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Automotive: Autonomes Fahren & Sicherheitssysteme

IoT im Automobilumfeld – Dem Auto wachsen »Flügel«

Einer der Bereiche, der derzeit im medialen Interesse steht und in dem sehr viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit geleistet wird, ist Automotive. Hier wiederum sind die Bereiche Autonomes Fahren, Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme sowie Infotainment und Insassenkomfort von besonderem Interesse. Es kommt auf eine stabile Kommunikation der Sicherheitskomponenten und Sensoren, sowohl innerhalb des Fahrzeugs, als auch auf eine Car2Car-Kommunikation bzw. eine Kommunikation der Car2Infrastruktur (C2I) an, um autonomes Fahren zu ermöglichen. Neue Kommunikationsstandards, bspw. 5G, die eine wesentlich schnellere Datenübertragung ermöglichen, sind definiert. Unser Lieferant Keysight Technologies bietet hierzu bereits Messsysteme und Simulationssysteme an.

Vorstellbar ist, dass Fahrzeuge nahtlos in Sharingsysteme und in Reisekonzepte eingebunden werden können. Durch integrierte GPS-Systeme (Global Positioning System) kann bestimmt werden, wo sich das Fahrzeug gerade befindet. Durch die autonome Fahrzeugsteuerung kann es direkt an den nächsten Übernahmepunkt geführt werden.

Herausforderungen der E-Mobilität

Die zunehmende Vernetzung, gepaart mit dem starken Zuwachs der E-Mobility, erfordern eine intensive Prüfung und Testung der unterschiedlichen Antriebsmotoren, der Ansteuerungselektronik sowie der Batterien für Elektroantriebe oder Starterbatterien der Verbrennungsmotoren. Gerade bei Batterien müssen die Lade- und Entladekurven, bzw. die Veränderung des Innenwiderstandes des Batterieblocks untersucht werden.

Diese Aspekte einer Erweiterung der Fahrzeugsysteme durch Elektronik, bzw. der Umstieg von Verbrennungsmotoren auf Elektromotoren, führt auch bei der Zulieferindustrie zu gewaltigen Umwälzungen. Nach einer Reportage im Deutschlandfunk vom 06.12.2016 werden ca. 75 % der erbrachten Fertigungsleistungen für ein Automobil von Zulieferunternehmen erbracht. In einem E-Car werden sehr viele mechanische Komponenten/Module durch elektrische/elektronische Systeme ersetzt werden. Demnach steht eine große Veränderung in der Zulieferindustrie an.

Herausforderungen des autonomen Fahrens

Autonomes Fahren ist zwischenzeitlich Realität – zumindest auf ausgewiesenen Strecken und mit speziellen Zulassungen. Besondere Herausforderungen an die Technik eines autonomen Fahrens sind Sicherheitsaspekte, ein ausgeklügeltes Navigationssystem sowie die Informationssysteme. Bis ins Kleinste müssen Sensoren, die Informations-Übertragung, Funktionseinheiten und Kontrollelemente zusammenarbeiten. Dem vorgeschaltet sind Systeme, die bereits seit einiger Zeit verbaut werden wie z. B. ein Radarabstandssystem, durch das z. B. das Fahrzeug abbremst, wenn es auf ein Hindernis zufährt. Oder Fahrzeugbeleuchtung, die bei einem entgegenkommenden Fahrzeug automatisch die Fernscheinwerfer abblendet. Weitere Systeme sind z. B. Antiblockiersysteme (ABS), Automatische Stabilitätskontrolle (ASC), Einparkhilfen usw. All diese singulären Systeme benötigen in Bezug auf autonomes Fahren eine Verbindung und ein Computersystem oder eine Electronic Control Unit (ECU), bei dem alle Informationen zusammenlaufen. Diese Datenübertragung muss zielsicher über Kabel oder per Drahtlosverbindung übertragen werden. Mögliche Standardprotokolle sind z. B. 5G, 802.11ac WiFi, BroadR-Reach, MOST150, CAN, LIN, FlexRay, die je nach Anwendung oder Hersteller für die einzelnen Systeme genutzt werden.

Diese Fahrerassistenzsysteme greifen bereits heute autonom oder teilautonom in das Antriebs-, Brems-System oder die Steuerung ein oder sie geben dem Fahrer Warnhinweise, beispielsweise die Totwinkel-Überwachung. Derzeit sind viele der Assistenzsysteme teilautonom wie z. B. der Tempomat, der einfach eine konstante, vom Fahrer eingegebene Geschwindigkeit regelt. Der Fahrer ist hier nach wie vor in der Verantwortung. Neueste Ausstattungen erlauben es allerdings, automatisch die Fahrzeuggeschwindigkeit dem Verkehrsfluss dynamisch anzupassen. Der Fahrer ist passiv, kann aber mit Brems- oder Gaspedal die dynamische Regelung „überschreiben“.

Messtechnische Herausforderungen

Messtechnisch gesehen müssen diese Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) sowohl im Entwicklungsstadium als auch in der Produktion getestet werden. BroadR-Reach, MOST150, CAN, LIN, FlexRay usw. sind serielle Busse, die im Fahrzeug die unterschiedlichsten Systeme miteinander verbinden. Bei diesen ist darauf zu achten, dass sie die Protokolle einhalten und die Signale zum richtigen Zeitpunkt und mit den richtigen Amplitudenwerten den Bus passieren. Störungen können hier fatale Folgen haben. Mit Oszilloskopen unserer Hersteller sind diese seriellen Busse dekodierbar und Fehler sowie deren Ursachen identifizierbar. Übertragungsprotokolle, wie 5G, 802.11ac, WiFi, werden hauptsächlich in der Car2Car- oder in der Car2Infrastruktur-Kommunikation eingesetzt, wo es gilt Informationen über eine Kommunikationsinfrastruktur an nachfolgende Fahrzeuge weiterzugeben oder von vorausfahrenden Fahrzeugen zu erhalten.

Sensoren spielen eine wesentliche Rolle. Ihre Anzahl in einem Auto wird weiter zunehmen. Diese müssen in Entwicklung und Produktion auf Herz und Nieren geprüft werden.
Sensoren erfassen beispielsweise die Bremskraft, die Verzögerung oder umgekehrt die Beschleunigung und melden diese weiter. „Rund-um-Radarsysteme“ erkennen, ob sich ein anderes Fahrzeug von der Seite nähert oder ob die Nachbarspur für einen Spurwechsel frei ist. Die jeweils eingesetzte Technologie, wie optische Sensoren (Kamera), Ultraschall, Radar oder LiDAR (Light detection and ranging / eingesetzt zur Totwinkelbeobachtung), wird der jeweiligen Anforderung angepasst.

Für die messtechnische Überprüfung von Wireless-Sensoren ist Antennenmesstechnik notwendig, mit denen auf schnelle Weise die Funktionalität eines Sensors oder die Abstrahlcharakteristik festgestellt werden kann. Bei den kabellosen Applikationen oder Fahrassistenzsystemen sind aus messtechnischer Sicht die Signalgeneratoren von Bedeutung, um ein eingehendes Signal zu simulieren. Des Weiteren, um die ausgegebenen Signale zu charakterisieren und auf ihre Signaltreue und Signalparameter hin zu überprüfen. Leistungsmesser geben Aufschluss, ob die notwendige Signalstärke zur Verfügung steht und mit Oszilloskopen lassen sich die Signalformen und die digitalen seriellen Datenströme dekodieren und überprüfen.

All diese Techniken treiben die Innovation in den Fahrzeugen an und führen letztlich zu einer sichereren Verkehrslage und erhöhen den Fahrzeugdurchsatz, führen zu einer besseren Ausnutzung der Energie und schaffen einen nachhaltigen und umweltfreundlichen Paradigmenwechsel in der KfZ-Technologie. Erfahren Sie hierzu mehr in unserem kostenlosen Magazin ATP-Kompakt.

dataTec ist Deutschlands größter Fachdistributor für Mess- und Prüftechnik. Wir unterstützen die Automobil- und Zulieferindustrie mit elektrischer / elektronischer Messtechnik und bieten Lösung für die vielen Herausforderungen des Internet of Things. Sprechen Sie mit uns und profitieren Sie von unserer kompetenten Beratung und den optimal auf Ihre IoT Anforderungen abgestimmten Lösungen. Entdecken Sie in unserem Online-Shop, rund um die Uhr, messbar mehr Messtechnik, Prüftechnik und messbar mehr Wissen.

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