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Technologie für das vernetzte Fahrzeug

Passagiere im neuen mobilen Lebensraum

Die Vision der Automobilindustrie ist schnell erklärt: Verkehrsteilnehmer vom Auto über LKW und Fahrräder bis hin zu Fußgängern sollen miteinander vernetzt sein. Fahrer werden zu Passagieren in einem neuen mobilen Lebensraum. Bevor es soweit ist, müssen von der verbauten Antenne bis zur weltweiten IT-Infrastruktur technische Probleme gelöst werden.

Automobilindustrie - Mobilen Lebensraum

Bild: Laird Technologies

Experten gehen davon aus, dass bis 2020 weltweit etwa 250 Millionen vernetzte PKW und LKW auf den Straßen unterwegs sein werden. Im Jahr 2050 sollen sogar alle neuen Fahrzeuge mit dem Internet of Things (IoT) verbunden sein. Ein wichtiger Schritt in Richtung des autonomen Fahrens. Doch ganz so einfach umzusetzen ist das nicht. Herausforderungen bestehen derzeit noch in der Antennentechnik, den Steuergeräten dem Schutz vor Cyberangriffen und der Akzeptanz neuer Geschäftsmodelle – sowohl auf Seiten der Hersteller als auch der Kunden.

Connectivity-Lösungen gefragt

Erste Ansätze für intelligentes Auto gab es schon in den 90er Jahren, die jedoch meist an der Kostenfrage scheiterten. Die Telematik-Lösungen waren zu teuer. Das könnte sich mit der aktuellen Evolution von reinen Telematik-Konzepten hin zu immer weitreichenderen Verknüpfungsangeboten inklusive Domain Controllern ändern. Vernetze Fahrzeuge müssen Daten mit anderen Quellen in einer ausreichend hohen Geschwindigkeit austauschen können. Erst dann ist sogenanntes Sensorsharing möglich, wobei Fahrzeuge verschiedener Hersteller Sensordaten anderer Verkehrsteilnehmer nutzen und interpretieren. Zum anderen benötigen auch die Passagiere immer mehr Performance im Auto, um mit der Außenwelt verbunden zu sein. Deswegen wird eine Domainzentrale benötigt, die über Mobilfunkschnittstellen die Konnektivität des Fahrzeugs sicherstellt. Die Fahrzeugkommunikation steht derzeit vor einem kritischen Umbruch und muss sich diesen Herausforderungen stellen, um die Evolution der Kommunikationstechnologien auf das Auto zu übertragen.

Energieeffizienz im Auto

Energieeffizienz und die Anpassung der Autos an die Umwelt werden in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Momentan werden Signale von Antennen auf dem Dach eines Fahrzeugs mithilfe von Kabelverbindungen an die Bordelektronik übermittelt, die sich oft im Fahrercockpit befindet. Werden die Frequenzbänder von derzeit 6GHz auf bis zu 100GHz erweitert, um die erforderlichen Datenvolumen übertragen zu können, reicht eine Kabelverbindung von der Antenne zur Transceiver-Elektronik nicht mehr aus. Zudem ist die Verlegung der Antennenkabel aufgrund der geringen Biegsamkeit alles andere als trivial und erhöht durch die große Menge an benötigten Leitungen zudem das Gewicht des Fahrzeugs. Eine Lösung wäre es, die Elektronik und damit die Signalverarbeitung möglichst nah an der Antenne anzubringen. Also entweder direkt unter dem Dach oder in der Antenne selbst. Doch die schwankenden Witterungsbedingungen, denen die Elektronik dann ausgesetzt ist, könnten dann Probleme verursachen. Die Temperaturen unter dem Dach und in der Antenne sind oft sehr hoch und schwanken zudem, was der Elektronik auf Dauer zusetzt. Nur wenige Hersteller können Elektronik und Antenne unter solchen Bedingungen zusammen bringen. Eine weitere Herausforderung im Bereich der Antennentechnologie entsteht durch die Ausweitung der Frequenzbänder von derzeit unter 6GHz auf bis zu 100GHz. Dies wird im Rahmen der Einführung des Mobilfunkstandards 5G stattfinden. Dadurch wird die Dämpfung erhöht, sodass Signale nur noch in geringerem Abstand übertragen werden können. Ungerichtete Antennen können so jedoch keine bzw. nur eingeschränkt Signale empfangen. Diese Strecke kann durch eine gezielte Ausrichtung der Antennen vergrößert werden. Dafür müssen Devices mit verschiedenen Antennen bestückt werden, von denen immer diejenige genutzt wird, die sich in der Richtung des Senders befindet. Auch Road-Side-Units müssen mit gerichteten Antennen ausgestattet werden, um Signale an Geräte in vorbeifahrenden Fahrzeugen zu übertragen.

IT-Sicherheit mitgedacht

Das Thema IT-Sicherheit betrifft Hersteller und Zulieferer gleichermaßen. Da Benutzer künftig viel häufiger über ihr Auto kommunizieren oder es durch Apps personalisieren dürften, steigt auch die Gefahr durch Cyberkriminelle. Erste Angriffe auf vernetzte Fahrzeuge gab es bereits. Zwar wurde bei 5G die IT-Sicherheit von Anfang an bedacht, sodass der Standard als sicherer gilt als etwa WLAN, die Absicherung der Luftschnittstelle reicht aber bei weitem nicht aus, um Angriffe auf ein Connected Car ganz zu verhindern. Viele Steuergeräte und Kommunikationssysteme innerhalb des Fahrzeugs sind angreifbar. Besonders gefährdet sind Steuergeräte wie eine TCU (Telematics Control Unit) oder eine Headunit, die über viele drahtlose Schnittstellen verfügen und somit als potentielles Einfallstor für Angriffe dienen könnte. Solche Attacken können durch Ausbreitung über die Fahrzeugbussysteme im schlimmsten Fall sicherheitsrelevante Funktionen stören.

Neue Mobilitätskonzepte

Vernetzte Autos können als Teilnehmer in einem IoT neue Mobilitätskonzepte ermöglichen. Aufgrund von Kosten- und Platzproblemen erwarten beispielsweise viele, dass zukünftig weniger Privatautos auf den Straßen unterwegs sein werden als bisher. Stattdessen könnten Car-Sharing-Konzepte oder Pay-per-Use-Modelle weiter an Aufschwung gewinnen. Auch der umwelttechnische Aspekt wird in Zeiten der Klimaerwärmung und verschmutzter Luft immer relevanter. Neue Lösungen und Infrastrukturmaßnahmen im Bereich der Elektromobilität könnten helfen, diese Effekte in den Griff zu bekommen.

Netze im mobilen Lebensraum

Der Ausbau der Datenraten ist auch im Hinblick auf autonom fahrende Autos relevant: Fahrer werden immer mehr zu Passagieren, die unterhalten werden wollen und das Auto als erweiterten, mobilen Lebensraum nutzen. Dazu gehört auch eine gute Datenverbindung. Allgemein werden die Mobilitätslösungen der Zukunft den Spagat zwischen Flexibilität und Freiheit sowie gleichzeitiger Kosten- und Platzreduzierung schaffen müssen.

Die Vision künftiger Mobilität basiert auf der digitalen Vernetzung im und um das Fahrzeug herum. (Bild: Laird Technologies)

Bild: Laird Technologies


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