Hersteller wollen Hoheit über die Software

Vom Automobil als Device auf vier Rädern ist schon lange die Rede. Dieser Trend bedeutet auch eine Verschiebung der Gewichte in Richtung Software. Sie wird bestimmen, was ein Fahrzeug den Insassen bieten kann, und wie der Kunde das Automobil erlebt. Dort sehen auch die Automobilhersteller die Möglichkeit zur Differenzierung.

Parallel geht es im Fahrzeug durch Assistenzsysteme und Vernetzung immer komplexer zu. In Fahrzeugen seien oft mehr als 100 Controller, über 1000 Funktionen und mehr als 200 Millionen Zeilen Softwarecode zu finden, berichtete Aptiv-CTO Glen de Vos jüngst bei der CES. Aktuell seien innerhalb des Fahrzeugs oft bereits Übertragungsraten von 500 Megabit pro Sekunde erforderlich.

Der Wunsch nach Differenzierung durch per Software definierte Funktionen und die Komplexität zwingen Entwickler dazu, bisherige Elektronikarchitekturen über den Haufen zu werfen. Bislang haben die meisten Sensoren und Aktoren wie Kameras, Lidar- oder Radarsensoren jeweils eigene relativ intelligente Steuergeräte mit einer für die Anwendung maßgeschneiderten Software. Die Steuergeräte werten oft schon die Daten von Kamera oder Lidar aus und geben nur noch das Ergebnis weiter, etwa welches Objekt sie entdeckt haben.

Mit solchen fixen Kombinationen aus Sensor, Steuergerät und spezifischer Auswertesoftware bleibt den Automobilherstellern praktisch keine Flexibilität, um individuelle Funktionsweisen zu programmieren oder ein Over-the-Air-Softwareupdate durchzuführen. Die Software lässt sich auch nicht für andere Funktionen wiederverwenden, weil sie nicht modular (diensteorientiert) aufgebaut wurde. Solch eine Mehrfachnutzung spart nicht nur Geld und beschleunigt die Entwicklung. Sie erhöht auch die Qualität, weil die Module sich bereits in der Praxis als fehlerfrei gezeigt haben.

Deshalb richten sich Entwickler mittlerweile an zwei Prinzipien aus: Hard- und Software trennen – man kann die Hardware mit verschiedenen Programmen oder Betriebssystemen betreiben. Und: Trennung von Input/Output von der Auswertung: Sensoren schicken also ihre Massen an Rohdaten an leistungsfähige Zentralrechner, wo sie ausgewertet werden.

Diese Entwicklung ist bereits im Gang. „BMW setzt bereits seit Jahren Zentralrechner ein, die komplexe Funktionen bündeln. In den kommenden Architekturgenerationen wird sich dieser Trend weiter fortsetzen“, erläutert etwa Stefan Juraschek, Vice President E/E Architecture, System Functions, Cyber Security BMW Group. Im nächsten Schritt sollen die schon existierenden Zentralrechner für Body und für Infotainment weitere Funktionen von Steuergeräten übernehmen.

„Die Anzahl an Steuergeräten, die komplexe Funktionen verarbeiten, werden wir in Zukunft weiter stark reduzieren. Unser Ziel ist es, übergreifende Funktionswirkketten auf wenigen leistungsstarken Zentralrechnern zu bündeln und das möglichst in Eigenentwicklung“, betont Juraschek. Mit diesem Ansatz könne BMW „in unseren zukünftigen E/E Architekturen wesentlich schneller neue Funktionen umsetzen“. Mit dem Operating System 7.0 führte BMW beispielsweise bereits die Möglichkeit zum Over-the-Air-Update ein.

Continental hat ein System mit Zentralrechnern gerade im VW ID.3 in Serie gebracht. Dort arbeitet ein High-Performance-Computer mit weiteren Zentralrechnern zusammen. „Wir sind derzeit auch mit weiteren Automobilherstellern im Gespräch für Server-basierte Architekturen. Der Wandel hin zu einer Elektronikarchitektur, die auf wenigen Zentralrechnern beruht, wird von der gesamten Branche vorangetrieben“, betont Andreas Greff, der bei Continental die Elektronikarchitekturen verantwortet. Dabei ist ein Ansatz die Domänen-Architektur wie etwa bei BMW, bei der jeweils ein Zentralrechner für eine bestimmte Gruppe von Funktionen zuständig ist wie Infotainment oder Body.

Zunehmend wird auch in Richtung sogenannter Zonenarchitekturen gedacht. Dabei wird das Fahrzeug in Zonen, beispielsweise Quadranten, aufgeteilt. Und in jedem der Bereiche übernimmt ein Zonen-Controller zentrale Aufgaben. „Beispielsweise können sie die Gateway-Funktion oder Stromverteilung in einem physikalisch abgegrenzten Bereich im Fahrzeug übernehmen und insbesondere auch die Steuerung von Sensoren oder Aktuatoren“, erklärt Andreas Greff. Aptiv-CTO Glen de Vos kündigte kürzlich an, 2022 den ersten Zonen-Controller auf den Markt zu bringen.

Die veränderten Architekturen lassen auch die Anforderungen an die Kabelbäume im Automobil steigen. Es müssen mehr Daten transportiert werden und die Echtzeitanforderungen steigen. Erreicht werden müssten Latenzzeiten von weniger als zehn Millisekunden, berichtet etwa Mike Potts, Lead System Architect beim Vernetzungs- und Antennenspezialisten Molex. Als Gründe für die höheren Datenraten nennt Potts etwa, dass häufiger hochauflösende Kameras zum Einsatz kommen, die 60 Bilder pro Sekunde aufnehmen. Auch neue Lidar-Typen, welche die Umgebung noch exakter scannen sorgen für größere Datenmassen.

Die Lösung sehen Automobilhersteller und -zulieferer im zunehmenden Einsatz von Automotive-Ethernet als Übertragungsstandard innerhalb des Automobils, wie eine Recherche von Automobilwoche bei den Unternehmen zeigt. Mike Potts geht davon aus, dass der Ethernet-Einsatz im Fahrzeug zügig um 40 Prozent zunehmen wird.

Dabei kommt Ethernet nicht nur dort zum Einsatz, wo Übertragungsraten im Gigabitbereich gefordert sind, die klassische Busse wie LIN, CAN oder Flexray nicht bieten können. BMW etwa arbeitet „eng mit der IEEE und Halbleiterherstellern daran, auch 10-Megabit-Ethernet ins Fahrzeug zu bekommen, um Legacy-Busse abzulösen“, so Stefan Juraschek. Mit Legacy-Bussen sind althergebrachte Busse wie CAN gemeint.

Lesen Sie auch:

Software macht den entscheidenden Unterschied

Neue Zentralcomputer brauchen bessere Prozessoren

"Einzelne Recheneinheit kann zum Flaschenhals werden"

NXP übernimmt Ethernet-Spezialist Omniphy

Aus dem Datencenter:

Prognose globaler Zulieferer-Markt für Assistenz- und Komfort-Systeme 2019 bis 2025