I. Entwicklung der automobilen Kommunikations- und Informationstechnologie

Traditionell waren Automobile mechanische Systeme. Mit der Entwicklung und kontinuierlichen Anwendung der Informationstechnologie wurden immer mehr elektronische und informationstechnische Systeme in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Fast alle Baugruppen und Systeme sind zu integrierten mechatronischen Informationssystemen geworden, und es sind immer mehr Funktionen und Geräte auf der Grundlage der Informationstechnologie entstanden. Die Informationssysteme im Fahrzeug und die Informationstechnologie gehören zu den wichtigsten Bestandteilen der neuen Automobiltechnologien. Nahezu alle neuen technologischen Wachstumspunkte im Automobil sind mit der elektronischen Technologie und der Informationstechnologie verbunden. Die zunehmende Anzahl von elektronischen Systemen und Informationssystemen im Fahrzeug hat zur Entwicklung der Netzwerk-Kommunikationstechnologie im Fahrzeug geführt. Die Entwicklung des Internets der Dinge, das auf dem Internet basiert, wird unweigerlich zu einer Fahrzeugvernetzung führen, die eine Verbindung zwischen Fahrzeug und Fahrzeug, Fahrzeug und Straße, Fahrzeug und Person sowie Fahrzeug und Servicecenter herstellt, wodurch ein Automobil zu einem mobilen Netzwerk wird, das Teil des globalen Internets ist (siehe Abbildung 1-1). Mit der Entwicklung der automobilen Intelligenz und der Verbesserung der intelligenten Steuerung und der intelligenten Wahrnehmungsfähigkeiten wird sich die autonome Arbeitsfähigkeit von Automobilen weiter verbessern.

1. Entwicklung der bordeigenen Netzwerktechnologie

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Kfz-Elektronik nimmt die Zahl der elektronischen Geräte in Kraftfahrzeugen rasch zu. Da die Preise für elektronische Komponenten sinken, breitet sich die elektronische Technologie auch sehr schnell auf Low-End-Fahrzeuge aus. Heute ist fast jede Baugruppe in einem Automobil ein integriertes mechanisches, elektronisches und informatives Gerät. In den Systemen spielen elektronische und informationstechnische Komponenten eine immer wichtigere Rolle, so dass manche glauben, dass sich das Automobil von einem mechanischen System mit einer großen Anzahl elektronischer Technologien und Geräte zu einem elektronischen Informationssystem wandelt, das von bestimmten mechanischen Geräten unterstützt wird. Die kontinuierliche Zunahme elektronischer Informationsgeräte in Fahrzeugen hat dazu geführt, dass die elektronischen Schaltkreise, die diese Geräte miteinander verbinden, rasch zunehmen. Daher ist die effektive Realisierung der Verbindung dieser Geräte unter der Bedingung ständig wachsender elektronischer Geräte zu einem Problem geworden, das gelöst werden muss. Die herkömmliche Methode der parallelen Punkt-zu-Punkt-Verbindung kann diesem Dilemma offensichtlich nicht entkommen, und Netzwerkstrukturen, die auf serieller Informationsübertragung basieren, sind zu einer unvermeidlichen Wahl geworden.Andererseits wird mit der fortschreitenden Elektronisierung des Automobils die auf Netzwerkkommunikation basierende Control By Wire (CBW)-Technologie in großem Umfang in Automobilen eingesetzt werden, was ein weiterer Grund für die Nachfrage nach Netzwerktechnologie ist. Bei der so genannten Drahtsteuerung werden die bisher mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch verbundenen Übertragungsteile wie Schaltstangen, Gaspedalkabel, Lenkgetriebeübertragungsmechanismen, Bremsölkreisläufe usw. durch elektronische Informationsübertragung ersetzt. Die Drahtsteuerungstechnik bringt nicht nur Änderungen dieser Verbindungsmethoden mit sich, sondern auch Änderungen der Steuerungsmechanismen und -methoden sowie Änderungen der Aktoren (Elektrifizierung). Die breite Anwendung der Drahtsteuerungstechnologie wird eine völlig neue Automobilstruktur bilden. Abbildung 1-2 zeigt das Grundprinzip des Drahtsteuerungsverfahrens. Steuerungsabsichten werden über die Mensch-Maschine-Schnittstelle in elektrische Signale umgewandelt und an Aktuatoren übertragen, die funktionale Geräte steuern; Sensoren nehmen den Zustand funktionaler Geräte wahr und übertragen elektrische Signale an die Mensch-Maschine-Schnittstelle, um dem Fahrer eine Rückmeldung zu geben. Drahtgebundene Steuersysteme müssen große Mengen an Informationen zwischen Mensch-Maschine-Schnittstellen, Aktoren und Sensorik sowie mit anderen Systemen übertragen. Die auf serieller Kommunikation basierende Netzwerktechnologie ist die beste Struktur für die Umsetzung dieser Kommunikationsfunktion. Die drahtgebundene Steuerungstechnik erfordert Netzwerke mit guter Echtzeitleistung und hoher Zuverlässigkeit, und einige Teile der drahtgebundenen Steuerung erfordern eine redundante "Funktionsimplementierung", um sicherzustellen, dass die grundlegenden Funktionen des Geräts (der Baugruppe) auch dann noch erfüllt werden können, wenn Ausfälle auftreten (Fail-Operational). So wie das ABS (Antiblockiersystem) und die Servolenkung, die auch bei einem Ausfall der Schaltkreise noch grundlegende Brems- und Lenkfunktionen haben. Dies setzt voraus, dass die für die Drahtsteuerung verwendeten Netze hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten, gute zeitliche Eigenschaften (der Zeitpunkt, zu dem die Kommunikationsereignisse eintreten, ist deterministisch), hohe Zuverlässigkeit und die erforderliche redundante Technologie aufweisen, was ebenfalls Merkmale von Kfz-Netzen sind.Der wichtigste Grund für den Einsatz von Netzen in Kraftfahrzeugen ist die gesellschaftliche Nachfrage nach Computernetzen und der Verbindung verschiedener Dinge auf der Grundlage solcher Netze. Der Entwicklungstrend von miteinander verbundenen intelligenten Fahrzeugen im Rahmen des intelligenten Verkehrssystems wird zwangsläufig dazu führen, dass Automobile zu Endpunkten oder mobilen Netzen im Internet werden. In intelligenten Verkehrssystemen sollte ein Auto die Funktion haben, relevante Informationen zu empfangen und bereitzustellen, wie z. B. den Empfang von Ortungssignalen, die Bereitstellung von geografischen Informationsdiensten, den Empfang von Managementinformationen, das Senden von Fahrzeugstatusinformationen und die Anforderung von Sicherheitsdiensten. Mit dem Trend intelligenter Verkehrssysteme zur cyber-physischen Integration werden auch Funktionen wie Fernzugriff auf Fahrzeuge, Fernsteuerung, Kombination von über Netzwerke erhaltenen Mehrfachinformationen mit der Fahrzeugsteuerung und autonomer intelligenter Betrieb weiter verbessert. Um die Anforderungen dieser Funktionen zu erfüllen, sind starke Kommunikations- und Rechenkapazitäten sowie Funktionen zur gemeinsamen Nutzung von Daten erforderlich, die auch die grundlegendsten Funktionen von Computernetzen sind. Die auf Computernetzen basierende Kommunikation sowie neue Technologien und Anwendungen, die auf solchen Fähigkeiten beruhen, sind zu einer der wichtigsten Schlüsseltechnologien für Fahrzeuge geworden und entwickeln sich rasch weiter, wodurch sich die "Gene" des Automobils verändern.Gegenwärtig teilt sich in Fahrzeugen der Teil des Informationsdienstes oft ein Netz mit dem Mediensystem an Bord, nämlich das Medien- und Informationsnetz, während der Teil der Steuerung ein relativ unabhängiges Netz hat. Mit der cyber-physischen Integration wird die Arbeitsteilung in den bordeigenen Netzwerken kontinuierlich aufgebrochen und neu organisiert, und die Trägernetzwerke für den Informationsfluss und den Kontrollfluss können integriert werden.Frühe bordeigene Netze entwickelten keine eigenen universellen Netzstandards, sondern übernahmen einige bestehende konventionelle Standards, wie z. B. UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Auch die Automobilhersteller folgten im Wesentlichen dem traditionellen Entwicklungsmodell der Automobiltechnik und entwickelten Netzwerksysteme auf der Grundlage ihrer eigenen Bedürfnisse und Grundlagen, mit wenig externer Zusammenarbeit und geringer Offenheit. Kfz-Netzwerksysteme und Steuer- und Informationseinheiten, die Netzwerke verwenden, haben oft mehrere verschiedene Quellen mit unterschiedlichen Spezifikationen je nach Region oder Hersteller. Die Netzwerktechnologie selbst weist jedoch Merkmale auf, die von Standards abhängen. Um die Installationskosten zu senken und die Bequemlichkeit von Design und Wartung zu verbessern, ist es unumgänglich, dass bordeigene Netzwerke Industriestandards bilden und übernehmen und eng mit der Informations- und Elektronikindustrie zusammenarbeiten, um eine offene Struktur zu bilden. In dem Maße, wie das Vertrauen in die Zusammenarbeit wächst und die durch die Zusammenarbeit erzielten Vorteile zunehmen, wird dieser Trend zur Annahme offener Standards durch die Zusammenarbeit innerhalb der Automobilindustrie und mit Unternehmen der Elektronikkomponenten- und Informationstechnologie immer deutlicher. Produkte, die mit Netzwerken im Auto verbunden sind, wie Sensoren, Aktoren und Steuergeräte, können von Herstellern aus vielen verschiedenen Branchen stammen. Diese Standardisierung ist von Vorteil für die Integration von Produkten verschiedener Komponenten- oder Gerätehersteller und kommt auch der Bedienbarkeit von Konstruktion, Montage und Wartung zugute. Mit einheitlichen Standards können Schnittstellen für Geräte reserviert werden, die es noch nicht gibt, oder für Geräte, die während des Entwurfs ausgetauscht werden können, wie z. B. Software-Schnittstellen in Kraftfahrzeugen (der derzeitige Stand der Hardware für eingebettete Systeme in Kraftfahrzeugen reicht aus, um relativ unabhängige Software zu unterstützen, die als Komponente oder Baugruppe in Kraftfahrzeugen betrachtet werden sollte). Diese Normung hat die so genannte offene Architektur hervorgebracht, d. h. bestimmte technische Normen und die Anerkennung und Einhaltung dieser Normen.Fahrzeuginterne Netzwerke werden seit den 1980er Jahren in Fahrzeugen eingesetzt. In den 1990er Jahren begannen Karosserienetzwerke und Kontrollnetzwerke, die einige elektronische Steuergeräte, einschließlich Fehlerdiagnosesysteme, verbinden, in verschiedenen Fahrzeugmodellen weit verbreitet zu sein. Die am weitesten verbreiteten Standards mit den meisten unterstützenden Technologien und Komponenten sind CAN (Controller Area Network) und SAE J1850. In den 1990er Jahren befanden sich On-Board-Mediennetzwerke, drahtgebundene Steuersystemnetzwerke und intelligente Transportsystemnetzwerke noch im Anfangsstadium, wobei sich Netzwerkprotokolle, unterstützende Software- und Hardwaretechnologien und Komponenten meist noch in der Testphase befanden. Einige große Automobilunternehmen haben sich aus technischen Gründen und aufgrund von Gruppeninteressen für unterschiedliche Netzwerkprotokollstandards entschieden. Bei den Netzwerkprotokollen für drahtgebundene Steuersysteme gibt es hauptsächlich zwei Möglichkeiten: zum einen TTP/C (Time Triggered Protocol, SAE Class C, d. h. ein zeitgesteuertes Protokoll, das SAE Class C-Netzwerken entspricht), das derzeit von Audi, Volkswagen, Honeywell und Delphi als Protokollstandard für drahtgebundene Steuersysteme gewählt wird; zum anderen FlexRay, ein Protokoll, das sowohl zeitgesteuerte als auch ereignisgesteuerte Zugriffsmethoden unterstützt. Gegenwärtig wird dieses Protokoll von BMW, Motorola, Philips Semiconductor, Bosch und GM als Protokollstandard für drahtgebundene Steuernetze verwendet. Um die Mängel der ereignisgesteuerten Zugriffsmethoden von CAN in Echtzeitsteuerungsanwendungen zu kompensieren, hat Bosch auch TTCAN eingeführt, ein CAN-Protokoll, das zeitgesteuerte Zugriffsmethoden unterstützt. Für spezielle fahrzeuginterne Mediennetzwerke wurden in einigen High-End-Fahrzeugen MOST-Standards (Media Oriented System Transport) verwendet.Mit der kontinuierlichen Zunahme elektronischer Steuer- und Informationsgeräte im Fahrzeug und der Nachfrage nach Informationsdiensten steigt auch die Nachfrage nach besseren, schnelleren und zuverlässigeren Bordnetzeinrichtungen. Insbesondere bei der Anwendung von Multimediainformationen, elektronischen Karten, Internet-Netzwerkinformationen usw. in Kraftfahrzeugen können Busnetze die Anforderungen an Bandbreite und Informationsübertragungsformat kaum erfüllen. Vor diesem Hintergrund haben sich Technologien für bordeigene Netze, die Multimedia- und Hochdatenübertragungen unterstützen, herausgebildet, wobei Kfz-Ethernet ein typischer Vertreter zu sein.Automobil-Ethernet hat die Vorteile der schnellen Übertragungsgeschwindigkeit und der starken Skalierbarkeit von Ethernet geerbt und hat seit seiner Einführung große Aufmerksamkeit erhalten. Die Zahl der Mitglieder der "OPEN (One-Pair Ether-Net) Alliance SIG", einer Gruppe, die sich für die Formulierung und Verbreitung von Ethernet-Standards im Automobilbereich einsetzt, steigt rapide an.Das rasche Wachstum der OPEN Alliance SIG beruht auf dem verstärkten Trend der Automobilindustrie zur Nutzung von Automotive Ethernet. Die praktische Anwendung von Ethernet in der On-Board-Diagnose (OBD) von Fahrzeugen begann um 2008. In Zukunft wird es seinen Anwendungsbereich weiter ausdehnen, indem es die Echtzeitleistung verbessert, die Sicherheit bei Ausfällen gewährleistet, die Kosten senkt und die Datenübertragungsgeschwindigkeit erhöht. Der Anwendungsbereich von Ethernet kann sich auf Backbone-Netze erstrecken, die die Gateways verschiedener Systeme miteinander verbinden, wie z. B. Bildübertragungs-(Informations-)Systeme der AV-Ausrüstung im Fahrzeug, Karosseriesysteme, Kontrollsysteme, Sicherheitssysteme und Informationssysteme. Gegenwärtig sind einige auf Ethernet basierende Kfz-Netzstandards entstanden, die kontinuierlich verbessert und eingesetzt werden. Dazu gehören vor allem AVB (Audio Video Bridging) für Informations- und Mediensysteme sowie TTE-Systeme mit guten Echtzeiteigenschaften.Bei der Anwendung von Fahrzeugnetzen geht es nicht nur um Hardware-Verbindungen zwischen verschiedenen elektronischen Geräten im Auto, sondern auch um netzbezogene Software, die unweigerlich Teil der Software in jedem Steuergerät werden muss. Softwaresysteme in Kraftfahrzeugen werden bald ein relativ unabhängiger Teil sein, und ihre Beziehung zu den Kraftfahrzeugen (den darin befindlichen elektronischen Systemen) wird sich allmählich zu der gleichen Beziehung entwickeln wie die gegenwärtigen Computersoft- und -hardwaresysteme. On-Board-Anwendungssysteme werden in der Lage sein, Netzwerkfunktions-Serviceprogramme und andere allgemeine Servicefunktionssoftware (oder Firmware) in eingebetteten Betriebssystemen direkt aufzurufen. Die Softwareentwicklung in Automobilen wird bei der Fahrzeugentwicklung genauso wichtig sein wie die Entwicklung von Motoren, Fahrgestellen oder Karosserien.Obwohl die bordeigene Netzwerktechnologie bereits weit verbreitet ist, gibt es noch viel zu tun, um weitere Anforderungen zu erfüllen. Derzeit gibt es kein Netzsystem, das die Anforderungen an niedrige Kosten, sehr zuverlässige Leistung, Fehlertoleranz, gute zeitliche Eigenschaften (einschließlich Echtzeitleistung und deterministische Ereignisreaktionszeit) und gute Skalierbarkeit erfüllt. Aufgrund der großen Unterschiede zwischen den Ebenen und Zwecken von Bordnetzanwendungen haben die verschiedenen Ebenen oder Zwecke sehr unterschiedliche Anforderungen an die Netzleistung. Automobile selbst sind sehr preisempfindlich. Wenn hochleistungsfähige Netzsysteme zur Abdeckung von Anwendungen auf niedriger Ebene eingesetzt werden, sind die Kosten inakzeptabel. Daher wird es in Automobilen mehrere Netzstandards auf verschiedenen Ebenen geben. Daraus ergibt sich, dass Kraftfahrzeugnetze eine mehrstufige, zusammengeschaltete Netzstruktur sein werden.

2. Entwicklung der bordeigenen Informationstechnologie

In-Vehicle-Infotainment-Systeme sind Soft- und Hardwaresysteme, die auf Computer-, Satellitenortungs-, Netzwerkkommunikations-, Elektronik- und Steuerungstechnologien basieren und Funktionen und Dienste für Sicherheit, Umweltschutz, Komfort und Unterhaltung in Kraftfahrzeugen bieten. Sie sind zu Bestandteilen moderner Automobile geworden und spielen eine immer wichtigere Rolle in der Automobiltechnik und bei Automobilanwendungen.Fahrzeuginterne Informationssysteme können in vier Ebenen unterteilt werden, von der oberen bis zur unteren: Kundenebene, Dienstebene, Kommunikationsebene und Fahrzeugebene. Derzeit wird die elektronische Informationstechnologie in Fahrzeugen hauptsächlich für Fahrzeugsicherheitssysteme, Netzwerk-, Kommunikations- und Navigationssysteme, mobile Multimediasysteme und Systeme zur Mensch-Maschine-Interaktion eingesetzt.(1) FahrzeugsicherheitssystemeDurch den Einsatz elektronischer Informationstechnologie erreichen Fahrzeuge eine hohe Intelligenz, was die Sicherheit von Mensch-Maschine-Systemen in Fahrzeugen erheblich verbessert, Unfälle vermeidet und das Ausmaß von Verletzungen verringert.

1. Adaptive Geschwindigkeitsregelanlage: Die adaptive Geschwindigkeitsregelanlage steuert das Fahrzeug und tastet nach Einstellung der gewünschten niedrigeren Fahrgeschwindigkeit die Straße vor dem Fahrzeug mit Radar-, Sonar- oder Laserstrahlen ab. Wenn nötig, reduziert die adaptive Geschwindigkeitsregelanlage automatisch die Drosselklappe, schaltet herunter oder bremst sogar, um einen sicheren Abstand zu halten. Die Mercedes-Benz S-Klasse aus dem Jahr 2000 war das erste Fahrzeug der Welt, das mit einem adaptiven Geschwindigkeitsregler ausgestattet war, und andere Unternehmen haben seitdem ihre eigenen adaptiven Geschwindigkeitsregler auf den Markt gebracht.

2. Kollisionswarnsystem und Crash-Benachrichtigungssystem: Sein Funktionsprinzip ähnelt dem des adaptiven Geschwindigkeitsreglers, der mithilfe von Radar-, Sonar- und Laserstrahlen potenzielle Hindernisse erfasst. Bei Kollisionsgefahr gibt es Warnsignale aus und leitet automatische Bremsvorgänge ein. In Verbindung mit GPS-Empfängern können Unfallmeldesysteme den Rettungsdiensten auch genaue Informationen über den Standort des Fahrzeugs liefern.

3. Integriertes Sicherheitssystem: Dieses System besteht aus 50 Technologien, darunter elektronische Geräte, Mikrocontroller, Sensoren und andere Technologien und Produkte, die bereits eingeführt wurden oder noch eingeführt werden. Dieses System, das sich auf fortschrittliche elektronische Technologie und Integrationserfahrung stützt, konzentriert sich auf alle Aspekte des Fahrens, wie z. B. Vorhang-Kopfairbags, Gurtstraffungs- und -überspannungsvorrichtungen, adaptive energieabsorbierende Lenksäulen und aktive Knieschutzvorrichtungen, und mobilisiert alle Sicherheitsfaktoren im Fahrzeug, um einen umfassenden Rundumschutz für die Fahrzeuginsassen zu bieten.

4. System zur Wiederherstellung gestohlener Fahrzeuge: Diese Technologie bietet eine Methode zur Diebstahlsicherung, die auf der automatischen Fahrzeugverfolgung basiert. Einige Systeme zur Wiederbeschaffung gestohlener Fahrzeuge erfordern die Genehmigung des Fahrzeugbesitzers, um den Sender für die automatische Fahrzeugverfolgung zu starten, während andere Systeme den Sender für die Fahrzeugverfolgung automatisch starten, wenn in das Fahrzeug eingedrungen oder es unerlaubt weggefahren wird.

(2) Netzwerk, Kommunikation und Navigationssysteme

1. Netzwerk- und Kommunikationssysteme: Dieses System ermöglicht es dem Fahrer, über Laptops und schnurlose Telefone Nachrichten, E-Mails und andere Informationen aus dem Netz zu empfangen, ohne den Blick von der Straße zu nehmen oder die Hände vom Lenkrad zu nehmen, und überträgt diese Informationen per Sprachsteuerung an den Fahrer. Der Fahrer muss nur die Taste am Lenkrad berühren, um das System zu aktivieren. Diese fahrzeuginterne Netzwerkkommunikation kann durch zwei Methoden erreicht werden: Zum einen durch das Lesen von E-Mail-Text über digitale Displays, zum anderen durch die Umwandlung von Textdateien in Sprachdateien und das Vorlesen von E-Mail-Inhalten in elektronischer Sprache. E-Mail-Antworten können im Audiodateiformat gesendet oder vor dem Versand durch Spracherkennungssysteme in Textdateien umgewandelt werden.

2. Elektronisches Navigationssystem: Die GPS-Navigationsfunktion des bordeigenen Navigationssystems ist hervorragend und kann dem Fahrer helfen, sein Ziel im komplexen städtischen Straßennetz rechtzeitig und schnell zu erreichen. Mit Hilfe von mehrstufigen, geführten Menüs können die Ziele bequem nach Region, Stadt und Einrichtungsfunktion ausgewählt werden. Das Navigationssystem berechnet sofort die kürzeste Fahrtroute und zeigt sie als Linien auf zwei- oder dreidimensionalen elektronischen Karten an. Sobald das Fahrzeug gestartet wird, fährt das Symbol, das die Echtzeitposition des Fahrzeugs darstellt, automatisch entlang der festgelegten Route. Bei Staus oder unerwarteten Situationen, die eine Änderung der Fahrtroute erfordern, setzt sich das Satellitennavigationssystem automatisch zurück und legt innerhalb von Sekunden eine neue Fahrtroute fest, wodurch die Navigationsfunktion wiederhergestellt wird.

3. Echtzeit-Verkehrsinformations-Beratungssystem: Das Echtzeit-Verkehrsinformationsabfragesystem ist ein Fahrzeugnavigationsgerät, das für Personen geeignet ist, die mit Verkehrswegen vertraut sind. Es gibt verschiedene Methoden zur Übermittlung von Echtzeit-Verkehrsinformationen. Das RDS-System, bei dem Echtzeit-Verkehrsinformationen über Audiosysteme gehört werden, gibt es schon seit langem. Jetzt haben Unternehmen Echtzeit-Verkehrsinformationsdienste ins Internet gestellt, die über Computer abgefragt werden können, bevor man das Büro oder das Haus verlässt. Das fortschrittlichste Echtzeit-Verkehrsinformationssystem, das derzeit entwickelt wird, besteht darin, dass das bordeigene Navigationssystem digitale Impulsinformationen sendet, die entweder auf regionalen Karten angezeigt oder zur Berechnung anderer möglicher Routen verwendet werden.

(3) Mobile Multimedia-SystemeDie mobile Multimediatechnik wird hauptsächlich zur Entwicklung von Unterhaltungssystemen für die Rücksitze eingesetzt. Diese audiovisuelle Technologie für Rücksitze umfasst Farbbildschirme, Spielgeräte, DVD-Player, Netzteile, CD-Player, Videorekorder und -player. Die mobile Multimediatechnologie spiegelt sich auch in intelligenten drahtlosen Produkten, Fernkommunikationsgeräten und Produkten zur Informationsverarbeitung wider, einschließlich der Bereitstellung von Spracherkennungssystemen, die mehrere Sprachen unterstützen und es dem Fahrer ermöglichen, intelligente Informations- und Unterhaltungssysteme ohne manuelle Bedienung zu steuern, so dass die Hände für die Steuerung des Lenkrads frei sind. Außerdem können Internetfunktionen in Fahrzeuge integriert werden, so dass man im Internet surfen, E-Mails senden und empfangen und Börsentransaktionen im Auto durchführen kann. Gleichzeitig können die Autofahrer mit Hilfe von "Plug and Play"-Methoden ihre Multimediaprodukte bequem und schnell aktualisieren und neue, reichhaltige Dienste nutzen.(4) Systeme zur Mensch-Maschine-InteraktionDas klassischste System für die Mensch-Maschine-Interaktion in Fahrzeugen sind die Instrumente und Steuersysteme für verschiedene Bordgeräte. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Fahrzeuginformatik haben sich sowohl die Informationen, die der Fahrer erhält, als auch die Art und Weise, wie er sie erhält, erheblich verändert. Instrumentengruppen, die auf verschiedenen neuen digitalen Anzeigetechnologien und neuen Methoden der Informationsübermittlung basieren, kommen immer häufiger in Fahrzeugen zum Einsatz, und die Steuerungsmethoden haben sich von verschiedenen Schalttasten zu Touchscreens, Sprache und anderen Methoden entwickelt.Der hohe Entwicklungsstand und die Überlegenheit der künftigen Informationstechnologie im Fahrzeug spiegeln sich nicht nur in den Fahrzeugfunktionen und der Soft- und Hardwaretechnologie im Fahrzeug wider, sondern auch in der Schaffung völlig neuer Benutzererfahrungen. Automobile werden zu mobilen Geräten mit vielfältigen Informationsfunktionen und sind ein weiteres Feld mit breiten Anwendungsperspektiven für die Informationstechnologie. Der Entwicklungsstand der Informationstechnologie und ihr Anwendungsstatus im Bereich der Automobilindustrie bestimmen die Position im zukünftigen globalen Wettbewerb der Automobilindustrie. Die bordeigene Informationstechnologie wird ein wichtiger Indikator für das Gesamtniveau der Automobiltechnologie und die Grundlage der intelligenten Automobiltechnologie sein.

II. Einführung in die In-Fahrzeug-Netzwerks

Die Society of Automotive Engineers (SAE) klassifiziert bordeigene Netzwerksysteme von geringer bis hoher Leistung als Klasse-A-, Klasse-B- und Klasse-C-Netzwerke. Mit der Anwendung von Navigations-, Multimedia- und Sicherheitssystemen in Kraftfahrzeugen wurden höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Bandbreite von Netzwerken gestellt. In Anlehnung an die SAE-Klassifizierungsmethode wurden Netze der Klassen D und E hinzugefügt, wie in Tabelle 1-1 dargestellt.Tabelle 1-1 Klassifizierung des bordeigenen Netzes

1. Klasse-A-Netze werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo niedrige Preise, niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeit, Echtzeitleistung und Zuverlässigkeit gefordert sind, z. B. bei Tür-, Fenster- und Kofferraumnetzwerken in Karosseriesystemen. Klasse-A-Netze werden auch als lokale Verbindungsbusse auf unterster Ebene für einige Anwendungen auf Sensor- und Aktuatorenebene verwendet.

2. Netze der Klasse B werden für Systeme mit höheren Anforderungen an die Datenübertragungsgeschwindigkeit verwendet, z. B. für einige Karosseriesteuerungssysteme, Instrumententafeln, Echtzeitsteuerungssysteme auf niedriger Ebene und Fehlerdiagnosesysteme (OBD).

3. Netze der Klasse C werden vor allem für Systeme mit hohen Zuverlässigkeits- und Echtzeitanforderungen verwendet, z. B. für hochrangige Echtzeitsteuerungssysteme für Motoren und Antriebsstränge sowie für Drahtsteuerungssysteme.

4. Klasse-D-Netze sind hauptsächlich auf Multimedia- und Navigationssysteme ausgerichtet. Zu den derzeit wichtigsten Protokollen für Klasse-D-Netze gehören IDB-1394, MOST und Automotive Ethernet AVB.

5. Netze der Klasse E werden hauptsächlich für Steuerungssysteme mit höheren Sicherheits- und Echtzeitanforderungen eingesetzt. Zu den gängigen Netzwerken gehören FlexRay und Automotive Ethernet TTE.

Local Interconnect Network (LIN) ist ein Low-End-Netzwerkprotokoll für Kraftfahrzeuge, das 1998 von den Automobilherstellern Audi, BMW, DaimlerChrysler, Volvo und Volkswagen gemeinsam mit dem Komponentenhersteller Motorola und der Entwicklungswerkzeugfirma VCT (Volcano Communications Technologies) initiiert wurde. Der LIN-Standard definiert nicht nur Kommunikationsprotokolle, sondern auch Schnittstellen für Entwicklungswerkzeuge und Anwendungssoftware (APIs). Sein Ziel ist es, kostengünstige Standards für lokale Netzwerke auf Sensor- und Aktorebene zu schaffen. Das LIN-Konsortium schlägt nicht nur Protokollstandards vor, sondern umfasst auch Entwicklungstools und API-Standards, die den Anwendern bei der Entwicklung von Fahrzeugen helfen und ein Modell für die künftige Standardisierung von Fahrzeugnetzwerken darstellen. Die LIN-Protokollstandards basieren auf der seriellen Kommunikationsschnittstelle (SCI), wobei die physikalischen Schichten an die Norm ISO 9141 für die Fehlerdiagnose in Kraftfahrzeugen angepasst sind und die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) und elektrostatische Entladung (ESD) in Fahrzeugumgebungen erfüllen. Teile, die traditionell LIN-Bus-Netze verwenden, werden zunehmend durch CAN-Netze mit niedriger Geschwindigkeit ersetzt.Der von Bosch vorgeschlagene CAN-Standard wurde zuerst in europäischen Automobilen weit verbreitet. Später wurde er auch von Automobilherstellern in den Vereinigten Staaten und Japan als Klasse-B- oder Klasse-C-Bordnetz verwendet. CAN ist einer der am weitesten verbreiteten Netzwerkstandards in der Automobilindustrie und wird auch von vielen anderen Branchen übernommen.MOST und Automobil-Ethernet AVB sind Standards, die auf die Verbindung von Multimediasystemen in Fahrzeugen ausgerichtet sind. Aufgrund der großen Datenmengen, die durch die Medieninformation Audio und Video übertragen werden, sind im Vergleich zu Kontrollnetzen in Fahrzeugen höhere Übertragungsgeschwindigkeiten (Bandbreite) erforderlich. Im Allgemeinen werden Glasfaser- oder Koaxialkabel als Übertragungsmedien benötigt, und auch verdrillte Zweidrahtleitungen sind aus Kostengründen weit verbreitet.Die FlexRay- und Automotive Ethernet TTE-Standards bieten zeitgesteuerte Fahrzeugnetzwerke, die sich im Hinblick auf Echtzeitleistung und Sicherheit besser für bordeigene Drahtsteuerungssysteme eignen.Die Technologie der drahtlosen lokalen Kommunikation findet in einigen Fällen Anwendung in Karosseriekontrollsystemen oder Mediensystemen, wie z. B. bei bordeigenen Geräten, die auf der Bluetooth-Technologie basieren.Automotive Ethernet behält die Eigenschaften der schnellen Übertragungsgeschwindigkeit und starken Skalierbarkeit von Ethernet bei. Zukünftig kann die Übertragungsgeschwindigkeit von Ethernet-Signalen in Fahrzeugen auf 1 Gbit/s erhöht werden. Was die Skalierbarkeit betrifft, so sind bei der Unterstützung von TCP/IP, das üblicherweise von Kommunikationsgeräten und Verbraucherprodukten verwendet wird, Verbindungen mit externen Netzwerkgeräten und Netzwerkdiensten bei Kommunikations- und Anwendungsfunktionen sehr praktisch. Da sich die Protokolle in Bezug auf die Anforderungen von Kraftfahrzeuganwendungen weiter verbessern, werden sie zunehmend in bordeigenen Steuerungs- und Informationssystemen eingesetzt werden.Aufgrund der Vielfalt der Fahrzeugtypen und der kontinuierlichen Entwicklung der bordeigenen Netzwerktechnologie gibt es eine Vielzahl von Normen für Netzwerksysteme, die in Fahrzeugen eingesetzt werden. Zählt man Flugzeuge, Schiffe, landwirtschaftliche Maschinen und andere sich unabhängig bewegende und transportierende Geräte hinzu, die einige gemeinsame Merkmale mit dem Auto aufweisen (Bewegung über große Entfernungen, relative Unabhängigkeit, autonome Energiequellen), gibt es nicht weniger als Dutzende von Netznormen. Viele dieser Netze werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt. So wird beispielsweise CAN in Automobilen, Geländewagen, Flugzeugen und anderen Bereichen eingesetzt. Tabelle 1-2 zeigt einige Netzwerksystemstandards, die in fahrzeugartigen Systemen eingesetzt werden.

III. Merkmale der bordeigenen Netze und Informationssysteme

Automobile erfordern Sicherheit, Benutzerfreundlichkeit, einfache Bedienung, zuverlässige Leistung und sind sehr preisbewusst. Die Anwendungsumgebung von Automobilen kann sehr rau sein, da sie fast allen möglichen Straßen-, elektromagnetischen und klimatischen Umgebungen ausgesetzt ist. Auf der Grundlage dieser Nutzungsanforderungen für Automobile sollten die folgenden Faktoren bei der Entwicklung von Automobilsystemen berücksichtigt werden:

1. Der Temperaturbereich muss im Allgemeinen -40~125°C betragen.

2. Einwirkung von Öl, Wasser, Salzsprühnebel, Staub und möglichen ätzenden chemischen Substanzen.

3. Auswirkungen von mechanischen Vibrationen, Stößen und Schlägen.

4. Fragen der elektromagnetischen Verträglichkeit. Das System muss in der Lage sein, externen elektromagnetischen Störungen standzuhalten und darf keine elektromagnetischen Störungen in der Umgebung verursachen (elektromagnetische Felder in Wohnumgebungen liegen bei 3V-m-¹, elektromagnetische Felder in Fabrikumgebungen bei 10V-m-¹ und elektromagnetische Felder in Kraftfahrzeugumgebungen können mehr als 200V-m-¹ betragen).

5. Fragen des Umweltschutzes. Die Emissionen während des Betriebs (einschließlich Schall, Licht, elektromagnetische Strahlung, Öl und Gas) müssen den Umweltschutzanforderungen entsprechen, ebenso wie die Entsorgung von Bauteilen und Fahrzeugen bei der Verschrottung.

6. Mögliche Ausfälle und Fehlbedienungen, wie z. B. verkehrter Stromanschluss, lose Drahtenden, Kurzschlüsse/offene Stromkreise, Reibung usw., sollten die Verluste minimieren.

7. Schutzmaßnahmen oder Sicherheitsauswirkungen bei Unfällen sollten umfassend berücksichtigt werden.

8. Jedes Bauteil muss eine hohe Zuverlässigkeit mit einer ausreichend geringen Ausfallwahrscheinlichkeit innerhalb der geforderten Lebensdauer gewährleisten.

9. Kosten der Massenproduktion.

Bordnetzsysteme sollten auch die folgenden Faktoren berücksichtigen:

1. Elektrische und mechanische Eigenschaften von Knotenpunkt-zu-Bus-Verbindungsleitern und die Anzahl der Verbindungsleitern.

2. Bewertungs- und Leistungstestverfahren für Netzsysteme und Anwendungssysteme.

3. Fragen der Fehlertoleranz und Fehlerbehebung.

4. Zeitliche Merkmale von Echtzeit-Kontrollnetzen.

5. Sicherheit der Produktionsprozesse für die Netzverkabelung und der Wartungsprozesse für die Nutzung.

6. Hinzufügen von Netzknoten und Software-/Hardware-Updates (Skalierbarkeit).

7. Kommunikationsprotokolle und Informationssicherheit.