Ohne Zulieferer  und Dienstleister  geht es nicht

Die Akzeptanz und das Interesse für das vollautomatisierte Fahren steigen. Einer aktuellen Studie des Capgemini Research Institute mit Hauptsitz in Paris zufolge blicken 59 Prozent aller weltweit und 65 Prozent der in Deutschland befragten Verbraucher mit positiven Erwartungen auf das Thema autonomes Fahren.

Die Akzeptanz und das Interesse für das vollautomatisierte Fahren steigen. Einer aktuellen Studie des Capgemini Research Institute mit Hauptsitz in Paris zufolge blicken 59 Prozent aller weltweit und 65 Prozent der in Deutschland befragten Verbraucher mit positiven Erwartungen auf das Thema autonomes Fahren. Mehr als die Hälfte der Befragten ist außerdem bereit, bis zu 20 Prozent mehr für ein autonomes Fahrzeug zu bezahlen als für ein Standardmodell. In Deutschland sind es sogar 61 Prozent. Die Befragten erwarten durch das autonome Fahren zudem Kraftstoffverbrauchsvorteile, geringere CO2-Emissionen und Zeitersparnis.

Weltweit soll sich der Anteil der Verbraucher, der sich in selbstfahrenden Autos fortbewegen möchte, in den nächsten fünf Jahren von 25 auf 52 Prozent verdoppeln. Bis 2029 ziehen sogar 62 Prozent der befragten Verbraucher ein selbstfahrendes Auto einem traditionellen Fahrzeug vor, so die Studie. Selbst in Deutschland, wo momentan nur 17 Prozent der Befragten in ein autonomes Fahrzeug einsteigen würden, liegt der Anteil in zehn Jahren bei 61 Prozent. In China sind es bis 2029 sogar 72 Prozent.

Das macht deutlich, dass die Verbraucher dem vollautomatisierten Fahren im täglichen Leben zukünftig einen großen Stellenwert einräumen. Zudem zeigt das Ergebnis der Studie aus meiner Sicht auch eine erhebliche Portion Vertrauensvorschuss, den die Autofahrer der Technik und damit den Entwicklern der Systeme geben. Diesem muss die Branche von Anfang an durch durchdachte Lösungen Rechnung tragen, um die Kundenerwartungen nicht zu enttäuschen.

Bei der technischen Umsetzung der neuen Fahrfunktionen wird es für die OEM einmal mehr nicht ohne die spezifische Expertise von Zulieferern und unabhängigen Entwicklungsdienstleistern gehen – zu komplex sind die Aufgabenstellungen und zu umfangreich die Arbeitsinhalte, die hinter der Entwicklung stehen. Der Stellenwert der Lieferanten und Dienstleister wird damit künftig weiter steigen.

In der diesjährigen Ausgabe des OEM Supplier haben wir wieder einige neue Ansätze auf dem Feld des automatisierten Fahrens zusammengetragen. Hinzu kommen Artikel und Interviews zu den anderen aktuellen Themen der Automobilentwicklung, wie der Elektrifizierung des Antriebs, innovative Entwicklungs-, Test- und Produktionsverfahren oder die Emissionsreduzierung. Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre und bedanke mich bei allen Autoren für ihre Mitarbeit. Wenn Ihnen die aktuelle Ausgabe gefallen hat, kann ich Ihnen heute bereits zusagen, dass wir für das Jahr 2020 wieder eine Ausgabe des OEM Supplier planen. Ich lade Sie herzlich ein, als Autor mitzuwirken.

Editorial Goroncy

OEM Supplier

Elektronik

Automatisierungs-Software  für die Annotation von Sensordaten

„Ground-Truth-Informationen“ sind maßgebend für die erfolgreiche Entwicklung des autonomen Fahrens.

„Ground-Truth-Informationen“ sind maßgebend für die erfolgreiche Entwicklung des autonomen Fahrens. Schätzungsweise werden bei der Erprobung aktueller Assistenzsysteme pro Fahrzeug und Tag über 100 TB Daten aufgezeichnet. Bertrandt entwickelt Technologien, um diese Datenmenge performant zu verwalten und zu analysieren.

Die Funktionsweise der Fahrerassistenzsysteme auf dem SAE-Level 3 und höher basiert auf dem Zusammenspiel vielzähliger Sensoren. Die Absicherung der Funktionalität wird durch den Abgleich der Messungen dieser Sensoren mit der zugrundeliegenden wahren Information erreicht, auch „Ground-Truth-Information“ genannt. Um die erforderliche Absicherungsgüte zu erreichen, wird eine große Datenmenge benötigt. Diese beträgt meist mehrere hundert Millionen Kamerabilder – typischerweise insgesamt 10 000 Stunden Messfahrt bei einer Datenrate von 30 Bildern pro Sekunde.

Die Generierung dieser Informationen wurde bisher, auf Grund der hohen Anforderungen an die Datenqualität und -sicherheit, von geschultem Personal durch manuelles Annotieren der Sensor-Rohdaten durchgeführt. Mit immer größer werdenden Datenmengen und immer besser arbeitenden Algorithmen in Kombination mit günstiger Computing-Power wird diese Vorgehensweise in Zukunft weder zeitlich effizient sein, noch kostentechnisch attraktiv bleiben. Daher entwickelt Bertrandt eine benutzerfreundliche, frei-konfigurierbare und performante Software auf Cloudbasis, um die Annotation von Kameradaten so weit wie möglich zu automatisieren. Das Tool greift auf die Hilfe von Machine-Learning-Algorithmen wie Convolutional Neural Nets (CNN) für Objekterkennung zurück. Zusätzlich werden Objekt-Tracking-Algorithmen aus dem Bereich OpenCV verwendet.

Die Genauigkeit der Machine-Learning-Algorithmen im Bertrandt-Labeling-Tool steht im Vordergrund, um Objekte wie Verkehrsschilder oder Verkehrsteilnehmer auf einem Bild oder einer Bildsequenz sicher zu lokalisieren und zu klassifizieren. Für diesen Anwendungsfall eignen sich insbesondere F-RCNN (Faster Region Proposal CNN), erweitert um verschiedene Backbone-Netze wie ResNet oder Inception. Daher wurde genau diese Kombination auch für das Bertrandt-Tool verwendet.

Das Labeling-Tool von Bertrandt wird zukünftig ein Trainingskonzept, welches das automatische Auf- oder Neutrainieren bereits vorhandener neuronaler Netze ermöglicht. Das Nutzen bereits vorhandener, vortrainierter Netze bietet den Vorteil, dass wesentlich weniger annotierte Daten benötigt werden, um neue Merkmale (Features) zu erlernen. Das Trainieren unserer neuronalen Netze erfolgt in einer Cloud-Umgebung mit speziell dafür ausgelegter Hardware. Hauptmerkmale wie hohe Computing-Power mit dedizierten Grafikkarten der neuesten Generation und die Anbindung an skalierbare Cloud-Speicher erlauben ein performantes und zeiteffizientes Lernen. Die so gewonnenen Trainingsstände können kundenspezifisch festgehalten werden. Sie erlauben zukünftig eine effizientere Anwendung durch das Auftrainieren neuer Merkmale, anstatt das komplette Lernen mit altbekannten Merkmalen neu durchzuführen. Nach abgeschlossenem Training können neue Daten vollautomatisch annotiert werden.

Wegen der größer werdenden Datenmengen und dem zunehmenden Einsatz an Algorithmen wird das manuelle Annotieren von Daten künftig nicht mehr rentabel sein.

16:9

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Yusuf Erdogan ist Leiter Analytics bei Bertrandt.

Connected Car im Kontext von Fahrzeug-  und Software-Entwicklungszyklen

Connected Car ist bereits gelebte Realität, aber die durchgängige  digitale Vernetzung steht teilweise noch am Anfang. Autos können sich  in naher Zukunft gegenseitig vor Gefahrenstellen warnen, aktiv an  der Stauvermeidung mitwirken und neue digitale Services wie erweiterte Entertainment-Funktionen bereitstellen.

Connected Car ist bereits gelebte Realität, aber die durchgängige digitale Vernetzung steht teilweise noch am Anfang. Autos können sich in naher Zukunft gegenseitig vor Gefahrenstellen warnen, aktiv an der Stauvermeidung mitwirken und neue digitale Services wie erweiterte Entertainment-Funktionen bereitstellen.

Die OEMs werden künftig ein breites Spektrum an Services und Applikationen von Assistenz- und Entertainment-Systemen bis hin zur Fernsteuerung von Fahrzeugfunktionen anbieten. Dies hat nach unserer Einschätzung eine unmittelbare und gravierende Auswirkung auf die Themen Fahrzeug- und Software-Entwicklung“, erklärt Simon Fleischer, Teamleiter Software Engineering bei Consol in München.

Eine aktuelle Herausforderung stellt vor allem die Entkoppelung der Zyklen für softwareseitige Entertainment- und Digital-Funktionalitäten von den Fahrzeugentwicklungszyklen dar. Smartphones etwa sind bereits nach zwei Jahren veraltet, Autos werden aber durchschnittlich circa zehn Jahre gefahren, das heißt, die heute übliche Praxis, im Fahrzeug einmalig Entertainment- und Digital-Funktionen bereitzustellen, führt schnell zu unerfüllten Kundenerwartungen durch vergleichsweise veraltete Services.

Ein Lösungsansatz ist dabei die Modularisierung, also die Entwicklung einfach und kostengünstig austauschbarer Entertainment-Systeme. Allerdings ist dieser Weg künftig eher unwahrscheinlich, da Display-Systeme gleichzeitig Entertainment- und Fahrzeug-Funktionen unterstützen. Eine andere Möglichkeit bietet die Auslagerung von Funktionen, Funkschnittstellen und der Rechenkapazität auf externe Geräte wie Smartphones, wie es zum Beispiel bei Apple CarPlay und Android Auto geschieht. Dies bringt jedoch nicht nur Vorteile mit sich. So ist eine tiefe Integration in die Fahrzeugelektronik nicht oder nur eingeschränkt möglich, was zu Komforteinbußen führt. Zudem muss ein weiteres Gerät angeschafft, gewartet und auch im Fahrzeug befestigt werden.

Da die Hardware nur mit sehr hohem Aufwand und damit hohen Kosten für den Kunden ausgetauscht werden kann, muss darauf geachtet werden, dass sie einerseits möglichst universal einsetzbar ist. Schließlich werden sich die Anforderungen der Software an die Hardware ändern und beispielsweise auch alternative Bedienkonzepte – zum Beispiel Sprache und Gesten – noch mehr zum Einsatz kommen. Andererseits steigen die Erwartungen der Kunden hinsichtlich Aktualisierungen der Software.

Das Paradigma, dass ein Auto einen gewissen Lieferumfang von Features hat, welcher sich über den Lebenszyklus des Fahrzeugs nicht ändert, wird aus Sicht von Consol mindestens in Bezug auf Entertainment-Funktionalität nicht mehr aufrechterhalten. „Es wird Updates geben, die nicht nur Fehler beheben, sondern auch eine vorher nicht vorhandene Funktionalität mitbringen“, so Fleischer. „Der Problematik der dann eventuell erforderlichen Leistungssteigerung muss proaktiv durch den Einsatz von Elektronik mit Leistungsreserven und durch besonders effizient auf die Bordelektronik abgestimmte Programmierung begegnet werden. Hier sind Hersteller mit hoher Fertigungstiefe, also Hersteller, die keine fertigen Onboard-Units einbauen, sondern selbst den gesamten Software-Lifecycle steuern, im Vorteil.“

Das breite Spektrum an Assistenz- und Entertainment-Systemen hat eine unmittelbare und gravierende Auswirkung auf die Fahrzeug- und Software-Entwicklung.

Entwicklungs-Tools

Automotive

Connectivity (Bussysteme, Telekommunikation, 4G / 5G, WLAN)

Der digitalisierte Außenspiegel – intuitiv, clever und sicherer

Die Digitalisierung des Außenspiegels erfordert ein komplexes Zusammenspiel zwischen Mensch und Maschine. HMI-Experten und Systementwickler aus der Vorentwicklung der ESG MOBILITY haben sich des Spiegels angenommen und ihm ein digitales Pendant mit neuen Features verpasst.

Egal welches Smartphone, egal von welchem Hersteller – die grundlegende Mensch-Maschine-Schnittstelle ist markenübergreifend fast überall gleich. Anders im Fahrzeug, denn wo man bei dem einen Hersteller auf dem Touchdisplay wischen muss, reagiert die Schnittstelle eines anderen Herstellers auf Drücken und Drehen oder verzichtet zugunsten der Sprache gleich ganz auf ein klassisches Interface. Das ist auch wenig verwunderlich, denn dank der vielen Möglichkeiten, der rasanten Entwicklung vom Fahrzeug zum rollenden Endgerät und einer Unmenge an neuen Schnittstellen zu Drittanbietern ist ein ganzheitliches Konzept eine echte Herausforderung.

Noch komplexer wird es, wenn man sich dem automatisierten Fahren zuwendet. Während es sich bei vielen Infotainmentfunktionen um nützliche Spielereien handelt, wird es im automatisierten Fahrzeug von morgen hochsensible Fahrfunktionen geben. Dabei wird der Wechsel ins autonome Zeitalter nicht von heute auf morgen erfolgen, sondern der Fahrer gibt die Kontrolle nur Schritt für Schritt an die Maschine ab. Das heißt aber auch, dass er noch für eine lange Zeit im Bedarfsfall die Kontrolle von der Maschine zurück übergeben bekommt. Gerade bei solchen automatisierten Fahrfunktionen kommt der Mensch-Maschine-Schnittstelle entscheidende Bedeutung zu.

Früher war es einfacher: Gas, Bremse, Kupplung – egal welches Auto, die Bedienung war vertraut. Beim hochautomatisierten Fahren kann nur eine intuitiv verständliche und nach einheitlichen Standards gestaltete Schnittstelle dafür sorgen, dass Fahrer genau wissen, wann, wo und wie sie ihr Fahrzeug wieder übernehmen müssen. Und dies gilt nicht nur für das automatisierte Fahren. Natürlich sollen sich die Fahrzeuge verschiedener Hersteller über das User-Interface differenzieren können. Das grundlegende Konzept sollte aber dennoch möglichst einheitlich sein und wenig Interpretationsspielraum bieten. Ein Maßstab für gute Usability lässt sich folgerichtig im Buchtitel „Don’t make me think!“ des UX-Visionärs Steve Krug wiederfinden. Das Anknüpfen an gelernte Muster ist dabei eine wichtige Komponente. Wenn neue Technik ihren Weg ins Auto findet, dann möglichst auf eine Weise, die keine große Umstellung erfordert. Dabei können Konzepte aus der Welt der Smartphones oder der Sprachassistenten genauso einfließen, wie das Anknüpfen an bereits vorhandene Fahrzeugfunktionen, die nun ein neues Gewand bekommen. Um dies zu demonstrieren, eignet sich die Funktionalität einer Komponente wie des Außenspiegels sehr gut.

Im Wesentlichen besteht der adaptive, digitale Außenspiegel von ESG MOBILITY aus einer hochauflösenden Kamera, welche an der Seite des Fahrzeugs angebracht wird, einem Anzeigebereich im Dashboard und einem Blickerfassungssystem. Letzteres ist erforderlich, um einen großen Nachteil konventioneller Kamera-Monitor-Systeme auszugleichen. Anders als bei einem klassischen Spiegel ist der sichtbare Bildausschnitt bei solchen Systemen nämlich sehr statisch. Um dies zu ändern, hat das Team einen intuitiven Ansatz gewählt, den wir als Autofahrer heute bereits gewöhnt sind. Durch Bewegen des Kopfs ändert sich der Sichtbereich genauso, wie man es von einem konventionellen Außenspiegel kennt. Wird vom System etwa eine Kopfbewegung nach links oder rechts erkannt, passt sich das Kamerabild entsprechend an und ermöglicht den Blick auf Objekte außerhalb des ursprünglichen Sichtbereichs. Die Position der Kamera muss hierzu nicht verändert werden. Es wird lediglich der Ausschnitt eines hochaufgelösten Kamerabilds verschoben. Somit ist auch ein Verstärkungsfaktor denkbar, durch den vergleichsweise kleine Kopfbewegungen für eine Verschiebung ausreichen würden. Bewegt man den Kopf auf das Bild zu, kann ein digitaler Zoom realisiert werden. Aus Sicht der User Experience ist der adaptive, digitale Außenspiegel eine clevere Lösung, denn der Fahrer kann auf seine gewohnten Verhaltensmuster zurückgreifen und muss kein weiteres System erlernen.

Neue Wege gehen und auf Bewährtes setzen

Gerade beim Rangieren und Einparken kommen die Vorteile des adaptiven Spiegels zum Tragen. Mit dem digitalen Pendant zum klassischen Spiegel öffnet sich darüber hinaus ein vollkommen neues Feld an Funktionen, die den Fahrer unterstützen können, denn der geringere Luftwiderstand am Fahrzeug und das Einsparen mechanischer Teile sind bei weitem nicht die einzigen Vorteile:

<ul><li> Objekte in der Umgebung, welche die volle Aufmerksamkeit des Fahrers erhalten sollen, können mit ins Bild eingeblendeten Grafiken verdeutlicht werden (Augmented Vision).</li><li>Eine digitale Repräsentation der Außenwelt ermöglicht Nachtsichtfunktionen.</li><li>Bei Rangiervorgängen kann eine weitere Kamera am Fahrzeug oder Anhänger zugeschaltet werden.</li></ul>

Egal wie lange es noch dauert, Gemeinsamkeiten in Sachen Usability über alle Hersteller hinweg zu finden, oder wie schwierig der Weg dorthin sein wird, der digitale adaptive Außenspiegel zeigt, wenn auch nur im Kleinen, auf was es in der Zukunft ankommt: Den Menschen in den Mittelpunkt stellen und die Maschine danach ausrichten.

<a href="http://www.esg-mobility.com">www.esg-mobility.com</a>

Der klassische Außenspiegel: ESG entwickelt einen digitalen Nachfolger, der  an Altbewährtes anknüpft.

Die Digitalisierung des Cockpits eröffnet neue Möglichkeiten  für die Sicht nach hinten. Die User Experience muss dabei sorgfältig geprüft werden.

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Dr. Bernhard Wandtner ist Experte für Mensch-Maschine-Interaktion und User Experience bei ESG MOBILITY.

Fahrerassistenzsysteme / Automatisiertes Fahren

Trends wie Vernetzung und das automatisierte Fahren führen heutige dezentrale Steuergerätearchitekturen an Grenzen. Mit leistungsstarken Vehicle Computern und dem künftigen Standard AUTOSAR Adaptive ist eine Lösung in Sicht. Diese Lösung wird den Markt für Automotive-Software grundlegend verändern. Bosch und ETAS haben bereits ein Software-Framework für die neuen E/E-Architekturen samt Early Access Program aufgelegt. Frühstarter können sich damit ab sofort in die Entwicklungsabläufe der Zukunft einarbeiten.

Die Fahrzeuge der Zukunft werden im Internet of Things (IoT) vernetzt sein, bei Bedarf automatisiert fahren und eine große Auswahl an Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenantrieben bieten. Doch bei der Umsetzung dieser Systeme stoßen heutige E/E-Architekturen mit teils über 120 hoch spezialisierten, dezentralen Steuergeräten (ECUs) an ihre Grenzen.

Mit jeder neuen Funktion steigt auch die Komplexität des Systems. Zudem sind immer öfter mehrere Domänen gemeinsam an neuen Funktionen beteiligt. Die Folge: Der Umfang an Software schwillt unaufhörlich an. Schon heute sind es über 100 Millionen Lines of Code – hundert Mal mehr als im Space Shuttle und über viermal so viel wie in einem Verkehrsflugzeug. Experten bei Bosch und ETAS gehen davon aus, dass durch die Verbindung mit dem Internet und die (teil-)automatisierten Fahrfunktionen der Umfang der Automotive-Software von heutigen 8 MB um den Faktor 10 000 auf 80 GB wachsen wird.

Vehicle Computer als zentrale Knotenpunkte sind gefragt

Um diese Herausforderungen zu meistern, streben viele OEMs einen Systemwechsel an. Leistungsstarke Vehicle Computer (VC) sollen in zentralisierten E/E-Architekturen herkömmliche ECUs ergänzen oder ersetzen, die Funktionen mehrerer Domänen zusammenführen sowie über breitbandige Ethernet-Busse auf externe Speicher und File-Systeme oder auf Cloud-Services zugreifen.

Der Hauptunterschied der VCs gegenüber Mikrocontroller (µC)-basierten Embedded ECUs ist ihre Hardware aus dem IT- und Smartphone-Bereich: Hoch performante Mikroprozessoren (µP) sowie System-on-a-Chip-(SoC)Architekturen mit mehreren Kernen in der Central Processing Unit (CPU) und Co-Prozessoren kommunizieren über High-Speed-Ethernet. Die leistungsstarken Rechner lassen sich per Hypervisor in viele virtuelle Maschinen partitionieren: Jede Partition stellt eine virtuelle ECU dar, auf der eine überschaubare Menge an Softwarefunktionen läuft.

E/E-Architekturen mit VCs erleichtern die Umsetzung domänenübergreifender Funktionen und ermöglichen darüber hinaus die völlige Entkopplung der Softwareentwicklung von der Hardware. Verschiedene Anbieter können unabhängig voneinander Software mit verschiedenen Sicherheitseinstufungen nach Automotive Safety Integrity Level (ASIL) für die gekapselten virtuellen Maschinen entwickeln, ohne auf andere Softwarekomponenten achten zu müssen.

Durch die Einführung von AUTOSAR Adaptive ist es dann möglich, Software wie bei PC und Smartphone nachträglich zu installieren und over-the-air (OTA) zu aktualisieren. In vielen Fällen werden agile Prozesse die klassische Entwicklung ablösen. Prozessoptimierungsansätze wie DevOps, in denen Softwareentwicklung und Betrieb parallel laufen, sind im vernetzten Umfeld ohnehin nötig, um veränderliche Cyber-Bedrohungen abzuwehren.

Die neuen Technologien werden den Automotive-Software-Markt gründlich verändern und eröffnen Chancen für neue Geschäftsmodelle. App-Stores für Fahrzeug-Software können entstehen. Software Dutzender Anbieter lässt sich integrieren, die auch neue, branchenfremde Partner liefern können.

Weil der Software-Umfang um ein 10 000-Faches steigt, wird es auch für typische Automotive-Player (OEM, Tier-1 und andere Zulieferer) viel zu tun geben: Sichern sie sich ein Zehntel des Kuchens, entspräche das einem Anstieg um den Faktor 1 000. Dafür allerdings müssen sie sich organisatorisch und gedanklich umstellen. Wo Hardware und Software separat entstehen, brauchen sie Geschäftseinheiten für reine Softwareentwicklung, -vermarktung und -vertrieb, die den Wettbewerb mit Anbietern aus der IT-Branche annehmen.

Bosch und ETAS haben früh erkannt, welche Wucht der Wandel entfalten wird – und wie wichtig es für Akteure aus dem Automotive-Umfeld wird, sich schnell und konkret darauf vorzubereiten. Rund um die VC-Hardware haben sie daher ein neues Entwicklungsumfeld auf Basis des AUTOSAR-Adaptive-Standards geschaffen. Anwender können damit sofort ins Prototyping einsteigen, die Architektur durchdringen und Software integrieren, erproben und debuggen.

Neue Betriebssysteme –  Neue Entwicklungsplattformen

Herzstück des Angebots ist das Basissoftware-Framework RTA-VRTE (Vehicle Runtime Environment) – eine Multi- Layer-Plattform, auf der sich die eigentlichen Softwarefunktionen aufsetzen  lassen und die sowohl bewährte  AUTOSAR-Classic-Abläufe als auch  AUTOSAR-Adaptive-konforme Prozesse integriert. Entwicklungsorganisationen können sich im Early Access Program parallel zum Standardisierungsprozess mit den neuen Architekturen vertraut machen, neue Abläufe trainieren und lernen, den neuen Methodenbaukasten effizient zu nutzen. Neben einem „Ready to go“ Software Development Kit (SDK) gehören auch Beratung und Trainings zum Early Access Program.

Wie auf VCs übernehmen virtuelle Maschinen (VM) in der RTA-VRTE die Funktion virtueller ECUs. Entwickler können sie auf üblichen Desktop-PCs samt Ethernet-Kommunikation simulieren. Letztlich liefert ETAS Nutzern ein komplettes VirtualboxTM-Abbild des Vehicle Computers mit einer aus fünf Ebenen/Layern aufgebauten AUTOSAR-Adaptive-Architektur. Das SDK enthält Konfigurationswerkzeuge für die Integration POSIX-konformer Betriebssysteme wie Linux oder Blackberry QNX. Ihre Subsysteme laufen auf den VMs wie auf einem eigenen Computer. Die Kontrolle der Interaktion findet auf einer dritten Ebene statt, auf der eine Kommunikations-Middleware gewährleistet, dass es bei Problemen einer Softwarefunktion keinesfalls zu ungewollten Rückwirkungen auf andere, möglicherweise ASIL -relevante Funktionen kommt. RTA-VRTE hilft Entwicklern also, Softwareintegration auf VCs sauber auf- und umzusetzen. Die Middleware managt die Kommunikation zwischen den virtuellen Maschinen. Sie sichert das Zusammenspiel der Funktionen ab und sorgt dafür, dass sich diese nicht gegenseitig beeinflussen (Freedom from Interference).

Der Middleware kommt noch eine weitere – für vernetzte Fahrzeuge immens wichtige – Funktion zu: Sie regelt die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Protokollen an Bord (CAN, LIN, FlexRay, Ethernet etc.) und hebt die übermittelten Signale auf eine service-orientierte Ebene an. Daten werden dabei zu semantischen Informationen. Das lässt sich bildlich mit einem modernen Telefon vergleichen. Es verlangt keine Nummerneingabe mehr, sondern reagiert etwa auf gesprochene Namen und wählt automatisch die Nummer und das passende Übertragungsprotokoll. Je nach Verfügbarkeit wechselt es unbemerkt von LTE zu G3 oder G4.

In E/E-Architekturen mit verteilten ECUs und Vehicle Computern gewährleistet die Middleware, dass vernetzte Systeme schnellstmöglich auf relevante Informationen zugreifen können. Wenn etwa ein autonomes Fahrzeug seine Entscheidungen mit Fahrzeug- oder Umfeld-Informationen absichert, dann kommt es nicht darauf an, welcher Sensor sie über welchen Kommunikationsbus bereitstellt, sondern dass die Informationen exakt und aktuell sind.

Von höchster Relevanz ist es zudem, vernetzte Fahrzeugsysteme zuverlässig gegen unbefugte Zugriffe und böswillige Attacken abzuschirmen. Das nötige Rüstzeug bieten die Ebenen 4 und 5 der RTA-VRTE, auf denen ECU-spezifische Grundfunktionen wie Diagnose-, Security-Funktionen und neue Fahrzeugservices integriert sind. Dazu zählen Quarantänezonen für OTA-Updates sowie flottenübergreifende Security-Services wie die Angriffserkennung und Angriffsabwehr für Fahrzeuge von der ETAS-Tochter ESCRYPT.

Die Schichten-Struktur der ETAS RTA-VRTE deckt die ganze Vielfalt der Funktionen und Anwendungen im Fahrzeug ab – ob automatisiertes Fahren, Chassis-Kontrolle, Infotainment oder vernetzte Security-Services. RTA-VRTE liefert somit das Fundament, auf dem künftige Entwicklungsprozesse für VC- und ECU-Software aufsetzen werden. OEMs und Zulieferer können damit parallel zur AUTOSAR-Adaptive-Standardisierung neue Entwicklungsabläufe trainieren, das Potenzial VC-basierter E/E-Architekturen ergründen und es in wirtschaftliche Erfolge ummünzen. W

Die AUTOSAR-Adaptive-Plattform ist ein wichtiges  Bindeglied zwischen AUTOSAR Classic und Infotainment.

Das RTA-VRTE-Schichtenmodell unterstützt die wichtigen Softwarefunktionen und -anforderungen.

Prinzipieller Aufbau einer Software für Vehicle Computer mit AUTOSAR-Classic- und AUTOSAR-Adaptive-Komponenten.

Dr. Darren Buttle ist Senior Manager des Bereichs RTA-Consulting bei der ETAS GmbH in Stuttgart. Jürgen Crepin ist Senior Manager für Marketingkommunikation bei der ETAS GmbH in Stuttgart.

Effiziente und schnelle Motorenentwicklung durch zuverlässige Simulation

Fahrzeughersteller stehen unter permanentem Druck, Entwicklungszeiten und -kosten zu reduzieren und dabei gleichzeitig die anspruchsvollen gesetzlichen Vorgaben sowie hohen Kundenerwartungen zu erfüllen. Ein Weg, die Effizienz zu steigern, ist der Einsatz von mathematischen Modellen und Simulationen, wie Tenneco Powertrain zeigt.

Die Powertrain-Unternehmenssparte des Zulieferers Tenneco (ehemals Federal-Mogul Powertrain) hat mit PRiME 3D® ein eigenes Simulationstool entwickelt, das die Entwicklungszeit für Zylinderkomponenten von Verbrennungsmotoren um bis zu 70 Prozent verkürzen kann. Die Software ermöglicht – erstmalig in der Industrie – ein rein physikalisches Simulationsmodell des Kolben-Ring-Systems unter realen Motorbetriebsbedingungen. So lassen sich Kolben- und Kolbenringdesigns bereits in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses optimieren und Emissionen sowie Kraftstoffverbrauch zielgerichtet minimieren. Weiterer Vorteil des „Right-First-Time“-Ansatzes: Zahlreiche zeit- und kostenintensive Iterationen in Design, Prototypenbau und der Durchführung physischer Test können entfallen.

PRiME 3D® bündelt das umfangreiche Know-how aus Jahrzehnten intensiver Forschung und Entwicklung im Motorenbereich mit fortschrittlichsten Simulationstools und erlaubt so die Optimierung der Kolben- und Kolbenringauslegung mit einem Genauigkeitsgrad von nahezu 95 Prozent. Bereits in mehr als 450 Projekten haben Motorenhersteller die Simulationssoftware PRiME 3D® unterstützend eingesetzt, um Emissionsziele für relevante Fahrzyklen wie WLTP (Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure) zu erreichen. Im Rahmen dieser Projekte konnten Blow-By-Reduzierungen von bis zu 70 Prozent, Reibungsoptimierungen von bis zu 20 Prozent, Verringerungen beim Ölverbrauch von bis zu 40 Prozent und ein bis zu  70 Prozent niedrigerer Partikelausstoß nachgewiesen werden.

Ein Alleinstellungsmerkmal von  PRiME 3D® ist die Kombination einer exakten Simulation des Gasflusses unter den Bedingungen des physikalischen Verhaltens der Zylinderkomponenten. So lassen sich die Auswirkungen potenzieller Konstruktionsänderungen bereits im Vorfeld genau abbilden. Mithilfe der Simulation ist es möglich, das Verhalten der Verbrennungsgase („compressible fluid flow”) in den Kolbennutspalten und Kolbenring-Stoßspielen unter realen Motorbetriebsbedingungen aufzuzeigen.

Grundlegend für die Vorhersage der Abdichtung des Brennraumes gegenüber dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors während des Betriebs ist die detaillierte Berechnung des Gasflusses und der Gaskräfte. Diese gestattet es, Aussagen zu den jeweiligen Zuständen der Druckgradienten, des Wärmeaustauschs und der Gasgeschwindigkeiten in den Strömungskanälen zu treffen. Das ist wichtig, da die Kräfte und Momente direkten Einfluss auf die Reaktionskräfte sowie das Verdrehen und Twisten der Kolbenringe haben. Die für die Simulation notwendigen Angaben können mittels „Drag & Drop“ direkt aus den Konstruktionsdaten in die Software übernommen werden. Als webbasierte Serverlösung bietet PRiME 3D® Kunden dabei einen weltweit sicheren Zugriff auf ihre jeweiligen Entwicklungen und fördert zudem eine standortübergreifende Kommunikation.

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 PRiME 3D® ermöglicht bereits in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses eine genaue Prognose des Leistungsverhaltens des Kolben-Ring-Systems.

Partikelfilter reduziert Bremsstaubausstoß von Fahrzeugen deutlich

Der neuentwickelte Bremsstaubpartikelfilter von MANN+HUMMEL reduziert den Bremsstaubausstoß von Fahrzeugen deutlich, sodass weniger Bremsstaubpartikel in die Umwelt gelangen. Der Filter ist an bestehende Bauräume im Bereich der Scheibenbremse anpassbar. Bei allen Antriebsarten –  vom E-Fahrzeug über das Hybridfahrzeug bis hin zum Benzin- und Diesel-Pkw – kann der Bremsstaubpartikelfilter zum  Einsatz kommen.

Der neuentwickelte Bremsstaubpartikelfilter von MANN+HUMMEL reduziert den Bremsstaubausstoß von Fahrzeugen deutlich, sodass weniger Bremsstaubpartikel in die Umwelt gelangen. Der Filter ist an bestehende Bauräume im Bereich der Scheibenbremse anpassbar. Bei allen Antriebsarten – vom E-Fahrzeug über das Hybridfahrzeug bis hin zum Benzin- und Diesel-Pkw – kann der Bremsstaubpartikelfilter zum Einsatz kommen.

Durch sein robustes Gehäuse in unmittelbarer Nähe des Bremssattels verhindert der Bremsstaubpartikelfilter direkt an der Entstehungsquelle die Abgabe von Bremsstaub an die Umgebung – und zwar um bis zu 80 Prozent. Als Filtermedium kommt ein temperatur- und korrosionsbeständiges Material zum Einsatz, das die unterschiedlichen Partikelgrößen effizient filtert. Durch den an der Entstehungsquelle eingefangenen Bremsstaub kann zudem das starke Verschmutzen der Alufelgen und das mühsame Entfernen des eingefressenen Bremsstaubs erheblich reduziert werden.

Der Bremsvorgang im Stadtverkehr verursacht um ein Vielfaches mehr Staub als Abgase. Durch die Abnutzung von Bremsscheibe und -belag entsteht bei jeder durchgeführten Bremsung Bremsstaub. Dieser besteht zu einem wesentlichen Teil aus Feinstaub und ist aufgrund seiner geringen Partikelgröße gesundheitsschädlich und umweltbelastend. Der Bremsstaub trägt erheblich zur Feinstaubbelastung durch den Straßenverkehr bei. Über 90 Prozent des Bremsstaubs sind feinste Partikel, die sich negativ auf die Gesundheit der Menschen auswirken.

Nachdem MANN+HUMMEL die Technologie erstmals im Jahr 2017 zu einem frühen Zeitpunkt innerhalb des Entwicklungsprozesses vorgestellt hat, konnten erfolgreiche Untersuchungen die Wirksamkeit bestätigen. Im Rahmen des bestandenen Großglockner-Tests wurde die Temperaturbeständigkeit bewiesen.

Ebenfalls geht MANN+HUMMEL von einem Serviceintervall aus, das dem eines Bremsbelagwechsels entspricht. Die Entwickler sind zudem sehr optimistisch, ein Produktgewicht von etwa 500 Gramm zu erreichen.

Etwa 47.000 Menschen in Deutschland sterben nach Schätzungen der WHO jährlich durch Feinstaub. MANN+HUMMEL führt unter dem Titel „Feinstaubfresser“ ein Forschungsprojekt zur Reduzierung der Feinstaubbelastung in Ballungsräumen durch. Im August 2017 hat ein Feldtest mit einem Versuchsfahrzeug in der Region Stuttgart begonnen, bei dem verschiedene Filtertechnologien getestet werden. Eine davon ist der Bremsstaubpartikelfilter. Mittlerweile wurde das Projekt auf stationäre Feinstaubfilter für vielbefahrene Straßen und Bahnhöfe sowie andere Länder (Indien, China) ausgeweitet.

MANN+HUMMEL International GmbH & Co. KG

<a href="http://www.mann-hummel.com" target="_blank">www.mann-hummel.com</a>

Lukas Bock ist Lead Product Engineer bei MANN+HUMMEL.

Bremsstaubpartikelfilter von MANN+HUMMEL.

Bisher gab es nur ein entweder… oder…. Entweder lag der Fokus bei der 3-D-Datenreduzierung auf der maximalen Reduzierung der Datenmenge oder die Oberflächen-Geometrie musste mindestens einen bestimmten Qualitätslevel erreichen. In beiden Fällen hat es jeweils zur Konsequenz, dass deutliche Abstriche hinsichtlich der gegenüberstehenden Anforderung zu akzeptieren sind.

Die neue invenio-Lösung schafft das bisher wohl Unmögliche und kombiniert maximale Datenreduzierung mit größter Oberflächenqualität. Bis zu 90 Prozent Reduzierung bei einer Oberflächenqualität analog der tessilierten Ausgangsgeometrie. Alleine die ‚neue‘ Außenhülle, also die reduzierte Außenkontur eines Produktes, bietet unzählige Anwendungsmöglichkeiten, die mit den bisherigen Lösungen nicht realisiert werden konnten. In dem innovativen Algorithmus steckt aber noch mehr. Besonders die performante Erzeugung einer Innenhülle, wie zum Beispiel die Innenraumoberfläche eines PKWs mit seinen verdeckten und komplexen Konturen, stellte alle bisherigen Systeme vor enorme Herausforderungen, die bis dato keine am Markt verfügbare Lösung zufriedenstellend lösen konnte.

Orchestrierung der VT-DMU-Plattform erschafft visionäre Datenreduzierung

Die Revolution der Datenreduzierung ist eine Kombination aus intelligentem Prozess und innovativem Algorithmus. Seit knapp zehn Jahren entwickelt invenio Virtual Technologies innovative Lösungen für den digitalen Prototypenbau. Die neue Datenreduzierungslösung ist Teil der flexiblen Technologieplattform ‚VT-DMU‘. Herausforderung für die invenio-Lösung war die große Anzahl der möglichen Stellgrößen so zu orchestrieren, wie zum Beispiel die Komplexität der Geometrie zu berücksichtigen, damit die notwendigen Rahmenbedingungen für eine mögliche Virtual Reality (VR)-Visualisierung geschaffen werden. invenio hat über seine langjährigen Erfahrungen in der Geometriedatenverarbeitung die notwendigen Fähigkeiten und Detailkenntnisse, um das Verhalten der 3-D-Daten genauestens zu kennen. Zentrale Stellgrößen hierbei sind das Manipulieren und Bereinigen der tessilierten Daten sowie das Entkernen der Bauteile.

Datenreduzierung von Baugruppen für klassische Engineering-Anwendungen, wie beispielsweise Simulation einer Motorhochzeit, akzeptieren gewisse Einbußen in der Oberflächenqualität. Hier ist die maßgebliche Anforderung, dass in Summe alle Außenkonturen dargestellt sind. Ob einzelne Polygone nicht ganz korrekt als Ersatzgeometrie vorhanden sind, spielt eine untergeordnete Rolle. Für die VR-Visualisierung reicht das nicht aus. Besonders wenn die Bauteilvisualisierung mit Materialien geplant ist, stören kleinste Fehler in der Oberflächendarstellung und fallen stark negativ auf. Genau an dieser Stelle entfalten sich die Potenziale des innovativen Algorithmus. Mit der neuen Lösung sind die Darstellungsgrenzen einzig von der Qualität der Ausgangsdaten abhängig.

Eindrucksvolles Beispiel für die Potenziale des neuen invenio-Algorithmus zeigen die erzielbaren Ergebnisse bei der Datenreduzierung von Lüftungsauslässen innerhalb einer Instrumententafel. Bisherige Datenreduzierungstools stellten die Lamellen entweder „zerklüftet“ dar oder die Datenreduzierung war so minimal, dass die zulässige Datenmenge für die Verwendung der reduzierten Daten in einer Anwendung, wie zum Beispiel VR-Brille, überschritten wird.

Allgemein betrachtet sollten Innenhüllen alle Geometrien beziehungsweise Bauteiloberflächen enthalten, die potenziell sichtbar sind. Besonders Bereiche, die schwer einsehbar sind, werden mit den klassischen Datenreduzierungstools nur unzureichend dargestellt, wie zum Beispiel die Bereiche unterhalb des Sitzes. Diese Einschränkung besteht mit der neuen invenio-Lösung nun nicht mehr.

Je höher die Anforderung an die Qualität der Geometrieoberfläche war, was bisher gleichzusetzen war mit deutlich größerer Datenmenge, desto schneller ist der Anwender mit mehreren Problemen konfrontiert worden: Importfehler, übermäßige Ladezeit, schlechte Systemreaktionszeiten bis hin zu Systemabstürzen. Aus Anwendersicht bedeutet das, dass die bereitgestellten, reduzierten Daten praktisch nicht verwendet wurden. Die Alternative war, dass die Daten meistens mit riesigem manuellem Aufwand reduziert oder nachmodelliert werden mussten. Genau dieser große Vorbereitungsaufwand bremste die Akzeptanz, neue Arbeitsmethoden mittels VR-Anwendungen flächendenkend in den täglichen Arbeitsprozess zu integrieren.

Durch die neue invenio-Technologie öffnet sich ein großes Tor für sehr viele VR-Anwendungen, die bisher eher sporadisch angewendet wurden. Es lässt sich nur erahnen welche umfangreichen Effekte und Einflüsse diese neuen Möglichkeiten bieten werden. Während der Produktentwicklung könnten täglich VR-Konferenzen stattfinden, um beispielsweise Bauräume drei-dimensional zu analysieren – direkt vom Arbeitsplatz – weltweit vernetzt! Realitätsnahe Schulungen und Weiterbildungen ohne Produkte in Hardware, wie beispielsweise Trainings von Reparatur- und Wartungsthemen für neue Produkte werden so zum Standard. Individuelle, vollautomatisch generierbare Konfiguratoren und Produktpräsentationen lösen die aufwendig manuell aufbereiteten Angebote ab. Mit der geeigneten 3-D-Datenbasis wird das Realität.

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Datenreduzierung für VR-Visualisierungen.

Datenreduzierung für Engineering-Anwendungen.

Ulf Böhrnsen ist Head of Communication HR and Strategy bei der invenio VT.

Expertise-Kraft der OSB AG:  Die Competence Center AUTOSAR und Embedded Security

In den Competence Centern AUTOSAR und Embedded Security bündelt die OSB AG das Know-how der Expertenteams. Damit schafft das Unternehmen Mehrwert für seine Kunden und unterstützt deren Erfolg nachhaltig.

Zukunft gemeinsam entwickeln – die OSB AG steht für exzellente, flexible Engineering- und IT-Dienstleistungen – maßgeschneidert für den individuellen Bedarf ihrer Geschäftspartner. Den zu schaffenden Mehrwert immer im Fokus, arbeitet die OSB AG branchen- und technologieübergreifend entlang der gesamten Prozesskette.

Seit der Gründung des Unternehmens 2003 zählt der Bereich Automotive zu den Leistungsschwerpunkten der OSB AG. Als langjähriger Partner führender Automobilhersteller und -zulieferer unterstützen die Spezialisten der OSB AG mit innovativen Lösungen in jeder Projektphase: vom Prototyp bis zur Serienreife. Dabei fasst die OSB AG in ihren Competence Centern Expertenteams zusammen, die über wichtiges fachliches und Branchen-Know-how verfügen und stellt sich laufend auf neue Entwicklungen im Automobilbereich ein. Im „Competence Center Network” sind die Competence Center bundesweit vernetzt – Kunden profitieren dadurch von einem disziplin- und branchenübergreifendem Wissensaustausch.

In den Competence Centern AUTOSAR und Embedded Security werden zwei aktuelle und immens wichtige Themenbereiche der Automobilindustrie abgedeckt.

Die Experten des Competence Centers AUTOSAR sind seit vielen Jahren aktiv an der Entwicklung des AUTOSAR-Standards sowohl in der Classic als auch in der Adaptive Platform beteiligt. Sie arbeiten an funktionellen Erweiterungen, verfolgen jede Änderung und verantworten eine Vielzahl an AUTOSAR-Spezifikationen. Im Zuge dieser Konsortiumsarbeit haben die AUTOSAR-Experten einen tiefen Einblick in derzeitige und zukünftige Anforderungen der OEMs gewonnen. Dadurch sind sie in der Lage, Zulieferer gezielt bei der Entwicklung von AUTOSAR-konformen Steuergeräten zu unterstützen: Sei es in Form von Beratung und Projektmanagement, oder auch im Bereich der Softwareentwicklung selbst.

AUTOSAR ist aus der Embedded-Entwicklung im Fahrzeug nicht mehr wegzudenken, um große Herausforderungen bei der Entwicklung zukünftiger Fahrzeuge besser in den Griff zu bekommen, z.B. flexiblere Integration neuer Funktionen und bessere Beherrschung der rasant steigenden Produkt- und Prozesskomplexität.

Das Competence Center Embedded Security ist spezialisiert auf die Entwicklung sicherer Embedded Systeme und Konzepte. IoT Enablement, Cloud und PKI, Security Assessment sowie begleitende Beratung und Schulung sind die Säulen des Leistungsportfolios.

„Vernetzte Systeme mit Soft- und Hardwareanteilen von zum Teil unterschiedlichen Zulieferern stellen Systemverantwortliche vor große Herausforderungen“, erklärt Roland Marx, Manager Research & Development des Competence Center Embedded Security bei der OSB AG. „In unserem Team helfen wir Kunden dabei, Risiken einzuschätzen, diese systematisch zu analysieren und damit eine Entscheidungsgrundlage zu haben, welche Vorkehrungen getroffen werden sollten. Dabei erarbeiten wir gemeinsam mit unseren Kunden bereits in den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses maßgeschneiderte Security-Konzepte mit dem Ziel, End-to-End-Protection sicherzustellen und begleiten und unterstützen Produktentwicklungen bis zum Serienstart“, so Roland Marx.

Weitere Informationen zu den OSB Competence Centern gibt es natürlich auch im Web (<a href="http://www.autosar-experts.com" target="_blank">www.autosar-experts.com</a> und <a href="http://www.esec-experts.com" target="_blank">www.esec-experts.com</a>).

Auch bei anderen innovativen Themen im Automotive-Bereich gehen die OSB Professionals gemeinsam mit den Kunden neue Wege. Dies gilt für die Entwicklung neuer Antriebstechnologien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge ebenso wie für die ständig wachsenden Anforderungen an die Konnektivität im Fahrzeug.

Fundament für den Erfolg aller Projekte der OSB AG ist und bleibt das Wissen und das Know-how der OSB Mitarbeiter. Mit umfassenden Fortbildungsangeboten fördert die OSB AG Talente sowie Experten, die Interesse an langfristigem Erfolg in einem dynamischen Unternehmen suchen. Denis Sisic, Gründer und CEO: „Wir haben die passende Herausforderung für unsere Experten und bringen spezielles Know-how dort ein, wo es unsere Kunden punktgenau benötigen.“

Neben dem hohen Kompetenzlevel ist auch die Größe der OSB AG einer der Erfolgsfaktoren: So verfügt die OSB AG einerseits über genügend Flexibilität auch kurzfristig die richtigen Experten und Ressourcen bereitstellen zu können. Andererseits erlauben die flachen Hierarchien eine familiäre Arbeitsatmosphäre, die die Mitarbeiter der OSB AG suchen und schätzen.

Lernen Sie die OSB AG näher kennen – als zuverlässigen Partner auf Augenhöhe. Oder informieren Sie sich über die vielfältigen Karrierechancen und Stellenangebote.

Die OSB AG unterstützt die Automobilbranche gezielt bei der Entwicklung von AUTOSAR-konformen Steuergeräten und der Konzeption sicherer Embedded Systeme.

In den Competence Centern  AUTOSAR und Embedded  Security deckt die OSB AG  zwei aktuelle Automotive- Entwicklungsbereiche ab.

Markus Kohlwig ist CTO der OSB AG.

Elektrische und autonome Fahrzeuge sind von einer Komplexität, die die Automobilindustrie vor große Herausforderungen stellt. In Folge wird in globalen Teams gearbeitet, woraus sich massive Änderungen bei der Entwicklung und in der eingesetzten Werkzeuglandschaft ergeben. Als Schlüssel für die erfolgreiche Umsetzung erweist sich eine Diagnosefunktionalität, die Rechnergrenzen hinter sich lässt.

E-Fahrzeuge erzeugen – einen entsprechenden Energiemix vorausgesetzt – erheblich weniger Abgase und Lärm. Sie sind damit in den wachsenden Metropolen der Welt auf dem Vormarsch. Die Energieverbraucher im Fahrzeug – neben dem Motor vor allem die Heizungen, die Klimaanlage und die Vielzahl von Stellmotoren – müssen zentral koordiniert werden, um praxistaugliche Reichweiten zu ermöglichen.

Dies führt zwangsläufig zur Zentralisierung in den E/E-Architekturen. Verstärkt wird dies durch das autonome Fahren. Der gewünschte Komfort- und Sicherheitsgewinn durch das Ausschalten der Fehlerquelle Mensch bedeutet unbedingt eine enorm gesteigerte Rechenleistung, die wiederum zentral für verschiedene Assistenzsysteme zur Verfügung gestellt wird. All dies führt dazu, dass spezialisierte Teams den um Faktoren höheren Entwicklungsaufwand bearbeiten. Diese sind in der Regel bei Herstellern und Lieferanten weltweit verteilt.

Diagnose spielt in solchen Szenarien eine noch größere Rolle als heute. Natürlich wird auch in Zukunft weder eine Fahrzeugvalidierung noch der korrekte Komponentenverbau in der Produktion oder die Reparatur in der Werkstatt ohne Diagnose funktionieren. Zusätzlich ergeben sich erweiterte Aufgaben während der Fahrt. Dazu gehören insbesondere die Fehleranalyse im Ablauf der Software oder, in Fällen auf denen eine Fahrfunktion auf mehrere ECUs verteilt ist, das korrekte Zusammenspiel der Gesamtfunktion. Derartige neue Mechanismen sind für die Sicherheit des Gesamtsystems Fahrzeug unabdingbar. Diagnoseergebnisse werden zukünftig regelmäßig in der Cloud abgelegt, sei es, weil sie für die Qualitätssicherung wichtig sind, oder sie sogar in V2X-Szenarien notwendig sind. Darüber hinaus bleiben klassische Diagnosefunktionen wie Fehlerspeicheroperationen, Flash Programmierung, Varianten Codierung, das Ansteuern von Stellgliedern und das Messen weiterhin wichtig.

Die Vernetzung der Fahrzeuge mit ihrer Umgebung ermöglicht der Diagnose (nicht nur) im After Sales Service neue Anwendungsfälle. Besonders ein Software-Update über die Funkschnittstelle ist eine echte Win-win-Funktionalität: Der Kunde spart sich die zeitaufwendige Fahrt in die Werkstatt, der Hersteller kann Probleme ohne imageschädliche Rückrufaktion beseitigen und die Werkstatt hält die Hebebühne, an der sich in der Regel der Tester befindet, für lukrativere Reparaturen frei.

Für die Remote-Diagnose im After Sales Service etabliert sich gerade mit der ISO 20078 Extended Vehicle ein neuer Standard. Über ihn wird in der Cloud-Struktur des OEMs ein kostenpflichtiger Zugriff auf Diagnose-Daten ermöglicht. Interessierte Dritte, wie Versicherungen, Hersteller von Testern für freie Werkstätten, aber auch der Gesetzgeber, können nach entsprechender Zustimmung des Fahrzeughalters auf Informationen zugreifen.

Innerhalb der global verteilten Fahrzeugentwicklung ergeben sich ganz andere Herausforderungen. Hier arbeitet beispielsweise ein Team an einer Funktionsentwicklung, ein anderes ist für die Testprozeduren zuständig und ein drittes für die Testdurchführung. Ein effizientes Arbeiten ohne ineffiziente Reisezeiten oder logistisch schwierige Vervielfachung der Testobjekte lässt sich hier nur durch den Fernzugriff erreichen: Remote Engineering. Für die Diagnose bedeutet dies, dass die jeweilige Software-Version vom Entwickler über ein Remote Software-Update eingespielt wird, die Testprozedur ebenfalls remote angepasst wird und der Tester anschließend die Ausführung startet und Ergebnisse passend teilt. Änderungen können im Zusammenspiel anschließend schnell durchgeführt und wiederum getestet werden.

Die Infrastruktur muss dies natürlich erlauben. Für das Software-Update muss dazu insbesondere genug Bandbreite zur Verfügung stehen, bei der Testdurchführung je nach Architektur die Latenz gering genug sein. Ändert man das Setting leicht und verwendet ein Fahrzeug im Straßentest, kommt bei den heutigen Netzen noch die Verfügbarkeit der Verbindung als Herausforderung hinzu. Zur Vermeidung von Testfehlern durch Verbindungsabbrüche muss die Architektur so gewählt werden, dass die Tests unabhängig von der Verbindung autark im Fahrzeug laufen und nur Testabläufe und -ergebnisse zu passenden Zeitpunkten über die Funkschnittstelle ausgetauscht werden.

Technisch gibt es zur Umsetzung des Remote Engineerings in der Diagnose mehrere Herangehensweisen. Der wichtigste Ansatz verwendet ein Diagnosegrundsystem, das in mehreren Anwendungen integriert wird und eine Remote-Schnittstelle anbietet. Dadurch lassen sich nicht nur gleiche Anwendungen – eventuell sogar mit unterschiedlich ausgestalteten Oberflächen, sondern auch verschiedene Tools verbinden. Mit Lösungen wie Remote Desktop geht dies nicht ohne weiteres.

Softing DTS.monaco  – ein Tool-Beispiel

Exemplarisch für diesen Ansatz steht Softing DTS.monaco. Als Diagnose-Entwicklungstester ist es für alle genannten Anwendungsfälle mit speziellen, konfigurierbaren Oberflächenelementen ausgestattet. Um in frühen Entwicklungsphasen Kommunikationsprobleme analysieren zu können, besitzt es zahlreiche Trace-Möglichkeiten, die unabhängig vom Datenbus funktionieren und so mit DoIP auf Ethernet genauso eingesetzt werden wie mit UDS auf CAN/CAN FD oder KWP2000 auf der K-Leitung.

Als Kommunikationskomponente kommt Softing SDE (Smart Diagnostic Engine) zum Einsatz. Diese kombiniert ODX- und OTX-Ausführungseinheiten mit einer funktionalen Schnittstelle, die auch einfach in Prüfstände und Testautomatisierungen integriert werden kann. Der Integrator hat dann schnell zu verstehende Funktionen im Zugriff: „Fehlerspeicher_Lesen“, „ECU_Programmieren“, „Messen“. Diese Schnittstelle ist remotefähig, nach Erteilen der entsprechenden Berechtigungen kann ein Steuergeräteentwickler sich also bei einem Testkollegen aufschalten und ihn bei der Problemlösung unterstützen. Entsprechendes gilt auch für den Prüfstandsverantwortlichen, der bei Problemen seinen Entwicklungskollegen darum bitten kann, sich auf die integrierte Softing SDE aufzuschalten und die Probleme zu analysieren.

Megatrends wie elektrisches und autonomes Fahren wirken gleichsam als Innovations- und Komplexitätstreiber. Sie ermöglichen in der Diagnose neue Verfahren, fordern aber auch neue Mechanismen, um den erhöhten Sicherheitsanforderungen zu genügen. Auf einige der Herausforderungen ist Remote Engineering mit global verteilten Spezialisten-Teams die passende Antwort, sofern es von den verwendeten Werkzeugen unterstützt wird. Mit Softing DTS.monaco kann in solchen Entwicklungsszenarien remote auf Prüflinge zugegriffen werden und Diagnoseaufgaben können folglich äußerst effizient bearbeitet werden.

Softing Automotive Electronics GmbH

<a href="http://www.automotive.softing.com">www.automotive.softing.com</a>

Anwendungsbeispiele des Entwicklungstesters Softing DTS.monaco.

Effiziente Entwicklung durch Remote Engineering – immer und überall.

Markus Steffelbauer leitet das Produktmanagement und Marketing bei Softing Automotive in Haar bei München.

Elektromobilität

Mobilität

Messtechnik, Testlösungen, Diagnose

Kleine Motorantriebe im Automobilbereich erfahren momentan einen Wandel von simplen Anwendungen hin zu smarten Aktuatoren. TDK-Micronas beschreibt exemplarisch den Aufbau von Aktuatoren und Steuerelektronik und zeigt die Vorteile der Verzahnung von Controller, Hardware, Motor und Software auf.

Die Automobilindustrie sieht sich dem allgemeinen Trend zu Vernetzung, Kommunikation und Digitalisierung gegenüber. Der rasante Anstieg der Anzahl elektronischer Komponenten im Fahrzeug führt zu weit über einhundert Mikrocontrollern und Software jenseits der Gigabyte-Grenze.

Nicht nur im alltäglichen Umfeld begegnen wir der Digitalisierung. Gerade in modernen Fahrzeugen wird es als essentiell angesehen, ständig vernetzt und multimedial eingebunden zu sein. Im Fahrzeug nimmt der Grad der Automatisierung kontinuierlich zu, getrieben von Assistenzsystemen bis zu smart gesteuerten dezentralen Aktuatoren, z.B. für Fahrlichtsteuerung, Innenraumklimatisierung oder optimierte Pumpen und Lüfter. Diese smarten Aktuatoren bieten neben der bereits angesprochenen Netzwerkfähigkeit auch die geforderte funktionale Sicherheit und sind daher mit entsprechender Diagnosefähigkeit ausgestattet.

Eine stark gestiegene Anzahl von Elektronikkomponenten im Fahrzeug benötigt weiterhin eine verlässliche Überwachung der geplanten Funktionalität inklusive Diagnose, um sicherzustellen, dass im Falle von Fehlfunktion aktiv eingegriffen werden kann. Dies ist essentiell, wenn man bedenkt, dass Fehlfunktionen die Fahrzeuginsassen und andere Verkehrsteilnehmer gefährden können. Die Diagnose sollte im Hinblick auf Entwicklungsaufwand und Zuverlässigkeit standardisiert ablaufen.

Der schonende Umgang mit Ressourcen ist gerade das Automobil betreffend ein wichtiger Aspekt des alltäglichen Lebens, der direkt Einfluss auf die Nutzungsweise nimmt. Verbindet man diese Anforderungen mit der gestiegenen Anzahl von smarten Aktuatoren im Fahrzeug, ergibt sich zwingend der Bedarf an eine standardisierte, smarte, flexible und diagnosefähige embedded Motor-Control-Lösung.

Hier ergibt sich eine Verbindung von Standardisierung im Bereich der Kommunikation mit dem Übergang von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren (BDC) hin zu bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC). BLDC-Motoren erfordern zwar eine Steuerungssoftware, die im Vergleich zu bürstenbehafteten Motoren jedoch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad und auch eine längere Lebensdauer ermöglicht. So ergibt sich durch die höhere Performance der Elektronik eine höhere Flexibilität. Zudem werden diese Motoren mit einer erweiterten Intelligenz versehen und können auf Applikationsebene schneller und effizienter auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren. Weiterhin lässt sich das Fahrzeug bereits in der Planung als Gesamtkonzept effektiv umsetzen. Dies spart Kosten und schont Ressourcen.

Um diese Anforderungen im Gesamten adressieren zu können, ist die maximal mögliche Integration von analogen und digitalen Halbleiterbauelementen, wie Speicher- sowie Leistungskomponenten, auf einem einzigen Baustein nötig. Als Ergebnis erhält man einen Motor-Controller mit der zuvor beschriebenen erhöhten Flexibilität und Performance bei verringerter Verlustleistung auf kleinerem Raum. Durch die ebenfalls integrierte Standard-CPU wird die Flexibilität und optimierte Integration weiter erhöht. Der Entwickler kann sich somit vollständig auf Umsetzung der Funktion, Vernetzung, Motoreffizienz, CO2-Reduktion und Diagnosefähigkeit konzentrieren. Da der Controller flexibel und effizient ausgelegt ist, ist aufgrund der einfachen Wiederverwendbarkeit von Hardware und Software ein Anpassen auf Derivate oder ein Entwickeln völlig neuer smarter Komponenten mit deutlich geringerem Zeit- und Kostenaufwand möglich.

Da die Qualität der programmierten Software maßgeblich die Effizienz der gesamten Anwendung beeinflusst, hat die Firma NewTec, ein deutscher Elektronik- und Sicherheitsspezialist, für den HVC 4223F das umfangreiche Softwarepaket NTMicroDrive implementiert. Dieses minimiert den Aufwand für die Entwicklung von Motorsteuerungen noch zusätzlich. NTMicroDrive umfasst eine flexibel parametrisierbare Firmware für die High-Voltage-Controller (HVC) embedded Motor-Controller-Familie.

TDK bietet hier den embedded Controller HVC 4223F für kleine Elektromotoren aus der HVC-Familie von TDK-Micronas an. Dieser kombiniert exakt alle vorher genannten erforderlichen Bausteine, um einzelne Aktuatoren oder ein System aus flexiblen und diagnosefähigen Smart-Aktuatoren für ein Fahrzeug konzipieren zu können. Die hochintegrierte embedded Motor-Controller-Familie bringt alle wichtigen Schaltungskomponenten mit, um BLDC- und Stepper-Motoren bis 20 Watt Leistungsaufnahme direkt ohne externe Treiber ansteuern. So sind im HVC ein ARM®-Cortex®-M3, Halbbrücken, nach OEM-Vorgaben zertifizierte LIN-IP, Diagnosefunktionen sowie Spannungsregler integriert, um das Bauelement direkt mit dem Automotive-Bordnetz (5,4 bis 18 Volt) zu verbinden.

Zusammen mit der Produktivsoft-ware NTMicroDrive der Firma NewTec ergibt sich ein Paket für intelligente Motorsteuerungen, das einen schnellen Einstieg in die Applikationsevaluierung ermöglicht. Das Ready-to-Copy-Konzept ermöglicht es, die einmal gemachten Erfahrungen auf eine gesamte Aktuatorplattform mit verschiedenen Motoren oder erweiterten Konzepten auszuweiten. Hierdurch werden in signifikantem Maße Entwicklungskosten und -ressourcen eingespart. Somit ist eine solide Entwicklungsplattform geschaffen. Das Automobil wird nun zusammen mit Vernetzung und Diagnose als geschlossene Einheit behandelt, die bei Bedarf zur Diagnose ihren momentanen Zustand mit der Außenwelt abgleicht. W

<a href="http://www.micronas.com" target="_blank">www.micronas.com</a>

Rüdiger Laschewski-Grossbaier ist Leiter des Produktbereichs embedded Motor-Controller bei TDK-Micronas.

Illustration eines BLDC-Motors mit embedded Motor-Controller HVC 4223F von TDK-Micronas.

Mögliche Automobilanwendungen für Aktuatoren mit HVC und Firmware.

Elektronische Bauelemente

» Der Treiber sind ganz klar die Kosten «

Continental setzt seit Jahren auf die umweltfreundliche und kostengünstige 48-Volt-Elektrifizierung, welche sowohl bei Otto- als auch Dieselmotoren Anwendung findet. In diesem Interview gibt Stefan Lauer, Projektleiter bei Continental, Division Powertrain, einen Ausblick auf die neuen Entwicklungen.

Welche Komponenten und Systeme entwickelt Continental für die Antriebselektrifizierung?

In diesem Bereich sind wir sehr breit aufgestellt. Wir haben Lösungen für Hochvoltsysteme, legen aber auch einen großen Schwerpunkt auf 48-Volt-Antriebe sowie Zusatzkomponenten wie solche für das Thermomanagement. Hochvoltsysteme sind für klassische Voll- oder Plug-in-Hybride sowie rein elektrische Fahrzeuge konzipiert. In diesem Segment bieten wir unter anderem E-Maschinen und Leistungselektroniken an. Beides wird von den OEM zumeist getrennt betrachtet und eingekauft. Zudem haben wir kürzlich einen kompletten, vollintegrierten elektrischen Achsantrieb vorgestellt. Er umfasst E-Maschine, Leistungselektronik und Mechanik, also die Getriebeübersetzungsstufe und das Differential, alles integriert in einem Gehäuse. Produktionsstart der vollintegrierten E-Maschine ist noch dieses Jahr für Kunden aus Europa und China.

Bei 48-Volt-Konzepten wird die Leistungselektronik in der Regel direkt mit der E-Maschine kombiniert, da eine räumliche Trennung keinen Sinn machen würde. In diesem Fall wäre die Zuleitung vom Inverter zum Motor wieder eine Hochvoltverbindung, und man hätte alle Vorteile der Niedervolttechnik verloren. Hier war Continental einer der ersten, der damit in Serie gegangen ist. Bei Batteriesystemen für 48-Volt-Anwendungen haben wir seit 2018 ein Joint Venture mit einem chinesischen Zellpartner.

Welche Hybridisierung wird sich künftig für welchen Einsatzzweck durchsetzen?

Wir gehen davon aus, dass es nicht nur eine Lösung geben wird, sondern eine weite Spreizung, angefangen von einer leichten Hybridisierung mit 48 Volt über Vollhybridtechnologien bis hin zu rein elektrischen und Brennstoffzellen-Fahrzeugen. Mit unseren Entwicklungen decken wir alle Bereiche ab.

In den nächsten Jahren hängt die Antriebsart viel mehr als bislang vom Einsatzzweck ab: Öko-effiziente Antriebe in der Stadt werden sich von jenen für Überlandfahrten unterscheiden. Für kleinere und leichtere Fahrzeuge für den Stadtverkehr ist zum Beispiel der batteriebetriebene Elektroantrieb eine optimale Wahl. Die Weiterentwicklung der Brennstoffzelle wäre langfristig für mittlere und große Fahrzeuge eine sinnvolle Alternative.

Wo liegen die Vorteile der 48-Volt- gegenüber der Hochvolthybridisierung?

Der Treiber hinter dieser Technologie sind ganz klar die Kosten, da man keine Hochspannung berücksichtigen muss und daher auf Dinge wie Überwachungseinrichtungen und Isolationsschutzmaßnahmen verzichten kann. Und auch der interne Aufbau der elektronischen Komponenten ist in Hochvolttechnik sehr viel aufwendiger. Sie benötigen mehr Bauraum, weil man größere Sicherheitsabstände einhalten muss. In Summe führt das zu Vorteilen bei den Kosten und beim Packaging mit 48 Volt.

Wie unterscheidet sich das CO2-Einsparpotenzial?

48-Volt-Systeme sind in der Leistung beschränkt, denn wenn die Spannung kleiner wird, werden die Ströme für die gleiche Leistung zwangsweise größer, und da gibt es eine technisch sinnvolle Obergrenze. Bei der ersten Systemgeneration als Starter-Generator lag die Grenze typischerweise im Bereich von 12 bis 15 Kilowatt. Das neueste Produkt, das wir kürzlich vorgestellt haben, ist das 48-Volt-High-Power-System. Es liefert bis zu 30 Kilowatt, damit sind wir im Wettbewerbervergleich weit vorne dabei. Wenn man deutlich größere Leistungen benötigt, werden Hochvoltsysteme nach wie vor die erste Wahl bleiben, sodass man für jeden Bedarf die passende und kostengünstigste Lösung zur Verfügung hat.

Was sind die Vorteile der hohen Leistung von bis zu 30 Kilowatt?

Generell kann man sagen, dass man mehr CO2 einsparen kann, wenn mehr elektrische Leistung zur Verfügung steht. Denn um CO2 einzusparen, muss man möglichst viel kinetische Energie rekuperieren, umwandeln und auch wieder ausgeben können. Dank der höheren Leistung kann man das mit dem 48-Volt-High-Power-Ansatz in einem erhöhten Maße. Bei unserem System sind wir außerdem von der Anordnung der E-Maschine als Starter-Generator hin zu einem sogenannten P2-Hybrid übergegangen. Die E-Maschine befindet sich dabei zwischen Motor und Getriebe. Das erlaubt energetisch günstiges rein elektrisches Fahren, weil sich der Verbrennungsmotor dann nicht mit dreht und man weniger Reibverluste hat. Damit bedienen wir auch die Kundenerwartungen an das Fahrerlebnis mit einem Hybridantrieb. Bei vielen Autofahrern wird hybridisches Fahren mit rein elektrischem Fahren gleichgesetzt, auch wenn es nur für eine kurze Strecke ist.

Wie hoch ist das CO2-Potenzial der 30-Kilowatt-Hybridversion?

Im WLTP-Vergleich mit einem Serienfahrzeug mit Start-Stopp-Technik ergeben sich bis zu 20 Prozent weniger CO2-Emissionen. In einem typischen Stadtzyklus, der auch RDE-konform wäre, kommt man auf einen Kraftstoffverbrauch von etwa 4 Litern auf 100 Kilometer. Das sind sehr gute Verbrauchswerte, die auch im Bereich heutiger Hochvoltsysteme liegen.

Bis zu welcher Klasse ist das elektrische Fahren mit dem 48-V-High-Power-Konzept möglich?

Der 48-Volt-Vollhybrid-Ansatz zielt auf den Volumenmarkt, im ersten Schritt auf das B- und C-Segment. Da lässt sich rein elektrisches Fahren mit dem System sinnvoll umsetzen. Aber wir haben das Konzept weiter gefasst und denken über zusätzliche Anwendungsfelder nach. Beispielsweise eignet sich das System bei großen SUV in den USA als Starter-Generator, zwar ohne rein elektrisches Fahren, aber um hohe elektrische Energie zur Verfügung stellen zu können. Das Gleiche gilt für Nutzfahrzeuge. Dort hat man sehr viel kinetische Energie zur Verfügung, die man rekuperieren könnte. Hinzu kommen rein elektrische Fahrzeuge. Das sind dann allerdings keine klassischen Pkw, sondern urbane Leichtfahrzeuge und sogenannte People Mover, die vollautomatisiert fahren.

Welche besonderen technischen Maßnahmen erfordert die hohe  Leistung?

Beim mechanischen Aufbau bestand die Vorgabe, den Motordurchmesser gegenüber der ersten Generation unverändert zu halten. Denn wie sich gezeigt hat, ist beim Packaging immer der Durchmesser die kritische Größe, viel mehr als die Baulänge. Eine echte Herausforderung ist das Takten der großen Ströme im Inverter. Hier haben wir eine neue Technologie eingesetzt, bei der die Leistungshalbleiter in die Leiterplatte integriert sind. Dadurch lassen sich höhere Ströme schalten und wir konnten die Abmessungen des Inverters sehr kompakt halten.

Wie hoch ist der Kostenvorteil der 48-Volt- gegenüber der Hochvolthybridisierung?

Als Zulieferer können wir die Marktpreise von Fahrzeugen nur schwer abschätzen, denn das hängt auch immer von den Plattformstrategien der OEM ab. Betrachtet man allerdings die einzelnen Komponenten beziehungsweise das Hybridsystem an sich, ergibt sich eine etwa 25-prozentige Kostenersparnis  bei den Systemkomponenten für einen Vollhybridantrieb, unter der Annahme gleicher Verbrennungsmotortechnologie.