Foretellix und IPG Automotive bieten gemeinsam eine umfassenden Lösung an, durch die Entwicklungskosten gesenkt, eine schnellere Markteinführung ermöglicht und die Sicherheit von automatisierten Fahrsystemen erhöht werden.

IPG Automotive und Foretellix arbeiten gemeinsam daran, die Entwicklung und den Einsatz von ADAS- und AD-Systemen zu beschleunigen.

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Fahrerassistenzsysteme / Automatisiertes Fahren

Elektronik

Kfz-Elektronik

Entwicklungs-Tools

Virtuelle Lösung für die Validierung von ADAS und autonomen Fahrzeugen

Hyundai Motor Company inklusive Kia Motors und Siemens planen eine Technologiepartnerschaft zur digitalen Transformation.

NX-Software und Teamcenter-Software aus dem Xcelerator-Portfolio von Siemens werden zu Standardlösungen für die Datenmanagement- und Konstruktionsumgebung der nächsten Generation von Hyundai und Kia.

Software / Betriebssysteme / KI

Siemens kooperiert mit Hyundai und Kia

PMS ist der innovative Hersteller von Microcontroller- Systemlösungen für die Automotive- und Automationsindustrie. PMS hat weltweite Alleinstellungsmerkmale mit dem Muti-Projekt- Entwicklungssystem PMS Universal Programming Studio und mit grafischen Programmiertools für die Programmierung in Funktionsbausteinen, Flussdiagramm und Entscheidungstabellen.

PMS Prahm Microcomputer Systeme  

https://www.prahm-ms.de

Antriebsbatterien

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Kfz-Sicherheit, aktiv

Kfz-Systeme

Komfort im Kfz

Messtechnik, Testlösungen, Diagnose

Safety / Security

iSYSTEM stellt eine Reihe von kostenlosen Profiler Packages für verschiedene AUTOSAR Embedded-Echtzeitbetriebssysteme vor.

Der winIDEA Analyzer von iSystem, links die aufgezeichneten Objekte und rechts deren zeitliche Korrelation.

Kostenlose Packages vereinfachen AUTOSAR Entwicklung

Optimierte Debug- und Trace-Funktionen für die neue S32K3 Automotive Mikrocontrollerfamilie von NXP bietet die neue Version der UDE von PLS.

Die neue Version der Universal Debug Engine bietet mit ihren Debug-, Analyse- und Testfunktionen Unterstützung für die neue S32K3-Mikrocontroller-Serie von NXP.

Elektronische Bauelemente

UDE von PLS unterstützt NXPs S32K3-MCUs mit optimierten Debug-, Analyse- und Testfunktionen

Um in der Software-dominierten Mobilität zukünftig erfolgreich agieren zu können, nimmt Bosch weitere Weichenstellungen vor.

Bosch bündelt Entwicklung für universelle Fahrzeug-Software in einer Einheit: Unter dem Dach von ETAS soll künftig die Entwicklung von anwendungsunabhängiger Software für Autos und Cloud gebündelt werden. 

Bosch bündelt Entwicklung universeller Fahrzeug-Software unter dem Dach von ETAS

Simphera heißt die neue Simulations- und Validierungslösung für die Automobilentwicklung, die dSpace vor kurzem in den Markt eingeführt hat.

Simphera unterstützt Entwickler und Absicherungsingenieure durch die Bereitstellung von drei Lösungsbausteinen, die nahtlos ineinandergreifen.

Skalierbare Simulation und Validierung optimieren Entwicklung automatisierter Fahrzeuge

Die vollständige Entwicklungs-Tool-Chain IAR Embedded Workbench für Arm unterstützt jetzt auch die neueste Automotive-MCU-Familie S32K3 von NXP Semiconductors.

IAR Systems ermöglicht Automotive-Anwendungen der nächsten Generation mit der S32K3 MCU-Familie von NXP.

IAR Embedded Workbench unterstützt S32K3-MCUs von NXP

AVxcelerate Headlamp von Ansys ermöglicht es Ford, die Entwicklung seiner vorausschauenden, intelligenten Scheinwerfer zu beschleunigen.

Gemeinsam mit Ansys entwickelt Ford seine neuen vorausschauenden Scheinwerfer, die die Sicht bei Nacht verbessern.

Vorausschauende Scheinwerfer schneller entwickeln

Bei der Entwicklung mobiler Arbeitsmaschinen steht neben der Steigerung von Produktivität und Bedienerkomfort insbesondere die Verbesserung der Energieeffizienz im Fokus.

Je nach gewünschter Detailtiefe kann im MKS-Modell mit starren oder flexiblen Komponenten gearbeitet werden.

Simulation

Software

Mobile Automation

hanser-automotive.de

Durchgängige Systemsimulation  für mobile Maschinen

Die Echtzeit-Simulation von Baumaschinen birgt aufgrund besonderer Fahrzeugkonzepte und Umgebungsbedingungen Herausforderungen, die nach einer flexiblen Simulationsplattform verlangen.

Bild 1: Beispiel eines komplexen Knickgelenk-Kippladers.

Echtzeit-Simulation von  Baumaschinen – Herausforderungen und Lösungen mit TruckMaker

Die Bosch-Tochter ETAS stellt sich als Lösungsanbieter für das Software-definierte Fahrzeug neu auf.

Die ETAS-Geschäftsführung bestehend aus dem Vorsitzenden Christoph Hartung (Mitte) sowie Götz Nigge (rechts), Executive Vice President Operations, und Günter Gromeier (links), Executive Vice President Sales, treiben die Entwicklung des Unternehmens als Lösungsanbieter für das Software-definierte Fahrzeug voran.

ETAS stellt sich neu auf

Der Entwicklungsdienstleister Bosch Engineering hat zum 1. Oktober 2021 seine Führungsspitze neu aufgestellt.

Michael Englert (links), Gründer und Geschäftsführer von ITK Engineering, wird zum Jahresende in den Ruhestand gehen und das Unternehmen nach 27 Jahren verlassen. Zum 1. Oktober tritt Dr. Frank Schmidt (rechts), bislang Mitglied der Geschäftsführung von Bosch Engineering, seine Nachfolge an.

Bosch Engineering stellt Geschäftsführung neu auf

dSpace und KPIT haben auf der CES die Smart Charging Solution Suite vorgestellt und wollen damit die Entwicklung und den Test von Ladesystemen für Elektrofahrzeuge beschleunigen.

KPIT und dSpace bieten zukünftig ein Lösungspaket für die Entwicklung von Bordladegeräten und für die Durchführung von Konformitätsprüfungen an.

Messe CES

KPIT und dSpace beschleunigen den Test von Ladesystemen für E-Fahrzeuge

Innovation, Qualität und Effizienz – Altair Lösungen für mobile Maschinen

Altair Engineering GmbH  

https://www.altair.de

Analysetools, FEM

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HSC- / HPC-Bearbeitung

Spanende Verfahren

Industrie 4.0

Kalkulationssoftware für Formenbau

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Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Automotive-Kommunikationssysteme im Wandel

CAN XL für zukünftige  Fahrzeugarchitekturen

Mit CAN XL steht nur wenige Jahre nach der Markteinführung von CAN FD erneut eine CAN-Variante am Start. Aktuell etabliert sich im Fahrzeug parallel zur signalbasierten Kommunikation die serviceorientierte Kommunikation. In diesem Zusammenhang liefert CAN XL die Grundlagen für eine effiziente Kooperation von IP-Technologie sowie klassischer signalbasierter Kommunikation.

Die Entwicklungsabteilungen der Automobilindustrie konzentrieren sich aktuell zu einem großen Teil auf die Herausforderungen rund um den Mobilitätswandel. Im Mittelpunkt stehen Assistenzsysteme, autonomes Fahren, die Elektromobilität sowie ständige Connectivity ins Internet beziehungsweise in die Cloud.

Eine unverzichtbare Voraussetzung für autonomes Fahren sind beispielsweise leistungsfähige Sensorsysteme, wie Radar, Laserscanner und Videokameras im Fahrzeug. Sie generieren Daten in einer Größenordnung, wie sie bis vor wenigen Jahren im Automobilbereich unbekannt waren. Diese explodierenden Datenmengen gilt es zu transportieren und in Echtzeit zu verarbeiten. Für den schnellen Datentransport hat die Industrie daher Automotive Ethernet auf den Weg gebracht, das vorrangig die Bandbreiten von 100...1000 Mbit/s (100BASE-T1, 1000BASE-T1) abdeckt und zunächst im ADAS-Bereich Verwendung findet. Am unteren Ende der Ethernet-Vernetzung wird 10BASE-T1S derzeit entwickelt, mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbit/s.

Hand in Hand mit Ethernet und der IP-Technologie geht die serviceorientierte Kommunikation einher. Anwendungen benötigen Daten und Dienste. Dabei spielt es keine Rolle wer diese zur Verfügung stellt. Dies erfordert einen dynamischen Verbindungsaufbau zwischen Datensenke (Consumer) und Datenquelle (Provider). Ein weiterer großer Vorteil der serviceorientierten Kommunikation ist die Übertragung von dynamischen Datenstrukturen. Die Größe der zu übertragenden Daten ergibt sich, zum Beispiel bei Sensordaten-Fusions-Anwendungen, erst während der Laufzeit einer Applikation. Solche Daten lassen sich nicht statisch mappen, vielmehr muss das Kommunikationssystem sie dynamisch serialisieren.

Klassische Bussysteme: Perfekt für Regelungsaufgaben

Demgegenüber stehen die klassischen automobilen Netzwerke, wie CAN und CAN FD bzw. FlexRay, die eine signalbasierte Kommunikationstechnik nutzen. CAN arbeitet in den meisten Anwendungen mit einer Übertragungsrate von 500 kbit/s und besetzt im Automobil Bereiche, wie Engine Management und Body Control. CAN als Pionier der Automotive-Vernetzung wird nach oben hin ergänzt durch FlexRay und CAN FD, deren Übertragungsraten von 1...10 Mbit/s reichen. Diese neueren Systeme sind prädestiniert für zeitkritischere Applikationen bei Engine Management, Body Control und Chassis Control, sie finden zum Beispiel Anwendung im Bremssystem. Die 25...150 Mbit/s-Domäne schließlich repräsentiert MOST, das für Infotainment Anwendungen genutzt wird.

Nach dem Aufstieg von Automotive Ethernet wäre angesichts der gewachsenen Vielfalt an Kommunikationssystemen eine Konsolidierung geboten, sollen Komplexität und Kosten begrenzt werden. Da sich die Einsatzbereiche von FlexRay und MOST auch mit Ethernet gut abdecken lassen, werden diese Systeme wohl mittelfristig ersetzt. Damit würden CAN und Ethernet übrig bleiben, wobei Ethernet mit einer Übertragungsrate von 100...1.000 Mbit/s nun Infotainment, ADAS, Telematik und den Connectivity-Bereich abdeckt. CAN und CAN FD arbeiten im Bereich von 0,5...5 Mbit/s und sind verantwortlich für Engine Management, Body Control. Chassis Control Systeme könnten zukünftig mit 10 Mbit/s Systemen wie CAN XL oder 10BASE-T1S realisiert werden.

Bedenkt man, dass etwa 90 Prozent aller Netzknoten mit Geschwindigkeiten bis 10 Mbit/s kommunizieren, erschließt sich der 10-Mbit/s-Domäne ein breites Anwendungsfeld. Es reicht von Audio-Anwendungen über Radar- und Ultraschallsensoren bis zum Chassis Control. Technisch gesehen stehen bei den erstgenannten Applikationen das Streamen und Serialisieren von Daten sowie das Prinzip der Serviceorientierung im Fokus. Bei den Anwendungen im Chassis Control dagegen dominiert die signalorientierte Kommunikation. Wie bereits angedeutet, konkurrieren in diesem Bereich CAN XL und die Ethernet-Variante 10BASE-T1S.

CAN XL ist eine Weiterentwicklung von CAN und CAN FD und arbeitet vom Prinzip her weitgehend identisch. Eine CAN-Botschaft lässt sich in Arbitrierungs- und Daten-Phasen unterteilen. Während CAN XL in der Arbitrierungsphase niedrige Übertragungsgeschwindigkeiten von 500 kbit/s bis 1 Mbit/s verwendet, ist die Geschwindigkeit in der Datenphase skalierbar in dem weiten Bereich von 2 Mbit/s bis 10 Mbit/s. Dieses Bitraten-Switching ist nun obligatorisch bei CAN XL.

Als Zugriffsverfahren kommt wiederum CSMA/CR (Carrier Sense Multiple Access/Collision Resolution) zum Einsatz, das konkurrierende Schreibzugriffe durch Bitarbitrierung auflöst. Damit verfolgt CAN XL ein strenges Prioritätenkonzept, bei dem sich die höherwertige Botschaft verzögerungsfrei durchsetzt. CAN XL unterstützt nur noch 11-bit-Identifier, 29-bit-Identifier gibt es hier nicht mehr. Des Weiteren zeichnet sich CAN XL durch eine hohe Übertragungssicherheit aus. Mit Hamming Distance 6 für Header und Frames sowie Format Checks liegt sie sogar höher, als die von FlexRay oder als es Ethernet CRCs ermöglichen.

Nicht nur die höhere Datenübertragungsrate ist für künftige Anwendungen wichtig, eine entscheidende Motivation für die Entwicklung von CAN XL ist auch die skalierbare Nutzdatenläge, die eine variable Länge von 1...2.048 Byte aufweisen kann. Das versetzt künftige Kommunikationssysteme im Automobil gegebenenfalls in die Lage, Ethernet-Frames in CAN-XL-Botschaften zu verpacken beziehungsweise IP-Kommunikation via CAN XL zu nutzen (Bild 1).

10BASE-T1S: Bustopologie mit geregeltem Netzwerkzugriff

Ebenfalls mit einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s arbeitet das neue 10BASE-T1S. Bei der betrachteten Automotive 10-Mbit/s-Ethernet-Variante steht das „S“ für Short Distance oder Short

Range, die explizit für das Automobil vorgesehen ist. Sie deckt kurze Distanzen bis 25 Meter ab und ist nicht zu verwechseln mit der Variante 10BASE-T1L (L – Long Distance), die Reichweiten bis 1.000 Meter zur Verfügung stellt und typisch in Industrieanwendungen zu finden ist. Als Physical Layer für 10BASE-T1S kommt ein ungeschirmtes verdrilltes Adernpaar zum Einsatz („T1“). Im Gegensatz zu den anderen heutigen Switched-Ethernet-Varianten handelt es sich bei 10BASE-T1S von der Topologie her um einen Bus. Alle Teilnehmer sind über kurze Stichleitungen (Stubs) von maximal 10 Zentimeter Länge an eine gemeinsame Ethernet-Leitung angekoppelt (Multi-Drop-Bustopologie). Damit stellt sich sofort die Frage nach dem Netzwerkzugriff: Im Ethernet-PHY ist ein Round-Robin-Verfahren implementiert, das einen kollisionsfreien Netzwerkzugriff mittels PLCA (Physical Layer Collision Avoidance) ermöglicht. Dies garantiert deterministische Reaktionszeiten für jeden Netzwerkteilnehmer, und in der Anwendung ist Echtzeitfähigkeit gegeben. Der kollisionsfreie Zugriff erlaubt es außerdem, stets die volle Bandbreite von 10 Mbit/s zu nutzen. 10BASE-T1S stellt lediglich Halb-Duplex-Betrieb bereit, dafür ist nur einen PHY pro Steuergerät anstelle von zwei pro Verbindung nötig.

Mit diesen Eigenschaften eignet sich 10BASE-T1S auch für Anwendungen, die im Bereich der klassischen automobilen Netzwerke liegen. Während sich Ethernet 10BASE-T1S von oben her in der 10-Mbit/s-Domäne positioniert, stößt CAN XL, von unten kommend, in die 10-Mbit/s-Domäne. Sowohl 10BASE-T1S- als auch CAN-XL-Domänen könnten häufig als Netzwerkzweige unter einer 100BASE-T1-Domäne arbeiten. Die Kopplung von 10BASE-T1S an 100BASE-T1 ist problemlos über einen Switch möglich. Zum Anschluss von CAN-XL-Zweigen dagegen ist ein Gateway erforderlich. Beide Modelle haben mit ihren unterschiedlichen Ansätzen Vor- und Nachteile und könnten parallel nebeneinander her existieren. Die Entscheidung welches Kommunikationssystem in diesem Bereich künftig die vorherrschende Rolle spielen wird, hängt einerseits von Kostenüberlegungen ab, andererseits von technischen Faktoren und nicht zuletzt von der Rückwärtskompatibilität zu CAN und CAN FD.

Weit verbreitet: Signalbasierte CAN-Kommunikation

Ein gewichtiges Argument für CAN XL ist die nach wie vor hohe Dominanz klassischer CAN-Varianten mit signalbasierter Kommunikation in zahlreichen Fahrzeugen. In den typischen regelungstechnischen Aufgaben hat sich der signalbasierte Ansatz seit nahezu drei Jahrzehnten bewährt. Zusammen mit dem bei CAN verwendeten Prioritätenprinzip erfüllt das System ideal die notwendigen Echtzeitanforderungen. Ein wesentliches Merkmal der signalbasierten Kommunikation ist die vordefinierte statische Kommunikationsmatrix. Signale, wie Temperaturen, Drücke, Geschwindigkeiten oder Umdrehungen, haben stets dieselbe feststehende Größe, die fest auf einen CAN-Frame gemappt und an Steuergeräte gesendet werden. Zusätzlich wurden sogenannte PDUs eingeführt, die eine Zwischenschicht bilden und der Kommunikation mehr Flexibilität verleihen.

Anders als 10BASE-T1S bietet CAN XL die Möglichkeit komplexere Topologien mit Stern und langen Stubs einzusetzen. Daher lassen sich bewährte Topologien vorhandener CAN-Lösungen nicht eins zu eins durch 10BASE-T1S Netzwerke ersetzen. Deren restriktivere Bustopologie erlaubt lediglich Stubs von 10 cm Länge. Einem Upgrade von CAN/CAN FD auf CAN XL hingegen steht von dieser Seite nichts entgegen, denn in der Leitungsführung und im ausgeklügelten Kabelbaum steckt viel Know-how und Entwicklungszeit (Bild 2).

Genau dieser Migrationspfad macht CAN XL interessant für solche Automobilhersteller, die stark im Bereich der Klein- und Mittelklassewagen vertreten sind. In diesem Massenmarkt wird sich noch geraume Zeit kein autonomes Fahren finden, allenfalls einfache Assistenzsysteme, zum Beispiel Antiblockiersysteme. Ohne Radarsensoren, hochauflösende Kameras und so weiter ist eine Ethernet-Vernetzung nicht zwingend, stattdessen sind die klassischen Systeme noch stark vertreten, allen voran natürlich CAN. Für solche Fahrzeuge bietet CAN XL die ideale Plattform für Weiterentwicklungen auf der Basis der bestehenden Fahrzeugarchitektur. Es sind keine Redesigns von Kabelbäumen, Controllern, und Protokoll-Stacks notwendig. Der einfachere Protokoll-Stack von CAN gegenüber IP erlaubt die Nutzung von kleineren und damit günstigeren Controllern. Ein Ziel für CAN XL wäre es, diese Tradition fortzuführen.

Mit CAN XL kommt eine CAN-Variante, die einerseits einen einfachen Migrationspfad für bestehende klassische CAN- und CAN-FD-Netzwerke darstellt und gleichzeitig hinsichtlich der Übertragungsrate die Lücke zwischen CAN/CAN FD und Ethernet schließt. Eine CAN-XL-Kommunikation kann in den entsprechenden Anwendungsbereichen kleinere und damit preiswertere Controller ermöglichen als Ethernet. Mit Nutzdatenlängen bis 2048 Byte liefert CAN XL die Voraussetzung künftig auch Ethernet-Frames zu transportieren und IP-Kommunikation zu nutzen. Damit könnten CAN XL sowie 10BASE-T1S in Zukunft gemeinsam als Bindeglied zwischen der signalbasierten Kommunikation auf den unteren Ebenen und der serviceorientierten Kommunikation der höheren Systeme fungieren. Mit entsprechenden Erweiterungen in den verschiedenen Protokollschichten werden sich hier interessante Möglichkeiten eröffnen. Erste vielversprechende CAN-XL-Prototypen sind bereits entwickelt, so unter anderem von Vector Informatik (Bild 3). (oe)

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

<a href="https://www.hanser-automotive.de/zeitschrift/archiv/artikel/ip-konzepte-mit-can-xl-11248117.html" target="_blank">Im zweiten Teil dieses Fachbeitrags, der in der nächsten Ausgabe (Hanser automotive 6/2020)</a> erscheint, geht es um IP-Konzepte mit CAN XL und die Transformation von SOME/IP in Richtung „SOME/CAN“. Beschrieben werden verschiedene Lösungsansätze mit ihren jeweiligen Anforderungen an Software-Stack und Hardwareressourcen, die über ein denkbares „SOME/CAN“ bis hin zur Hardwarefilterung beim Routen von Ethernet Frames über CAN XL reichen.

Vector Informatik GmbH  

https://www.vector.com

Ausgabenartikel

Bild 1: CAN-XL-Frame (aktueller Entwicklungsstand). Mit Nutzdatenlängen bis 2048 Byte liefert CAN XL die Voraussetzung künftig auch Ethernet-Frames zu transportieren und IP-Kommunikation zu nutzen.

Bild 2: Netzwerk-Topologien von 10BASE-T1S und CAN XL. CAN XL ermöglicht andere Topologien mit Stern und langen Stubs.

Bild 3: Umsetzung von Vector einer CAN-XL-Kommunikation als Prototyp auf Basis von CANoe.

Dipl.-Ing. (FH) Peter Decker  ist seit 2002 bei Vector Informatik und arbeitet als CAN Product  Manager im Bereich Networks and Distributed Systems.

Dipl.-Ing. (FH) Oliver Garnatz  ist seit 2000 bei Vector Informatik und arbeitet als Solution Manager im Bereich Embedded Software.

Hauptartikel

CAN XL Fahrzeugarchitektur | Wandel der Automotive-Kommunikationssysteme hin zu serviceorientierter Kommunikation ➤ Jetzt informieren!

CAN XL | Automotive-Kommunikationssysteme

ausgabe 03/2022

ausgabe 02/2022

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