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18.04.2011
Folge 272

Ethernet im Auto

Ein Internet-Auto ist eine Fiktion – bis heute. Allerdings wird, so die einhellige Meinung der Experten, die Netzwerktechnologie, auf der das Word Wide Web basiert, auch ins Auto Einzug halten. Das Ethernet mit dem Datenaustauch über IP-Pakete hat sich als Stabil erwiesen. Allerdings birgt es auch einige Nachteile. Wenn eine E-Mail mal später ankommt, ist das nicht schlimm. Sollten allerdings Bremsen erst nach Sekunden reagieren wäre das mehr als Fatal. Ein reines IP-Auto nur eine Vision bis heute. Obwohl das Ethernet schon schrittweise Einzug ins Auto hält. Die neuen  OBD (On Board Diagnostic) Systeme, wie sie Wolfgang Back schon in einer TV-Sendung vorstellte, basieren auf IP-Technologie. Diese standardisierte IP-Diagnose-Schnittstelle (ISO 13400) verwendet Ethernet als Bitübertragungsschicht. Auch Softwareupdate der Bordcomputer oder Multimedia im Auto sind Kandidaten für das Ethernet.


Heinz Schmitz über den Einzug von Netzwerktechnologien in das Auto

Heute ist die Welt im Auto allerdings noch sehr zersplittert. Die findet man in einem Fahrzeug bis zu 5 verschiedene Bussysteme, die nebeneinander existieren und per Gateway miteinander verbunden werden müssen. Bis zu 70 Steuergeräte werden so miteinander vernetzt.

Neben dem  Ethernet und teileweise 1EEE1394 Firewire sind in Autos die folgenden Bussysteme eingebaut. Der CAN-Bus wurde 1983 von Bosch eingeführt. Er bietet eine Datenrate von max. 1 Mbit/s. Als Einsatzgebiet ist es vor allem der Sensor-Aktor-Bereich, die Komfortanwendungen, das  Fahrwerk und die Motorsteuerung. Als zweiten Bus ist LIN, der im Jahre 2000 von Volcano Automotive Group, Freescale und einigen Autohersteller, ins Leben gerufen wurde. Erbietet eine Datenrate von 20 Kbit/s und ist für Anwendungen im Sensor-Aktor-Bereich und für Komfortanwendungen konzipiert.  Etwa 1995 wurde der MOST-Bus von BMW, Daimler, Harman/Becker und  SMSC speziell für Multimediadaten mit einer Datenrate von 25 MBit/s entwickelt. Mit 10 MBit/s ist FlexRay im Jahre 2000 von Daimler-Chrysler, BMW, Motorola und Philips speziell für sicherheitskritische Systeme konzipiert worden.


Das Ethernet würde im Gegensatz zu den etablierten Systemen eine Datenrate von  100 MBit/s bzw. 1 GBit/s bieten. Zudem ist es in der Industrie etabliert und damit stehen Komponenten zur Verfügung, die der rauen Umwelt widerstehen, denen sie in Autos ausgesetzt sind. Auch das Problem der Reaktionszeiten ist mit dem Echtzeit Ethernet nach IEEE 802.1as  gelöst. Zu industriellen Anwendungen gibt es allerdings einen gravierenden Unterschied. Bei der Produktion im Alarmfall versucht wird alles schnellstmöglich zum Stillstand zu bringen. Ein Verhalten dass im Auto oder Flugzeug undenkbar ist. Es müssen also Strategien implementiert werden, die im Störungsfall keine Verkehrsteilnehmer gefährden.

Der Echtzeitstandard kommt nicht aus der Industrie sondern ursprünglich aus der Audiotechnik -Arbeitsgruppe Audio/Video Bridging (AVB). Das AV-Bridging-System basiert auf drei Spezifikationen:
IEEE 802.1as Zeitsynchronisation (IEEE1588: UDP gemeinsame Taktquelle )
IEEE 802.1Qat Stream-Reservierung (Reservierung von Netzwerk-Bandbreite
und Puffer-Ressourcen).
IEEE 802.1Qav Queuing und Forwarding für AV Bridges (Trennung des Verkehrs in isochrone (zeitkritische) und asynchrone (nicht-zeitkritische) Pakete und Priorisierung in einem Zeittakt.

Im Auto, das im Gegensatz zu einem Studio oder sogar dem Internet ein geschlossenes System ist, findet man nach dem derzeitigen Stand drei Klassen: Zum einen die zeitgesteuerte Kommunikation (SAE-6802-Standard)
über das ganze Netzwerk. Hier finden wir einen vorkonfigurierter Zeitplan den jedes angeschlossene Gerät kennt. Die Meldungen erfahren auch  keine Quittierung. Gedacht ist diese Kommunikation für sicherheitsrelevante Komponenten.

Die zweite Kommunikationsform wird als Rate-Constrained Kommunikation (ARNIC 664Part 7 Standard) bezeichnet. Hier bekommt jede Anwendung eine reservierte Bandbreite im Netz, wenn keine zeitgesteuerte Kommunikation läuft.
Entspricht etwa dem Quality of Service Mechanismus für Sprachkommunikation und ist zum Beispiel für Multimedia-Anwendungen gedacht.

Als Dritte Form findet man die so genannte Best Effort Kommunikation (IEEE802.3). Hier fließen nur dann Daten, wenn das Netz frei ist. Wie im lokalen Netz gibt es keine zeitliche Garantie. Einsetzen kann diese Form zum Beispiel für Diagnosedaten

Man erwartet in den nächsten Jahren ein schrittweises Vordringen der Ethernet-Techniken in die Autos. Bis 2015 sollen zunächst Kamerasysteme serienreif sein. Ab 2014/2015 rechnet zum Beispiel bei BMW mit Fahrerassistenzsysteme und passive Sicherheitssysteme wie Spurhalteassistenz oder Verkehrszeichen-/Ampelerkennung und Kollisionsvermeidung. Dann werden wohl irgendwann aktive Sicherheitssysteme wie automatische Notbremsen folgen.

Hier noch einige Links mit weiteren Informationen zu Bussystemen im Auto:
http://www.elektroniknet.de/automotive/technik-know-how/bussysteme/article/76639/0/Sichere_IP-basierte_Kommunikation_im_Fahrzeug/

http://www.hanser-automotive.de/index.php?id=1569&tx_ttnews%5Btt_news%5D=31487

http://www.automobil-industrie.vogel.de/elektronik/articles/259971/

http://www.esk.fraunhofer.de/de/projekte/SEIS.html

http://www.elektronikpraxis.vogel.de/themen/hardwareentwicklung/datenkommunikationsics/articles/155118/

http://www.inf.tu-dresden.de/content/institutes/iai/tis-neu/lehre/archiv/folien.ss_2009/Vortrag_Gahrig.pdf



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