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Der Begriff „Softwaredefiniertes Fahrzeug“ beschreibt ein Fahrzeug, dessen zahlreiche wichtige Eigenschaften und Funktionen durch Software ermöglicht werden. Dieser Wandel resultiert aus der Entwicklung des Automobils von einem hardwarebasierten, funktionalen Gebrauchsgegenstand zu einem softwarezentrierten Benutzererlebnis. Neben der Freischaltung neuer Sicherheits-, Komfort- und Bequemlichkeitsfunktionen hat das softwaredefinierte Fahrzeug mehrere Vorteile gegenüber seinem hardwaredefinierten Vorgänger und bietet gleichzeitig eine überlegene Leistung. Zukünftige Generationen von softwaredefinierten Fahrzeugen werden die Sicherheitsfunktionen weiter verbessern und gleichzeitig mehr Autonomie, funktionale und sicherheitsrelevante Softwareupdates sowie eine Softwareplattform für vernetzte Dienste, wie z. B. Infotainment, hinzufügen.
Technologie-Übersicht der softwaredefinierenden Merkmale
Drei Hauptkategorien treiben die Automobilhersteller dazu an, mehr Sensoren einzusetzen:
Diese Bereiche definieren die Anwendung der Sensoren und geben einen Einblick in die aufkommende Softwaresteuerung.
Nach den anfänglichen Öl-, Kühlmittel- und Kraftstoffmessungen zwangen die US-bundesstaatlichen Emissionsvorschriften die Automobilhersteller, ihre Sensortechnik zur Überwachung der Verbrennungsleistung aufzurüsten, was zu einem Emissionsausstoß als neuem Kennwert führte. Die Ingenieure entwickelten Sensoren für den absoluten Ladedruck (Manifold Absolute Pressure – MAP), um die Leistung des Motors zu steuern und die Emissionen zu begrenzen. MAP-Sensoren messen den Ladedruck, mit dem das Steuergerät des Motors die Luftdichte und den Massendurchsatz berechnet. Die Kombination dieser Parameter ermöglicht eine automatische Steuerung der Kraftstoffdosierung zur Maximierung der Verbrennung. Der Betrieb im Rahmen einer möglichst stöchiometrischen Verbrennung maximiert den Umfang der Verbrennungsreaktion und begrenzt unerwünschte Verbrennungsreaktionsprodukte, die schädliche Emissionen erzeugen.
Die weitere Verschärfung der Abgasvorschriften für Kraftfahrzeuge, die erstmals Anfang der 1960er Jahre in Kraft traten, führte dazu, dass die Automobilhersteller die Messempfindlichkeit und Leistung der Sensoren im Fahrzeug erhöhen mussten. Als Antwort auf diesen Bedarf wurden MEMS-Sensoren entwickelt. Diese damals neuartigen Sensoren, die für die Motorsteuerung durch Druckmessung entwickelt wurden, breiteten sich schnell in sämtlichen Fahrzeugkomponenten aus. Zwei miteinander verknüpfte Faktoren machen MEMS-Sensoren für die Motorsteuerung geeignet: die Integration von elektronischer Intelligenz mit mechanisch gemessenen Parametern und der geringe Platzbedarf, den die Sensoren im Fahrzeug benötigen. Die Verbindung dieser beiden Faktoren bietet eine wirtschaftliche, leistungsstarke Lösung für die Datenerfassung und Softwaresteuerung. Mit den heutigen Fahrzeugen, die mit MEMS-Sensoren ausgestattet sind, die die Motorleistung verbessern, die Emissionen reduzieren, die Sicherheit erhöhen und den Komfort steigern, gewinnt die softwaregesteuerte Verbrennungs- und Emissionsoptimierung weiter an Bedeutung.
Neben den Vorteilen für die Leistung des Antriebsstrangs haben sich auch die Sensoren zur Messung der Fahrleistung am Fahrwerk weiterentwickelt. An diesem Punkt kommen die historisch mit der Autonomie des Fahrzeugs verbundenen Merkmale zum Tragen. Beispiele für diese Anwendungen sind automatische Bremssysteme (ABS), Fahrgeräuschunterdrückung, Traktionskontrolle und automatisches Einparken. Sensoren messen auch Vibrationsdaten für die Stabilitätskontrolle und den Reifendruck an den Rädern, um einer Reifenpanne vorzubeugen. Anhand der gesammelten Daten kann die Software die Leistung des Fahrzeugs anpassen, um übermäßige Vibrationen zu verringern und Reifenermüdung zu verhindern, ohne dass der Fahrer eingreifen muss.
Dabei geht es in erster Linie um die Sicherheit, aber auch um ein angenehmeres Fahrverhalten und ein komfortableres Fahrgefühl. Die Ingenieure können diese Daten nutzen, um eine stabilere Karosseriestruktur zu entwerfen, die Reifenabstände und -positionen zu optimieren, um die Balance und den Halt zu verbessern und die Bremsleistung zu verkürzen, indem sie die ABS-Leistung bei herkömmlichen Fahrgewohnheiten verbessern.
So wie sich der Tempomat passiv an Veränderungen der Fahrbahnneigung oder anderer Fahrbedingungen anpasst, sorgt der softwaregesteuerte Betrieb für mehr Sicherheit durch ein verbessertes Fahrverhalten und verdoppelt damit den Nutzen dieses Ansatzes.
Erlebnis für Passagiere (Innenraum und Exterieur)
Der dritte Bereich, in dem Sensoren immer häufiger zum Einsatz kommen, ist der Innenraum und das Exterieur, die den Passagieren ein verbessertes Erlebnis von Komfort, Bequemlichkeit und Sicherheit bieten. Mit dem Aufkommen von Smartphones und vernetzter Technologie sind die Autofahrer zu Nutzern der vernetzten Schnittstellen und der anpassbaren Technologie in ihren Fahrzeugen geworden. Da die Sicherheit in der Automobilindustrie an erster Stelle steht, haben MEMS-Sensoren die Auslösemuster und das Timing von Front- und Seitenairbags verbessert. Sie können auch genauer vorhersagen, wann die Scheinwerfer bei veränderten Lichtverhältnissen aktiviert werden müssen.
Im Hinblick auf den Komfort können die Ingenieure die Daten der Sensoren nutzen, um sich an die Vorlieben und Einstellungen des Fahrers zu erinnern, z. B. an die Sitztemperatur und die Orientierung in der Kabine. Zudem können Sensoren bei der Navigation helfen, während die Präferenzen des Fahrers anhand der Benutzeroberfläche die Softwaresteuerungspräferenzen vorgeben können. Und schließlich kann der Zentralrechner anhand von mehr Außendaten erkennen, wenn ein Fahrzeug aufgrund von Müdigkeit des Fahrers oder anderen Umständen vom Kurs abweicht. Diese Funktion erhöht die Sicherheit erheblich, da sie den Betrieb des Fahrzeugs sichert und menschliche Fehler deutlich reduziert.
Um das Auto von einem Gebrauchsgegenstand in ein Erlebnis zu verwandeln, sollten Sie in Erwägung ziehen, mit Lösungen von Amphenol ICC, einer Abteilung von Amphenol, arbeiten. Das Unternehmen ist ein weltweit führender Anbieter von Steckverbindungslösungen für den Informations-, Kommunikations- und kommerziellen Elektronikmarkt. Amphenol ICC entwirft und fertigt eine breite Palette innovativer Steckverbinder sowie Kabelkonfektionen für verschiedene Anwendungen wie Server, Speicher, Datenzentren, Netzwerke, Industrie, Geschäftsausstattung und Automobil.
Softwaredefinierte Fahrzeuge verwenden eine Vielzahl von Crimp-to-Wire-Verbindungsplattformen und verlassen sich auf diese. Wenn Konstrukteure eine Plattform benötigen, die kompakte Abmessungen, robuste Leistung und extreme Vielseitigkeit erfordert, finden sie mit dem Minitek MicroSpace™ Steckverbindersystem die ideale Lösung. Amphenol bietet eine Reihe von fortschrittlichen Steckverbindern gemäß United States Council for Automotive Research (USCAR2) an, wie z. B. Minitek Microspace™, die kompakt sind und die LV214 (European) Severity-2-Normen erfüllen, so dass sie die Leistungsspezifikation für elektrische Steckverbindersysteme in Kraftfahrzeugen erfüllen. Der Minitek MicroSpace™ Crimp-to-Wire-Steckverbinder entspricht mit seinem kompakten Design der wachsenden Nachfrage nach miniaturisierten Komponenten. Der Steckverbinder ist in der Lage, den Platzbedarf auf der Leiterplatte um 50 Prozent zu reduzieren, da die Signaldichte erhöht wird. Er ist die richtige Wahl, wenn hohe Vibrationsbeständigkeit, Primärverriegelung, TPA, CPA, Poka Yoke, Kojiri safe mit flexiblen Konfigurationen (versetzt, Seite an Seite 1 oder 2 Reihen, seitliche oder obere Verriegelung) erforderlich sind.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen werden softwaredefinierte Funktionen noch stärker in Fahrzeuge integriert. Sie werden zu Verbesserungen im Schadstoffausstoß, der Leistung auf der Straße sowie im Fahrerlebnis führen, und den Komfort sowie die Sicherheit in Fahrzeugen positiv beeinflussen. Wenn Konstrukteure lokale MCUs und MPUs für die Echtzeit-Verarbeitung von riesigen Mengen an Sensordaten einsetzen, können sie die vorhandene Verarbeitungsinfrastruktur nutzen und die Voraussetzungen für softwaredefinierte Fahrzeuge schaffen. Damit werden sie die Weiterentwicklung der autonomen Fahrzeuge vorantreiben.
Adam Kimmel ist seit fast 20 Jahren als praktizierender Ingenieur, F&E-Manager und Verfasser von technischen Inhalten tätig. Er erstellt Whitepapers, Website-Texte, Fallstudien und Blog-Posts in vertikalen Märkten, darunter die Bereich Automotive, Industrie/Fertigung, Technologie und Elektronik. Adam Kimmel hat Abschlüsse in Chemie und Maschinenbau und ist der Gründer und Leiter der ASK Consulting Solutions LLC, einer Firma, die technische und technologische Inhalte verfasst.