Automotive Bussysteme: Die Fahrzeugschnittstellen CAN, CAN FD, FlexRay und Ethernet

 Hohe Datenrate und Bandbreite:  Sensoren wie Kameras, Radar und Lidar erzeugen ein hohes Datenvolumen und erfordern schnelle Übertragungsraten über das Bussystem.

 Echtzeitfähigkeit:  Sicherheitsrelevante Systeme wie Kollisions-Warnung und ‑Vermeidung, Bremssteuerung und Fahrstabilitätssysteme benötigen eine deterministische Datenübertragung mit minimaler Latenz und Priorisierung im Datenstrom.

 Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz:  Auch bei Störungen muss die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Datenübertragung gewährleistet sein.

 Kompatibilität, Update-Fähigkeit und Skalierbarkeit:  Die schnelle technologische Weiterentwicklung erfordert Skalierbarkeit und Kompatibilität mit neuen Systemen – auch getrieben von den Erwartungen der Anwender und deren Erfahrungen, zum Beispiel mit Smartphones und anderen Consumer-Produkten. Hinzu kommt die Vernetzung der Fahrzeugsysteme nach außen, die einen Schutz vor Manipulation und Zugriff bieten müssen – ggf. auch durch Software-Updates für erst in der Zukunft erkannte Risiken.

 Kosteneffizienz:  Trotz der zunehmenden Komplexität spielt insbesondere in Fahrzeugen für den Massenmarkt das Verhältnis von Kosten und Leistung eine wesentliche Rolle. Kosten für zusätzliche Systeme können nur eingeschränkt an Kunden weitergegeben werden, wenn diese bezahlbare Mobilität fordern.

 CAN — Controller Area Network:  CAN ist eines der am weitesten verbreiteten Bussysteme in der Automobilindustrie. Das serielle Bussystem wurde 1983 von Bosch entwickelt. Es ist für die Steuergerätekommunikation optimiert und kommt auch in anderen Anwendungsbereichen zum Einsatz, zum Beispiel in der Automatisierung sowie in der Agrar- Medizin- und Luftfahrt-Technik. Das international standardisierte Protokoll ermöglicht Datenraten von bis zu 1 MBit/s und ein Datenfeld von 8 Byte pro Nachricht. CAN ermöglicht die Übertragung priorisierter Nachrichten mit garantierter Übertragung. Damit ist das Protokoll für sicherheitsrelevante Funktionen geeignet.

 CAN FD — Controller Area Network (Flexible Data Rate):  Diese Weiterentwicklung des CAN-Protokolls vergrößert das mögliche Datenfeld pro Nachricht auf 64 Byte und damit einen um das 8-fach gesteigerten Datendurchsatz. Auch CAN FD ist international normiert und wird z.B. seit 2019 in Fahrzeugen des Volkswagen-Konzerns eingesetzt. CAN FD ist zu CAN rückwärtskompatibel.

 FlexRay:  Speziell für sicherheitskritische Anwendungen wurde FlexRay entwickelt, ursprünglich von einem Konsortium der Unternehmen BMW, Daimler AG, Motorola und Philips. 2010 wurde FlexRay in einen ISO-Standard überführt. Das serielle Feldbussystem zeichnet sich aus durch eine höhere Datenübertragungsrate von bis zu 10 MBit/s je Kanal und eine garantierte Latenzzeit. Damit erfüllt FlexRay die Echtzeit-Anforderungen aktiver Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme im Automotive-Bereich.

 Automotive Ethernet:  Zunehmend steigende Anforderungen an Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeit haben dazu geführt, dass zunehmend Ethernet-Verbindungen in Fahrzeugen eingesetzt werden. Dabei handelt es sich in der Regel um Single-Pair Ethernet, das Datenraten von 100 MBit/s bis zu 10 GBit/s unterstützt. Protokolle wie Time Sensitive Networking (TSN) ermöglichen Echtzeit-Fähigkeit bei gleichzeitig hoher Skalierbarkeit. Automotive Ethernet kommt für Infotainment-Anwendungen ebenso zum Einsatz wie für sicherheitskritische Systeme.

Test und Entwicklung mit Automotive Bussystemen

Die Kommunikation zwischen Steuergeräten und Fahrzeug-Systemen ist essenziell für die Sicherheit auf der Straße. Eine zentrale Rolle spielen deshalb zu den jeweiligen Bussystemen kompatible Fahrzeugschnittstellen für die Diagnose und Programmierung. Sie ermöglichen die Interaktion zwischen dem Fahrzeug und externen Diagnose-Tools, Prüfständen oder Systemen zum Programmieren der Steuergeräte. Dabei müssen sie für den Einsatz in Entwicklung, Produktion und Test besonders robust sein und entsprechend der Fahrzeugsysteme eine Vielzahl von Aufgaben abdecken. Gleichzeitig müssen die Schnittstellen vor unbefugtem Zugriff geschützt sein, um spätere Manipulationen zu verhindern. Spezialisierte Test- und Entwicklungsadapter sind entscheidend, um die Schnittstellen effektiv nutzen zu können.

Für welche Automotive Schnittstelle benötigen Sie Lösungen für Diagnose und Programmierung?

Spezialanbieter liefern Automotive Kommunikationslösungen und Messtechnik für Fahrzeuganalyse und Netzwerkanalyse. Das Angebot reicht dabei von Interfaces für die Diagnose und Programmierung per CAN, CAN FD, FlexRay oder Ethernet über Media-Konverter für den Anschluss entsprechender Messgeräte und PCs bis hin zu Simulationssoftware für verschiedene Anwendungen.