADAS Fahrerassistenz
Autonom unterwegs in einem
Versuchsfahrzeug
von Daimler.
Automatisiertes Fahren 3.0
Bestandsaufnahme und Ausblick
Automobilhersteller und Zulieferer arbeiten derzeit mit Hochdruck an der Umsetzung des
automatisierten Fahrens. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK wirft einen Blick auf die aktuellen BauAutor: Alfred Vollmer
stellen und erklärt, dass sich bei den Laserscannern viel tut.
I
n den letzten Monaten verging kaum eine Woche
ohne wesentliche Neuigkeit rund um das automatisierte Fahren – sei es nun aus technischer Sicht
oder aus der Marketing-Perspektive. So absolvierte
Bundesverkehrsminister Alexander Dobrindt eine
Testfahrt in einem Audi „A7 piloted driving concept“.
Mit der Serienfertigung seines zFAS (siehe Seite 24
und 32) genannten zentralen Fahrerassistenz-Steuergeräts hat Audi übrigens Delphi beauftragt.
Automatisiert quer durch die USA
Delphi wiederum hat in Eigenregie mit einem Technologieträger „erfolgreich die längste automatisierte
Fahrt in Nordamerika abgeschlossen“, was Delphis
CTO Jeff Owens so kommentiert: „Sie führte von San
Francisco nach New York und war die erste Fahrt von
Küste zu Küste, die je von einem automatisch fahrenden Fahrzeug unternommen wurde. Die Strecke von
knapp 3400 Meilen (rund 5400 km) fuhr das Fahrzeug
zu 99 Prozent im vollständig automatischen Modus.“
Diese 99 Prozent sind eine tolle Leistung, aber die
Arbeiten zur Abdeckung des restlichen einen Prozentpunkts oder zumindest bis zu den Five-Nines
20
(99,999 %) erfordern besonders bei der Software noch
einen echten Kraftakt der gesamten Branche. Während dieser Fahrt sammelten die Ingenieure drei Terrabyte Daten – und die wollen erst einmal ausgewertet sein. Dafür sind viel Zeit und die passenden Tools
(siehe Kasten auf Seite 22) erforderlich.
Laserscanner
Bei Geschwindigkeiten jenseits der Schrittgeschwindigkeit liefern neben den Kameras und den Radarsensoren (sowie der Cloud) vor allem die Laserscanner die für das automatisierte Fahren erforderlichen
Daten, denn der Laserscanner schließt die Lücke zwi-
Eck-Daten
Auf dem Weg zum automatisierten Fahren unternehmen
OEMs und Zulieferer derzeit große Anstrengungen:
• Neue Steuergeräte für Fahrerassistenzsysteme
• Testfahrten auf öffentlichen Straßen
• Laserscanner und weitere Sensoren
• ADAS-Systeme als Vorstufe
Begonnen hat alles mit dem ESP.
Info-KASTEN
ADAS als Aftermarket-Produkt
Mit Nüvicam präsentiert Garmin ein neues Navigationssystem, dessen integrierte Kamera das Verkehrsgeschehen
durch die Windschutzscheibe aufnimmt und so Fahrerassistenzsystem-Features in einem mobilen AftermarketNavigationsgerät ermöglicht. Neben der Navi-Funktion
bietet es einen Kollisionswarner, einen Spurhalteassistenten und eine integrierte Dashcam.
Bild: Garmin
schen Bild- und Radardaten. Die auf dem Autodach
montierten hochauflösenden Rundum-Laserscanner
(siehe Bild auf Seite 30) sind spätestens seit dem PRRummel um das Google-Auto für viele Menschen der
Inbegriff für automatisierte Fahrzeuge. Weil ein derartiger Laserscanner aber mehr kostet als ein sehr gut
ausgestattetes Auto der oberen Klasse, mussten die
OEMs und die Zulieferer dafür sorgen, dass Laserscanner erschwinglich werden.
Die auf dem Dach montierten Laserscanner stammen fast ausschließlich von Velodyne, aber wenn es
darum geht, nicht 360° sondern nur einen Bereich bis
zu knapp unter 180° zu erfassen, kommen diverse
andere Anbieter mit ins Spiel. So hat Valeo in enger
Zusammenarbeit mit Audi einen Laserscanner entwickelt, und in diversen Fahrzeugen sind schon Laserscanner von Ibeo auf den Straßen unterwegs.
Nach Angaben von Kevin Mak, Automotive-Analyst bei Strategy Analytics kommen jetzt auch diverse andere Anbieter mit ins Spiel. In seinem Laserscanner-Report erklärt Kevin Mak nicht nur, wann
und wo ein Laserscanner erforderlich ist, sondern
auch, welche Zulieferer welche Ziele haben: Quanergy arbeitet beispielsweise mit einer proprietären Optik
an einer Scannerlösung, die für etwa 100 US-Dollar
erhältlich sein soll. Hammamatsu wiederum wolle
nach vielversprechenden Versuchen mit AR-HeadUp-Displays die DMD-Technologie (Digital Micromirror Device) aus der Kinoprojektion auch in die
Automotive-Laserscanner bringen.
Mithilfe von APDs (Avalanche Photo Diodes) und
SPADs (Single Photon-sensitive Avalanche photoDiodes) wollen Unternehmen wie Princeton Light-
Der neue ZAMC4100 –
Eine Innovation für eine intelligente Motorsteuerung
Der neue hoch integrierte ZAMC4100 Actuator und Motor Controller IC
ist AEC-Q100 qualifiziert und kommt im Automobil- und Industriebereich
zum Einsatz.
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12.05.2015 13:12:30
21
Heckaufprallunfälle lassen sich mit AEB vermeiden“,
erklärte Wolf-Henning Scheider auf dem 17. Technischen VDA-Kongress im März – damals noch in seiner
Funktion als Bosch-Vorstandsmitglied. Selbst wenn
ein Fahrzeug noch nicht (voll) automatisiert fährt,
können wir mit ADAS somit einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit (und zum Komfort) leisten.
Bild: Alfred Vollmer
Warum automatisietes Fahren 3.0?
Bosch hat einen Tesla
S zu einem autonom
fahrenden Fahrzeug
umgebaut, das mit
beachtlicher Geschwindigkeit einen
Handlingkurs am
Testgelände Boxberg
absolviert. Die Box
hinter dem Vorderrad
ist ein Laserscanner.
wave die bisher sehr hohen mechanischen Anforderungen senken, um so die Kosten für diese Sensoren
nach unten zu bringen. Sowohl Princeton Lightwave
als auch Quanergy planen Kevin Mak zufolge, in
Kürze ihre Produkte auf den Markt zu bringen.
Falls Sie sich fragen, warum die Überschrift dieses
Beitrags die Versionsnummer 3.0 enthält, hier die
Auflösung: Autonomes Fahren 1.0 ermöglichten die
Pferdekutschen, bei denen die Tiere stets ihren Weg
zum heimischen Stall fanden. Autonomes Fahren 2.0
realisierte die Branche im Rahmen des Eureka-Projekts Prometheus von 1985 bis 1994 mit beachtlichem
Erfolg, aber jetzt sind wir beim automatisierten Fahren in der Version 3.0 auf dem Weg zum Massenmarkt
– zunächst im Premiumsegment.
■
Autor
Vorstufe ADAS
Die Vorstufe des automatisierten Fahrens bilden die
Fahrerassistenzsysteme. Nachdem ESP/ESC schon
einen wesentlichen Beitrag zur Unfallvermeidung
leistet, liefert das autonome Notbremssystem einen
zusätzlichen Beitrag zur Verkehrssicherheit. „72 % der
Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
infoDIREKT
301ael0615
Info-KASTEN
Die Datenfülle handhaben
der Entwicklung Probleme mit
sich, denn die Rohdaten, aus denen die Software die einzelnen
Objekte identifiziert, sind nur
chipintern verfügbar. Das hat zum
Beispiel zur Folge, dass vom Fahrer während einer Testfahrt erfasste Fehler nicht analysiert werden können. Stellt ein Fahrer
während der Testfahrt fest, dass
ein Objekt vom System nicht richtig erkannt wurde, ist es nicht
möglich, die Ursachen dieses Fehlers in der Software zu identifizieren. Eine Lösung des Problems liefert der neue Datenlogger DP24R
von Embedded Brains, dessen
Headunit direkt an die Radarsen-
Bild: Embedded Brains
Sowohl bei den optischen Bildern
als auch bei den Radarbildern erfolgt die Erfassung und Verarbeitung in einem System, das lediglich die ausgewerteten Daten
nach außen gibt. Das hat den Vorteil, dass alle Funktionen in einem
Gehäuse zusammengefasst sind.
Allerdings bringt dieser Ansatz in
22
soren angekoppelt wird, sodass
der Datenlogger Zugriff auf die
Rohdaten hat und sie aufzeichnen
kann.
Wenn sich beispielsweise vier
Sensoren an den vier Ecken des
Fahrzeugs befinden, um die gesamte Umgebung des Fahrzeugs
zu überwachen, dann können vier
angeschlossene Headunits die
Rohdaten während der Testfahrten aufzeichnen, wobei die Aufzeichnungskapazität des Datenloggers zehn Stunden beträgt.
Nach der Testfahrt kann der Entwickler die gespeicherten Rohdaten in sein System am Arbeitsplatz einspeisen und somit entscheiden, ob die Bilderfassung
fehlerhaft ist oder ob ein Software-Fehler vorliegt. Sollte letzteres der Fall sein, kann der Entwickler seine Algorithmen solange modifizieren, bis sie anhand
der gespeicherten Rohdaten genau die Objekte erkennt, die sie
erkennen muss. Videokameras im
Fahrzeug zeichnen zeitsynchron
zur Radar-Datenerfassung mit auf.
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Verwaltung Ihrer zahlreichen Daten, Parameter, Modelle, Varianten, Tests
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Anforderungen bis hin zum Steuergerätetest.
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ADAS Automatisiertes Fahren
Der Weg zum pilotierten Fahren
Fahrerassistenz als Basis für automatisiertes Fahren und Parken
Schon heute sind die Fahrerassistenzsysteme hoch vernetzt, und sie werden es durch das
pilotierte Fahren noch intensiver sein. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK wirft einen Blick auf den derzeit neusten Stand der Serientechnik und gibt einen Ausblick auf die automatisierten FahrAutoren: Alejandro Vukotich, Dr. Miklos Kiss, Georg-Peter Duba
zeuge von morgen. D
er neue Audi Q7 ist aktuell das meist vernetzte Fahrzeug
auf dem Markt; er setzt einen Benchmark beim Angebot
der Fahrerassistenzsysteme. Diese bilden auch die technologische Basis für das zukünftige pilotierte Fahren und Parken.
Serienmäßig sind im Q7 bereits einige Assistenten an Bord: ob
Pausenempfehlung, Anfahrassistent, Geschwindigkeitsregelanlage beziehungsweise -begrenzer, Einparkhilfe hinten und die
Sicherheitssysteme „Pre Sense Basic“ und „Pre Sense City“. Spannend wird es dann aber bei den optionalen Systemen. Neben dem
prädiktiven Effizienzassistenten, Nachtsicht- und Anhängerrangierassistenten sowie der Ausstiegswarnung und dem „Pre Sense
Front“ kommen wichtige Sicherheitssysteme zum Einsatz, die für
das pilotierte Fahren unerlässlich sein werden:
ACC (Adaptive Cruise Control) hält den Q7 auf einer gewählten
Geschwindigkeit beziehungsweise einen bestimmten Abstand
zum vorausfahrenden Fahrzeug. Das System nutzt in erster Linie
die beiden Front-Radarsensoren; die Stop-and-Go-Funktion
bremst das Fahrzeug bis zum Stillstand und lässt es auf Fahrerwunsch automatisiert wieder anfahren. Auch wenn das ACC deak-
tiviert ist, zeigt es ab 60 km/h die Distanz zum Vorausfahrenden
an und warnt vor zu dichtem Auffahren. Darüber hinaus kann der
Stauassistent im Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 65 km/h auf
gut ausgebauten Straßen auch die Lenkarbeit übernehmen, solange eine Fahrzeugkolonne vorausfährt, der der Q7 folgen kann. Das
System nutzt dafür zusätzlich die 3D-Videokamera sowie die
ESC- und EPS-Sensoren. Es orientiert sich an den Markierungen
auf der Straße und an anderen Fahrzeugen, folgt ihnen jedoch
nicht bedingungslos, sondern versucht eine situationsgerechte
Anpassung an die vorausfahrende Kolonne. Dabei hält es Mindestabstände ein und reagiert kooperativ auf andere Fahrzeuge.
Ein weiteres wichtiges System ist der Active Lane Assist, welcher den Fahrer ab 65 km/h Geschwindigkeit beim Halten der
Spur unterstützt. Er beobachtet die Linien auf der Straße mit der
Videokamera und nutzt darüber hinaus weitere Daten. Den logischen Gegenpart zum Spurhalteassistenten bildet der Side Assist.
Dieser unterstützt den Fahrer ab 15 km/h Geschwindigkeit beim
Wechseln der Spur; dafür nutzt er zwei Heck-Radarsensoren, die
etwa 70 m weit messen. Wenn sich ein anderes Fahrzeug im toten
Mit diesem Fahrzeug fuhr Audi
im Januar 2015 pilotiert vom
Silicon Valley nach Las Vegas.
24
Bilder: Audi
Winkel bewegt oder rasch annähert, leuchtet eine Warn-LED im
Gehäuse des betreffenden Außenspiegels auf. Falls der Fahrer
trotzdem den Blinker setzt, blinkt die LED mehrmals kurz hell
auf und warnt somit den Fahrer.
Die Gesamtwirkkette beim pilotierten Fahren.
Assistenten für Ausweichen und mehr
Die weiteren Systeme des neuen Q7 – darunter Ausweichassistent,
Abbiegeassistent und Querverkehrassistent – bieten dem Fahrer
weitere Unterstützung. Der Ausweichassistent dient primär der
Unfallvermeidung. Das System unterstützt durch gezielte Lenkeingriffe, wenn der Q7 in einer kritischen Situation ein Hindernis
umfahren muss. Mit den Daten von 3D-Videokamera
und Radarsensoren berechnet er eine geeignete Spur,
wobei er Abstand, Breite und Versatz des vorausfahrenden Fahrzeugs einbezieht. Seine erste Aktion ist ein
fuhr Audi im Januar mit
Warnruck, der den Fahrer auf die Gefahr aufmerksam
Journalisten pilotiert von
machen soll. Sobald dieser jetzt lenkt, hilft ihm das
Kalifornien nach Nevada.
System mit Momenten-Eingriffen in die Servolenkung,
um um das Hindernis herumzusteuern.
Beim Linksabbiegen erfährt der Fahrer mit dem Abbiegeassistenten eine weitere Unterstützung. Bei niedrigem Tempo überwacht das System den Gegenverkehr. Bei einer drohenden Kollision mit dem entgegenkommenden Fahrzeug hindert es den
Q7 beim Anfahren. Das System wird im Geschwindigkeitsbereich
zwischen zwei und zehn km/h aktiv, sobald der Fahrer den Blinker zum Linksabbiegen setzt. Legt der Fahrer den Rückwärtsgang
ein, kommt ein weiteres System zum Einsatz: der Querverkehrassistent. Dieser nutzt die Heckradar-Sensoren zur Warnung vor
anderen als kritisch erkannten Fahrzeugen, zum Beispiel bei der
langsamen Ausfahrt aus einer Querparklücke.
Aber nicht nur für das pilotierte Fahren gibt es heute schon
Systeme, auf die Audi in der Entwicklung aufbauen kann. Auch
beim pilotierten Parken wird es eine Weiterentwicklung der
heutigen Technik geben: Der Parkassistent im Q7 lenkt das Fahrzeug mithilfe von zwölf Ultraschallsensoren schon heute nahezu
selbstständig in Längs- und Querparklücken. Zudem übernimmt
900 km
Zentrales
PlattformSteuergerät für
Fahrerassistenz
• Hochintegration
verschiedener
Assistenzsysteme
auf einer Plattform
• Ethernet-basierte
On-board-Vernetzung
sicherheitsrelevanter
Fahrfunktionen
• Bestmögliche
Objekterkennung dank
sensorübergreifender
Datenfusion
• Skalierbare Architektur
• Zentrale Diagnose
aller Systeme
Eck-DATEN
Audi setzt zukünftig auf eine zentrale Domänenarchitektur: Alle verfügbaren Sensorinformationen laufen in einem zentralen Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS) zusammen. Dieses errechnet ein vollständiges
Modell der Fahrzeugumgebung, das allen Assistenzsystemen und allen Systemen für das pilotierte Fahren zur Verfügung steht.
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TTTech-ADAS
Die Weiterentwicklung der Sensorik
(Funktion, Performance) ermöglicht
eine dreidimensionale 360-Grad-Umfelderkennung.
das System das Ausparken aus den Längsparklücken. Für den
Fahrer zeigen die Umgebungskameras auf dem MMI-Monitor
unterschiedliche Ansichten vom direkten Umfeld des Fahrzeugs
an, darunter eine virtuelle Draufsicht und 180°-Bilder von Front
und Heck. In unübersichtlichen Ausfahrten oder auch im Zusammenspiel mit dem Querverkehrassistenten hinten bieten diese Bilder einen guten Überblick für den Fahrer. In Zukunft wird es mit
dem pilotierten Parken möglich sein, das Fahrzeug per Funkschlüssel oder App selbstständig in Längs- und Querparklücken sowie
in eine Garage ein- und ausparken zu lassen, ohne selbst im Fahrzeug zu sitzen. Die Technologie schafft es sogar, ein Fahrzeug
komplett selbstständig in ein Parkhaus zu steuern und abzustellen.
Mit den heutigen Fahrerassistenzsystemen ist ein großer Schritt
in Richtung pilotiertes Fahren und Parken bereits erfolgt.
Das pilotierte Fahren wird Realität
Um das pilotierte Fahren zu ermöglichen, setzt Audi in der aktuellen Entwicklung drei große Technologieanforderungen um: Das
Fahrzeug muss zunächst mit redundanter Sensorik jede Situation
innerhalb eines bestimmten Radius sicher und zuverlässig erkennen. Man kann auch sagen, das Auto wird zukünftig viel mehr
selbstständig sehen. Die zweite Anforderung ist das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS), mit dem diese Informationen interpretiert und blitzschnell Entscheidungen getroffen werden, die
sicher und richtig sind. Drittens bedarf es einer neuen Sicherheitsarchitektur im Fahrzeug, bei der sich Systeme und Funktionen
gegenseitig überwachen, während gleichzeitig Teile der Aktuatorik wie zum Beispiel die Bremse, redundant ausgeführt werden.
Die zentrale ADAS-ECU (zFAS)
Das Management der Fahrerassistenzsysteme findet heute in den
meisten Fahrzeugen in räumlich voneinander getrennten Steuergeräten statt. Audi realisiert es zukünftig in einer zentralen
Domänenarchitektur: Alle verfügbaren Sensorinformationen
laufen in einem zentralen Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS)
zusammen. Dieses errechnet ein vollständiges Modell der Fahrzeugumgebung, das allen Assistenzsystemen und allen Systemen
für das pilotierte Fahren zur Verfügung steht.
Audi entwickelte die Soft- und Hardwarebausteine dieser elementaren Schaltzentrale gemeinsam mit den Technologiepartnern
26
TTTech, Mobileye, Nvidia und Delphi, wobei Delphi der zukünftige Systemlieferant für das zFAS-Elektronikboard sein wird.
Das zFAS-Board nutzt Mehrkern-Prozessoren, die in Summe
eine Rechenleistung erreichen, die der kompletten ElektronikArchitektur eines gut ausgestatteten aktuellen Mittelklassefahrzeugs entspricht. Derzeit nimmt das neue Board etwa die Fläche
eines Tablet-PCs ein, doch der Platzbedarf wird weiter schrumpfen. Das zFAS-Board ist modular, flexibel und skalierbar.
Zentrale Sensordatenfusion
Die Bedeutung einer zentralen Sensordatenfusion geht weit über
pilotierte Systeme hinaus. Ein gutes Beispiel hierfür sind prädiktive
Lichtfunktionen, denn hierbei erfolgt bereits ein Schwenk des Lichtkegels in eine Kurve, obwohl sich das Fahrzeug noch auf einer geraden Strecke befindet. Die Eingangsdaten kommen aus der digitalen Karte des Navigationssystems und der Fahrspurerkennung
des Kamerasystems. Auf dieser Grundlage berechnet das System
per Sensordatenfusion den vorausliegenden Streckenverlauf, um
dann basierend auf diesem Streckenverlauf den Schwenkwinkel
für die Scheinwerfer zu bestimmen. Im zFAS werden die Daten
der gesamten Umfeldsensorik fusioniert und den einzelnen Assistenz- und Automatisierungsfunktionen zur Verfügung gestellt.
Details zum Systemaufbau, zur Sensorik und zum End-toEnd-Architekturansatz rund um das lernende Fahrzeug finden
Sie zusammen mit weiteren Hintergrundinfos in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT. (av)
n
Autoren
Alejandro Vukotich
Leiter Entwicklung Fahrerassistenzsysteme
bei der Audi AG.
Dr. Miklos Kiss
Leiter Vorentwicklung Fahrerassistenzsysteme
bei der Audi Electronics Venture GmbH.
Georg-Peter Duba
Leiter Entwicklung Fahrerassistenzsysteme
Fahrwerk bei der Audi AG.
Sieht einfach mehr.
EU NCAP-konform
Fußgängererkennung
Die Fahrerassistenzkamera von KOSTAL
One-Box-Design
Fahrerassistenz-Funktionen

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
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erfüllt EU NCAP-5-Sterne-Anforderungen
Autonomous Emergency Braking (AEB) ohne Radar
skalierbarer Funktionsinhalt (Komfort und Sicherheit)
Validationsdaten für über 30 Länder verfügbar
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In kleinen Teilschritten zügig vorwärts
Automatisiertes Fahren fällt nicht vom Himmel
Wie weit sind wir beim automatisierten Fahren? Welche Probleme und Aufgaben müssen wir lösen und vor
welchen spezifischen Herausforderungen stehen wir? Wann werden wir hochautomatisiert mit Serienfahrzeugen unterwegs sein? Antworten auf diese und diverse andere Fragen gibt AUTOMOBIL-ELEKTRONIK in diesem
Autor: Gerhard Steiger
Beitrag aus Sicht des zuständigen Bosch-Bereichsvorstands.
A
Bei aller Euphorie: Bis Autos vollautomatisiert von Haustür zu
Haustür fahren und während der Fahrt alle Situationen vollkommen alleine meistern, wird noch viel Zeit verstreichen. Vor der
zweiten Hälfte der nächsten Dekade ist damit nicht zu rechnen.
Die grundlegenden technischen Herausforderungen werden zwar
bis Ende dieses Jahrzehnts weitgehend gelöst sein. Daneben
müssen aber vor allem auch noch einige rechtliche Hürden überwunden werden. So bildet die Wiener Straßenverkehrskonvention von 1968 die Basis für die aktuelle Rechtslage in vielen Ländern. Das Übereinkommen schreibt jedem Autofahrer vor, sein
Fahrzeug jederzeit beherrschen zu müssen. Zugleich untersagt
es alle anderen Tätigkeiten als das Führen des Fahrzeugs.
Überarbeitungen der Vorschriften sind intensiv in der Diskussion. Geplant ist es, automatisierte Fahrfunktionen zumindest
Bilder: Bosch
utomatisiertes Fahren ist in aller Munde. Auch Bosch
treibt die Entwicklung mit Nachdruck voran – vor allem
mit dem Ziel, die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. Bis 2050 werden nach UN-Schätzungen mehr als neun Milliarden Menschen auf der Erde leben. Damit steigt Verkehrsaufkommen und es wächst das Risiko für Verkehrsunfälle.
Jedes Jahr sterben etwa 1,3 Millionen Menschen weltweit im
Straßenverkehr. Dabei sind etwa 90 % aller Unfälle auf menschliches Fehlverhalten zurückzuführen. Autofahrer in unübersichtlichen oder eintönigen Situationen mit automatisierten Fahrfunktionen von der Fahraufgabe zu entlasten, kann daher Leben
retten. Zudem führt die zunehmende Automatisierung zu einer
stärkeren Synchronisierung des Verkehrs. So sinkt das Staurisiko, und der Wirkungsgrad von Fahrzeugen steigt.
28
Eck-Daten
ADAS macht die Straßen sicherer, aber bis zum hochautomatisierten
Fahren mit Serienfahrzeugen müssen die Zuständigen noch einige
Hausaufgaben in den Bereichen Recht, Sensorik, Datenverarbeitung
und Testverfahren zur Serienfreigabe erledigen. Allerdings ist die
Branche schon gut unterwegs: Die Rahmenbedingungen sind klarer,
die Akzeptanz der Verbraucher ist da, und die Roadmap steht.
Auf dem Weg zum vollautomatisierten
Fahren ist die Branche in vielen kleinen
Teilschritten unterwegs.
eine Notbremsung aus, um einen Unfall zu verhindern. Deshalb
dann zu erlauben, wenn der Fahrer sie jederzeit übersteuern oder
unterstützt der Ausweichassistent auch bei Ausweichmanövern.
ausschalten kann. Änderungsbedarf besteht auch an der ECESobald der Fahrer den Lenkvorgang einleitet, erhöht das System
Regelung R.79 der Europäischen Union. Diese erlaubt automatische
automatisch das Lenkmoment. Dadurch wird der maximale
Lenkeingriffe derzeit nur bis zu 10 km/h. Weiter unklar ist jedoch,
Lenkeinschlag 25 % früher erreicht und ein Hindernis bis zu
inwieweit Aktivitäten wie Lesen oder Web-Surfen erlaubt sein
60 cm früher passiert, wie Studien zeigen.
werden, während ein Auto selbstständig fährt. Auch die deutsche
Straßenverkehrsordnung regelt dies bislang noch nicht eindeutig.
Für Anpassungen des rechtlichen Rahmens besteht aber noch
ESP: Die Basistechnologie
Zeit, weil sich automatisiertes Fahren schrittweise entwickelt.
Das sind nur einige Beispiele für Fahrerassistenzsysteme, die alle
Ausgangspunkt sind immer umfassender unterstützende Faheines gemeinsam haben: Basistechnologie ist das elektronische
rerassistenzsysteme, die den Autofahrern schon heute helfen,
Stabilitätsprogramm ESP. Mit dessen Erfindung hat Bosch Mitte
sicher und komfortabel an ihr Ziel zu gelangen, indem sie autoder 1990er Jahre den Grundstein für einen Straßenverkehr mit
matisch die Geschwindigkeit und den Abstand zum Vordermann
immer weniger Unfällen gelegt. Seit der Markteinführung in Eurohalten. Andere Systeme warnen vor Staus oder helfen, das Auto
pa konnten laut einer Bosch-Untersuchung dank ESP etwa 190.000
in Parklücken zu manövrieren. Automatisiert
Unfälle vermieden und mehr als 6000 Leben
werden damit Fahraufgaben, die dem Mensch
gerettet werden. Ohne Zutun des Fahrers kann
häufig Probleme bereiten. Dazu gehören zum
ESP jedes Rad individuell bremsen und so 80 %
Beispiel auch Notbremsungen. Aktuell verfügaller Schleuderunfälle verhindern. Durch die
Menschen sterben
bare Assistenzsysteme adressieren 45 % der
Vernetzung des ESP mit Umfeldsensoren (Radar,
schätzungsweise weltweit
pro Jahr im Straßen
derzeitigen Unfälle. Je höher die AusstattungsVideo und Ultraschall) lernen Autos, ihre Umgeverkehr.
rate mit Fahrerassistenzsystemen ist, desto mehr
bung immer besser wahrzunehmen. LeistungsVerkehrsunfälle lassen sich vermeiden.
fähige Rechner stellen sicher, dass die Assistenzsysteme auf Basis der Sensorinformationen blitzschnell reagieren
und mitdenken können – wie ein guter Autofahrer.
Was heute schon alles möglich ist
Moderne Autos übernehmen so Schritt für Schritt immer öfter
Fahrerassistenzsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass sie den
das Steuer. Dabei verändert sich auch stufenweise die Aufgabe
Autofahrer entweder bei der Längs- oder der Querführung des
des Fahrers. Und zwar in dem Maße, wie die Automatisierung
Fahrzeugs unterstützen. Das Portfolio reicht von der automativoranschreitet. Fahrerassistenzsysteme müssen permanent überschen Abstands- und Geschwindigkeitsregelung ACC bis hin
wacht werden. Gleiches gilt auch noch auf der nächsten Stufe
zum Notbremsassistenten. Bereits diese Einzelsysteme haben
der Automatisierung für teilautomatisierte Fahrfunktionen.
großen Einfluss auf die Verkehrssicherheit: ACC hält selbst bei
Anders als Fahrerassistenzsysteme übernehmen diese dafür in
dichtem Straßenverkehr immer den eingestellten Sicherheitsabeinzelnen Fahrsituationen sowohl die Quer- als auch die Längsstand zum vorausfahrenden Fahrzeug und passt die Geschwinführung eines Autos. Ein gutes Beispiel hierfür ist der Stauassisdigkeit durch Gas geben und Bremsen automatisch dem Vertent, welcher die Funktion von ACC mit der eines Spurhalteaskehrsfluss an. Studien haben ergeben, dass ACC in Kombination
sistenten kombiniert. In dichtem Verkehr auf Autobahnen folgt
mit einem Auffahrwarnsystem die Zahl der starken Bremsmadas Auto dem Vordermann innerhalb der eigenen Fahrspur bis
növer auf Autobahnen um 67 % reduzieren kann.
zu einer Geschwindigkeit von 60 km/h automatisch.
Großes Potenzial zur Unfallvermeidung hat auch der automatische Notbremsassistent. Erkennt das System in der Fahrspur
voraus ein Hindernis, warnt es den Fahrer und bereitet die BremsWas unsere Ingenieure gerade entwickeln
anlage auf eine Vollbremsung vor. Reagiert der Fahrer nicht, löst
In den nächsten Jahren wird der Funktionsumfang des Stauassisder Assistent automatisch eine Notbremsung aus. Auf diese
tenten erweitert. Bis 2020 fahren Autos mit dem Autobahnpiloten
Weise könnten allein in Deutschland bis zu 72 % aller Auffahrvon Bosch dann hochautomatisiert von Autobahnauffahrt bis
unfälle mit Personenschaden verhindert werden, wenn alle Fahr-abfahrt. Hochautomatisiert bedeutet, dass der Fahrer die Verantzeuge ein solches System an Bord hätten. Nicht immer aber reicht
wortung zumindest vorübergehend an das Auto übergeben kann.
1,3 Mio.
29
tieren zu können, müssen diese doppelt ausgelegt sein. Mit dem
elektromechanischen Bremskraftverstärker iBooster von Bosch
und dem Bremsregelsystem ESP ist es bereits heute möglich,
unabhängig voneinander ein Auto abzubremsen, ohne dass der
Fahrer eingreifen muss. Wie ESP kann auch der iBooster den
Bremsdruck völlig selbstständig aufbauen – und zwar dreimal
schneller als das Bremsregelsystem.
Was die Autofahrer darüber denken
Seit Anfang 2013 fahren einzelne angemeldete Fahrzeuge hochauto
matisiert auf der Autobahn A81 im Raum Stuttgart.
Mit dem Übergang vom teil- zum hochautomatisierten Fahren
ergeben sich eine Reihe technischer Herausforderungen. Voraussetzung ist eine sichere und zuverlässige Umfelderfassung. Das
Fahrzeug bewegt sich in definierten Anwendungsfeldern wie Autobahnfahrten selbstständig durch den Verkehr. Dafür muss es alle
relevanten Verkehrsteilnehmer im gesamten Fahrzeugumfeld
erkennen und zuverlässig den richtigen Fahrspuren zuordnen. Jeder
Bereich des Fahrzeugs wird dabei von mehreren Sensoren mit
unterschiedlichen Messprinzipien überwacht. Der Einsatz redundanter Sensoren erhöht die Zuverlässigkeit der Informationen. Ein
Großteil der benötigen Sensoren ist übrigens bereits heute in Serie.
Neben der robusten Umfelderfassung erfordert das hochautomatisierte Fahren eine hochpräzise Erfassung der Fahrzeugposition.
Die Lokalisierung über GPS ist zu ungenau. Um vorausschauend
auf dem richtigen Weg zu bleiben, sind stattdessen hochgenaue
und hochaktuelle Navigationskarten erforderlich. Neben der absoluten ist die relative Positionsbestimmung, zum Beispiel zur Fahrbahnbegrenzung, entscheidend. Zur Ableitung der Fahrstrategie
benötigt das Auto zudem immer aktuelle lokale Informationen zur
Verkehrslage, zu Geschwindigkeitsbegrenzungen, Baustellen oder
etwaigen Unfällen. Diese Informationen können nur über die
Vernetzung des Fahrzeugs mit einem Server bereitgestellt werden.
Redundanz!
Hochautomatisiertes Fahren beeinflusst alle Bereiche im Fahrzeug
– Antrieb, Bremse und Lenkung. Die gesamte Systemarchitektur
des Fahrzeugs wird sich ändern. Die Steuergeräte erfordern eine
deutlich höhere Rechenkapazität und müssen noch stärker vernetzt
werden. Während bei heutigen Fahrerassistenzsystemen im Falle
eines Fehlers oder beim Ausfall einer Komponente auf den Fahrer
als Absicherung zurückgegriffen wird, übernimmt das hochautomatisierte Auto vorübergehend die Verantwortung. Im Falle eines
Fehlers muss daher eine Basisfunktionalität aller sicherheitsrelevanten Systeme gewährleistet sein – zumindest solange, bis der Fahrer
nach einer Warnung auf ein technisches Problem reagieren kann.
Um jederzeit zu wissen, ob der Fahrer überhaupt in der Lage
ist, die Kontrolle über das Fahrzeug wieder zu übernehmen, muss
dieser überwacht werden. Zudem stellen sicherheitsrelevante
Fahrzeugkomponenten wie Bremse und Lenkung spezielle Anforderungen an die Fahrzeugarchitektur. Um eine absolute Zuverlässigkeit auch im Falle eines Ausfalls einer Komponente garan-
30
Wie weit die Entwicklung bereits vorangeschritten ist, zeigt Bosch
schon heute mit seinen Erprobungsfahrzeugen, die seit Anfang
2013 hochautomatisiert auf der Autobahn A81 im Raum Stuttgart
fahren. Für angemeldete Entwicklungsfahrzeuge ist der Testbetrieb auf öffentlichen Straßen in Deutschland problemlos möglich. Übrigens nicht nur hier, sondern auch in einzelnen Bundesstaaten der USA. So ist Bosch auch im kalifornischen Palo Alto
mit Testfahrzeugen unterwegs. Viele tausend Testkilometer sind
auf diese Weise bereits ohne Zwischenfälle abgespult worden.
Zwischen Test- und Serienbetrieb steht allerdings die Validierung. Nach gängiger Herangehensweise müssten zur Freigabe
eines vollautomatisierten Autopilot-Systems über 250 Millionen
Testkilometer absolviert werden. Auch hier arbeitet Bosch an neuen Ansätzen, um den Aufwand zu reduzieren. Den ersten Serieneinsatz von hoch- und vollautomatisierten Funktionen werden
wir zunächst beim Parken erleben. In wenigen Jahren wählt der
Fahrer nur noch die Parklücke aus und startet das Parkmanöver
bequem per Fernsteuerung von außerhalb des Fahrzeugs. Dabei
kann er sich ganz auf die Kontrolle des Vorgangs konzentrieren.
In der weiteren Entwicklung befinden sich auch sogenannte „Automated Valet Parking“-Lösungen. Damit ist gemeint, dass der Fahrer sein Auto zum Beispiel an der Einfahrt zu einem Parkhaus
abstellt. Über einen Befehl per Smartphone-App sucht sich das
Fahrzeug dann alleine einen Stellplatz.
In derartigen Funktionen kommt die ganze Faszination der
Technik zum Tragen – getreu dem Bosch-Motto „Technik fürs
Leben“. Das wird auch die Akzeptanz für das automatisierte Fahren weiter steigern. Schon heute steht eine Mehrheit dem Thema
aufgeschlossen gegenüber. Eine 2013 durchgeführte Bosch-Umfrage in sieben europäischen Ländern hat ergeben, dass 59 % der
Befragten automatisiertes Fahren befürworten, vorausgesetzt sie
können die Funktion aktiv ausschalten. Eine andere Studie zeigt,
dass Autofahrer auch bereit sind, für solche Funktionen rund 3000
Euro mehr zu bezahlen. Das sind gute Voraussetzungen.
Automatisiertes Fahren kommt – nicht von heute auf morgen,
aber schrittweise. Das wird nicht nur die Sicherheit der Mobilität,
sondern auch die Faszination am Autofahren weiter erhöhen.
Daran arbeitet Bosch. (av)
n
Autor
Gerhard Steiger
Vorsitzender des Bosch-Geschäftsbereichs
Chassis Systems Control.
Wer lenkt das
Transportwesen
in Richtung Zukunft?
You and NI. Von Personenkraftwagen bis zum Schienennetz – das Transportwesen
begegnet der wachsenden Komplexität elektronischer Systeme, höheren Sicherheitsanforderungen
und kürzeren Markteinführungszeiten. Wie NI das Rapid Control Prototyping, In-Vehicle-Datenloggen
und eine Vielzahl anderer kritischer Applikationen vereinfacht, erfahren Sie unter ni.com.
© 2014 | National Instruments, NI und ni.com sind Marken der National Instruments Corporation.
19563
Bilder: TTTech
Die zFAS-Platine ist das zentrale Hardware-Element
in Audis ECU-Strategie auf dem Weg zum pilotierten Fahren.
zFAS für Fail-Operational-Systeme
ADAS-Hochintegration in einer zentralen ECU
Seit gut 15 Jahren arbeitet TTTech im Bereich sicherer vernetzter Echtzeitsteuerung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen wie Luftfahrt, Industrie, Spezialfahrzeuge und Automotive. Diese Basis nutzte das Wiener Unternehmen, um eine Plattformlösung für die Automobilindustrie zu entwickeln. Diese Plattform eignet sich speziell
für die rasant steigenden funktionalen und sicherheitstechnischen Anforderungen im Bereich FahrerassistenzAutor: Marc Lang
systeme. Aufgrund ihrer Skalierbarkeit ist die Plattform auch für die Zukunft bestens gerüstet.
I
n fast allen automobilen Klassen, vor allem im Premiumbereich, nehmen die Kundennachfrage nach Fahrerassistenzsystemen und entsprechende Herstellerangebote zu. Beispiele
hierfür sind komfortable Einparkhilfen, automatisches Einparken,
langsames Fahren ohne Zutun des Fahrers in Stausituationen,
automatische Scheinwerferlichtanpassungen und Verkehrszeichenerkennungen, Spurhalteassistenten, adaptive Tempomate
sowie Notbremsassistenten. OEMs widmen sich zudem bereits
der Entwicklung von automatischem Einparken
zum Beispiel in Parkhäusern, wobei der Fahrer
das Fahrzeug auch vorher verlassen kann, sowie
dem automatisierten Fahren auf der Autobahn.
zu integrieren. TTTech entwickelt dafür auf Basis der bisher
gewonnen Erfahrungen und Technologien eine Plattform, welche
die unterschiedlichen Fahrerassistenzfunktionen aufnehmen
und gleichzeitig höchste Sicherheitsstandards garantieren kann.
Funktionssicherheit
Der anhaltende Trend des kontinuierlich wachsenden Funktionsumfangs in der Fahrzeugelektronik lässt die elektronischen Systeme immer mehr und auch immer komplexere Aufgaben zur Unterstützung sowie zum Schutz des
Fahrers und anderer Verkehrsteilnehmer wahrnehmen. Die schrittweise Ausdehnung der Eingriffsmöglichkeiten – insbesondere moderner
und mehr Steuergeräte
Fahrerassistenzsysteme – bringt eine stets größer
Steigende Anforderungen
enthält ein Premium-Auto.
Audi will alle ADAS-Funktiwerdende Abhängigkeit von der Verlässlichkeit
Damit steigen auch die Anforderungen an die
onen ins zFAS integrieren.
des elektronischen Systems mit sich. Dafür ist es
Steuergeräte. Dabei nimmt die benötigte Bandnotwendig, unter allen Umständen neben der ISO
breite für den Datenaustausch nicht nur zwi26262-konformen Sicherheit des Systems auch die Verfügbarkeit
schen den Steuergeräten ständig zu sondern vor allem innerhalb
von kritischen Teilfunktionen zu gewährleisten. Das gilt insbesonder Fahrerassistenz-ECU, in der mehrere Hochleistungsprozesdere, wenn während der Fahrt kein einfacher – zum Beispiel durch
soren vernetzt werden. Darüber hinaus steigt auch der Anteil an
eine Abschaltung erreichbarer – sicherer Zustand eingenommen
sicherheitsrelevanten Daten. Die immer größere Bedeutung der
werden kann und eine Fortsetzung des Betriebs auch im Fehlerfall
genauen Umfelderfassung sowie von Kamerasystemen, Radar
unbedingt erforderlich ist. Diese Anforderung trägt die Bezeichnung
und Laserscannern verstärken diesen Trend.
„Fail-Operational“ und ist in der modernen Luftfahrt (in Fly-byIn Zeiten, in denen Luxusklassefahrzeuge über 100 SteuergeWire-Systemen) schon länger etabliert.
räte an Bord haben, wird gleichzeitig der Wunsch der OEMs nach
einer Reduktion der ECU-Anzahl immer stärker. Als PremiumDerartige Fail-Operational-Systeme sind im automotiven
hersteller hat sich Audi daher das Ziel gesetzt, die FahrerassisBereich noch nicht in breiterem Einsatz, da die aktuellen „Failtenzfunktionen in einer zentralen, zFAS genannten, Domain-ECU
Stop“-Systeme – kombiniert mit dem Vorhandensein eines
100
32
mechanischen Backups und dem Fahrer
Ist ein Fail-Operational-Ansatz erforEck-DATEN
– meist ausreichen. Natürlich erfordern
derlich, dann gilt es, Sicherheitsziele und
Das Plattformsteuergerät zFAS ermöglicht AuFail-Operational-Systeme mehr RedunVerfügbarkeitsanforderungen unter eidi den Wechsel von Fail-Stop-Systemen zu
danz in der Systemauslegung, um die
nen Hut zu bringen und eine darauf abFail-Operational-Systemen, die beispielsweise
Funktion trotz eines aufgetretenen Eingestimmte System-Architektur zu entfür die künftige Erweiterung von Fahrerassiszelfehlers weiterhin erfüllen zu können.
werfen, die sämtliche relevanten Fehlertenzsystemen in Richtung (teil-)autonome
Fahrfunktionen erforderlich sind. Das TTIntegEin intelligentes Redundanzkonzept
fälle beherrscht. Besonderes Augenmerk
ration
genannte
Middleware-Paket
sowie
die
lässt sich auch als Weiterentwicklung
gilt dabei den „Common Cause Failures“
echtzeitfähige Ethernet-Backbone-Lösung
bestehender Konzepte in einer automo– also jenen Fehlern, die trotz vorgeseTTEthernet spielen dabei wesentliche Rollen.
tiven Kostenstruktur umsetzen. Die Weihener Redundanzen zu einem Ausfall
terentwicklung von Fail-Stop-Systemen
aufgrund einer gemeinsamen Ursache
zu Fail-Operational-Systemen ist dabei nicht nur für die künftiführen können. Dazu gehören zum Beispiel eine Unterbrechung
ge Erweiterung von Fahrerassistenzsystemen in Richtung (teil-)
der Versorgungsspannung, Clock-Ausfall oder Kommunikatiautonome Fahrfunktionen erforderlich; auch heutige Systeme
onsausfall. Die Weiterentwicklung bestehender automotiver Konwie beispielsweise die elektromechanische Servolenkung könnzepte lässt die Konstruktion geeigneter System-Architekturen
ten davon profitieren. Sicherheitsanforderungen und Verfügbarzu, wobei eine beispielhafte kosteneffiziente Lösung mit diverkeitsanforderungen ergänzen sich somit und dienen beide dem
sitärer Redundanz präsentiert wird.
übergeordneten Ziel, Menschenleben zu schützen.
Middleware für zFAS
Worin liegt der Paradigmenwechsel?
Die System-Design-Entscheidungen, die in der Vergangenheit
meist nach dem Motto „im Fehlerfall abschalten“ erfolgten, sind
nun zu überdenken. Dabei stehen meist zwei diametral entgegengesetzte Systemreaktionen zur Auswahl. Einerseits lässt sich
im Sinne bisheriger, als sicher eingestufter, Fail-Stop-DesignAnsätze im Fehlerfall durch eine einfache Abschaltung der sichere Zustand einnehmen. Andererseits kann zu Gunsten der Verfügbarkeit versucht werden, mit voller Funktionalität den Betrieb
aufrecht zu erhalten (Fail-Operational). Diese erhöhte Verfügbarkeit kommt jedoch stets in Begleitung einer mit ihr einhergehenden höheren Komplexität des Systems. Als dazwischenliegende Lösung besteht im Fehlerfall auch die Möglichkeit, in einen
Degraded Mode zu wechseln, sodass eine Kernfunktion aufrecht
erhalten werden kann. Auch hier ist die Komplexität allerdings
höher als beim Fail-Stop-Ansatz.
Das von TTTech mit Audi entwickelte Plattformsteuergerät zFAS
hatte in der Version, die Audi auf der CES 2014 in Las Vegas der
Öffentlichkeit präsentierte, noch in etwa A4-Format. Die in der
Serienentwicklung befindlichen Varianten wurden nochmals
deutlich in der Größe reduziert. Die entwickelte Architektur für
Fahrerassistenzsysteme ist sehr gut skalierbar: Je nach Anzahl
und Leistungsbedarf der vollständig voneinander abgekapselten eingesetzten Applikationen (aktuell mehrere Dutzend
gleichzeitig) lässt sich die Ausstattung mit unterschiedlichen
Multi-Core-SoCs, die auch nebeneinander mit verschiedenen
Betriebssystemen (Autosar, VxWorks, Linux und Weitere) laufen können, entsprechend dem tatsächlich benötigten Ressourcenbedarf anpassen.
Die von TTTech entwickelte Middleware, als Paket TTIntegration genannt, sorgt zunächst für die Abstraktion der verteilten
Hardware in Richtung der Applikationen. Applikationen sind
ESG. ENGINEERING AUF DER ÜBERHOLSPUR.
Als Ihr Partner für komplexe Elektronik- und IT-Systeme arbeiten wir mit Vollgas an der automobilen Zukunft.
Mit Technologiekompetenz und besonderer Kundennähe liefern wir maßgeschneiderte und smarte Systemlösungen für die Mobilität von Morgen. Die ESG ist dabei Engineering-Partner, Prozess-Know-how-Träger,
Technologieberater und IT-Experte in einem. DEDICATED TO SOLUTIONS. WWW.ESG.DE
App1
SWC
App2
SWC
App3
SWC
App4
SWC
App5
SWC
App6
SWC
Echtzeitfähiges Ethernet
Framework Tools
Ein Kernbestandteil des Plattformsteuergerätes ist TTEthernet,
welches den TSN (Pre-)Standard umfasst. Diese zuverlässige und
echtzeitfähige Ethernet-Backbone-Lösung ermöglicht sowohl den
Integration Middleware
Datenaustausch zwischen den einzelnen SoCs innerhalb der ECU
Operating System
Operating System
Operating System
Operating System
wie auch die Kommunikation zur Simulationsumgebung und für
Core 1/2/3 SoC
Core 1/2/3/4 SoC
Core 1/2 SoC
Core 1/2 SoC
die PC-basierte Funktionsentwicklung. Zudem unterstützt der in
Backbone
die ECU integrierte TTEthernet-Switch den Datenaustausch zwiDie Middleware TTIntegration ermöglicht die Partitionierung und die
schen den einzelnen Funktionen mit unterschiedlichen Sichergleichzeitige Berücksichtigung unterschiedlicher ASIL-Sicherheitslevel.
heits- und Echtzeitanforderungen. Die verfügbare Bandbreite wird
dabei in drei Kommunikationsklassen unterteilt: Neben „Best
Effort“ (= Standard Ethernet Traffic) stehen auch AVB-/TSN-Streentsprechende feste Ressourcen wie zum Beispiel Speicher, CPUaming-Kommunikation zur Verfügung sowie zeitgesteuerte KomZeit oder Bandbreite zugeteilt. Da aber die Rechenleistung von den
munikation für harte Echtzeitanforderungen.
Applikationen entkoppelt ist und auf allen Betriebssystemen ein
Selbstverständlich nutzt die ECU mit sicherheitsrelevanten
Autosar-Interface zur Verfügung steht, besteht die Möglichkeit,
Funktionen hauptsächlich die letztgenannte Kommunikationsdie Applikationen auch beliebig zwischen den Rechnerkernen und
klasse. Zusätzlich kommt der hauseigene modulare Baukasten
Mikrocontrollern zu verschieben (Location Transparency).
TTIntegration unterstützt die Partitionierung
TTSafety zur Anwendung, der unter Anderem
von Anwendungen unterschiedlicher ASILCPU-Cores, Watchdogs, Safe-Drivers, Safety-SW,
Sicherheitslevel von A bis D sowie eine klare
Middleware sowie Safe-I/Os umfasst. Mit dem
Nachvollziehbarkeit von Datenherkunft und
Plattformsteuergerät lässt sich so eine breite PaletDMIPs
Datenfluss für den Systemtest. Weil von Anfang
te von Kundenanforderungen und Möglichkeiten
beträgt die Rechen
an die Möglichkeit der Co-Simulation auf einem
abdecken – in diesem Fall mit der Verwendung
leistung pro TTA-Drive.
Standard-PC besteht, kann ein Teil der Software
als Domänensteuergerät zur Integration und Ausauf der ECU ablaufen, während der PC gleichsteuerung verschiedener Fahrerassistenzsysteme.
zeitig andere Teile abarbeitet. Dabei kann sowohl auf der ECU wie
auch auf dem PC der exakt gleiche Programmcode zum Einsatz
Serieneinsatz in 2016
kommen. Auch das Zeitverhalten wird dabei angepasst. Dies
Der Serieneinsatz des Plattformsteuergeräts zFAS ist bereits für 2016
ermöglicht die gleichzeitige Applikationsentwicklung in einer PCgeplant. Die Integration der unterschiedlichen FahrerassistenzfunkUmgebung sowie den vorzeitigen Start des Integrationsprozesses.
tionen läuft derzeit auf Hochtouren. TTTech geht aber schon weiSo lässt sich eine hohe Zeit- und Kostenersparnis bei der Intetere Schritte: Das jüngste Produkt TTA-Drive ist eine Fortführung
gration erreichen. Dabei müssen nicht alle Applikationen zur
dieser Plattformidee auf eine Prototyp-Plattform, die alle Kunden
gleichen Zeit auf der gleichen Entwicklungsstufe sein. Durch den
als Evaluierungsplattform nutzen können. Auf TTA-Drive kann der
Einsatz einer zeitgesteuerten Technologie kann das Zeitverhalten
Kunde ADAS-Funktionen selbst implementieren und die Vorteile
wesentlich früher als bei anderen Architekturen vorgegeben und
von TTIntegration nutzen. Als Kommunikationsschnittstellen stebestimmt werden, weil die zeitlichen Eigenschaften bereits von
hen LIN, CAN, CAN-FD, FlexRay und (Automotive-)Ethernet zur
Anfang an definiert werden und nicht wie sonst aus dem fertigen
Verfügung. TTA-Drive verfügt über einen eingebauten determinisSystem herausgemessen und überprüft werden müssen. Dies redutischen Ethernet-Switch mit drei externen Ethernet-Ports. Dies
ziert auch den Aufwand bei der Fehlersuche im Nachhinein. Durch
erlaubt sowohl die komfortable Entwicklung mit PC-basierten Tools
die zeitliche und räumliche Entkoppelung der Applikationen ergibt
als auch die Vernetzung mit weiteren Steuergeräten.
sich auch automatisch Rückwirkungsfreiheit, was den Aufwand
Durch eine Zusammenschaltung von zwei TTA-Drives lässt
für Test und Fehlersuche weiter senkt.
sich auch eine fail-operational ADAS-Plattform realisieren, wobei
jedes TTA-Drive über eine Rechenleistung von 5500 DMIPS
verfügt. Sie ermöglicht den TTTech-Kunden die effektive UmsetApplikationen zum Laufen bringen
zung von eigener Funktionssoftware auf Automotive-EmbeddedEin Lieferant einer Applikation, der eine Funktion fertig entwiHardware und somit eine seriennahe Implementierung. Das
ckelt hat, übergibt diese an den Systemintegrator (eine Rolle, die
bringt dem Kunden erneut zusätzliche Zeitersparnis in der EntTTTech in einer Reihe von Projekten wahrnimmt) als Object Files.
wicklung und Evaluierung seiner eigenen Produkte. (av)
Mithilfe der von der Plattform zur Verfügung gestellten Pren
Integration-Environment (ein System ohne Applikationen, aber
mit den selben Einstellungen wie das fertige System) werden für
Autor
jede Funktion in Isolation, also gegen Simulationsmodelle, TestMarc Lang
Director Business Development & Sales bei
vektoren (Inputs und erwartete Outputs) und Test Reports erstellt.
TTTech Automotive.
Der Systemintegrator führt dann alle Funktionen auf der finalen
Hardware mit den erhaltenen Testvektoren aus und stellt sicher,
dass die Funktionen nicht nur einzeln sondern auch gemeinsam
auf der Plattform wunschgemäß funktionieren.
5500
34
ADAS Halbleiter
Hype und Realität
Autonomes Fahren aus Sicht der Halbleiterei
Alle Bilder: Freescale
Die Vorgehensweise auf dem Weg vom reinen ADAS zum autonomen Fahren ist im Prinzip klar, und
auch die entsprechenden Roadmaps sind publiziert. Jetzt muss „nur“ noch jeder Beteiligte seinen Beitrag leisten und richtig funktionieren. Warum die Halbleiter dabei eine Sonderstellung einnehmen und
Autor: Heinz Wrobel
wo die Probleme liegen, das erläutert AUTOMOBIL-ELEKTRONIK in diesem Beitrag.
Bild 1: Systemanwendungen im Bereich ADAS.
J
eder spricht vom nächsten Schritt nach ADAS, dem echten
autonomen Fahrzeug bei dem der Fahrer nicht mehr im Dauer-Standby sein muss. Es fahren zwar schon viele Testfahrzeuge mehr oder minder autonom auch auf manchen öffentlichen Straßen, allerdings sind sie mit eigentlich unpassender
Elektronik ausgerüstet. Serienreife sieht anders aus – besonders,
wenn man die anfallenden Kosten, Sicherheits- und Verfügbarkeitsanforderungen mit einkalkuliert.
Bei Sicherheitsanforderungen kommt sofort ISO-26262 auf den
Tisch, und oft auch ASIL-D. Kaum ein Halbleiterhersteller kann
aber Mikroprozessoren irgendeiner Art vorweisen, die so entwickelt
wurden, dass sie diesen Rufen gerecht werden können. Freescale
war mit dem MPC5643L der erste Hersteller mit einer Produktzertifizierung für Safety. Was gut für eine elektrische Servolenkung
ist, kann aber nicht durch einfache Extrapolation hinreichend für
autonomes Fahren sein, weil die Bewertung funktionaler Sicherheit
sich bei komplexen Systemen in Hardware sehr schnell zum Problem entwickeln kann. Nicht alles, was theoretisch zertifizierbar
wäre, lässt sich auch in der Praxis in endlicher Zeit zertifizieren.
ein autonom fahrendes Serienfahrzeug, dessen Hard- und Software allen nötigen ASIL-Kriterien genügt. Fährt dieses Auto nun
alle 25 Minuten korrekt in die nächste Parkbucht und hält, weil
es mit der augenblicklichen Fahrsituation überfordert ist, dann
ist funktionale Sicherheit sicherlich gegeben. Kundenzufriedenheit
erzeugt so ein Verhalten aber mangels Verfügbarkeit der Systemfunktion nicht. Zufriedenheit des Kunden ist mehr als einige ASIL-Level, die auf die Funktionen von Chips und Software
verteilt wurden. Exakt dieser Aspekt führt uns zum Problem der
hinreichenden Dimensionierung für den komplexesten Fall.
Für wirkliches autonomes Fahren braucht man eine Vielfalt an
Sensoren, Sensorfusion, Rechenleistungen und Speichergrößen,
die vor kurzem im Automobil noch undenkbar waren. Sieht man
einen Kofferraum voll handelsüblicher Technik in heutigen Testfahrzeugen, fragt man sich, wie groß die Lichtmaschine bei solch
einem Ansatz in der Serie sein soll, oder wie das mit reinen
Elektrofahrzeugen serienreif machbar sein kann, wenn niemand
den Wunderakkumulator und das Wunderladegerät erfindet.
Blick auf die Netzwerkbranche
Verfügbarkeit
Oft wird nicht bedacht, dass ISO 26262 „nur“ eine Risikobewertung zu Fehlern darstellt. Kaum einer spricht über die Systemverfügbarkeit so, wie in der Netzwerk-Telekommunikationsindustrie darüber nachgedacht wird. Stellen wir uns vor, wir hätten
Für die Netzwerkindustrie entwickelt Freescale seit Jahrzehnten
High-End Produkte, die über Jahre 24x7 unter Volllast mit akzeptablem Stromverbrauch und wohlspezifizierter Abwärme funktionieren. Ein Auto hat keine 24x7 Anforderungen, braucht jetzt
aber für das autonome Fahren vergleichbare Rechenleistungen
35
ADAS Halbleiter
Bild 2: Schon bald können Autofahrer die Fahrzeiten für andere
Arbeiten und Tätigkeiten nutzen.
Auto verbreitet, wenn jedes Auto mit Wi-Fi ausgerüstet ist und
Mobilfunknetzzugriff ganz normal für die Elektronik im Automobil ist, wer verhindert dann, dass das Auto gehackt wird? Wer
stellt sicher, dass nicht heimlich eine andere Firmware im Steuergerät installiert wird, die das Auto zur kinetischen Waffe macht?
Oder könnte sich ein gehacktes Fahrzeug mit autonomer Fahrfunktion selbst stehlen? Natürlich! Der Dieb könnte das sogar Tage
oder Wochen vorher schon veranlasst haben und zum Zeitpunkt
des Diebstahls irgendwo in der Sonne auf einer Insel sitzen.
Klassische Embedded-Netzwerkthemen wie Firewalls, Gateways, Intrusion Protection sind auf einmal sehr relevante Funktionen für ein Auto, und nicht mehr nur für das Internet. Kann
man von jemandem ohne Erfahrung in diesen Bereichen erwarten, die richtigen Ansätze zu nehmen? Kaum. Kann ein Halbleiterhersteller hier helfen? Sicher, wenn er auch die entsprechende
Erfahrung in Kommunikations- und Netzwerkprozessoren inklusive kommerzieller Software für diese Anwendungen hat.
Nun könnte man denken, dass es reicht, die schon existierende Sensor- und Aktorentechnik von den Kameras über Radar zu
Gaspedal und Lenkung einfach mit einem großen Steuergerät
zu verbinden, das in einem Chip mit viel Software die gesamte
Funktion des autonomen Fahrens inklusive vieler Sicherheitsaspekte abhandelt. Das ist aber aus mehreren Gründen kein erfolgversprechender Ansatz.
und Kommunikationsfunktionen wie in der Netzwerkbranche.
Nicht jeder Hersteller solcher High-End-Prozessoren hat aber
auch die Erfahrung und Fähigkeiten für Automobilelektronik
sowie für sicherheitsrelevante Themen. Genauso wenig kann
man von einem Hersteller ohne High-End-Erfahrung erwarten,
etwas Brauchbares abzuliefern. Einfach einige Cores einkaufen
und diese an einen Interconnect zu hängen, führt zu keinem
Chip, der die Anforderungen der Applikation erfüllt und der eine
Qualifikation für Automobilelektronik besteht. Einen SafetyController vor ein High-End-Produkt mit Consumer-Historie zu
schalten, ist auch keine Lösung. Sowohl für High-End-HalbleiAnforderungen an die Halbleiter
terprodukte im Embedded-Bereich als auch für die AnforderunDas Performance-Power-Verhältnis bei einem einzigen klassigen an Automobilelektronik braucht es jahrelange, manchmal
schen Monsterprozessor ist signifikant schlechter als wenn für
jahrzehntelange Erfahrung, um gute Resultate zu erzielen.
wohldefinierte Funktionen auch dedizierte Hardware-Beschleuniger zum Einsatz kommen, um eine Vorverarbeitung zu erreiAutonomes Fahren und ein Connected Car sind ohne solche
chen und damit in Sensornähe die benötigten
High-End-Rechenleistung und Kommunikation
Datenmengen zu reduzieren. Thermische Hotnicht machbar. Ethernet hat das Auto definitiv
Spots in einem Steuergerät werden nicht nur am
erreicht, und moderne Sensorik erfordert DatenÄquator zum Problem, und der reale Stromverraten im Gigabit-Bereich. Heute lassen sich mit
spielt beim Connected Car
und dem autonomen
brauch einer solchen Lösung könnte ihr schon
günstiger Verkabelung 100 MBit/s im Auto probFahren eine besonders
ein Ende setzen. Auf keinen Fall dürfen die Ingelemlos erreichen. 1 GBit/s und mehr ist für Autowichtige Rolle.
nieure auf Prozessoren setzen, die sich selbst ab
mobile im Kommen und 10 GBit/s für lokale Komeiner bestimmten Temperatur abregeln. Sie könmunikation in einem Steuergerät kein Tabuthema
nen niemals eine deterministische Rechenleistung liefern und
mehr. Es gibt eine Vielzahl von Steuergeräten und intelligenten
wären der Tod für die Anwendung sowie im schlimmsten Fall
Sensoren, die sich zwingend mit niedriger Latenz zu jeder Zeit
auch für die Autoinsassen. Die Leistung des gewählten Prozesunterhalten müssen, damit das Auto nicht im Straßengraben landet.
sors muss in einem definierten Abwärmeprofil immer garantiert
Die Notwendigkeit niedriger Latenz zur rechtzeitigen Entscheisein, und das System selbst muss die volle Kontrolle darüber
dungsfindung erzwingt hohe Datenraten in diesen Systemen, selbst
haben und behalten, wie diese Leistung verwendet wird.
wenn die eigentliche Datenmenge nicht wirklich groß sein sollte.
Man kann auch nicht einfach behaupten, dass ein kleinerer
Da müssen die Halbleiter entsprechend mithalten.
ASIL-D-Prozessor zusätzlich schon das Problem lösen wird. Damit
bewegt man sich erst mal nur in einem Fail-Safe-Sicherheitsmodus,
Kommunikation und Security
der den Fahrer wieder erforderlich macht oder ein Fahrzeug evenFür autonomes Fahren ist auch Kommunikation mit der Außentuell ohne Fahrer noch irgendwie sicher zum Stehen bringt. Allerwelt sehr hilfreich, da das Auto zum Beispiel selbst mit laufend
dings lässt sich dann kaum sagen, auf welcher Spur und in welcher
aktualisierten Karten die Umwelt besser bewerten kann. Beim
Verkehrssituation das Fahrzeug zum Stehen kommt und welche
autonomen Fahren darf drahtlose Kommunikation aber keine
Auswirkungen das auf die Insassen hat. Auch nur für ein sinnvolVoraussetzung sein, damit in einem Funkloch keine Zwangs-Notles kontrolliertes Fahren an einen sicheren Haltepunkt braucht
bremsung auslöst. Autonomes Fahren kann nur dann erfolgreich
man einen Fail-Operational-Modus, der für autonome Fahrzeuge
werden, wenn es auch ohne Connected Car zu jeder Zeit perfekt ist.
noch wirklich hinreichend Rechneraktivität erfordert. Daher ist
Sicherheit bedeutet im Zeitalter des Connected Car auch speziauch die Einbindung des High-End-Prozessors in das Sicherheitsell Angriffssicherheit gegen Manipulation. Wenn sich Ethernet im
Security
36
ADAS Halbleiter
toren und sonstigem Gerät parkt? Kaum. Bereits in einer Näherung
dieses Problems steckt noch viel Forschung und Entwicklung. Die
großserientauglichen Halbleiter brauchen erst noch Definitionsarbeit, die wiederum von laufenden Ergebnissen in der Steuergerätentwicklung für die neuesten ADAS-Systeme abhängt. Das ist
für ein gutes Endergebnis auch völlig in Ordnung. Allerdings ist
sicher, dass die heutigen serienreifen ADAS-Systeme und die
semi-autonomen Prototypen trotz aller Erfolge noch lange nicht
für universell einsetzbare autonome Fahrzeuge seriennah sind.
Eck-Daten
Ohne verlässliche Partnerschaften zwischen OEM, Zulieferer und Halbleiterhersteller ist das autonome Fahren nicht möglich. Dabei ist es erforderlich, die Anforderungen an die Halbleiter(hersteller) den echten
Bedürfnissen der Systeme anzupassen. Gleichzeitig gilt es, neue Regeln
rund um die Themenbereiche Systemverfügbarkeit und Risikobewertung aufzustellen, wobei die Kundenzufriedenheit stets mit im Fokus
stehen muss. Hierfür sind zum Teil neue Ansätze erforderlich, sodass
ein Blick in die Netzwerk- und Telekom-Branche nicht schadet.
Impulse für die Entwicklung
konzept erforderlich – unabhängig von ASIL-Levels, die er eventuell erfüllen kann (oder eben in der Praxis nicht erfüllen kann).
Oft unterschätzt wird auch die tatsächliche Langzeitverfügbarkeit der Bauteile. Nur wenige Hersteller bieten High-End-Chips
für den Embedded-Bereich mit der nötigen Lieferlebensdauer und
Qualifikation an. Für sicherheitsrelevante Systeme im Automobil,
der Bahntechnik oder der Luftfahrt dauert die Entwicklung und
Qualifikation vergleichsweise lange. Diese langen Entwicklungsund Qualifikationszyklen erfordern verlässliche Partnerschaften.
Haben Sie schon einmal versucht, nach fünf Jahren für einen PC
noch eine identische Grafikkarte zu kaufen, oder den wirklich
identischen Speicher oder Prozessor? Die Automobilelektronik
muss zukünftig Leistung von Consumer-Systemen erbringen,
kann aber nicht nur auf Bauteilen mit Standard-Consumer-Zuverlässigkeit und Servicepaketen bauen. Das klassische Horrorszenario sieht so aus, dass der Hersteller das wichtige Bauteil im Gerät
gerade zum Abschluss der Qualifikation abkündigt und aufgrund
einer irgendwie gearteten Neuausrichtung nur noch mit den Schultern zuckt. So etwas zu erleben, ist nicht
schön und auch der beste Halbleiterhersteller kann dies nicht kurzfristig auffangen.
Zur Entwicklung von Systemen für autonomes Fahren braucht
man einen langen Atem, den nötigen Systemunterbau, die richtigen Vorentwicklungen, Forschungsergebnisse, sehr gute SoftwareIngenieure sowie die langjährigen und vertrauensvollen Entwicklungspartnerschaften vom OEM bis zu den Komponenten. Einzelheiten zu Themen wie balancierte Architektur, die Redundanz
und Funktionsverteilung zwischen mehreren Chips sowie zu
den Anforderungen an einen Halbleiterpartner finden Sie in der
Langversion dieses Beitrag per infoDIREKT. (av)
n
Autor
Heinz Wrobel
Automotive FAE Manager bei der Freescale.
TriCore • PowerArchitecture
RH850 • XC2000/XE166
Cortex M0/M3/M4/R4/A8 • ARM7/9/11
Serienreife?
Mit der heute verwendeten Technik kann
man ein Auto recht sicher auf einer Autobahn fahren lassen. Da gibt es selten ungewöhnliche Einflüsse, keine Kreuzungen,
und es geht fast immer geradeaus. Wie gut
so ein semi-autonomes Fahrzeug im Allgemeinen auf wirklich ungewöhnliche und
auch gefährliche Situationen reagiert, muss
noch bewertet werden. Einem Kunden ist
aber wohl kaum klar, dass autonomes Fahren in heutiger Lesart bedeutet, dass das
Fahrzeug nicht überall und immer autonom
fährt. Er muss nach der Autobahnfahrt bei
der Zielausfahrt rechtzeitig wieder aufwachen, wenn er verhindern will, dass das
Auto einen Rückstau verursacht, bis er wieder übernommen hat, weil die Technik mit
allgemeinen Landstraßen nicht klarkommt.
Kann man mit jetzigen Algorithmen und
Technik ein serienreifes Auto bauen, dem
man sagt: „Fahre zu Onkel Franz auf den
Bauernhof“ und erwarten, dass das Auto
dort auch sinnvoll auf einem Hof mit Trakwww.automobil-elektronik.de
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Bild 1: Der SfM-Beschleuniger ermöglicht eine Objektrekonstruierung mittels Triangulation.
Vom Supercar zum Supercomputer?
Effiziente Bilderkennung für ADAS
Die Anforderungen nach mehr Sicherheit in Fahrzeugen beschleunigen den Einsatz von Fahrerassistenzsystemen mit performanter Bilderkennung. Der richtige Mix aus hardware- und softwarebasierter Verarbeitung, einschließlich Bilderkennungsalgorithmen, ist entscheidend, um die strengen Vorgaben hinsichtAutor: Klaus Neuenhüskes
lich Performance, Verlustleistung und letztendlich Kosten zu erfüllen. A
utos, die „sehen“ können, sind mit den aktuellen Fahrzeugen der Ober- und Mittelklasse zur Realität geworden. Immer mehr Fahrzeuge verfügen über kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme, und der Gesetzgeber kann
zukünftig bei Neufahrzeugen bestimmte Sicherheitseinrichtungen vorschreiben, die sich durch Bilderkennungssysteme am
effizientesten realisieren lassen. In der EU ist diese Vorgehensweise üblich, wenn Sicherheitssysteme wie beispielsweise ESP
nun für alle Fahrzeugklassen vorgeschrieben werden.
Einige Halbleiterhersteller in diesem Markt sind voller Euphorie für das Auto von morgen als mobiler Supercomputer, der
Eck-Daten
Kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme funktionieren nur mit Algorithmen zur Bildererkennung und benötigen stromsparende Hardware
zur Abarbeitung der Algorithmen. Damit kann die Kamera Informationen bereitstellen, um Entscheidungen in Echtzeit herbeizuführen, die
in die Längs- und Querführung autonom eingreifen – und das innerhalb strenger Vorgaben hinsichtlich Leistungsaufnahme, Wärmeentwicklung und Kosten. Ein skalierbarer Ansatz mit entsprechenden
Hardware-Beschleunigern wie bei den TMPV760x-Prozessoren ermöglicht es, die zunehmend komplexeren ADAS-Funktionen auch in Zukunft zu realisieren.
38
Techniken wie Multicore-Architekturen nutzt, wie sie heute in
hochleistungsfähigen PC-Grafikkarten und Spieleplattformen
zu finden sind. Faktoren wie Kosten und vor allem der Stromverbrauch verlangen jedoch eine gezieltere Herangehensweise.
Bilderkennungssysteme können alleinig zum Einsatz kommen
und autonom einen AEB-Vorgang (Autonomous Emergency
Breaking) einleiten oder auch ergänzend im Rahmen der Sensorfusion zusammen mit Radar- und Lidar-Sensorik die richtige
Entscheidung einer Kollisionsvermeidung herbeiführen. Bildverarbeitende Systeme werden auch eine entscheidende Rolle
beim vollautomatisierten Fahren spielen, wo Fahrzeuge ohne
menschliches Eingreifen sicher am Ziel ankommen und das
Einparken übernehmen. Solche Systeme reagieren dann auf
entsprechende Straßenbedingungen, vermeiden verschiedene
Gefahren und sind somit das Schlüsselelement bei der Findung
der freien Wegstrecke.
Die Branche sieht bezüglich der Bildverarbeitung in Fahrzeugen immer leistungsfähigere und komplexere Systeme vor. Um
weiterhin eine zuverlässige Echtzeit-Performance sowie akzeptable niedrige Latenzzeiten zu bieten, ist daher eine entsprechende Anpassung der notwendigen Prozessor-Performance für die
Bildverarbeitung – erweitert durch Sensorfusionsquellen – notwendig.
Bilder: Toshiba
ADAS Halbleiter
ADAS Halbleiter
Bild 2: Vier MediaProcessing-Engines
und spezielle Hardware-Beschleuniger
liefern in Toshibas
zweiter Prozessorgeneration die für
ADAS notwendige
Performance bei
möglichst energieeffizienter Verarbeitung.
Bildverarbeitung: Hardware oder Software
Die Bilderkennung erfolgt traditionell über Software-Algorithmen, die auf einer PC-Plattform entwickelt und auf einem oder
mehreren DSPs ausgeführt werden. Da die Systeme mittlerweile immer mehr Videokanäle gleichzeitig verarbeiten, steigen auch
die Anforderungen an das Rechensystem. Bei einem DesktopRechner erfolgt diese Performance-Anpassung über eine Erhöhung der Prozessor-Taktfrequenz und durch Vervielfachung der
Rechenkerne innerhalb des Prozessors. In einer AutomotiveAnwendung führt die Verlustleistung einer hochleistungsfähigen
CPU/DSP-Anwendung bei Frequenzen im hohen MHz-Bereich
jedoch zu inakzeptablen thermischen Herausforderungen.
Bei der Anbringung hinter der Windschutzscheibe ist die Elektronik unter engen Platzverhältnissen montiert und zudem der
Sonneneinstrahlung unmittelbar ausgesetzt. Aktive Kühlmaßnahmen kommen dabei nicht infrage. Um die Echtzeit-Performance des Systems zu wahren, lassen sich daher keine Architekturen mit hoher Leistungsaufnahme verbauen.
Ein Bilderkennungsprozessor mit speziellen Hardwareblöcken
für komplexe oder häufig verwendete Funktionen wie Transformationen, Filter, Histogramme und Pyramidenkalkulation ist
die Lösung für eine energieeffizientere Verarbeitung, bei der
weniger Verlustwärme entsteht. Zudem lassen sich Algorithmen
gezielt schneller ausführen, was eine gleichbleibende EchtzeitPerformance garantiert. Zudem besteht die Möglichkeit, diese
Plattform zu skalieren, um zusätzliche ADAS-Funktionen oder
Kanäle für mehrere Kameras zu unterstützen.
Hardware-Beschleuniger
Toshiba hat eine Serie von Bilderkennungsprozessoren speziell für
Automotive-Anwendungen entwickelt, um die zunehmende Zahl
von Kamerakanälen für Fahrerassistenzsysteme mit Bildverarbeitungs- und Bilderkennungsfunktion zu unterstützen. Die Architektur besteht aus Media-Processing Engines (MPEs), speziellen
Kamera-Eingängen, die eine In-Stream-Vorverarbeitung der Bilder übernehmen, und einer Reihe von Hardware-Beschleunigungsblöcken. Die aktuelle vierte Generation der TMPV760xProzessoren enthält bis zu acht MPEs und unterstützt bis zu acht
Kamera-Eingänge sowie mehrere Hardware-Beschleuniger, die
für folgende Funktionen optimiert sind: Filterung, verbesserte
affine Transformation, Matching mit höherer Genauigkeit und
Histogramm-Berechnungen. Die Hardware-Beschleuniger basieren auf neuesten Techniken und bieten eine höhere Leistungsfähigkeit als Prozessoren der früheren Generation (Bild 2).
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ADAS Halbleiter
Bild 3: Der neueste CoHOG-Beschleuniger ermöglicht
die Fußgängererkennung bei Nacht.
Fertige ADAS-Algorithmen
Automotive-spezifische Algorithmen
Toshiba hat über spezieller Hardware hinaus zudem noch proprietäre Algorithmen hinzugefügt, so zum Beispiel EnhancedCoHOG (Co-occurrence Histograms of Oriented Gradients) und
SfM-Funktionen (Structure from Motion). Mit diesen Erweiterungen ist die aktuelle vierte Prozessorgeneration zehnmal leistungsfähiger als die vorherige Generation mit nur vier MPEs.
Objekterkennung mittels CoHOG
Um die Personenerkennung in verschiedenen Situationen zu
verbessern, entwickelte Toshiba CoHOG, sodass jetzt von Fußgängern über Radfahrer bis hin zu sitzenden Personen oder
Menschen in Rollstühlen die Erkennungsrate steigt. Dazu vergleicht der CoHOG-Algorithmus erfasste und verarbeitete Daten
mit bekannten Merkmalen menschlicher Körperformen und
Bewegungen. CoHOG sucht nach Gradientenpaaren innerhalb
bestimmter oberer und unterer Grenzen, um Merkmale wie
Schultern, Arme, Beine oder Hüften zu erkennen. Durch Eigenschaften, die innerhalb physiologischer Grenzen eine bestimmte Orientierung zueinander aufweisen, stellt das Verfahren
zusätzlich die korrekte Identifizierung sicher. Zu diesen Eigenschaften zählen die maximale und minimale Länge von Gliedmaßen, der Bewegungsspielraum und die Gesamtgröße. Diese
Technik dient auch dazu, andere Objekte wie beispielsweise
Tiere zu erkennen.
Toshiba hat den CoHOG-Beschleuniger weiter entwickelt und
die Genauigkeit bei der Fußgängererkennung in der Nacht verbessert. Hierzu analysiert das System farbbasierte Gradienten
mehrerer Full-HD-Kameras (Bild 3).
Erkennung unbekannter Objekte
Der SfM-Beschleuniger wiederum sorgt für die genaue Erkennung unbekannter Objekte, die nicht in der Bildbibliothek enthalten sind, wie zum Beispiel Leitplanken, Bordsteine, kleine
Objekte auf der Straßenoberfläche oder Schlaglöcher (Bild 1). Die
herkömmliche Mustererkennung bietet nur begrenzte Möglichkeiten bei der Erkennung unbekannter Objekte. Der SfMBeschleuniger nutzt hingegen 3D-Rekonstruktionsverfahren,
indem er die Bildabfolge einer Monokular-Kamera analysiert.
Die hohe Integration hardwarebasierter Beschleuniger in diesen
Prozessoren trägt zu einem geringeren Gesamtstromverbrauch
bei. Somit treten je nach gewähltem Halbleiter-Derivat typische
Verlustleistungen zwischen 0,5 W und 2,5 W auf.
40
Ein Software-Entwicklungskit (SDK) unterstützt die SoftwareEntwickler von ADAS-Applikationen, wobei zum Lieferumfang
des SDKs bereits Treiber und Beispielprogramme gehören. Hinzu kommen ein Debugger und Simulator, aber auch eine Bildverarbeitungsbibliothek und eine API, die die Benutzung der
Hardware-Beschleuniger ermöglicht. Zudem bietet Toshiba auch
eine Reihe fertiger Algorithmen an, beispielsweise für die Fußgänger-, Fahrzeug- und Fahrbahnlinien-Erkennung. Weitere
Algorithmen befinden sich in der Beta-Testphase; die Freigabe
erfolgt demnächst. Natürlich können Entwickler auch ihre eigenen Algorithmen implementieren und sich dadurch von Vergleichsarchitekturen differenzieren.
Automotive Safety
Wenn Ingenieure im Bereich Automobilelektronik neueste Bilderkennungstechnik für zukünftige bildverarbeitungsbasierte
Systeme entwickeln, müssen sie neben der Leistungsfähigkeit
und dem Stromverbrauch auch noch weitere Aspekte mit berücksichtigen. Systeme wie die Kollisionsvermeidung und Fußgängererkennung sind als sicherheitskritisch eingestuft und müssen
daher den entsprechenden Automotive Safety Integrity Level
(ASIL) erfüllen. Toshiba hat seine Bilderkennungsprozessoren,
wie beispielsweise den TMPV7608XBG, in einem eigenen
ISO26262-zertifizierten Prozess entwickelt. Somit lassen sich
ASIL-C/D-konforme Systeme realisieren.
Fazit
Der Automotive-Sektor ist nicht der erste Bereich, der Hardwarebeschleunigung zur Ausführung komplexer Signalverarbeitungsalgorithmen bei hoher Geschwindigkeit und geringer
Stromaufnahme nutzt. Die Technik hat sich bereits bei SDR
(Software-Defined Radio) in 3G- und 4G-Basisstationen bewährt,
genauso wie in schnellen Internet-Infrastrukturen, im DataCenter sowie in militärischen Signalisierungs- und Radarsystemen.
Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme auf Basis von Bildverarbeitung nutzen die Vorteile von Bildererkennungsalgorithmen
und stromsparender Hardware in Automotive-Anwendungen.
Dem sehenden Fahrzeug stehen damit Informationen zur Verfügung, um Entscheidungen in Echtzeit herbeizuführen, die in
die Längs- und Querführung autonom eingreifen – und das
innerhalb strenger Vorgaben hinsichtlich Leistungsaufnahme,
Wärmeentwicklung und Kosten. Der Ansatz ist zudem skalierbar,
um zunehmend komplexer werdende ADAS-Funktionen auch
in Zukunft zu unterstützen. (av)
n
Autor
Klaus Neuenhüskes
Senior Marketing Engineer bei Toshiba Electronics Europe.
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2015 ITS WORLD
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CONGRESS IN BORDEAUX
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OCTOBER 5 – 9, 2015
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The world around us is changing quickly– and so are our lives. We drive cars that
automatically brake because the vehicle ahead of it has warned of an accident. We
use smartphones for everything from counting calories to online banking. The face
of our cities is changing through interconnected traffic control, intelligent transport
systems and smart power grids. In short, technological innovations have become an
intrinsic part of our daily lives.
We invite you to join us and discuss how the automotive industry is rapidly evolving
and what it really means to the human experience. Advanced communications
technology will fundamentally alter our future understanding of mobility. Vehicles
have already starting to communicate with each other and their surrounding
infrastructure creating a safer driving experience, but in order to take full advantage
of our smart cars, we have to be able to trust that the technology is safe.
Join us for a first-hand look at our latest technology highlights during ITS World
Congress in Bordeaux at the Exhibition Centre Bordeaux, Hall 1, booth C14.
FOR MORE INFORMATION VISIT WWW.NXP.COM
ADAS Software
ISO-26262-Hardware als Basis
Integrierte Systemlösungen für das autonome Fahren von morgen
Bild: Freescale
Bild: iStock/Neusoft
Vor einem Jahr hat Freescale Semiconductor eine Partnerschaft mit Neusoft Automotives
bekannt gegeben, um Embedded-Hard- und Softwarelösungen für kamerabasierte ADASApplikationen zu entwickeln. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK berichtet über diese ersten
Lösungen in den Bereichen Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren.
Autoren: Allan McAuslin, Lars Nikoleit, Michael Staudenmaier, Chunyang Yang, Ph.D
Die korrekte Detektierung der Umwelt gehört zu den komplexesten Teilaspekten beim autonomen Fahren.
E
s besteht kein Zweifel daran, dass kamerabasierte Systeme
eine zunehmend wichtige Rolle im Automobil spielen. Der
vermehrte Einzug von Funktionen wie Spurhalteassistent
und Verkehrszeichenerkennung in Fahrzeugmodellen der Einstiegs- und Mittelklasse übertrifft selbst die optimistischsten
Prognosen. Dieser Trend wird sich fortsetzen; der „Automotive
Semiconductor Report“ von IHS Automotive prognostiziert für
kamerabasierte Sensoren im Jahr 2020 einen Markt von über 100
Millionen Einheiten jährlich.
Woher kommt dieses starke Wachstum? Eine wichtige Rolle
spielt in diesem Zusammenhang sicherlich Euro NCAP (New
Car Assessment Program). Aufgrund dieses Programms können
Automobilhersteller ab 2016 mit einer höheren Bewertung für
Systeme rechnen, die Fußgänger erkennen und Kollisionen
letztendlich zu vermeiden helfen. Bei diesen Systemen handelt
es sich um „teilautomatisierte Funktionen“. Kamera- oder radarbasierte Technologien, die in der Lage sind, Fußgänger zu erkennen und zur Kollisionsvermeidung einen Brems- oder Lenkvorgang einzuleiten, können eine Fünf-Sterne-Bewertung im
NCAP erreichen.
Hohe Anforderungen an kamerabasierte Systeme
Die eigentliche Herausforderung besteht darin, den Anforderungen der Automobilindustrie in Bezug auf Qualität, funktionale
Sicherheit (Safety) und Security gerecht zu werden.
42
Es handelt sich hierbei um Systeme, die Menschenleben schützen sollen, sodass Kompromisse in diesen Bereichen nicht
akzeptabel sind. Dies bedeutet, dass diese kamerabasierten
Systeme den Langzeitanforderungen gemäß AEC-Q100 entsprechen müssen sowie zusätzlich auch der ISO-Norm 26262
für funktionale Sicherheit. Gleichzeitig sind Security-Maßnahmen erforderlich, um das System sowohl gegen Schadsoftware
und unberechtigtem Zugriff abzusichern als auch, um die enthaltene IP zu schützen.
Die Entwicklung von Lösungen, die sowohl die drei genannten fundamentalen Kriterien erfüllen und dabei die benötigte
Rechenleistung bereitstellen, um Objekte zu erkennen und zu
klassifizieren, stellt heute eine der größten Herausforderungen
der Branche dar. Tatsächlich ist ohne die Entwicklung solcher
hochkomplexer ADAS-Applikationen eine zuverlässige, stabile
und sichere Einführung von autonom fahrenden Fahrzeugen
flächendeckend nicht denkbar.
Im Mai 2014 hat Freescale Semiconductor eine Partnerschaft
mit Neusoft Automotives bekannt gegeben, um Embedded-Hardund Softwarelösungen für kamerabasierte ADAS-Applikationen
zu entwickeln. Im Rahmen der Partnerschaft wollen die beiden
Unternehmen ihre Erfahrung im Bereich der Automotive-Mikrocontroller und bei Vision-Software für die Automobilbranche
nutzen, um stabile, sichere und geschützte semi-autonome Funktionen zu implementieren.
ADAS Software
Passgenaue Lösung für offenes ADAS-System
Um eine offene und flexible Lösung anzubieten, lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung einer weitestgehend programmierbaren
Plattform, ohne dabei den Stromverbrauch oder die Kosten aus
den Augen zu verlieren. Hierfür bietet Freescales S32V234-Familie mehrere programmierbare anwendungsspezifische Beschleuniger. Jeder Beschleuniger ist auf einen bestimmten Verarbeitungsschritt zugeschnitten, den die ADAS-Applikationen benötigen.
Zur Vorverarbeitung von Kameradaten enthält die FreescalePlattform einen programmierbaren ISP-Block zur Verarbeitung
der Bildsignale. Dieser kann außerdem bereits erste Schritte der
Bilderkennung übernehmen, beispielsweise Integralbilder, oder
auch Teile eines Gradienten-Histogramms (HOG) berechnen.
Die Verwendung von zwei Instanzen des APEX2-Moduls von
Cognivue beschleunigt die klassischen Bilderkennungs-Algorithmen. Beim APEX2-Modul handelt es sich um ein massiv
parallel arbeitendes System, das 64 Engines enthält, die für die
Bildverarbeitung optimiert sind. Eine APEX Core Framework
(ACF) genannte Softwareschicht abstrahiert die darunterliegende Komplexität so weit wie möglich und vereinfacht somit die
Arbeit des Entwicklungsingenieurs.
Bilderkennung benötigt außerdem Unterstützung für nicht
linearen Programmfluss und Berechnungen von Gleitkommazahlen. Der S32V234 basiert daher auf vier Kernen des Typs ARM
Cortex A53, die eine RISC-Leistung von 9200 Dhrystone-MIPS
zur Verfügung stellen. Alle vier ARM-Kerne beinhalten die SIMD-
Erweiterung NEON, um deren Leistungsfähigkeit für bestimmte Algorithmen weiter zu steigern. Um speziell für SurroundView-Lösungen eine ansprechende grafische Benutzerschnittstelle zu ermöglichen, enthält die Prozessorfamilie auch einen
Grafikprozessor (GPU), der den Khronos-Standards OpenGL
ES3.0, OpenVG 1.1 und OpenCL 1.2 entspricht.
Freescale hat eine hierarchische Speicherorganisation implementiert, damit das System auch die Speicherbandbreite liefert,
die für die Versorgung der verschiedenen Beschleuniger mit
Eingangsdaten erforderlich ist. Beim Design verfolgten die Entwickler das Ziel, möglichst viele Datentransfers innerhalb des
SoC zu halten. Diese Bauweise dient gleichzeitig zwei Zwecken:
Zum einen verringert sich hierdurch die Anzahl externer Speicherbausteinen, zum anderen sinkt der Strombedarf, um Signale von
einem Chip auf einen anderen zu senden. Beide Punkte gehören
zu den größten Kostenfaktoren in ADAS-Systemen. Diese Technik ermöglicht Speicherbandbreiten in der Region von 50 GBit/s,
ohne die Kosten vergleichbar zu erhöhen.
Eck-DATEN
Im Rahmen einer Kooperation bieten die Unternehmen Neusoft, Freescale, Cognivue und Green Hills eine optimierte Lösung für kamerabasierte ADAS-Funktionen an, die es OEMs und Tier-1-Lieferanten ermöglicht, aus einer Vielzahl von Sensoren zu wählen sowie verschiedene
ADAS-Funktionen zu kombinieren.
MEHR ALS 50 MILLIONEN FAHRZEUGE:
QNX BIETET MILLIONENFACH
BEWÄHRTE LÖSUNGEN FÜR
DIE AUTOMOBILINDUSTRIE
Moderne Infotainment- Systeme vernetzen sich zunehmend mit Smartphones,
der Cloud und anderen Fahrzeugkomponenten, wie Instrumenten- Clustern oder
Fahrerassistenzsystemen. Um dem Trend zu weiter fortschreitender Interoperabilität
folgen zu können, benötigen Fahrzeughersteller Softwarepartner, die über ein
umfassendes Technologieportfolio verfügen - angefangen bei Smartphone Protokollen
wie Apple CarPlay, Android Auto und MirrorLink über App- Technologien wie Android,
Qt, HTML5 oder OpenGL ES bis hin zu Sicherheitszertifikaten für ISO 26262.
Seit 15 Jahren widmet sich QNX Software Systems der Entwicklung einer
umfassenden Lösung für den Automobilsektor in den Bereichen Sicherheit, Akustik,
Multimedia, Grafik und Vernetzung. Ob Sie nun eine Head- Unit, einen InstrumentenCluster, Telematik oder Fahrerassistenzsysteme entwickeln: QNX und seine Partner
bieten Ihnen Technologien, die die Integration vereinfachen und die Zeit zur
Markteinführung verkürzen.
qnx.de
“Mit Software in über 50 Millionen Fahrzeugen steht QNX für absolut zuverlässige
Technologie und erstklassigen Service”, sagt Thorsten Kupitz, Director of Engineering
Services bei EMEA, QNX Software Systems. “Wie verfügen über produktionsfertige
Lösungen für umfangreiche Infotainment- Systeme und eine Plattform, die alle ISO
26262 Anforderungen bis hin zu ASIL D erfüllt. Zudem kann das QNX Automotive
Solutions Team eine 100%ige Erfolgsquote ausweisen, was die Einhaltung kritischer
Deadlines bei Kundenprojekten betrifft.”
QNX betreibt ein Hochtechnologiezentrum in München, welches neben der
Entwicklung höchst innovativer Softwarelösungen auch Support und
Entwicklungsleistungen für regionale Kunden anbietet.
ADAS Software
Diverse Maßnahmen zur Unterstützung ISO26262-konformer
Anwendungen sind in diesen applikationsspezifischen Prozessoren ebenfalls implementiert. Um die vorhandene Hardware
bestmöglich zu nutzen, bestand das Entwicklungsziel darin, eine
Verdoppelung von kritischen Ressourcen weitestgehend zu vermeiden ohne dabei Abstriche in Bezug auf die Sicherheit zu
machen. Deshalb führten die Designer zusätzliche Erweiterungen ein, um die erforderliche Fehlerabdeckung zu gewährleisten.
In vielen Fällen wird dies durch eine geschickte Kombination aus
Hard- und Software erreicht. Dieses Vorgehen ermöglicht ein
für ASIL-B-Applikationen geeignetes SoC, ohne dabei die
9.2K-DMIPS auf der RISC-Plattform zu beeinträchtigen.
Um den Schutz der ECU und der Software auf dem S32V234
sicherzustellen, beinhaltet die ECU ein bewährtes SecurityModul, welches die Authentizität der laufenden Software sowie
den Schutz der Software-IP abdeckt. Das CSE (Cryptographic
Service Engine) genannte Sicherheitsmodul geht konform mit
der Spezifikation der HIS-SHE-API.
Hoher Aufwand
Die technischen Details des S32V234 verdeutlichen den erheblichen Aufwand, der für solche komplexen und leistungshungrigen
Funktionen wie ADAS erforderlich ist. Um die effiziente Verwendung der Plattform zu erleichtern, liefert Green Hills Software
das sicherheitszertifizierte Echtzeitbetriebssystem Integrity. Auf
der Applikationsseite hat Neusoft bereits in der Vorentwicklungs-
D2T & FEV –
Das Beste aus zwei Welten
GEMEINSAM FÜR DEN
KUNDENERFOLG
Bild: Freescale
Keine Kompromisse bei der Sicherheit
Fahrerassistenzsysteme können Fußgänger erkennen und bei Gefahr eine
automatische Bremsung einleiten.
phase mit der Portierung seiner praxiserprobten Algorithmen auf
die Freescale-Plattform begonnen, um die Entwicklungszeit bis
zur Marktreife zu verkürzen. Die zur Verfügung stehenden Algorithmen decken alle Anforderungen optischer ADAS-Applikationen ab, beispielsweise Fußgängererkennung, Spurhalteassistent,
Verkehrszeichenerkennung und Totwinkelassistent.
Software für optische Daten
Bei der Entwicklung von Software gibt es drei wesentliche Herausforderungen: Zuverlässigkeit, Anpassungsfähigkeit und Machbarkeit. In Bezug auf die Zuverlässigkeit ist hervorzuheben, dass
ADAS-Funktionen zunehmend sicherheitsrelevanter werden.
Systemübergreifende Sicherheitsanforderungen und funktionale Sicherheit sind mittlerweile Standard im Fahrzeug. Die Entwicklungsabteilungen möchten selbstverständlich immer neuere und bessere Methoden wie beispielsweise selbstlernende
Systeme oder neuronale Netzwerke in die Algorithmen einfließen lassen, um die Bearbeitung der Daten zu verbessern. Andererseits haben solche Entwicklungen einen wesentlichen Einfluss
auf das Echtzeitverhalten sowie an die Hardwareanforderungen.
Software muss somit neben ihrer eigentlichen Bestimmung – der
Erkennung von Objekten – auch die Echtzeitanforderungen der
Systeme sowie die hohen Sicherheits- und Stabilitätsanforderungen erfüllen. Um allen Ansprüchen gerecht zu werden, ist
eine vorausschauende Planung erforderlich.
Mehr darüber, wie es möglich ist, auf die individuellen Spezifikationen und Anforderungen der Hersteller einzugehen, erfahren
Sie in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT. (av)
n
Autoren
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unser gemeinsames Serviceund Produktportfolio
Allan McAuslin
ADAS Product Manager bei Freescale Semiconductor.
Lars Nikoleit
Solution Manager bei Neusoft Automotives.
Michael Staudenmaier
Senior Member of the Technical Staff bei Freescale Semiconductor.
Chunyang Yang Ph.D
Principal Research Scientist bei Neusoft Automotives.
44
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Bilder: Continental
Alternative Antriebe 48 V
CO2-Einsparpotenzial
verhilft 48 V zum Durchbruch
Niedervolt-Hybridisierung vor dem Serieneinsatz
Während die Zulassungszahlen von Elektrofahrzeugen hinter den Erwartungen zurückliegen,
steht die Elektrifizierung in anderer Form an der Schwelle zu echten Stückzahlen: Die 2011 von
führenden deutschen OEMs postulierte zweite Spannungslage von 48 V bietet das KostenAutor: Bernhard Klein
Nutzen-Verhältnis, um diese Hürde zu nehmen.
E
s war ein denkwürdiger Tag, als
sich im Juni 2011 auf dem 15. Fachkongress „Fortschritte in der Automobilelektronik“ in Ludwigsburg fünf führende deutsche Fahrzeughersteller gemeinsam für mehrere neue Standards aussprachen. Darunter war die Absichtserklärung,
ein zweites Bordnetz mit 48 Volt im Fahrzeug einzuführen (siehe infoDIREKT
302AEL0311 auf www.all-electronics.de).
Audi, BMW, Daimler, Porsche und Volkswagen erklärten damals gemeinsam, untersuchen zu wollen, welches Potenzial
besteht, um Hochstromverbraucher im
Fahrzeug besser und wirtschaftlicher zu
betreiben als dies mit existierender
12-V-Technik möglich ist. Insbesondere war
es das nach Angaben von Volker Wilhelmi
46
(Daimler) das erklärte Ziel der OEMs,
Funktionen und Aggregate der Elektrifizierung „besser, kostengünstiger und leichter
in die Fahrzeuge hineinzubringen“.
Klarer Treiber dieser Gemeinschaftsinitiative Pro 48 V, ist die steigende Bedeutung
der Energieform Strom im Fahrzeug: Die
Eck-Daten
Gemäß dem NEFZ bietet der 48 V Eco Drive
eine Kraftstoffersparnis von 13 %, aber in
Fahrprofilen, die näher an der Realität des
Straßenverkehrs im städtischen Raum liegen,
fiel der Verbrauch im Stadtverkehr sogar um
21 % niedriger aus als bei reinen 12-V-Fahrzeugen. Außerdem liefert das System bis zu
16 kW elektrischer Leistung und bis zu 60 Nm.
2016 soll es in Europa in Serie gehen.
neue Spannungslage von 48 V ist unter dem
Aspekt der Sicherheit genauso unproblematisch wie das 12-V-Bordnetz, weil beide
unterhalb der international gültigen Grenze von 60 V für die Berührsicherheit von
Gleichstrom führenden Komponenten liegen. Gleichzeitig ist die höhere Spannungslage von 48 V per se elektrisch effizienter.
Auch die steigende Zahl an Hochstromverbrauchern lässt sich mit 48 V effizienter
betreiben, sowie kompakter und leichter
konstruieren. Den größten Einzelnutzen
hat das 48-V-Bordnetz allerdings dann zu
bieten, wenn diese zweite Spannungslage
für eine Hybridisierung des Antriebs zum
Einsatz kommt. In diesem Fall kann bereits
die Niedervolt-Elektrifizierung einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, künftige
Alternative Antriebe 48 V
CO2-Grenzwerte einzuhalten. Um ab 2020
einen Flottendurchschnitt von nur noch 95 g
CO2/km zu erreichen, ist es zwingend erforderlich, in vielen Fahrzeugsegmenten die
Kraftstoffeffizienz weiter zu steigern. Je nach
Fahrzeugklasse wird das mit einer reinen
Optimierung des verbrennungsmotorischen
Antriebs kaum gelingen, weil man die Fahrbarkeit des Fahrzeugs als entscheidendes
Kaufkriterium nicht außer Acht lassen darf.
Eine Hybridisierung mit einem 48-V-StarterGenerator lässt sich sehr gut dafür nutzen,
prinzipbedingte Schwächen eines hubraumreduzierten und verbrauchseffizienten Verbrennungsmotors auszugleichen und in
manchen Fahrsituationen durch elektrisches
Boosting für ein gutes Drehmomentangebot
zu sorgen. So weit die Motivation und die
Erwartungen Mitte 2011.
21 % Verbrauchsersparnis
Inzwischen zeichnet sich ab, dass ein
48-V-System wie der von Continental entwickelte 48 V Eco Drive die anfänglichen
Hoffnungen sogar deutlich übertrifft: Während der Entwicklung ließen sich bei ersten
Fahrversuchen mit der im 48-V-Demonstratorfahrzeug verbauten Technologie (Bild
1) im Neuen Europäischen Fahrzyklus
(NEFZ) auf Anhieb rund 13 % Kraftstoffersparnis zeigen. Alleine das wäre schon
ein attraktiver Effizienzgewinn für ein System gewesen, das sich prinzipiell in jedes
existierende Fahrzeugmodell integrieren
lässt, ohne dass dafür nennenswerte Ände-
Bild 1: Das 48-V-Eco-Drive-Demonstratorfahrzeug auf Basis eines VW Golf 1,2 TSI.
rungen an der Architektur nötig wären.
Sobald mit dem 48-V-Demonstratorfahrzeug jedoch Fahrprofile gefahren wurden,
die dichter an der Realität des Straßenverkehrs im städtischen Raum liegen, zeigte
sich der tatsächliche Effekt der Mild-HybridFunktionen: Beim unabhängigen Vergleichstest des Demonstatorfahrzeugs durch die
Fahrer des Fernsehsenders Vox TV lag der
Verbrauch im Stadtverkehr um 21 % niedriger
als der im Referenzfahrzeug mit 12-V-StartStopp-Microhybridisierung. Dieser Effizienzgewinn geht ausschließlich auf 48-V-Niedervolttechnologie zurück, die hier Funktionen ermöglicht, wie sie bisher Mild-Hyb-
rid-Fahrzeugen mit Spannungslagen größer
110 V vorbehalten zu sein schienen. Die
Einsparung entsteht im Wesentlichen durch
das leistungsfähige Rekuperieren und durch
das sogenannte Engine-Off-Coasting, also
das Segeln bei abgeschaltetem Verbrenner.
Potenzial der 48-V-Hybridisierung
Continental hat den 48 V Eco Drive gezielt
entwickelt, um genau jene Hürden zu
umgehen, die bei der Hochvolttechnik
einer Einführung in der Masse der Fahrzeuge im Wege stehen: Ein wesentlicher
Kostentreiber bei Hybridfahrzeugen mit
hohen Spannungslagen ist die Integration
47
High Speed
Positionssensor
Höchste Genauigkeit,
schnelle Reaktionszeit
Besondere Eigenschaften
• Detektion von Motorstart
bis zu 20.000 rpm
• Induktive Messung von
Geschwindigkeit und Position
• Imun gegen niederfrequente
magnetische Felder
• Großer Temperaturbereich
• Sehr robust gegen Vibration
• Kleine Bauform
Typische Anwendungen
des elektrischen Systems in die Fahrzeug- und
Antriebsstrangarchitektur. Hier sind tiefe Eingriffe nötig, um leistungsstarke Aggregate mit
potenziell gefährlich hohen Spannungen und
Strömen in eine existierende Fahrzeugarchitektur einzufügen und dabei für Sicherheit in allen
Betriebssituationen zu sorgen, angefangen beim
normalen Fahrbetrieb über die Wartung bis hin
zu möglichen Unfallgeschehen. Der zweite große Kostentreiber der Elektrifizierung ist die
Dimensionierung der Lithium-Ionen Batterie,
wie sie in den meisten elektrifizierten Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Sobald der Energiegehalt dieser Batterie für ein rein elektrisches
Fahren mit sinnvoll nutzbarer Reichweite ausgelegt wird, ist die Batterie heute die teuerste
Einzelkomponente im Fahrzeug.
Die Kosten-Nutzen Hürde nehmen
Natürlich sind das alles keine Grundsatzargumente gegen die Hochvolt-Hybridisierung, denn
diese Technologie bietet im Gegenzug Vorteile,
die sich auch weiterhin nur mit hohen Spannungslagen nutzen lassen. Für den Massenmarkt jedoch
erweisen sich die Kosten der Hochvolttechnik
bisher als eine gewisse Hürde. Das belegen aktuelle Untersuchungen wie die Continental Mobilitätsstudie 2015 eindeutig. Attraktive Hochvoltsysteme wie die Plug-in-Hybridisierung werden
in geeigneten Fahrzeugklassen sicher einen deutlich wachsenden Beitrag zur CO2-Ersparnis im
Straßenverkehr leisten. Der dafür erforderliche
Integrationsaufwand und die Systemkosten sind
jedoch für Fahrzeugmodelle im Volumensegment
nicht ohne weiteres darstellbar (Bild 2).
Mit der 48-V-Technologie lässt sich hingegen
die bisherige Lücke zwischen der im Markt ausgesprochen erfolgreichen 12-Start-Stopp-Minimalhybridisierung und den zahlenmäßig weit
dahinter zurückbleibenden Hochvoltlösungen
schließen. Die Komponenten des Systems sind
Teil einer Elektrifizierung nach Maß, die einen
Industriebaukasten aus skalierbaren Komponenten für unterschiedliche Elektrifizierungskonzepte umfasst: von 12-V-Start-Stopp über
48 V und die Hochvolt-Hybridisierung bis zum
reinen Elektrofahrzeug.
Die höhere Spannung und die zusätzlich eingesetzte 48-V-Lithium-Ionen-Batterie ermöglicht zusätzliche Funktionen im Fahrzeug, die
mit reiner 12-V-Technologie nur schwer umsetzbar sind. Vorhandene Verbraucher, die in der
Regel hohe Ströme erfordern, lassen sich auf 48
V umstellen. Dadurch können geringere Kabelquerschnitte zum Einsatz kommen, was letztlich
auch zu einer Gewichtsreduzierung führt.
48 V geht in Serie
Nachdem 12-V-Technologie, Hochvolt-Hybridsysteme und Antriebstechnik für reine Elektrofahrzeuge bei Continental bereits seit Jahren in
Serie sind, steht dieser Schritt bei dem 48 V Eco
Drive nun ebenfalls bevor: Inzwischen gibt es
mehrere Serienaufträge für Fahrzeuge aus unter-
• Rotorpositionserkennung in
Elektro- und Hybridfahrzeugen
• Elektrische Servolenkungen (EPS)
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Bild 2: Mögliche Hybridisierungskonzepte,
die sich dem skalierbaren Baukasten der Elektrifizierung nach Maß umsetzen lassen.
26.05.15 11:49
Bild 3: Komponenten und Integration des 48 V Eco Drive.
schiedlichen Segmenten und in so verschiedenen Weltmärkten wie den USA, Asien
und Europa. Der SOP für die ersten europäischen Fahrzeuge mit 48 V Eco Drive ist
für 2016 geplant. Es wird somit konkret mit
dieser neuen Form der Elektrifizierung. Für
den Fahrzeughersteller erfüllt der 48 V Eco
Drive zentrale Wirtschaftlichkeitsvorgaben
für den Massenmarkt. Hier wird häufig ein
Systemkostenlimit erwartet, das im niedrigen zweistelligen Eurobereich pro Gramm
CO2-Reduktion liegt. Der 48 V Eco Drive
kann diese Vorgaben aufgrund seiner Konzeption erfüllen.
Komponenten
Physisch besteht ein 48 V Eco Drive aus
einem Starter-Generator mit integriertem
Inverter, einem DC/DC-Wandler, der zwischen 48 V und 12 V wandelt, sowie einem
Lithium-Ionen-Akku mit ähnlichen Abmessungen wie eine Blei-Säure-Batterie (Bild 3).
Bei einer Integration des Eco Drive in den
Riementrieb kommt noch ein Riemenspanner samt Riemen hinzu. Alternativ lässt sich
die elektrische Maschine aber auch mit
einem Riemen zwischen Motor und Getriebe integrieren (Side-mounted Architektur)
oder wie bei einem Hochvolt-Hybrid voll
integrieren (Inline-Architektur).
Die 48-V-Asynchronmaschine startet
den Verbrenner leise und komfortabel
innerhalb von maximal 0,2 s. Damit entfällt ein Hauptgrund, warum eine 12-VStart-Stopp-Funktion in heutigen Fahrzeugen manchmal deaktiviert wird. Die
höhere Kapazität der Lithium-IonenBatterie ist zudem ausreichend, um die
Verbraucher im Fahrzeug auch in längeren Stillstandsphasen mit elektrischer
Energie zu versorgen, ohne dass der Verbrenner eingeschaltet werden muss.
Genau diese Stärke nutzt der 48 V Eco
Drive, um den Verbrennungsmotor möglichst oft und lange auszuschalten und
die Fahrstrategie des Coasting (Ausrollen
ohne Antrieb, Antriebstrang abgekoppelt)
auszunutzen. Je nach Fahrprofil besteht
die Möglichkeit, den verbrennungsmotorischen Antrieb so bei bis zu einem
Viertel der Fahrzeit abzuschalten.
Wegen des guten Wirkungsgrads der
Rekuperation bei 48 V kann bis zu doppelt
so viel elektrische Energie zur Verfügung
stehen wie das Fahrzeug beispielsweise
im NEFZ benötigt. Damit steht dieser
Strom für effiziente Fahrstrategien zur
Verfügung. Zur Funktionalität des 48 V
Eco Drive gehört die elektrische Unterstützung beim Anfahren und bei Lastwechseln: Bis zu 16 kW Leistung und bis
zu 60 Nm lassen sich dafür elektrisch hinzufügen. Damit unterstützt das System
zentrale Effizienzstrategien wie Downsizing und Lastpunktverschiebung.
Weiteres CO2-Potenzial
durch Vernetzung
Durch Vernetzung des Antriebsstrangs
mit dynamischen Informationsquellen,
die über Car-to-X-Systeme zur Verfügung
stehen können wird sich der Wirkungsgrad der Hybridisierung künftig noch weiter steigern lassen.
Weitere Informationen zur vorausschauenden Anpassung der Fahrstrategie an die
Streckentopografie und weitere Aspekte
erhalten Sie in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT. (av)
■
Autor
Bernhard Klein
arbeitet bei Continental.
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Alternative Antriebe 48 V/HV
Bild: Maxwell Technologies
Die Applikationen von Ultrakondensatoren in Fahrzeugen
sind weit gestreut.
CO2 einsparen, Batterie entlasten
Nutzung von Ultrakondensatoren in E/E-Architekturen
Nicht nur in 48-V-Systemen können Ultrakondensatoren ihre Vorteile zur Geltung bringen.
Sie ermöglichen es, die Standzeit der Batterie zu verlängern, weil sie die Spitzenlasten abpuffern
und bieten Möglichkeiten zur Senkung der CO2-Emissionen. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK wirft einen
Autor: Michael Finger
praxisnahen Blick auf das Potenzial dieser Kondensatortechnologie.
D
ie Nachfrage nach kraftstoffeffizienten Fahrzeugen
bedeutet für die Hersteller, das Gewicht zu verringern,
den Verbrauch zu senken und interne Energieverbraucher effizienter zu steuern. Eine weitere Herausforderung sind
die strengen Emissionsauflagen, die kreative Lösungen von den
Herstellern verlangen. Die Kernfrage lautet somit: Wie will die
Automobilindustrie mit diesen wachsenden Anforderungen von
Verbrauchern und Industrie den Bedarf an mehr Energie und
mehr Leistung im Fahrzeug erfüllen?
Ultrakondensatoren
Hier kommt die Technologie des Ultrakondensators ins Spiel.
Das sich kontinuierlich entwickelnde Ökosystem der Autoindustrie schafft Möglichkeiten für verschiedene Ultrakondensator-Anwendungen, zu denen unter anderem regenerative
Bremssysteme, Start-Stopp-Systeme, aktive Fahrwerksysteme,
Bordnetzstabilisierung, elektrische Turbolader und andere
50
Hochleistungsfunktionen wie Servo-Lenksysteme in der E/EArchitektur gehören.
Die oft auch als Ultracaps oder Supercaps bezeichneten Ultra
kondensatoren sind flexibel einsetzbar; sie können sowohl in
Verbindung mit Batterien als auch als alleinstehende Ultrakondensator-Lösung zur Anwendung kommen. Eine der Hauptcharakteristiken eines Ultrakondensators ist die Fähigkeit, jeweils
den Spitzenleistungsbedarf von Anwendungen abzudecken.
Während Batterien Energie auf längere Zeit liefern können, sind
Ultracaps speziell dafür konstruiert, um kurze Leistungsspitzen
für viele verschiedene Anwendungen zu liefern.
Die Nutzung von Ultrakondensatoren in Fahrzeugen hat eine
Vielzahl von Vorteilen: Ultracaps haben eine lange Lebensdauer, eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad.
Sie arbeiten in einem breiten Betriebstemperaturbereich und
sind – anders als Batterien – unempfindlich gegenüber Kälte.
Durch die geringen Anforderungen an die Zell-Symmetrierung
Start-Stopp-Systeme
Gemäß der Zeitschrift Car and Driver Magazine verfügen einige Start-Stopp-Systeme über das Potenzial, CO2-Einsparungen
zwischen 5 und 10 % zu ermöglichen. Navigant Research sagt
voraus, dass der weltweite Bedarf an Start-Stopp-Systemen bis
zum Jahr 2022 auf über 55 Millionen Einheiten steigt, was 54,3 %
der Fahrzeugverkäufe entspricht.
Ultrakondensatoren sind auf dem
Markt der Start-Stopp-Systeme
von Anfang an mit dabei. Sie
ermöglichen in diesen Systemen
schnellere Startzeiten, was zu
einer erhöhten Kundenzufriedenheit führt.
Ultrakondensatoren verlängern
die Standzeit der Batterie, weil sie
die Last der Spitzenleistung von
der Bat ter ie über neh men.
Dadurch kann die Batterie andere Verbraucher im Fahrzeug versorgen. Im Gegensatz zu Batterien können Ultrakondensatoren
im Temperaturbereich von -40 bis
+65 °C arbeiten – und das erweitert die Verfügbarkeit der StartStopp-Fu n kt ion. Sta r tspa nnungseinbrüche lassen sich vermeiden, weil Ultracaps die Trennung des Starters vom restlichen
Bordnetz ermöglichen. Zu guter
Letzt bieten diese Kapazitäten
das Potenzial zur Senkung des
Fa h rzeuggew ichts, d ie ei ne
ansonsten unter Umständen notwendige zusätzliche StartStopp-Batterie obsolet machen.
Ultrakondensatoren aus dem Hause Maxwell sind im VSSSystem von Continental bereits in mehr als einer Million Fahrzeuge verbaut; weitere OEM-Evaluierungen sind auf Grund der
Vorteile der Ultracaps in Start-Stopp-Systemen bereits im Gange. Die nächste Generation von Start-Stopp-Systemen und
Fahrzyklen ist bereits unterwegs.
Der neue Fahrzyklus WLTP (World Light Vehicle Test Procedure, Harmonisierte Testprozedur für den Kraftstoffverbrauch)
wird Einfluss auf die aktuellen Vorteile eines konventionellen
Start-Stopp-Systems haben. Die neuen Start-Stopp-Systeme
werden mit neuen Funktionen wie Segeln ausgestattet sein, die
weitere Kraftstoffeinsparungen ermöglichen. Beim Segeln und
UMSCHALTEN
VON HEUTE
AUF MORGEN
Eck-Daten
Ultrakondensatoren, auch Ultracaps oder Supercaps genannt, weisen eine hohe Leistungsdichte gepaart mit Zyklenfestigkeit bei langer Lebensdauer auf. Hinzu kommt
ein hoher Wirkungsgrad sowie ihr
zuverlässiger Betrieb auch bei tiefen Temperaturen. Damit sind sie
prädestiniert für viele Anwendungen im Fahrzeug – vom StartStopp-System (inklusive Segeln)
über elektrische Turbolader bis hin
zu aktiven Fahrwerkssystemen.
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in den Allgemeinen Geschäftsbedingungen (http://www.te.com/aboutus/tandc.asp) dargelegt sind. TE Connectivity lehnt ausdrücklich jede Haftung aufgrund
stillschweigender Zusicherungen hinsichtlich der hier enthaltenen Informationen ab.
lassen sich Ultracaps im Vergleich zu anderen anderen Speichertechnologien, die auf Elektrochemie basieren, außerdem
einfach überwachen. Ultrakondensatoren sind für hohe Vibrations- und Schockbelastungen optimiert (ISO16750-3 Tabelle
12, IEC 60068-2-27, IEC 60068-2-29) und in vielen Transportanwendungen wie zum Beispiel Hybrid-Dieselbussen und Bahnen bereits ein etabliertes Produkt.
Bild: Continental
Ein Start-StoppSystem mit Ultra
kondensatoren.
Ausrollen ist ein schneller Start noch wichtiger als in einfachen
Start-Stopp-Systemen. Auch hier können Ultrakondensatoren
einen schnellen Start gewährleisten.
Elektrische Turbolader
Neuere und strengere Emissions- sowie Kraftstoffverbrauchsvorschriften zwingen die OEMs, neue Wege zu finden, um den
Kraftstoffverbrauch zu verbessern, ohne die Leistung und die
Fahrqualität zu verringern. Eine der erfolgversprechenden Methoden zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs, ohne dabei die Leistung zu reduzieren, ist die Verwendung von kleineren aufgeladenen Motoren.
Elektrische Turbolader sind eine relativ neue Technologie, die
es ermöglicht, bei niedrigen Motordrehzahlen mehr Leistung
zur Verfügung zu stellen. Es gibt mehrere Vorentwicklungsprogramme, in denen die Experten Ultrakondensatoren und Batterietechnologien wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien evaluieren. In Abhängigkeit von der Grundlast einer gegebenen
Automobilarchitektur könnten Ultrakondensatoren als eine starke Technologie hervortreten, die den zusätzlichen Leistungsbedarf und die Zyklenanzahl eines elektrischen Turboladers erfolgreich bewältigen kann.
Aktive Fahrwerksysteme
Die steigenden Anforderungen an die Energieversorgung in
konventionellen Fahrzeugen haben die 12-V-Versorgung an ihre
Grenzen gebracht, sodass die OEMs intensiver über E/E-Architekturkonzepte mit 48-V-Technologie nachdenken. Eine frühe
Anwendung werden aktive Fahrwerksysteme sein, deren Entwicklung derzeit sowohl im 48-V- als auch im 12-V-Bordnetz
erfolgt. Während der Fahrphase wird der Energiespeicher mit
hochfrequenter Zyklisierung und großen Leistungsspitzen – bei
nur geringem Energiebedarf – belastet. Aktivfahrwerke verbes-
52
sern den Kraftstoffverbrauch, ermöglichen Energierückgewinnung und schnellere Reaktionszeit.
Für Aktivfahrwerke bieten Ultrakondensatoren mehrere Vorteile, zu denen unter anderem eine hervorragende Leistungsdichte und eine adäquate Energiedichte sowie ein breiter Betriebstemperaturbereich, aber auch eine hohe Zyklenfestigkeit und
Lebensdauer gehören. Der niedrige Innenwiderstand von Ultrakondensatoren hat einen hohen Wirkungsgrad zur Folge, was
in niedriger Verlustleistung und geringen Sicherheitsanforderungen resultiert.
Ultracaps formen die Autos von morgen
Die Automobilindustrie wird sich in den nächsten zwei bis fünf
Jahren detaillierter mit verschiedenen Energiespeichertechnologien beschäftigen, um die Anforderungen der Verbraucher und
die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen. Die neuen Trends der
Autowelt wie zum Beispiel die Trennung von Energie- und Leistungsverbrauchern haben gewiss Einfluss auf die Einbeziehung
der Ultrakondensator-Technologie.
Die fortschreitende Elektrifizierung von Fahrzeugen, die Entwicklung verschiedener Bordnetzarchitekturen und der steigende
Leistungsbedarf erfordern ein neues Denken in Bezug auf Energiespeicherstrategien im Automobilbereich. Exakt hier kann die
Ultrakondensator-Technologie die derzeit existierende Lücke für
die Automobiltechnologie erfolgreich schließen. (av)
n
Autor
Michael Finger
Senior Vice-President Global Sales bei Maxwell
Technologies.
Elektromechanik
E/E-Entwicklung für Entscheider
Elektromechanik
SCHUTZ GEGEN
ISOLATIONSFEHLER
Einsatz von Relais
in Elektrofahrzeugen
53
Elektromechanik Relais
Schutz gegen Isolationsfehler
Einsatz von Relais in Elektrofahrzeugen
Halbleiter sind zwar ein ganz wesentliches Thema im Rahmen der Elektrifizierung von Fahrzeugen,
aber dennoch spielen auch elektromechanische Bauelemente eine wesentliche Rolle. Um die erforderlichen Schutzmaßnahmen in EVs und (P)HEVs und die hier erforderliche galvanische Trennung umzusetzen, sind stets auch Relais erforderlich. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK liefert Hintergrundinfos zum EinAutor: Dr. Dieter Volm
satz von Relais in elektrifizierten Fahrzeugen und stellt einige relevante Relais vor. D
Betriebszuständen gewährleistet sein. Spezielle DC-Schütze
oder AC-Relais übernehmen die sichere Trennung und bilden im
Zusammenspiel mit einer Sicherung den nötigen Schutz gegen
einen elektrischen Stromschlag. Während DC-Schütze schon
länger für Automotive-Anwendungen zertifiziert und erhältlich
sind, gibt es am Markt keine geeigneten AC-Relais. Daher greifen die Entwickler auf Standardbauteile zurück, welche den
geforderten Ansprüchen jedoch nur bedingt genügen.
Die Batteriespannung eines PHEV (Plug-in Hybrid Electric
Vehicle) beträgt mehrere hundert Volt, was beträchtliche Sicher-
Bilder: Panasonic Electric Works
as Hochvolt-Bordnetz in elektrisch betriebenen Fahrzeugen arbeitet mit Gleichspannungen zwischen 400 V
und 800 V, die für Menschen lebensgefährlich sind. Um
die nötige Sicherheit zu gewährleisten, sind der Hochvoltteil
(HV) und das 12-V-Bordnetz (LV) vollständig voneinander isoliert. Eine wesentliche Herausforderung ist das rechtzeitige
Erkennen von Isolationsfehlern zwischen den unterschiedlichen
Potenzialen und – falls erforderlich – die Abschaltung der betroffenen Stromkreise. Der Mindestisolationswiderstand des Bordnetzes muss über die gesamte Lebensdauer und unter allen
54
Bild 1: Mit steigendem Leergewicht ermöglicht nur noch eine Hybridisierung das Erreichen der geforderten CO2-Grenzwerte.
Bild 2: Der elektrische Aufbau von der Ladestation bis zur Fahrzeugbatterie
umfasst auch die vorgeschriebenen Schutzeinrichtungen.
heitsanforderungen an das Bordnetz zur Folge hat, denn Spannungen über 60 V sind für den Menschen gefährlich. Zudem
hängt das Fahrzeug beim Laden am Stromnetz eines Energieversorgers, woraus ein gekoppeltes System von Gleich- und Wechselspannungen unterschiedlicher Spannungsebenen entsteht.
Diese müssen galvanisch voneinander getrennt sein und unabhängig sowie gleichzeitig arbeiten können.
Zur weiteren Entwicklung der elektrischen Antriebe ergeben
sich aus den vielseitigen technischen Umsetzungen auch erhöhte Anforderungen an die elektrischen Komponenten, die in einem
Elektrofahrzeug zum Einsatz kommen. Nachteilig ist hierbei,
dass zur Zeit die elektrischen Architekturen und deren physikalische Realisierung individuell auf den jeweiligen Fahrzeugtyp
zugeschnitten sind. Eine Kostenoptimierung durch eine mögliche Vereinheitlichung wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen.
Besondere Auswirkungen hat dieser Aspekt auf das Laden der
Batterie. Um sämtlichen Anforderungen gerecht zu werden,
haben die Entwickler ein sehr komplexes System von Lademöglichkeiten kombiniert.
strom-Schutzeinrichtung (Residual Current Device, RCD) entweder in der Ladestation oder – wenn nicht in der Hausinstallation vorhanden – im Ladekabel beziehungsweise im Fahrzeug.
Wenn das System einen Fehlerstrom detektiert, muss die Steuerung in der Lage sein, den Ladevorgang abzubrechen. Hier
kommen Netztrennrelais oder DC-Schütze zum Einsatz, um die
entsprechenden Stromkreise zu unterbrechen.
Neben der Stromfehlererkennung müssen im Fahrzeug aber
auch Isolationsfehler erkannt werden. Eine als IMD (Isolation
Monitoring Device) bezeichnete Einheit misst hierzu in kurzen
Abständen die Spannung zwischen HV und LV. Das Blockschaltbild (Bild 2) zeigt nur den einfachen Fall eines einphasigen Systems. Allein hier sind bereits 16 Relais notwendig, um die verschiedenen Lademodi abzusichern.
Laden von Elektrofahrzeugen
Die effizienteste Methode, die Batterie eines Elektrofahrzeugs
aufzuladen, ist die DC-Schnellladung, bei der eine direkte Verbindung zwischen der Ladestation und der Fahrzeugbatterie
besteht. Ein fahrzeugseitiges Ladegerät ist bei diesem Verfahren
nicht notwendig. Beim DC-Laden müssen sich Ladestation und
Fahrzeug per Datenkommunikation über die Ladeparameter
verständigen. Weil eine flächendeckende Versorgung mit reinen
DC-Ladestationen unrealistisch ist, setzen die europäischen
Fahrzeughersteller auf die Ladeschnittstelle Combo Typ 2, die
sowohl das Laden mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom
erlaubt. Das AC-Ladeverfahren benötigt allerdings einen OnBoard-Charger im Fahrzeug.
Eine wesentliche Rolle in diesem Zusammenhang spielen auch
die elektromechanischen Komponenten, die für die nötige Sicherheit beim Lade- und beim Fahrbetrieb sorgen. Bild 2 zeigt schematisch den elektrischen Aufbau von der Ladestation bis zur
Fahrzeugbatterie und die vorgeschriebenen Schutzeinrichtungen.
Entsprechende Anforderungen definiert die Norm DIN EN 618511 (VDE 0122-1). Als wichtiges Element befindet sich die Fehlerwww.automobil-elektronik.de
DC-Schnellladung
Im Gleichstromladekreis sind HV-Schütze verbaut. Sowohl in
der Ladestation als auch im Fahrzeug sind Schütze erforderlich,
die üblicherweise eine Gleichspannung von 800 V bei einem
Strom von 200 A trennen können. Zusätzlich ermöglicht eine
BDU (Battery Disconnect Unit) die Trennung beider Pole vom
Fahrzeug, um so bei einem Kurzschluss eine Explosion der Batterie zu vermeiden. Die entsprechenden Kontakte schließen nur
beim Ladevorgang oder im Fahrbetrieb. Durch die große Nachfrage nach Hybridfahrzeugen in Asien und den USA ist nach 15
Jahren Entwicklung von automobiltauglichen HV-Komponenten
eine Vielzahl von DC-Schützen am Markt verfügbar. Panasonic
ist hier Marktführer und hat bereits mehrere Millionen EV-Relais
in Fahrzeugen im Einsatz.
Eck-Daten
Ohne Relais läuft gar nichts, denn nur Relais ermöglichen eine galvanische Trennung zwischen Hochvolt- und Niedervolt-Teil des Bordnetzes
sowie zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation. Während DCSchütze schon länger für Automotive-Anwendungen zertifiziert und
erhältlich sind, gibt es am Markt keine geeigneten AC-Relais. Allerdings könnten die Relaishersteller schon mit der Entwicklung von automotive-tauglichen AC-Relais beginnen, wenn die Zulieferer und
OEMs hier entsprechende Weichen stellen…
55
3
10 A
20 A
80 A
AC-Ladeeinheit (On-Board-Charger)
Um die Batterie des Elektroautos am Stromnetz aufzuladen, wird
eine Ladeeinheit benötigt, die den Wechselstrom gleichrichtet.
Das Laden über das Stromnetz erfordert eine flexible Struktur, um
die unterschiedlichen Spannungen und Stromstärken in verschiedenen Ländern zu bewältigen. Da eine kurze Ladezeit für die
meisten Autofahrer sehr wichtig ist, muss das bordeigene Ladegerät einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Ein langfristiger Trend
geht zu bidirektionalen Funktionen des Ladegeräts, welches nicht
nur Energie aus dem Netz entnimmt sondern auch wieder zurückspeisen kann. Eingangsseitig ist eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung im Fahrzeug integriert, die im Fehlerfall Phase, Nullleiter
und Schutzleiter vom Stromnetz trennen kann.
Während die Normung für Stecker und Ladekabel weitestgehend abgeschlossen ist, besteht für die On-Board-Charger noch
keine einheitliche Spezifikation. Die Fahrzeughersteller vertrauen hier auf ihre internen Standards, welche ihre Lieferanten
umsetzen müssen. Die allgemeingültigen Normen zur Isolationskoordination sind natürlich einzuhalten, was durch Verwendung von Netztrennrelais erreicht wird, die auch in der Hausinstallation für die sichere Trennung sorgen. Sie erfüllen die Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken sowie an die Spannungsfestigkeit. Obwohl eine länderübergreifende Harmonisierung
der Ladeschnittstellen noch aussteht, hat Panasonic verschiedene Netztrennrelais für die On-Board-Ladeeinheit erfolgreich im
Einsatz. Neben dem Relais vom Typ ALFG, das alle Schaltaufgaben bis 32 A ausführen kann, ist auch das wesentlich stärkere
Relais vom Typ HE (Bild 3) bei diversen Ladeeinheiten freigege-
6
56
200 A
300 A
ben. Dieses Relais kann zwar bis 60 A schalten, wird aber meist
in dreiphasigen Systemen bis zu 32 A eingesetzt. Beide Industrierelais erfüllen derzeit nicht die notwendigen Automobilstandards und werden nicht nach TS-Richtlinien gefertigt.
Netztrennrelais im Ladekabel
Grundsätzlich kann ein Elektrofahrzeug an jeder Haushaltssteckdose geladen werden. Haushaltssteckdosen sind allerdings
nicht geeignet, um höhere Leistungen über einen längeren Zeitraum abzugeben. Daher bedarf es spezieller Verbindungslösungen, die den Ladevorgang effizient und intelligent steuern. Dies
gelingt nur, wenn eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und
Ladestation möglich ist, Temperatur und Spannung laufend überwacht werden und im Notfall das Fahrzeug vom Netz getrennt
wird. Das Abschalten im Fehlerfall erledigen Relais, die sich beim
Lademodus 2 im ICCPD (In Cable Control and Protective Device)
direkt im Kabel befinden.
Die allgemeinen Anforderungen sind in der Norm IEC 61851-1
beschrieben; ergänzend dazu dient die IEC 62752, welche die
technischen Spezifikationen der ICCPD genauer beschreibt.
Leider muss der Entwickler auch hier auf Industrierelais zurückgreifen. Am besten eignet sich in diesem Fall ein Relais vom Typ
LFG, das die Isolationskoordinaten der Norm erfüllt.
Isolationsmessung Mithilfe einer mehrfach redundanten Isolationsmessung wird
ständig überprüft, ob fälschlicherweise eine leitende Verbindung
zwischen Batteriepol und der Fahrzeugkarosserie (Massepotenzial des LV-Systems) besteht. Im Fehlerfall muss die komplette
Spannungsversorgung umgehend deaktiviert werden, um die
Fahrgäste vor einem gefährlichen Stromschlag zu schützen.
In der ersten Generation von Elektrofahrzeugen kamen zur
Isolationsmessung meist Signalrelais zum Einsatz. Dabei gilt es,
Spannungen bis zu 800 V bei einigen Milliampere zu schalten.
In vielen Fällen erfolgt diese Messung mehrmals pro Sekunde,
wobei ein mechanischer Relaiskontakt hier an seine Leistungsgrenzen kommt. Darüber hinaus sind Signalrelais nur bedingt
geeignet, um die strengen Anforderungen der Automobilhersteller zu erfüllen. Panasonic bietet mit seinen Hochvolt-PhotoMOS-Relais eine echte Alternative (Bild 5). PhotoMOS-Relais
sind eine spezielle Art von Halbleiterrelais, die ausgangsseitig
MOSFETs und eingangsseitig eine GaAs-Leuchtdiode nutzen.
Hierbei handelt es sich um ein stromabhängiges Bauteil, das
bereits bei einem Betriebsstrom von nur wenigen Milliampere
INNOVATIONS-
OFFENSIVE
4
NR.
5
verlässlich arbeitet. Ein optisch gekoppeltes Fotoelement, das
durch einen semitransparenten Isolator aus Epoxidharz vom
Eingangskreis getrennt ist, wandelt das von der LED emittierte
infrarote Licht in elektrische Spannung um. Durch diese Art der
elektrisch nicht leitenden Verbindung ist eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangskreis gewährleistet. Die so
erzeugte Fotospannung versorgt eine Steuereinheit, die wiederum die Gates zweier bidirektional und antiseriell verschalteter
DMOSFETs ansteuert. Diese Leistungstransistoren befinden sich
direkt im Ausgangskreis des Bauteils. Die integrierte Steuereinheit reagiert ab einem bestimmten Schwellwert der Fotospannung
und schaltet den Ausgang.
Um die im Automobilbereich geforderte sichere Trennung
zwischen HV- und LV-Stromkreisen zu gewährleisten, besitzen
viele PhotoMOS-Typen eine Isolationsspannungsfestigkeit von
5 kVeff zwischen ihrem Ein- und Ausgang. Durch die integrierten modernen Leistungs-MOSFETs am Ausgang können die
PhotoMOS-Relais für Schaltspannungen von bis zu 1,5 kV zum
Einsatz kommen. Die Serie AQV258H von Panasonic eignet
sich besonders für diesen Fall.
Bild 3: Netztrenn-Relais mit sehr hoher
elektrischer Durchschlagsfestigkeit
kommen als Schutzschalter in Ladestromkreisen zum
Einsatz.
Bild 4: DC-Schütze mit
konstruktiven HV-Sicherheitsmaßnahmen
finden Einsatz in HVBatterien.
Bild 5: PhotoMOSRelais arbeiten
bereits bei einem
Betriebsstrom von
nur wenigen Milliampere zuverlässig.
Bild 6: Die im PhotoMOS-Relais integrierte Steuereinheit
schaltet den Ausgang
digital an und aus.
Fazit
Eine wesentliche Herausforderung bei der Ladetechnik von HVBatterien an Stromnetzen besteht in der Adaptierung von Netztrennrelais aus dem Industriebereich in den Elektrofahrzeugbereich. Hierbei müssen OEM, Tier-1 und Relaishersteller Hand in
Hand arbeiten. Das ist von großer Bedeutung, denn zwischen
einem Industrieprodukt und einem Automotive-Produkt gibt es
entscheidende Unterschiede in der Technologie, in der Implementierung, in den Architekturen und im Support.
Darüber hinaus bestehen auch bei der Langzeitverfügbarkeit,
bei den Änderungsanzeigen und bei der Abarbeitung in Problemfällen große Unterschiede. Wenn ein Standardbauteil im
Fahrzeug zum Einsatz kommt, sind zusätzliche Maßnahmen
erforderlich, um Ausfälle zu vermeiden. Das Bewusstsein muss
hier geschärft werden. In der Zwischenzeit gilt es, Kompromisse zu finden, bis eine Marktgröße erreicht ist, die eine Entwicklung von AC-Relais für den Automotive-Einsatz für einen Relaishersteller interessant macht. Relais aus dem Industriesektor bieten derzeit eine günstige und bewährte Alternative. (jwa/av) ■
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57
Elektromechanik Schaltflächen
2
3
Bilder: Turck Duotec
1
Bild 1: Beim Verschwindeeffekt erscheinen Konturen
oder Bereiche während einer Hinterleuchtung...
Bild 2: ...und verschwinden
mit dem Abschalten der
Hinterleuchtung.
Bild 3: Der Druck auf Glas
bietet völlig neue Möglichkeiten. Hier die Rückseite
der Beispielapplikation.
Mehr als nur eine Glasfläche
Leiterplatte als Touch-Panel
Während klassische Technologien eine Sandwich-Bauweise mit aufwendigen
Montageabläufen sowie Laminierung und Klebeprozessen erfordern, kommen jetzt
Autorin: Doris Kucera
Glas und Elektronik direkt zusammen.
T
urck Duotec hat eine Glas-Touch-Anwendung entwickelt,
die beim Design neue Freiheiten, Ideen, Lösungen, Applikationen und Differenzierungspotenziale ermöglicht. Die
im Bereich der Dickschicht-Hybridtechnik eingesetzte Technologie versetzt die Anwender in die Lage, Schaltungen per Siebdruck direkt auf Glassubstrat zu drucken und damit Leiterbahnen und komplette Schaltungen dort aufzubringen. In zahlreichen Anwendungsbereichen lässt sich damit die herkömmliche
Leiterplatte durch Glas und berührungsempfindliche sowie
hochfunktionale Glas-Touch-Bedienelemente ersetzen.
Auf das Glas lassen sich verschiedene Farbschichten auftragen,
danach erfolgt der funktionale Druck von Leiterbahnstrukturen
und elektronischen Schaltungen. Dies eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die elektronischen Schaltungen auf Glas
und Glas-Touch-Bedieneinheiten, wie etwa hinterleuchtete Schalter und Taster mit kapazitiver Touch-Funktion, Bedieneinheiten
und Eingabepanels. Leucht-, Anzeige- sowie Bedienfunktionen
sind jetzt in ein einziges Element integrierbar, das dann zusam-
58
men mit der Glasfläche eine stabile, platzsparende, leicht zu
reinigende sowie optisch edle und hochwertige Einheit bildet.
Die umweltfreundliche Technik druckbarer Elektronik auf Glas
bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Durch den Ersatz traditioneller PCBs sinkt der Materialeinsatz spürbar. Der Arbeitsaufwand
bei der Herstellung solcher Panels verringert sich erheblich, da
weniger Prozessschritte erforderlich sind. Und eine Risikominimierung beim späteren praktischen Einsatz ergibt sich daraus,
dass im Gegensatz zur Leiterplatte das Eindringen von Luft und
Feuchtigkeit als Gefahrenfaktor entfällt. Das Fehlen mechanischer
Fügeprozesse spart nicht nur Fertigungskosten, sondern erhöht
insgesamt die geforderte lange Lebensdauer der Panels zusätzlich.
Applikation der Glas-Touch-Funktionalität
Ein von Turck Duotec entwickelter Demonstrator veranschaulicht
die Funktionen und Möglichkeiten des Drucks auf Glas: Es handelt sich dabei um eine kapazitiv arbeitende Bedieneinheit, die
per Funk mit einer Empfangseinheit zur Steuerung und Regelung
Elektromechanik Schaltflächen
eines LED-Moduls kommuniziert. Turck geht davon aus, dass
diese Technologie auch zur Nutzung im Automobil einsetzbar
ist, um so neue Bedien- und Oberflächenkonzepte umzusetzen.
Die Bedieneinheit besteht im Einzelnen aus einer Glasplatte,
die im ersten Prozessschritt auf der Rückseite per Siebdruck
mehrere Farbschichten erhält. Der Druck kann unveränderliche
Informationen wie beispielsweise Positionen für Schaltflächen
und Logos enthalten. Zum Einsatz kommen spezielle Farben, die
besonders widerstandsfähig und im Einbrennprozess mit den
Dickschicht-Leiterbahnmaterialien kompatibel sind.
Informationen zu Schaltzuständen
Mit transluzenten oder freigelassenen Bereichen im Glasdruck
lassen sich Informationen zu Schaltzuständen über leuchtende
Flächen anzeigen. Auch ein Verschwindeeffekt ist möglich, bei dem
Konturen oder Bereiche während einer Hinterleuchtung erscheinen, bei deren Inaktivität optisch aber nicht mehr sichtbar sind.
Mit dem Aufdruck von Leiterbahnstrukturen auf die Farbschicht lässt sich die Funktionalität der Bedieneinheit erweitern.
Durch das direkte Druckverfahren müssen auf das Glas keine
weiteren Leiterplatten oder andere Schaltungsträger aufgebracht
werden. Die derart gedruckten Leiterbahnstrukturen sind dann
unter anderem bei entsprechender Anordnung die kapazitiven
Empfängerflächen, die als Schaltflächen dienen. Für den
Betrachter bleiben diese Strukturen unsichtbar, weil sie sich
Eck-DATEN
Die druckbare Elektronik auf Glas ermöglicht unter anderem hochmoderne Bedien-Panels, die sich im Automobil direkt mit vielen Funktionen ausstatten lassen und große Vorteile bei der Bedienung und Reinigung mit sich bringen. Vom Prinzip her handelt es sich um eine Weiterentwicklung bestehender Technologien. Der Siebdruck von Leiterbahnstrukturen mit Silberpalladium und Silberplatin ist Stand der
Technik. Der innovative Aspekt ist das Umsetzen auf den Substratträger Glas in Kombination mit Schaltungstechnik. Das Glas übernimmt
dabei keine elektronischen Funktionen, sondern es fungiert hauptsächlich als optischer und haptischer Träger – und zwar mit dem Ziel,
den optischen Effekt, also die Durchsichtigkeit, zu nutzen.
ebenfalls auf der Rückseite hinter dem Farbdruck befinden. Ein
an das Glas angepasster Lötprozess ermöglicht es, die Bauteile
direkt zu bestücken und zu verlöten. Sie bilden so mit dem Glas
eine kompakte Einheit. (av)
■
Autorin
Doris Kucera
Die freie Journalistin erstellte diesen Beitrag im Auftrag von
Turck Duotec.
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○ Vernetztes
Fahrzeug
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Referenten (Auszug)
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Executive Vice President Engineering
Robert Bosch Car Multimedia GmbH
• Elmar Frickenstein
Bereichsleiter Elektrik/Elektronik und
Fahrererlebnisplatz
BMW Group
• Dr. Christoph Grote
Bereichsleiter Forschung,
Neue Technologien, Innovationen
BMW Group
• Peter Kohlschmidt
• John Schneider
• Dr. Hans-Gerd Krekels
• Stephan Stass
Geschäftsführer
TechniSat Automotive
Global Director Active Safety Engineering
TRW Automotive
• Harald Kröger
Direktor Elektrik/Elektronik und e-Drive
Research & Development
Daimler AG
• Marcus Keith
Leiter Entwicklung Bedienung/Anzeige/
Audi Connect
AUDI AG
Produktbereichsleiter Chassis Systems
Control, Fahrerassistenzsysteme
Robert Bosch GmbH
• Dr. Rupert Stützle
Technischer Geschäftsführer
ubitricity
• Klaus Meder
• Dr. Volkmar Tanneberger
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• Prof. Dr. Stefan Wrobel
President Automotive Electronics
Robert Bosch GmbH
Leiter R&D, eCar Powertrain Systems
Siemens AG
• Johann Hiebl
Leitung Geschäftsbereich Infotainment &
Connectivity
Continental AG, Division Interior
Globaler Leiter Infotainment
Ford Motor Company USA
• Dr. Thomas M. Müller
Vice President E/E & E-Propulsion
Volvo Car Corporation
Leiter Entwicklung Elektrik/Elektronik
Volkswagen AG
Institutsleiter Fraunhofer-Institut
für intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS
• Michael Zeyn
Leiter Entwicklung Bedienkonzepte
AUDI AG
• Dr. Stefan Ortmann
Abteilungsleiter Fahrerassistenzsysteme
Volkswagen AG
Folgende Firmen informieren Sie über ihre Produkte und Dienstleistungen:
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AUCOTEC AG
Berner & Mattner Systemtechnik GmbH
Bertrandt AG
Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG
digades GmbH
dSPACE
EDAG Engineering GmbH
Elektrobit Automotive
Emenda GmbH
ESG Elektroniksystemund Logistik-GmbH
ETAS GmbH
Flexera Software
GIGATRONIK-Gruppe
Green Hills Software
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IAV GmbH
INGUN Prüfmittelbau GmbH
in-tech GmbH
jambit
KPIT Technologies GmbH
Kugler Maag Cie
Luxoft
MBtech Group, AKKA Deutschland
Mentor Automotive
Model Engineering Solutions
NVIDIA
OpenSynergy
Panasonic Automotive & Industrial
Systems Europe GmbH
• PTC
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QNX Software Systems
Red Bend Software
Renesas Electronics
SHARP Devices Europe
Socionext
Softing Automotive Electronics GmbH
Synopsys, Inc.
TASKING
TTTech Automotive GmbH
TURCK duotec GmbH
Unicontrol Systemtechnik GmbH
Vector Informatik GmbH
Vodafone Group Services GmbH
Wind River
• Zuken GmbH
Testen + Tools CDM
Bilder: Vector Informatik
Kalibrierdatenverwaltung:
Ein Puzzlespiel?
Effizienzsteigerung bei der Steuergeräte-Kalibrierung
Die kurzen Innovationszyklen und der hohe Kostendruck bei der Steuergeräte-Entwicklung führen zu einer Arbeitsteilung, bei der die Entwicklung der Software von ihrer Anpassung an das gewünschte Verhalten im Fahrzeug getrennt ist. Für aktuelle Fahrzeuge sind zehntausende solcher Kalibrierdaten zu ermitteln und zu verwalten – und zwar für jede einzelne Fahrzeugvariante. Um Fehler zu vermeiden, bedarf es derselben QualitätsstanAutoren: Stephan Herzog, Andreas Patzer, Michael Vogel
dards wie für die Entwicklung der eigentlichen Software.
B
ei der Funktionsentwicklung von Steuergerätesoftware gilt
es, hohe Qualitätsstandards (SPICE, CMMI) einzuhalten.
Dabei ist die korrekte Parametrierung der Steuergeräte
genauso entscheidend wie die grundsätzlich korrekte Funktionalität der Software im Steuergerät. Beim Anpassen der Parameter
muss deshalb der Qualitätsanspruch identisch sein. Diesen
Anpassungsvorgang bezeichnet man als „Applikation“ oder
„Kalibration“. Essenziell für die Prozesssicherheit und die Qualität des Gesamtsystems sind genau nachvollziehbare Kalibrierungen und konsistente Bedatungen in jeder denkbaren Variante.
Immer kürzere Innovationszyklen sowie höchste Anforderungen an Qualität und Effizienz machen bei der Entwicklung von
elektronischen Systemen eine hohe Wiederverwendung der Software in vielen Typen und Fahrzeugvarianten unabdingbar. Jede
Variante in einem Steuergerät führt zu einem eigenen Parametersatz; als Folge steigt die Anzahl an Parametersätzen stark an.
Für Steuergeräte eines Dieselmotors mit Euro-6-Abgasnorm sind
heute ungefähr 60.000 Parameter zu kalibrieren. Steuergeräte aus
62
den Bereichen Fahrwerk und Innenraum kommen zwar mit weniger Parametern aus, aber dennoch erfordert die höhere Anzahl
der Varianten auch hier eine dedizierte Lösung zum Datenmanagement. In Summe muss der Hersteller für ein aktuelles Fahrzeug
viele tausend Parametersatzdateien ermitteln und verwalten.
Qualitätsverbesserung durch einen klaren Prozess
Wesentliche Hilfe beim komplexen Verwalten der Kalibrierdaten
bietet der Einsatz einer speziellen Datenmanagement-Lösung. Sie
gewährleitet, dass tausende von Parametern in genau definierten
Kombinationen für hunderte von Fahrzeugabstimmungen in die
korrekten Varianten gelangen. Gleichzeitig muss jede Änderung
im Sinne der Qualitätssicherung exakt nachvollziehbar sein.
Eine derart klar definierte Vorgehensweise schafft Prozesssicherheit und erhöht die Datenqualität. Die Originaldateien der
Ingenieure, die ihre Arbeitsergebnisse in ein CDM-System (Calibration Data Management) einpflegen, unterstehen einer Versionsverwaltung. Somit ist auf einen Blick ersichtlich, welche Parawww.automobil-elektronik.de
Testen + Tools CDM
Bild 1: Durch einen klar definierten
Prozess trägt das CDM-System zu einer
wesentlichen Qualitätsverbesserung
beim Kalibrieren der Steuergeräte bei.
metersätze in eine bestimmte Variante eingeflossen sind und wo
sie wiederverwendet werden. Dies stellt die automatische Aktualisierung einer neuen Bedatungsversion in allen betreffenden
Varianten sicher.
Ein Qualitäts- und Reifegradmodell hilft innerhalb des Projekts,
die Änderungen für die Datenintegration zu dokumentieren und
den Projektfortschritt zu überwachen. Das CDM-System stellt
ein mehrstufiges Konzept für die Datenintegration bereit. Nachdem sämtliche Ergebnisse der Applikationsingenieure in das
System eingegeben sind, ist dieses in der Lage, Konflikte durch
Fehl- oder Doppelbedatungen über zugeordnete Verantwortlichkeiten und Regeln zu lösen. Die Ergebnisse lassen sich
anschließend nach dem Vier-Augen-Prinzip validieren und auf
Vollständigkeit prüfen. Erst dann sind die Daten bereit zur Konsolidierung für den nächsten Datenstand und die Freigabe für
die nächste Phase. Das ermöglicht auch in der Zusammenarbeit
mit Entwicklungspartnern und bei unterschiedlichen Verantwortungsbereichen immer einen Zugriff auf die korrekten Daten.
Effizienz durch intelligentes Variantenmanagement
Neben der Unterstützung von Kalibrieraufgaben durch einen
klar strukturierten Prozess ist der produktive Umgang mit der
Vielzahl der Varianten eine Kernaufgabe des Datenmanagements. Eine „Variante“ repräsentiert einen Satz von Fahrzeugattributen wie Hubraum, Getriebetyp oder Abgasnorm. Die
unterschiedlichen Ausprägungen bedingen Änderungen in der
Parametrierung der Steuergerätesoftware, wobei man hier von
„Derivat-Applikationen“ spricht. Das Variantenmanagement
stellt Mechanismen bereit, die beispielsweise sicherstellen, dass
Eck-DATEN
Bei der Steuergerätekalibrierung sind zehntausende Daten für jede
einzelne Fahrzeugvariante zu ermitteln und zu verwalten. Für die geforderte Qualität ist ein sicherer Prozess sowie eine durchgängige
Tool-Unterstützung notwendig.
alle Varianten automatisch eine konsistente Bedatung erhalten
und vermeidet so unnötige Doppelarbeit. Bei Parametern, die
von Systemattributen abhängen, kommen Regeln zur Beschreibung der Abhängigkeiten zum Einsatz. Das gewährleistet ohne
Mehrarbeit eine gleiche Bedatung aller Varianten mit identischen Systemattributen.
Think big, start small
Unternehmen setzen das Datenmanagement in unterschiedlichem Umfang ein. Häufig entstehen Lösungen aus den konkreten Herausforderungen für bestimmte Aufgaben. So benötigt ein Applikationsingenieur beispielsweise Unterstützung
beim Verteilen der Arbeitsergebnisse auf alle Applikationsderivate. Dagegen gehört es zur Aufgabe eines Projektleiters,
Konflikte zu lösen oder zu vermeiden, die durch die Abgabe
der Kalibrierdaten seiner Teammitglieder in das System entstehen. Mit zunehmender Verbreitung solcher Einzellösungen
gewinnt eine einheitliche Datenmanagement-Lösung für das
gesamte Unternehmen immer mehr an Bedeutung. Sie bildet
den gesamten Prozess ab und unterstützt auch angrenzende
Bereiche wie Software-Entwicklung und Validierung.
Aus diesem Grund ist es hilfreich, wenn die DatenmanagementLösung sowohl den spezifischen Anforderungen eines Applikationsingenieurs als auch eines Teams sowie des kompletten Unternehmens gerecht wird. Eine derart skalierbare Lösung lässt sich
schrittweise einführen und ausbauen.
Datenmanagement beim Applikationsingenieur
Bei der Steuergeräteapplikation bewertet der Ingenieur mithilfe
von Softwarewerkzeugen (MCD-Tools) am Prüfstand oder im
Fahrzeug zunächst das aktuelle Verhalten einer Systemkomponente, um die Parameter anschließend in Richtung des Sollverhaltens zu verstellen. Dieser Online-Kalibrierung genannte Vorgang umfasst jedoch nur einen Teil der notwendigen Arbeiten.
Häufig ist es darüber hinaus erforderlich, die Parameter für die
unterschiedlichen Fahrzeugvarianten ohne direkte Verbindung
63
Testen + Tools CDM
Bild 2 (oben): Eine skalierbare Lösung deckt die Anforderungen an Prozesssicherheit, Datenqualität und das Variantenmanagement ab.
Bild 3 (rechts): CDM Studio zeigt unter anderem den Status
der Steuergerätekalibrierung.
zum Steuergerät zu vergleichen und zu bearbeiten (OfflineKalibrierung). Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn man Parameter nach den Vorgaben der Softwareentwicklung vorbedatet, bei
der Übernahme von Ergebnissen aus ähnlichen Vorgänger-Projekten, beim Kopieren von Werten aus der Online-Kalibrierung
in verschiedene Varianten oder beim Optimieren mit numerischen Methoden anhand von Modellen.
Der Applikationsingenieur benötigt für diese Aufgaben ein
Werkzeug mit einer Benutzeroberfläche ähnlich wie Microsoft
Excel, in der sich beliebige Parameter (Zeilen) gleichzeitig mit
beliebigen Spalten (Varianten) darstellen und bearbeiten lassen.
Zusätzlich muss es die besonderen Erfordernisse der Kalibrierung
(ASAM-Standard-Formate wie CDF2.0, Kennfelder, Diagnoseinformationen) unterstützen.
Zusammenarbeit im Team
Steuergeräteapplikation ist zu großen Teilen Teamarbeit. Diese
Teams setzen sich häufig aus Mitgliedern unterschiedlicher Unternehmen zusammen (Fahrzeughersteller, Steuergerätelieferant
und Ingenieursdienstleister). Bei der zunehmenden Globalisierung und Spezialisierung gewinnt die effiziente Zusammenarbeit
von Applikationsteams daher immer größere Bedeutung. So
müssen die Arbeitsergebnisse schnell verteilbar sein, wobei die
Vernetzung über E-Mail und Internet hilfreich ist. Um die Daten
jedoch zwischen unterschiedlichen Systemen auszutauschen,
sind häufig viele manuelle Arbeitsschritte erforderlich – eine
zeitraubende und fehleranfällige Angelegenheit. Die Datenverwaltung versetzt die Teams nun in die Lage, die Informationen
automatisch zu verteilen. Eine Integration des E-Mail-Systems
informiert alle Beteiligten über Datenänderungen, neue Freigaben und Softwareänderungen. Dadurch ist gewährleistet, dass
die Teams zeitnah auf einem identischen Datenstand arbeiten.
64
Ebenso wichtig wie eine automatisierte Verteilung ist die
Verfügbarkeit der Daten an Orten mit schwieriger Netzwerkanbindung. Idealerweise lässt sich ein Applikationsprojekt aus der
zentralen Datenbank auf den Laptop eines Ingenieurs auschecken, sodass es im lokalen Netzwerk für den gemeinsamen
Zugriff verfügbar ist.
Datenmanagement im Unternehmen
Eine Lösung für das Datenmanagement ist naturgemäß eng in die
Werkzeugkette für die Entwicklung elektronischer Systeme eingebunden. Die Änderungen in den Applikationsdaten haben einen
direkten Bezug zu Anforderungs-Management-Systemen, ChangeManagement-Systemen und vielen anderen ALM-Anwendungen
(Application Lifecycle Management). Leistungsfähige CDMSysteme zeichnen sich durch hohe Flexibilität aus und lassen sich
über Automatisierungsschnittstellen, APIs (Application Programming Interfaces) oder Webservices in bestehende Systeme einbetten. Über eine Integration mit OSLC (Open Services für Lifecycle Collaboration) ist es beispielsweise möglich, eine durchgängige Nachvollziehbarkeit von Änderungen zu realisieren.
Anpassung an Besonderheiten
Insbesondere beim Einsatz über Bereichsgrenzen hinweg stellen
sich an ein CDM-System besondere Anforderungen. Denn die
Arbeitsweise bei der Kalibrierung eines Chassis-Controllers
unterscheidet sich spürbar von der eines Motorsteuergeräts. Durch
die jeweils unterschiedlichen Anforderungen aus Steuergerät
und Organisation haben sich verschiedene Arbeitsweisen etabliert und bewährt. Daher ist es bei der Einführung des Datenmanagements wichtig, die verschiedenen Arbeitsmodalitäten
der Fachbereiche bestmöglich abzubilden, anstatt einen Standardprozess vorzugeben.
Eine skalierbare Lösung für alle Anwendungsfälle
Prozesssicherheit, hohe und konsistente Datenqualität sowie effizientes Variantenmanagement sind die Grundvoraussetzungen für erfolgreiche Kalibrierprojekte. Vector Informatik bietet hierfür weitreichende Unterstützung –
vom Einzelarbeitsplatz bis zur Unternehmenslösung. Das CDM Studio genannte Tool dient dem Applikationsingenieur als Werkzeug zum Bearbeiten von
Parametersatzdateien (Bild 3). Die bei der Steuergerätekalibrierung entstandenen Parameter lassen sich komfortabel anzeigen, gegenüberstellen und
bearbeiten. Aufgrund der vielfältigen Import-Möglichkeiten spielt die Herkunft
der Parameter nahezu keine Rolle. CDM Studio unterstützt alle gängigen
Mess- und Kalibrierwerkzeuge wie CANape, INCA, MARC und andere.
Arbeiten mehrere Applikateure im Team, sind Lösungen zur sicheren
Datenablage und Datenverwaltung gefragt. Bei vCDM handelt es sich um
eine datenbankgestützte Plattform für Applikationsteams und ganze Unternehmen. Mithilfe von Arbeitspaketen und Berechtigungen vermeidet das
System Datenkonflikte; es erkennt und löst Überschneidungen und erlaubt
das lückenlose Verfolgen von Datenänderungen.
Durch die Verwaltung von Abhängigkeiten, die automatische Berechnung
von Parameterwerten und die Wiederverwendung von Arbeitspaketen bleibt
auch eine große Anzahl von Varianten sicher beherrschbar. Das Ergebnis
sind konsistente Datenstände mit einer hohen Datenqualität, die sich mit
Data-Mining und Report-Funktionen für weitere Qualitäts- und Effizienzsteigerungen nutzen lassen. Zur grafischen Darstellung und Verarbeitung
von Applikationsdaten schließlich dient das integrierte CDM Studio. Somit
stehen verschiedene Lösungen mit demselben Look&Feel zur Verfügung,
sodass die Anwender direkt zwischen unterschiedlichen Anwendungsfällen
wechseln können.
Auch die Berücksichtigung der Arbeitsweisen unterschiedlicher Fachbereiche oder Unternehmen ist unabdingbar, wie Wolfgang Löwl (Gruppenleiter Tool-Entwicklung bei Bosch im Bereich Powertrain) bestätigt: „Gemeinsam mit Vector hat Bosch ein leistungsfähiges CDM-System entwickelt, das
unsere speziellen Anforderungen voll erfüllt. Es ist seit zehn Jahren erfolgreich im Einsatz.“
Ausblick
In der Zukunft wird es immer wichtiger, die enormen Datenmengen nicht nur
qualitätssteigernd sondern auch wertsteigernd einzusetzen. So ist es möglich,
mit Datamining-Algorithmen aus der Historie bestehender Applikationsdaten
automatisch neue Bedatungen zu generieren. Diese Bedatungen können dann
mit speziellen Modellen validiert werden. Auf diese Weise lassen sich zukünftig immer mehr Aufgaben aus dem Fahrzeug ins Büro verlagern. (av)
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Testen
Sie Ihre
Software
früher und
schneller
mit VDKs
Synopsys VDKs für
} Renesas RH850
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and S32V200
} Infineon AURIX™
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Prozessoren
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Autoren
Dipl.-Ing. Stephan Herzog
Business Development Manager für den Bereich Messen und Kalibrieren
bei Vector Informatik.
Dipl.-Ing. Andreas Patzer
Teamleiter in der Produktlinie Measurement & Calibration für Customer
Relations and Services bei Vector Informatik.
Dipl.-Inf. Michael Vogel
Business Development Manager für vCDM bei Vector Informatik.
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65
Testen + Tools Fertigung
1
Akustiktest
Prüfen von Störgeräuschen unter
Fertigungs-bedingungen
Komfortables und leises Autofahren ist heute nicht nur in
Fahrzeugen der Oberklasse Standard. Um die akustische
Beschaffenheit von Komponenten in der Serienfertigung
sicherzustellen, hat sich die Körperschallanalyse als kostenund zeiteffiziente Lösung etabliert. Göpel Electronic stellt ein
speziell hierfür entwickeltes Testsystem vor. Autor: Matthias Müller
D
ie Geräuschanalyse im Fahrzeugbau trägt nicht nur
maßgeblich zur subjektiven Verbesserung von Qualitätsparametern im Fahrzeuginnenraum bei. Die generelle Geräuschkulisse im Fahrzeug nimmt ab; durch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs reduzieren sich zusätzlich die
natürlichen Geräusche des Verbrennungsmotors. Folglich sind
Störgeräusche besser zu hören. Insbesondere Automobilzulieferer stehen hohen Anforderungen gegenüber, was das Vermeiden
von störenden Geräuschen und Vibrationen angeht.
Welche Geräusche eine Baugruppe verursacht, lässt sich in der
Serien- und Massenproduktion aber nur schwer analysieren.
Während die Rahmenbedingungen, zum Beispiel der Lärm in
einer Produktionshalle, eine klassische Lautheitsmessung stören,
bietet die Körperschallanalyse effiziente Lösungsansätze, die
Hersteller flexibel in die Serienfertigung integrieren können.
Bedeutung der Akustik für OEMs und Zulieferer
Schon lange legen Fahrzeugentwicklung und -produktion Wert
auf Stille. Daher erfolgt der Verbau von Bedienelementen erst
nach einer Prüfung auf haptische und akustische Charakteristika. Seit Jahren optimieren und testen Experten akribisch das
Verschließen von Türen und Fenstern, um dem Kunden eine
rundum wohlklingende Geräuschkulisse zu verschaffen.
Weil es viele potenzielle Lärmquellen gibt, zum Beispiel Schiebedächer, Heckklappenantriebe, Fahrzeugsitze und sonstige
Verstelleinrichtungen, steigt die Anzahl verbauter mechatronischer Komponenten und Systeme stetig – und somit potenzielle
Geräuschquellen. Insbesondere in hochwertigen Ausstattungsvarianten sind pro Autositz oftmals mehr als fünfzehn Motoren
verbaut, im gesamten Fahrzeug teilweise über fünfzig. Aus den
vielen Bauteilen und -gruppen resultiert ein hohes Potenzial an
Störgeräuschen. Der Begriff NVH (Noise Vibration Harshness)
fasst mannigfaltige hör- und spürbare Schwingungen zusammen;
Brummen, Knarzen, Dröhnen, Schnarren oder Schleifen sind
nur eine kleine Auswahl misslich klingender Merkmale, deren
Ursachen ebenso vielfältig sind.
Reparaturen und Rückrufaktionen nach dem Einbau von Einzelkomponenten bedeuten hohen finanziellen Aufwand und
schädigen nachhaltig das Image von Zulieferer und Automobilhersteller. Eine wirksame Qualitätssicherung vermeidet zudem
das Rücksenden ganzer LKW-Ladungen. Von Fahrzeuggenera-
66
tion zu Fahrzeuggeneration steigen die Anforderungen an die
Baugruppen, was eine stetige Überwachung von Fertigungsprozess und Qualitätssicherung erfordert. Doch dabei stoßen viele
Firmen an ihre Know-how-Grenzen und benötigen einen geeigneten Partner für Prüftechnologie und fachgerechte Beratung.
Körperschall- statt Akustikanalyse
Auf dem Markt befinden sich verschiedene Werkzeuge zur Akustikanalyse, die sehr häufig Expertenwissen voraussetzen. Oftmals
können nur Spezialisten Messungen unter optimalen Rahmenbedingungen durchführen und bewerten. Einerseits stören Umgebungsgeräusche, andererseits lassen sich relevante akustische
Signale nicht klar extrahieren und klassifizieren. Der Klang eines
unrund laufenden Motors ist in der Fertigung kaum erkennbar,
da er von Umgebungsgeräuschen überlagert wird. Für optimale
Messbedingungen im Fertigungsumfeld bedarf es häufig der
Errichtung spezieller Absorptionskammern, welche jedoch hohe
Investitionskosten sowie eine massive Erhöhung von Prüf- und
Fertigungstaktzeiten nach sich ziehen.
Die Analyse des Körperschalls ist weitgehend unabhängig von
den Umgebungsgeräuschen, da es hierbei kaum zu Einkopplungen von Luftschall kommt. Ein direkt oder magnetisch angekoppelter Sensor wandelt den Körperschall aus den Strukturen in
ein elektrisches Signal und leitet es weiter an ein Datenerfassungssystem, das die Schallinformationen weiterverarbeitet. Die
Körperschallanalyse lässt die Bewertung einzelner Prozessschritte zu, woraus sich Rückschlüsse auf die Fehlerhaftigkeit einzelner
Montageschritte ziehen lassen. Damit ist eine stetige Optimierung
der Fehlerkette wie auch eine Senkung von Fehlerraten und
Produktionskosten möglich.
Eck-Daten
Bei Produktionsabläufen und im Fahrzeuggebrauch ist ein niedriger
Geräuschpegel erstrebenswert. Die Körperschallanalyse ist eine effiziente Prüfmethode, welche sich für den Einsatz unter hohem Umgebungsgeräuschpegel eignet. Göpel Electronic hat speziell für diesen
Aufgabenbereich ein modulares Testsystem entwickelt, welches sich
direkt in Fertigungsanlagen integrieren und spezifisch auf Kundenwünsche anpassen lässt. Die Testsystem-Software übernimmt die Auswertung, verfügt über Bibliothekenfunktionen und ermöglicht die individuelle Parametrierung.
ENTWICKLUNG
PRODUKTION
VERTRIEB
• AC-Quellen
• DC-Quellen
• DC-Quelle/Senke
mit Netzrückspeisung
• Elektronische Lasten
• Stromversorgungen
Bilder: Göpel
• Wechselrichter
2
Wer nicht hören will muss fühlen
Eine breit angelegte Forderung der OEMs an
die Automobilzulieferer liegt in möglichst lautlosen und nicht spürbaren mechatronischen
Komponenten. Viele bisherige Lösungsversuche
konnten sich jedoch nur im Labor etablieren
und scheiterten in der Fertigung an den Kosten
der Realisierung der Messtechnik. Göpel Electronic hat in langjähriger Zusammenarbeit und
im engen Erfahrungsaustausch mit namenhaften Zulieferern unter dem Namen Caroline eine
Lösung entwickelt, die eine direkte Integration
des analytischen Verfahrens zur Körperschallanalyse in Fertigungsanlagen zulässt.
Die Herausforderung bei der Einbindung einzelner Systeme in komplexe Produktionsanlagen
ist die Anbindung an die jeweilige Peripherie
der Fertigung. Das bedeutet die Verfügbarkeit
offener und standardisierter Schnittstellen wie
Ethernet, die Möglichkeit zur Kommunikation
mit einer Anlagen-SPS, die Einbettung in übergeordnete, komplexe Produktionssysteme und
damit die lückenlose Rückverfolgung (Traceability) produzierter und geprüfter Produkte.
Zugleich wird hiermit der Zugriff auf viele verschiedenartige Datenbanksysteme möglich.
Integrationsfragen
Hauptaugenmerk für eine einfache Integration in eine bereits bestehende Fertigung liegt
in der Flexibilität und freien Konfigurierbarkeit
des modular aufgebauten Systems. Somit lässt
sich aus den stark variierenden kundenspezifischen Wünschen an die Leistungsfähigkeit
des Analysesystems eine genau zugeschnittewww.automobil-elektronik.de
Bild 1 (links): Das Akustikanalysesystem Caroline mit zwei Messkanälen und integriertem PCSystem.
Ob Serienprodukt oder Einzelstück:
Wir setzen bedingungslos auf das,
was wir unter bester deutscher
Ingenieurskunst verstehen, nämlich
auf solide Qualität und durchdachte Innovationen!
Kontaktieren Sie uns, Sie werden
überrascht sein, was Ihnen unsere
Produktpalette alles bieten kann!
Bild 2 (oben): Der strukturelle Aufbau des
Caroline-Systems.
ne Testeinrichtung konfigurieren, die zudem
ökonomisch, projektunabhängig und vielseitig
einsetzbar ist.
Das Analysesystem handhaben
Die von den Sensoren erfassten Körperschallsignale verarbeitet ein PC-System zentral. Die
Systemsoftware beinhaltet sowohl mathematische Funktionen als auch Selektierungsalgorithmen für die Pass/Fail-Bewertung. Mathematische Modelle lassen sich über Bibliotheksfunktionen anwenderspezifisch zusammenstellen,
was dem Bedienpersonal die Anwendung der
Software vereinfacht. Während eines Programmablaufs erfolgt parallel zur Datenaufzeichnung
eine Beurteilung der Signale mittels zuvor festgelegter Analysekriterien, deren flexible Parametrierung der Anwender vorgibt. Darüber hinaus kann eine Offlineversion des Caroline-Systems anhand vorher erfasster Messdaten beim
erstellen neuer oder optimieren vorhandener
Prüfabläufe unterstützen. (jwa/av)
■
Autor
Matthias Müller
Pressesprecher bei Göpel Electronic in Jena.
infoDIREKT
342ael0615
ET System electronic GmbH
Hauptstraße 119 - 121
D - 68804 Altlußheim
Telefon: 0 62 05 / 3 94 80
Fax:
0 62 05 / 3 75 60
[email protected]
www.et-system.de
19. Fachkongress Ludwigsburg
19. Kongress Automobil-Elektronik
Programm, Aussteller und Zusatzinfos zum Networking-Event in Ludwigsburg
Am 23. und 24. Juni 2015 kommen die Elektrik/Elektronik-Entscheider im Automotive-Bereich
wieder zu ihrem alljährlichen Branchentreffen in Ludwigsburg zusammen. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
informiert vorab über die wesentlichen Details.
I
n diesem Jahr dreht sich das Programm unseres 19. internationalen Fachkongresses „Fortschritte
in der Automobil-Elektronik“ in 23
Fachvorträgen um die Themenkreise
automatisiertes Fahren, vernetztes
Fahrzeug, Elektromobilität, Architekturen und Infotainment/Connectivity. Am ersten Tag wird Christof
Kellerwessel, Chief Engineer (sprich:
E/E-Leiter) bei Ford, am zweiten Tag
Dr. Peter Steiner, Geschäftsführer
bei Audi Electronics Venture, durch
das Progamm führen.
Zu den thematisch-inhaltlichen
Highlights dieses Networking-Kongresses zählen mit Sicherheit die vier
Keynote-Vorträge, wobei drei dieser
Keynotes von E/E-Leitern gehalten
werden. Wie in den Vorjahren hat
auch in diesem Jahr wieder der Fachbeirat unter der Leitung von Dr. Willibert Schleuter, ehemals E/E-Leiter
bei Audi, ein sehr vielfältiges Programm zusammengestellt.
PROGRAMM: ERSTER TAG
08:30
Begrüßung
Ingo Martin, Bereichsleitung Automobil & Industrietechnik
Süddeutscher Verlag Veranstaltungen GmbH
Dr. Achim Leitner, Chefredakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK,
Hüthig GmbH
Moderation
Christof Kellerwessel
Chief Engineer
Ford-Werke GmbH
08:45
Big Data – Chancen für die Automobilindustrie
OTE
Prof. Dr. Stefan Wrobel
K EYN
Institutsleiter
Fraunhofer-Institut für intelligente Analyse- und Informationssysteme
IAIS
09:30
Kaffeepause und Besuch der Fachausstellung
09:45
Wandel in der Automobilindustrie auf dem Weg ins 21. Jahrhundert
Elmar Frickenstein
OTE
Bereichsleiter Elektrik/Elektronik und Fahrererlebnisplatz
K EYN
BMW Group
10:30
Der neue Passat – Wegweiser der Digitalisierung im Volumensegment
Dr. Volkmar Tanneberger
Leiter Entwicklung Elektrik/Elektronik
OTE
K EYN
Volkswagen AG
11:15
Automatisiertes Fahren I
11:45
Hochautomatisiertes Fahren – Chancen und Herausforderungen
Dr. Christoph Grote
Bereichsleiter Forschung, Neue Technologien, Innovationen
BMW Group
12:15
Bildverstehen als Grundlage autonomer Fahrfunktionen
Dr. Uwe Franke
Leiter Arbeitsgruppe „Bildverstehen“
Daimler AG
12:45
Lasertechnologien für die Umfelderkennung
Jean-Francois Tarabbia
Vorstand Forschung & Entwicklung und Produktmarketing
Valeo
13:15
Mittagspause und Besuch der Fachausstellung
OEM-Statement
Nachdem die erste Ludwigsburger
Erklärung, die E/E-Leiter führender
OEMs vor vier Jahren auf dem 15.
Fachkongress Automobil-Elektronik
abgaben, auf sehr breite Resonanz
stießen (siehe auch Seite 46), werden
Vertreter von sieben Automobilherstellern in diesem Jahr die zweite
Ludwigsburger Erklärung abgeben
– und zwar ein Statement zum Thema „Combined Charging System“.
Als Sponsoren treten die Unternehmen Delphi, EDAG, ESG, ETAS,
IAV, Intel, Maxwell Technologies,
Mentor Automotive, Renesas, Socionext, Tasking und TTTech auf.
■
68
Vernetztes Fahrzeug
14:30
Audi Connect – Zukunft vernetzter Mobilität
Marcus Keith
Leiter Entwicklung Bedienung/Anzeige/Audi Connect
Audi AG
15:00
Big Data – die etwas andere „Antriebskraft“ des Autos von Morgen
Dörte Eimers-Klose
Executive Vice President Engineering
Robert Bosch Car Multimedia GmbH
Bild: Willibert Schleuter
Bild:Sascha Steinbach
Dr. Willibert Schleuter hat in diesem
Jahr wieder gut lachen, denn gemeinsam mit dem Fachbeirat hat er erneut
ein Programm mit
hochkarätigen weiblichen und männlichen Rednern erstellt, das exakt am
E/E-Puls der Zeit ist.
15:30
Connected Cars und Smart Cities:
Datengestützte Vernetzung von
Autos und Städten
Andreas Hecht
Vice President & General Manager
Automotive
Inrix
16:00
Kaffeepause und Besuch der
Fachausstellung
Elektromobilität I
16:30
Intelligente Elektromobilität
Harald Kröger
Direktor Elektrik/Elektronik
und e-Drive
OTE
K EYN
Daimler AG
17:15
OEM-Statement: Das Combined
Charging System –
Gegenwart und Zukunft für das
Laden von Elektrofahrzeugen
Manfred Herrmann, Technology
Development Electrical Energy
Storage Systems, Adam Opel AG
Stephanie Hölk, Senior Manager HV
Concepts, Audi AG
Dr. Joachim Göthel, Leiter
Energiebordnetz und
Elektrifizierung, BMW AG
Axel Willikens, Head of Charging &
eDrive Wiring, Daimler AG
Wolfgang Selle, Leiter E-Mobilität &
Infrastruktur FuE, Ford-Werke GmbH
Frank Dambacher, Leiter Bordnetz
und EMV, Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG
Ralf Milke, Hauptabteilungsleiter
Elektrik-/Elektronik Entwicklung
Karosserieelektronik Bordnetz,
Volkswagen AG
18:00
Ende des ersten Kongresstages
19:30
Branchentreff im Reithaus
Ludwigsburg
Bild: Mathis Wienand
DIENSTAG, 23. JUNI 2015
Austausch in Ludwigsburg entlang der Wertschöpfungskette vom Tier-2 über
den Tier-1 bis zum OEM: Infineons CEO Dr. Reinhard Ploss (links) begrüßt im
Beisein von Dr. Dirk Hoheisel (2. v. l., Mitglied der Geschäftsführung bei Bosch)
Fords E/E-Leiter Christof Kellerwessel (rechts), und Jochen Hanebeck , Leiter des
Geschäftsbereichs Automobilelektronik bei Infineon (2. v. r.), freut sich.
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PROGRAMM: ZWEITER TAG
Moderation
Dr. Peter Steiner
Geschäftsführer
Audi Electronics Venture
Das Networking in den Pausen wird auf dem 19.
Fachkongress Automobil-Elektronik mindestens
so wichtig sein wie die Vorträge im Saal.
Die Aussteller
in Ludwigsburg
In diesem Jahr werden die folgenden Unternehmen im Rahmen der Ausstellung Ihre
Produkte und Dienstleistungen vorstellen:
• Mentor Automotive
• MES
• Nvidia
• Open Synergy
• Panasonic
• PTC
• QNX
• Redbend
• Renesas
• Sharp
• Socionext
• Softing
• Synopsys
• Tasking
• TTTech
• Turck Duotec
• Unicontrol
Systemtechnik
• Vector Informatik
• Vodafone
• Wind River
• Zuken
08:30
Technology Driving Change – An Architectural Perspective
Douglas L. Davis
Senior Vice President and General Manager, Internet of Things Group
Intel Corporation
09:00
Halbleitermaterialien und Sensoren für zukünftige Fahrzeuganwendungen
Klaus Meder
President Automotive Electronics
Robert Bosch GmbH
09:30
Innovating to make Driving Safer, Greener and more Fun – for all Drivers
Gregory Delagi
Senior Vice President & General Manager, Embedded Processing
Texas Instruments Incorporated
10:00
Infotainment/Connectivity
10:30
SYNC: Globale Connectivity im Wandel
John Schneider
Globaler Leiter Infotainment
Ford Motor Company
11:00
Digital User Experience im neuen Volvo XC90
Dr. Thomas M. Müller
Vice President E/E & E-Propulsion
Volvo Car Corporation
11:30
Das neue Audi MMI – Intelligent und flexibel auf dem Weg in die Zukunft
Michael Zeyn
Leiter Entwicklung Bedienkonzepte
Audi AG
12:00
Kurze Kaffeepause in der Fachausstellung
• Aucotec
• Berner & Mattner
• Bertrandt
• Brose
• Digades
• dSPACE
• EDAG
• Elektrobit
• Emenda
• ESG
• ETAS
• Flexera
• Gigatronik
• Green Hills Software
• IAV
• Ingun
• Intech
• Jambit
• KPIT
• Kugler Maag Cie
• Luxoft
• MB Tech/Akka
Architekturen
70
MITTWOCH, 24. JUNI 2015
12:15
Systemintegration im Zeichen der Modularisierung
Peter Kohlschmidt
Geschäftsführer
Technisat Automotive
12:45
Open Infotainment Plattform: Flexible Basis für zukünftige Anforderungen
Johann Hiebl
Executive Vice President Interior Division, Infotainment & Connectivity
Continental Automotive
13:15
Mittagspause und Besuch der Fachausstellung
Dinner Speech von Urs Meier
ZWISCHEN DEN FRONTEN –
ENTSCHEIDUNGEN UNTER DRUCK
14:30
Systeme und Architekturansätze zukünftiger Fahrerassistenzsysteme
Dr. Hans-Gerd Krekels
Director Active Safety Engineering
TRW Automotive
15:00
Auswirkungen auf die Fahrzeugarchitektur durch automatisiertes Fahren
Stephan Stass
Produktbereichsleiter Chassis Systems Control, Fahrerassistenzsysteme
Robert Bosch GmbH
15:30
Parken – Fahraufgabe der Vergangenheit
Dr. Stefan Ortmann
Abteilungsleiter Fahrerassistenzsysteme
Volkswagen AG
16:00
Kaffeepause in der Fachausstellung
Elektromobilität II
Die Zukunft wird elektrisch
Dr. Karsten Michels
Leiter R&D, eCar Powertrain Systems
Siemens AG
17:00
Ladeinfrastruktur: Status, Bedarf, Lösungen
Dr. Rupert Stützle
Technischer Geschäftsführer
Ubitricity
17:30
Schlusswort und Verabschiedung
Urs Meier ist am 22.01.1959 in Zürich geboren. Er ist Vater von zwei volljährigen Kindern und wurde im August 2013 nochmals
Vater. Heute lebt er mit seiner Familie in Andalusien. Schon als Kind träumte er von der
großen Fußballkarriere. Dass dafür das Talent nicht ausreichen würde, realisierte er
mit 14 Jahren. Den Wunsch, als Aktiver im
San Siro Stadion in Mailand vor über 60.000
Zuschauern einlaufen zu dürfen, wollte er
sich als Schiedsrichter erfüllen. Als Urs Meier
Ende 2004 offiziell seine Schiedsrichterkarriere beendete, hatte er in 27 Jahren 883 Spiele geleitet.
Noch immer ist er einer der bekanntesten Fußballakteure der Schweiz.
16:30
Bild: privat
Automatisiertes Fahren II
71
Quelle: Opel
Optoelektronik Beleuchtung
Beim Eye-TrackingSystem tastet eine
Kamera das Auge des
Fahrers mehr als 50
Mal pro Sekunde ab,
um den Scheinwerferstrahl quasi in Echtzeit auszurichten.
Neuheiten rund ums Licht
Lichttechnik wird auch zunehmend zum Differenzierungsfaktor
Die UNO hat 2015 zum „Jahr des Lichts“ erklärt, und das ist ein Grund mehr für die Redak
tion, wieder einen Blick auf die neusten Lichttechniken zu werfen. Hier tut sich so einiges:
sowohl bei den Außenlichtern als auch im Innenraum.
L
Lichts, sondern Opel. Die GM-Tochter will nämlich
den Scheinwerferstrahl mit den Augen lenken und
dosieren: „Die Idee, das Licht durch die Blickrichtung
des Fahrers zu lenken und zu dosieren, verfolgen wir
seit rund zwei Jahren“, beschreibt Ingolf Schneider,
Leiter Lichttechnik bei Opel, die Zusammenarbeit
zwischen dem Internationalen Technischen Entwicklungszentrum von Opel und der Technischen Universität Darmstadt. „ Je mehr wir sehen, wie attraktiv
diese Technologie ist, desto intensiver treiben wir
unser gemeinsames Projekt voran.“
Im Gegensatz zu Hochleistungs-Eye-TrackingSystemen mit fünf bis zehn Kameras kam zu Beginn
ED-Matrix-Scheinwerfer waren bis vor kurzem
noch ein reines Premium-Produkt, aber Opels
Ankündigung, kameragesteuerte LED-MatrixScheinwerfer als Ausstattungsoption für den neuen
Opel Astra anzubieten, katapultiert die Technologie
des blendfreien Fernlichts ins Hochvolumensegment.
Dass dieses Licht-ADAS derart schnell in die Mittelklasse einzieht, haben wohl nur die wenigsten gedacht.
Eye-Tracking
Interessanterweise berichten nicht die klassischen
Premium-Hersteller zuerst von ihren Entwicklungsaktivitäten an der dritten Generation des adaptiven
Eck-Daten
• Lichtsysteme sind mittlerweile fest im Rahmen
der Fahrerassistenzsysteme etabliert.
72
• LED-Matrix-Licht ist gesetzt und zieht systematisch in die Hochvolumensegmente ein.
• Ambientebeleuchtung im Innenraum dient in
Quelle: Audi
Das Innenlicht wirkt
unmittelbar auf den
Fahrer und die Passagiere ein. Es beeinflusst ihre Stimmung
und kann ihnen wichtige Signale vermitteln,
um die Sicherheit weiter zu erhöhen.
zunehmendem Maße der Markenprägung und
Markenbindung.
• Die Eye-Tracking-Technologie ermöglicht es, exakt dorthin zu leuchten, wo das Auge hinschaut,
aber noch ist das ein Forschungsprojekt.
PARALLEL MESSEN
AC/DC
MIT KOMBI-I/U-PROBE
XPO
E
G
N
I
T
S
TE
AND 1736
ST
HALLE 1,
NEUE FEATURES:
Quelle: Opel
• 2-kanaliges paralleles
Messen bis 2x16 kHz
• Bestimmen von
Effektivwerten und
elektrischer Arbeit
dieses Forschungsprojekts lediglich eine einfache Webcam zum Einsatz, die den Kopf des
Fahrers ins Visier nimmt. Anhand der Scans
markanter Punkte wie Nase und Augen lässt
sich die Bewegungs- und damit die Blickrichtung erkennen. Diese Informationen transferiert das System in Datenbefehle für Aktuatoren, die wiederum die elektronisch gesteuerten
Stellmotoren der Licht-Projektoren blitzschnell
ausrichten. Dieser Forschungsansatz führte
die Ingenieure und Wissenschaftler schon
ganz nahe an die Augenblicksteuerung von
Autoscheinwerfern heran. Allerdings nahm in
diesem Stadium zum einen die Berechnung
der Daten noch zu viel Zeit in Anspruch und
zum anderen war die Aufnahmefrequenz der
Webcam zu niedrig für die Anforderungen im
Straßenverkehr.
Die Optimierung der Kameraparameter und
die Anpassungen des Eye-Tracking-Algorithmus bringen den Durchbruch: Bei Dämmerung
und Dunkelheit tastet die Kamera mit InfrarotSensoren an den Rändern und Fotodioden in
der Mitte das Auge des Fahrers mehr als 50 Mal
pro Sekunde ab. Durch die entsprechend
beschleunigte Datenaufbereitung und -weiterleitung reagieren die Scheinwerferstellmotoren
quasi in Echtzeit – horizontal und vertikal
gleichzeitig.
Bleibt – theoretisch – ein Problem: Das Auge
springt ganz natürlich unbewusst von einem
Punkt zum nächsten. Würde das System dies
genauso nachvollziehen, wären hektische Lichtkegelsprünge die Folge. „Deshalb haben wir
einen ausgeklügelten Verzögerungsalgorithmus
entwickelt, der für eine fließende Führung des
Das AFL+-System, das Opel beim Insignia und jetzt auch
in diversen anderen Modellen einsetzt, sorgt bereits
mit Xenonlicht für eine variable Lichtverteilung abhängig von Einsatzzweck, -ort und Wetterverhältnissen.
Lichtkegels sorgt“, erläutert Ingolf Schneider.
„Und das Beste dabei ist, dass der Eye-Tracker
nicht jedes Mal neu kalibriert werden muss. So
können sich Menschen jeder Größe hinters
Lenkrad unserer Autos setzen und das System
funktioniert bei allen problemlos.“ Und falls
der Fahrer mal vom Verkehrsgeschehen abgelenkt sein sollte, wird es in Fahrtrichtung nicht
etwa dunkel, denn das Abblendlicht gewährleistet als Orientierungs- und Positionslicht
immer und überall ein ausreichendes Maß an
Ausleuchtung.
Licht zur Interaktion
Audi s Technik-Vorstand Prof. Dr. Ulrich
Hackenberg sagte kürzlich, wo die Reise beim
Licht hingeht: „Licht ist Teil der Automobilästhetik und wird zum interaktiven Informationsmedium.“ Entsprechend arbeitet die Volkswagen-Tochter an Systemen wie Laser-Schlusslicht (bereits in Vorentwicklung) oder Rückleuchten auf OLED-Basis, die „faszinierende
dreidimensionale Effekte“ ermöglichen.
■
KLARI-ONE PLUS
1000V
Eigenschaften:
• Messen mit Kombi-Probe
• Messen von AC/DC-Größen
• AC-Effektivwerte von
I, U, Frequenz/Periode, phi,
P_Wirk, P_Schein, el. Arbeit
• DC: Einzelwerte oder
gemittelte Werte von
I, U und Temperatur
Datenausgabe:
•2 xCAN≤8.000Fr/sec
Versorgung:
• 6…50V DC
Autor
Redakteur der
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
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Stefan Klaric GmbH & Co. KG
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Optoelektronik Displays
Individuell anpassbar
Freiform-Displays
Als Erfinder der Freiform-Displays ist Sharp sich sicher: Automobilhersteller sind die ersten, die
Displays in ihrer Wunschform ordern werden; andere Branchen könnten in Kürze nachziehen.
Autor: Oliver Stolz
I
m Januar war die CES in Las Vegas (siehe Messebericht per
Diese Zusammenhänge bieten sowohl eine Gelegenheit zur
infoDIREKT 301ael0215) nicht nur Gastgeber der weltweit Innovation als auch eine große Herausforderung. Die nächste
größten Elektronikhersteller, sondern auch der führenden Generation der Mensch-Maschine-Schnittstellen muss eine beiAutomobilhersteller der Welt. Die Präsenz der Automarken war spiellose Anzahl von Funktionen in Fahrzeugen liefern, ohne den
dieses Jahr so stark, dass man den Eindruck gewinnen konnte, Fahrer abzulenken. Rechteckig geformte Displays gehören heute
bereits auf der Detroit Auto Show zu sein. Angefangen bei einem zwar zum Standard in Fahrzeugkabinen, stehen aber häufig im
futuristisch-autonomen Mercedes-F-015-Prototypen über einen Gegensatz zu den eleganten Interieurs und geschwungenen Exteselbstfahrenden Audi (basierend auf der A7-Serie) bis hin zu rieurs moderner Autos. Je größer das Display, desto schwieriger
einem neuen BMW i8 mit induktiver kabelloser Elektroaufladung lässt es sich in das Innenraumdesign integrieren. Frei program– die großen deutschen Automarken zeigten auf der CES, welche mierbare Kombiinstrumente (FPK) helfen, doch bis jetzt basierten
elektronischen Innovationen sie im Visier haben.
auch sie auf rechteckigen Anzeigen.
Dieser Trend lässt sich in Las Vegas bereits seit einem halben
Die Anforderungen an Displaysysteme im Auto gehen jedoch
Jahrzehnt feststellen. Zusammen mit den Themen Effizienz und noch deutlich weiter. In Autos müssen Bildschirme robuster,
Sicherheit ist auch die Verarbeitung von Informationen und die heller und zuverlässiger sein als so manches Consumer-EquipInteraktion im Cockpit in den Fokus der
ment. Sie müssen ohne Einbußen der
Branche gerückt. Die Zukunft verspricht,
Bildqualität über eine sehr lange LebensEck-Daten
das Pilotieren des Autos selbst überflüssig
dauer funktionieren – und das in einer DesiMit den neuen Freiform-Displays bietet
zu machen. Das Mechanische tritt vollstängnumgebung, in der es auf jeden MillimeSharp
auch
viele
neue
Möglichkeiten.
dig in den Schatten des Digitalen. Für den
ter Platz ankommt. Eine Reihe von TechDenn diese FFDs weisen nicht nur eine
Kunden wird die Frage, wie gut sein nächsnologien für Messtechnik, Navigation und
hohe Bildbrillanz auf, sondern die Fortes Fahrzeug auf der Datenautobahn
Unterhaltung rangeln derzeit um ihren
men sind auf Kundenwunsch auch anbeschleunigt, genauso wichtig wie die nach
Platz im Automobilcockpit der Zukunft:
passbar. Auch der besonders hohe Wirkungsgrad
ist
von
großem
Interesse.
der Beschleunigung auf dem Asphalt.
laserbasierende Head-up-Displays, her-
Bilder: Sharp
Freiform-Displays lassen
sich direkt mit analogen
Instrumenten kombinieren.
74
kömmliche HUDs mit asphärischen Spiegeln, OLEDs und sogar
autostereoskopische 3D-Displays. Jede von ihnen verspricht ein
einzigartiges Kundenerlebnis. Dennoch müssen sie sich alle in
den engen Grenzen des Automobildesigns bewegen, wenn es
um Größe, Stromverbrauch und Brillanz geht.
Free Form Displays
Es ist keine Überraschung, dass die neuen Freiform-Displays
(FFDs, Free Form Displays) von Sharp dieses Jahr in Las Vegas
große Aufmerksamkeit auf sich zogen. Vor allem der Prototyp
der „Three Mountain“-Freiform-Instrumenteneinheit erweckte
das besondere Interesse der Tier-1s und OEMs gleichermaßen.
Free Form Displays punkten in Bezug auf Flexibilität, Innovation,
Effizienz, Funktionalität und Anzeigenleistung in Automobilanwendungen, und die neuen FFDs, basierend auf Sharps IGZOTechnologie (Indium-Gallium-Zinkoxid), erwiesen sich als rundum geeignet für Eingaben über den Touchscreen.
Sharp hat seitdem eine hohe Zahl an Anfragen von OEMDesignabteilungen erhalten, aber auch bereits umfangreiche
Erfahrung in der Serienfertigung der IGZO-Technologie sammeln
können, welche die zugrunde liegende LCD-Technologie für die
FFDs ist. Daher ist das Unternehmen in der Lage, schnell mit den
Produkten auf den Markt zu kommen und dabei die hohen Anforderungen der Automobilbranche in Bezug auf Zuverlässigkeit
und Langlebigkeit zu berücksichtigen. Voraussichtlich werden
bereits Ende 2017 die ersten Freiform-Displays in Serienfahrzeugen zum Einsatz kommen.
Warum hat es so lange gedauert?
Warum sind LCDs mit gekrümmten Linien nicht schon seit langer Zeit auf dem Markt, wo die Idee doch ganz selbstverständlich
erscheint? Die Grundstruktur der LCD-Bildschirme hat zum
Beispiel sichelförmige Displays bisher unmöglich gemacht. Das
Problem besteht darin, dass die geraden Zeilen und Spalten der
rechtwinkligen LCDs die kritische Elektronik, die Gate- und
Source-Treiber beheimatete. Sie sind auf der Innenseite der Blenden praktisch aller handelsüblichen Displays angebracht.
Bei seinen Freiform-Displays ist Sharp jetzt in der Lage, auf
die Gate-Treiber in der Einfassung zu verzichten – und zwar so,
dass aus den FFDs nicht nur eine Idee, sondern ein praktikables
und innovatives Produkt entstehen kann.
FFDs machen Gate-Treiber überflüssig, weil sie die Schaltkreise in die Matrix der Bildschirme selbst integrieren. Während Schaltkreise innerhalb des Pixels positioniert werden, reduziert sich das
Öffnungsverhältnis. Das Öffnungsverhältnis gibt an, wie viel Platz
übrig bleibt, um Licht durch die Hintergrundbeleuchtung zu lassen, sobald die Elektronik in dem Pixel berücksichtigt wird. Bei
herkömmlichem amorphen Silizium bedeutete ein kleineres Öffnungsverhältnis einen weniger effizienten Bildschirm: entweder
leuchtet er nicht so stark oder er fordert eine stärkere Hintergrundbeleuchtung ein und verbraucht damit mehr Energie.
Exakt an dieser Stelle kommt IGZO ins Spiel. Ursprünglich
entwickelt, um sehr effiziente hochauflösende Displays für den
Markt der mobilen Endgeräte zur Verfügung zu stellen, bieten
IGZO-Bildschirme eine zehnmal höhere Elektronenbeweglichkeit als amorphes Silizium. Folglich können die in IGZO-Pixeln
C
M
Y
CM
MY
CY
CMY
K
verwendeten Transistoren wesentlich kleiner als die herkömmlicher Displays sein. Die kleineren Transistoren machen den Raum
mehr als wett, der für die zusätzliche In-Pixel-FFD-Elektronik
erforderlich ist. Und weil IGZO-Bildschirme nicht durchgängig
betrieben werden müssen, weisen sie im Aus-Zustand einen
niedrigeren Kriechstrom auf. Diese Fakten erleichtern die Umsetzung fortschrittlicher Strategien sowie die Erkennung kapazitiver Touch-Eingaben, was wiederum in einem einfühlsameren
Eingabegerät resultiert.
Pole-Position
Warum ist diese neue Displaytechnologie zuerst für die Automobilbranche interessant? Auf lange Sicht werden sich sicher
auch viele mobile Geräte den Formen unserer Hände und
Taschen anpassen. Dennoch wird diese neue Technologie in
den Cockpits der Premiumsegment-Autos debütieren – dort wo
seit jeher technologische Innovationen zum Einsatz kommen.
In der aktuellen Automobilentwicklung geht der Trend hin zu
immer größeren Displays, während sich gleichzeitig die Größe
des Cockpits nicht verändert hat.
Diese Entwicklung in der Cockpitgestaltung hat die Anforderungen an Displaydesign und Ästhetik verändert. Daher
begrüßen die Automobilhersteller die neu gewonnene Designflexibilität durch den Einsatz nicht rechteckiger Displays. Ein
weiterer Vorteil liegt in dem überlegenen Wirkungsgrad und
der großenmentor_automotive_AEL-5-6_102x146mm_V02_2.pdf
Helligkeit.
1 21.05.2015 11:31:52
Bezüglich der Formgebung von Freiform-Displays ist
jetzt die Kreativität der Designer gefragt.
instrumenten anzeigen – mit FFDs, sogar in einem Raum, der
Ausschnitte analoger Messgeräte integriert.
Es bleibt schwer einzuschätzen, welchen genauen Stellenwert
Automobildisplays zukünftig haben werden. Der Fahrzeugabsatz
insgesamt wird mit Sicherheit Auswirkungen auf die Nachfrage
nach Displaytechnologien haben, doch bereits die Grundüberlegungen sind bisher alles andere als klar: Wie viele Bildschirme
wird das Auto bieten? Derzeit tendieren Luxus-Fahrzeuge in
Richtung einer Zwei-Display-Konfiguration – für das Kombiinstrument und das Navigationssystem. Das virtuelle Cockpit des
auf der CES präsentierten Audi Q7 verfügte sogar insgesamt über
acht digitale Displays. Der Trend scheint in Richtung mehr statt
weniger Bildschirme pro Fahrzeug zu gehen, und dies trotz der
Konkurrenz durch andere Technologien.
Plug & Play
Langlebigkeit ist Pflicht
Wie sieht die Integration dieser neuen Technologie in den Fahrzeugen von morgen in der Praxis aus? Von Vorteil ist, dass FFDs
die gleiche digitale Schnittstelle nutzen werden wie die herkömmlichen Displays von Sharp. Industriestandard-Grafiken und ICs
werden somit einwandfrei funktionieren. Dennoch wird die erste Generation wahrscheinlich weiterhin mindestens eine gerade
Kante erfordern, in der einige Schaltkreise verbleiben. Die anderen Kanten werden über einen sehr dünnen Rahmen verfügen
– Sharp visiert hier bis zu 3 mm an.
Obwohl die Formen der neuen Displays theoretisch alles
Erdenkliche darstellen können, gibt es dennoch auch einige
Sachzwänge. Freiform-Displays sind wie jeder andere LCDBildschirm auch hintergrundbeleuchtet. In herkömmlichen rechteckigen Designs ist eine gleichmäßige Ausleuchtung ein Schlüsselkriterium für Qualität und Perfektion – und manchmal schwer
zu erreichen. Diese in ungewöhnlichen FFD-Designs zu erzeugen, wird die Herausforderung sein.
Während sich Änderungen an einem herkömmlichen
12,3”-TFT-Display noch in einer späten Phase des Entwicklungsprozesses vornehmen lassen, müssen sich die OEMs bei FFDs
möglichst frühzeitig auf eine bestimmte Form und Abmessung
festlegen. Die Entwicklungskosten bezüglich Design und Prototypenanfertigung sind bei benutzerdefinierten Freiform-Bildschirmen größer als bei herkömmlichen Displays. Bei Lieferzeiten von insgesamt zwei bis drei Jahren für kundenspezifische
Formen ist Sharp in der Lage, seine Kunden innerhalb der branchenüblichen Entwicklungszyklen zu bedienen.
Dieser höhere Entwicklungsaufwand wird FFDs zunächst
auf das Premiumsegment begrenzen. Für die überwiegende
Mehrheit neuer Fahrzeuge wird die amorphe Silizium-Technologie von unschlagbarem Wert bleiben. Entsprechend plant
Sharp, die bestehende Linie von 7”- und 8”-TFTs auf absehbare Zeit weiter zu fertigen.
Head-up-Displays haben den Nachteil, dass sie in puncto Brillanz oder Detailgetreue nicht mit der LCD-Technologie konkurrieren können. Das begrenzt ihren Einsatzbereich. Aktuelle
OLED-Bildschirme sind dagegen sehr effizient und versprechen
einen hohen Grad an Flexibilität. Aber sie müssen erst noch
beweisen, dass sie die erforderliche Langlebigkeit garantieren
können, die kritische Automobilanwendungen wie Kombiinstrumente erfordern. Das Problem besteht darin, dass die verschiedenen Farbfilme, die ein OLED-Bildschirm umfasst, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten altern. Während die roten und
grünen Schichten langsamer altern, kann der Output der blauen
Schicht schnell sinken und die Farbtreue des Displays verringern.
Sobald die ersten Premium-Fahrzeuge mit integrierten Freiform-Displays Erfolg in den Autohäusern haben, könnte auch
bei Mittelklasse-Fahrzeugen eine erhöhte Nachfrage nach FFDs
entstehen. Ein weiterer Aspekt, der IGZO-basierenden FreiformDisplays zu einem höheren Absatzvolumen in der Automobilindustrie verhelfen könnte, ist ihr Wirkungsgrad, denn die IGZOTechnologie führt zu Bildschirmen mit niedrigen Ableitströmen.
Als Ergebnis muss der Bildschirm nicht zu oft aktualisiert werden,
um ein Flackern in Standbildern zu vermeiden. Das Display wird
nicht ständig betrieben, sondern zeigt nur an, was wirklich erfordert wird – zugunsten einer höheren Effizienz. Die Senkung des
Stromverbrauchs ist bereits ein primäres Ziel des Automobildesigns, das mit Sicherheit an Bedeutung gewinnen wird.
Mit den neuen Freiform-Displays bietet Sharp auch viele neue
Möglichkeiten, denn diese FFDs weisen nicht nur eine hohe
Bildbrillanz auf, sondern die Formen sind auf Kundenwunsch
auch anpassbar; auch der besonders hohe Wirkungsgrad ist von
großem Interesse. (av)
n
Der Weg in die Zukunft
Freiform-Displays ermöglichen es den Tier-1s, ihre Ziele mit den
neuesten frei programmierbaren Kombiinstrumenten zu verfolgen. So lassen sich auch fotorealistische Bilder direkt in Kombi-
76
Autor
Oliver Stolz
Key Account Manager bei Sharp Devices Europe.
Optoelektronik LED-Ansteuerung
LED-Design im Fokus
Strategien zur Realisierung von Kfz-LED-Lichtsystemen
Designaspekte auf der elektrischen und der ästhetischen Seite, Kundenwünsche und MarketingGesichtspunkte, aber auch gesetzliche Rahmenbedingungen sowie Aspekte wie Langlebigkeit oder
Diagnose spielen bei der Entscheidung für neue technische Systeme eine Rolle. Die AUTOMOBILAutor: Fionn Sheerin
ELEKTRONIK erläutert, warum LEDs im Auto aus all diesen Blickwinkeln punkten können.
I
Audi A8 des Jahres 2004 und erstreckten sich beim Audi R8 des
n neuen Fahrzeugentwicklungen ist mehr Lichttechnik entJahres 2007 auf die komplett LED-bestückten Scheinwerfer. Heuhalten als je zuvor: Leselicht, Display-Hintergrundbeleuchtunte gibt es komplett mit LEDs ausgestattete Frontbeleuchtungsgen, Blinker, Abblend- und Fernlicht, Nebelleuchten, Kurvensysteme für viele unterschiedliche Serienfahrzeuge auf der ganlichter, Rücklichter, Orientierungsleuchten und sogar Infrarotbezen Welt, beispielsweise für Cadillac, Audi, BMW, Mercedes-Benz,
leuchtungen für Fahrerassistenzsysteme. Im Inneren des FahrToyota, Jaguar und Volkswagen (siehe Bild 1).
gastraums ersetzen LED-Leuchten die Glühlampen vor allem
Osram gab vor kurzem bekannt, dass 20 % aller Scheinwerfer
dank der kleineren Abmessungen und niedrigeren Kosten sowie
bis zum Jahr 2020 mit LEDs ausgestattet sein sollen, was nach
dank des höheren Wirkungsgrads und ihrer Langlebigkeit. Techden Maßstäben der Autoindustrie eine sehr
nische Verbesserungen bei LEDs und Treiberschnelle Umstellung ist. Gegenüber Halogenschaltungen für ultrahelle LEDs verstärkten dieund Hochdruck-Entladungsleuchten (HID) biesen Trend, so dass LEDs aufgrund der verbesserten LED-Leuchten einen höheren Wirkungsgrad
ten Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie ansprealler Scheinwerfer sollen
und niedrigeren Stromverbrauch, und die Preichenderen Gestaltung nun auch in Außenleuchlaut Osram im Jahr 2020
se für ultrahelle LEDs haben eine stark fallende
ten zum Einsatz kommen.
mit LEDs ausgestatet sein.
Tendenz. Außerdem sind Leuchtdioden außerSehr sinnvoll und einfach ist zum Beispiel die
ordentlich zuverlässig. Der wesentliche Grund
Umstellung von Glühbirnen auf jahrzehntelang
für den Einsatz von LEDs ist aber ihre Steuerbarkeit, und die
haltende LEDs beim Leselicht oder bei Display-Hintergrundbeerfordert intelligente LED-Treiberschaltungen.
leuchtungen. Der Austausch notwendiger, gesetzlich vorgeschriebener Außenbeleuchtungen erforderte dagegen erhebliche technische Weiterentwicklungen bei Leuchtdioden und AnsteuerÄsthetik
schaltungen (in manchen Fällen sind dazu noch Änderungen
Das letzte und zugleich wichtigste Argument für viele Verbraucher
der gesetzlichen Bestimmungen nötig). Innovative, intelligente
ist aber der ästhetische Effekt einer guten Beleuchtung. BeleuchAnsteuerkonzepte ermöglichen völlig neue Funktionen mit LEDs;
tung ist ein wichtiges Designelement für Fahrzeuge – schlechte
dies führt zu einer Revolution bei Auto-Außenbeleuchtungen.
Beleuchtung führt bei Anwendern schnell zur Frustration, während
Diese Umstellungen begannen mit LED-Tagfahrleuchten am
sie gute Beleuchtung sofort wahrnehmen. Autofahrer verlangen
20 %
Bilder: Microchip
Bild 1: Scheinwerfer-Design
mit LEDs und unabhängigen
Leuchtenketten für mehrere
Lichtfunktionen.
77
Optoelektronik LED-Ansteuerung
Bild 2 (links) :
Die redundanten
LED-Lichtquellen
sorgen in diesem
Rücklicht für höhere
Zuverlässigkeit.
Bild 3 (rechts): LEDBlinklicht, für bessere Sichtbarkeit am
Rückspiegel untergebracht.
gute Beleuchtung und sind in vielen Fällen sogar bereit, extra dafür
zu bezahlen. Premium-Scheinwerfer sind eine beliebte Option für
Neuwagen in der Oberklasse sowie für die Nachrüstung. Solche
Scheinwerfer verändern das Styling, die Wahrnehmung, den Fahrkomfort und die Sicherheit des Fahrzeugs. Autohersteller verstehen
das, und dementsprechend stehen die neuen Beleuchtungssysteme
im Fokus von Fahrzeug- und Komponenten-Herstellern.
Hella, Automotive Lighting (Magneti Marelli), Koito und Valeo
haben alle im letzten Halbjahr Pressemitteilungen zu Beleuchtungssystemen herausgegeben, was die Aufmerksamkeit dieser
Hersteller für diesen Produktbereich verdeutlicht. Gute LEDLeuchtensysteme können durch Sicherheit, Zuverlässigkeit und
elegantes Erscheinungsbild ein Fahrzeug erheblich aufwerten und
damit zu höheren Verkaufszahlen und -preisen beitragen.
Gesetzliche Vorgaben
Behörden und Gesetzgeber interessieren sich besonders für die
Fahrzeug-Außenbeleuchtung. In den meisten Ländern gibt es
gesetzliche Vorschriften für die Anzahl, Helligkeit und Farbe von
Außenleuchten. Zu helle Leuchten können bei speziellen Fahrbahnbedingungen blenden, auch trübe oder ausgefallene Außenlichter sind ein Sicherheitsrisiko. Die meisten Gesetzgeber haben
akzeptable Helligkeitswertebereiche für Tagfahrlicht, Abblendlicht,
Fernlicht, Blinklichter, Kurvenleuchten und Nebelscheinwerfer an
der Vorderseite des Fahrzeugs definiert. Ähnliche Anforderungen
gibt es für die Leuchten an der Fahrzeug-Rückseite. In manchen
Fällen gibt es auch Regeln darüber, welche Leuchten unter welchen
Bedingungen verwendet werden dürfen, ob beispielsweise Scheinwerfer zum Ausgleich der Fahrzeug-Beladung automatisch nivelliert werden müssen oder bei welchen Geschwindigkeiten die Kurvenlichter eingeschaltet werden dürfen beziehungsweise müssen.
In Bezug auf Designanforderungen ist das ein Albtraum, zu
dessen Lösung man eine große Vielzahl herkömmlicher Halogenoder HID-Leuchten bräuchte, die womöglich sogar noch zusätzliche mechanische Motoren oder Blenden benötigten. Viele dieser
Anforderungen lassen sich aber mit Anordnungen aus LED-Leuchten, sorgfältig ausgelegten Konstantstromreglern und einem intelligenten Aufbau erfüllen. Mit guten LED-Treiberschaltungen und
der zugehörigen Elektronik ist auch die Wiederverwendung vieler
Designs möglich. In die Scheinwerfer integrierte Mikrocontroller
können Informationen aus Licht- und Temperatursensoren nutzen,
um Variationen über den LED-Treiberstrom zu kompensieren. Sie
können damit einen gleichmäßigen Lichtstrom sichern oder den
78
Lichtstrahl absichtlich refokussieren oder die Helligkeit an veränderte Fahrbedingungen anpassen. Verschiedene Einzel-Leuchtdioden innerhalb des Scheinwerfers lassen sich ein- und ausschalten oder dimmen, um eine Kurve auszuleuchten oder eine Blendung
entgegenkommender Fahrzeuge ohne mechanische Komponenten zu vermeiden. Darüber hinaus können Brems-, Warn- oder
Blinklichter in bestimmten Mustern oder Sequenzen aufleuchten
und so eine bessere Wahrnehmbarkeit gewährleisten. Vor allem
aber lassen sich richtig implementierte LED-Leuchten fast augenblicklich ein- oder ausschalten, während eine Glühbirne erst nach
250 ms die volle Helligkeit erreicht. Natürlich muss es sich erst
noch zeigen, ob diese Anpassungen langfristig einen merklichen
Einfluss auf die Anzahl von Fahrzeugunfällen haben. Bisherige
Hinweise sind aber vielversprechend.
Wesentlich für diese Überlegungen ist aber, dass diese Funktionen nicht nur LED-Anordnungen in hoher Qualität, sondern
auch sehr genau ansteuerbare Treiberschaltungen mit intelligenten Funktionen benötigen. Die dsPIC-Chips von Microchip eignen sich bestens für diese Anforderungen. Die Qualität der Schaltungsumsetzung und der Algorithmen sowie eine passende
Bauteilauswahl werden den Unterschied zwischen erfolgreichen
und weniger geeigneten Beleuchtungsprodukten ausmachen.
20 Jahre Lebensdauer
Auch die konstruktionsbedingte Zuverlässigkeit von LEDs ist ein
entscheidender Vorteil gegenüber früheren Leuchten-Generationen. Da manche LED-Hersteller für die Lebensdauer ihrer Bauteile mehr als 20 Jahre spezifizieren, ist es denkbar, dass Fahrzeugleuchten in Zukunft nicht mehr ausgetauscht werden müssen. Im
Werk installierte Leuchten könnten ohne Wartung genauso lange
halten wie der Antriebsstrang. LED-Leuchtensysteme lassen sich
schon bei ihrer Entwicklung für eine hohe Zuverlässigkeit auslegen. Durch die Anordnung mehrerer voneinander unabhängiger
Leuchtenketten in einem Brems- oder Rücklicht besteht die Möglichkeit, innerhalb einer einzigen Leuchte kosteneffizient Redundanz einzubauen, so dass ein Schaden oder Ausfall statt eines
Totalausfalls nur die Lichtleistung am Ausgang verringern würde.
Zudem kann eine weiter entwickelte Elektronik Fehlermeldungsfunktionen enthalten, so dass sich der Zustand der Leuchten auf
dem Armaturenbrett anzeigen oder ein entsprechender Bericht
als Diagnose-Datensatz über die Serviceschnittstelle ausgeben
lässt. Sind die Lichtsysteme über einen CAN-, LIN- oder ähnlichen
Datenbus im Fahrzeug vernetzt, so könnte das Kfz bei einer fehwww.automobil-elektronik.de
Eck-DATEN
Aufgrund der Fortschritte bei LEDs und LED-Ansteuertechnik wenden
sich Automobilhersteller immer mehr von Halogen- und Glühlampen ab.
Leselicht, LED-Hintergrundbeleuchtungen, Blinker, Scheinwerfer, Nebelleuchten, Rücklichter, Orientierungsleuchten und sogar Infrarotbeleuchtungen für Fahrerassistenzsysteme – all das lässt sich mit LED-gestützten
Designs aufbauen. Diese Neuentwicklungen bieten mehr Kontrolle über
das Licht, höhere Zuverlässigkeit, weniger Energieverbrauch, ein besseres ästhetisches Erscheinungsbild und allgemein eine hellere Beleuchtung. Allerdings haben diese unterschiedlichen Systeme sehr verschiedene Ansteuerungsanforderungen und benötigen entsprechend unterschiedliche Schaltungsvarianten, damit sich die wichtigsten Vorteile für
jede dieser Beleuchtungsanwendungen erzielen lassen.
lerhaften Leuchtenfunktion den Fahrer warnen. Microchip bietet
für solche Anwendungen eine Reihe von CAN- und LIN-Transceivern sowie -Mikrocontrollern. Dies ist kein neues Konzept,
da es CAN-Bus-kompatible Beleuchtung schon seit langer Zeit
für bestimmte Fahrzeuge gibt; ältere Systeme können aber nur
erhebliche Funktionsänderungen erkennen, und effiziente Lowpower-Ersatzbirnen erzeugen häufig falsche Fehlermeldungen.
Dank intelligenter LED-Treiberschaltungen lassen sich allerdings
detailliertere Daten übermitteln als nur ein Totalausfall.
Leuchtensysteme können kostengünstig detaillierte Telemetriedaten für Strom-/Spannungsverschiebungen, Temperaturänderungen oder sogar Veränderungen der Eingangsspannung
melden. Solche Diagnosedaten könnten schon vor dem Auftreten von Fehlern auf zukünftige Ausfälle hinweisen oder sogar
kleine Veränderungen wie eine einzelne kurzgeschlossene LED
in einer langen Kette erkennen.
Zuverlässige Diagnose
Zur korrekten Implementation muss die LED-Ansteuerung und
-Überwachung genauso zuverlässig sein wie die angesteuerten
Leuchtdioden. LED-gestützte Systeme enthalten oft mehr Bauteile als herkömmliche Glühlampen, an deren Stelle sie treten. Um
die volle Lebensdauer bei einer LED zu erzielen, benötigt man
eine passende Treiberschaltung, die über alle Betriebsbedingungen eine gute Stromregelung bietet. Zur Sicherung einer überlegenen Lichtqualität und eines zuverlässigen Betriebs muss die
Ansteuerschaltung sämtliche Änderungen von Temperatur, Eingangsspannung und Lastwiderstand kompensieren können sowie
unter allen Betriebsbedingungen einen konstanten Ausgangsstrom
gewährleisten. Jedes zusätzliche Bauteil im System ist mit einer
zusätzlichen Fehlermöglichkeit verbunden.
Mehr über die Diagnose sowie darüber, wie sich Kundenwünsche erfüllen lassen, finden Sie in der Langversion dieses Beitrags
per infoDIREKT 347ael0615 auf www.all-electronics.de. (av) ■
Autor
Fionn Sheerin
Leitender Produktmarketing-Ingenieur
bei Microchip Technologies.
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Communicating Cars
V2X: Der Weg in eine smarte Verkehrszukunft
Die Markteinführung von V2X kann nicht nur die Zahl der Verkehrstoten deutlich senken, sondern auch
die Umweltauswirkungen und wirtschaftlichen Verluste von Staus minimieren, die europaweit allein im
Jahr 2013 Kosten in Höhe von zirka 7,4 Milliarden Euro verursacht haben. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK wirft
Autor: Lars Reger
einen Blick auf den Status Quo und stellt eine Systemlösung vor.
R
scheidenden Augenblick ein paar Sekunden mehr
Reaktionszeit geblieben wären.
Genau diese entscheidenden Sekunden können
Verkehrsteilnehmer durch die Vehicle-to-Vehiclebeziehungsweise Vehicle-to-Infrastructure-Technologie (V2X) gewinnen. Durch die direkte Kommunikation zwischen V2X-fähigen Fahrzeugen und intelligenter Infrastruktur (zum Beispiel in Form von
intelligenten Straßenschildern und Ampeln) können
Autofahrer frühzeitig und über lange Strecken auf
voraus liegende Gefahren aufmerksam gemacht werden, bevor sie in den Sichtbereich des Fahrers kommen. Damit ergänzt V2X bereits bestehende Fahrassistenzsysteme wie Kameras oder Radar und bietet
das Potenzial, den Straßenverkehr im Vergleich sehr
viel sicherer und flüssiger zu machen.
Bilder: NXP
V2X-Systeme warnen
beispielsweise vor
Gefahrensituationen.
egen, Nebel, Nässe auf den Straßen – ein
Wetter, bei dem man sich mit einem unguten
Gefühl ins Auto setzt. Ein plötzlich abbremsender Vordermann, ein liegengebliebenes Fahrzeug
hinter der nächsten Straßenkuppe, eine Baustelle
nach dem Autobahntunnel: bei schlechter Sicht bleiben
Autofahrern nur wenige Sekunden, um zu reagieren.
Viel zu oft ist das nicht genug. Das Jahr 2013 war
für Deutschland das unfallreichste Jahr seit der Wiedervereinigung. Nach den nun vorliegenden endgültigen Ergebnissen erfasste die Polizei bundesweit rund
2,4 Millionen Straßenverkehrsunfälle – 0,5 % mehr
als im Jahr 2012. Allein 2013 starben auf den Straßen
der EU über 26.000 Menschen, also in etwa die Einwohnerzahl einer mittelgroßen Stadt. Viele von ihnen
würden vermutlich noch leben, wenn ihnen im ent-
80
Mit mehreren Testfahrzeugen erfolgte die Communicating-Cars-Testfahrt
entlang des ITS-Korridors.
Alltagstauglichkeit getestet
Wie alltagstauglich die V2X-Technologie heute schon
ist, stellten die Teilnehmer der Communicating-CarsTestfahrt Ende 2014 von München bis Helmond (NL)
unter Beweis. In Zusammenarbeit von Ministerien,
Straßennetzbetreibern und der Automobilbranche
entsteht derzeit eine grenzübergreifende Teststrecke
in Deutschland, Österreich und den Niederlanden,
der sogenannte ITS-Korridor (Intelligent Transport
Systems). In diesem Abschnitt erhalten Straßen in
allen drei Ländern intelligente Ampelanlagen, intelligente Baustellenhinweise und andere intelligente
Verkehrssensoren. Die Communicating-Cars-Testfahrt demonstrierte in diesem Korridor die Praxistauglichkeit von V2X: Von München aus machten sich
fünf vernetzte Fahrzeuge von Honda auf den Weg,
um die insgesamt 1300 Kilometer nach Wien und
dann über Helmond bis Rotterdam zurückzulegen.
Die Strecke bezog auch bereits existierende ITSTestfelder mit ein.
NXP sorgte mit der V2X-Technologie für die sichere Kommunikation zwischen den beteiligten Fahrzeugen sowie mit der umgebenden Infrastruktur
und arbeitete eng mit anderen Technologieführern
Eck-Daten
Der Straßenverkehr in Europa soll intelligenter, sicherer
und umweltfreundlicher werden; das ist ein Ziel von Unternehmen und Regierungen. Mit V2X-Technologie, entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugen und intelligenten
Verkehrssystemen lässt sich dies verwirklichen. Die im
Herbst letzten Jahres durchgeführte CommunicatingCars-Testfahrt entlang des ITS-Korridors (Intelligent
Transport Systems) durch Deutschland, Österreich und
die Niederlande demonstrierte die Alltagstauglichkeit
und den Praxisnutzen der V2X-Technologie. Der Roadlink
genannte Chipsatz erleichtert die Implementierung von
V2X-Systemen und berücksichtigt dabei auch den wichtigen Aspekt der Datensicherheit.
zusammen: Siemens stellte die intelligente Infrastruktur zur Verfügung und stattete Straßenschilder,
Ampelanlagen sowie „Verkehrshindernisse“ mit
sicheren V2X-Funksensoren aus. Die Fahrzeuge stellte Honda, Cohda Wireless lieferte die Anwendungssoftware. TÜV Süd und die Automobil-Clubs AvD
und ANWB beteiligten sich als Unterstützer der
V2X-Kommunikation.
Die Ergebnisse der Testfahrt beeindruckten ein
Fachpublikum aus Politik und Wirtschaft. Die erhofften Sicherheitsvorteile von V2X kamen buchstäblich
auf die Straße. Die Interessenten erlebten, wie die
Fahrer eine Warnung erhielten, noch lange bevor
Hindernisse wie Baustellen und anderes ins Blickfeld
gerieten, und welche Vorteile dieser Zeitgewinn in
kritischen Situationen gewähren kann.
Technische Grundlage: Roadlink
Ein wesentlicher Baustein für eine erfolgreiche V2XKommunikation ist eine Chiptechnologie, die Vernetzung und Hardware-Sicherheitselement integriert.
Anfang 2013 stellte NXP mit Roadlink die erste fahrzeugtaugliche Lösung für diese Herausforderung vor.
Das System spielt heute eine tragende Rolle im wachsenden V2X-Ökosystem. Mittlerweile ist es zu einem
kompletten V2X-Chipsatz inklusive Software und
Hardware-Sicherheitselement gegen unbefugten
Zugriff, Datenmissbrauch und -manipulation gereift.
Dank der Skalierbarkeit der Lösung lässt sich die
neue Architektur weltweit auf breiter Ebene einsetzen.
Der Roadlink-Chipsatz basiert auf der SDR-Technologie (Software-Defined Radio) von NXP und lässt
sich mittels Firmware an unterschiedliche Anforderungen anpassen. Entwickler können somit verschiedene regionale Kommunikationsstandards auf Basis
einer einheitlichen, global einsetzbaren Hardwareplattform abdecken. Die Chiplösung unterstützt
beide Ausprägungen von V2X: V2V- (Fahrzeug-zuAutomobil Elektronik 05-06/2015
81
Baustellenschilder
senden im Rahmen
von V2X selbstständig eine Info über ihren Inhalt.
Fahrzeug) und V2I-Kommunikation (Fahrzeug-zuInfrastruktur) sowie externes Standard-WLAN. Sie
kommt sowohl im Fahrzeug als On-Board-Unit (OBU)
als auch in der Verkehrsinfrastruktur als Road-SideUnit (RSU) zum Einsatz.
einer bevorstehenden Kollision haben ohne V2X eine
Vorlaufzeit von gerade einmal drei bis fünf Sekunden,
während durch V2X dem Fahrer eine wesentlich
längere Reaktionszeit von typischerweise 20 bis 25
Sekunden bleibt.
Mehrwegeempfang und mobiler Betrieb
Antennendiversität
Neben der Chiplösung spielen bei V2X in der Praxis
auch die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit des
Datenaustauschs eine wichtige Rolle. Innerhalb einer
V2X-Kommunikationsarchitektur werden die Signale zwischen Sender und Empfänger auf unterschiedlichen Wegen verschiedener Wellenlängen
übertragen und können dabei auch von Gebäuden,
anderen Fahrzeugen oder g rößeren
Objekten reflektiert werden. Auch verändern sich die Signalwege durch die
Bewegung.
der Fahrzeuge müssten
Um solchen Phänomenen entgegenzufür einen erfolgreichen
Systemstart mit V2X
wirken, ist Roadlink von Anfang an für
ausgerüstet sein.
einen gleichzeitigen Ausgleich von Störungen durch Laufzeitunterschiede bei
Mehrwegeempfang und Mobilbetrieb ausgelegt. Der
Datenverkehr läuft über ein aus dem WLAN-Standard abgeleitetes Protokoll (WLAN-Standard IEEE
802.11p), das über 2000 Meter weit reichen kann. Als
Ergebnis dieses Verfahrens kann das Fahrzeug auch
bei sehr hohen Geschwindigkeiten, bei reflektierten
Signalanteilen durch Objekte und Hindernisse jeder
Art sowie in Kurven zuverlässig Signale senden und
empfangen.
Auch wenn keine Sichtverbindung besteht, erhalten Fahrer auf diese Art und Weise wesentlich präzisere Informationen zur Streckensituation und
haben mehr Zeit zum Reagieren. Warnungen vor
10 %
82
Eine weitere Herausforderung bestand für die Automobilhersteller bisher auch in der Anordnung und
Konfiguration von Modem und Antenne, um die
Empfangsqualität zu optimieren. Die Verwendung
einer einzelnen Antenne ist hier zwar die kostengünstigste Lösung, stellt jedoch nur einen Datenpfad
zur Verfügung. Für eine Integration in das Fahrzeugdach muss die Dachfläche möglichst eben sein. Systeme mit zwei Antennen (Dual Remote Antennas)
kosten mehr, sind jedoch für alle Dachformen geeignet, wenn beide Antennen abgesetzt voneinander
an jeweils gegenüberliegenden Fahrzeugseiten installiert sind. Sie bieten damit die deutlich bessere
Empfangsleistung.
Eine Möglichkeit ist auch die Verwendung von
zwei Antennen, die zum Verbessern der Datenkommunikation in geringem Abstand zueinander in
einem gemeinsamen Gehäuse verbaut werden. Derartige Lösungen bieten jedoch im Normalfall keinerlei Abhilfe bei Schatten, wie sie durch sehr ausgeprägte Dachrundungen oder Glasdächer entstehen
können. Die meisten Hersteller werden aus diesem
Grund innerhalb ihrer jeweiligen Fahrzeugplattformen entsprechende Dual-Antenna-Lösungen mit
zwei Antenneneinheiten vorhalten, um unabhängig
von möglichen Abschattungen, Dachgrößen, -materialien und -krümmungen jederzeit einen möglichst
optimalen Signalempfang zu gewährleisten.
Die On-Board-Unit des
V2X-Projekts.
Auch ein Fußgängerüberweg kann selbstständig eine
entsprechende Mitteilung
ins Auto senden.
Herausforderung Datensicherheit
Wo immer wichtige Informationen über drahtlose
Netze übertragen werden, steigt die Möglichkeit bösartiger Attacken. V2X-Kommunikation macht da keine Ausnahme. So könnten Eindringlinge zum Beispiel
die Identität geschützter Einsatzfahrzeuge annehmen,
um damit bestimmte Sonderrechte für sich in
Anspruch zu nehmen und andere Verkehrsteilnehmer
zu blockieren. Hacker könnten an einem bestimmten
Straßenabschnitt Falschwarnungen zu einer stattgefundenen Notbremsung absetzen und damit den
nachfolgenden Verkehrsfluss verlangsamen.
Hier kommt in den V2X-Chips auch die langjährige
Expertise von NXP bei Kryptocontrollern für Bankkartenanwendungen und digitale Ausweise zum Einsatz. So stellt NXP sicher, dass die Chips höchsten
Sicherheitsanforderungen genügen. Die Absicherung
läuft direkt auf dem Chipsatz über bewährte Authentifizierungsverfahren. Standardmikrocontroller können integrierte Sicherheitsfeatures in dieser Form nicht
bieten. Zudem ist das System in der Lage, die große
Zahl an erforderlichen Nachrichtenverifizierungen
zuverlässig zu verarbeiten. Das ist extrem wichtig, da
jedes Fahrzeug bis zu zwanzig Nachrichten pro Sekunde absetzen kann. Allein die Fahrzeuge in der direkten
Umgebung senden gemeinsam schon viele hunderte
Nachrichten pro Sekunde, die das System verifizieren
und verarbeiten muss – und zwar in Echtzeit.
Smarte Verkehrszukunft
Dass die genannten Technologien reif für ihren Einsatz auf der Straße sind, hat die Communicating-CarsTestfahrt bewiesen: V2X kann Autofahrer wirkungsvoll auf voraus liegende Baustellen, nahende Einsatzfahrzeuge, bevorstehende Geschwindigkeitsbewww.automobil-elektronik.de
schränkungen und Bremsmanöver des Vordermanns
hinweisen. Frühzeitig vorgewarnt können sich die
Fahrer auf die Situation einstellen und Vorsichtsmaßnahmen ergreifen, um so Unfälle zu vermeiden. Auf
den Testfeldern in München und Wien wurden außerdem Anwendungsfälle wie Ampelkommunikation
und Warnhinweise auf Glätte, Fußgängerübergänge
und langsame Fahrzeuge demonstriert.
Wann kommt V2X auf die Straße?
Die Zeichen stehen gut, dass sich V2X in absehbarer
Zeit branchenweit durchsetzen wird. Für einen erfolgreichen Systemstart liegt die erforderliche kritische
Masse an Fahrzeugen mit V2X-Technik bei mindestens
10 % aller Fahrzeuge, wenn die Fahrer einen spürbaren
Mehrwert erhalten sollen. Europa kann bei der Einführung eine Vorreiterrolle einnehmen, und die im
Vehicle-2-Vehicle-Consortium vertretenen Automobilhersteller planen hier eine Umsetzung in den nächsten Jahren. Auch in den USA wird durch einen Vorstoß
der Regierung demnächst Bewegung in das Thema
V2X kommen und in den kommenden Monaten eine
entsprechende Entscheidung zu einer Gesetzgebung
für V2X erwartet. Für Japan gehen Experten von ersten Implementierungen im Jahr 2017 aus.
Es sind vor allem die Sicherheitsapplikationen, die
eine frühzeitige Übernahme der Technologie vorantreiben, aber auch die technische Entwicklung fördert
den Trend, wie etwa erweiterte Möglichkeiten für
neue Dienste auf freien 5,9-GHz-Servicekanälen oder
die Nutzung von externem WLAN. (av)
n
Autor
Lars Reger
Vice President
Automotive New
Business und R&D bei
NXP Semiconductors.
83
ADAS und das sichere vernetzte Auto
Fahrerassistenz im Connected-Car geht nur mit Security
Wenn andere Fahrzeuge oder die Infrastruktur als Sensor im Rahmen von ADAS fungieren, dann spielt die
Manipulationssicherheit dieser externen Daten eine sehr große Rolle, denn schließlich muss das Fahrerassistenzsystem sich auf die Sensordaten, die ihm am Eingang zur Verfügung stehen, zu 100 % verlassen können.
Autor: Prem Arora
Wie können OEMs und Zulieferer diese Security umsetzen.
F
ahrerassistenzsysteme (ADAS) verbessern die
situative Aufmerksamkeit des Fahrers sowie die
Kontrolle des Fahrzeugs und machen das Autofahren einfacher sowie sicherer. ADAS-Technologie
kann auf lokal im Fahrzeug vorhandenen Systemen
aufbauen, etwa auf Kamerasystemen oder anderen
Sensoren, oder – wie bei V2X-Systemen – auf klugen,
miteinander verbundenen Netzwerken basieren. V2X
(Vehicle-to-X) bezeichnet dabei jeglicherlei sensorrelevante Datenverbindung des Fahrzeugs mit der
Außenwelt und schließt V2V (Vehicle-to-Vehicle) oder
C2C (Car-to-Car) sowie V2I (Vehicle-to-Infrastructure) beziehungsweise C2I (Car-to-Infrastructure) ein.
schwindigkeit, Fahrtrichtung, Zustand der Bremsen,
Fahrzeuggröße und Ähnliches an andere Fahrzeuge
zu übertragen und von diesen die gleichen Informationen zu erhalten. Mithilfe von Multi-Hops zur Übertragung von Informationen über andere Knoten kann
das V2X-Netzwerk über große Entfernungen kommunizieren. Aufgrund dieser größeren Erfassungsreichweiten und der Fähigkeit, quasi um Ecken oder
durch andere Autos hindurch zu sehen, können mit
V2X ausgerüstete Fahrzeuge manche Gefahren
schneller als Sensoren, Kameras oder Radar wahrnehmen und den Fahrer entsprechend warnen.
Neben BSM (Basic Safety Message), entwickelt für
Safety-Applikationen, lässt sich das Netzwerk auch
von anderen vernetzten Fahrzeugapplikationen wie
etwa Mobilitäts- oder Wetter-Infos nutzen. Zusätzliche Informationen von Fahrzeugen oder von der Infrastruktur könnten noch hinzukommen.
Im Hinblick auf die Sicherheit ist eine von 2004 bis
2008 von der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) durchgeführte Studie von Interesse, der zufolge sich 22 mögliche verschiedene Unfallszenarien durch das V2V-Netzwerk verhindern lassen.
Dies entspricht etwa 81 % der leichten Unfälle. Aus
Unfalldaten von 2004 bis 2008 geht hervor, dass aus
diesen 22 Unfallszenarien pro Jahr 27.000 tödliche
Unfälle, 1,8 Millionen Verletzte und Fahrzeugschäden
in Höhe von 7,3 Millionen Dollar resultieren.
In Verbindung mit V2I (Vehicle to Infrastructure)
sind die potenziellen Sicherheitsvorteile einer Implementierung auf breiter Basis enorm. Im Infokasten
finden Sie eine Liste potenzieller V2I-Sicherheitsanwendungen. Warn-Alarmsignale informieren einerseits das Fahrzeug und den Fahrer, der für die Sicherheit verantwortlich ist. Andererseits können sie über
die drahtlose Verbindung andere Fahrzeuge in der
Nähe warnen – zum Beispiel Querverkehr, wenn sich
eine rote Ampel in einem toten Winkel befindet. Somit
helfen Alarmsignale, Unfälle zu verhindern.
V2X-Kommunikation
Die V2X-Kommunikation nutzt vorhandene Kurzbereichs-Kommunikationskomponenten, um sicherheitsrelevante Informationen über Fahrzeugge-
Bild: fotolia chombosan
Das V2X-Netzwerk sichern
84
Um das Versprechen von V2X zu realisieren, muss das
System zwei Dinge sicherstellen: Es muss zum einen
gewährleisten, dass die Informationen aus einer vertrauenswürdigen Quelle stammen und zum anderen
dass eine Information zwischen Sender und Empfänger nicht modifiziert wird.
Falls aus jeweils einem dieser zwei Szenarien Probleme entstehen, könnte dies ernsthafte Konsequenzen und den Verlust von Menschenleben nach sich
ziehen. Es besteht die Möglichkeit, dass eine gefälschte Information falsche Daten über die Geschwindigkeit und Fahrtrichtung von Gegenverkehr liefert und
zu Unfällen führen könnte. Durch potenzielle Datenmanipulation sind Angreifer auch in der Lage, Staus
und Chaos in Städten entstehen zu lassen.
Zusätzlich zu den erwähnten Bedenken sind Anwender auch besorgt über ihre Privatsphäre. Sie möchten
sicherstellen, dass Informationen weder ihre Identität
noch ihren Aufenthaltsort weitergeben. Anonyme
fahrzeugbezogene Sicherheitsinformationen soll das
System nur an vorher autorisierte Stellen, zum Beispiel
andere Fahrzeuge, weitergeben. Dies ist speziell wichtig, um den breiten Einsatz des V2X-Systems sicherzustellen. Anwender sollen darauf vertrauen können,
dass das V2X-System niemandem den Zugang zu
ihren persönlichen Daten ermöglicht.
Um seine Authentizität zu beweisen, muss der Sender einer „Message“ einen einzigartigen Identifikator
(Identifier) mitliefern, der am Empfänger verifiziert
werden kann. So lässt sich bestätigen, dass die Nachricht von einer echten Quelle stammt. Normalerweise wird dies mit symmetrischen oder asymmetrischen
Verschlüsselungstechniken erreicht.
Symmetrische Kryptografie
Symmetrische Kryptografie eignet sich oft für kleine
Netzwerke mit wenigen Knoten. Hier teilen sich Sender und Empfänger einen gemeinsamen Schlüssel,
den beide Seiten vor einer Paketübertragung kennen.
Dieser Schlüssel dient dazu, die Authentizität der
Daten am Empfänger über dynamisch erzeugte Codes
(Message Authentication Codes oder MACs genannt)
zu verifizieren. Diese Codes werden auf der Basis der
Nutzlast und dem Schlüssel zur Verifikation der PaketIntegrität und Quelle berechnet.
Obwohl diese Methode einfach ist, besteht keine
Möglichkeit, sie in umfangreichen Netzwerken wie
Large-Scale-V2X-Netzwerken einzusetzen, da entweder alle Knoten den gleichen Schlüssel verwenden
Eck-Daten
Da Systeme wie Fahrzeuge auch für potenzielle Angreifer
zugänglich sind, ist es wichtig, dass die Hardware die geheimen Schlüssel vor verschiedenen Angriffsszenarien
wie zum Beispiel DPA (Differential Power Analysis) schützen kann. Dies geht nur mit der passenden Hardware,
beispielsweise in FPGAs des Typs Igloo2 oder in SoCs wie
Smartfusion2.
Bilder: Microsemi
Die Privatsphäre schützen
müssen, was ein inakzeptables Sicherheitsrisiko
beinhaltet, oder jedes miteinander kommunizierende Knotenpaar andere Schlüssel benutzen muss, was
zu umständlich wäre.
Asymmetrische Kryptografie
Hinter der asymmetrischen Kryptografie steckt die
Idee einer skalierbaren Lösung, die es ermöglicht, so
viele Knoten zu verbinden wie das Netzwerk benötigt.
Um dies zu erreichen, nutzt jeder Knoten einen privaten Schlüssel (Private Key) als digitale Signatur für
jede übertragene Nachricht. Diese digitale Signatur
kann der Empfänger verifizieren, indem er einen zugehörigen öffentlichen Schlüssel (Public Key) nutzt, den
das System an alle Empfangsknoten überträgt.
Diese Lösung lässt sich besser als ein symmetrisches Kryptografiekonzept skalieren und ermöglicht
auch einen leichteren Austausch defekter Knoten.
Allerdings wirft die asymmetrische Kryptografie eine
andere Frage auf: Wie lässt sich sicherstellen, dass der
private und der öffentliche Schlüssel, den jeder Knoten nutzt, nicht manipuliert ist?
SRAM-Anfangswerte
(Start-up Values) dienen in
Phase A dazu, um einen
privaten Schlüssel zu berechnen, der mithilfe eines
Aktivierungscodes zuverlässig gemacht wurde. Die
Speicherung des Aktivierungscodes erfolgte während der Anlaufphase. In
Phase B berechnet das
System aus dem privaten
Schlüssel einen öffentlichen Schlüssel, den der
Bauelementehersteller
zertifiziert. Dies verleiht jeder Komponente eine verifizierbare, weltweit einzigartige nicht-klonbare Identität.
Manipulationssicherheit, aber wie?
Die bestmögliche Antwort zur Lösung des ersten Teils
der Frage besteht darin, bei ICs biometrische Signaturen zu nutzen, die auf kleinen physikalischen Änderungen im Fertigungsprozess jedes Bauteils basieren.
Diese Prozessänderungen sind niemals identisch.
Somit lassen sie sich für beliebige ICs nicht kopieren
und bieten daher für jedes Bauteil eine individuelle
Signatur. Derartige Signaturen nennt man „Physically
Unclonable Functions“ oder PUFs.
Neben der Tatsache, dass sie sich nicht klonen lassen, sind PUF-basierte Schlüssel auch sehr schwer
85
Eine Chain-of-Trust
(Vertrauenskette)
wird auf der Grund
lage der nicht-klonbaren Bausteinidentität erstellt. Dazu dienen PUFs sowie der
durch den Komponentenhersteller zertifizierte Schlüssel.
Jeder System-Integrator/Betreiber kann
somit seine eigene
PKI zertifizieren.
von einem Angreifer lesbar, da sie normalerweise auf
Atomebene realisiert werden. PUFs auf ICs können
auf mehreren physikalischen Faktoren wie Speicherelementen, Logik-Verzögerungen, Widerstand und
Ähnliche basieren. SRAM-basierte ICs, die den einzigartigen und wahlfreien Startup-Zustand einer
SRAM-Zelle nutzen, um Private Keys zu erzeugen,
sind noch sicherer, da der Zustand der Zelle beim
Ausschalten automatisch verschwindet.
Die nötige Infrastruktur schaffen
Der zweite Teil der Frage nach der Manipulationssicherheit lässt sich durch eine Public-Key-Infrastruktur (PKI) adressieren. Eine PKI ist ein System
für die Erstellung, Speicherung und Verteilung digitaler Zertifikate, die verwendet werden, um zu verifizieren, dass ein bestimmter Public Key zu einer
bestimmten Stelle gehört.
Die PKI erstellt digitale Zertifikate, die öffentliche
Schlüssel auf bestimmte Stellen abbilden, diese Zer-
Info-KASTEN
Potenzielle V2I-Sicherheitsanwendungen
• Warnung beim Überfahren einer roten Ampel
• Hohe Geschwindigkeit in Kurven
• Halten bei Stop-Zeichen
• Warnhinweis bei zu hoher Geschwindigkeit
• Wetterhinweise
• Warnhinweis beim Überfahren von Stopp-Schildern
• Warnhinweis bei einem Bahnübergang
• Warnung bei übergroßen Fahrzeugen
86
tifikate sicher an einem zentralen Ort speichert und
bei Bedarf widerruft.
In einem PKI-System zertifiziert eine CA (Certificate Authority) alle Knoten durch digitales Unterzeichnen ihrer öffentlichen Schlüssel mit dem eigenen
Private Key der CA. Das am weitesten verbreitete
Public-Key-Format ist X.509. Wenn eine Komponente eine Nachricht überträgt, die mit ihrem privaten
Schlüssel unterzeichnet ist, lässt sich diese Nachricht
mit dem öffentlichen Schlüssel der Komponente
authentifizieren. Die Komponente kann auch ihr
X.509-Zertifikat an alle Knoten senden und ihre Nachrichten empfangen. Somit erhalten sie den öffentlichen
Schlüssel. Das X.509-Zertifikat lässt sich inklusive
öffentlichem Schlüssel der Komponente mit dem
öffentlichen Schlüssel der CA am Empfänger verifizieren. Dieser befindet sich in allen Knoten und ist
von Grund auf vertrauenswürdig. Mit diesem Konzept
besteht die Möglichkeit, eine bewährte, hierarchische,
zertifikat-basierte Chain-of-Trust (etwa: Vertrauenskette) zu etablieren, da sich die durch den Transmitter angewandte Signatur am Empfänger verifizieren
lässt. Dieses Konzept stellt auch sicher, dass betrügerische Maschinen auf einfache Weise entdeckt werden.
Laut NHTSA sollte die Public-Key-Infrastrukturoption (asymmetrischer Schlüssel) mit der Signaturmethode das effizienteste Konzept zur Implementierung von Kommunikationssicherheit und vertrauenswürdigem Nachrichtenaustausch für eine große Zahl
an Benutzern bieten. Neben einem sicheren Netzwerk
bietet ein PKI-basiertes System auch eine einfach
skalierbare Infrastruktur mit einem PKI-Konzept.
Wichtig ist, dass die Effizienz dieses Konzepts stark
abhängig von den technischen Entwicklungsentscheidungen bezüglich der Implementierung dieses Konzepts in seine vorgegebene Umgebung ist. Die V2XZertifizierungsbehörde stellt jährlich viele anonyme
Zertifikate für jedes Fahrzeug aus, um Versuche zur
Erstellung von Bewegungsprofilen zu verhindern.
Hardware-Unterstützung
Halbleiterbausteine wie Microsemis FPGAs der Baureihe Igloo2 und die Smartfusion2-SoCs bieten PUFTechnologie, um eine PKI zu ermöglichen. Weitere
Details über die Bausteine, die Sicherheitselemente
und den „DPA Pass“ von Cryptography Research
Incorporated (CRI) finden Sie in der Langversion
des Beitrags per infoDIREKT 327ael0615 auf der Webseite www.all-electronics.de. (av)
■
Autor
Prem Arora
Director of Marketing bei Microsemi.
infoDIREKT
327ael0615
PUFs auf ICs können auf mehreren physikalischen Faktoren wie Speicherelementen, Logik-Verzögerungen,
Widerstand und Ähnliche basieren.
MOST® wird zur Serienanwendung im Markt
für Automotive-Infotainment
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neuer OS81118 vereinfacht nun die In-Car-Mobilfunk- und Wi-Fi®-Anbindung über MOST150.
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Der Name Microchip und das Logo sind eingetragene Warenzeichen der Microchip Technology Incorporated in den USA und in anderen Ländern. TrueAuto ist eine Marke der Microchip Technology Inc. in den USA und in
anderen Ländern. Alle anderen hier erwähnten Markten sind im Besitz der jeweiligen Eigentümer. ©2015 Microchip Technology Inc. Alle Rechte vorbehalten. DS00001936A. MEC2014Ger05.15
Videokanäle im Multiplex
Analoge Surround-View-Bilder im Infotainment-System integrieren
Die Surround-View-Einparkhilfe vereint Bilder mehrerer Fahrzeugkameras zu einem
360°-Panorama aus der Vogelperspektive. Der Video-Konverter TW9984 von Intersil ermöglicht den Einsatz kostengünstiger und zuverlässiger Analogkameras, digitalisiert die Signale
Autor: Jonpaul Jandu
und spart durch Signalmultiplex Videoeingänge im Infotainment-System.
I
n modernen Autos befinden sich immer mehr Kameras, sei
es für videobasierte Fahrassistenzsysteme wie Spurhalteund Spurwechselassistent, Notbremsassistent und adaptive
Geschwindigkeitsregelung, oder für Rückfahrmonitor und virtueller Vogelperspektive. Damit wächst auch die Zahl der nötigen
Signalleitungen und Eingänge der Steuergeräte. Um Videolösungen auch in preiswertere Fahrzeuge einführen zu können,
setzen OEMs hier auf analoge Kameras und Displays. Intersil
bedient diesen Markt mit einem Multiplex-Baustein, der die
Komplexität und damit die Systemkosten senken soll.
Unfälle vermeiden
Laut einer Studie des „US Insurance Institute of Highway Safety“
würde die Zahl der Unfalltoten binnen drei Jahren um mehr als
ein Drittel sinken, wenn alle Neuwagen mit aktueller Sicherheits-
technik ausgestattet wären. Der technische Fortschritt hat die
Unfallzahlen mit Todesfolge bereits erheblich verringert. Für die
Fahrzeughersteller ergibt sich damit ein positiver Geschäftszyklus
– sie haben gute Gründe, die Fahrer davon zu überzeugen, dass
sie sich ein neues Auto besser früher als später anschaffen sollten.
Fahrerassistenzsysteme
Eine der interessantesten und am schnellsten wachsenden Sicherheitsanwendungen sind Fahrerassistenzsysteme. Sie kombinieren Sensoren, Kameras und Displays, um dem Fahrer eine bessere Übersicht zu ermöglichen, und sie reagieren auch auf gefährliche Situationen, wenn der Fahrer abgelenkt ist.
Rückfahrkamera und Bildanzeige sind mittlerweile Grundausstattung in der Mittel- und Oberklasse. Sie vermeiden uneinsehbare Bereiche und tote Winkel und senken damit das Unfallrisiko. Die
Bilder: Intersi
Automotive Driver
Assistance Systems
(ADAS) beinhalten
immer mehr Sicherheitsfunktionen.
88
Eck-Daten
Der im TW9984 enthaltene Video-Decoder übersetzt vier
analoge FBAS-Kanäle in ein digitales Component-YCbCrSignal. Jeder Eingangskanal (wahlweise differenziell oder
single-ended) enthält einen NTSC/PAL-Video-Decoder
bestehend aus 10-Bit-A/D-Wandler und 4H-Kammfilter
zur Bildaufbereitung. Der digitale Ausgang ist konfigurierbar als Standard-ITU-R-BT.656 oder Zeitmultiplex für
zwei oder vier Kanäle und kann optional im Video-Encoder des TW9984 als FBAS zurückgewandelt werden.
US National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)
schätzt, dass Rückfahrkameras die Zahl der Todesfälle beim Rückwärtsfahren um mehr als 50 % verringern könnten. Für US-Neufahrzeuge ab dem Jahr 2018 hat die US-Regierung nun diese Sicherheitsanforderung vorgeschrieben. Ähnliche Bestimmungen sollen
auch in Europa und Asien folgen. Die meisten Fahrzeughersteller
verbauen Kamerasysteme bereits in zahlreiche Modelle.
Kosten beachten
Wenn Kamerasysteme zur Grundausstattung werden, sind Kosten und Zuverlässigkeit zwei wichtige Entwicklungskriterien für
Autohersteller und Zulieferer. Zu den zwei wesentlichen Kostenpunkten zählen Kamera und Display. Erste Umsetzungen zur
Bilddarstellung basierten auf einem einfachen Display im Rückspiegel. Mit dem Aufkommen der Navigationssysteme in den
Mittelkonsolen, haben sich dort integrierte Displays etabliert.
Erste Entwicklungen nutzten zur Bilddatenaufbereitung den
Hauptprozessor des Infotainment-Subsystems. Diese fortschrittlichen SoCs (System-on-Chip) waren allerdings nicht zuverlässig genug, da der langsame Boot-Vorgang insbesondere unmittelbar nach dem Fahrzeugstart zu einer verzögerten Bilddarstellung der Rückfahrkamera führte.
Signale und deren Verarbeitung
Mit zunehmendem Systemumfang steigt die Auslastung des SoC
auf Kosten einer flüssigen Datenverarbeitung. Alternativ kann
eine Einheit aus festverdrahtetem Video-Decoder und LCD-Controller den SoC überbrücken und die Bilder der Rückfahrkamera
in nahezu Echtzeit auf dem Display anzeigen. Damit ist innerhalb
von 500 ms eine zuverlässige Bilddarstellung gewährleistet.
Eine weitere Herausforderung stellt die wachsende Zahl von
Videoeingängen dar. Die meisten digitalen SoCs haben zwar
genügend Leistungsreserven, um diese Daten zu verarbeiten,
aber zu wenige Anschlüsse, um jedes Videosignal einzeln zu
erfassen. Also gilt es, mehrere Videosignale über einen gemeinsamen Datenbus an den Applikationsprozessor zu senden. Der
SoC kann die verschiedenen Videokanäle dann wieder auftrennen und einzeln verarbeiten. Um zusätzliche Videoeingänge
verfügbar zu machen, wird das Datenstrom-Multiplexing weiter
zunehmen. Ein mehrkanaliger Analog-Video-Decoder beispielsweise verschachtelt mehrere analoge Eingangssignale in ein
digitales Ausgangssignal.
5-2015-Anz_Hüthig_41x126mm-final_5
Der TW9984-Video-Decoder/Encoder vereint vier analoge
Eingangskanäle in einem digitalen Ausgangskanal. Dieser
kann extern weiterverarbeitet
und optional im selben Baustein als Analogsignal zurückgewandelt werden.
Steuergeräte
für die
Elektromobilität
DC/DC-Wandler
Starter-Generator-System
Hochdrehzahl-Antriebe
NebenaggregateSteuergeräte
Energiemanagement
Beratung, Planung,
Entwicklung,
Inbetriebnahme,
Qualifikation, Fertigung,
Serienbetreuung
Der LCD-Videoprozessor TW8834 erhöht die Fahrzeugsicherheit und erweitert
die Anzeigeeinheit um die Darstellung weiterer Videoquellen.
SILVER ATENA
Electronic Systems Engineering GmbH
Dachauer Straße 655, 80995 München
Tel. +49 89 18 96 00-0
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anschließend im Display in der Mittelkonsole zur
Anzeige kommt. Die Möglichkeit, differenzielle Analog-Videoeingänge direkt zu empfangen erübrigt einen
externen Operationsverstärker in jedem Eingangskanal und verringert die Anzahl an Bauteilen. Der hohe
Integrationsgrad vereinfacht das Systemdesign, benötigt weniger Platz auf der Leiterplatte und verringert
die Gesamtsystemkosten.
Signalvarianten
Funktionsblockschaltbild vom Intersil-Videokonverter TW9984.
Diese Analog-Digital-Lösung bietet auch Kostenvorteile, die
vor allem bei mehreren Kameras pro Fahrzeug in niedrigere
Fahrzeugklassen relevant sind. Hochauflösende Kameras erfordern eine komplexere und teure Datenverarbeitung und Verkabelung, die aber in diesen Fahrzeugklassen nicht kosteneffizient
ist. Analogtechnik hingegen bietet alle Funktionen und Zuverlässigkeit zu wesentlich geringeren Kosten.
Aus der Vogelperspektive
Während Rückfahrkameras mittlerweile als Selbstverständlichkeit gelten, werden Surround-View-Funktionen immer beliebter.
Diese verarbeiten Bilder von bis zu vier Fahrzeugkameras und
vereinen sie zu einem 360°-Panorama aus der Vogelperspektive.
Der Fahrer sieht damit die Fahrzeugposition in Bezug zur näheren Umgebung und zu Hindernissen, was das Manövrieren und
Einparken vereinfacht. Infinity Research prognostiziert für Surround-View eine durchschnittliche Wachstumsrate von 33 % bis
zum Jahr 2018.
Dank der Entwicklung von Mehrkanal-Video-Konvertern, speziell für die Surround-View-Einparkhilfe, wurde der Einsatz dieses Systems im Laufe der Zeit immer kostengünstiger und zuverlässiger. Entscheidend für den Einsatz in einem Fahrzeugmodell
ist der Integrationsaufwand. Eine Lösung von Intersil unterstützt
vier unabhängige Analogkamera-Eingänge gleichzeitig. Jeder
Kanal enthält einen hochqualitativen NTSC/PAL Analog-VideoDecoder bestehend aus 10-Bit-A/D-Wandler und 4H-Kammfilter
zur Signalaufbereitung. Eine digitale Ausgangsschnittstelle sendet die Bilddaten zu einem externen Prozessor, der die vier Bilder
zu einem digitalen Surround-View-Bild kombiniert. Zurückgesendet an den Video-Chip wandelt der integrierte Encoder das
kombinierte Bild in ein Standard-Analog-Composite-Signal, das
90
Eine weitere Besonderheit des Videokonverters liegt
in der Flexibilität der digitalen Ausgangsschnittstelle, die mehrere Konfigurationen unterstützt:
• Standard-ITU-R-BT.656-Ausgang an vier 8-BitBussen mit 27 MHz
• Byte-verschachtelter Zeitmultiplex-Ausgang für
zwei Kanäle auf einem 8-Bit-Bus mit 54 MHz
• Byte-verschachtelter Zeitmultiplex-Ausgang für
vier Kanäle auf einem 8-Bit-Bus mit 108 MHz
Entwickler können das Videosystem ohne eine Neuentwicklung unterschiedlichsten bestehenden Fahrzeugbordnetzen anpassen. Bei der Auswahl von
Videokonvertern sind jene mit Funktionen zur Gebäudeüberwachung nicht empfehlenswert, denn ihnen
fehlen spezielle Automotive-Diagnosefunktionen wie
Kurzschlusserkennung gegen Batterie und Masse. Zudem bedeuten überflüssige Funktionen unnötige Bauteilmehrkosten.
Ausblick
Fahrzeugsicherheit ist inzwischen ein Auswahlkriterium beim
Autokauf. Damit hat sich auch die Vermarktungsstrategie dieser
neuen Funktionen bei den Fahrzeugherstellern geändert. Anstatt
Geld für ein besseres Radio oder ein Navigationssystem auszugeben, sind Autofahrer eher bereit, in die Sicherheit zu investieren. Daher rechtfertigen Sicherheitsfunktionen wie die Beseitigung toter Winkel und der Spurhalteassistent bei Automobilhersteller den Einsatz eines zentralen Infotainment-Systems.
Sonderausstattungen für einfache Fahrzeuge konzentrieren
sich zunehmend auf bessere Sicht und mehr Bedienungssicherheit. Für die Fahrzeughersteller sind sie zudem ein lukrativeres
Geschäft. Für eine Verbesserung und Erweiterung der Sichtbedingungen finden immer mehr Kameras Einzug in unsere Fahrzeuge. Mit der Bereitstellung von zuverlässigen, einfach integrierbaren und kostengünstigen Videolösungen nehmen die Zulieferer Einfluss auf die Weiterentwicklung der nächsten Generation an Fahrassistenzsystemen, auf die Erhöhung der Fahrersicherheit und auf die Bedienung der Kundennachfrage an Fahrzeugen mit neuer Technologie. (jwa/lei)
n
Autor
Jonpaul Jandu
Senior Marketing Manager in der Automotive Products
Group bei Intersil.
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REDAKTION
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Dipl.-Ing. Hans Jaschinski (jj)
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Management Reportage
Win-win deutsch/chinesisch
Preh und Joyson Electronics
Warum ist Preh mit seiner chinesischen Mutter Joyson so zufrieden und erfolgreich? Wie
läuft die Zusammenarbeit und welche Ziele haben die Unternehmen?
V
or vier Jahren übernahm das chinesische
Unternehmen Joyson das deutsche Traditionsunternehmen Preh, und vor zwei Jahren
erklärte Preh-Chef Dr. Michael Roesnick auf dem
17. Automobil-Elektronik-Kongress in Ludwigsburg, dass es sich hierbei um eine erfolgreiche Partnerschaft handelt. Schon damals stellte Dr. Roesnick
fest, dass Preh vom Kauf durch Joyson profitiert hat.
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK hat sich nun auf Spurensuche begeben und dabei den Eindruck gewonnen, dass nicht nur die deutsch-chinesische Chemie
stimmt, sondern auch das Business.
Wer wissen möchte,
warum Preh mit seinem
neuen Eigentümer so
Forschung und Entzufrieden ist, der muss
wicklung müssen wir
nach China reisen und
dort haben, wo auch
Jeff Wang treffen, der mit
seiner Familie 95 % der
unsere Kunden sind.
Firmenanteile der Joyson
Jeff Wang, Joyson Electronics
Holding hält. Jeff Wang
begegnet der Presse in
lässig-ruhiger, freundlicher und höflicher Art, aber definitiv nicht neureichüberheblich, obwohl er mit seinem erst im Jahr 2004
gegründeten Unternehmen im Jahr 2014 mit über
7000 Mitarbeitern bereits über eine Milliarde Euro
Umsatz erwirtschaftete.
nehmen arbeiten und dass er in Deutschland stets
Personal aufgebaut hat: bei Preh, beim Trim-Spezialisten Quin (ein Hersteller von Premium-Zierelementen) und beim in Amberg ansässigen Automationsspezialisten IMA. Wangs Management-Motto lautet
dabei stets: „Das wichtigste ist Vertrauen.“
„Forschung und Entwicklung müssen wir dort
haben, wo auch unsere Kunden sind“, führt Jeff Wang
weiter aus. „Da wir auf den Markt der qualitativ hochwertigen Fahrzeuge abzielen, sind wir mit Prehs
Standort Bad Neustadt bestens aufgestellt. So bekommen wir die neusten Informationen mit und können
gleichzeitig unsere Kunden optimal unterstützen.“
„Das wichtigste ist Vertrauen“
„Joyson ist ein chinesisches Unternehmen, und wir
sind mit dem chinesischen Markt sowie den chinesischen Kunden bestens vertraut“, erläutert Jeff Wang.
„Wir ermöglichen Preh den Zugang zum chinesischen
Markt, unterstützen Preh in China aber auch mit Fertigungsstätten, Maschinen und mehr.“ Dabei erklärt
er auch, dass die deutsche Preh-Geschäftsführung
analog dazu die größere Expertise für die Märkte in
Europa und Nordamerika habe. Von daher ist es für
Jeff Wang vollkommen logisch, dass die PrehGeschäftsführer Dr. Michael Roesnick und Christoph
Hummel für diese westlichen Märkte verantwortlich
sind und Joyson mit seinen Stammprodukten so einen
Zugang zu diesen Märkten erhält. Besonders stolz ist
Jeff Wang darauf, dass alle Manager der zugekauften
Firmen nach wie vor für die entsprechenden Unter-
92
Management Reportage
Jeff Wang (Mitte) und Christoph Hummel (rechts) im Gespräch
mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur Alfred Vollmer.
Die Fertigung der hohen Stückzahlen erfolgt dann in
Ländern mit niedrigerem Lohnniveau wie beispielsweise in Rumänien, Mexiko oder China. Weil aber
auch in diesen Regionen die Lohnkosten steigen, hat
Prehs Automationssparte das Unternehmen IMA
Automation aus Amberg übernommen. „Jetzt tritt der
neu entstandene Automationsspezialist Preh IMA
Automation – PIA – an, mit seinen Montagesystemen
und Fertigungslinien neben dem europäischen vor
allem auch den chinesischen Automationsmarkt zu
erobern. In seinem 12. Fünfjahresplan hat China als
Ziel formuliert, High-end-Produktionsausrüstungen zu
entwickeln – und genau das tun wir mit PIA China.“
Jeff Wang äußert sich konkret zu seinen Zukunftsplänen: „Derzeit suchen wir nach guten Möglichkeiten in das Geschäft mit Connectivity und Telematik
einzusteigen.“ Joyson sucht dabei nach Lösungen, die
Fahrzeuge sicherer, sparsamer und intelligenter zu
machen. Als klassisches Produkt in diesem Bereich
sieht er in diesem Rahmen E-Call. Joyson will bereits
vorhandenes Know-how ausbauen und beispielsweise ein auf Software-Lösungen im Bereich Connectivity spezialisiertes Unternehmen zukaufen – und zwar
bevorzugt in Europa oder auch in Nordamerika.
Die große Stärke seines Unternehmens sieht Jeff
Wang in der starken F&E-Basis und in der Möglichkeit,
die OEMs mit neuen Ideen zu unterstützen. n
Autor
1: Jeff Wang im
Firmen-Showroom
in Ningbo/China vor
einer Technologiedemo von Preh.
2: Mitarbeiter im
Prüffeld der PrehFertigung in Ningbo.
3: Auch die für das
Kunststoffspritz
gießen erforderlichen
Werkzeuge fertigt
Preh vor Ort in China.
Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
4: Die Fertigung von
Bediensystemen erfolgt auch in China.
1
2
3
4
93
Neue Produkte
Hochintegrierter Embedded-Motorcontroller
Für BLDC-, BDC- und Schrittmotoren
Bild: Micronas
Micronas hat mit dem HVC 4223F das erste Mitglied einer neuen Embedded-Motorcontroller-Generation angekündigt, welche das Design effizienter, kompakter und kostengünstiger Elektromotoren in Fahrzeuganwendungen und im industriellen Umfeld ermöglicht. Aufgrund seiner integrierten Leistungsbrücken ermöglicht der HVC 4223F die direkte Ansteuerung von BLDC-, BDC- und Schrittmotoren. Das monolithisch integrierte IC
weist mit 6 × 6 mm2 einen Footprint auf, der vier Mal kleiner ist als eine
Briefmarke. Die automotive-qualifizierte All-in-One-Lösung für die effiziente Ansteuerung unterschiedlichster Elektromotoren ermöglicht die Entwicklung kleiner, effizienter, leiser und kostengünstiger Antriebslösungen
für Anwendungen wie HVAC-Klappen, aktive Kühlergrills, Pumpen, Luftkühlgebläse, mechanische Aktuatoren im Kurvenlicht. Die verschiedenen
integrierten digitalen und analogen Komponenten enthalten Komparatoren mit virtuellem Sternpunkt, Diagnose- und Schutzfunktionen, programmierbare Eingangsverstärker, A/D-Wandler, integrierte Spannungsregler mit bis zu 40 V Load-Dump sowie sechs integrierte identische Halbbrücken zum Treiben der Motorströme. Der HVC 4223F lässt sich ohne zusätzliche externe MOSFETs mit den Motorwicklungen verbinden. Dabei
kann die Spannungsversorgung ohne externe Spannungsregler direkt
durch die 12-V-Autobatterie erfolgen. Ein LIN-Transceiver ist ebenfalls integriert. Und der ARM Cortex-M3 vereinfacht den Einsatz komplexer Kommutationsschemata zur Maximierung des Drehmoments bei gleichzeitiger
Minimierung der Motorgröße und damit des Motorgewichtes.
Auflösung bis 0,02 Grad pro Step
Klebstoffe für die Modulfertigung von (H)EV-Batterien
Für Positionssensoren
Thermisch leitend
Bild: Polytec PT
Bild: ZMDI
Mit dem ZSSC5101 kündigt ZMDI ein automotive-qualifiziertes Sensor-
Signalkonditionierungs-IC für kontaktlose Positionssensoren basierend
auf magneto-resistiver Technologie an. Magnetoresistive Sensorbrücken
wie AMR, GMR und TMR werden direkt an das IC
angeschlossen. Das ZSSC5101 kompensiert automatisch die Temperaturdrift des Sensors, um so
den Betrieb im Temperaturbereich von -40 bis
+150 °C zu ermöglichen. Die Auflösung beträgt
bis zu 0,02 Grad pro Step bei Rotationssensoren,
aber das IC verabeitet auch die Daten von Linearsensoren. Für Betrieb und Programmierung genügen insgesamt drei Anschlussleitungen, wobei
als Gehäuse ein SSOP-14 dient. Bei Bedarf liefert ZMDI auch gesägte BareDies oder getestete ungesägte Wafer. Durch die Diagnosefähigkeit ist
auch der Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen möglich.
Polytec PT bietet Klebstoffe, Vergussmassen und Pasten mit hohen thermischen Leitfähigkeiten an, die eine Wärmeleitfähigkeiten bis 2 W/m·K
und mehr aufweisen. Darüber hinaus sind diese Materialien stabil gegen
mechanische Belastungen und Schwingungen, elektrisch isolierend, chemikalienbeständig und bieten so eine zunehmend interessante Alternative zum Schweißen, Löten
und rein mechanischen
Befestigungen. Thermisch
leitfähige Klebstoffe
könnten Polytec PT zu
folge „zu einer Schlüsseltechnologie für die Massenproduktion von Elektroautos und Batterien
werden“.
Ersatz elektromechanischer Sicherheitsrelais
Mit den geschützten Low-Side-Schaltern HITFET+ von Infineon Technologies lassen sich die
heute üblichen elektromechanischen Sicherheitsrelais im Automobil- und Industriebereich
durch robustere Halbleiterlösungen ersetzen.
Die Familie HITFET+ (hoch integrierter, temperaturgeschützter MOSFET) bietet Diagnosefunktionen, Statusrückmeldung, Kurzschlussschutz und – bisher nicht erhältlich – eine direkt einstellbare Flankensteilheit, durch die
sich Schaltverluste und Umgebungsstörungen
ausbalancieren lassen. Die Familie HITFET+
wird mindestens 16 Produkte umfassen, die
sich im On-Widerstand (10 bis 800 mΩ), im
Funktionsumfang (zum Beispiel mit und ohne
Statusrückmeldung) und in der Gehäusegröße
(D-PAK mit 5 beziehungsweise 3 Pins, DSO mit
8 Pins) unterscheiden. Innerhalb einer Gehäuseklasse sind die HITFET+-Produkte vollständig
94
Bild: Infineon
Low-Side-Schalter
skalierbar: Bei geänderten Lastanforderungen
lassen sie sich im Steuergerät direkt austauschen, ohne die Software oder das Platinenlayout ändern zu müssen. Mit dem BTF3050TE
fertigt Infineon bereits das erste Familienglied
in Serie. Der BTF3050TE, der alle Arten ohm-
scher, induktiver und kapazitiver Lasten schalten kann, bietet eine Statusrückmeldung und
die Steuerung der Flankensteilheit, außerdem
eine Übertemperaturabschaltung und einen
thermisch bedingten automatischen Neustart.
Weitere Schutz- und Diagnosefunktionen umfassen aktive Überspannungsklemmung, ESD,
Strombegrenzung und Überlastschutz. Im Automobil können die HITFET+-Produkte Magnetventile mit einer Pulsbreitenmodulation
(PWM) von bis zu 20 kHz ansteuern, aber sie
sind auch für Beleuchtungsanwendungen in
Fahrzeugen ausgelegt. Darüber hinaus eignet
sich HITFET+ für eine Vielzahl weiterer Automobilanwendungen. Für Ende 2015 ist die
Markteinführung weiterer HITFET+-Produkte
vorgesehen.
GPS, Glonass, Beidou, Galileo und SBAS
Satelliten-Navigationsmodul
Telit Wireless Solutions bietet jetzt das neue GNSS-Modul SE868-V3 an. Das Positionierungsmodul kombiniert GPS, Glonass, Beidou, Galileo und SBAS. Dies ermöglicht noch exaktere und leistungsstärkere Anwendungen bei der Positionsverfolgung und Navigation.
Mit einer Empfindlichkeit von -162 dBm bei der Navigation und -166 dBm bei der Positionsverfolgung verbessert das SE868-V3 vor allem in problematischen Umgebungen wie etwa in dicht bebauten Stadtgebieten die
Leistung. Das GNSS-Modul ist nicht nur mit dem Vorgängermodell SE868-V2 und dem JF2 pinkompatibel.
Zudem kann es GPS- und Glonass- oder GPS- und Beidou-Konstellationen gleichzeitig verfolgen und ist Galileo-fähig. Bei einer 11 × 11 mm2 großen QFN-Bauform
verfügt das SE868-V3 über einen Basisband-Prozessor,
SQI-Flash-Speicher und einen GNSS-Chip mit integriertem Signalverstärker (LNA). Das RF-Frontend ermöglicht Multi-GNSS-Satellitenerkennung in Innenräumen
und hohe Qualität bei der Navigation unter schwierigen Bedingungen im Freien. Für eine größere Genauigkeit der Standortbestimmung unterstützt das GNSSModul das Satellite Based Augmentation System
(SBAS) sowie die Einspeisung von Ephemeriden (AGPS). Das Modul kann die vom GNSS-Satelliten versandten Ephemeriden-Daten empfangen, speichern
und für einen kurzen Zeitraum lokal vorherberechnen.
infoDIREKT
381ael0615
Evaluierungsboard für softwaredefinierte Sensorik
Melexis stellt ein Evaluierungsboard (EVB) für seinen programmierbaren Magnetsensor-IC MLX90393 vor. Das MLX90393 EVB
misst 30 × 30 mm2 und bietet Entwicklern eine Plattform zum Aufbau verschiedener anspruchsvoller
Mensch-Maschine-Schnittstellen
(HMIs). Diese reichen von einfachen
Slide-, Push/Pull- und Schiebereglern bis hin zu komplexen 3D-Sensorsystemen wie Joysticks oder
Drehknöpfen mit integrierter Tastendruckfunktion. Auf der Basis
von Melexis’ Triaxis-Technologie
stellt der MLX90393 mit 16 Bit Auf-
lösung einen Digitalausgang bereit, der proportional zur erfassten
Magnetflussdichte entlang der lotrechten Achsen (X, Y und Z) ist. Zusätzlich steht auch eine Temperaturmessung zur Verfügung. Das
EVB ist mit SPI- und I²C-Schnittstellen ausgestattet, was den direkten Anschluss eines externen Mikrocontrollers ermöglicht. Auf dem
Board findet sich auch ein KontaktPad, um bei Bedarf einen Entkopplungskondensator anzuschließen.
Auch Pads für optionale Pull-upund Pull-Down-Widerstände für
I2C-Adressierung und Busversor-
Bild: Melexis
Für Mensch-Maschine-Schnittstelle
gung sind vorhanden. Der Betriebstemperaturbereich des Boards erstreckt sich von -20 bis +85 °C. Auf
seiner Website stellt Melexis auch
Beispielcode zur Verfügung.
infoDIREKT
378ael0615
Klari-Cord4 + Display
On-Widerstand
von 1,8 mOhm
Das Klari-Cord4 genannte Modul von Klaric ermöglicht die gleichzeitige
Messung von zwei Strömen am Fahrzeug , beispielsweise von Generator
und Batterie. Es verfügt über zwei galvanisch isolierte ASICs, die mit
zwei Lemo-Buchsen sowie einer DIN-Buchse verbunden sind. An die
Lemo-Buchsen lassen sich
alle Niedervolt-Probes
(Strom, Spannung, Temperatur) von Klaric anschließen, wobei die automatische Probe-Erkennung quasi einen Plug-and-Play-Betrieb emöglicht. Über die
DIN-Buchse, die am gleichen Potenzial wie die Probe 2 liegt, können zwei
Spannungen und eine Temperatur gemessen werden. Die Ausgabe der
frei konfigurierbaren Messwerte erfolgt entweder über die CAN-Schnittstelle mit maximal 8000 Frames/s oder auf die integrierte SD-Karte mit
maximal 5 ms/Messwert oder auf dem konfigurierbaren Display. Eine
USB-Schnittstelle ermöglicht die Konfiguration des Messmoduls sowie
das Auslesen der gespeicherten Messwerte von der eingebauten SDKarte. Die Spannungsversorgung des universell einsetzbaren Moduls
liegt zwischen 6 und 50 V.
Toshiba Electronics Europe stellt
einen neuen p-Kanal-MOSFET vor,
der für Automotive-Anwendungen
wie Verpolschutz und Motorsteuerung optimiert ist. Der TJ200F04M3L genannte Baustein entspricht dem Automotive-Standard
AEC-Q101 und weist bei einer
Gate-Source-Spannung von 10 V
einen maximalen On-Widerstand
RDS(on) von 1,8 mOhm auf. Dies ist
für einen p-Kanal-MOSFET wirklich
ein sehr niedriger Wert. Der Leistungs-MOSFET arbeitet bei einer
maximalen Kanaltemperatur von
175 °C. Die Nenn-Anschlussdaten
spezifiziert der japanische Hersteller mit UDSS = -40 V und ID = -200 A.
Die Fertigung erfolgt in Toshibas
U-MOS VI Trench-Prozess mit einem Kupferanschluss in einem
TO-220SM-(W)-Gehäuse.
Bild: Klaric
Für simultane Strommessungen
infoDIREKT
372ael0615
p-Kanal-MOSFET
infoDIREKT
371ael0615
Instrumentation
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Testing Expo, Stuttgart
16. – 18.06.2015
Halle 1, Stand 1714
Neue Produkte
Logging und Verarbeitung für Fahrerassistenz
Weltweit erster SiC-MOSFET
in Trench-Bauart
Messtechniklösung
Geringer On-Widerstand
Bild: B-Plus
stücks 4,4 × 32 × 25 cm3 betragen. Über zwei
10-GBit/s- und sechs 1-GBit/s-Ethernet-Schnittstellen erfolgt die Anbindung der Außenwelt.
Zeitsynchronisierung auf der Basis von GPS oder
des IEEE-Standard 802.1AS ist möglich. Als Option bietet B-Plus die Integration der Messtechniksoftware für das gesamte Brick-Konzept die
Messtechnik-Middleware ADTF von Elektrobit
an. Brick Core Com lässt sich innerhalb der BrickFamilie mit den Add-ons MI-XMC (zwei XMCoder PMC-basierte Steckplätze), Storage (RAIDbasierte Speichereinheit für Datenlogging) und
anderen Systemen erweitern.
Rohm hat einen SiC-MOSFET auf den Markt gebracht, der nach Angaben des Unternehmens
„erstmals auf der Welt auf einer Trench-Struktur
basiert“. Verglichen mit existierenden planaren
SiC-MOSFETs ist sein Einschaltwiderstand bei
gleicher Chipgröße um 50 % geringer. Hierdurch lassen sich die Verluste in den unterschiedlichsten Anwendungen deutlich verringern. Da auch die Eingangskapazität etwa 35 %
kleiner ist als bei einem planaren 80-MilliohmMOSFET, verbessern sich bei dem SiC-TrenchMOSFET auch die Schalteigenschaften. Auf Basis
dieser Technologie bietet Rohm Power-Module
an, die beispielsweise mit 1200 V / 180 A spezifiziert sind. Bald sollen auch Varianten für 650 V /
118 A und 1200 V / 95 A folgen. Derzeit sind die
neuen SiC-MOSFETs beziehungsweise die entsprechenden Power-Module noch nicht automotive-qualifiziert.
Unterstützung für CAN FD und mehr
CANoe und CANalyzer
Vector Informatik unterstützt mit der Version 8.5 des Entwicklungs-, Simulations- und Test-Werkzeugs CANoe sowie
des Analysewerkzeugs CANalyzer den kommenden ISOStandard ISO11898-1:2015 für CAN und CAN FD. Hinzugekommen ist in erster Linie das neue CAN-FD-Format, das um eine
weitere Protokollabsicherung, den sogenannten „Stuff
Count“ im CRC-Feld, ergänzt wurde. Zudem wird Vector zum
Konfigurieren der Bit-Timings eine deutlich höhere Auflösung zur Verfügung stellen als in der ISO-Spezifikation gefordert. Dies erlaubt ein sehr exaktes Konfigurieren des Abtastzeitpunktes eines Bits – und zwar sowohl in der Arbitrierungsphase als auch in der Datenphase. Seitens der Bus-Interfaces ist für CANoe/CANalyzer-Anwender lediglich ein
neuer Treiber notwendig, der den ISO-Standard unterstützt;
dieser wird im zweiten Quartal 2015 zur Verfügung stehen.
Für ISO und non-ISO wird damit jeweils eine Treiber-Implementierung erhältlich sein, die beide von CANoe und CANalyzer 8.5 unterstützt werden.
Bild: Vector Informatik
Mixed-Signal-Oszilloskope
Für CAN FD und SENT
Bild: Yokogawa
Die von B-Plus entwickelte Messtechniklösung
Brick bietet modulare Kombinationsmöglichkeiten zur zuverlässigen Aufzeichnung und Verarbeitung von hohen Datenaufkommen im automobilen Messsystem. Ein typisches Einsatzgebiet ist die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen. Das modulare Brick-System wurde speziell für den Einsatz im Auto entwickelt, wobei der
Hersteller besonders auf eine lange Verfügbarkeit der Einzelteile achtet. Das Herzstück des Systems „Brick Core Com“ setzt den Fokus auf Kommunikationsschnittstellen und ist damit für Logging- und Distributionsaufgaben im Fahrerassistenz-Messtechnikumfeld prädestiniert, wobei
die Abmessungen dieses passiv gekühlten Herz-
Yokogawa erweitert seine Mixed-Signal-Oszilloskop-Serien DLM2000
(4-Kanal) und DLM4000 (8-Kanal) um neue Trigger- und Analyse-Optionen
für den Test von seriellen Automotive-Bussen der nächsten Generation.
Die neuen Optionen wurden speziell für die Messanforderungen von CAN
FD und SENT (Single Edge Nibble Transmission) entwickelt. Jetzt können
die Yokogawa-MSOs die Bussignale decodieren und die Ergebnisse in Echtzeit anzeigen. Viele dedizierte Trigger- und Suchfunktionen stehen zur
Analyse und Fehlersuche von Parametern zur Verfügung, die die Bus-Signale beeinträchtigen. Die MSOs der DLM-Serie von Yokogawa eignen sich
für derartige Analysen, da sie über einen flexiblen Speicher von bis zu
250 MPunkte und eine lange Aufzeichnungsdauer verfügen. Die Handhabung der langen Daten-Frames beim CAN-FD-Bus, bei dem sich die Bitrate
innerhalb eines Frames zudem flexibel ändern lässt, vereinfacht sich damit
deutlich. Weiter lassen sich Trenddaten über längere Perioden anzeigen,
beispielsweise bis zu 100 Sekunden Daten für SENT-Signale mit einer Dauer von einigen Mikrosekunden. Das DLM2000 ist ein 4-Kanal-MSO mit einer Bandbreite von 200 bis 500 MHz. Der vierte Kanal ist entweder als Analogeingang oder für die Erfassung von 8-Bit-Logik nutzbar. Beim DLM4000
handelt es sich um ein 8-Kanal-MSO, das als 350-MHz- oder 500-MHz-Modell mit einer Abtastrate von bis zu 2,5 GSample/s (Interleave-Modus) erhältlich ist. Es verfügt über acht analoge Eingangskanäle, wobei der achte
Eingangskanal auf Knopfdruck zu einem 8-Bit-Logikanalysator umschaltbar ist. Optional lassen sich weitere 16-Bit-Logikeingänge integrieren, sodass eine 24-Bit-Logikanalyse möglich ist.
96
Management Frisch vom Lederer
Vom Umgang mit Komplexität
Karikatur: Heinrich Schwarze-Blanke
Dr. Lederers Management-Tipps
W
enn Autos wegen Elektronikproblemen auf dem Standstreifen und in Werkstätten
stehen, ist das ärgerlich. Passiert das
gehäuft, ist es imagegefährdend und
exorbitant teuer. So geschehen in den frühen 2000er Jahren bei Neuanläufen von
Oberklasse-Fahrzeugen als Folge der
unterschätzten Komplexität der Elektronik. Der Vernetzungsgrad durch steuergeräteübergreifende Funktionen war
sprunghaft angestiegen, die dafür eingesetzten Entwicklungs- und Testmethoden
waren jedoch die alten, ausgerichtet auf
einzelne autonom arbeitende Steuergeräte. Ein Mismatch mit teuren Folgen.
Rückblickend lässt sich diese Diskrepanz leicht diagnostizieren. Doch wie sieht
es mit der Zukunft aus? Wir erleben heute wieder Komplexitätssprünge,wie bei
Fahrerassistenz-Systemen oder bei Hybridantrieben. Und wir erleben unglücklicherweise wieder, dass die angewendeten
Methoden überwiegend die alten sind, mit
der schon bekannten Folge: Die Komplexitätsfalle schnappt zu, die Mehrheit solcher Projekte ist im Krisenmodus. Überschreitungen der Entwicklungsbudgets
um den Faktor 3-6 gegenüber der Planung
sind an der Tagesordnung, Zittern um die
Termineinhaltung, Überstunden und
Wochenendarbeit ebenfalls.
Teile, herrsche und liefere
Mein Tipp: „Teile, herrsche und liefere“
war nicht nur zu Zeiten Machiavellis zielführend, sondern ist es auch heute für
den Umgang mit Komplexität. Konkret
heißt das:
• Richten Sie ein wirksames Systementwicklungsteam ein inklusive Domänenarchitekten, technischer Entscheidungskompetenz und Verantwortung für Validierung und Lieferung. Dafür brauchen
Sie Ihre besten Leute, dann das ist das
„Gehirn“ der Produktentstehung.
• Richten Sie kurze Release-Zyklen ein,
die nicht aufgeweicht werden dürfen und
zu denen jeweils ein zwar unvollständiger,
doch voll funktionsfähiger Produktstand
vorliegen muss.
• Vermeiden Sie hausgemachte Kompliziertheit – nicht zu verwechseln mit Komplexität –, indem Sie bei jeder technischen
Entscheidung fragen „Was kann weggelassen werden?“
Diese Prinzipien sind nicht neu, doch
sie werden kaum konsequent in der Praxis
umgesetzt. Allen Krisenprojekten, die ich
gesehen habe, hätten sie eine Menge Ärger
und „verbrannter Kohle“ erspart. Ich rate
Ihnen, damit loszulegen – der Business
Case ist eindeutig und Sie können nur
gewinnen. (av)
■
Autor
Dr. Dieter Lederer
Unternehmensberater, Keynote-Speaker
und Veränderungsexperte.
97
Verzeichnisse
Inserenten
AB Elektronik 48
59
Bergquist Berner & Mattner
69
Dräxlmaier49
dSPACE23
33
ESG ET System 67
ETAS
4. US
FEV 44
9
HBM Hottinger Baldwin
11
57
INGUN Ipetronik95
34/35
Keysight Klaric 73
27
Kostal LEAR 2. US
Maxwell 47
Mentor Graphics
75
Microchip 87
National Instruments
NOFFZ NXP Panasonic peiker acustic PLS QNX Renesas Electronics
Rohde & Schwarz SILVER ATENA 31
39
41
53
13
37
43
3
45
89
Softing5
60/61
Süddeutscher Verlag
Synopsys 65
25
TTTech Automotive TYCO 51
7
Vector Informatik
Volvo Cars Titelseite
Vötsch Industrietechnik
79
ZMDI21
ETAS68
Facebook6
FAW14
FEV12
Flexera68
12, 16, 68
Ford
Fraunhofer-Institut IAIS
68
Freescale
35, 42
Frost & Sullivan
11
GAC14
Garmin
12, 20
Geely
14, 16
General Motors
12, 72
Gigatronik68
Google
12, 20
Göpel Electronic
66
Great Wall
14
42, 68
Hammamatsu20
Haval14
Hella
12, 77
Honda80
Huawei12
Hyundai14
IAV68
Ibeo20
IBM12
IHS Automotive
42
IMA92
Infineon
8, 12, 68, 94
Ingun68
12, 68
Inrix
Intech68
Intel68
Intersil88
iSystem8
Jaguar77
Jambit68
JBL12
Joyson92
Kiekert14
Klaric95
Koito77
KPIT68
Kugler Maag Cie
68
LG14
Luxoft68
77
Magneti Marelli
Maxwell Technologies
50, 68
MB Tech/Akka
68
Melexis95
Mentor Automotive
68
MES68
Method Park
12
Micrel10
Microchip
10, 12, 77
Micronas94
Microsemi84
Mobileye24
42
Neusoft Automotive
NHTSA84
24, 68
Nvidia
NXP Semiconductors
12, 80
Opel
12, 68, 72
Open Synergy
68
Osram77
Otti8
Panasonic68
Panasonic Electric Works
54
Polytec PT
94
Porsche
46, 68
Preh
14, 92
Princeton Lightwave
20
PTC68
QNX68
Qualcomm12
Quanergy20
Quin92
Redbend68
Renault12
Renesas
10, 68
Rohm96
RT-RK12
SAIC14
Schaeffler12
Scienlab10
Sharp
68, 74
Siemens
8, 10, 68, 80
Smart12
Socionext68
Softing68
Ssangyong14
Strategy Analytics
20
SV-Veranstaltungen8
Synopsys68
Tasking68
Technisat Automotive
68
Telit95
Tesla20
Texas Instruments
68
Toshiba
38, 95
12, 77
Toyota
TRW
11, 12, 14, 68
12, 24, 32, 68
TTTech
Turck Duotec
58, 68
TÜV Süd
80
Twitter6
Ubitricity68
U-blox12
Unicontrol Systemtechnik
68
Valeo
12, 20, 68, 77
VDI-Wissensforum8
Vector Informatik
62, 68, 96
Velodyne20
Vodafone68
46, 68, 72, 77
Volkswagen
Volvo Car
8, 16, 68
Wind River
68
Yokogawa96
Zeiss8
ZF
11, 12, 14
Zinoro14
ZMDI94
Zuken68
ZVEI
6, 8
Herrmann, Joachim
Herrmann, Manfred
Herzog, Stephan
Hiebl, Johann
Hoheisel, Dr. Dirk
Hölk, Stephanie
Hörling, Petter
Hudi, Ricky
Huhn, Dr. Wolfgang
Hummel, Christoph
Jandu, Jonpaul
Keith, Marcus
Kellerwessel, Christof
Kiang, Lim Kok
Kiss, Dr. Miklos
Klein, Bernhard
Kohlschmidt, Peter
Krekels, Dr. Hans-Gerd
Kröger, Harald
Lang, Marc
Lederer, Dr. Dieter
Löwl, Wolfgang
Lundh, Lennart
Mak, Kevin
McAuslin, Allan
Meder, Klaus
Meier, Urs
Melin, Kent
Michels, Dr. Karsten
Milke, Ralf
Müller, Dr. Thomas M.
Müller, Matthias
Neuenhüskes, Klaus
Nikoleit, Lars
Ortmann, Dr. Stefan
Owens, Jeff
Patzer, Andreas
Plant, John C.
Ploss, Dr. Reinhard
Reger, Lars
Roesnick, Dr. Michael
Schleuter, Dr. Willibert
Schneider, Ingolf
Schneider, John
Selle, Wolfgang
Sheerin, Fionn
Sommer, Stefan
Stass, Stephan
Staudenmaier, Michael
Steiger, Gerhard
Steiner, Dr. Peter
Stolz, Oliver
Stützle, Dr. Rupert
Svensson, Henrik
Szentes, Attila
Tanneberger, Dr. Volkmar
Tarabbia, Jean-Francois
Vogel, Michael
Volm, Dr. Dieter
Vukotich, Alejandro
Wang, Jeff
Willikens, Axel
Wrobel, Heinz
Wrobel, Prof. Dr. Stefan
Yang, Ph. D. Chunyang
Yong, Prof. Lam Khin
Zeyn, Michael
Unternehmen
Apple
12, 16
ARM
42, 94
Audi
8, 10, 12, 14, 20, 24,
32, 46, 68, 72, 74, 77
Audi Electronics Venture
24, 68
Automotive Lighting
77
BAIC14
Baidu12
Batteryuniversity8
Berner & Mattner
12, 68
Bertrandt68
BMW
12, 14, 46, 68, 74, 77
BMW Brilliance
14
Bosch
6, 11, 14, 20, 28, 62, 68
Bosch Car Multimedia
68
Bowers & Wilkins
16
B-Plus 96
Brilliance14
Brose
14, 68
BYD14
Cadillac77
CEVT16
Changan14
Chery14
Cognivue42
80
Cohda Wireless
Continental
12, 14, 46, 50, 68
Cryptography Research
84
D2T Powertrain Engineering
12
Daimler
12, 20, 46, 68, 74, 77
Delphi
14, 20, 24, 68
Denso14
Digades68
Dongfeng14
dSPACE68
Eberspächer10
EDAG68
Elektrobit
8, 12, 68
Embedded Brains
20, 22
Emenda68
ESG68
E-Solutions12
Personen
Aigner, Ilse
Akerboom, Hans
Alvebratt, Ulf
Andersson, Dr. Mats
Arora, Prem
Dambacher, Frank
Davis, Douglas L.
Delagi, Gregory
Dobrindt, Alexander
Duba, Georg-Peter
Eimers-Klose, Dörte
Fatt, Prof. Yoon Soon
Finger, Michael
Franke, Dr. Uwe
Freeman, Drue
Frickenstein, Elmar
Göthel, Dr. Joachim
Grote, Christoph
Grotendorst, Jörg
Hackenberg, Prof. Dr. Ulrich
Hanebeck, Jochen
Hecht, Andreas
Helmrich, Klaus
98
8
12
16
16
84
68
68
68
20
24
68
12
50
68
12
68
68
68
8
10, 72
68
68
8
8
68
62
68
68
68
16
10
10
92
88
68
68
12
24
46
68
68
68
32
97
62
16
20
42
6, 68
68
16
68
68
16, 68
66
38
42
68
20
62
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