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Nr 33 2020 www markttechnik de 39 geringeres Fahrzeuggewicht zu verbessern Das Protokoll muss außerdem sicher implementiert werden Dies wird ein immer wichtigerer Gesichtspunkt da die Fahrzeuge immer mehr mit ihrer Umgebung und schließlich auch mit anderen Fahrzeugen verbunden sind Insgesamt bewegt sich die Automobilindustrie in Richtung Ethernet als die bevorzugte Lösung für das IVN Ethernet profitiert davon dass es ein stark genutztes Protokoll in kommerziellen industriellen und privaten Anwendungen ist Dies bedeutet dass es ein breites Verständnis der Technologie und eine Vielzahl von Komponenten Software Werkzeugen und Designressourcen gibt die den Designprozess beschleunigen und die Kosten senken werden Die Herausforderungen von Automotive Ethernet Die Implementierung von Ethernet in Fahrzeugen bringt jedoch eine Reihe von Herausforderungen mit sich die bei den derzeitigen Implementierungen des Ethernet-Protokolls einfach nicht vorhanden sind Mit ihren begrenzten Platzverhältnissen und dem Vorherrschen von elektronischen Systemen mit relativ hoher Leistung bedeutet der Betrieb innerhalb eines Fahrzeugs dass Netzwerkkomponenten und Verkabelung erhöhten Temperaturen und bedeutenden Ereignissen elektrostatischer Entladung ESD und elektromagnetischer Interferenz EMI standhalten müssen Und darüber hinaus gibt es noch andere Probleme wie Vibrationen Stöße Kälte Schmutz aggressive Flüssigkeiten und Spannungsschwankungen mit denen man leben muss Es sind zwar viele Komponenten für Ethernet verfügbar aber sie sind nicht unmittelbar für das Ethernet-Protokoll im Automobilbereich geeignet Die meisten Komponenten die für den Einsatz im Automobilbereich bestimmt sind werden einer Reihe strenger elektrischer Lebensdauerund Zuverlässigkeitstests unterzogen die dazu führen dass sie in eine der fünf Klassen von AEC-Q100 eingestuft werden Klasse 0 gilt für Antriebsstrangkomponenten und ist die strengste 40 °Cbis +150 °Cwährend die niedrigeren Stufen für die Klassen 3 und 4 eng an die industriellen und kommerziellen Stufen angepasst sind Ethernet ist ein Vierdraht-Protokoll das die Kosten für den Backbone und das Gewicht des Fahrzeugs erhöht und damit die Kraftstoffeffizienz verringert Es löst jedoch viele der Herausforderungen der Glasfaseroptik die MOST zu einer teuren und relativ unbeliebten Lösung machten Der vielleicht größte Bereich der bei der Entwicklung eines KFZ-Ethernet-Protokolls angegangen werden muss ist jedoch die Latenz Ethernet ist im Wesentlichen ein paketbasiertes Protokoll das den Carrier-Sense-Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung CSMA CD verwendet um mehreren Geräten den Zugriff auf einen einzigen Backbone zu ermöglichen ohne dass sie übereinander übertragen Da dies jedoch die Knoten zwingt sich für eine zufällige Zeit zurückzuziehen ist das Protokoll nicht deterministisch Während dies für viele Anwendungen einschließlich der Datenübertragung in kommerziellen und häuslichen Szenarien kein Problem darstellt könnte die Verzögerung der Übertragung eines dringenden Sicherheitsalarms in einem Fahrzeug ein erhebliches Problem darstellen Die verschiedenen Ethernet-Standards Es wurden viele Derivate des wichtigsten Ethernet-Standards entwickelt die den Anforderungen von Konstrukteuren und Automobilherstellern gerecht werden Standards wie IEEE 100BASE-T1 IEEE 802 3bw bieten 100 Mbit s bei einer Taktfrequenz von 66 MHz während IEEE 1000BASE-T1 IEEE 802 3bp diese auf 1 Gbit s bei 600 MHz erweitert ein Niveau das die Bedürfnisse der Automobilindustrie voraussichtlich noch einige Zeit erfüllen wird Die Standards werden zumindest bis zu einem gewissen Grad koexistieren und es wird erwartet dass die Fahrzeuge bald etwa ein Dutzend 100-Mbit s-Leitungen und ein weiteres halbes Dutzend 1-Gbit s-Leitungen enthalten werden um den Bedürfnissen der verschiedenen Systeme und Sensoren gerecht zu werden Der nächste große Schritt nach vorn ist eine neue Netzwerktechnologie unter dem IEEE-802 3cg-Standard die als 10BASE-T1S oder 10SPE 10 Mbit s Single Pair Ethernet bekannt ist Dies ermöglicht eine kollisionsfreie deterministische Übertragung in einem Multi-DropNetzwerk Die im Protokoll implementierte PLCA Physical Layer Collision Avoidance stellt sicher dass die gesamte Bandbreite von 10 Mbit s genutzt wird 10BASET1-Senthält auch ein Arbitrierungsschema das jedem einzelnen Knoten den Zugriff auf die Medien innerhalb einer deterministischen Zeit garantiert was für den Betrieb sicherheitskritischer Systeme unerlässlich ist Natürlich wird durch die Halbierung der Anzahl der Leiter die Verkabelung leichter flexibler und kostengünstiger alles wünschenswerte Eigenschaften Auswahl der richtigen Komponenten für Automotive Ethernet Die Auswahl der Systemelemente ist sehr wichtig wenn man bedenkt wie kritisch das Automotive Ethernet für die Funktion und Sicherheit des Fahrzeugs ist Die OPEN-Allianz One Pair EtherNet hat viele Standards entwickelt einschließlich der elektrischen Leistungsparameter für die physikalische Netzwerkschicht für Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit s Bei der Auswahl eines Kabels für KFZ-Ethernet gehören zu den kritischen Parametern der Wellenwiderstand 100 Ω ±10 Ω die Einfügungsdämpfung die Rückflussdämpfung und der Konvertierungsmodus Während Übersprechen bei früheren Ethernet-Installationen ein Problem war wird Übersprechen vollständig eliminiert da die OPEN-Standards ein einziges Paar verwenden Die Spezifikation von Steckverbindern ist ebenso wichtig und die primären Bereiche die zu berücksichtigen sind sind die mechanischen Parameter Steckkraft Zyklen Haltekraft Drahthalterung elektrische Daten Kontaktwiderstand und Alterung Spannung Strom Umweltinformationen Schock Vibration Temperatur und die Materialien aus denen der Steckverbinder hergestellt wird Gehäuse Dichtungen und Kontakte Fazit Automotive Ethernet bietet eine praktikable und vereinheitlichende Technologie um frühere Automobil-Netzwerkstandards zu ersetzen und die Bandbreite bereitzustellen die für technologiegeladene Fahrzeuge benötigt wird Es verfügt nicht nur über den heute erforderlichen Durchsatz sondern bietet auch ein zukünftiges Potenzial für eine größere Bandbreite um die Einbindung von Kameras mit höherer Auflösung und Fahrzeugzu-Fahrzeug-Kommunikation zu ermöglichen Einer der großen Vorteile von Ethernet besteht darin dass es in kommerziellen industriellen und häuslichen Anwendungen weit verbreitet ist Infolgedessen gibt es eine umfangreiche Wissensbasis und Entwicklungswerkzeuge und Software sind leicht verfügbar Darüber hinaus sind viele Komponenten verfügbar auch wenn einige von ihnen robuster gemacht werden müssen um die relevanten Normen für die Automobilindustrie einschließlich AEC-Q100 zu erfüllen zü n