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Vernetzte E-Mobilität Datenmanagement in den Fahrzeugarchitekturen von morgen

Daten sind der neue Treibstoff der Mobilität: Intelligente Konnektivitätskonzepte ermöglichen die ACES-Megatrends im Automobil.

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Benzin und Diesel waren die Kraftstoffe des ersten Automobil-Jahrhunderts; Strom und Daten werden uns in Zukunft voranbringen.
Benzin und Diesel waren die Kraftstoffe des ersten Automobil-Jahrhunderts; Strom und Daten werden uns in Zukunft voranbringen.
(Bild: © TE Connectivity)

ACES – das sind die vier aktuellen Megatrends der Automobilindustrie: Automated, Connected, Electrified, Shared Mobility. Das Fahrzeug von morgen wird über viele Fahrerassistenzsysteme verfügen, eng vernetzt mit seiner Umgebung sein, einen effizienten E-Motor besitzen und von vielen Fahrern genutzt werden. Damit all das funktioniert sind Daten notwendig.

Mehr Funktionen bedeuten dabei: Immer mehr Daten müssen in zuvor unvorstellbarer Menge und Geschwindigkeit an unterschiedlichen Orten im Fahrzeug erhoben und verarbeitet werden.

Sicherheitskritische Entscheidungen, zum Beispiel ein Bremsmanöver einleiten oder einem Fußgänger ausweichen, müssen innerhalb von Sekunden getroffen werden. Fehler dürfen nicht passieren.

Einsatzbereiche Datenkonnektivität

Im Rahmen der generellen Fahrzeugsteuerung unterscheiden wir drei Anwendungskategorien: Sicherheit, Komfort und Effizienz. Außerdem drei physikalische Kategorien:

  • Zwei-Wege-Vernetzung zwischen Fahrzeug und Umgebung
  • innerhalb des Fahrzeugs
  • zwischen Fahrzeug und Insassen.

Für durchgängige Datenkonnektivität müssen Informationen über alle Konnektivitätspfade erhoben und von allen Anwendungen genutzt werden können.

Die Datenübertragung mit hohen Geschwindigkeiten stellt wiederum erhebliche Herausforderungen an Fahrzeugarchitekturen, Kommunikationsprotokolle und Komponentendesign.

Konnektivitätsherausforderungen im Automobil

Es existiert eine große Variabilität von Datendienststrategien und Übertragungsprotokollen; zwischen den Herstellern und innerhalb des Fahrzeugs selbst. Hinzu kommt die große Vielfalt drahtloser (mittels Antennen) und drahtgebundener (z.B. differenziell, geschirmt und ungeschirmt, koaxial und faseroptisch) Verbindungstechnologien.

Hohe Geschwindigkeit: In fahrzeuginternen Kommunikationsarchitekturen betragen die Geschwindigkeiten bereits heute bis zu 12 Gbps. Mit der zunehmenden Integration von ACES-Funktionen wird die Geschwindigkeit mit der kritische Entscheidungen getroffen werden können weiter steigen, verbunden mit höheren Bandbreiten, Datenmengen und niedrigeren Latenzen.

Haltbarkeit und Zuverlässigkeit: Selbst in einer vollelektrischen Hochstromumgebung muss die Datenkommunikation reibungslos funktionieren. Datenverbindungen müssen strengste EMV-Anforderungen erfüllen und temperatur- und rüttelbeständig sein.

Platzsparend und flexibel: Verbindungen müssen sich gut in existierende Architekturen integrieren lassen, miniaturisiert und gewichtssparend sein und in verteilten wie zentralisierten Systemen leistungsstark funktionieren. Noch höher sind die Anforderungen in neuen Architekturen mit Hochgeschwindigkeits-Rechenclustern zur Signalverarbeitung, zum Beispiel in Anwendungen mit Sensor-Fusion.

Integrierte Datenkonnektivitätslösungen

Angepasste Integrations-Konzepte für die drahtgebundene und drahtlose Kommunikation: Sie kombinieren alle Hauptmedien (differenziell, koaxial, faseroptisch) und Übertragungstechnologien zu Hochgeschwindigkeitsdatenlösungen.

Simulationsmodelle für alle beteiligten Komponenten ermöglichen bereits im Vorfeld das Berechnen der Kanaleigenschaften abhängig von den Anforderungen. Außerdem lassen sich damit miniaturisierte und modulare Designs entwickeln, für die optimale Integration in existierende und künftige Architekturen. So kann zum Beispiel der miniaturisierte „MATE-AX“ Koaxial-Steckverbinder bei verbesserter Leistung den Platzbedarf auf der Platine um 75 Prozent reduzieren, verglichen mit traditionellen FAKRA-Komponenten.

Der neue miniaturisierte „MATEnet“ Automotive-Ethernet-Steckverbinder ermöglicht das effiziente Verkabeln für die nahtlose Integration physikalischer Link-Technologien in ECU-Schnittstellen in komplexen Hochgeschwindigkeits-Netzwerkarchitekturen.

Antennensysteme und drahtlose Konnektivitätstechnologien sind die Basis der externen Kommunikation für Rundfunk-, Mobilfunk- und künftige Telematik- und V2X -Dienste. Hocheffiziente Systeme integrieren Antennen und Transceiver in einer kompakten Einheit; sind weniger komplex und benötigen weniger Bauraum – bei gleichzeitig höherer verfügbarer Leistung.

Zu den Produkten für Konnektivität zählen auch neue Multi-Gigabit-Ethernet-Steckverbinder für Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbps sowie über 20 Gbps. Sie kommen zum Einsatz im Rahmen von Sicherheitsfunktionen, Redundanzkonzepten, hochauflösenden Kameras und Displays beim autonomen Fahren.

Alle genannten Produkte müssen härtesten automobilen Einsatzbedingungen standhalten und geltende Normen erfüllen, zum Beispiel die LV214 und USCAR; zudem alle Umweltschutzregularien. Außerdem müssen sie nach den strengen Signalintegritätsanforderungen und auf elektromagnetische Verträglichkeit getestet werden.

Fazit

Je mehr Funktionen Sicherheit, Komfort und Effizienz im E-Fahrzeug steigern sollen, desto komplexer werden die Entscheidungswege und desto „intelligenter“ müssen die Fahrzeugarchitekturen sein. Dies macht Daten zum „Betriebsstoff“ der E-Mobilität der Zukunft: von einfachen Entscheidungen, wie dem Warnton bei offener Tür, über komplexe automatisierte Ausweichmanöver, zum Beispiel wenn Objekte den Fahrweg blockieren, bis hin zur Kommunikation mit Verkehrsschildern und vielem mehr – während gleichzeitig auf den Rücksitzen modernes Infotainment aktuelle Filme liefert.

Hierfür müssen riesige Datenmengen schnell, oft sogar in Echtzeit, reibungslos und belastbar erhoben, kommuniziert und verarbeitet werden.

Diese Herausforderungen sind alles andere als trivial. TE Connectivity (TE) entwickelt gemeinsam mit Kunden, Herstellern und OEMs in unterschiedlichen automobilen Anwendungen und Einsatzfeldern die passenden Anwendungen für die Fahrzeugarchitekturen der Zukunft.

TE Connectivity ist Eigentümerin oder Lizenznehmerin der folgenden Marken: TE Connectivity, MATE-AX und MATEnet. Andere Produkt- oder Firmennamen können Marken der jeweiligen Eigentümer sein.

USCAR ist eine Marke.

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