Software-defined Vehicle: einfach machen!

Schon im Automobil von heute – noch viel mehr aber in den vernetzt miteinander kommunizierenden, autonom fahrenden Software-defined Vehicles (SDVs) von Morgen – bildet die Elektrisch/Elektronische-Architektur (E/E-Architektur) das zentrale Nervensystem des Fahrzeugs, das alle elektronischen Systeme und Funktionen steuert und vernetzt.

Sie umfasst Steuergeräte (ECUs), Sensoren, Aktoren, Verkabelung und Software, die zusammenarbeiten, um sicherheitskritische, komfort- und leistungsbezogene Funktionen zu ermöglichen, wie etwa Antriebssteuerung, Fahrerassistenzsysteme und Infotainment. Traditionell war – und z.T. gilt: ist! – die E/E-Architektur bis dato stark dezentralisiert, mit vielen spezialisierten ECUs, die über verschiedene Bus-Systeme miteinander kommunizieren.

Diese Architektur wird sich in Zukunft durch zunehmende Zentralisierung und Virtualisierung jedoch grundlegend verändern: Statt zahlreicher spezialisierter Steuergeräte werden wenige, leistungsstarke Zentralrechner die meisten Aufgaben übernehmen, was die Komplexität verringert und die Flexibilität erhöht. Software-Updates over-the-air (OTA) werden es beim SDV ermöglichen, Funktionen ohne physische Eingriffe zu erweitern oder anzupassen. 

Zukünftige E/E-Architekturen werden daher nicht nur leistungsfähiger und effizienter, sondern auch sicherer sein müssen, um den wachsenden Anforderungen an Cybersecurity in vernetzten Fahrzeugen gerecht zu werden. Insgesamt wird die E/E-Architektur eine Schlüsselrolle dabei spielen, die Entwicklung hin zu vernetzten, autonomen und elektrifizierten Fahrzeugen zu unterstützen und voranzutreiben.

Denn eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung dieser Technologien ist die Komplexität der Systeme. Um all den genannten Herausforderungen zu begegnen, setzen Automobilhersteller zunehmend auf vereinfachte Elektrische/Elektronische (E/E) Fahrzeugplattformen, die die Entwicklung und Integration neuer Funktionen möglichst erleichtern sollen.

Um sicherzustellen, dass diese neuen Funktionen sicher und zuverlässig sind, müssen Automobilzulieferer wie etwa Aptiv – gemessen am Umsatz einer der 20 größten Zulieferer der Automobilindustrie mit Standorten auf der ganzen Welt, aber Hauptsitz im irischen Dublin – ihre Produkte daher frühzeitig und häufig testen. Laut eigener Auskunft auf der Homepage hat sich Aptiv dem Vorhaben verschrieben, "den Übergang zu Software-definierten Fahrzeugen zu ermöglichen, die von elektrifizierten und intelligent vernetzten Architekturen unterstützt werden".

Dabei nutzt Aptiv Ansys-Tools, um die Sicherheitsbewertung ihrer "Advanced Driver Assistance Systems" (ADAS)- und autonomen Systeme durchzuführen. Ein zentrales Element dabei ist das zentrale Fahrzeugsteuergerät (CVC), das als Gehirn des Fahrzeugs fungiert und die Befehle in physische Aktionen umsetzt. Die Software Ansys medini analyze wird eingesetzt, um die Sicherheit der Systeme während des gesamten Entwicklungsprozesses zu bewerten und mögliche Fehler oder unerwünschte Bedingungen zu identifizieren.

Ein zentraler Aspekt der Arbeit von Aptiv ist zudem die Analyse von Hochfrequenzgeräten, insbesondere von Antennen in Radarsensoren. Diese Antennen senden Signale aus, empfangen deren Reflexionen und ermöglichen so die Objekterkennung. Durch Simulationen kann Aptiv die Leistung solcher Hochfrequenzanwendungen effektiv testen. "Wir arbeiten im Hochfrequenzbereich, etwa bei 77 GHz", sagt Roshin George, leitender Antennenentwickler bei Aptiv. "Etwas zu entwerfen oder Prototypen bei diesen Frequenzen auszuprobieren, ist also sehr mühsam oder fast unmöglich, würde ich sagen. Ich glaube nicht, dass unser Projekt innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens abgeschlossen werden kann, wenn wir keine Simulationswerkzeuge hätten. Das ist sehr wichtig."

Infineon, ein führender Anbieter von Energiesystemen und IoT-Lösungen im Automotive-Sektor, nutzt ebenfalls Simulationen, um die Entwicklungskomplexität in Elektrofahrzeugen zu bewältigen. Insbesondere bei der Entwicklung von Traktionswechselrichtern und Leistungsmodulen spielen thermische Effekte eine große Rolle. Die Simulation hilft, diese Effekte zu analysieren und das Wärmemanagement zu optimieren, was wiederum entscheidend für die Leistung und Reichweite eines Elektrofahrzeugs ist.

Generell verwendet Infineon Ansys-Tools wie Ansys Twin Builder, Ansys SCADE, Ansys HFSS oder Ansys Fluent, manche davon zur Modellierung und Simulation von Elektrik/Elektronik-Architekturen, um Designprozesse zu beschleunigen und Komplexität zu reduzieren. Dies ermöglicht präzisere Vorhersagen und Optimierungen der Systemleistung. Bei Software-defined Vehicles kommen Infineon-Chips in zentralen Steuergeräten, Mikrocontrollern und für die Kommunikation zwischen Sensoren und Aktoren zum Einsatz, die die Grundlage für automatisiertes Fahren und Over-the-Air-Updates bilden.

Aptiv und Infineon sind zwei Beispiele, die anschaulich zeigen, dass Simulationen in der Automobilindustrie unverzichtbar geworden sind, um die komplexen Systeme moderner Fahrzeuge zu entwickeln und zu testen. So helfen sie, Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren. Denn so viel ist sicher: Die Digitalisierung und Elektrifizierung von Fahrzeugen nimmt gerade erst Fahrt auf – und wird die Notwendigkeit für gleichsam einfachere wie leistungsstärkere E/E-Architekturen in den kommenden Jahren erst noch richtig verstärken.

Wer mehr über die beiden genannten Ansys-Partner Aptiv und Infineon erfahren will, schaut sich am besten Folge 9 unserer erfolgreichen Videoclipreihe "Driven by Simulation" an - mit dem Titel: "Making Meaningful Connections Down the Road".