Automobile Datennetzwerke
Nervensystem des vernetzten Fahrzeugs
Wie Automotive Ethernet und 5G dem autonomen Fahren den nötigen Antrieb geben können.
Der Mensch ist ein komplexes Wesen: Unser Gehirn sendet Signale an unsere Muskeln aus, die das Nervensystem überträgt. Gleichzeitig werden Impulse, die wir über unsere Sinnesorgane wahrnehmen, durch die Nerven an unser Gehirn weitergegeben. Somit können wir in und mit unserer Umwelt kommunizieren, agieren und reagieren. Das autonome Fahren funktioniert ähnlich: Das Auto muss auf äußere Einflüsse reagieren und gleichzeitig mit seiner Umgebung kommunizieren. Eine wichtige Voraussetzung dafür sind neben dem Gehirn in Form von leistungsstarken, im Fahrzeug verteilten Rechnern und Tastsinnen wie Sensoren das Automotive Ethernet sowie leistungsstarke 5G-Kommunikationssysteme. Das Automotive Ethernet bildet das Nervensystem, die Antenne(n) sozusagen Ohren sowie den Mund und helfen, die Zukunft des autonomen Fahrens zu verwirklichen.
Sicherheit im vernetzten Fahrzeug kommt von innen
Wie auch beim menschlichen Organismus, muss ein autonomes Fahrzeug von innen heraus sicher sein und eigenständig funktionieren. Das vollautomatisierte und hochautomatisierte Fahren muss Sicherheitseigenschaften mit seiner eigenen Sensorik und Aktorik selbstständig bewältigen, ohne auf Daten von anderen Verkehrsteilnehmern oder der Infrastruktur angewiesen zu sein. Das Fahrzeug benötigt daher Daten von Sensoren und ein agiles Nervensystem, das die Informationen an die im Fahrzeug verteilten Recheneinheiten verteilt. Dieses steht in Form des Automotive Ethernet zur Verfügung. Dieses bietet sich für Automobilhersteller dabei als Nervensystem an, da die aus der IT stammende Technologie sich bereits bewährt hat. Sie erfüllt die Anforderungen der Automobilbranche in Bezug auf Übertragungsraten, Fehlertoleranz und vor allem auch Sicherheit. Zudem gilt Ethernet als zukunftssicher, was gerade im Hinblick auf das autonome Fahren wichtig ist.
Hohe Datenraten und Zuverlässigkeit als wichtige Kriterien
Das Automotive Ethernet ermöglicht es, hohe Datenraten innerhalb des Autos zu übertragen. Derzeit sind automobile Datennetzwerke mit Geschwindkeiten von bis zu 10 GBit/s verfügbar. Erste Lösungen, wurden bereits auf der diesjährigen CES in Las Vegas gezeigt. Die hohen Bandbreiten und eine schnelle Signalverarbeitung sind dabei essenziell für das autonome Fahren. Wichtig ist, dass das Ethernet ausfallsicher ist und zuverlässig arbeitet. Dafür setzt man zum Beispiel auf redundante Kabelstränge, die einen Teilausfall kompensieren und den Weiterbetrieb des Gesamtsystems sicherstellen. Eine weitere Methode, um die Zuverlässigkeit des Ethernets zu erhöhen, ist die ringförmige Anordnung der Kabel. So können die einzelnen Komponenten auch im Falle eines Komplettausfalls an einem Punkt des Ringes weiterhin miteinander kommunizieren.
Eine wichtige Aufgabe des Ethernets ist es, sicherheitskritische Daten der Fahrzeugsensoren schnell und zuverlässig an die Recheneinheiten zu liefern, sodass das Fahrzeug beispielsweise selbstständig im urbanen Stadtverkehr agieren kann. Aber auch andere Daten werden für das autonome Fahren benötigt, vor allem für die Erhöhung des Fahrkomforts. Sie kommen von der Antenne des Autos. Auch die Ethernet-Technik muss bestimmten Anforderungen entsprechen, um externe Daten schnell an den Rechner im Fahrzeug liefern zu können. Antennen sind bereits heute ein wichtiger Bestandteil des vernetzten Fahrens. Von ihnen werden empfangene Signale anderer Fahrzeuge oder der Infrastruktur über das Ethernet und eine Konnektivitätsplattform an die Rechnergehirne des Autos geliefert. Diese sogenannte vorverarbeitete Sensorik ist damit so etwas wie das Sprachrohr des vernetzten Fahrzeugs, mit dem es mit seiner Umwelt kommunizieren und Signale empfangen aber auch aussenden kann. Die empfangenen Signale dienen der Komforterhöhung, etwa wenn eine frühzeitige und somit sanftere Bremsung eingeleitet werden soll, weil ein vorausfahrendes Fahrzeug per Funk einen Bremsvorgang meldet. Ein anderes Beispiel ist ein Rettungswagen, der vorausfahrenden Autos per Funk sein Kommen meldet, damit diese frühzeitig eine Rettungsgasse bilden können.
Diese Sensordaten werden heute stark vorverarbeitet übertragen, da nicht viel Bandbreite zur Verfügung steht. Die aktuell nutzbare Bandbreite pro Fahrzeug beträgt nur einige hundert Kilobit. Das reicht derzeit noch aus, jedoch nicht mehr für das autonome Fahren. Denn dann müssen Fahrzeuge mehr Sensordaten teilweise auch unvorverarbeitet empfangen können, was eine größere Bandbreite unausweichlich macht. Die Idealvorstellung ist, dass Fahrzeuge Sensordaten in dem Maße empfangen können, wie auch eigene Daten vorhanden sind, also als Rohdaten. Jeder OEM wird hier seine eigenen, markenprägenden Algorithmen implementieren, was nur funktioniert, wenn er auf Sensorrohdaten zugreifen kann – sowohl die eigenen, als auch die der Umgebung. Dafür werden jedoch signifikant höhere Datenströme benötigt – bis hinein in den Gigabitbereich. Auch weitere Szenarien, bei denen große Mengen an Daten übertragen werden müssen, sind für das autonome Fahrzeug wichtig. Etwa das Herunterladen von aktuellem, hochauflösenden Kartenmaterial, das auch tagesaktuelle Baustellen und Behinderungen beinhaltet, auf die das Fahrzeug reagieren muss.
- Nervensystem des vernetzten Fahrzeugs
- Frequenzbereich muss ausgeweitet werden
- Statements von Vitel und Here Technologies
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