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Mit Automotive Ethernet zum vollständig autonomen Fahren

| Autor / Redakteur: Steven B. Carlson* / Johann Wiesböck

Die 802-Netzwerkstandards von IEEE ebneten den Weg für globale Innovation und Konnektivität und spielen auch im Bereich Automotive Ethernet eine wichtige Rolle.

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Steven B. Carlson: Vorsitzender P802.3ch Multi-Gig Automotive Ethernet PHY Task Force und Beyond 10 Gb/s Automotive Electrical PHYs Study Group.
Steven B. Carlson: Vorsitzender P802.3ch Multi-Gig Automotive Ethernet PHY Task Force und Beyond 10 Gb/s Automotive Electrical PHYs Study Group.
(Bild: IEEE)

Vor nicht allzu langer Zeit im Jahr 2008 war der Begriff „Automotive Ethernet“ in der Ethernet-Netzwerkgemeinschaft sowie in der Automobilindustrie weitestgehend unbekannt. Einige wegweisende Automobilhersteller hatten beschlossen, den Standard 100BASE-TX als Datenschnittstelle für Diagnosen und Firmware-Updates im Auto zu verwenden. Die Datenschnittstelle wurde jedoch ausschließlich im Ruhezustand des Autos und nicht während der Fahrt verwendet.

Seit 2008 entwickelte sich Automotive Ethernet jedoch zu einem weltweit etablierten Begriff. Daraufhin hat die IEEE 802.3 Ethernet-Arbeitsgruppe eine Reihe anwendungsspezifischer Standards zur Unterstützung der Automotive-Vernetzung entwickelt.

Fünf Jahre später, im Jahr 2013, wurde 100BASE-T1 (100 MBit/s über ein einzelnes symmetrisches Leiterpaar) für rückseitig niedrig auflösende Kameras eingeführt. Die Anzahl der Ethernet-Ports in den Fahrzeugen lag zwischen 1 und 10. Die Einführung von 1000BASE-T1 im Jahr 2019 (1 GBit/s über ein einzelnes symmetrisches Leiterpaar) erforderte Kameras mit höherer Auflösung sowie allgemeinen Datentransport und Backbone. Die Anzahl der Ethernet-Ports in den Fahrzeugen lag erneut im Bereich von 1 bis 10.

In den nächsten Jahren werden mehr Geräte für Gateways, Infotainment und Benutzeranzeigen mit einer Portanzahl von 10 bis 50 verfügbar sein. Bis 2024 werden 2.5, 5 und 10GBASE-T1 unkomprimierte 4K-Kameras mit hoher Bildrate, zusätzlichen Backbones und fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (unter anderem mit Funktionen wie adaptive Geschwindigkeitsregelung, Spurhaltung, Vermeidung von Kollisionen vorne, hinten, seitlich und zum autonomen Einparken) integriert. Dies ist der nächste und ein entscheidender Schritt in Richtung vollständig autonomer Fahrzeuge.

Dabei im Fokus steht der Übergang zu autonomen Fahrzeugen der Autonomiestufe 3 und höher, also der Übergang von teilautomatisiertem Fahren zu automatisiertem Fahren. Die Autonomiestufe 3 umfasst eine Bedingungsautomatisierung, sodass der Fahrer das System nicht permanent überwachen muss, sondern nur nach einer Aufforderung des Systems handeln muss. Die Autonomiestufe 4 beinhaltet vollautomatisiertes Fahren, sodass der Fahrer nicht mehr auf den Verkehr und die Umgebung achten muss.

Bei diesen Stufen wird die elektronische Architektur in eine zonale oder zentralisierte Architektur verwandelt, in der die Funktionen aus vielen Domänen in einer kleinen Anzahl von Prozessoren auf Supercomputerebene konsolidiert werden. Diese sind durch Ethernet mit Datenraten von 25, 50 und 100 GBit/s verbunden.

Alle Ethernet-Datenraten bezüglich des Automotive Ethernets werden für Sensoren, Kameras, Aktuatoren, Bildverarbeitungssysteme, Flugdatenschreiber und Redundanz verwendet. Die Anzahl der Ports liegt dann bei deutlich über 100 Ports pro Auto und ermöglicht früher oder später die Autonomiestufe 5. Diese umfasst das vollständig autonome Fahren, bei dem es keinen Fahrer mehr gibt und alle Insassen als Passagiere gelten.

In den letzten Jahren ist Ethernet in fast alle Bereiche des Autos vorgedrungen. Wirft man einen Blick auf die Luft- und Raumfahrtindustrie, stellt man fest, dass die Hersteller von Verkehrsflugzeugen in den letzten zehn Jahren auf Ethernet umgestiegen sind und nun von geringeren Kosten, stärkerer Leistung und geringerem Gewicht profitieren. Wenn Autohersteller in den nächsten zehn Jahren Fahrzeuge mit den Autonomiestufen 3, 4 und 5 ausliefern möchten, müssen sie ihre Kommunikationsplattform auf Ethernet aufbauen.

* Steven B. Carlson ist Executive Secretary der IEEE 802.3 Ethernet Working Group sowie President und Owner von High Speed Design Inc. (HSD), einem Beratungsunternehmen, das sich auf eingebettete Netzwerke für industrielle Steuerungsanwendungen konzentriert. Darüber hinaus bietet HSD Produktdesign, Unternehmensberatung und IP-Services.

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