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Mit der Einführung des CAN-Bus für den Datenaustausch zwischen Steuergeräten im Automobil in den 1990er Jahren erfolgte ein stetiger Umbruch weg von dezentralen funktional eingenständigen Einheiten hin zu einem Netztwerk von ECUs. Dabei verschob sich die Komplexität zunehmend von reiner Hardware hin zu sehr komplexen Softwarelösungen. Typischerweise werden Sensordaten über Netzwerke übertragen, in Echtzeit ausgewertet und zu hoch komplexen Aktordaten verarbeitet. Dabei stehen zunehmend harte Echtzeitanforderungen im Vordergrund, etwa bei Fahrerassistenzsystemen, welche zunehmend Bremse und Lenkung übernehmen, wenn etwa unmittelbare Gefahr droht. Heute hat sich der CAN Bus in vielen Anwendungen durchgesetzt, jedoch wird dieser den moderneren Anforderungen nach harter Echtzeitfähigkeit und höherer Bandbreite nicht mehr in allen Fällen gerecht. Der FleyRay Bus wurde mit 10-fach höherer Bandbreite und harter Echtzeitfähigkeit konzipiert um diese Lücke zu schließen. Die 2012 begonnene Weiterentwicklung CAN-FD im Hinblick auf höhere Bandbreiten zeigt jedoch die nach wie vor enorm hohe Akzeptanz des CAN Bus. Es zeichnet sich auch in der automobilen Vernetzung der Trend ab, auch hier Ethernet-Technologie zu nutzen, wie schon vor einigen Jahren in der Automatisierungstechnik. Motivation hier ist neben den erhofften stets sehr stark fokussierten Kostenvorteilen durch eine in der breiten Masse verfügbaren Technologie sowohl in Hardware, als auch in Software. Beispielhaft werden CAN als dominierender Bus in Kraftfahrzeugen, FlexRay und LIN vorgestellt. Der deutliche Trend Ethernet-basierende Bussysteme in der Automobilelektronik einzusetzen wird im Detail vorgestellt. Als Folge der Vernetzung werden in den ECU dezentral analoge Sensordaten erfasst. Die Anforderungen für digitale und analoge Sensoren werden vermittelt und an einigen praxisnahen Beispielen dargestellt. Bei den Aktoren spielt die Ansteuerung über PWM eine vermehrt wichtige Rolle. Die Grundprinzipien der PWM Technologie und wichtige Aspekte bei der praktischen Umsetzung werden dargestellt. Durch die zunehmende Vernetzung vergrößert sich auch die Angriffsoberfläche für böswillige Angreifer. Um dieser neuen Entwicklung gerecht zu werden, werden auch die Grundprinzipien der "Automotive Security" erläutert.
Inhalte:
Einführung
- Bussysteme in Automobilelektronik
- Geschichtliches
- Kosten und Preis
- Netzwerke
- Verbreitung verschiedener Netzwerke nach Protokoll
Grundlagen
- ISO / OSI Schichtenmodell der Kommunikation
- Netzwerktopologien
- Transceiver
- Halb Duplex Transceiver
- Vollduplex Transceiver
- Symmetrische Signalübertragung
- Leitungscodierung
- Elektrische Leitungen
Schnittstellen und Bussysteme
- Echtzeitanforderungen
- Verteilte Anwendungen
- RS 232 (EIA-232, V.24, V.28)
- RS-422 (EIA-422)
- RS-485 (EIA-485)
- I2C und SMBus
- SPI - Serial Peripheral Interface Bus
Bussysteme und Feldbusse
- LIN
- CAN (Controller Area Network)
- FlexRay
- MOST
Sensorsignalverarbeitung
- Sensoreigenschaften
- Busfähige Sensoren mit hoher Integrationsstufe
- Lineare (Analoge) Sensorsignale
- Reale Verstärker
- Hallsensoren
- DSP-Algorithmen
- Beispiel: Airbag-Auslöseverfahren
PWM Steuerungen
- Digitale Abtastregler
- Digitale Motor Regelung
Automotive Security
- Threat Analysis and Risk Assesment
- Secure Onboard Communication |
| Literatur |
- Deutsches Vorlesungsskript - [1] Andrew S. Tanenbaum, Computernetzwerke, Prentice Hall [2] K. Etschberger, Controller-Area-Network, Hanser Verlag [3] Bosch, Kraftfahrzeugtechnisches Handbuch, Vieweg [4] K. Reif, Automobilelektronik, Vieweg |
