Ethernet im Auto – Revolution im Auto

Die Datenmengen im Auto schwellen immer mehr an. Deswegen tüfteln die Hersteller an neuen, breiteren Datenautobahnen, die ihre Fahrzeuge durchziehen.

Veröffentlicht am 15.10.2013

 

Jetzt soll der nächste Schritt folgen. Das Ethernet. Schon bei der nächsten Generation des BMW 7ers soll es so weit sein. Das große Ziel ist das autonome Fahren.

Zuerst die Parkgarage, dann die Autobahn

Apps, Integration des Tablet-PCs, Vogelperspektiven-Kameras und selbständiges Bremsen und Anfahren im Stopp-and-Go-Verkehr. Moderne Autos können immer mehr und sind mittlerweile zu Rechenmaschinen geworden, von denen Konrad Zuse nicht zu träumen gewagt hätte. Inzwischen sind in Oberklassen-Limousinen, wie dem BMW 7er oder der S-Klasse rund 100 Steuergeräte verbaut, die ein immer größeres Daten-Volumen generieren. Außerdem mutiert das Auto mittlerweile zunehmend zu einer rollenden Multimedia-Einheit. Für das ganz große Ziel der von Mercedes, BMW, Tesla & Co, dem autonomen Fahren müssen die Bits-und-Byte-Ströme deutlich anschwellen.

Eine Grafik zum Ethernet
Das Ethernet ersetzt die meisten BUS-Systeme

Damit dies alles möglich ist, müssen alle Sensoren und Assistenzsysteme im Auto zusammenarbeiten. Angefangen von den Parkpiepsern bis hin zur Stereo-Kamera. Die ersten Schritte zum Autopiloten sind schon in Vorbereitung: Das Valet-Parken, bei dem das Auto in der Parkgarage selbständig rangiert, ist nur noch wenige Jahre entfernt. Dann ist die Autobahn dran. Audi-Chef Rupert Stadler rechnet damit, dass bis zum Ende des Jahrzehnts das autonome Fahren auch in der Stadt realisierbar sein wird. Deswegen sind hohe Übertragungsraten für die Fahrzeuge der Zukunft ein Muss.

Revolution im Auto

Die Lösung kennt jeder PC-Nutzer aus dem Büro und der Einbindung seines Rechners in ein Netzwerk mit einem Kabel: das Ethernet. Mit dieser schnellen Übertragungstechnik können bis zu 100 Mbit/Sekunde durch das Kabel gejagt werden können. Das ist rund zehn Mal so viel, wie ein Flexray-Bus-System bewältigen kann. Damit wäre die immer anspruchsvoller werdende Kommunikation zwischen den verschiedenen Elementen des rollenden Computers Automobil vereinfacht und auch schnell genug. Hersteller wie Mercedes – bei der neuen S-Klasse – und BMW – beim neuen X5 – verwenden schon länger Teile des superschnellen Netzwerkes.

Grafik zu den vernetzten Komponenten in einem Auto
Vernetzte Komponenten im Auto 3.0

Zumeist allerdings nur zu Diagnose-Zwecken oder, wie beim BMW, für die Heckkamera. Die nächste Generation des 7ers, der 2105/16 erscheinen wird soll komplett mit diesem Netzwerk ausgerüstet sein. Für Dr. Kirsten Matheus, die bei BMW die Ethernet-Strategie verantwortet, ist die Umrüstung des Datenübertragungs-Netzes nichts weniger als „eine Revolution im Auto“.

Weniger Gewicht, geringere Kosten

Die Vorteile dieser neuen Verbindungstechnik sind vielfältig. Da das Ethernet schon seit langem in der Computer-Technik eingesetzt wird, kann man auf bekannte Basis-Software zurückgreifen und muss diese nur noch an die automobilen Anforderungen beziehungsweise Prozessoren anpassen. Auch der Kabelsalat des Bordnetzes, eines der teuersten und schwersten Bauteile, des Autos wird drastisch reduziert. Auch wird die Bus-Melange aus CAN-, MOST- und Flexray-Bus, die sich momentan im Auto befindet, zum großen Teil überflüssig werden. Lediglich der CAN-Bus wird für Spezialaufgaben mit kleineren Datenmengen, wie etwa Lenkwinkel- oder Raddrehsensoren, weiterexistieren. Damit sinken die Kosten sowie das Gewicht und letztendlich auch der Verbrauch.

Grafik zur Vernetzung der Sensoren und Assistenzsysteme
Die Vernetzung der Sensoren und Assistenzsysteme

Durch den schnellen Datenfluss kann auch der Antriebsstrang besser angesteuert werden, was ebenfalls zu einer Verbrauchsreduzierung führt. Die Fehlerdiagnose geht ebenfalls schneller von statten. Für den Fahrer bietet das Automobil mit Ethernet-Netzwerk einige Vorteile und Extras: Das Netzwerk kann relativ problemlos mit mobilen Geräten kommunizieren. Also kann auch das Bild der Rückfahrkamera auf das Smartphone übertragen werden. Dazu muss der Fahrer nicht im Auto sitzen. Auch die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen wird dann reibungsloser von statten gehen.

Genaue Abstimmung

Um das zu realisieren, muss ein Datenübertragungs-Standard für die Automobilindustrie gefunden werden, um die Kosten zu senken. Der aktuelle IEEE 802.3-Standard wird vom amerikanischen Halbleiterhersteller Broadcom dominiert, die Automobilisten wollen aber eine offene Version, an der viele mitentwickeln können, um die Kosten zu senken. Ähnlich wie das beim Betriebs-System Linux der Fall ist. Ein Konsortium bestehend aus den großen Autobauern, Halbleiterherstellern und den Top-Zulieferern bastelt jetzt an der Umsetzung der neuen Datenautobahn. Einfach herkömmliche Haushaltskabel in das Auto zu stecken, funktioniert nicht: Zu dick aufgrund der Isolierung und auch zu teuer. Die Isolierung ist aufgrund des elektromagnetischen Impulses nötig, denn eine solche Datenübertragung auslöst. „Es muss sichergestellt sein, dass die Datenübertragung via Ethernet nicht Systeme – wie zum Beispiel das ESP – beeinflusst aufgrund von elektromagnetischen Effekten“, erklärt Thomas Hogenmüller, Teamleiter Elektronik-Architekturentwicklung bei Bosch.

Audi zeigte autonomes Fahren auf der CES 2013
Audi zeigte autonomes Fahren auf der CES 2013

Gewichtreduktion von bis zu 50 Prozent

Die Ingenieure haben den gordischen Knoten der Datenübertragung durchschlagen, indem sie auf eine Kabelart zurückgegriffen haben, die eigentlich für lange Wege und eine Datenrate von 250 MegaBits pro Sekunde konzipiert ist. In einem Automobil muss statt hunderten von Metern nur eine Gesamtlänge von rund zehn Metern überbrückt werden. Da der Datenstrom auf 100 Mbits pro Leitung zurückgedreht und zudem nicht die volle Bandbreite, die das Kabel hergibt, genutzt wird, kann man sich die teure und schwere Ummantelung sparen. Damit wird auch das Signal an sich, sicherer gegen Störungen. Ein weiterer positiver Faktor ist, dass im Gegensatz zu haushaltsüblichen Netzwerkkabeln nur ein Leitungspaar statt zweien verwendet wird. Die Gewichtsersparnis im Vergleich zu einer herkömmlichen MOST-BUS-Leitung beziffert Bosch-Mann Hogenmüller auf bis zu „50 Prozent“.

Firewalls notwendig

Diese Dialogfreude kann auch beim intelligenten Laden eines Elektromobils genutzt werden. Einmal an das Ladegerät angeschlossen, beginnt der Stromfluss nicht einfach. Erst nachdem sich das Automobil mit der Ladestruktur abgestimmt hat, startet das Stromtanken. So kann eine Überlastung des Netzes durch zu viele gleichzeitige Ladevorgänge vermieden werden. Auch die Car2Car-Kommunikation und auch die Einbindung des Autos in das Internet profitieren von der Umstellung. Damit kommt natürlich die Datensicherheit ins Spiel. Dafür werden Firewalls eingerichtet und dafür gesorgt, dass verschiedene Bereiche des Autos und damit des Bordnetze  – zum Beispiel das ESP – und die Multimedia-Einheit nicht miteinander kommunizieren. Was die Datendurchsatzraten anbelangt, ist das Ende der Fahnenstange noch lange nicht erreicht. Kirsten Matheus rechnet mit „Übertragungsraten im Gigabit-Bereich“.

 


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