Um steigenden Marktanforderungen gerecht zu werden, stehen der Automobilindustrie zahlreiche technische Möglichkeiten zur Verfügung. Verbesserte Sensoren, hohe Rechenleistung und Software ermöglichen die Entwicklung intelligenter Fahrzeuge, die sich beispielsweise durch höhere Betriebssicherheit und innovative Features beim autonomen Fahren auszeichnen. So lassen sich Kundenwünsche im Bereich Komfort adressieren und die Bedienung des Fahrzeugs wird weiter vereinfacht. Gleichzeitig muss die Automobilindustrie die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen bedienen. Gesetzliche Bestimmungen, staatliche Förderungen sowie sinkende Kosten für Batterien verstärken diesen Trend. Zudem sollen 5G und andere drahtlose Technologien zur Datenübertragung Fahrzeuge mit hoher Bandbreite künftig ans Netz anbinden. Die Vision des autonomen Fahrens nimmt Gestalt an.
Durch all diese Faktoren beschleunigen sich die Zyklen der Produktentwicklung. Monolithische Konzepte, bei denen die Systeme als Einheit aus Hardware und Software betrachtet werden, können hier nicht mehr Schritt halten. Der Grund dafür liegt in ihrer schwer zu handhabenden technische Komplexität über den ganzen Produktlebenszyklus eines Fahrzeugmodells hinweg. Es ergibt keinen Sinn mehr, für jede neue Funktionalität ein eigenes elektronisches Steuergerät (Electronic Control Unit – ECU) zu entwickeln, in dem Hardware und Software untrennbar miteinander verknüpft sind.
Technologiebremse Komplexität
Die Komplexität verlängert die Entwicklungszeiten und neue Modelle werden oft mit Verzögerung auf den Markt gebracht. Die Folge sind wirtschaftliche Verluste und verpasste Wachstumschancen. Die Hauptursache dafür ist die Tatsache, dass Software, die untrennbar mit der Hardware verbunden ist, nicht mehrfach verwendet werden kann. Ein solches „Recycling“ ist aber essenziell, um auf bereits entwickelte und bewährte Funktionsmodule zurückzugreifen. Zudem sind im Rahmen monolithischer Ansätze entworfene Komponenten nur schwer zu montieren und eignen sich nicht für automatisierte Prozesse. Auch in der Postproduktion lassen sich die Funktionen nicht ohne Weiteres aktualisieren. Um neue Lösungen schneller zu verwirklichen und über den ganzen Lebenszyklus eines Fahrzeugtyps hinweg optimieren zu können, sollten Softwareentwickler und Konstrukteure die folgenden drei Paradigmen für die Architektur einer Fahrzeugelektronik beachten:
1. Abstraktion von Soft- und Hardware macht Funktionen wiederverwendbar
Während die Ablösung der Hardware von der Software auf den meisten IT-Plattformen bereits üblich ist, wird dieses Konzept nun auch in der Automobilindustrie immer wichtiger. Ein weiterer Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass kontinuierliche Release- und Update-Zyklen für Hardware und Software, wie man sie etwa von Smartphone-Apps kennt, möglich werden.
2. Signale und Daten von der Datenverarbeitung trennen
Wichtig ist auch, den Input und Output – also die Signale und Daten, die ein Fahrzeugsystem sendet beziehungsweise empfängt – von der Informationsverarbeitung zu trennen. Das heißt: Alle physischen Verbindungen zu peripheren Sensoren und Geräten werden in einer Architektur erfasst und ihre Steuerungsfunktionen in Zonen-Controllern gespeichert, die von den Rechensystemen in den Domänen-Controllern separiert sind. Ein Zonen-Controller versorgt Sensoren und weitere Geräte mit Strom. Eine Datenschnittstelle übernimmt den Informationsfluss. Die Verbindung zu den Domänen-Controllern erfolgt über eine einzige Backbone-Verbindung. Diese physisch einfache Lösung lässt sich leichter skalieren.
3. Vorbild Cloud: Priorisierte Bereitstellung von Kapazitäten
Zudem kommt es darauf an, die für das Fahrzeug benötigten Ressourcen situationsgerecht und gezielt bereitzustellen. Dazu zählen beispielsweise Rechenleistung, Arbeitsspeicher und die Kapazitäten für die Grafikverarbeitung. Auch dafür ist es dringend notwendig, Input und Output sowie die Datenverarbeitung voneinander zu trennen. Das System muss selbst erkennen können, welche Funktionen es wann mit welcher Priorität bedient. So werden den Anwendungen für Fahr- oder Betriebssicherheit im Bedarfsfall mehr und bevorzugte Ressourcen zur Verfügung gestellt als dem Infotainment.
Eine Software-definierte Architektur bedingt eine tiefgreifende Umstellung der Entwicklungsprozesse, die sich nur schrittweise erreichen lässt. Aber der Aufwand lohnt sich. Allein durch die Trennung von Hardware und Software können Unternehmen fortschrittliche Funktionalitäten entwickeln und einen hohen Grad an Automatisierung erreichen. Das versetzt sie in die Lage, nachhaltige, zukunftsorientiert vernetzte, sichere und intelligente Fahrzeuge zu bauen.
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