In den letzten Jahren sind die Anzahl elektronischer Sicherheitssysteme im Fahrzeug und die Komplexität bei der Vernetzung und Kommunikation dieser Systeme stark angestiegen. Dieser Trend wird sich in den nächsten Jahren weiter fortsetzen. Konventionelle Architekturen werden diesen Anforderungen nicht mehr gerecht. Aus diesem Grund wurden Domain-Modell-Architekturen erarbeitet, die diese große Komplexität bewältigen können und gleichzeitig ein hohes Maß an Flexibilität bieten. Das neue zentrale Rechnerkonzept „Safety Domain ECU“ mit offener System-Architektur integriert die Funktionen mehrerer Steuergeräte und reduziert schrittweise elektronische Redundanzen und Kosten.
Der Autor Dr. Hans-Gerd Krekels ist Director Technology Strategy & Core Electronics/Portfolio Director Integrated Electronics bei TRW Automotive, Koblenz
Während Software und Hardware in der Vergangenheit stark miteinander verknüpft waren, hat TRW, weltweit tätiger Anbieter von aktiven und passiven Sicherheitssystemen, erkannt, dass beide in Zukunft stärker voneinander unabhängig werden müssen. Dementsprechend hat der Spezialist für intelligente, sogenannte kognitive Sicherheitssysteme eine neue Art von Kontrolleinheit – die Safety Domain ECU (SDE) – entwickelt. Das System besteht aus einem leistungsfähigen, skalierbaren Mikroprozessor mit einer offenen Software-Architektur auf Autosar-Basis und bündelt Funktionen für Chassis, Fahrwerk und die Steuerung von Fahrerassistenzsystemen. Aufgrund der Prozessorkapazität und der hohen Flexibilität können Software-Module sowohl von Fahrzeugherstellern als auch von Drittanbietern integriert werden, so dass Fahrzeughersteller eigene Sicherheits-, Kontroll- und dynamische Funktionen entwickeln können, um für ihre Fahrzeuge ein Alleinstellungsmerkmal zu erzielen.
Aufgaben der Domain Controller
Den Beginn dieses Domain-Ansatzes markierte vor einigen Jahren die Zusammenführung von Sensorfunktionen in Clustern, mit denen die Gesamtzahl einzelner Sensoren reduziert werden konnte. Das Ergebnis sind fortschrittliche Systeme wie die Airbag-Regeleinheit, die neben einer Reihe von Pre-Crash-Funktionen für die Insassensicherheit auch Trägheitssensoren zur Stabilitätskontrolle integriert und dadurch zusätzlich zur Kosteneinsparung auch weitere Vorteile für die passive Sicherheit der Fahrzeuginsassen bietet. Die Entwicklung solcher Domain Controller wird durch verschiedene Faktoren vorangetrieben: durch eine verstärkte Nachfrage nach fortschrittlichen Sicherheitsfunktionen, stetige Kostenreduktion und – auf der Chassis-Seite – eine Arbitrierung zwischen Systemen wie Bremsen, Lenkung und Fahrwerk zur Optimierung des Fahrverhaltens. Die Abstimmung und Optimierung des Fahrverhaltens wird durch eigene Softwarefunktionen der Fahrzeughersteller bestimmt und daher auch als „DNA“ des Fahrzeugs bezeichnet. Für die Integration dieser sogenannten „Black-Box-Software“, bei der der Programmcode für den Zulieferer unkenntlich bleibt, wird eine flexible Architektur benötigt. Während Standardsysteme wie Airbags und Antischlupfregelung – mit einer Ausstattungsrate nahe 100 % – unter steigendem Kostendruck stehen, werden bei diesen neuen Systemen mit Ausstattungsraten um 20 % Flexibilität und Offenheit benötigt. Dies kann nur durch leistungsstarke, skalierbare Mikroprozessoren erreicht werden. Um dem Kostendruck bei Standardsystemen auf der einen Seite und der Flexibilität bei den neuen Funktionen auf der anderen Seite gerecht zu werden, können Standardsysteme von den optional zu integrierenden Funktionen getrennt werden, die in separaten elektronischen Systemen nur bei Bedarf ins Fahrzeug integriert werden.
Sicherheitsintegration
Vor diesem Hintergrund lassen sich drei Generationen an Chassis Controllern identifizieren: Die erste Generation wurde bereits in einigen Oberklassefahrzeugen eingeführt. Sie ermöglicht die Arbitrierung von Fahrzeugdynamiken sowie einige fortschrittliche passive und aktive Sicherheitsfunktionen. Allerdings beinhalten die Systeme dieser Generation Fahrzeugbasisfunktionen, deren zusätzliche Steuergeräte in allen Fahrzeugen installiert werden – unabhängig davon, ob ihre eigentlich innovative Funktionalität benötigt wird oder nicht. Für mittlere bis kleine Fahrzeuge bedeutet dies eine hohe Kostenbelastung. TRW verfolgt daher einen anderen Ansatz: Während Airbag- und Antischlupfregelsysteme in ihren etablierten Hard- und Software-Paketen bleiben, werden nur die zusätzlichen Funktionen und Fahrerassistenzsysteme in Optionsboxen zusammengefasst. Diesen Ansatz kann man als Chassis Controller der zweiten Generation bezeichnen – bei TRW wird er SDE der ersten Generation genannt. Der erste SDE-Controller soll 2013 für das Modelljahr 2014 in Serie gehen. Im Fokus stehen dabei die Kollisionsminderung beziehungsweise eine Verbesserung der aktiven Sicherheitssysteme durch zusätzliche Umgebungssensoren und eine hohe Interaktion zwischen den Aktuatoren. Diese Generation basiert auf einer größeren Anzahl von Sensoren, einer höheren Ebene der Datenfusion zwischen diesen Sensoren, einer Arbitrierung zwischen den Chassis-Systemen (mit einer höheren Anforderung an die Prozessorleistung) und dem Bedarf nach einer Flexibilität in der elektronischen Architektur – letzteres um den verschiedenen Kombinationen aus Systemen und Funktionen mit unterschiedlichen Ausstattungsraten gerecht zu werden. Denn bisher existierende Sicherheits- oder Chassis-Systeme können eine Datenfusion und Aktuator-Kontrolle nur mit signifikant höheren Kosten erreichen. In einer dritten Generation der Chassis Controller wird das Niveau der Sensorfusion noch weiter erhöht, mit dem Ziel einer 360°-Erkennung der Umgebung. Fortschrittliche Funktionen wie Kollisionsminderung, semi-autonomes oder sogar vollständig autonomes Fahren sollen ebenfalls integriert werden. TRW geht davon aus, dass die Nachfrage nach Assistenzsystemen dieser Art ab 2015/2016 so groß sein wird, dass sie in neuen High-End-Fahrzeugen zum Einsatz kommen könnten. Zudem ist ein höherer Grad der Aktuator-Kontrolle in Verbindung mit der elektronischen Integration von aktiven und passiven Sicherheitssystemen zu erwarten.
Vertikaldynamische Arbitrierung
Die erste SDE-Anwendung wird eine vertikaldynamische Arbitrierung, Fahrerassistenzfunktionen sowie Leistungsstufen für eine einfache Fahrwerkskontrolle umfassen. Das System wird in einem für Wärmeableitung optimierten Aluminium-Druckguss-Gehäuse untergebracht. Aufgrund der offenen SDE-Architektur, die es ermöglicht, Kontrollalgorithmen unter Erfüllung der neuen Sicherheitsnorm ISO26262 von Fahrzeugherstellern und Drittanbietern – sogar von direkten Wettbewerbern – zu integrieren, erwartet TRW weitere Aufträge und eine engere technische Zusammenarbeit mit seinen Kunden.
TRW; Telefon: 0261 895-0; E-Mail: hans-gerd.krekels@trw.com
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