PDF-Ausgabe herunterladen - AUTOMOBIL

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2/2014
B 61060 · April 2014 · Einzelpreis 19,00 € · www.automobil-elektronik.de ·
Das Automotive-Magazin von all-electronics
Leistungselektronik
Controller für Spannungswandler:
Digitales Power-Management
im Auto
Seite 34
Optoelektronik
Die neuen Frontscheinwerfer:
Matrix-LED- und Laserlicht bieten
viele Vorteile
Seite 38
Wachstum in
Deutschland
Interview mit Jürgen Meyer,
Director Germany der Assystem
Automotive SBU Seite 14
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48 ung me ger
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nd ,
Sicherheit
Punktlandung für Security: Holistischer Ansatz für mehr EmbeddedSecurity im Automobil
Seite 20
Remote
Diagnostics
Fahrzeuge weltweit diagnostizieren!
ECU
Development
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Editorial
Doppelt sicher
unterwegs
FÜR DIE SICHERHEIT
IHRER LIEBEN
ZÄHLT JEDER
AUGENBLICK
©TRW Automotive 2014
E
in Bekannter aus dem Industriebereich empfahl mir, den Bestseller
„Blackout“ zu lesen, in dem es um die Situation und Folgen eines
Stromausfalls in ganz Europa geht. Als Ursache macht der Autor des
durchaus spannend und realitätsnah geschriebenen Romans einen gezielten und sorgfältig vorbereiteten Hackerangriff aus. Beim Lesen musste ich
unweigerlich daran denken, was wohl
passieren würde, wenn Hacker mit der
gleichen Akribie einen derart gezielten Angriff auf eine bestimmte Fahrzeugflotte (beispielsweise alle Autos
eines Herstellers) ausführten. Das
Connected-Car bietet da aus Sicht des
Autos neue Angriffsvektoren. Mich
schaudert schon, wenn ich an die
wirtschaftlichen Folgen denke, von
den potenziellen Personen- und Sachschäden ganz zu schweigen.
Lange Zeit hindurch haben diverse
Dipl.-Ing. Alfred Vollmer,
Unternehmen der Automotive-BranRedakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
che das Thema Security systematisch
unter den Tisch gekehrt, weil es Geld
und Mühen kostet, aber mittlerweile ist das Thema bei (fast?) allen angekommen und oft sogar zur Chefsache geworden. Ohne Datensicherheit geht es
eben nicht, und zwei Tatsachen zeigen mir, dass die Automotive-Branche jetzt
richtig sensibilisiert ist: Unser vorab auf der Webseite all-electronics.de veröffentlichter Fachartikel „Safety und Security per MCU“ (Seite 28) gehörte zwei
Wochen lang zu den innerhalb einer Woche meistgelesenen Beiträgen, während mein mittlerweile ein Jahr alter Hintergrund-Beitrag „Sicherheit = Safety
+ Security“ (infoDIREKT 302AEL0113) im ersten Quartal dieses Jahres zu den
fünf meistgelesenen Automotive-Beiträgen (Seite 8) zählte. Unser SicherheitsSchwerpunkt auf den Seiten 20 bis 33 dürfte somit wieder bei sehr vielen Lesern auf großes Interesse stoßen – auch wenn sie dies aus Gründen der Firmenpolitik nicht offiziell zugeben dürfen.
Als zweites Thema dominieren LED- und Laser-Frontscheinwerfer diese
Ausgabe – und zwar auf den Seiten 38 bis 46. Bei den Recherchen wurde mir
klar, dass AFS-Scheinwerfer auf LED-Basis wohl spätestens mit der nächsten
Generation in die Mittelklasse einziehen werden. Dann steht dieser Sicherheitsgewinn auch der breiteren Masse als Option zur Verfügung, was nicht nur
vor dem Hintergrund einer zur Überalterung neigenden Bevölkerung sicherlich ein echter Gewinn für die Fahrer ist.
Pre-Crash-Systeme von TRW sammeln
Informationen über die Umgebung und
bereiten Insassenschutzsysteme auf
mögliche Gefahren vor, noch bevor
der Fahrer sie bemerkt. Kognitive
Sicherheitssysteme von TRW
– denn Sicherheit steht jedem zu.
FORTSCHRITTLICHES DENKEN
VORAUSSCHAUENDES DENKEN
UMWELTFREUNDLICHES DENKEN
Alfred Vollmer, [email protected]
www.automobil-elektronik.de
KOGNITIVE SICHERHEITSSYSTEME
http://safety.trw.de
Inhalt
April 2014
Coverstory
20 Punktlandung für Security
Getrennte und geschlossene Steuergeräte sowie (Sub-)Systeme
sind mit zunehmender Konnektivität potenziellen Angriffen ausgesetzt. Durch Nutzung eines entsprechenden holistischen Ansatzes können OEMs und Zulieferer hier geeignet vorbauen.
34
14
Wachstum in Deutschland
26
ZVEI-Standpunkt
Neue Spannungsklassen für
elektrische Kfz-Antriebe
08
News und Meldungen
Aktuelles aus der Branche: Namen,
Veranstaltungen, Nachrichten und mehr
28
31
Sicherheit
20
Punktlandung für Security
Holistischer Ansatz für mehr
Embedded-Security im Auto
24
47
Neue Produkte
Die Autos der Zukunft reden
miteinander – aber sicher!
Messen/Testen/Tools
Controller für Spannungswandler
Alternative Antriebe
Die neuen Frontscheinwerfer
Vorteile von Matrix-LED- und Laserlicht
AUTOMOBIL ELEKTRONIK 02/2014
48
Hochvolt-Test
Marktübersicht HV-Testgeräte,
Messequipment und Dienstleistung
Rubriken
03
Editorial
50
Impressum / Firmenverzeichnis
Doppelt sicher unterwegs
Motor aus bei voller Fahrt
Optoelektronik
38
4
Intelligentes LED-Lichtsystem
Segeln als Ergänzung zu
Start/Stopp-Systemen
Von Anfang an sicher
Wie vorzertifizierte Tools den
Qualifizierungsaufwand minimieren
AFS-Frontscheinwerfer auf dem
Weg in die Mittelklasse
Sichere Kommunikation im
automobilen Netzwerk
Digitales Power-Management im Auto
36
LED-Pixellicht richtig ansteuern
Matrix-lite für Premium-Autos
Leistungselektronik
34
42
44
Safety und Security per MCU
Sichere und flexible Architekturen
für Car-to-X-Kommunikation
Exklusiv-Interview mit Jürgen Meyer,
Director Germany der Assystem
Automotive SBU
Hypervisortechnologie ermöglicht
den Paradigmenwechsel
Security und Safety systematisch
verankern
Coverstory
14
48 V kommt als zusätzliche Versorgungsspannung. Der Controller für
Spannungswandler ermöglicht den Energieaustausch mit der 12-V-Welt.
Berner & Mattner ist jetzt seit über zwei Jahren Teil der
Assystem Group. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK sprach mit
Jürgen Meyer, Director Germany der Assystem Automotive
SBU, über Wachstum und Internationalisierung, Safety
und Security, Autosar, Testsysteme und vieles mehr.
Märkte + Technologien
06
Digitales PowerManagement
Leserservice infoDIREKT:
Zusätzliche Informationen zu einem Thema erhalten
Sie über die infoDIREKT-Kennziffer. So funktioniert’s:
• www.all-electronics.de aufrufen
• Im Suchfeld Kennziffer (zum Beispiel 333AEL0612 )
eingeben, suchen
Inhalt
April 2014
36
Segeln: Motor aus
bei voller Fahrt
Durch die Nutzung von Start/
Stopp-Segeln lassen sich bis zu
zehn Prozent Kraftstoff einsparen.
Wir erklären die Power-Seite des
Systems und die Voraussetzungen.
38 Matrix-LED- und Laserlicht
Mit der Einführung der Matrix-LED-Frontscheinwerfer, die mithilfe einer Kamera gesteuert werden, verbessert sich die Sicht
bei Nacht signifikant. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK berichtet über
einige der neuesten Entwicklungen bei Frontscheinwerfern.
Messtechnik
Visualisierung
Kommunikation
Regelung
Simulinkmodelle
Restbussimulation
Ablaufsteue run g
Signalge n e rie run g
48
Hochvolt-Messtechnik
Wir zeigen Hochvolt-Testgeräte,
HV-Messequipment und HVDienstleistungen ganz kompakt
als Marktübersicht.
AutomotiveAbkürzungen
Erklärungen zu weit
über 500 Abkürzungen rund um die Automobil-Elektronik
finden Sie unter infoDIREKT 333AEL0612
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ZVEI-Standpunkt
Kommentar
Bild: ZVEI
Neue Spannungs
klassen für elektrische
Kfz-Antriebe
Herr Dipl.-Ing. Edmund Erich ist Vorsitzender des ZVEI
Steering Committee Elektromobilität und Manager
E-Mobility Europe bei der Delphi Deutschland GmbH.
D
ie Automobilwelt ist in Bewegung geraten, insbesondere
dienstleistende Umfeld für die Erfordernisse der Handhabung diewas die Antriebstechnik anbelangt. Die dynamische Entser Technik sensibilisiert und ertüchtigt werden. Vieles, was uns
wicklung der Elektromobilität wirkt sich zunehmend
heute im Umgang mit der klassischen Verbrennertechnik als völlig
stark auch auf Fahrzeuge mit klassischer Antriebstechnik
selbstverständlich erscheint, (man denke an den Umgang mit
aus – und zwar in Form der Hybridisierung, an der letztendlich
brennbaren Flüssigkeiten), haben Autofahrer und -techniker über
kein Weg vorbeiführt. Ein Teil der elektrischen Ausstattung der
Generationen hinweg eingeübt. Bei der beabsichtigten Einführung
Kraftfahrzeuge muss daher den spezifischen neuen Anforderunder Elektromobilität in den Massenmarkt haben wir nicht so viel
gen dieser Technik mithilfe höherer Bordspannungen entsprechen.
Zeit wie damals. Hier muss jeder Betroffene von Anfang an wissen,
Die Elektrifizierung des Antriebs bedingt eine
erhebliche Gewichtszunahme des Bordnetzes um
zirka 23 Prozent, was den gängigen OptimieElektromobilität verändert nicht nur die Art und Weise unserer
rungstendenzen zuwider läuft. Die erforderliFortbewegung als Anwender; mit ihrer Einführung ändert sich
chen Hochvoltkomponenten müssen verfügbar,
auch die überwiegende Mehrzahl der Instandsetzungs- und
prozesssicher und dem besonders harten AnwenServiceleistungen, die dazugehören – bis zum Rettungseinsatz.
dungsumfeld des Fahrzeugbetriebs gewachsen
sein – und dies über einen relativ langen Zeitraum. Dementsprechend bestehen hohe Anforderungen an Komponenten und Systeme der Leistungselektrowas beim Umgang mit der neuen Technik und den dabei erfordernik, auch im Hinblick auf die unterschiedlichen Einsatzspanlichen höheren Spannungsklassen zu beachten ist.
nungen. Eine Task-Force des ZVEI hat sich daher auf die Fahnen
Elektromobilität birgt eine Fülle von Chancen, die Lebensqualigeschrieben, die relevanten Spannungsklassen zu beleuchten
tät durch eine zeitgemäße Fortbewegung zu steigern. Es gibt aber
und zu identifizieren sowie die Folgerungen für den Umgang
auch hier – wie beim Einsatz jeder Energiequelle – Aspekte, die zu
mit dieser Technik umfassend darzulegen, die sich durch ihre
beachten sind, um eine reibungslose, sichere und verlässliche NutAnwendung ergeben.
zung zu gewährleisten. Der Einsatz der geeigneten höheren Spannungsebenen ist dazu unverzichtbar.
Intensive Forschung und Entwicklung haben dazu geführt, dass
Der Umgang mit hohen Spannungen will gelernt sein
mit der Elektromobilität nicht nur dem Umweltschutz entsproElektromobilität verändert nicht nur die Art und Weise unserer
chen werden kann, sondern auch wesentlich höhere Fahrdynamik
Fortbewegung als Anwender; mit ihrer Einführung ändert sich
und Fahrfreude die Folge sind. Das lässt erwarten, dass die Elektriauch die überwiegende Mehrzahl der Instandsetzungs- und Serfizierung des Antriebsstrangs weiter zunehmen wird und somit
viceleistungen, die dazugehören: bis zum Rettungseinsatz bei eieine versierte Auseinandersetzung mit den neuen Technologien
nem Unfall. Mit der fortschreitenden Verbreitung der Elektromounabdingbar wird. (av)
bilität in der Praxis muss insbesondere das produzierende und
n
6
Automobil Elektronik 02/2014
www.dspace.com
On-Target Prototyping –
Einfach auf Ihrem Steuergerät
Bei inkrementeller Weiterentwicklung von Steuergeräte-Software bietet es sich aus
Kosten- und Aufwandsgründen an, diese auf dem bereits existierenden Seriensteuergerät durchzuführen. Die dSPACE Werkzeugkette für On-Target Prototyping ist dafür
maßgeschneidert. Mit ihr lassen sich effizient und schnell modellbasiert neue Funktionen in existierende Seriensoftware auf HEX-Code-Basis integrieren: einfach neu
flashen – fertig. Und sollten die Ressourcen des Steuergeräts mal nicht mehr ausreichen,
erweitern Sie es einfach um ein dSPACE Prototyping-System. Machen Sie Ihr Seriensteuergerät zum Entwicklungssystem.
dSPACE – Einfach Prototyping
Meldungen
Genivi-5.0-konform
Top 5 www.all-electronics.de
Die meistgeklickten Automotive-Beiträge
5
TOP
Die Zeitschrift AUTOMOBIL-ELEKTRONIK finden Sie jeweils als Komplett-PDF jeder Druckausgabe zeitverzögert unter www.automobilelektronik.de. Zusätzlich stellen wir die einzelnen Beiträge auch unter www.all-electronics.de
ins Internet.
Auf dieser Website finden Sie unter Applikationen/Automotive (erst bei „Automotive“, nicht schon
auf „Applikationen“ klicken) oft auch längere Versionen der fürs Heft gekürzten Artikel sowie
zusätzliche News und Hintergrundinfos.
Die folgenden Beiträge aus dem Auto-Umfeld wurden im ersten Quartal des Jahres 2014 am
häufigsten angeklickt:
■■ Platz 1: Elektronik formt Auspuff-Sound
Wie aktive Geräuschregelung von Eberspächer im Abgas-Endrohr für mehr Ruhe und/
oder „besseren“ Sound sorgen kann. infoDIREKT 303AEL0112
■■ Platz 2: Verzeichnis der wichtigsten
Automotive-Abkürzungen
Die ständig aktualisierte Abkürzungs-Übersicht rund um die Elektronik mit mittlerweile
weit über 500 Suchbegriffen: von AAGR über
C2X, COMASSO, HUD und MCAL bis ZE.
infoDIREKT 333AEL0612
■■ Platz 3: Sicherheit = Safety + Security
Warum die ISO 26262 allein nicht genügt.
■■ Platz 4: Safety & Security per MCU
Sicher Kommunikation im automobilen Netzwerk: Safety-Architektur mit HSM.
■■ Platz 5: Harman steigt in den SafetyMarkt ein
Harman will Safety-Lösungen ins Infotainment
integrieren + das indirekte Aus für MOST.
Linux-Plattform
fürs Infotainment
Mentor Graphics kündigt die neueste Version seiner Embedded-Automotive-Technology-Plattform (ATP) für die Entwicklung
von Linux-basierten Fahrzeug-InfotainmentSystemen (IVI) an. Tier-1-Zulieferer können
mit den neuen Grafikentwicklungs- und
Optimierungsfunktionen dieser Genivi-5.0kompatiblen Version die Entwicklung
funktionsreicher, interaktiver Benutzeroberflächen oder HMIs beschleunigen,
ähnlich wie bei Geräten der ConsumerElektronik. Die Kombination der ATP mit
dem vor kurzem vorgestellten EmbeddedHypervisor ermöglicht es Automobil-OEMs,
auf neuen SoC-Hardwarearchitekturen für
das Infotainment noch mehr Funktionen zu
integrieren, zum Beispiel zur Anbindung
von externen Geräten, und gleichzeitig kritische Funktionen sicher voreinander zu
trennen. Details finden Sie in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT. n
Der 18. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ findet am 3. und 4. Juni statt
Auf dem mittlerweile 18. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“, der am 3. und 4. Juni 2014 in Ludwigsburg
stattfinden wird, drehen sich die Vorträge um die Themenkreise
automatisiertes Fahren, Connectivity, Elektromobilität, Architekturen, neue Fahrzeuglösungen und vernetzte Zusammenarbeit.
Insgesamt 23 Fachvorträge hat der Tagungsleiter Dr. Willibert
Schleuter (ehemaliger E/E-Leiter bei Audi) gemeinsam mit dem
Fachbeirat ausgesucht. In diesem Jahr wird es insgesamt vier Keynote-Vorträge zu folgenden Themen geben:
■■ Trends und zukünftige Herausforderungen der E/E-Entwicklung
(Ricky Hudi, E/E-Leiter bei Audi)
■■ Die globale E/E-Architektur im neuen Ford Mondeo (Christof Kellerwessel, E/E-Leiter bei Ford)
■■ Wie beeinflusst „always connected“ die Aufgaben und Produkte
eines globalen Zulieferers? (Helmut Matschi, Mitglied des Vorstands bei Continental)
■■ Global E/E Engineering: A People, Product and Process Challenge – Fahrzeug-Entwicklung im weltweiten Netzwerk
(Dr. Burkhard Milke, E/E-Leiter bei Opel)
Die Referenten der anderen 19 Vorträge sind allesamt hochrangige
Manager der Unternehmen Audi, BMW, Bosch, Brilliance, Fujikura Automotive, Google, Harman, IBM, Mobileye, Nuance, NXP,
Volkswagen und XS Embedded. Hinzu kommen je ein Vortrag von
der Uni Karlsruhe sowie von Roland Berger Strategy Consultants.
Gespannt sein dürfen die Kongressbesucher auch auf die Podiumsdiskussion zum Thema Automatisiertes Fahren, die Peter Fuß (Automotive Leader EMEA bei Ernst & Young) moderiert. An dieser
8
Bild: Fotografie Nathalie Balleis
Branchentreffen der E/E-Manager in Ludwigsburg
Auch in diesem Jahr werden die Besucher sicher wieder so gespannt den
Referenten zuhören wie hier auf dem 17. Fachkongress Automobil-Elektronik.
Diskussion beteiligen sich Vertreter der Unternehmen BMW,
Bosch, Mobileye, Paravan und Rinspeed.
Nicht nur vor und während den Pausen ist auf dem Fachkongress Fortschritte in der Automobil-Elektronik Networking angesagt, sondern auch bei der schon zur Tradition gewordenen
Abendveranstaltung. Die „Dinnerspeech“ hält diesmal Extrembergsteigerin Helga Hengge zum Thema „Seven Summits – die
höchsten Berge der sieben Kontinente“.
Weitere Details des Programms finden Sie im Internet auf der
Website www.automobil-elektronik-kongress.de.
n
infoDIREKT www.all-electronics.de387AEL0214
80V Sync Buck-Boost
Variable Input
2.8V to 80V
Up to 250W
IIN SET
Input Current:
Regulate or
Monitor
CSN
CSP
BG2
TG1
CSPIN
VIN SET
Fixed Output
1.3V to 80V
Output Current:
Regulate or
Monitor
BG1
CSNIN
IOUT SET
TG2
LT8705
FBIN
CSPOUT
CSNOUT
VOUT SET
FBOUT
GND
Vier Regelschleifen (VOUT, I OUT, VIN und I IN)
Der LT®8705 ist der neueste Controller in unserer wachsenden Produktfamilie von Buck-Boost-Controllern mit einer einzigen Spule.
Dieser Hochleistungs-Controller mit großem Eingangsspannungsbereich ist in der Lage, bei einem Eingangsspannungsbereich von
2,8V bis 80V Wirkungsgrade von bis zu 98,5% für einen Ausgang mit 48V, 5A zu erzielen. Der LT8705 benötigt eine einzige Spule
und 4 externe MOSFETs und kann eine Ausgangsleistung von bis zu 250W liefern. Eingangs- oder Ausgangsspannung oder -strom,
jede dieser Größen kann mit den 4 Regelschleifen des Bauteils geregelt werden. Seine Eingangs-Regelschleife eignet sich ideal für
Quellen mit hoher Impedanz, wie Solarmodule.
Eigenschaften
36V bis 80V Eingangsspannung;
48V, 5A Ausgang
•Eine einzige Spule
100
99.0
•VIN-Bereich: 2,8V bis 80V
98.0
•VOUT-Bereich: 1,3V bis 80V
97.0
Efficiency (%)
•SehrhoherWirkungsgrad
•RückkopplungsschleifenfürVOUT,
IOUT, VIN, IIN
•Stromüberwachung
95.0
94.0
93.0
VIN = 36V
92.0
VIN = 48V
•VierN-Kanal-MOSFET-Gate-Treiber
91.0
VIN = 80V
•Geeignetfürsolarbetriebene
Batterieladegeräte
90.0
0.5 1.00
LinearTechnologyGmbH
+49-(0)89-9624550
Distributoren: Deutschland
Arrow
Farnell
Setron
Digi-Key
+49-(0)6103-3040
+49-(0)89-6139393
+49-(0)531-80980
0800.1.800.125
www.linear.com/product/LT8705
Tel.: +49 (0)89 / 96 24 55-0
Fax: +49 (0)89 / 96 31 47
96.0
•Synchrongleichrichtung
Info & kostenlose Muster
2.00
3.00
4.00
Load Current (A)
video.linear.com/138
5.00
, LT, LTC, LTM, Linear Technology und das Linear-Logo sind
eingetragene Warenzeichen der Linear Technology Corporation. Alle
anderen Warenzeichen sind das Eigentum ihrer jeweiligen Besitzer.
Distributoren Österreich Arrow
Farnell
Digi-Key
Schweiz
+43-(0)1-360460
+43-(0)662-2180680
0800.291.395
Arrow Zürich +41-(0)44-8176262
Farnell
+41-(0)44-2046464
Digi-Key
0800.561.882
Meldungen
Absint und dSPACE
Nachrichten
■■ Das italienische Unternehmen
MTA feiert dieses Jahr sein
60jähriges Bestehen. Zu diesem
Anlass erfolgte ein Redesign der
Website.
■■ Leoni erzielte im Geschäftsjahr 2013 einen Rekordumsatz
von etwa 3,92 Milliarden Euro.
■■ TRW hat 2013 seinen Vorjahresumsatz um sechs Prozent
übertroffen und damit auf 17,4
Milliarden US-Dollar erhöht.
■■ Im Februar lief im 1991 gegründeten Transporter-Werk Ludwigsfelde von Mercedes Benz
das 555.555ste produzierte
Fahrzeug vom Band – ein Sprinter.
■■ Daimler setzt in der neuen
S-Klasse MOST150 ein.
■■ Bang & Olufsen hat für den
Aston Martin V8 Vantage N430
ein maßgeschneidertes Soundsystem entwickelt.
■■ Die adaptive Hinterachsdämpfung CDC 1XL von ZF für
Klein- und Kompaktwagen feiert
im neuen Honda Civic Tourer
Weltpremiere.
■■ Preh liefert die Steuergeräte
für das Batteriemanagement sowie den iDrive-Touch-Controller
für den BMW i3.
■■ Daimler zeichnete Continental
für das Touchpad der neuen CKlasse aus, das multitouchfähig
ist und eine haptische Rückmeldung liefert.
■■ TRW erhielt von Volvo Cars
zweimal den Qualitätspreis VQE:
einmal für den Standort Gelsenkirchen und einmal für das slowakische Werk in Nove Mesto.
■■ BMW will im Juni mit der
Auslieferung des i8 beginnen und
noch dieses Jahr eine Variante
mit Laser-Frontscheinwerfer anbieten (siehe Seite 38).
■■ Gliwa und Inchron bieten ihre sich ergänzenden Lösungen
zur Timing-Analyse und Laufzeitabsicherung für Steuergeräte
jetzt gemeinsam an.
■■ Der Prüfstands-Spezialist
Technogerma ist insolvent und
beendete den Geschäftsbetrieb
zum 1.4.2014.
■■ Bosch hat mittlerweile 100
Millionen ESP-Systeme gebaut,
davon 50 Millionen von 1995 bis
2010. Gut jeder zweite neue Pkw
weltweit ist mit ESP ausgestattet.
■■ Continental hat mit der Produktion von Nahbereichs-Radarsensoren in Seguin/Texas (USA)
begonnen.
■■ Innerhalb eines Jahres eröffnete das Ingolstädter Unternehmen BFFT Büros in Regensburg,
Wolfsburg, Neckarsulm, Neuburg
sowie in den USA, England und
Italien.
■■ In diesem Jahr beteiligen sich
1412 Studenten von 455 Universitäten aus 55 Ländern an der
Valeo Innovation Challenge, wo
es darum geht, „revolutionäre
Lösungen für die Autos von morgen“ zu erdenken.
Toolkopplung für
präzisere Analyse
Absint Angewandte Informatik
ist neuer Kooperationspartner
von dSPACE und Mitglied im
Targetlink-Partnerprogramm.
Ziel der Zusammenarbeit ist
die Toolkopplung der AbsintAnalysetools aiT, Stackanalyzer
und Astrée mit dem Seriencode-Generator dSPACE Targetlink. Dadurch können Timing-Fehler,
Stacküberläufe
und Laufzeitfehler, die auf fehlerhaften Modellspezifikationen
basieren, direkt aus dem Targetlink-Modell heraus analysiert
und somit bereits in frühen Entwicklungsphasen sicher erkannt
werden. Die Analysekonfiguration erfolgt weitgehend automatisch, was zu präziseren Analyseergebnissen führt.
n
Spansion hat eine neue Schnittstelle vorgestellt, die nach Angaben
von Rainer Flattich, Vice President Sales EMEA bei Spansion, „einen echten Durchbruch“ darstellt: „Das Spansion Hyperbus-Interface beschleunigt die Lesegeschwindigkeit um ein Vielfaches
und reduziert gleichzeitig die Anzahl der nötigen Pins.“ Außerdem stellte Spansion erste Produkte vor, die auf der neuen Schnittstelle basieren: „Eine dramatisch höhere Lesegeschwindigkeit“
bescheinigt Marcel Kuba, FAE-Manager bei Spansion, der neuen
Technologie und kommt damit zu folgender Erkenntnis: „Der Datendurchsatz ist durchaus revolutionär – nicht nur für Flash, auch
für RAM und andere Speicher. Hyperbus hat das Potenzial, der
Bild: Alfred Vollmer
Der weltweit schnellste NOR-Flash-Speicher
Michael Skorzec (Spansion): „Die Hyperflash-NORSpeicher erreichen Lesegeschwindigkeiten von bis
zu 333 MByte/s und sind damit mehr als fünfmal so
schnell wie die derzeit schnellsten verfügbaren
Quad-SPI-Flashspeicher.“
nächste Meilenstein nach DDR-SPC zu
sein.“ Weitere (auch technische) Details
und Grafiken finden Sie in der Langversion
dieses Beitrags per infoDIREKT-Nummer 388AEL0214. n
infoDIREKT www.all-electronics.de 388AEL0214
Termine
Change-Management für Führungskräfte und Entscheider
6. bis 7.5.2014, Pfinztal
www.sv-veranstaltungen.de
MOST Forum
13.5.2014, Esslingen
www.mostforum.com
Wiederaufladbare
Batteriesysteme
14. bis 15.5.2014, Regensburg
www.otti.de
6. E-Motive-Expertenforum
15. bis 16.5.2014, Wolfsburg
www.e-motive.net
10
PCIM
20. bis 22.5.2014, Nürnberg
www.pcim.de
Automotive Testing Expo
24. bis 26.6.2014, Stuttgart
www.testing-expo.com/europe
Automated Driving
27. bis 28.5.2014, Frankfurt/Main
www.vdi-wissensforum.de
Safety Systems 2014 - Emerging
Markets
www.vdi-international.com/safetysystems
Sensor + Test
3. bis 5.6.2014, Nürnberg
www.sensor-test.de
18. Fachkongress Fortschritte
in der Automobil-Elektronik
3. bis 4.6.2014, Ludwigsburg
www.automobil-elektronikkongress.de
CAR HMI Concepts & Systems
26. bis 27.6.2014, Berlin
www.we-connect.com
Fachkongress Abgas-Sensorik
www.sv-veranstaltungen.de
IAA Nutzfahrzeuge
25.9 bis 02.10.2014,
Hannover
www.iaa.de
IZB
14. bis 16.10.2014, Wolfsburg
www.izb-online.com
2. Elektromobilproduktionstag
27.10.2014, Aachen
www.wzlforum.rwth-aachen.de
Electronica
11. bis 14.11.2014,
München
www.electronica.de
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Meldungen
OEMs und Zulieferer
setzen auf Ethernet
Nach einer Studie ist für das
Marktforschungsinstitut Frost
& Sullivan folgendes klar: Der
Einsatz von Ethernet-Technologie in Fahrzeugen gewinnt in
Europa und Nordamerika an
Tempo. Der Paradigmenwechsel hin zu vernetzten Autos
und damit einhergehenden
Dienstleistungen, wie AutoApp-Stores und vernetzte
standortgebundene Dienste,
treiben die Entwicklung an.
Hinzu kommt die Notwendigkeit, mehrere Unterhaltungselektronikgeräte zu integrieren
sowie priorisierte und personalisierte Dienstleistungen anzubieten und die Markenidentität
zu pflegen. Die AutomobilOEMs werden somit immer
weiter zur Ethernet-Technologie gedrängt. Details zur Studie
gibt es per infoDIREKT.
n
infoDIREKT Hella als Zulieferer für den neuen 5er BMW
Licht, Elektronikkomponenten und Sensoren
Im neuen BMW 5er ist Hella
mit mehreren Produkten vertreten. So liefert Hella die adaptiven LED-Schweinwerfer, die
Heckleuchten und das Ambiente-Licht der Interieur-Beleuchtung, dessen Farbe der
Fahrer zwischen hellem Weiß
und gedämpftem Orange wählen kann. Dazu kommt Elektronik für kraftstoffeinsparende
Fahrzeugfunktionen wie den
Heckleuchte im neuen 5er BMW.
intelligenten Batteriesensor sowie DC/DC-Wandler für ein
intelligentes Energiemanagement und den Start-Stopp-Betrieb. Auf der Sensorseite liefert
Hella den Regen-Licht-Sensor
sowie die Radarsensoren zur
Spurwechselwarnung.
n
infoDIREKT
381AEL0214
Bild: Hella
Frost & Sullivan-Studie
Halle 9, Stand 211
Besuchen Sie uns !
20. – 22.5.2014
385AEL0214
Bosch, GS Yuasa und
Mitsubishi
Joint-Venture für
Li-Ionen-Batterien
Bosch, GS Yuasa und Mitsubishi haben ein Joint Venture mit
Namen „Lithium Energy and
Power“ mit Hauptsitz in Stuttgart gegründet. An dem Gemeinschaftsunternehmen halten Bosch 50 % und die beiden
anderen Partner jeweils 25 %.
Die Geschäftsführung ist entsprechend dieser Aufteilung
besetzt. „Unser Ziel ist es, Lithium-Ionen-Batterien bis zu
zwei Mal leistungsfähiger zu
machen“, erklärt Dr. Volkmar
Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung und zuständig
für Forschung und Entwicklung der Robert Bosch GmbH.
Bosch und seine Partner rechnen fest damit, dass die E-Mobilität ab 2020 zum Massenmarkt wird.
n
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3,3 u. 5,0 V ±2 %
3,3 u. 5,0 V ±2 %
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Titelinterview
Assystem
Exklusiv-Interview mit Jürgen Meyer, Director Germany der Assystem Automotive SBU
Berner & Mattner ist jetzt seit über zwei Jahren Teil der Assystem Group. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK sprach mit
Jürgen Meyer, Director Germany der Assystem Automotive SBU, über Wachstum und Internationalisierung,
funktionale Sicherheit und Security, Softwarequalität, Autosar, Testsysteme sowie das Zusammenspiel von OEMs,
Tier-1s und Dienstleistern.
Autor: Alfred Vollmer
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Herr Meyer, wie laufen die Geschäfte?
Jürgen Meyer: Wir konnten 2013 ein hervorragendes Jahr verzeichnen. Gerade am Standort Deutschland, an dem unsere Kunden
auch international sehr erfolgreich agiert haben, wurde stark in
Entwicklungsdienstleistungen investiert. Bereiche wie funktionale Sicherheit und Softwarequalität, aber auch Innovationsfelder wie Fahrerassistenzsysteme und E-Mobility gehören zu
den Wachstumsfeldern. Für weiteres Wachstum hat die Assystem alle Automotive-Leistungen der gesamten Gruppe gebündelt und dazu die strategische Geschäftseinheit Automotive SBU
gegründet. Wir sprechen hier von 1900 Mitarbeiterinnen und
Mitarbeitern mit Automotive-Expertise, die in den europäischen
Automotive-Zentren arbeiten. Bei Bedarf sind sie auch länderübergreifend in Simultaneous-Engineering-Projekte eingebunden.
Damit kommen wir den aktuellen Anforderungen unserer Kunden
entgegen – insbesondere der französischen Automobilindustrie.
Wie präsentiert sich die neue Geschäftseinheit in Deutschland?
In Deutschland setzt sich die Assystem Automotive SBU aus den
Automotive-Sparten der drei Unternehmen Assystem GmbH,
Berner & Mattner Systemtechnik GmbH und Silver Atena Electronic Systems Engineering GmbH zusammen. Unser Ziel ist es,
strukturell wie personell weiter zusammenzuwachsen. An unserem Standort in Vaihingen bei Stuttgart sitzen die Kollegen beispielsweise bereits im gleichen Bürogebäude. Für 2014 planen wir
zudem einen weiteren Ausbau der Ressourcen in Köln und
Wolfsburg. Für unsere Kunden – und das ist uns wichtig –
bleibt alles konstant. Die Ansprechpartner genauso wie
unsere gewachsenen Markennamen und unsere ortsnahe Unterstützung. Unsere Unternehmensstruktur
erlaubt es zudem, größere Projekte – auch im internationalen Kontext – zu realisieren. Wenn ein bestimmtes Volumen erreicht ist, können wir dafür Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus anderen Standorten integrieren, beispielsweise unsere Experten-Teams aus Berlin oder die Ingenieure des rumänischen Automotive
Engineering Centers.
Unsere Unternehmensstruktur erlaubt
es, größere Projekte – auch im internationalen Kontext – zu realisieren.
Jürgen Meyer,
Assystem
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Titelinterview
Assystem
Alle Bilder: Assystem
Jürgen Meyer (rechts)
sagte im Gespräch mit
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur Alfred
Vollmer folgendes:
„Wir sind davon
überzeugt, dass
sowohl Safety- als
auch Security-Aspekte
von Spezifikationen
gleich von Beginn an
in die Elektronik mit
hinein entwickelt
werden müssen und
nicht am Ende ‚hinein
geprüft‘ werden
sollten.“
Das heißt, Sie bieten Simultaneous-Engineering im internationalen
Kontext?
Korrekt! Bei Bedarf binden wir unsere Portfolio-Bausteine aus Rumänien mit ein. Die Projekte werden dann simultan an zwei Standorten bearbeitet. Während manche unserer Wettbewerber vor Ort
nur einen Brückenkopf bilden und dann in ganz anderen Ländern,
etwa im asiatischen Raum, entwickeln, verfolgen wir aber eine andere Strategie: Wir sind an den wichtigen Automotive-Standorten
in Deutschland, Frankreich, Rumänien und England lokal präsent,
arbeiten dort eng mit unseren Kunden zusammen.
Über Simultaneous-Engineering können wir darüber hinaus
Kompetenzen und Bestpreisangebote aus einem Land wie Rumänien mit anbieten. Dafür haben wir länderübergreifend höchste
Standards in punkto Datenschutz etabliert und eine enge Kommunikationsstruktur der Projektteams ausgerollt. Der große Vorteil
unserer Ingenieurinnen und Ingenieure aus dem rumänischen Automotive Engineering Center liegt aber darin, dass sie bei lokalen
Kunden im Automotive-Umfeld bereits Erfahrung gesammelt haben und dieses Domänen-Know-how in die Projekte einbringen.
Welche Pläne haben Sie für 2014?
Die Strategie der Automotive SBU basiert in Europa und Deutschland auf den beiden Säulen Consulting und Product Engineering
für große Entwicklungspakete unserer Kunden – auch im globalen
Kontext. Konkret bedeutet dies: Wir beraten unsere Kunden einerseits in Bereichen, die entscheidend für eine Differenzierung im
Wettbewerb sind. Bisher erfolgte dies vor allem in den Domänen
Infotainment und Telematik. In Zukunft verlagert sich dies sicherlich stärker auf Fahrerassistenz und E-Mobility.
Auf der anderen Seite bieten wir Product-Engineering-Komplettlösungen rund um Elektronik, Mechanik und Software. Aus
einer Hand liefern wir beispielsweise Software für elektronische
Lenksysteme, bieten Prüfsysteme an und betreiben diese. Weiteres
Wachstum in 2014 wollen wir aber auch mit noch größeren Werkverträgen inklusive entsprechender Risikoübernahme erzielen.
Durch die Assystem-Gruppe, die 2013 einen Umsatz von 871 Millionen Euro machte, sind wir für diese Herausforderungen sehr gut
gerüstet. Ein Beispiel: In den letzten Jahren haben wir für einen
großen deutschen OEM die Integration von Telefon- und Onlinediensten in Fahrzeuge übernommen.
Da der OEM die Verantwortung für eine Fahrerassistenzfunktion nicht einfach an den Tier-1 delegieren
kann, stellen sich ganz neue Fragen hinsichtlich
Zusammenarbeit und übergreifender Absicherung.
Jürgen Meyer,
Assystem
In einem anderen Projekt, das wir ebenfalls für diesen OEM
realisieren, geht es um die Anbindung von mobilen Endgeräten
wie Smartphones für Musik oder Video. Wir arbeiten hier sehr
umfassend – von der Spezifikation bis zum Test. Unser Ziel ist,
diese Synergien zu nutzen und Leistungen in einem großen Gesamtpaket anzubieten.
Was ändert sich heute am Zusammenspiel zwischen OEM, Tier-1 und
Dienstleister?
Der Trend geht bei OEMs dahin, heute wieder stärker eigenes
Know-how aufzubauen, um sich von Wettbewerbern zu differenzieren. In der Vergangenheit haben sie Entwicklungen häufig an
den Tier-1 übergeben, der auch das Know-how dafür mitbrachte.
Damit OEMs solche Projekte in Zukunft selbstständig und in eigeAutomobil Elektronik 02/2014
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Titelinterview
Assystem
ner Verantwortung durchführen können, fordern sie Unterstützung durch Engineering-Dienstleister wie uns an. Es kommen aber
auch stetig ganz neue Marktteilnehmer, die bislang keine Erfahrung als Tier-1 haben, hinzu. Ihnen fehlen häufig passende Entwicklungsprozesse. Hier arbeiten wir an der Schnittstelle und vermitteln gezieltes Automotive-Know-how – aktuell an einen sehr
großen Player aus dem Beleuchtungsmarkt.
Funktionale Sicherheit und Fahrerassistenzsysteme sind Themen, die
immer stärker zusammenwachsen. Wie sehen Sie die Entwicklung?
Beim automatisierten Fahren spielen Aspekte zur funktionalen Sicherheit eine sehr große Rolle. Das bedeutet, dass man sich bereits
bei der Systemauslegung Gedanken darüber machen muss, wie das
Gesamtsystem sicher funktioniert. Unser Berner & Mattner Competence Center für Safety und Systems Engineering unterstützt die
Projektteams seit Jahren erfolgreich bei der Umsetzung.
Da der OEM die Verantwortung für eine Fahrerassistenzfunktion nicht einfach an den Tier-1 delegieren kann, stellen sich ganz
neue Fragen hinsichtlich Zusammenarbeit und übergreifender Absicherung. Ein hypothetisches Beispiel: Ein Radarsteuergerät erkennt auf der Ausfahrtspur der Autobahn das große Ausfahrtschild und meldet „Achtung Hindernis“. Gleichzeitig wird der
Fahrer auf die Bremse treten, was das Bremssystem folgerichtig
erkennt. Der Notbremsassistent erhält vom Radarsteuergerät zudem Infos über das Hindernis sowie über den Bremsvorgang des
Fahrers. Wenn das Gesamtsystem an dieser Stelle nicht richtig ausgelegt ist, dann kann es sein, dass der Notbremsassistent fehlerhaft
auslöst. Man trifft viele Vorkehrungen, dass das nicht passiert, aber
es geht mir um das Zusammenspiel von OEM und Tier-1. Wer ist
jetzt dafür verantwortlich?
Wir erleben an dieser Stelle einen Übergang der Verantwortung
zwischen den in einzelnen Steuergeräten realisierten Funktionen.
Hier ist ein steuergeräteübergreifender Zwischen-Layer notwendig, für den der OEM die Verantwortung übernehmen muss. Zusammen mit einem Fahrzeughersteller haben wir dafür ein entsprechendes Systemsicherheitskonzept entwickelt, das Sicherheit
auch jenseits der Anforderungen der ISO 26262 bietet. Neben die-
Der Trend geht bei OEMs dahin,
heute wieder stärker eigenes
Know-how aufzubauen.
Jürgen Meyer,
Assystem
sem Baustein im Bereich Safety unterstützen wir Fahrerassistenzaktivitäten sehr umfassend: bei der Spezifikation von Funktionen,
über die Modellierung der entsprechenden Regelalgorithmen, den
Aufbau und Betrieb von Testsystemen bis hin zur Steuerung der
beteiligten Tier-1s.
Ändert sich auch etwas bei der strukturellen Aufteilung von Funktionen im Fahrzeug?
Die neuen Funktionen, ich bleibe beim Beispiel Fahrerassistenz,
entstehen ja durch Software, denn die Sensorik und die Aktorik
sind bereits vorhanden. Alle OEMs entwickeln selbst am automatisierten Fahren und damit auch an entsprechender Software. Es gibt
dazu viele unterschiedliche Architekturkonzepte: Die einen ent16
scheiden sich für einen Zentralrechner, und die anderen packen
Softwarefunktionen auf vorhandene Steuergeräte hinzu. Mit dem
Autosar-Standard ist ein wichtiger Schritt gemacht worden, sich
vom Steuergerät unabhängig zu machen, denn die Funktionalität
entsteht ja durch das Zusammenspiel der Softwarekomponenten.
Weil die neuen Funktionen wieder verwertbar und auch in jedes
Fahrzeug hinein integrierbar sein sollen, benötigen wir Architekturen, die steuergeräteunabhängig sind.
Wir sind an den wichtigen Automotive-Standorten
in Deutschland, Frankreich, Rumänien und England
lokal präsent, arbeiten dort eng mit unseren Kunden
zusammen.
Jürgen Meyer,
Assystem
In diesem Zusammenhang wird das Thema der Absicherung
wichtig. Dank der standardisierten Autosar-Schnittstellen können Funktionen steuergeräteunabhängig über die virtuelle Integration bereits im frühen Entwicklungsstadium abgesichert werden. Die Fehlerreduktion bei den Softwarekomponenten und
deren frühe Absicherung im System erleichtern die nachfolgenden Prozesse. Wie wichtig das Thema ist, sehen wir am Wachstum unseres Competence Centers für Autosar & Virtuelle Integration, das auf die Entwicklung von Autosar-Systemen und deren
Absicherung ausgerichtet ist.
Welche Bedeutung haben Testsysteme in Zukunft für Assystem?
Die Integration und der Betrieb von Testsystemen gehören seit jeher zu unseren Kernthemen. Für die Absicherung von Funktionen
wie in Fahrerassistenzsystemen setzen wir neben der virtuellen Integration schon lange auf modellbasierte Entwicklungs- und Testverfahren. Neben schlüsselfertigen Simulations- und Testlösungen
entwickeln wir dafür auch Betreiberkonzepte in eigenen Prüflabors – auch mit Simultaneous Engineering. Außerdem tragen wir
mit eigenen Entwicklungen zur optimalen Tool-Kette unserer
Kunden bei. Um relevante Tests zu identifizieren, bieten wir das
Tool CTE XL Professional zur systematischen Testfallentwicklung
an – das kommt übrigens branchenübergreifend zum Einsatz. Und
mit ANCONA haben wir im Assystem-Verbund ein leistungsfähiges, modulares HiL-Testsystem entwickelt. Es zeichnet sich durch
skalierbare und dezentrale Signalerfassung über EtherCAT, digitale sowie analoge I/Os und die Verwendung gängiger Bussysteme
aus. Kurz gesagt, es ist hochflexibel und einfach handhabbar.
Absicherung ist das eine, Softwarequalität das andere …
Wenn man heute Software in einer hohen Qualität erzeugen will,
dann benutzt man statische und dynamische Methoden zum Softwaretest. Dynamische Methoden sind der klassische Betrieb mit
Prüfsystemen, aber im Umfeld sicherheitskritischer Software sind
auch viele statische Tests erforderlich. Hierfür gibt es Tools am
Markt, die in der Regel sehr komplex und teuer sind. Oft wollen
Kunden diese Tools aber nicht selbst betreiben. Dann wird unser
Competence Center für Softwarequalität aktiv, nimmt die Software
mit unterschiedlichsten Tools unter die Lupe und erstellt Reports,
um den Verantwortlichen Hinweise zu geben, wo mögliche Fehlerquellen lauern. Auch wenn es darum geht, Fehler noch kurz vor
Serienstart zu finden, kommt das Competence Center für Softwarequalität zum Einsatz. Oft fordern Manager vom OEM oder
Titelinterview
Assystem
Tier-1 unsere Dienstleistung an, wenn gerade etwas anbrennt. Unser Ziel ist es, bereits entwicklungsbegleitend hochwertige Softwarequalität sicherzustellen – Software Quality Management.
Was geschieht derzeit im Bereich E-Mobility?
E-Mobility verschmilzt das Thema Sicherheit mit komplexen Fragen der Hardware- und Softwareentwicklung. Die Kenntnis der
Normen, die hier aus den unterschiedlichen Branchen zusammenkommen, und das technische Know-how zu einzelnen Domänen
machen Elektromobilität für Entwickler zu einer echten interdisziplinären Herausforderung.
In einem Competence Center zur Hardwareentwicklung innerhalb der Assystem Automotive arbeiten wir beispielsweise seit
mehreren Jahren sehr stark an der Elektrifizierung von Fahrzeugen. Dabei erbringen wir Projektleistungen im Umfeld von elektromechanischen Lenkungen, intelligentem Laden oder bei der
Entwicklung elektrischer Antriebe. Aktuell entwickeln wir einen
flüssigkeitsgekühlten bidirektionalen Hochspannungs-DC/DCWandler mit einer relativ hohen Ausgangsleistung von über 100
kW, dessen Regelung mit zwölf parallelen Phasen arbeitet und so
einen nahezu konstant hohen Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent
über den gesamten Arbeitsbereich bietet.
Sie tauchen bei vielen Projekten tief in das Know-how, das Denken
und die Strategie Ihres Kunden ein. Wie läuft die Abschottung zwischen Projekten bei OEM A und OEM B in der Praxis?
Das stimmt, wir haben oft direkten Bezug zu den innovativsten
Technologien dieser Unternehmen. Datenschutz und Datensicherheit haben daher oberste Priorität. Unsere Zertifizierung nach
ISO/IEC 27001: 2005 stellt einen geschützten Raum für sensible
und vor allem auch wettbewerbsrelevante Innovationen sicher. Je
nach Kundenanforderung und Projekt bieten wir darüber hinaus
an unseren Standorten verschiedene höhere Sicherheitsstufen wie
etwa bauliche Trennungen in Form von dedizierten Projekträumen, speziellen Authentifizierungsmechanismen bis hin zu Hochsicherheitsbereichen mit eigener Infrastruktur.
Das Thema Security rückt aktuell stärker in den Fokus der Automobil-Entwicklung. Welche Bedeutung hat dies für Ihre Branche?
Die Frage ist nicht leicht zu beantworten, zumal Security ein technologisch und strategisch hochsensibles Thema ist. Steuergeräte,
etwa im Infotainment-Bereich, sind sicherlich potenzielle Einfallstore, mit denen sich alle OEMs beschäftigen müssen. Ich denke,
Unser Ziel ist es, bereits entwicklungsbegleitend
hochwertige Softwarequalität sicherzustellen –
Software Quality Management.
Jürgen Meyer,
Assystem
die Industrie steht hier am Anfang, wie man mit den neuen Security-Anforderungen umgehen soll. Dabei differieren die Erfahrungswerte stark und man bedient sich unterschiedlichster Branchen. Angefangen bei klassischen Anbietern aus der IT, die Security-Konzepte haben, sich aber in der Regel nicht mit den Embedded-Systemen im Fahrzeug auskennen.
Wir sehen uns selbst als Anbieter, der das Engineering und die
Erfahrung mit Embedded-Steuergeräten einbringt. Die Kunst besteht nicht zuletzt darin, Experten aus unterschiedlichsten Bereichen zusammenzubringen. Denn um Security-Lösungen anbiewww.automobil-elektronik.de
Mit dem Autosar-Standard ist
ein wichtiger Schritt gemacht
worden, sich vom Steuergerät
unabhängig zu machen.
Jürgen Meyer,
Assystem
ten zu können, brauchen Sie zum Beispiel auch Hacker. Da arbeiten wir dann mit externen Firmen, Universitätseinrichtungen
und sogar speziellen Communities zusammen, die das HackerKnow-how haben und in die Projekte mit einbringen. Generell
übertragen wir heute sehr viel Wissen aus unseren Safety-Entwicklungen in den Security-Bereich. Und wir sind davon überzeugt, dass sowohl Safety- als auch Security-Aspekte von Spezifikationen gleich von Beginn an in die Elektronik mit hinein entwickelt werden müssen und nicht am Ende „hinein geprüft“
werden sollten.
Leistet sich ein Entwicklungsdienstleister auch Forschung und Entwicklung?
Für uns ein klares Bekenntnis. Forschung und Gremienarbeit gehören fest zu unserer Philosophie. Wir sind aktuell etwa im Verbundprojekt „InTeLekt“ aktiv. Ziel ist hier die Zuverlässigkeit und
Sicherheit von Leistungsmodulen in Elektrofahrzeugen zu verbessern. Im Projekt „SPES XT“ entwickeln wir ein Konzept für einen
modularen Sicherheitsnachweis für Embedded Systems und bei
„Varies“ geht es darum, wie man die Varianten in sicherheitskritischen eingebetteten Systemen besser managen kann – allesamt
Themen mit starkem Innovationsbezug. Eng verbunden ist damit
natürlich auch unsere Zusammenarbeit mit Universitäten, etwa als
Promotionspartner und unsere Rolle als Arbeitgeber, der seinen
Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern langfristige, technologisch anspruchsvolle Aufgaben bietet.
Welche Bedeutung hat der Kongress „Fortschritte in der AutomobilElektronik“ in Ludwigsburg für Sie?
Für uns als Firma ist dies ein sehr wichtiger Kongress, denn dort
treffen sich die Spitzen der deutschen Automobilelektronik. Außerdem werden hier aktuelle Trends und ihre Auswirkungen thematisiert, die ich gerne in die Assystem-Gruppe einbringe und im
Rahmen der Automotive SBU diskutiere.
Herr Meyer, wie lautet Ihre Prognose, wenn Sie mittelfristig in die
Zukunft schauen?
Kaum eine andere Branche in Deutschland investiert derzeit so
stark in Forschung und Entwicklung wie die Automobilindustrie.
Es entstehen hier eine Vielzahl von Neuentwicklungen und unsere
Hersteller spielen damit heute sicherlich in der Champions League.
Wir sind daher mehr als optimistisch, dass wir auch künftig von
diesem Wachstum profitieren. Für 2014 und darüber hinaus haben
wir uns sehr gut aufgestellt – strategisch mit der Assystem Automotive SBU, innovativ mit unseren Competence Centern und
wachstumsorientiert mit dem Potenzial der gesamten AssystemGruppe im Rücken.
n
Das Interview führte Alfred Vollmer, Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
infoDIREKT www.all-electronics.de 300AEL0214
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18. Internationaler Fachkongress
Fortschritte in der Automobil-Elektronik
Forum am Schlosspark, Ludwigsburg
03. und 04. Juni 2014
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Die E/E ist gefordert
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Automatisiertes Fahren
Connectivity
Elektromobilität
Architekturen
Vernetzte Zusammenarbeit
Ein Fachkongress von
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Medienpartner
www.automobil-elektronik-kongress.de
Quelle: Porsche AG
Die Referenten (Auszug)
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Prof. Dr. Jürgen Becker
KIT - Institut für Technik der Informationsverarbeitung,
Universität Karlsruhe
Dr. Wolfgang Bernhart
Partner, Roland Berger Strategy Consultants GmbH
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Peter Bracke
Vice President / CTO,
Fujikura Automotive Europe GmbH
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Axel Deicke
Senior Technical Director, Electrical Development,
Brilliance Automotive Engineering Research Institute
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Dr. Axel Heinrich
Leiter Systemintegration und Energiesysteme E/E,
Volkswagen AG
Keynote
Ricky Hudi
Leiter Entwicklung Elektrik/Elektronik, AUDI AG
Dr. Hans-Peter Hübner
Executive Vice President Engineering Chassis
Systems Control, Robert Bosch GmbH
Dr. Wolfgang Huhn
Leiter Entwicklung Licht/Sicht, AUDI AG
Stefan Juraschek
Hauptabteilungsleiter Entwicklung E-Antrieb,
BMW AG
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Robert Kattner
Leiter Mobile Online Dienste und Funktionen,
Volkswagen AG
Keynote
Christof Kellerwessel
Chief Engineer, Ford Werke GmbH
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Dr. Nicolai Krämer
Abteilungsleiter Vernetzte E-Mobilität, BMW AG
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Peter Langen
Bereichsleiter für Fahrdynamik und Fahrerassistenz,
BMW Group
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Anthony Levandowski
Engineering Manager, Google
Alexander Maier
Abteilungsleiter zentrale E/E-Architektur, BMW AG
Keynote
Helmut Matschi
Mitglied des Vorstands, Division Interior,
Continental AG
Keynote
Dr. Burkhard Milke
Director GME Electrical Systems, Adam Opel AG
Rainer Oder
Geschäftsführer, XS Embedded GmbH
Prof. Dr. Amnon Shashua
Co-Founder and Chairman,
Mobileye Vision Technologies
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Kelei Shen
Senior Vice President, Global Innovation
and Development, Harman International
Kurt Sievers
Senior Vice President and General Manager,
NXP Semiconductors Germany GmbH
Dr. Michael Strugala
Technischer Direktor, Car Multimedia
& Projekt Telematics, Robert Bosch GmbH
Arnd Weil
Vice President & General Manager,
Nuance Communications
Dirk Wollschläger
General Manager Global Automotive Industry, IBM
Moderator Podiumsdiskussion
„Automatisiertes Fahren“
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NEU!
Peter Fuß
Senior Advisory Partner Automotive GSA,
Ernst & Young GmbH
Dinnerspeech
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Helga Hengge
Autorin und Extrembergsteigerin
Kongressleitung und Moderation
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Dr. Willibert Schleuter
ehemals Leiter Entwicklung Elektrik/Elektronik,
AUDI AG
Sponsoren
Folgende Firmen informieren Sie über ihre Produkte und Dienstleistungen:
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AUCOTEC AG
Berner & Mattner Systemtechnik GmbH
Bertrandt AG
c4c Engineering GmbH
Carmeq GmbH
Coverity Ltd.
Digades GmbH
e4t electronics for transportation s. r. o
Elektrobit Automotive
ETAS GmbH
Fujitsu Semiconductor
Freescale Semiconductor
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GIGATRONIK Stuttgart GmbH
HUML
IAV GmbH
IBM Deutschland
in-tech GmbH
KPIT Technologies GmbH
Kristronics GmbH
Kugler Maag Cie
lesswire AG
Luxoft GmbH
MBtech Group GmbH & Co. KGaA
Nuance Communications
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NVIDIA
OpenSynergy GmbH
Red Bend Software
SHARP Devices Europe
Softing Automotive Electronics GmbH
Synopsys
TTTech Automotive GmbH
Turck duotec GmbH
VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG
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www.automobil-elektronik-kongress.de
Sicherheit
Systeme
Konsequenzen einer
Verletzung der Sicherheitsziele
Mächtigkeit und
Motivation des
Angreifers
Skalierung des SecurityEntwicklungsprozesses
Security-Level
basierend auf
Security-Profilen
Eigenschaften der
Einsatzumgebung
Anzuwendende
Security-Maßnahmen
Tiefe von Test,
Evaluierung und
Assurance
Bild 1: Aufgrund einer Risikoanalyse werden Produkte und Systeme einem Security-Profil und einem Security-Level
zugeordnet. Anhand dieser Klassifizierung können die Security-Maßnahmen und der Entwicklungsprozess zielgerichtet
gewählt werden.
Punktlandung für Security
Holistischer Ansatz für mehr Embedded-Security im Auto
Das bisher implizit umgesetzte Paradigma der getrennten und geschlossenen Steuergeräte
und (Sub-)Systeme ist mit zunehmender Konnektivität nicht mehr haltbar. Aus vormals
streng isolierten Inseln werden kommunizierende Bestandteile eines offenen Gesamtsystems. Doch sind diese Systeme auch sicher gegen Angriffe geschützt? Durch Nutzung
eines entsprechenden holistischen Ansatzes, den AUTOMOBIL-ELEKTRONIK hier vorstellt,
können die Beteiligten ruhigen Gewissens ein „Ja“ als Antwort auf diese Frage geben.
Autoren: Dr. Benjamin Glas und Dr. Marko Wolf
D
ie exponentielle Entwicklung der Komplexität macht es
immer schwieriger, die Systeme durchgehend zu verstehen, zu beherrschen und ihre Sicherheit zu gewährleisten. Hierbei setzt sich mittlerweile die Einsicht durch,
dass neben dem klassischen Safety-Aspekt auch die Security, also
die Sicherheit der Systeme gegen ungewollte oder gezielte Manipulation, notwendige Voraussetzung für ein zuverlässiges System ist
und damit zentraler Bestandteil der Systementwicklung sein muss.
Durch diesen Aspekt wird die Sicherheitsbetrachtung breiter.
Während die funktionale Sicherheit (Safety) generell die sichere
Funktion im Fokus hat, betrachtet und schützt Security weitere Aspekte. Dazu gehören neben dem Schutz vor nicht autorisierter Veränderung (etwa zur Integritätssicherung von Safety-Systemen)
auch der Schutz des geistigen Eigentums und der persönlichen
Daten des Endanwenders, wie zum Beispiel Positionsdaten, Geschwindigkeit und Routenwahl. Hier gilt es auch, die verschiedenen Gesetze des Datenschutzes einzuhalten.
Ganzheitliche Sicht auf Security ist notwendig
Eine Vielzahl komplexer Systeme im Fahrzeug sieht sich also grundsätzlich veränderten Randbedingungen und einer bedeutend vergrößerten Bedrohungseinschätzung gegenüber und braucht zuverlässig, schnell und ökonomisch eine effektive Security-Absicherung.
Hierbei ist eine holistische Sicht auf die Systeme unverzichtbar, da
ein Angreifer immer die schwächste Stelle des Gesamtsystems attackieren wird. Dies ist im Automobilbereich nicht nur durch die
Komplexität und Interdependenz der Systeme, sondern auch durch
20
eine weitgehend verteilte Entwicklung über Firmengrenzen hinweg,
eine weitverzweigte Zulieferer- und Wertschöpfungskette und den
verhältnismäßig langen Lebenszyklus erschwert.
Umso wichtiger ist somit eine klare, strukturierte Sicht auf die
Security-Anforderungen. Sie muss mögliche Bedrohungen und
Angreifer identifizieren und beschreiben, schützenswerte Funktionen mit ihren Rahmenbedingungen definieren sowie konkrete Sicherheitsziele ableiten. Basierend auf passenden erprobten Sicherheitsmaßnahmen muss dann über den gesamten Entwicklungsund Lebenszyklus die Erreichung der Sicherheitsziele bei ökonomischem Mitteleinsatz sichergestellt werden. Sicherheit muss hier
mehr als ein Prozess und Qualitätsmerkmal und weniger als Feature oder Produkt wahrgenommen werden.
Auf einen Blick
Automotive-Security
Automotive-Security ist gekennzeichnet durch die hohe Komplexität,
Innovationsrate und zunehmende Vernetzung. Der hier vorgeschlagene holistische Ansatz über Security-Profile und -Level bildet ausgehend von einer strukturierten Risikoanalyse Produkte und Systeme
anhand ihres Sicherheitsbedarfs auf die jeweils passgenauen Security-Maßnahmen, Prozessvarianten und Assurance-Niveaus ab. Dadurch lässt sich die sichere Einhaltung der jeweiligen Schutzziele bei
ökonomischem Mitteleinsatz garantieren.
infoDIREKT www.all-electronics.de
311AEL0214
Bild: © Serg Nvns - Fotolia.com
Sicherheit
Systeme
Schutzklassen – ein Konzept für die Security-Zukunft
Der Ansatz für eine effektive und effiziente Security-Lösung ist der
Einsatz von Security-Profilen und Security-Leveln, um Security
nahtlos in den verteilten Entwicklungsprozess zu integrieren. Sie
bilden ein einheitliches Raster für die Risikobeurteilung, den Einsatz konkreter Schutzmaßnahmen und die Skalierung der Security
im Entwicklungsprozess, auch für Tests und Evaluierung. Generell
gilt: Je früher ein universelles Beurteilungssystem der SecurityAnforderungen in den Lebenszyklus des Produkts eingebunden
wird, desto zuverlässiger und ökonomischer lassen sich die gewünschten Security-Ziele erreichen.
ETAS und Escrypt bündeln hier Erfahrungen aus der Embedded-Security und der Automotive-Embedded-Software-Entwicklung, um sowohl über die Breite der Automotive-Systeme als auch
über den gesamten Lebenszyklus die Erreichung der Security-Ziele
und den passgenauen Schutz der Systeme zielgerichtet zu unterstützen. Der hier vorgestellte Ansatz ist ein Vorschlag für einen
strukturierten und harmonisierten Lösungsweg für die SecurityHerausforderungen in der Automobilindustrie.
Ansätze aus anderen Domänen
Die Herausforderung, verlässliche und vergleichbare Sicherheit für
komplexe Systeme sicherzustellen, beschränkt sich nicht auf Security im Automobilbereich. So bestehen in anderen Domänen Ansätze und Erfahrungen, die eine hervorragende Grundlage für ein
angepasstes Vorgehen liefern. Für den Teilbereich Evaluierung und
Assurance bieten etwa die „Common Criteria (for Information
Technology Security Evaluation)“ einen detaillierten und international anerkannten Rahmen. Der „IT-Grundschutz“ des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) bietet einfache Regeln, bei IT-Systemen Sicherheitsmaßnahmen nach dem
Stand der Technik zu identifizieren und umzusetzen, und im Bereich der Automatisierungstechnik beschäftigt sich der IEC
62443-Standard mit Security-Leveln für Produkte und Systeme.
Nicht zuletzt existiert mit der ISO 26262 für den Automobilbereich ein umfangreiches Regelwerk für den Safety-Aspekt der Sicherheit, ebenfalls mit Leveleinteilung (ASIL – Automotive Safety
Integrity Level) und Prozessvorgaben entsprechend der Einstufung. Allerdings existiert bisher kein Verfahren, das direkt auf den
Automotive-Security-Bereich angepasst und über den ganzen Lebenszyklus anwendbar ist.
Security-Profile und Security-Level
für Automotive-Systeme
„Security“ ist keine binäre Eigenschaft, die ein System hat oder eben
nicht. Security hat verschiedene Aspekte und Abstufungen; der
Schutz eines Systems kostet Geld und Aufwand. Die Aufgabe ist somit zweigeteilt: Das erreichbare Security-Niveau erhöhen und
gleichzeitig die Entwicklung der notwendigen Security-Maßnahmen so ökonomisch wie möglich gestalten. Der verfolgte Ansatz
zielt daher auf die möglichst frühzeitige Beantwortung von zwei
Kernfragen: „Was genau muss geschützt werden?“ und „Wie gut
muss der Schutz sein?“. Erstere bezieht sich auf die mehrdimensionale Struktur des Security-Begriffs. Generell zielt Security immer auf
21
Sicherheit
Systeme
Beispiel (schematisch):
Security-Profil für ein Fahrerassistenzsystem
Security-Aspekt
Anforderungsniveau
Systemintegrität
Kommunikationsintegrität
Datenvertraulichkeit
Verfügbarkeit
IP-Schutz
Security-Level (System)
Bild 2: Beispiel für ein Security-Profil eines aktiven Fahrerassistenzsystems.
Hier liegt der Schwerpunkt auf der Integrität der Systemfunktion.
den Schutz eines Wertes (Asset). Das kann etwa die Vertraulichkeit
einer Information sein, die Integrität und Authentizität eines Systems
oder einzelner Daten sowie die Verfügbarkeit einer Funktion. Je nach
Typ des Assets sind unterschiedliche Maßnahmen notwendig. Eine
klassische Datenverschlüsselung etwa schützt die Vertraulichkeit der
Daten, nicht jedoch ihre Integrität. Eine Zugriffsbeschränkung
schützt eventuell die Vertraulichkeit persönlicher Daten, kann aber
gleichzeitig negative Auswirkungen auf die Verfügbarkeit haben.
Jedes System erfordert den Schutz verschiedener Aspekte in verschiedener Ausprägung. Hieraus ergibt sich ein Security-Profil, das
oftmals domänenspezifisch charakteristisch für eine Klasse von
Systemen ist. Dieses Security-Profil beantwortet die Frage nach
dem „Was?“ in Form eines Vektors mit Skalenwerten für die verschiedenen Automotive-Security-Aspekte. Beispielsweise ergibt
sich für ein safety-kritisches Regelsystem, etwa ein aktives Fahrerassistenzsystem, typischerweise ein Schutzprofil mit Schwerpunkt auf Integrität des Systems, Authentizität und Integrität der
Sensor- und Aktuatorkommunikation sowie der Verfügbarkeit der
entsprechenden Funktion (Bild 2). Vertraulichkeit der Daten ist
hier, falls überhaupt, ein untergeordnetes Schutzziel.
Der passende Schutz
Die Beantwortung der zweiten Frage nach dem Umfang des Schutzes basiert auf einer Abschätzung des Security-Risikos bestehend
aus zwei Unterfaktoren, von denen einer zunächst die zu erwartenden Konsequenzen oder Kosten sind, die durch eine Verletzung der
Sicherheitsziele entstehen. Sind Menschen gefährdet oder werden
Gesetze verletzt? Wie hoch sind möglicherweise entstehende Kosten oder Imageschäden? Darüber hinaus muss abstrakt formuliert
die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Sicherheitsverletzung betrachtet werden. Anders als etwa bei Safety kann sich Security hier
kaum auf Messungen und Statistik stützen, denn sie muss vielmehr
die Fähigkeiten, Ressourcen und Motivation des Angreifers sowie
die Eigenschaften der Einsatzumgebung berücksichtigen. Wichtige
Faktoren sind dabei der Wert der zu schützenden Assets – je nach
Wert wird der Angreifer bereit sein, Ressourcen einzusetzen – und
die Zugriffsmöglichkeiten auf das Gerät.
Aus der Risikobeurteilung ergibt sich der Security-Level, der die
Frage nach dem „Wie gut?“ beantwortet, was sich mit anderen Worten auch so formulieren lässt: „Vor welcher Angriffsintensität soll
das System geschützt werden?“. Der Security-Level quantifiziert die
Stärke des Schutzes in verschiedenen Abstufungen von „kein
Schutzbedarf “ bis „extrem hoher Schutzbedarf “, der dann auch gegen Angreifer schützen muss, die beispielsweise versuchen, mit
millionenteurem Equipment und unter Zerstörung des Systems auf
geheime Daten zugreifen.
22
Zielgerichtete Entwicklung und kontinuierliche
Verbesserung
Die beschriebene Klassifizierung wird nun in mehrere Richtungen
genutzt. Der Security-Level bestimmt die Security-Prozessvariante, nach der das Produkt entwickelt wird. Sie betrifft die Auswahl
der durchzuführenden Schritte, den Umfang der Dokumentation
und Kontrolle, Art, Umfang und Intensität der Tests sowie den
Umfang der Beobachtung, Wartung/Updates und Reaktionen im
Fall eines Security-Zwischenfalls für Systeme im Feld. Außerdem
ergibt sich aus dem Level auch, in wie weit die Security zusätzlich
evaluiert und interner oder externer Überprüfung unterzogen
wird. So wird sichergestellt, dass die definierten Sicherheitsziele
zuverlässig und ökonomisch erreicht werden.
Das Security-Profil hingegen ermöglicht die zielgerichtete Auswahl von Security-Maßnahmen aus einem Empfehlungskatalog,
der natürlich ständig dem Stand der Technik angepasst werden
muss. Domänenspezifisch lassen sich hier Maßnahmenpakete definieren, welche die unterschiedlichen Profilanforderungen abbilden und einen Rahmen für das Security-Konzept bilden. Diese
Maßnahme stellt sicher, dass erprobte standardisierte Verfahren
aufeinander abgestimmt zum Einsatz kommen und korrekt konfiguriert werden, so dass ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess auch über System- und Unternehmensgrenzen hinweg ermöglicht wird. Als Beispiel betrachten wir den Aspekt Systemintegrität (Tabelle 1). Ein stufenweise abgestimmtes Maßnahmenpaket für verschiedene Absicherungslevel könnte hier als Einstieg
lediglich aus einem gesicherten (Re-)Programmierprozess in Software bestehen, der in weiteren Ausbaustufen um eine Integritätsprüfung beim Systemstart und dann zusätzlich um eine zyklische
Überprüfung zur Laufzeit und Security-Unterstützung in Hardware erweitert wird.
Harmonisierung bringt mehr Schutz
Schutzklassen für Security können im ersten Schritt firmenintern
sinnvoll sein. So lassen sich Entwicklungskosten sparen und Security-Level konsistent über Produktklassen hinweg kategorisieren. Den größten Nutzen bringt ein solches Konzept jedoch,
wenn es branchenweit eingeführt und über Standards harmonisiert wird. Im Moment laufen einige Bemühungen, um Verfahren,
Vorgehensweisen oder Komponenten für Automotive-Security
zu standardisieren. Gremien wie ISO, Autosar oder SAE sind internationaler Sammelpunkt, um ein abstrahierendes SecurityKonzept einzuführen. Was im Bereich Safety der ISO-Standard
26262 erreicht hat, soll in ähnlicher Art und Weise für Security
umgesetzt werden.
Security-Level und Security-Profil helfen, firmen- und länderübergreifend zu kommunizieren und die Prozesse miteinander abzustimmen. So entstehen interoperable Standard-Lösungen mit
dem geforderten Security-Niveau, selbst wenn sie von unterschiedlichen Anbietern hergestellt werden. ETAS und Escrypt können
Hersteller und Zulieferer dabei in allen Bereichen von der Bedro-
Hintergrund-Info
Ganzheitliche Sicherheit
Mehr über ganzheitliche Sicherheitskonzepte im Auto erfahren Sie in
einem separaten Hintergrundbeitrag der Redaktion, den Sie bequem
per infoDIREKT 302AEL0113 auf www.all-electronics.de erreichen.
302AEL0113
Sicherheit
Systeme
Beispiel: Abgestufte Maßnahmen zur Systemintegrität
Level
1
Maßnahme
■■ ...
Umsetzung / Voraussetzung
■■ ...
2
■■ Sichere (Re-) Programmierung
■■ ...
■■ Secure Update / Flashing
■■ Implementierung rein in Software möglich
■■ ...
3
■■ Integritätsüberprüfung beim
■■ Secure Update / Flashing und Secure Boot
■■ Unterstützung durch passives Security-Modul in
■■ ...
■■ ...
■■ Integritätsüberprüfung beim
■■ Secure Update / Flashing, Secure Boot und
■■ ...
■■ ...
Systemstart
Quelle: ETAS/Escrypt
4
Hardware, etwa Secure Hardware Extension (SHE)
Systemstart
■■
■■ Zyklische Integritätsprüfung zur Laufzeit
■■ ...
■■
5
untime Manipulation Detection
R
Unterstützung durch aktives Security-Modul in
Hardware, etwa Bosch Hardware-Security-Modul
(HSM)
...
Beispiel: Ausschnitt aus der Prozessskalierung nach fünf Security-Leveln
Level
1
low
Konzeptphase
■■ MaßnahmenKatalog L1 nach
Securitiy-Profil
■■ Maßnahmen2
Katalog L2 nach
medium
Securitiy-Profil
Implementierungsphase
Test und Validierungsphase
■■ Secure-Coding-Richtlinien
■■ Statische Codeanalyse
■■ ...
■■ Blackbox Penetration Testing
■■ Fuzz-Testing der Schnittstellen
■■ ...
■■
■■
■■
■■
Secure-Coding-Richtlinien ■■ Whitebox / Greybox Penetration Testing
Statische Codeanalyse
■■ Schnittstellentest
Interne Codereviews
■■ ...
...
3
■■ ...
■■ ...
■■ ...
4
■■ ...
■■ ...
■■ ...
■■ Maßnahmen-
■■ Secure-Coding-Richtlinien
■■ Statische Codeanalyse
■■ Externe / unabhängige
■■ In-lifecycle Testing entlang dem
5
high
Katalog L5 nach
Securitiy-Profil
■■ ...
Codereviews
■■ ...
V-Modell
Testen von Security-Eigenschaften
Validierung von Krypto-Modulen
Security-Funktionstest
Schnittstellentest (standard &
non-standard)
■■ Validierung der Annahmen
■■ Blackbox Penetration Testing
■■ ...
■■
■■
■■
■■
hungs- und Risikoanalyse über die Definition der Security-Level
bis hin zur Auswahl der Test- und Analysemethoden unterstützen
– und das nicht nur bei der Entwicklung, sondern auch im operativen Serienbetrieb. Das Spektrum reicht dabei von Bedrohungsund Risikoanalysen zur Klassifizierung über die Konzeptionierung
und Implementierung von Security-Lösungen entsprechend der
Ziel-Level bis zu angepasster Evaluierung, funktionalen Securityund Penetration-Tests sowie Zertifizierung und Assurance-Services – und zwar auch über den Automotive-Bereich hinaus.
Klare Kommunikation
Durch die Schutzklassen wird außerdem die Kommunikation verschiedener Entwicklungspartner einfacher und klarer. Hier kann
der auch in IEC 62443 gewählte Ansatz über Ziel- und Fähigkeitslevel verwendet werden. Zusammen mit einem korrekten, an die
Einsatzumgebung angepassten Einsatz und einer entsprechenden
Konfiguration, lässt sich der angepeilte Security-Level dann auch
im Ziel-Gesamtsystem verifizieren. (av)
n
Die Autoren: Dr. Benjamin Glas und Dr. Marko Wolf arbeiten bei ETAS
beziehungsweise bei Escrypt, einer Tochtergesellschaft von ETAS.
Tabelle 1 (oben):
Abgestufte
Maßnahmen für
verschiedene
Level für den
Security-Aspekt
Systemintegrität.
Tabelle 2 (unten):
Beispiel für
unterschiedliche
Ausprägung des
Security-Entwicklungsprozesses
anhand von fünf
Security-Leveln.
Sicherheit
Tools
Von Anfang an sicher
Wie vorzertifizierte Tools den Qualifizierungsaufwand minimieren
Formale Standards für die Safety-Zertifizierung existieren schon sehr lange. Aber erst in den letzten Jahren hat
das Interesse, solche Standards einzusetzen, stark zugenommen – insbesondere im Embedded-Bereich. Das
wachsende Interesse für Zertifizierung und zertifizierte Endprodukte hat nicht nur rechtliche Hintergründe. Die
Unternehmen haben vielmehr erkannt, dass der Zertifizierungs-Stempel einen echten Wettbewerbsvorteil
bedeuten kann.
Autor: Anders Holmberg
A
Tools: validieren und qualifizieren
Vor dem Start eines Projektes mit sicherheitsrelevanten Funktionalitäten oder Anforderungen für funktionale Sicherheit gilt es sicherzustellen, dass selbst die verwendeten Entwicklungstools für
die Safety-relevante Entwicklung qualifiziert sind. Die genauen
Anforderungen, wie solche Tools zu qualifizieren sind, variieren je
nachdem zugrundeliegenden Standard sowie bis zu einem gewissen Maß je nach Gefährlichkeit eines nicht oder fehlerhaft funktionierenden Produktes. Sogar die Art des Tools gilt es einzubeziehen: Ein Compiler, der einen Code erzeugt, welcher direkt in ein
Produkt einfließt, kann komplizierter zu qualifizieren sein als das
Quellcode-Metrik-Tool, welches wiederum schwieriger zu qualifizieren sein kann als ein Versionskontrollsystem oder ein Anforderungsmanagementsystem.
Die verschiedenen Standards haben verschiedene Definitionen
von Sicherheitsintegrität, also dem Level der Gefährdung, dem ein
Produkt zugeordnet wird. Auch die Klassifizierung der Tools ist
unterschiedlich. So hält der Standard IEC 61508 fest, dass ein Tool
Bild : IAR
ktuell gilt der internationale Dachstandard für Funktionale Sicherheit IEC 61508 in seiner stark überarbeiteten
Fassung von 2010. Dieser Standard und alle, die sich hiervon ableiten, kommt in vielen verschiedenen Branchen
zum Einsatz, in denen erhöhte Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Sicherheit gestellt werden, wie etwa der Prozessindustrie, dem Schienenverkehr oder der Gebäudeautomatisierung.
Für Automotive-Systeme gilt der 2011 veröffentlichte branchenspezifische Standard ISO 26262. Er bildet das Rückgrat für die
meisten sicherheitsbezogenen Entwicklungsprozesse.
In einer modernen Automotive-Plattform finden sich eine Vielzahl von Sicherheitsfunktionen und auch ein Grundbedürfnis, gefährliche Systemfehler zu vermeiden, angefangen bei den Bremsen
über Traktions- und Motorsteuerung bis zur Darstellung wichtiger
Informationen für den Fahrer. Insbesondere die Entwicklung hin
zu Hybrid- und Elektronikfahrzeugen bedeutet eine weitere Flut
von neuen sicherheitsbezogenen Herausforderungen wie beispielsweise regeneratives Bremsen und Batteriemanagement.
Bild 1: Manche Tools sind bereits von unabhängiger Seite zertifiziert, so dass sie den Anforderungen der IEC 61508 und der ISO 26262 entsprechen.
24
Sicherheit
Tools
Auf einen Blick
Tools für Projekte mit funktionalen Sicherheitsanforderungen
Wer mit minimalem Aufwand ein Functional-Safety-Entwicklungsprojekt zu einem erfolgreichen
Abschluss bringen möchte, entscheidet sich am Besten von vornherein für eine zertifizierte Entwicklungs-Toolchain. Bei der Auswahl des Tools sollte allerdings darauf geachtet werden, dass
auch ein entsprechender Support verfügbar ist, um so die Investitionen in die Tools über den
gesamten Lebenszyklus des Produktes zu schützen.
Außerdem kann ein Support-Service für funktionale Sicherheit auch sehr nützlich sein, wenn
ein Projekt nicht unbedingt sicherheitsrelevanten Anforderungen unterliegt – denn an das Endprodukt könnten dennoch hohe Anforderungen hinsichtlich Integrierbarkeit und Verfügbarkeit
gestellt werden.
wie der Compiler vorzugsweise „zertifiziert“ sein sollte – ohne dabei formal zu
definieren, was „zertifiziert“ bedeutet. Außerdem hält er fest, dass das Tool entsprechend seiner Spezifizierung oder Dokumentation validiert sein sollte. Im Extremfall bedeutet dies, dass das Tool vollständig
im eigenen Projekt getestet werden muss,
außer es kann ein entsprechender Testnachweis erbracht werden. Ferner muss eine Bewertung durchgeführt werden, um
den Zuverlässigkeits-Level des Tools zu
definieren.
Weiterhin gilt es, die Supportkapazitäten
des Toolanbieters zu berücksichtigen und
bewerten. Der Support für die verwendeten Tools sollte idealerweise über die komplette Lebensdauer des sicherheitskritischen Produktes hinweg verfügbar sein.
Vorzertifizierte Tools
Dieser Validierungsaufwand, der für jedes
einzelne Tool und Projekt betrieben werden muss, lässt sich durch den Einsatz von
vorzertifizierten Tools auf ein Minimum
reduzieren. IAR Systems bietet zum Beispiel eine sicherheitszertifizierte Version
seiner Embedded-Entwicklungs-Toolchain
IAR Embedded Workbench für ARM an.
Dank deren Vorzertifizierung durch einen
unabhängigen Dritten – in diesem Fall
durch TÜV Süd – muss nicht mehr aufwändig belegt werden, weshalb dieses spezielle Tool verwendet wird.
TÜV Süd hat vor der Zertifizierung der
IAR Embedded Workbench für ARM die
Entwicklungsarbeit, die Fehlerbearbeitungsprozesse sowie die Test- und Verifikationsaktivitäten des Tool-Anbieters IAR
Systems einer eingehenden Prüfung unterzogen. Damit wird belegt, dass die Tools
den Anforderungen der IEC 61508 sowie
der ISO 26262 entsprechen und auch eine
gute Wahl sind, wenn C oder C++ die Programmiersprache der Wahl ist.
312AEL0214
ISO-26262-konforme Tools
Bei der Auswahl von Tools entsprechend
den Anforderungen der ISO 26262 muss
eine Analyse durchgeführt werden, um
den sogenannten Tool Confidence Level
(TCL) festzulegen, der für das jeweilige
Projekt und die Nutzungsbedingungen geeignet ist. Dieser dient wiederum als Leitlinie für die Validierungs- und Verifizierungsaktivitäten, die in Verbindung mit
den Tools durchgeführt werden müssen.
Die Zertifizierung durch TÜV Süd deckt
alle Kombinationen von TCL und Automotive Safety Integrity Level (ASIL).
Dabei liefern das Zertifikat, der dazugehörige Report und die damit verbundenen
Validierungsangaben mehr Informationen als ein einfaches „Validation Pack“,
das oftmals das Maximum dessen darstellt, was ein Tool-Provider anbieten
kann. Derartige Packages überlassen es
dem Entwickler und seinem Gutachter, ob
die Informationen wirklich nützlich sind
oder nicht.
Denn ein solches funktionales Update
würde eine erneute Qualifizierung des
Tools oder eine ausführliche Wirkungsanalyse der Änderungen nötig machen
sowie den Testaufwand erhöhen.
Sogenannte eingefrorene Versionen sowie ein entsprechender Support sind daher für Entwickler von safety-relevanten
Systemen oder Services mit hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit von größter Bedeutung. Für diese eingefrorenen
Tool-Versionen gibt es von Seiten der
Hersteller nur Updates in Form von Bugfixes, aber sie erhalten niemals neue Funktionen. Eine derartige Version kann so
lange wie nötig am Leben erhalten und
mit Support versorgt werden. Anbieter
wie IAR Systems bieten dazu maßgeschneiderte Kundenvereinbarungen an,
die in Verbindung mit der Sicherheitszertifizierten IAR Embedded Workbench
für ARM für alle Kunden standardmäßig
verfügbar sind. (av)
■
Der Autor:
Anders Holmberg ist Produktmanager
bei IAR Systems.
Eingefrorene Version –
aber mit Support
Mit dem einfachen Kauf eines sicherheitszertifizierten Tools ist es natürlich nicht
getan. Vielmehr sollte sichergestellt sein,
dass ein entsprechender Support gewährleistet ist – und das nicht nur während der
Dauer des aktuellen Projektes, sondern
während des gesamten Lebenszyklus’ eines
Produktes. Nicht jeder Tool-Provider bietet Unterstützung für ältere Tools oder solche, die bereits durch neuere Versionen
ersetzt wurden. Das stellt übrigens ein ganz
grundsätzliches Problem dar, denn für
ein typisches sicherheitsbezogenes Projekt
sollten Tool-Updates so weit als möglich
vermieden werden.
Bugfixes für ein zuvor bereits qualifiziertes Tool sind nutzlos, wenn das Update auch funktionale Updates enthält.
25
Sicherheit
Software
Auf einen Blick
Hypervisor
für Safety und Security
Der Hypervisor PikeOS dient als Container für
die einzelnen Anwendungen, der SeparationKernel von PikeOS sorgt für eine strikte Trennung der zusammengeführten Applikationen. Er
liefert Safety- und Security-Funktionen, welche
die Gesamtsicherheit des Systems Auto gewährleisten und seine Integration in eine erweiterte Verkehrs- und Mobilfunkinfrastruktur ermöglichen. Das Ausmisten von isolierten Steuergeräten kann beginnen.
313AEL0214
Bild: © Maksim Kabakou - Fotolia.com
infoDIREKT Hypervisortechnologie ermöglicht
den Paradigmenwechsel
Security und Safety systematisch verankern
Die OEMs und die Zulieferer müssen die Aspekte Safety und Security mit Modularität, der Einbindung von Consumer-Elektronik und der Anbindung an die Cloud in Einklang bringen. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK stellt eine Lösung
auf Hypervisor-Basis vor, die neue Wege geht.
Autor: Chris Berg
S
chon 2009 erwähnte Manfred Broy, Informatik-Professor
an der TU München, 70 bis 100, in der Oberklasse bis 120
Prozessoren und 100 Millionen Codezeilen pro Fahrzeug.
Das zeugt von ausgefeilter Technik, aber es spricht auch
für hohe Komplexität. Dabei stehen wir erst am Anfang der Intelligenz des Autos. Immer neue Funktionen und Assistenzsysteme
kommen hinzu. Mit Macht drängt die Mobilfunkindustrie in die
Auto-Elektronik und bietet Konnektivität zwischen den Fahrzeugen sowie der Verkehrsinfrastruktur. Die EU-Kommission unterstützt sie dabei mit ihren Planungen zum eCall, der ab 2015 für
alle Neuwagen einen automatischen Notruf aus dem Auto im Falle
eines Verkehrsunfalls verlangt.
also vor der Aufgabe, Platz zu schaffen für vielfältige neue Funktionen und Assistenzsysteme bis hin zum autonomen Fahren in einer heterogenen Verkehrslandschaft. Gleichzeitig müssen sie die
Technik vorbereiten auf neue softwaregestützte Geschäftsmodelle
wie Car-to-Go, Versicherungsprämien nach Nutzung und Fahrverhalten sowie für App-Stores für zusätzliche Funktionen im Auto, die dynamisch in der Werkstatt oder gar vom Nutzer selbst geladen werden können. Auch für sichere Update- und UpgradeKonzepte über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg und für
vieles mehr, was heute vielleicht noch gar nicht bekannt oder gedacht ist, müssen sie Vorbereitungen treffen.
1
Neue Konzepte in der Automobilindustrie
Eine von der Industrievereinigung der GSM-Mobilfunkanbieter (GSMA) in Auftrag gegebene Studie spricht von einer Verdreifachung des Marktes für mobilfunkbasierte Services im Auto zwischen 2012 und 2018 auf 40 Milliarden Euro pro Jahr weltweit.
Transparency Market Research stellt in seiner neuesten Studie zur
Automobilindustrie 2012-2018 fest, dass elektronische Komponenten schon heute 30 Prozent der Produktionskosten betragen,
Tendenz steigend. Wenn sich nichts ändert, wird es voll unter der
Motorhaube – und kompliziert. Die Automobilzulieferer stehen
26
Sicherheit
Software
Der Zulieferer Continental setzt auf die
Reduzierung der Steuergeräte und ihre
Eingliederung in eine zentrale Einheit im
Cockpit, die vielfältige Funktionen auf einem Hypervisor und einer Multi-CorePlattform zusammenfasst. Auf dieser
Grundlage trennt die „Interior Domain
Integration“ sichere von unsicheren und
vertrauenswürdige von nicht vertrauenswürdigen Funktionen, die auf Basis heterogener Betriebssysteme, Programmierschnittstellen (APIs) und Laufzeitumgebungen (RTEs) laufen. Dabei weist das
System ihnen zur Ausführung unterschiedliche Kerne der Multi-Core-Hardware zu
(Bild 1). Auf der Hardwareseite kommt
dabei ein leistungsfähiger ARM-QuadCore-Prozessor zum Einsatz, und auf der
Softwareseite basiert das System auf dem
Hypervisor PikeOS.
Das Konzept einer integrierten Plattform ist nicht unbekannt. Es wurde bereits
seit den 90er Jahren in der Avionik als „Integrated Modular Avionics (IMA)“ diskutiert und für die Boeing 777 sowie im Airbus A380 erstmals umgesetzt.
Ordnung schaffen per Hypervisor
Was kann nun ein Hypervisor wie PikeOS
zum neuen Konzept beitragen? Ein Hypervisor ist zunächst einmal nichts anderes als
ein Computerprogramm, das virtuelle Maschinen bereitstellt, die Instanzen unterschiedlicher Gast-Betriebssysteme mit ihren jeweiligen Applikationen enthalten.
PikeOS verfügt über Schnittstellen zu automobilspezifischen Betriebssystemen, die
von Android für Multimediaanwendungen
bis zu Autosar, PikeOS Native und Posix
für echtzeitkritische Steuerungsaufgaben
reichen. Das passt schon mal ganz gut zu
den Anforderungen von Continental,
mehrere Funktionen auf Basis unterschiedlicher Betriebssysteme, APIs und RTEs auf
einer Plattform zu integrieren.
Ein Ziel ist damit erreicht: Mehrere
Funktionen befinden sich auf einer Hardware und ersetzen eine Reihe zuvor physikalisch getrennter Steuergeräte (ECUs). Die
2
Echtzeit- und Hypervisorqualitäten von
PikeOS reichen jedoch noch nicht aus, die
neue Plattform auch sicher zu betreiben.
Safety
Funktionale Sicherheit, der Schutz von
Mensch und Umwelt vor Fehlern oder Versagen der Maschine, ist seit Langem ein
Thema in der Automobilindustrie. Wo früher in erster Linie physikalische Probleme
im Vordergrund standen, kommen heute
Fragen der korrekten Ausführung von
Software hinzu. 2011 wurde mit der ISO
26262 eine automobilspezifische Variante
der IEC 61508 veröffentlicht, die heute als
Standard für funktionale Sicherheit der
Automobilelektronik gilt. Sie definiert ein
Vorgehensmodell, Aktivitäten und anzuwendende Methoden bei der Entwicklung
und Produktion von sicherheitsrelevanten
elektrischen und elektronischen Systemen
in Kraftfahrzeugen. Was heißt das für die
integrierte Plattform von Continental?
Welche zusätzlichen Qualitäten muss der
Hypervisor PikeOS mitbringen?
Alle Anwendungen auf der Plattform
müssen strikt voneinander getrennt werden, sie dürfen sich keinesfalls gegenseitig
beeinträchtigen. Für diese Sicherheit sorgt
der Separation-Kernel. Seine Aufgabe lautet, eine Umgebung zu schaffen, die sich aus
Sicht der einzelnen Applikation nicht von
einem physikalisch verteilten System unterscheidet. Eingekapselt in eine virtuelle Maschine steht sie für sich allein und sieht die
anderen nicht. Sie nutzt ausschließlich die
ihr vom Separation-Kernel explizit zugeteilten Hardwareressourcen wie Speicherbereiche, Ressourcen und Applikationssets
und kommuniziert mit anderen Anwendungen über festgelegte Kanäle, die einen
Informationsfluss nur zwischen bekannten
und akzeptierten Instanzen zulassen.
Die Sicherheitsrisiken werden für jede
Anwendung separat entsprechend der ISO
26262 eingestuft. Dabei unterscheidet man
zwischen QM (kein Risiko) und ASIL A bis
D (geringes bis hohes Risiko). Die Software
jeder Anwendung wird anschließend separat
nach dem jeweils festgestellten Risiko von
unabhängigen Agenturen zertifiziert. Es ist
einer der zentralen Vorteile der strikten
Trennung aller Applikationen, dass sie eine
separate Zertifizierung zulässt. Gäbe es sie
nicht, müssten alle Anwendungen nach der
höchsten Risikostufe zertifiziert werden,
die auf der Plattform vorhanden ist.
Die integrierte Plattform von Continental
hostet nun mehrere Anwendungen, deren
funktionale Sicherheit von unkritisch bis sehr
kritisch eingestuft ist. Der Separation-Kernel
von PikeOS trennt sie so voneinander, dass
sie sich gegenseitig nicht sehen und nicht
beeinträchtigen. Alle Anwendungen sind
entsprechend ihrer individuellen Kritikalität zertifiziert. PikeOS selbst muss diesen
Sicherheitskriterien ebenfalls entsprechen.
Das heterogene Gesamtsystem entspricht
damit den Anforderungen der funktionalen
Sicherheit nach ISO 26262. Die Details zu
diesem System und seinen Sicherheitsanforderungen finden Sie in der erheblich ausführlicheren Langversion dieses Beitrags
per infoDIREKT 313AEL0214. (av)
n
Der Autor: Chris Berg ist Solutions
Architect bei der Sysgo AG.
Bild 1: Continental
ordnet die Applikationen
auf dem Hypervisor nach
den Kriterien sicher/
unsicher und vertrauenswürdig/nicht
vertrauenswürdig.
Bilder: Sysgo
Bild 2: Beispiel einer
PikeOS-Systemarchitektur für die Automobilelektronik.
27
Sicherheit
Hardware/Kommunikation
Safety und Security per MCU
Sichere Kommunikation im automobilen Netzwerk
Bild: © Maksim Kabakou - Fotolia.com
Netzwerktechnologien in Fahrzeugen haben sich in den letzten Jahrzehnten dramatisch weiterentwickelt. Damit auch die Netzwerke von morgen noch zuverlässig funktionieren, sind diverse Sicherheits-Funktionalitäten notwendig, wobei Sicherheit zwei Bedeutungen hat: Safety und Security
Autoren: Kai Konrad, Harald Zweck
W
ährend zu Beginn der Elektrifizierung nur Punkt-zuPunkt-Kommunikation einzelner Fahrzeugsysteme
nötig war, haben heute schon Kompaktfahrzeuge ein
Netzwerk, das komplexer ist als die IT-Infrastruktur
eines mittelständischen Unternehmens. Mehrere Dutzend Systeme
teilen sich im Auto die oftmals echtzeitrelevanten und sicherheitsrelevanten Daten auf den Übertragungsbussen. Gateways regeln
den Datenverkehr der verschiedenen Subsysteme, Multimediasignale und Kommunikation zwischen Sensor und Aktuator. Bald
wird Internetanschluss zum Standard und Smartphones können
ins Netzwerk eingebunden werden.
Kamera- und radarbasierende Fahrerassistenzsysteme, die heute
dezentral die Daten auswerten, werden in Zukunft die kompletten
Bilddaten an zentrale Sensor-Fusion-Systeme kommunizieren. Diese berechnen dann die vollständige Fahrzeugumgebung als Model,
um autonome Fahrentscheidungen treffen zu können. Außerdem
wird das Fahrzeug Daten von vorausfahrenden Fahrzeugen an die
Zentralsysteme übermitteln und aus dem Internet Infrastrukturdaten empfangen; das Auto der Zukunft wird ein Teil der InternetCloud. Das macht die Weiterentwicklung des Netzwerks notwendig.
Im Fahrzeug ist Ethernet bereits seit einiger Zeit als neue Hochgeschwindigkeitskommunikationstechnologie im Einsatz. Bisher dient
es in erster Linie als Zugang zum zentralen Gateway und wird in der
Produktion und während der Wartung genutzt. Ethernet ermöglicht
eine schnelle Übertragung von Diagnosesignalen und bietet eine hohe Bandbreite bei der Übertragung der immer größeren Flashprogrammdaten an die Mikrocontroller. Zusammen mit den komplementären Schnittstellen Flexray und CAN sind die paketbasierenden Ethernet-Protokolle in Zukunft eine ideale Weiterentwicklung
für den sogenannten Backbone, eine Datenübertragungsleitung mit
hoher Bandbreite und Flexibilität. Sie werden den steigenden Bedarf
zur Verbindung der einzelnen Domänen Infotainment, Powertrain,
Body, Safety und in den Fahrerassistenzsystemen abdecken. Die Sicherheit bleibt weiterhin ein zentrales Anliegen der Netzwerkentwicklung; wie schon bei CAN und Flexray.
28
Sicherheit = Safety + Security
Das Wort Sicherheit beschreibt den Schutz gegen einen ungewollten Zustand; im Englischen wird zwischen „Safety“ und „Security“
unterschieden. Safety stellt den Schutz gegen unabsichtliche Abweichungen von der ursprünglichen Designspezifikation dar, während Security den Schutz gegen absichtliche Abweichungen beschreibt. Daraus ergibt sich auch die unterschiedliche Beschreibung des Risikos: Für Safety wird das Risiko über den möglichen
Schaden eines Fehlverhaltens und über die Wahrscheinlichkeit des
Schadenfalls definiert. Im Vordergrund stehen die Integrität der
elektrischen Systeme und der Fahrzeugkommunikation beziehungsweise eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit der Systeme.
Bei Security steht dagegen der notwendige Aufwand im Vordergrund, mit dem ein definiertes Fehlverhalten ausgelöst wird, um
dann unerlaubt beispielsweise Daten zu manipulieren oder abzuhören. Neben der Integrität der Systeme rücken damit auch Vertraulichkeit, Verbindlichkeit, Authentizität und Datenverfügbarkeit als Eigenschaften in den Mittelpunkt. Während es bei Security
noch keinen automobilen Standard gibt, definiert die ISO 26262
Auf einen Blick
Doppelte Sicherheit in der Architektur verankert
Mehrere Dutzend Systeme teilen sich im Auto die oftmals echtzeitrelevanten und sicherheitsrelevanten Daten auf den Übertragungsbussen. Zur Umsetzung der Sicherheitsanforderungen derartiger Systeme müssen die entsprechenden Mikrocontroller sowohl in punkto
Betriebs- und Funktionssicherheit (Safety) als auch in punkto Datensicherheit (Safety) die passenden Funktionalitäten bieten. Mit ihrer
Safety-Architektur und dem flexiblen Hardware Security Module
(HSM) liefert die AURIX-Familie exakt diese Unterstützung, sodass
sich diese MCUs auch für zukünftige Entwicklungen in der Netzwerkarchitektur eignen.
314AEL0214
Sicherheit
Bild 1: Leistungsfähiges HSM: Ein PC sendet kontinuierlich
ein AES-verschlüsseltes Kamerabildbild an die EthernetSchnittstelle des AURIX-Mikrocontrollers. Hat der das
Bild empfangen, sendet er es zurück. Im oberen Bild ist
das HSM deaktiviert. Man sieht beim Rückkanal das mit
AES verschlüsselte Bild, das wie zufälliges Rauschen aussieht. Wird das HSM aktiviert (unteres Bild), entschlüsselt
AURIX das Bild in Echtzeit, sodass es sichtbar wird.
den Begriff „Functional Safety“, die funktionale Sicherheit für Fahrzeuge, als „die Abwesenheit von nicht akzeptablen Risiken,
die aus dem fehlfunktionierenden Verhalten
von elektrischen und elektronischen Systemen resultieren können“. Die Norm gibt eine Richtlinie vor, wie sicher Systeme gegen
zufällige Fehler sein müssen. Für Systeme,
bei denen das Risiko besteht, dass potenzielle Fehlfunktionen Gefahr für Leib und Leben bedeutet, definiert die Norm ASIL-Stufen (ASIL: Automotive Safety Integrety Level) von A bis D. ASIL-D ist die höchste
Stufe und stellt die größten Anforderungen
an die Systementwicklung. ASIL-D-Sicherheitsziele sind in einer Reihe von Systemen
notwendig, zu denen beispielsweise Airbag-, Brems- und elektrische Lenksysteme,
aber auch Steuerungen von Elektro- und
Hybridantrieben sowie Batterie- und Lademanagementsysteme gehören.
Safety-Anforderungen gibt es verschiedene
Algorithmen, um den CRC zu ermitteln.
Sollte der Grad der vom Protokoll zur Verfügung gestellten Absicherung nicht ausreichen, ist es möglich, einen zusätzlichen
CRC in das übermittelte Datenpaket einzubauen. Dies ist oft bei Systemen mit höheren ASILs notwendig, da die verwendeten
Übertragungswege in sich selbst den hohen Safety-Anforderungen nicht genügen.
Durch den zusätzlichen CRC kann das
empfangene System überprüfen, ob die Integrität während der Übertragung erhalten
blieb und damit eine sogenannte End-toEnd-Protection ermöglichen.
Mikrocontroller (MCUs) bilden mit ihren Logik-, Rechen-, Speicher- und MixedSignal-Technologie zusammen mit der
Software das Gehirn von Steuergeräten.
Damit sind MCUs Schlüsselkomponenten
in elektronischen Systemen. Mikrocontroller übernehmen die Steuerung und Regelung von Abläufen, die Kommunikation
mit anderen Systemen, Aktuatoren und
TriCore • PowerArchitecture
RH850 • XC2000/XE166
Cortex M0/M3/M4/R4/A8 • ARM7/9/11
H IG
HS
RO
F LE
BU
X
PE
ED
ST
E
IBL
Sichere Kommunikation
Bei der Kommunikation innerhalb des
Fahrzeugs spielt die funktionale Sicherheit
schon lange eine Rolle. Protokolle wie
CAN, Flexray und Ethernet übertragen mit
jeder Nachricht eine Prüfsumme als Teil
des Protokolls, den „Cyclic Reduncancy
Check“ (CRC, zyklische Redundanzprüfung) um sicher zu stellen, dass die Übertragung auf den Bussen fehlerfrei erfolgte.
Abhängig von der Datenmenge und den
29
Sicherheit
Bilder: Infineon
Bild 2: Ethernet hat bereits Einzug
ins Auto gehalten. Viele Mikrocontroller der AURIX-Familie haben ein
Ethernet-Modul integriert.
Bild 3: Das Hardware Security
Modul HSM ist ein vertrauenswürdiger Mikrocontroller im
Mikrocontroller und bietet eine
Plattform für Security-Applikationen sowie für geheime Schlüssel.
2
3
Sensoren sowie Überwachungs- und Sicherheitsaufgaben. Dabei
wird nicht nur die Sicherheit des Mikrocontrollers an sich überwacht sondern auch andere Komponenten im Steuergerät (zum
Beispiel Sensoren und Aktuatoren) oder andere Steuergeräte.
Der Mikrocontroller als Ganzes im System
Die Mikrocontrollerfamilie AURIX ermöglicht einen ganzheitlichen, flexiblen Sicherheitsansatz im Sinne von Safety und Security.
Bei den CPUs setzt die AURIX-Familie auf eine Lockstep-Architektur, bei der zwei Kerne zeitversetzt dieselben Rechnungen ausführen, um Berechnungsfehler umgehend zu erkennen. Locksteps sind
aber nur ein kleiner Teil einer ASIL-D-fähigen Safety-Mikrocontroller-Architektur. Auch mehrstufige Speicher- und ZugriffsschutzMechanismen sind erforderlich: die sogenannte Memory Protection (Speicherschutz) und Peripheral Protection (Schutz der Peripherie). Hiermit lassen sich fehlerhafte Zugriffe auf CPU-Speicher,
Busse und sogar auf einzelne Peripherie-Elemente unterbinden.
Die Speicher selbst sind mit einer Kombination von Fehler-Detektion (Error Detection Code) und Fehler-Korrektur (Error Correction Code) abgesichert. Clockmonitoring, sichere DMAs, sichere
Interrupt-Controller runden die auf ISO 26262 abgestimmte Architektur ab. Bei der Safety-Architektur werden also sämtliche funktionalen Bestandteile des Mikrocontrollers in Betracht gezogen.
Security eingebaut
Für Systeme, bei denen nicht nur Safety sondern auch Security im
Mittelpunkt steht, bietet die AURIX-Familie flexible Security-Funktionen, um Anforderungen für sichere Kommunikation und Manipulationsschutz gezielt abdecken zu können. Diese ist abgestimmt auf
Batterie- und Lademanagement-Anwendungen sowie Wegfahrsperre, Tachomanipulation und IP-Schutz. Beim Design des Mikrocontrollers hat Infineon aber auch neue, bisher nur theoretische Angriffsszenarien in Betracht gezogen, die sich durch die zukünftige Vernetzung ergeben können. Die Security-Architektur hat das Ziel, die
Hürden für Attacken so weit nach oben zu setzen, dass zum Beispiel
der kommerzielle Aspekt für Angreifer uninteressant wird.
Infineon implementierte bereits in der Tricore-Familie AUDO
NG einen Schutz gegen unerlaubten Zugriff auf Flash-Speicher sowie gegen unerlaubtes Debuggen über das integrierte Tool Interface
JTAG/DAP. Damit lässt sich das unerlaubte Tunen des Fahrzeugs
30
verhindern. In der AUDOMAX-Familie kam die Secure
Hardware Extension (SHE)
hinzu, um zum Beispiel den
Schutz gegen Tachomanipulationen zu erhöhen und Anforderungen für Wegfahrsperren
gerecht zu werden. Bei der
neuen AURIX-Familie wurde
mit dem Hardware Security
Modul (HSM) ein neuer Weg
eingeschlagen: Das HSM kann wie ein eigenständiges Mikrocontroller-Subsystem im Mikrocontroller fungieren (Bild 3). Es wird durch
eine Firewall von der Tricore-Architektur getrennt und stellt den
vertrauenswürdigen Bereich auf dem Chip dar. Das HSM basiert auf
einem vom Anwender programmierbaren 100-MHz-Prozessorkern
mit eigenem Flash- und RAM-Speicher. In diese können vertrauliche Informationen wie Security-Applikationen, Daten und kryptographische Schlüssel abgelegt werden. Ein AES-Modul beschleunigt
die Ver- und Entschlüsselung und die Generierung von Hashwerten,
den kryptographischen Prüfsummen. Der Zufallsnummerngenerator in Hardware, der zum Beispiel die Generierung von SessionSchlüsseln unterstützt, rundet das Feature-Set ab.
Systemintegrität treibt die Leistungsfähigkeit des HSM
Getrieben von der Anforderung, beim Booten des Microcontrollers den Flashspeicher auf Integrität gegen Manipulationen zu prüfen, kann das HSM über 200 MBit in der Sekunde verarbeiten. Mit
dieser Leistungsfähigkeit kann es auch den Datendurchsatz von
Ethernet, Flexray und CAN verarbeiten.
Die CRC-Prüfsummen, die für die funktionale Sicherheit genutzt werden, sind nur dafür geeignet, unbeabsichtigte Fehler zu
erkennen. Experten können mit relativ wenig Aufwand Daten und
CRC so manipulieren, dass diese trotz Änderung als richtig erkannt werden. Weiterhin werden Daten heute überwiegend im
Klartext übertragen, sodass jeder Teilnehmer die auf dem Bus
übertragenen Daten belauschen kann. Das HSM bietet Möglichkeiten, Prüfsummen zu generieren, die fälschungssicher sind, oder
auch den kompletten Datenverkehr zu verschlüsseln und für Außenstehende unlesbar zu machen (Bild 1).
Mehr über verschlüsselte und signierte Kommunikation sowie
über asymmetrische und symmetrische Verschlüsselung erfahren
Sie in der Langversion per infoDIREKT 314AEL0214. (av)
n
Die Autoren:
Kai Konrad ist Produkt-Marketing-Manager für Mikrocontroller in
Automobilanwendungen bei Infineon Techologies in Neubiberg.
Harald Zweck ist Senior-Expert Automotive Communication bei
Infineon Techologies in Neubiberg.
Sicherheit
Die Autos der Zukunft
reden miteinander – aber sicher!
Sichere und flexible Architekturen für Car-to-X-Kommunikation
Die Car-to-X-Kommunikation (C2X) steht quasi in den Startlöchern, denn es gibt bereits Lösungen, die einen
sicheren Betrieb ermöglichen. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK liefert Details und erklärt, warum dabei nicht nur in
Safety-relevanten Anwendungen der Security-Aspekt von ganz besonderer Bedeutung ist.
Autor: Lars Reger
V
or 30 Jahren kamen die Innovationen im Auto vorwiegend
aus der Mechanik und waren somit geprägt durch Bleche
biegen, verschweißen und verschrauben. Seit 15 bis 20
Jahren sorgt zunehmend die Elektronik für Innovation im
Fahrzeug, Ergebnisse dessen sind zum Beispiel Assistenzsysteme
wie ABS und ESP. Im Digital-Zeitalter hat nun eine neue Evolution
begonnen: die Evolution des vernetzten Autos. „Vernetzt“ bedeutet, dass ein intelligentes Fahrzeug Daten sammelt und analysiert
und diese an andere Fahrzeuge (Car-to-Car, C2C) oder die Infrastruktur (Car-to-Infrastructure, C2I) kommuniziert. Das so entstehende Anwendungsfeld Verkehrstelematik (Englisch: Intelligent Transport System, ITS), schafft neue Möglichkeiten für mehr
Sicherheit und Umweltfreundlichkeit im Straßenverkehr.
Der Kerngedanke dahinter: Wenn jedes Auto Informationen seiner Sensoren sowie seine aktuelle Position und Geschwindigkeit
aussendet, können Fahrzeuge ein dynamisches Modell ihrer Umgebung aufbauen. Das Auto erfährt somit mehr über die augenblickliche Verkehrslage als es dem Fahrer möglich ist. Es ist darüber informiert, dass hinter der Abzweigung ein unvorhergesehenes
Hindernis lauert, der Verkehr auf der Autobahn in weniger als
1000 Metern zum Erliegen kommen wird oder dass die Grünperiode der Ampel in wenigen Sekunden zu Ende geht. Es kann diese
Warnungen schnell an den Fahrer weitergeben oder automatisch
reagieren. Gerade in typischen verkehrskritischen Situationen wie
bei hohen Geschwindigkeiten oder schlechtem Wetter können Anwendungen dieser Art die Fahrsicherheit beträchtlich erhöhen.
Die Daten eines Fahrzeugs können noch mehr über den Zustand seiner Umwelt verraten. Wenn man weiß, wo die Scheibenwischer von Autos in Betrieb sind und welche Umgebungstemperatur diese Autos messen, weiß man sehr genau, wo es momentan
regnet oder schneit. Weiß man, dass an einer bestimmten Stelle
alle vorbeifahrenden Autos stark bremsen, lässt das auf Schlaglöcher im Straßenbelag schließen und kann Reparaturtrupps an
genau diese Stellen entsenden.
Selbstfahrer in den Startlöchern
Hinter den neuen Möglichkeiten des vernetzten Autos eröffnet
sich die Vision des selbstfahrenden Autos. Eine Utopie ist dies
nicht mehr. Mit ABS und ESP verfügt heute bereits so gut wie
jedes Auto über Assistenzsysteme, die im Grenzbereich in den
Fahrvorgang eingreifen, und stetig kommen neue Fahrassistenten hinzu. Dass Autos heute dicht davor stehen sich auch in komplexen Verkehrssituationen völlig eigenständig und sicher zu bewegen, haben unter anderem Versuche von Daimler, Google und
Continental bereits gezeigt. Schon in drei bis vier Jahren könnten
sich die ersten autonomen Fahrzeuge in den alltäglichen Verkehrsstrom mischen. Die Entwicklung serienreifer Systeme läuft
auf Hochtouren.
ohda
Bild: C
Sicherheit
Das Auto im Internet der Dinge
Allerdings sind mit der Elefantenhochzeit der Automobilindustrie
mit dem Internet der Dinge einige Herausforderungen verbunden.
Wenn sich der rollende Untersatz in Zukunft zu einer fahrenden
IP-Adresse entwickelt, dann wird das Fahrzeug zugleich auch anfällig für einige Problemfelder der Consumer-Welt. Eines der
wichtigsten davon ist das Thema Sicherheit.
Dies betrifft sowohl die Datensicherheit, als auch die damit verbundene Funktionssicherheit des Gesamtsystems Auto. Welche
Risiken hier lauern, hat jüngst die Diskussion um die NSA-Affäre
gezeigt. Persönliche Fahrdaten in den falschen Händen oder die
Manipulation von Infrastrukturdaten und Fahrzeugfunktionen
könnten große Probleme darstellen.
Herausforderung Datensicherheit
Daher müssen spezielle Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
Für den Datenaustausch zwischen Auto oder Umgebung bilden sich
sogenannte Adhoc-Netzwerke. Darunter versteht man unabhängige,
sich selbst organisierende Netze aus mobilen Teilnehmern. Für den
Datenverkehr nutzen sie ein Übertragungsprotokoll, das aus dem
gebräuchlichen WLAN abgeleitet ist und prinzipiell auch mit diesem kommunizieren kann. Gemeint ist der WLAN-Standard IEEE
802.11p. Die Reichweite solcher Systeme beträgt bis zu 1500 Meter.
Wie bei jedem anderen WLAN-Netz auch ist die Kommunikation
potenziell anfällig für Sicherheitsrisiken, vor denen man sich schützen muss. Dies geschieht auf verschiedenen Ebenen.
Zum einen müssen Qualität und Integrität der Daten gesichert
sein. So müssen die intelligenten Fahrzeuge erkennen, ob Daten aus
irgendeinem Grund bei der Erhebung oder Übermittlung verändert
und verfälscht wurden. Falsche oder defekte Daten können die auf
ihnen basierenden Anwendungen blockieren oder unwirksam machen, ja im schlimmsten Fall zu einem Sicherheitsrisiko werden.
Täuscht sich ein Fahrzeugsystem auf Grund falscher Daten etwa
über die Geschwindigkeit des Vordermanns, dann kann das fatale
Folgen haben. Es müssen somit Mechanismen eingebaut sein, die
„schlechte“ Daten erkennen und diese Daten dem Kommunikationskreislauf entziehen beziehungsweise diese Daten vernichten.
Hacker im Einsatz
Ein enormes Sicherheitsrisiko besteht in der Möglichkeit, den Datenverkehr zu hacken und zu missbrauchen. Wo immer wichtige
Informationen über drahtlose Netze übertragen werden, steigt die
Möglichkeit bösartiger Attacken exponentiell. C2X-Kommunikation bildet da keine Ausnahme. So könnten Eindringlinge zum
Beispiel die Identität geschützter Einsatzfahrzeuge annehmen, um
Auf einen Blick
Sichere Lösung für C2X
Bild: NXP
Es gibt bereits kombinierte Hardware/
Software-Lösungen für die Car-to-x-Kommunikation, die nach Herstellerangaben
bereits marktreif sind. So erfüllt beispielsweise das hier vorgestellte System
nicht nur unterschiedliche regionale Anforderungen sondern auch andere Standards wie normales WLAN und
sogar Mautdienste – und zwar mit einer einheitlichen Hardwareplattform sowie entsprechender Softwarekonfigurierung. Für den äußerst
wichtigen Sicherheitsaspekt ist dabei gesorgt.
32
315AEL0214
damit bestimmte Sonderrechte für sich in Anspruch zu nehmen
und andere Verkehrsteilnehmer zu blockieren. Hacker könnten an
einem bestimmten Straßenabschnitt Falschwarnungen zu einer
stattgefundenen Notbremsung absetzen und damit den nachfolgenden Verkehrsfluss bösartig verlangsamen. Oder sie könnten
sich vor dem eigenen Haus eine verkehrsberuhigte Zone schaffen,
indem sie eine Straßensperrung vortäuschen.
Daher besteht eine Grundanforderung an das smarte Fahrzeug
darin, den Datenverkehr mittels Kryptologie zu verschlüsseln und
zu sichern. Andernfalls eröffnen sich Konfliktfelder auf verschiedenen Ebenen. Nicht nur können Hacker die persönlichen Daten
missbrauchen, auch könnten offengelegte Daten Eingriffe in die
Persönlichkeitsrechte zur Folge haben, zum Beispiel in Form eines
Online-Prangers für Verkehrssünder.
Security-Support ein Autoleben lang
Ein weiterer wichtiger Punkt betrifft die Themen Kompatibilität beziehungsweise Upgrade-Fähigkeit des Kommunikationssystems der
Fahrzeuge. Bei dieser Anforderung werden die Unterschiede zwischen Automobil- und Consumer-Markt evident: In den Entwicklungszyklus eines Autos von durchschnittlich zehn Jahren passen
mehrere Generationen an Internet- und Mobil-Geräten beziehungsweise Betriebsplattformen. Autos werden viel länger genutzt als digitale Konsumgüter. Bei einigen Smartphones dauert es häufig nur
wenige Jahre, bis sie vom Hersteller nicht mehr mit Updates unterstützt werden. Dagegen muss gewährleitet sein, dass die sicherheitsrelevanten Funktionen im vernetzten Auto über ihre gesamte Lebensdauer hin unterstützt und aktualisiert werden – und die kann Jahrzehnte währen; für diese Update-Garantie muss es eine Lösung geben.
Die Herausforderung wird also zunehmend sein, möglichst hardware-unabhängige Software einzusetzen (beispielsweise Systeme auf
Basis von Java), die eine Zukunftsfähigkeit der verwendeten Algorithmen garantiert, und diese maximal gegen Missbrauch zu schützen.
Security-Lösung auf Chip-Ebene
Mithilfe einer Lösung auf Chip-Ebene können die Hersteller diese
Risiken in den Griff bekommen. Zum Einsatz kommen hier spezielle Mikrocontroller, die Funktionen aus den beiden Industriebereichen Automotive und Sicherheit in einem System vereinen. In
diese Lösung ist die langjährige Expertise von NXP im Bereich der
Datensicherheit eingeflossen. NXP ist schon seit Jahrzehnten im
Markt für Kryptocontroller aktiv und liefert diese in großen Mengen in Bankkarten und digitale Ausweise/Reisepässe. Dieses
Know-how bildet die Grundlage für die hochsicheren Funktionen
zur Authentifizierung sowie den Austausch von Zertifikaten und
ermöglicht damit die Einhaltung höchster Sicherheitsanforderungen. Standardmikrocontroller mit integrierten Sicherheitsfeatures
können diese Funktionen in dieser Form nicht bieten.
Dank der Skalierbarkeit und Programmierbarkeit der von NXP
und Cohda entwickelten C2X-Lösung lässt sich die neue Architektur weltweit auf breiter Ebene einsetzen und gegebenenfalls auch
an regionale Standards anpassen: Der neue Roadlink-Chipsatz von
NXP enthält NXPs aktuelle SDR-Technologie (Software-Defined
Radio). Diese Hardwareplattfom lässt sich durch die Software von
Cohda sehr flexibel auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsfällen anpassen, sodass somit auch zukünftig eine Erweiterung um neue Anwendungsfälle möglich ist. Die Chiplösung
unterstützt dabei neben der C2X-Kommunikation (802.11p) für
Sicherheit und intelligentes Verkehrsmanagement auch „normales“ WLAN für die Verbindung zum smarten Zuhause, wenn das
Auto in der Garage steht.
Sicherheit
Die Connected Mobility ermöglicht die Kommu
nikation zwischen Fahrzeugen, Menschen und
Infrastruktur sowie innerhalb des Autos.
Das Roadlink-System von NXP arbeitet dabei mit modernster Verschlüsselungstechnologie: So kommt in der C2X-Lösung das Eliptic-Curve-Verfahren mit einer Schlüssellänge von 256 Bit
zur Verwendung. Das Ziel der Verschlüsselung besteht darin, sicherzustellen, dass die ausgetauschten
Daten einerseits nicht manipuliert werden können
und dass andererseits eindeutig feststellbar ist, dass
die Daten wirklich von einem spezifischen Fahrzeug stammen und dieses vertrauenswürdig
ist. Die ausgetauschten Daten werden mit
einem Zertifikat versehen, welches auf der
Empfängerseite mit dem Public Key entschlüsselbar ist. Die Sicherheit der Schlüssel und Zertifikate hat somit höchste Priorität im System und kann
durch sogenannte Secure Elements wie die SMX-Produkte aus dem
Hause NXP auf höchsten Niveau gewährleistet werden.
Hohe Daten- und Rechengeschwindigkeit trotz Security
Sicherheitstechnologien sind sehr rechenintensiv und haben nicht
selten die unangenehme Eigenschaft, den Datentransfer generell
zu bremsen. Ein entscheidender Faktor bei der C2X-Kommunikation ist jedoch der schnelle (Adhoc!-)Austausch von Daten, die
möglicherweise von hunderten Sendern stammen – und das bei
Geschwindigkeiten oberhalb von Tempo 200. NXP achtete daher
bei der Entwicklung des C2X-Systems Roadlink auch besonders
auf dessen Leistungsfähigkeit: So ist es in der Lage, mehrere Hundert solcher Nachrichten pro Sekunde auf ihre Echtheit zu prüfen.
Auch wurde es bereits bei Geschwindigkeiten von bis zu 250 km/h
sowie über Sendedistanzen von mehr als 1,5 km erfolgreich getestet.
Potenzial erkannt
Die Automobilhersteller weltweit sehen mittlerweile das große Potenzial dieser Technologie in der Erhöhung der Verkehrssicherheit,
der Verbesserung des Verkehrsflusses und der Senkung des Energieverbrauchs, insbesondere im Zusammenspiel mit infrastrukturbasierten Diensten. Langfristig wird die C2X-Kommunikation
auch als einer der Schlüsselfaktoren für autonomes Fahren angesehen. Aktuelle Architekturentwicklungen haben viele der Herausforderungen in den Griff bekommen, mit denen die C2X-Technologie
in der Vergangenheit noch zu kämpfen hatte – insbesondere die
geringe Standardisierungsreife, fehlende Performance und die nur
schwer an die Anforderungen der OEM adaptierbaren Systeme.
Die neue Lösung von NXP und seinem Partner Cohda Wireless
geht diese Herausforderungen mit einem marktreifen System an,
das nicht nur unterschiedliche regionale Anforderungen erfüllt
sondern auch andere Standards wie normales WLAN und sogar
Mautdienste mit einer einheitlichen Hardwareplattform und entsprechender Softwarekonfigurierung unterstützt.
C2X ist reif für den Markt
Das Potenzial für C2X ist enorm: Nach einer Studie des US-amerikanischen Verkehrsministeriums lassen sich mit C2X-Sicherheitsfunktionen wie Kollisionswarnungen an Kreuzungen und Notbremsassistenten die Unfallzahlen um mehr als 80 Prozent reduzieren. Bei weltweit pro Jahr geschätzten 1,2 Millionen Verkehrstoten und 50 Millionen Verletzten bei Verkehrsunfällen lassen sich
Bild: NXP
mit dieser Technologie viele Leben retten. Und wenn man bedenkt,
wie viele Milliarden Dollar die Verkehrsstaus jährlich in den Megastädten rund um den Globus verschlingen und welche Umweltkosten die in die Höhe schießenden CO2-Emissionen verursachen,
wird klar, warum die C2X-Technologien besser heute als morgen
auf unsere Straßen gebracht werden müssen.
SPITS, SimTD, Score@F und Safety Pilot
Feldversuche wie SPITS (Niederlande), SimTD (Deutschland),
Score@F (Frankreich) und Safety Pilot (USA) belegen, welche Impulse diese Technologie geben kann. C2X ist dabei nachweislich fit
für die Straße: Das belegen die im Juni veröffentlichten Ergebnisse
der simTD-Feldversuche in Deutschland. Dabei legten 120 Fahrzeuge insgesamt 1.650.000 Testkilometer in 41.000 gefahrenen
Stunden zurück. Angesichts dieser Erfolge werden jetzt konkretere
Pläne zur Realisierung der Technologie laut. Die vertretenen Automobilhersteller im CAR 2 CAR Communication Consortium machen sich für eine weltweite Harmonisierung der Netzstandards
zum drahtlosen Austausch von Daten und Informationen zwischen Fahrzeugen, Verkehrsinfrastruktur sowie Service-Providern
stark und sichern eine Umsetzung bereits ab 2015/2016 zu.
Mehr darüber, wann C2X auf die Straße kommt, erfahren Sie in der
Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT 315AEL0214. (av) n
Der Autor:
Lars Reger ist VP Research & Development and New Business
in der Business Unit Automotive bei NXP Semiconductors in
ICEC_2014_Anzeige_2_Layout
1 01.04.14 15:42 Seite 1
Hamburg.
ICEC 2014 Dresden, Germany
The 27th International
Conference on
Electrical Contacts
June 23 - 26, 2014
www.icec2014.org
33
Leistungselektronik
Halbleiter
Controller für Spannungswandler
Digitales Power-Management im Auto
Vor drei Jahren verkündeten die E/E-Leiter von Audi, BMW, Daimler, Porsche und Volkswagen auf dem 15. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ in Ludwigsburg, dass sie eine zusätzliche Versorgungsspannung von 48 V im Fahrzeug etablieren wollen. Wir stellen einen Controller vor, der den Energieaustausch zwischen
der 12-V- und der 48-V-Welt in beide Richtungen ermöglicht.
Autor: Davide Giacomini
D
er derzeitige Vorschlag bezüglich einer höheren Kfz-Betriebsspannung läuft auf die Implementierung neuer
48-V-Systeme zusätzlich zu den etablierten 12-V-Systemen hinaus. Mikrohybrid-Fahrzeuge (µHEVs) benötigen
diese höhere Spannung, um mit der durch das regenerative Bremssystem wiedergewonnenen Energie umgehen zu können sowie um
außerdem die Stromversorgung für den 48-V-Elektromotor sicherzustellen, der zum Antrieb intelligenter µHEVs (i-µHEVs)
über kurze Strecken dient. Ein solcher kurzzeitiger Elektroantrieb
kann zur Senkung des Schadstoffausstoßes im innerstädtischen
Verkehr beitragen und sorgt generell für eine signifikante Verbesserung des Kraftstoffverbrauches.
Normalerweise wird die wiedergewonnene Energie in einer
48-V-Lithium-Ionen-Batterie gespeichert, die zur Energieversorgung von Systemen dient, welche direkt mit dem 48-V-Bus verbunden sind. Diese Spannung lässt sich auch auf 12 V herunterwandeln, um einerseits die 12-V-Batterie aufzuladen und anderer-
seits 12-V-Systeme wie das Autoradio, Infotainment-Geräte sowie
verschiedene Pumpen und Motoren zu speisen.
Bidirektionaler DC/DC-Wandler
Zu den wichtigsten Anforderungen an diese vorgeschlagene duale
48/12-V-Infrastruktur zählt die Notwendigkeit eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers mittlerer/hoher Leistung zur Verwaltung
des Energieflusses zwischen der 48-V- und der 12-V-Batterie. Je
nach der Zahl der mit dem 12-V-Netzwerk verbundenen Lasten
muss dieser Wandler bei der Energieübertragung auf die 12-VDomäne voraussichtlich mit Leistungen zwischen einigen wenigen hundert Watt bis 1,5 kW oder mehr arbeiten. Umgekehrt
könnte im Boost-Modus eine Rückspeisung der Energie von der
12-V-Batterie in das 48-V-Netzwerk erforderlich werden. Dieser
Boost-Betrieb kann aus unterschiedlichen Gründen erforderlich
sein und eine Energieübertragung beanspruchen, die von nur einigen wenigen hundert Watt bis zu einem Niveau reicht, das mit
Alle Bilder: International Rectifier
Leistungselektronik
Halbleiter
Bild 1: Vereinfachtes Funktionsblockschaltbild eines automotive-tauglichen Mehrphasen-Controllers.
der Haupt-Abwärtswandlung vergleichbar ist. Deshalb sollte ein
geeigneter Wandler, abhängig von den Anforderungen der einzelnen Hersteller, in der Lage sein, Energieflüsse in beiden Richtungen bei einem Leistungspegel von ungefähr 300 W bis zu 3 oder
gar 5 kW zu verarbeiten.
Angenommen, der Wandler soll maximal 2 kW verarbeiten,
dann läuft das auf einen ausgangsseitigen Strom von ungefähr
160 A hinaus. Es könnte dann eine herkömmliche Einphasenwandler-Topologie Verwendung finden, wie sie in Bild 1 dargestellt ist. Das könnte zwar den Vorteil einer verhältnismäßig einfachen Steuerstruktur liefern, weist indessen auch einige wesentliche Nachteile auf. Erstens wird eine große Anzahl von Leistungstransistoren (MOSFETs) parallelgeschaltet, was einen engen
Abgleich der MOSFET-Schaltleistung voraussetzt und komplizierte Anforderungen an den Gate-Treiber des MOSFET stellt.
Darüber hinaus ist die Schaltfrequenz im Allgemeinen auf ungefähr 100 kHz bis 200 kHz begrenzt, um übermäßige Schaltverluste
zu vermeiden. Das wiederum macht relativ große Eingangs- und
Ausgangskondensatoren notwendig.
Andererseits lassen sich diese Probleme durch den Einsatz einer
Mehrphasenwandler-Topologie vermeiden, und gleichzeitig ergibt
sich dadurch eine Reihe zusätzlicher Vorteile. Im Mehrphasenwandler werden individuelle Phasen, bestehend aus einem Paar
MOSFET-Schalter und einem Spulenfilter, an einen gemeinsamen
Ausgangskondensator angeschlossen (Bild 2). In diesem Fall wird
die Ausgangsstrombelastbarkeit durch das Hinzufügen weiterer
Phasen erhöht, statt MOSFETs parallel zu schalten.
Mehrphasenwandler bietet Vorteile
Dadurch, dass eine große Anzahl parallel geschalteter MOSFETs
entfällt, benötigt diese alternative und intelligente Mehrphasentopologie keinen engen Abgleich der MOSFET-Schaltcharakteristik. Es wird zwar eine höhere Zahl von Gate-Treibern benötigt,
Auf einen Blick
Vom PC-Motherboard ins Auto
Mithilfe einer ursprünglich für Hochleistungs-Computeranwendungen
entwickelten Stromversorgungstechnologie können IC-Hersteller den
Automotive-Systementwicklern dabei helfen, den Energietransfer
zwischen den fahrzeuginternen Hochspannungsdomänen und den
bisherigen 12-V-Domänen zu bewerkstelligen.
321AEL0214
Bild 2: Ein
digitaler
SechsphasenMehrphasenwandler
für 180 A Ausgangsstrom
beansprucht nur sehr wenig
Platz auf dem Motherboard eines
PCs. Diese Technologie kommt jetzt
für andere Spannungsebenen auch
ins Auto.
diese weisen aber eine wesentlich geringere Stromansteuerungsmöglichkeit auf. Außerdem kann eine höhere Schaltfrequenz
zum Einsatz kommen; ein n-Phasen-Wandler kann mit dem nfachen der Höchstfrequenz eines vergleichbaren Einphasenwandlers geschaltet werden. Damit ist eine Reihe von Vorteilen
verbunden, einschließlich einer beträchtlichen Steigerung der
Ansteuer-Bandbreite, wodurch ein schnelleres Einschwingverhalten ermöglicht wird. Darüber hinaus sinkt der Ripplestrom
durch den Ausgangskondensator beträchtlich, was die Verwendung kleinerer, preisgünstigerer Kondensatoren erlaubt und die
Zuverlässigkeit verbessern kann.
Als weiteren Vorteil bietet ein Mehrphasenwandler die Flexibilität, eine verringerte Zahl von Phasen zu aktivieren, wenn der Wandler bei niedrigeren Leistungspegeln arbeitet, um auf diese Weise den
Wirkungsgrad zu verbessern. Zudem können die Entwickler ihre
Designs verhältnismäßig rasch und kostengünstig skalieren, indem
sie die Anzahl der verfügbaren Phasen entsprechend den Erfordernissen jeder individuellen Anwendung optimieren.
Mehrphasenwandler eignen sich übrigens gleichermaßen gut
für einen bidirektionalen Betrieb wie Einphasenwandler. Genau
wie im Fall der einphasigen Lösung lässt sich der 48-V/12-VMehrphasen-Abwärtswandler einfach als Aufwärtswandler ansteuern, um eine Umwandlung von 12 V nach 48 V in der Gegenrichtung zu erreichen. Die Änderungen beschränken sich ausschließlich auf die bei den MOSFETs angewandte Ansteuerstrategie.
Controller für Mehrphasenwandler: vom PC ins Auto
Mehrphasenwandler finden bereits seit einigen Jahren in der PCIndustrie Verwendung. Sie tragen zur Steigerung des Wirkungsgrads bei, senken die Kosten und verringern die Größe des Stromversorgungssystems. International Rectifier hat für diesen Bereich
ein Mehrphasen-Digitalregler-IC wie das IR3536 im Angebot, das
bis zu sechs individuelle Phasen steuern kann, die jeweils unter
Verwendung eines Leistungsstufen-ICs wie dem IR3550 implementiert werden. Der IR3550 enthält ein Gate-Treiber-IC sowie
MOSFETs innerhalb eines einzigen Gehäuses, und er benötigt zur
Vervollständigung des Designs nur wenige externe Bauelemente,
zu denen auch die Ausgangsfilterspule gehört.
Details hierzu und welchen Weg IR geht, um derartige Halbleiter
automotive-tauglich zu machen, das erfahren Sie in der Langversion dieses Beitrags per infoDIREKT 321AEL0214. (av)
■
Der Autor: Davide Giacomini ist Product Management and Application
Director für Automotive-ICs bei International Rectifier.
35
Energiesparkonzepte
Auf einen Blick
Segeln mit Folgen
Das Start/Stopp-Segeln ermöglicht
einerseits Kraftstoff-Einsparungen
von bis zu zehn Prozent, hat aber den
Nachteil, dass Nebenaggregate bei
stehendem Motor auch während der
Fahrt nicht mehr permanent angetrieben werden. Daher sind in Fahrzeugen
mit Start/Stopp-Segel-Systemen ein
zyklisierbares Bordnetz, angepasste
Bremsen und Getriebe sowie entsprechend modifizierte Klimaanlagen
erforderlich.
341AEL0214
Bild: Bosch
infoDIREKT Motor aus bei voller Fahrt
Segeln als Ergänzung zu Start/Stopp-Systemen
Durch die Nutzung von Start/Stopp-Segeln lassen sich bis zu zehn Prozent Kraftstoff einsparen. AUTOMOBILELEKTRONIK erklärt die Power-Seite des Systems und die Voraussetzungen.
Autoren: Dr. Norbert Müller und Steffen Strauß
S
tart/Stopp-Segeln ist, ausgehend vom konventionellen
Triebstrang mit Verbrennungsmotor, der nächste konsequente Schritt bei der Entwicklung skalierbarer Antriebsstrang-Technologien auf dem Weg zur Elektromobilität,
denn die Funktion erlaubt es, während der Fahrt den Verbrennungsmotor vom restlichen Triebstrang zu entkoppeln und
abzuschalten. Dieser verbraucht dann keinen Kraftstoff. Dadurch
wird ein fast geräuschloses, emissionsfreies Rollen über weite Strecken möglich. Der Motor geht aus, sobald das Fahrzeug durch bloßes Rollen seine Geschwindigkeit halten kann, beispielsweise bei
einem leichten Gefälle. Tippt der Fahrer Gas oder Bremse an, startet der Motor wieder.
Basis hierfür ist das im Markt etablierte Start/Stopp-System.
Heute wird nahezu jedes zweite Neufahrzeug in Europa mit dieser
umweltfreundlichen Technologie verkauft. Das Funktionsprinzip
ist einfach, effizient und komfortabel: Bei Fahrzeugstillstand wird
der Verbrennungsmotor automatisch abgeschaltet und der Kraftstoff gespart, der sonst unnötig zur Kompensation der Motorschleppverluste verwendet wird.
Segeln light
In einigen Autos ist schon heute ein Segeln „light“ mittels Doppelkupplungsgetriebe möglich. Dieses schaltet selbstständig in den
Leerlauf, sobald der Fahrer vom Gas geht. So rollt das Auto zwar,
verbraucht aber trotzdem wegen des Leerlaufbetriebs weiter Kraft36
stoff. Bosch setzt mit seinen Start/Stopp-Systemen traditionell auf
einen komplett abgeschalteten Motor. Die erste Generation schaltet den Motor nur bei Fahrzeugstillstand aus. Beim erweiterten
Start/Stopp-System wird der Motor bereits während des Ausrollens abgestellt, etwa vor einer roten Ampel. Fahrzeuge mit Start/
Stopp-Segeln dagegen schalten den Verbrenner während der Fahrt
ab, sobald der Fuß nicht auf Gas oder Bremse steht. Das spart noch
mehr Sprit. Und da der Motor abgekoppelt ist, kann das Fahrzeug
noch länger gleiten als beispielsweise mit der Schubabschaltung.
Das Segeln basiert zu großen Teilen auf einer Erweiterung der
Software auf Basis vorhandener Sensorinformationen.
Einsparen, wo es sinnvoll ist
Das Start/Stopp-Segeln erweitert dieses Prinzip nun. Gerade beim
Fahren mit geringer Last bei höherer Motordrehzahl und fast konstanter Geschwindigkeit wird Kraftstoff lediglich zur Kompensation der Motorschleppverluste verbraucht. Umfangreiche Tests von
Bosch haben gezeigt, dass der Motor rund 30 Prozent der Zeit
nicht benötigt wird. Selbst im Vergleich zur etablierten Schubabschaltung ist das Rollen mit abgekoppeltem Aggregat effizienter:
Da der Motor nicht mitgeschleppt wird, wird Verlustleistung vermieden und das Fahrzeug rollt deutlich leichter und länger. Damit
lassen sich im Alltag zusätzlich zu Start/Stopp rund zehn Prozent
Kraftstoff sparen – bei hubraumstarken Motoren oder durch die
Verknüpfung mit Assistenzsystemen sogar noch mehr.
Energiesparkonzepte
Neue Anforderungen an das Fahrzeugsystem
nutzt die Bewegungsenergie des Fahrzeugs, um den Motor sehr
komfortabel wieder auf Drehzahl zu bringen.
Das Start/Stopp-Segeln lässt sich mit relativ geringem Aufwand
mit jedem Verbrennungsmotorsystem kombinieren. Eine Herausforderung besteht darin, dass Nebenaggregate bei stehendem
Segeln ist bald so normal wie eine Klimaanlage
Motor nicht mehr angetrieben werden. Im Einzelnen bedeutet
Zusammenfassend stellt Start/Stopp-Segeln eine sehr attraktive,
dies folgendes:
kunden- und umweltfreundliche Technologie im Umfeld des klas■■ Die Ingenieure müssen das Bordnetz hinsichtlich Spannungs- sischen Antriebsstrangs dar. Das System lässt sich als zentraler
Baustein skalierbarer Antriebstrangtechnologien sehr gut mit milstabilität, Sicherheit und Anzahl der Lade- beziehungsweise Entlader Hybridisierung sowie mit Assistenzsystemen kombinieren und
dezyklen betrachten. So ist eine Redundanz der Spannungsquellen
kann durch den überschaubaren Aufwand in so gut wie jedes Fahr(Generator und Batterie) während den Segelphasen bei abgeschal
zeug der Welt integriert werden. Dabei ist es egal, ob es sich um
tetem Motor nicht mehr gegeben. Daher muss das Bordnetz um
einen Diesel in Europa, einen Benziner in Nordamerika oder ein
einen zusätzlichen, kompakten und zyklisierbaren EnergiespeiErdgas-Fahrzeug in Asien handelt. Somit erfüllt die Start/Stoppcher und eine geeignete Leistungselektronik erweitert werden.
■■ Eine elektrisch unterstützte Lenkhilfe ist bereits in den meisten Segel-Funktion aus Sicht von Bosch alle Voraussetzungen, um zum
Standard zu werden. (av)
Fahrzeugen vorhanden. Dieser Trend wird durch Start/Stopp-Sen
geln fortgeschrieben. Das Bremssystem wiederum lässt sich entweder elektrisch mithilfe einer elektrischen Unterdruckpumpe oder
Die Autoren: Dr. Norbert Müller und Steffen Strauß arbeiten bei Bosch.
eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers unterstützen oder
der Druck im Vakuum-Reservoir
wird überwacht, um im Bedarfsfall
einen Motorstart zu initiieren. Dies
entspricht der Anwendung in heutigen Start/Stopp-Systemen.
■■ Mit Zusatzmaßnahmen wie
Speicherverdampfer und Zusatzwasserpumpe besteht die Möglichkeit, den Klimatisierungskomfort
und die Segel-Verfügbarkeit (zum
Beispiel Heiß- beziehungsweise
Kaltland
applikationen) weiter zu
erhöhen.
■■ Für eine breite Marktdurchdringung spielen Getriebe eine
zentrale Rolle. So eignen sich automatisierte Schaltgetriebe und Dop48 V/12 V DC/DC-Wandler
pelkupplungsgetriebe sehr gut,
für das Segeln mit dem 48 V-Bordnetz
wenn sie elektromechanisch oder
elektrohydraulisch aktuiert sind.
Bei hydraulisch aktuierten Getrieben garantiert eine zusätzliche
elektrische Getriebepumpe den sicheren Betrieb. Die in Europa sehr
beliebten manuellen Schaltgetriebe
benöti
gen eine automatisierte
Kupplung. Damit erschließen sich
aber gerade für diesen Getriebetyp
weitere hochattraktive CO2- und
Komfortfeatures.
Durch die zahlreichen zusätzlichen Motorstarts sind zudem Anpassungen beim Startersys
tem
notwendig. So muss entweder der
Ritzelstarter ertüchtigt oder ein
Integriertes Energiespeichermodul
alternatives Startverfahren eingefür das Segeln mit dem 12 V-Bordnetz
setzt werden. Beim sogenannten
Schlepp
start werden Getriebeund Motorsteuerungsfunktionen
intelligent miteinander kombiniert und koordiniert: Ein gezieltes Schließen des Triebstrangs
HELLA KGaA Hueck & Co.
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Technologie mit Weitblick
Optoelektronik
LED-Frontscheinwerfer
Bild: Opel
AFS-Systeme
ermöglichen es,
Teilbereiche
auszublenden,
während das Fernlicht
in den anderen
Bereichen weiterleuchtet.
Die neuen Frontscheinwerfer
Matrix-LED- und Laserlicht bieten viele Vorteile
Mit der Einführung der Matrix-LED-Frontscheinwerfer, die mithilfe einer Kamera gesteuert
werden, verbessert sich die Sicht bei Nacht dramatisch. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
berichtet über einige der neusten Entwicklungen. Autor: Alfred Vollmer
38
und Schlechtwetter. Hinzu kommen Funktionen
wie dynamisches Kurvenlicht, Abbiege- und energiesparendes LED-Tagfahrlicht.
In weiterentwickelten AFS-Systemen verstellen
Motoren mechanische Blenden gemäß den Vorgaben des kamerabasierten Lichtsteuergeräts, während die Xenon-Lichtquelle konstant leuchtet.
Noch vor kurzem waren derartige mechanisch gesteuerte AFS-Systeme nur in Premium-Fahrzeugen
anzutreffen, aber mittlerweile gibt es das blendengesteuerte AFS unter der Bezeichnung „Dynamic
Light Assist“ auch im Volkswagen Golf.
LED-Matrix-Licht
Das Nonplusultra der aktuell in Serienfahrzeugen
verbauten Scheinwerfer sind LED-Matrix-Lichter,
wie sie zum Beispiel in der neuen Mercedes S-Klasse, im Cadillac Escalade von General Motors oder
im Audi A8 zu finden sind, wobei Hella das Frontlicht im Audi A8 als den „weltweit ersten MatrixLED-Scheinwerfer mit blendfreiem Fernlicht“ bezeichnet. Auch die adaptiven LED-Scheinwerfer im
neuen BMW 5er liefert Hella. Der Scheinwerfer des
Cadillac Escalade stammt übrigens von Valeo, und
die Bilder auf dieser Doppelseite verleiten zu Rückschlüssen darüber, wer bei Daimler der Zulieferer
des Frontscheinwerfers war.
Bild: Continental
D
ie Statistiken sind sich weltweit einig: Das
Unfallrisiko ist nachts überproportional
höher. Daher arbeitet die Branche seit Jahren an Assistenzsystemen, die Nachtfahrten angenehmer und sicherer machen. Obwohl
Bosch bereits vor 101 Jahren mit dem ersten elektrischen Autoscheinwerfer (vorher waren es Kerzen-,
Acetylen- und Karbidlampen) mehr Licht ins Dunkel brachte, hielten sich die Verbesserungen der
Frontscheinwerfer über viele Jahre relativ stark in
Grenzen. Mit dem Einzug der Elektronik (XenonLicht) und vor allem durch die aktive Steuerung des
Lichts per ADAS (Fahrerassistenzsystem) auf Basis
einer Frontkamera kam es zu einem signifikanten
Innovationsschub im Bereich der Scheinwerfer.
Neben Nachtsichtgeräten auf Infrarot-Basis, deren Take-Rate nach wie vor ziemlich gering ist, leistet vor allem das adaptive Fahrlicht AFS (Adaptive
Frontlight System) einen wesentlichen Beitrag zu
mehr Sicherheit, wobei AFS bekanntlich in der
Mittelklasse angekommen ist. Im Astra hat Opel
beispielsweise ein mechanisches System installiert,
bei dem sich der Lichtstrahl der variablen XenonScheinwerfer automatisch unterschiedlichen Fahrsituationen, Straßen- und Witterungsverhältnissen
anpasst – und zwar mit variabler Lichtverteilung
für Stadt, Spiel- und Landstraße sowie Autobahn
Optoelektronik
Auf einen Blick
AFL-Systeme mit LED-Matrix-Scheinwerfer
Noch vor kurzem waren adaptive Scheinwerfersysteme ein Privileg
der Premiumklasse, doch mittlerweile sind sie bereits in diversen
Mittelklasse-Fahrzeugen bestellbar. Das aktuelle Nonplusultra sind
LED-Matrix-Scheinwerfer, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen von
Audi, BMW, Cadillac und Daimler zu finden sind. Doch schon ziemlich
bald wird es auch in der Mittelklasse LED-Matrix-Scheinwerfer geben, sodass es für die Premiumklasse heißt, zusätzliche Funktionen
wie Fußgängerbeleuchtung oder vom Navi per E-Horizon mitgesteuerte Frontscheinwerfer und/oder Laserlicht einzubauen.
301AEL0214
39
Bild: Audi
Optoelektronik
Das Laserlicht von Audi leuchtet
fast 500 m weit und ist dreimal so
lichtstark wie LED-Fernlicht.
LED-Abblendlicht
LED low beam
LED-Fernlicht
LED high beam
Laser-Spot
Laser spot
Opel zitierte gegenüber der Presse eine Untersuchung des Fachbereichs Lichttechnik der TU Darmstadt, die zu dem Ergebnis
kommt, dass bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h mit dem
Matrix-Licht Objekte am Fahrbahnrand rund 1,3 Sekunden
schneller wahrgenommen werden können als mit Xenon-Abblendlicht.
Daneben arbeiten LEDs effizienter und mit bis zu 10.000 Stunden
deutlich länger als herkömmliche Lampen, die es auf etwa 1000 Betriebsstunden bringen. Gleichzeitig ist der Stromverbrauch der
LEDs deutlich geringer. Continental berichtet, dass ein einfaches
LED-Abblendlicht nur eine Leistung von 18 W benötigt, XenonLampen aber 35 W. Zudem sind die Leuchtdioden deutlich robuster
gegenüber Erschütterungen und müssen nicht gewartet werden. Um
die Lichtintensität der LEDs per Pulsbreitenmodulation zu steuern
setzt Continental auf 32-Bit-Chips, die in einem gemäß IP69 ge-
Auf der International CES in Las Vegas zeigte Audi zu Beginn dieses Jahres
in dem Showcar „Audi Sport quattro laserlight concept“ erstmals seinen
Laser-Scheinwerfer.
40
Bild: Hella
Bild: Alfred Vollmer
LED-Matrix-Scheinwerfer enthalten im Innern keine bewegten
Teile, denn zur Steuerung des Lichtkegels schaltet das Steuergerät
selektiv nur bestimmte LEDs ein. Da jede LED ein bestimmtes Segment auf beziehungsweise über der Straße ausleuchtet, lassen sich
damit praktisch beliebige Bereiche der Fahrbahn dynamisch gesteuert ausleuchten. Hella unterteilt das Fernlicht des Audi A8 in
fünf Reflektoren mit jeweils einer Fünf-Chip-LED, wobei jede LED
auf dem 5er-Chip einzeln angesteuert wird, sodass die ECU insgesamt 25 LEDs pro Scheinwerfer nach Bedarf auf- oder abdimmen
kann. Wie ein solches System im Detail arbeiten kann, zeigt der
Beitrag über „Matrix lite“ von Zizala Lichtsysteme ab Seite 44, wobei Matrix lite noch explizit für die Premiumklasse konzipiert ist.
Auf Grund ihrer zahlreichen Vorteile werden LED-Matrix-Lichter
wohl ziemlich bald auch als Option in den ersten MittelklasseFahrzeugen zu finden sein (siehe auch Seite 42).
Das von Hella gelieferte LED-Matrix-Licht im Audi A8 besteht aus fünf
Reflektoren mit jeweils einer Fünf-Chip-LED, sodass pro Scheinwerfer
25 LEDs individuell ansteuerbar sind.
Bild: Opel
Bild: Continental
Optoelektronik
Mit einer verfeinerten Ansteuerung der einzelnen LED-Lichtbündel eines
LED-Matrix-Scheinwerfers besteht schon bald die Möglichkeit, Personen
am Fahrbahnrand gezielt anzuleuchten.
Opel testet derzeit intensiv das LED-Matrix-Licht in Prototypen. Wie dieser
kameragesteuerte Scheinwerfertyp sich im Realverkehr verhält, das sehen
Sie im Video unter infoDIREKT 301AEL0214 auf www.all-electronics.de.
schützten Gehäuse verbaut sind und Temperaturen bis 105 °C vertragen.
Bald werden LED-Matrix-Scheinwerfer auch Personen am
Fahrbahnrand explizit anleuchten, und mithilfe von Daten aus
dem Navigationssystem lässt sich die Strecke per E-HorizonTechnologie noch besser mit vorausschauender Steuerung ausleuchten. Wichtig ist dabei in jedem Fall ein ausgeklügeltes Thermomanagement.
mium-Fahrzeugen“ wie dem A8 erhältlich sein wird. Die Wahrscheinlichkeit ist somit groß, dass Audis Entwicklungsleiter für
den Bereich Licht/Sicht, Dr. Wolfgang Huhn, auf dem 18. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ Anfang Juni
in Ludwigsburg (www.automobil-elektronik-kongress.de) in seinem Vortrag „Licht: Status und Blick in die Zukunft“ auch neue
Details zum Laser-Scheinwerfer präsentieren wird.
Der neue BMW i8 soll in seinen Frontscheinwerfern optional
über Laserscheinwerfer verfügen, die bis zu 600 m weit leuchten.
Die von Hochleistungs-Laserdioden erzeugten, stark gebündelten
Strahlen werden innerhalb des Scheinwerfers durch einen Phosphor-Leuchtstoff in tageslichtähnliches Licht umgewandelt. Systemlieferant ist Osram.
In der Internet-Version dieses Beitrags finden Sie auf www.allelectronics.de unter infoDIREKT 301AEL0214 auch Videos mit
weiteren Details zur Funktionsweise von LED-Scheinwerfern sowie ein Video über den Aufbau des Laserlichts von Audi.
■
Laser-Scheinwerfer
Das Nonplusultra der aktuellen Lichttechnik zeigte Audi auf der
International CES im Januar diesen Jahres mit seinem „Laserlight
Concept“, einer Kombination aus LED- und Laserlicht. Die leistungsstarken Laserdioden sind wesentlich kleiner als LED-Dioden,
ihr Durchmesser beträgt nur wenige Mikrometer. Mit fast 500 m
Reichweite leuchtet das Laser-Fernlicht etwa doppelt so weit und
dreimal so lichtstark wie LED-Fernlicht. Diese Technologie soll
nicht nur im R18 e-tron quattro 2014 auf der Rennstrecke zum
Einsatz kommen. Im Gespräch mit AUTOMOBIL-ELEKTRONIK
sagte Prof. Rupert Stadler, Vorsitzender des Vorstands bei Audi,
dass das Laserlicht innerhalb der nächsten zwei Jahre „in Top-Pre-
Der Autor:
Alfred Vollmer ist Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.
Bild: Valeo
Nicht nur deutsche
Premium-Fahrzeuge
sondern auch der
Cadillac Escalade ist
mit adaptivem Fahrlicht auf Basis von
LED-Matrix-Scheinwerfern ausgestattet.
41
Optoelektronik
Bild 1: Anheben/Absenken des Lichtstrahls mithilfe eines Pixelscheinwerfers; links ohne AFS und rechts mit AFS auf Basis eines Pixelscheinwerfers.
LED-Pixellicht richtig ansteuern
AFS-Frontscheinwerfer auf dem Weg in die Mittelklasse
Adaptive Frontscheinwerfer auf Basis von LED-Matrixlicht stellen den Fahrern das derzeit beste Fahrlicht zur
Verfügung. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt das Potenzial auf und erklärt, welche Ansteuerungstechnik es ermöglicht, diese Beleuchtungstechnik auch jenseits der reinen Premiumklasse einzusetzen.
Autor: Paul Decloedt
L
aut einer Studie der Europäischen Kommission ist die
Wahrscheinlichkeit schwerer Autounfälle außerhalb des
Tageszeitraums um 60 Prozent höher. Um diese alarmierende Zahl zu verringern, wollen die Fahrzeughersteller
wesentlich fortschrittlichere Scheinwerfer und Leuchten in ihre
Autos verbauen. Der folgende Beitrag beschreibt die neuen Pixellichtquellen und deren Ansteuerungsmöglichkeiten. Welche dieser
Lösungen verfügt über das größte Potenzial, um in den Fahrzeugen der nächsten Generation zum Einsatz zu kommen?
In den letzten zehn Jahren haben sich bei der Fahrzeugbeleuchtung einige Veränderungen ergeben. Glühlampen werden immer
häufiger durch LEDs ersetzt. Dies traf zuerst auf weniger für den
Straßenverkehr relevante Bereiche wie die Innenraumbeleuchtung, das Parklicht und Instrumenten-Cluster zu. Seit Kurzem
finden sich LED-Lampen aber auch in den Frontscheinwerfern
von Fahrzeugen der Mittel- und Oberklasse. Selbst für Kleinwagen stehen sie als Sonderzubehör zur Verfügung. Zu den Hauptgründen für diesen Übergang auf LEDs zählen deren höhere Zuverlässigkeit und der geringere Stromverbrauch. Für die Fahrzeugsicherheit ist vor allem die Flexibilität von LED-Beleuchtungen entscheidend, da sich die Ausgangsleistung und somit die
Lichtabgabe jeder LED anpassen lässt.
Mit der Einführung neuer, anpassbarer Optoelektronik haben
sich adaptive Frontscheinwerfer (AFS; Adaptive Front-Lighting
Auf einen Blick
Ansteuerung von Matrix-Scheinwerfern
SDT-Systeme (Systeme mit serieller Ansteuerung) sorgen durch ihren
automatischen Stromgleichlauf für eine effiziente Ansteuerung von
AFS-Systemen mit Pixellicht (Matrix-Scheinwerfer). Mithilfe passender Halbleiterlösungen lässt sich der von den Fahrzeugherstellern
geforderte modulare Ansatz realisieren.
42
331AEL0214
System) etabliert, die eine höhere Sicherheit im Straßenverkehr ermöglichen. Pixelscheinwerfer ermöglichen das Formen eines bestimmten Beleuchtungsstrahls, der die Sicht des Fahrers verbessert. Dabei werden einzelne LED-Emitter in der Gesamtanordnung aktiviert, deaktiviert oder gedimmt, um ein AFS-Lichtprofil
zu formen, das genau den Anforderungen an jedem Punkt der
Fahrt entspricht.
Im Vergleich zu AFS-Systemen mit herkömmlichen Glühlampen, die auf einer motorgesteuerten Justierung des Lichtstrahls basieren, ist die Steuerung mehrerer LED-Emitter mit Pixellicht wesentlich effektiver. Durch die Nutzung des im Fahrzeug integrierten
GPS lässt sich die Lichtabgabe der Emitter regeln, um einen Lichtstrahl zu formen, der Kurven besser ausleuchtet und bei Hügeln/
Senken für ein Anheben beziehungsweise Absenken des Lichtstrahls sorgt (Bild 1). In Kombination mit Bildverarbeitungssystemen lassen sich so Verkehrszeichen, Fußgänger und andere Objekte
in Sichtweite des Fahrers besser ausleuchten und gleichzeitig die
Blendung des Gegenverkehrs verringern. Bild 2 zeigt, wie der Bereich eines entgegenkommenden Fahrzeugs von der Beleuchtung
ausgespart werden kann, um die Blendwirkung zu verringern.
Da LED-AFS-Scheinwerfer Pixellicht verwenden, das ein Formen
und Schwenken des Lichtstrahls auf Emitterebene ermöglicht, erübrigt sich der bei konventionellen AFS-Systemen erforderliche
Motor zur mechanischen Umlenkung des Lichtstrahls. Mit Pixellicht lässt sich auch die Strahlform ändern, womit auch der Motor
für diese Funktion entfällt. Durch eine adaptive Hell-DunkelGrenze (ACOL; Adaptive Cut Off Line) ist zwar eine höhere Pixelzahl im Frontscheinwerfer erforderlich, aber ein Nivellierungsmotor ist beim LED-Licht nicht notwendig.
Ansteuerung von Pixellicht
Für Pixellicht-AFS-Systeme gibt es zwei grundlegende Ansteuerungs-Topologien: Für Systeme mit paralleler Ansteuerung (PDT;
Parallel Drive Topology) dient ein hochleistungsfähiger Abwärtswandler als Stromquelle, und jeder LED-Emitter ist an die Hochstromschiene der PDT angeschlossen. Abweichungen der elektriwww.automobil-elektronik.de
Optoelektronik
Body
CAN
IString
LED
Strings
BCU (LCU)
CAN
Serial LED
Standard LED
Ballast for Serial Strings
Strings
VBatt
LED
Ballast
CAN
Pixel
Controller
Windows
PC (GUI)
Pixel Bus
Interface
Bild 2: Weiterentwicklung der Ansteuerung; links ein PDT-System,
rechts ein SDT-System.
schen Eigenschaften jedes Emitters haben erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtleistung der Beleuchtung. Da bei der AnodenKathoden-Spannung der Emitter beträchtliche Unterschiede
bestehen können, muss viel Wärme abgeführt werden. Damit erhöht sich der Stromverbrauch und umfangreiche Wärmemanagement-Maßnahmen sind erforderlich, was wiederum die Kosten
und den Platzbedarf erhöht. Es ist daher unwahrscheinlich, dass
diese Topologie weit verbreiteten Einzug in AFS-Systeme hält, solange kein besserer LED-Gleichlauf möglich wird.
SDT als Favorit
Im Gegensatz zur PDT-Topologie, bei der eine konstante Stromquelle pro LED-Emitter vorliegt, weisen Systeme mit serieller Ansteuerung (SDT; Serial Drive Topology) zwei Anschlüsse pro LEDStrang auf. Ein LED-Strang-Treiber stellt sicher, dass zu jedem der
Stränge ein konstanter Strom fließt. Die einzelnen Emitter im Pixel-Array werden deaktiviert/gedimmt, um so die Form des Lichtstrahls über Kurzschlussschalter zu verändern. Wird ein Companion-Chip mit eingebracht, dann lassen sich durch Systempartitionierung der hohe Stromverbrauch und die WärmemanagementMaßnahmen paralleler Topologien vermeiden. Da die serielle
Variante eine Konstantstromquelle pro String erlaubt, ist im Gegensatz zur PDT keine Stromanpassung erforderlich, was eindeutig Kostenvorteile mit sich bringt.
SDT scheint somit die bessere Topologie zur Ansteuerung für
AFS-Systeme mit Pixellicht zu sein. Damit diese Systeme in den
Bilder: ON Semiconductor
HV Rail
Pixel
Controller
Buffered
HV Rail
Constant
Current
Sources
Pixel
Controller
VBatt
Boost
Conv.
Pixel
Controller
Bild 3: Pixel-Controller mit Systempartitionierung.
nächsten Jahren zur Standardausstattung in Fahrzeugen werden
können, müssen sie allerdings mithilfe einer äußerst kosteneffizienten modularen Elektronik implementiert werden. Der BoostBuck-LED-Treiber NCV78763 von ON Semiconductor bildet die
Stromquelle für das System. Der hochintegrierte Baustein wird
durch einen kombinierten Pixel-Controller-/Companion-Baustein
unterstützt, wobei der modulare Aufbau gut zur Produktentwicklungsstrategie der Fahrzeughersteller passt. Er senkt die Bauteilkosten, rationalisiert die Umsetzung und beschleunigt das Systemdesign sowie die Implementierung.
Mit Pixel punkten
Die hohe Funktionalität, das schnelle Schalten und die bessere
Performance von Pixellicht bietet unter allen möglichen Fahrbedingungen enormes Potenzial, die Sicherheit auf unseren Straßen
zu verbessern. Die Lichtstrahlen der Scheinwerfer lassen sich zur
am besten geeigneten Form ausrichten oder biegen, um so eine
genauere und reaktionsschnellere Ausleuchtung zu ermöglichen.
Zudem besteht die Möglichkeit, je nach Bedarf mehrere Blindbereiche innerhalb des Lichtstrahls einzufügen. Dies ist nun ohne
Motoren (und deren Treiber-ICs und ähnlichen Zusatzkomponenten) möglich. Die Elektronik, die dann für die Frontscheinwerfer erforderlich ist, kann weniger komplex ausfallen, und die
Stückliste fällt kleiner aus. (av)
n
Der Autor: Paul Decloedt arbeitet bei ON Semiconductor.
Bild 4: AFS-Systeme ermöglichen das dynamische Ausblenden von Teilbereichen, sodass der Gegenverkehr trotz eingeschaltetem Fernlicht nicht geblendet wird.
43
Optoelektronik
Die LED-Matrix-Lite-Module werden entweder zwei-, drei-, vier- oder sechsfach verbaut.
Matrix-Lite für Premium-Autos
Intelligentes LED-Lichtsystem
LED-Lichtquellen in Scheinwerfern erzielen höhere Lebensdauer, angenehmere Farbtemperaturen und außergewöhnlichere Designs als konventionelle Technologien. Zusätzlich lassen sich nützliche Funktionen wie aktives
Kurvenlicht oder adaptives Fernlicht erzeugen. In der Umsetzung stellen sich aber viele Fragen: Wie garantiert
man eine homogene Lichtverteilung und ermöglicht zugleich neue Designs, wie lässt sich das System skalierbar
gestalten? AUTOMOBIL-ELEKTRONIK liefert die Antworten auf diese Fragen.
Autoren: DI Gerald Böhm, DI Christian Bemmer, DI Andreas Moser
D
ynamische Lichtfunktionen wie das Kurvenlicht benötigten bisher entsprechende Lichtquellen und eine automatische Steuerung durch geeignete elektromechanische
und optische Systeme. Adaptive und Kurven-Lichtverteilungen, wie sie bei Xenon-Systemen zum Einsatz kommen, sind
mittlerweile in vielen Mittel- und Oberklasse-Fahrzeugen zu finden. Bisher wurde die Lichtverteilung aber nur mechanisch geschwenkt und der Hell-Dunkel-Übergang des Abblendlichtes an
die Fahrsituation angepasst.
Gezielte Anpassung
Mit dem Matrix-Lite-Konzept ist es möglich, sowohl Abblend- als
auch Fernlicht an vorausfahrende und entgegenkommende Fahrzeuge sowie andere Verkehrsteilnehmer gezielt anzupassen. HighPower-LEDs ermöglichen solche Funktionen ohne den Einsatz beweglicher Teile. Bisher wurden mehrere solcher Konzepte als „LED
Matrix Licht“ oder „Pixel Light“ vorgestellt. Das neuartige MatrixLED-System von ZKW unterscheidet sich wesentlich von bisher
vorgestellten Konzepten. Es bietet deutliche Vorteile in Hinblick auf
Styling, Funktionalität und Skalierbarkeit und kommt mit handels44
üblichen LED-Leuchtmitteln aus. Basis ist ein modularer Ansatz,
bei dem mehrere Projektionsmodule zu einem Gesamtsystem kombiniert werden. Anzahl und Aufbau der Module bestimmen die
Funktionen und Leistung des Systems, das sich so an verschiedene
Anforderungen unterschiedlicher Fahrzeugklassen anpassen lässt.
Auf einen Blick
LED-Matrix-Licht
Matrix-Systeme für LED-Hauptscheinwerfer vereinfachen drastisch
die Scheinwerferarchitektur und werden zukünftig auch für die Mittelklasse und sogar Kleinwagen attraktiv sein. Das modulare LEDMatrix-Lite bietet aus einem standardisierten Baukasten Lösungen
für diese Anforderungen, um so Anpassungen in punkto Lichtperformance, Segmentanzahl, Winkelauflösung und Scheinwerfer-Design
zu erzielen.
332AEL0214
Optoelektronik
Technische Anforderungen: Licht-Performance
Bild 1: Modul 1.
Erster Schritt in der Umsetzung des Konzepts war eine segmentierte Fernlichtverteilung. Das neu entwickelte LED-System sollte
eine deutlich höhere Funktionalität als bisherige High-End-AFS
(Adaptive Fernlicht-Systeme) und eine zumindest gleichwertige
Licht-Performance aufweisen. Ziel war eine Fahrlichtverteilung
mit mehr als 1600 Lumen Lichtstrom, mindestens je 800 lm bei
Abblend- und Fernlicht, maximal 120 Lux Intensität sowie zirka
20° Breite und 5° Höhe der Lichtverteilung.
Segmentierung der Lichtverteilung
Bild 2: Modul 2.
Bei Matrix-Systemen ist die Segmentierung grundlegend und damit die Anzahl der Segmente/Pixel sowie die Auflösung in der
Lichtverteilung als Schrittweite zwischen den Segmenten. Bei
HID-AFS-Xenon-Systemen kann man im Teilfernlicht-Modus die
vertikale Hell-Dunkel-Grenze nahezu stufenlos anpassen. Beim
Matrix-System gilt es einen Kompromiss zwischen Auflösung der
Segmente, Komplexität der Ansteuerung und Effizienz zu finden.
Dazu wurde eine horizontale Auflösung von etwa 1,5° als optimal
ermittelt. Eine weitere Herausforderung bestand darin, die Lichtverteilung aus scharf abgegrenzten Segmenten aufzubauen und
zugleich eine homogene Gesamtlichtverteilung zu erzielen.
Das Matrix-Lite-Konzept
Bild 3: Modul 3.
Bild 4: Modul 4.
Basis des Matrix-Lite-Konzepts sind marktübliche LED-Lichtquellen. Im ersten Entwicklungsschritt hatten die Entwickler eine
horizontal segmentierte Fernlichtverteilung mit möglichst
scharfkantigen senkrechten Segmentgrenzen angepeilt, um eine
den HID-Linsensystemen ähnliche Ausleuchtung mit hoher Intensität zu erreichen. Durch die mit 1,5° segmentierte Lichtverteilung lässt sich über eine Intensitätsteigerung bei nur einem
Segment ein Markierungslicht für Objekte mit Gefahrenpoten
zial erreichen.
Selbst bei voll aktiviertem Fernlicht ist dieser Markierungseffekt sichtbar. Das nutzbare Ergebnis ist ein dynamisiertes, blendfreies Fernlicht, das nur durch Dimmen, also ganz ohne mechanische Komponenten, eine maximale Ausleuchtung erzielt. Das
Bild 8: Modulaufbau mit Linsen.
Bild 5: Kombination
der Module 1 und 3.
Bilder: Zizala Lichtsystem
Bild 6: Kombination
der Module 2 und 4.
Bild 7: Die Module
(1+3) sowie (2+4)
kombiniert.
45
Optoelektronik
Einheiten (Bilder 3 und 4) die Matrix-Lite-Elemente. Diese zusätzlichen Module sind um eine halbe Segmentbreite versetzt angeordnet (Bilder 5 bis 7). Das halbiert die laterale Auflösung und verbessert die Homogenität der gesamten Lichtverteilung.
Primär- und Sekundäroptiken
Bild 9: Lichtverteilung des linken
Scheinwerfers.
Bild 10: Lichtverteilung des rechten
Scheinwerfers.
Bild 11: Lichtverteilung der beiden Scheinwerfer in Summe.
Das Matrix-Lite-Konzept verwendet Primär- und Sekundäroptiken (Bild 8). Die Primäroptiken erzeugen die scharf begrenzten
vertikalen Segmente mit definierter Lichtverteilung, die mittels
Projektionslinsen (Sekundäroptik) abgebildet werden. So können Linsen mit kurzer Brennweite zum Einsatz kommen, was
wiederum sehr kleine Modulabmessungen mit hohem Wirkungsgrad zur Folge hat.
Spezielle Mikrostrukturen auf den Linsenoberflächen sorgen für
weiche Hell-Dunkel-Linien, um die Homogenität der gesamten
Lichtverteilung sowie die chromatische Aberration zu verbessern.
Die Module sind prinzipiell gleich aufgebaut; das ergibt geringe
Komplexität und hohe Funktionalität.
Wie in anderen Systemen auch wird beim Matrix-Lite aus einem
Scheinwerfer jeweils nur eine Hälfte der Lichtverteilung generiert
(Bilder 9 und 10) und die Überlappung im Zentrum (Bild 11) auf
ein Minimum reduziert. Je nach Primäroptiken und Maßstab der
Projektionslinsen lässt sich die Segmentbreite variieren und eine
optimale Ausleuchtung des Verkehrsumfeldes ohne Blendungsgefahr erzielen (Bild 12). Mit der 1,5° breiten Segmentierung erreicht
man einen nahe an die anderen Verkehrsteilnehmer angepassten
Schattenbereich bei maximaler restlicher Ausleuchtung. Auch ein
gleichzeitiges Ausblenden von mehreren Hindernissen ist möglich. Entgegenkommende Fahrzeuge nehmen die dynamischen
Schaltprozesse nicht wahr.
Styling, Funktionalität und Skalierbarkeit
Bild 12: Lichtverteilung bei Ausblendung eines Segments.
System warnt durch eine markierende Objektbeleuchtung auch
vor potenziellen Gefahrenobjekten, die das Kamerasystem detektiert hat.
LED und LED-Bestückung
Ausreichend leuchtstarke LEDs begrenzen den kleinstmöglichen
Abstand zweier Segmente auf einige Millimeter. Standard-LEDs
lassen sich daher nicht zu einer homogen leuchtenden Fläche verbinden. Die Lichtverteilung des Matrix-Lite-Projektionsmoduls ist
gezielt durch Lücken unterbrochen, und die LED-Chips sind mit
deutlich größerem Abstand auf der Platine positioniert, um so eine
industrielle Umsetzung zu erreichen. Der Abstand zwischen den
LED-Chips verringert die Wärmebelastung der LEDs, während
der Kühlungsaufwand sinkt und die Performance sowie die Lebensdauer der LEDs steigen.
Matrix-Lite-Lichttechnik (Segmentierung, Performance)
Die gesamte Lichtverteilung ergibt sich durch Überlagerung von
Lichtanteilen der Matrix-Lite-Module. Das erste Matrix-Modul
(Bild 1) liefert mehrere Lichtsegmente mit dazwischen liegenden
gleich großen „Segment-Lücken“. Diese Lücken schließt ein weiteres gleichartiges Modul (Bild 2), das um eine Segmentbreite versetzt ist. So erreicht man trotz relativ großer LED-Abmessungen
Segmentgrößen mit wenigen Grad lateraler Breite.
Um die Auflösung des Systems weiter zu erhöhen und toleranzbedingte Ungenauigkeiten auszugleichen, ergänzen zwei weitere
46
LED-Hauptscheinwerfer müssen nicht nur Styling-Anforderungen erfüllen, um eindeutig Technologie und Marke zu vertreten,
sondern auch technologisch hochwertige Funktionalitäten bieten
und an unterschiedliche Baureihen anpassbar sein. Matrix-Systeme vereinfachen drastisch die Scheinwerferarchitektur und werden zukünftig auch für die Mittelklasse und sogar Kleinwagen attraktiv sein. Ebenso wird reiner Abblendlichtbetrieb außerstädtisch kaum noch zur Anwendung kommen. Durch das dynamische Fernlicht besteht die Möglichkeit, auf ein mechanisches
Schwenken des Abblendlichtes in Kurven zu verzichten.
Bei Stadtfahrzeugen ist das Fernlicht weniger wichtig, aber ein
dynamisches Abblendlicht kann auch hier zu mehr Sicherheit
beitragen. Das modulare LED-Matrix-Lite bietet Lösungen für
diese Anforderungen aus einem standardisierten Baukasten. Dabei werden die Module entweder zwei-, drei-, vier- oder sechsfach verbaut (siehe Schwarzweißbilder) und Lichtperformance,
Segmentanzahl, Winkelauflösung sowie Design des Scheinwerfers einfach angepasst. (av)
n
Die Autoren:
DI Gerald Böhm ist Abteilungsleiter Vorentwicklung bei der Zizala
Lichtsysteme GmbH in A-Wieselburg.
DI Christian Bemmer ist Projektleiter Vorentwicklung bei der
Zizala Lichtsysteme GmbH in A-Wieselburg.
DI Andreas Moser ist Gruppenleiter Lichttechnik-Module bei der
Zizala Lichtsysteme GmbH in A-Wieselburg.
Optoelektronik
Neue Produkte
Am Arbeitsplatz des Entwicklers
Bild: Langer EMV-Technik
Entstörung von Baugruppen und Geräten
Mit dem ESA von Langer EMVTechnik entfällt das umständliche
und zeitaufwändige Organisieren
beziehungsweise Nutzen von
EMV-Räumen oder EMV-Kammern, denn ESA1 ermöglicht entwicklungsbegleitende Messungen direkt am Arbeitsplatz des
Entwicklers während des gesamten Entwicklungsprozesses. Damit lassen sich EMV-Maßnahmen
sofort analysieren. Die mit dem
ESA1 durchgeführten EMV-Messungen sind der Fernfeldmessung
ähnlich, sodass sich Verbesserun-
gen des Prüflings, die mit dem
ESA1 ermittelt und anschließend
umgesetzt wurden, proportional
auf das Ergebnis der Fernfeldmessung auswirken. Das ESA1
besteht aus einer geschirmten
Kabine (Schirmzelt) mit gefilterten
Durchführungen zum Anschluss
von Messgeräten, Stromversorgung und anderen nach außen.
Zum ESA1 gehören weiterhin ein
Stromwandler, eine HF-Ableitung
und einige Nahfeldsonden.
Jetzt auch gebogene Module
Bild: Hella
OLEDs fürs Auto
Durch den Einsatz organischer
Leuchtdioden (OLEDs) im Automobil werden sich beim Lichtdesign bereits in naher Zukunft eine
Vielzahl neuer Gestaltungsmöglichkeiten ergeben. So hat Hella
jetzt gebogene OLED-Module in
einem Heckleuchten-Prototypen
integriert. Insgesamt 28 dieser
unterschiedlich geformten OLEDModule erzeugen so dreidimensionale, leuchtende Strukturen. Das
in Kooperation mit
den beiden Unternehmen BMW und
LG Chem entstandene Designmuster war erstmals
auf der Messe
Light + Building zu
sehen. Organische
Leuchtdioden bestehen aus ultradünnen, organischen Halbleiterschichten, die
diffuses, homogenes sowie
blendfreies Licht emittieren. Im
Gegensatz zur LED, die Licht
punktuell emittiert, ergeben sich
durch den flächenförmigen Charakter der OLED vielfältige neue
Möglichkeiten in Bezug auf Design und Gestaltung im und am
Automobil.
Elektromobilität
Rosenberger setzt Maßstäbe bei
innovativen Steckverbindersystemen
für Elektromobilitäts-Anwendungen:
- Elektro- und Hybridfahrzeuge:
HVR®-Hochvolt-Steckverbinder zur
Hochspannungsübertragung (Strombelastung bis max. 200 A)
- LEVs (Light Electric Vehicles):
RoPD®-Magnet-Steckverbindungen für
Strom- und Datenübertragung in LEVs,
z. B. Pedelecs, Elektro-Roller oder
Elektro-Rollstühle
Für Anwendungen wie z. B. GPS, LVDSKameras, digitale Infotainment- oder IEEE
1394-Anwendungen bietet Rosenberger
bewährte Serien wie FAKRA-HF oder
RosenbergerHSD® − für HighSpeed
Daten-Übertragung in erstklassiger
Qualität.
HVR® = High-Voltage Rosenberger Connectors
RoPD® = Rosenberger Power Data Connectors
Exploring New Directions
Rosenberger
Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG
Hauptstraße 1 . D-83413 Fridolng
Tel: + 49 - 8684 - 18 0
Fax: + 49 - 8684 - 18 - 499
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Messen/Testen/Tools
Marktübersicht
Hochvolt-Test
Marktübersicht HV-Testgeräte, Messequipment und Dienstleistungen
Mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs finden sich in modernen Fahrzeugen auch Spannungen jenseits der
magischen 60 Volt: Für diese Hochvolt-Anwendungen brauchen Entwickler und Hersteller passende Testgeräte.
Die Redaktion hat sich am Markt nach Lösungen erkundigt.
Autoren: Achim Leitner und Alfred Vollmer
Unternehmen
ASAP Holding
Systeme
Voll ausgerüstete
HV-MessRacks
LEH-PST
Bertrand
HochspannungsHiL-Systeme
EMOTO-PST
Ja
Messgeräte
KundenATE für HV-An- HV-Multimeter Messysteme für Geräte zur
spezifische wendungen
HV-Batterien
IsolationsHVüberwachung
Prüfstände
EKK-PTC PST End-of-Line(Batterie(Batteriesimulator)
Batterietester simulator)
für CMC
HV-Signalund HVFunktionsgeneratoren
HV-StromElektronische
versorgungen HV-Lasten
Ja
CSM
HV-Temperaturmessmodule
Deutronic
Dewetron
dSPACE
ETAS
Ja
BMS Labcar
Ja
Ja
Ja
BMS Labcar
Ja
Ja
Ja
Datenlogger mit Digital-MultiStrom- und
meter bis
Spannungs1000 V
wandler
Ja
Ja
Isolaltionstester mit
Prüfspannungen bis
5.000 V
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Strom- und
Spannungsmessung
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Federal Mogul
FuelCon
Gigatronik
Heinzinger
Ja
HTV
Ipetronik
Jakob Mooser
Klaric
Ja
Ja
Ja
Elektronische
Lasten mit
maximal 200 V/
200 A DC
Ja
Ja
Ein bis Vierkanalig bis
1000 VDC
Langer EMV
MB-Tech
Phoenix Testlab
Rigol
HV-Multimeter
Rood Microtec
Rosenberger
SAB Bröckskes
SchulzElectronic
SGS
Softing
Regatron, TC.P Höcherl&Hackl,
ZS-Serie
Tektronix
AirbagTestsystem
Digitalmultimeter
Source-MeasureEinheiten, Stromund Spannungsversorgungen
Airbag-Testsystem,
Source-Measure,
Elektro- und Pikoamperemeter
Strom- und
(HV-) Spannungsversorgungen
Source-MeasureEinheiten
Alle Angaben laut Hersteller
48
Bild: © sss78 - Fotolia.com
Messen/Testen/Tools
Marktübersicht
E
in Elektrofahrzeug mit 48 oder 12 V zu betreiben, das verbietet die schlichte Elektrophysik: Die Kabel müssten wohl
armdick sein. Doch Hochspannung im Auto hat auch ihre
Tücken: Jenseits 60 VDC sieht der Gesetzgeber – zu Recht –
eine elektrische Gefährdung durch Körperdurchströmung und
Lichtbogen bei Arbeiten an Fahrzeugen. Also gilt es, hier besonders sorgfältig vorzugehen. Doch auch die Messtechnik muss sich
anpassen: vom einfachen Multimeter bis zum komplexen HiL-
Vierquadranten-HVStromversorgungen
Geräte für
4-DrahtTests (HVKelvin)
Mess-Peripherie
HV-Messboxen HV-Schalter HV-Tastköpfe/
zur Integration für MessProbes, HVin Testfahrzeuge geräte
Messadapter
Prüfadapter fürs
AC/DC-Laden
Ja
HV-Sensorelemente
(Prüfadapter AC/
DC-Laden
Ja
Ja
Prüfstand ist komplett neue Techik gefragt. Die Redaktion der
AUTOMOBIL-ELEKTRONIK hat sich in der Branche umgehört
und eine Übersicht passender Lösungen und Dienstleistungen zusammengestellt. Eine ausführlichere Variante dieser Tabelle mit
zusätzlichen HV-relevanten Produkten und Dienstleistungen ist
unter der angegebenen infoDIREKT-Nummer verfügbar.
■
Dienstleistungen
HV-Test als
Test von HVDienstleistung Batterien
allgemein
End-of-LineBatterietests für
CMC, IGBTVermessungen
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Isolierende
Messsonden
Test der Elektronik, End-ofLine-Batterietester für CMC
Ja
Ja
Ja
ETAS Test
Consulting
333AEL0214
Weitere
Sicherheits- HV-relevante
Training für Produkte und
Personal im Dienstleistungen
HV-Bereich
LEH-Prüfungen, EFK
EMOTOPrüfungen
Test von
HV-Bauelementen
Ja
Ja
Ja
Ja
ETAS Test
Consulting
Ja
Simulation/Emulation
und Test
HV-Thermoleitung von
SAB Bröckskes
Power-Analysator
ETAS Test
Consulting
HV-Kabelschutzschläuche
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
einbaufertige,
komplett vergossene Elektronikkomponente
Steuergerät zur
PWM-Ansteuerung
eines Chopperwiderstandes im 400-VZwischenkreis
HV-Batteriesimulation
Testsysteme für HVDC/DC-Wandler uvm.
Ja, höchste
Dynamik
Strom- und
Spannungsmessung, Logger
Strom- und
Spannungsadapter
Ja
Klari-Probes
HV-Messboxen
Verschiedene
HV-Schalter
Ja
Ja
StromJa
Proben auf
Widerstandmessung
aufgebaut
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Test von HVFahrzeugen,
HV-Antrieben
Test (-30 bis
+50 °C) von
HV-Batterien
Ja
Ja
Sicherheitstraining
EMV-Tests
Kundenspezifische
Adapter; Unterstützung
bei Aufbau und
Konfiguration
EMV-Mess- und
Testsysteme
Umfangreiche
Dienstleistungen
HV-Tastköpfe für
Rigol-Oszilloskope
HV-Tests
Regatron,
TC.GSS
HV-Tests
Qualifikation uvm.
Kalibrierte HVR-Steckverbinder uvm.
HV-Kabel
Regatron, TC.GSS Regatron, TC.P
Ja
SourceMeasureEinheiten
Test (-30 bis
+50 °C) von
HV-Komponenten
Ja
Ja
SourceMeasureEinheiten,
Digitalmultimeter
Matrix- und
MultiplexerUmschaltsysteme
Ja
Ja
Isolierende
Messsonden
ETAS CBN106 &
CBN107
HV-Testbox,
Differenzielle
Tastköpfe
49
Verzeichnisse/Impressum
Inserenten
Berner & Mattner
Titelseite
Continental Automotive
23
dSPACE7
FEV
25, 27
Hella37
Hilscher
11, 12
Linear9
MKU - Metrofunk
3. US
PLS29
International Rectifier
4. US
Rohm13
Rosenberger47
Süddeutscher Verlag
18, 19
Softing5
TRW3
VDE33
Vector
2. US
Dieser Ausgabe liegen Prospekte
folgender Firmen bei:
Euroforum, Düsseldorf (Teilbeilage) und
Süddeutscher Verlag, München bei.
Eberspächer8
Ernst & Young
8
Escrypt
20, 22
ETAS
20, 22, 48
Federal Mogul
48
Ford8
FuelCon48
Fujikura Automotive
8
General Motors
38
Gigatronik48
Gliwa10
Google
8, 31
GSMA26
GS Yuasa
13
Harman8
Heinzinger48
Hella
13, 38, 47
Höcherl&Hackl48
Honda10
HTV48
IAR Systems
24
IBM8
Inchron10
Infineon Techologies
28
International Rectifier
34
Ipetronik48
Jakob Mooser
48
Klaric48
Langer EMV-Technik
47, 48
Leoni10
LG Chem
47
Lithium Energy and Power
13
MB-Tech48
Mentor Graphics
8
Mitsubishi13
Mobileye8
MTA10
Nuance8
NXP Semiconductor
8, 31
ON Semiconductor
42
Opel
8, 38
OTTI10
Paravan8
PCIM10
Phoenix Testlab
48
Preh10
Regatron48
Rigol48
Rinspeed8
Roland Berger Strategy Consultants
8
Rood Microtec
48
Rosenberger48
RWTH Aachen
10
SAB Bröckskes
48
Schulz-Electronic48
SGS48
Silver Atena
14
Softing48
Sysgo26
Technogerma10
Tektronix48
Transparency Market
26
TRW10
TU München
26
Uni Karlsruhe
8
Valeo
10, 38
VDI10
Volkswagen
8, 38
Volvo10
XS Embedded
8
ZF10
Zizala Lichtsysteme
38, 44
ZVEI6
Unternehmen
Absint10
Airbus26
ARM26
ASAP Holding
48
Assystem
3, 14
Aston Martin
10
Audi
8, 38
Bang & Olufsen
10
Berner & Mattner
14
Bertrand48
BFFT10
BMW
8, 10, 13, 38, 47
Boeing26
Bosch
8, 10, 13, 38
Brilliance8
Cadillac38
Car-to-Go26
Cohda Wireless
31
Continental
8, 10, 26, 31, 38
CSM48
Daimler
10, 31, 38
Delphi6
Deutronic48
Dewetron48
dSPACE
10, 48
Impressum
ISSN 0939-5326
12. Jahrgang 2014
REDAKTION
IHRE KONTAKTE:
Redaktion: Tel: +49 (0) 8191 125-403, Fax: -141
Anzeigen: Tel: +49 (0) 6221 489-363, Fax: -482
Abonnement- und Leser-Service:
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Redaktion:
Dipl.-Ing. Alfred Vollmer (av), freier Mitarbeiter
Tel: +49 (0) 89 60 66 85 79, E-Mail: [email protected]
Erscheinungsweise: 6 x jährlich
Dipl.-Ing. Hans Jaschinski (jj)
Tel: +49 (0) 6221 489-260, E-Mail: [email protected]
Redaktion all-electronics:
Melanie Feldmann (mf), Tel: +49 (0) 6221 489-463
Andrea Hackbarth (ah), Tel: +49 (0) 8191 125-243
Stefan Kuppinger (sk), Tel: +49 (0) 6221 489-308
Ina Susanne Rao (rao), Tel: +49 (0) 8191 125-494
Office Manager und Sonderdruckservice:
Waltraud Müller, Tel: +49 (0) 8191 125-408,
Verlag
Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg
Tel: +49 (0) 6221 489-0, Fax: +49 (0) 6221 489-482,
www.huethig.de, Amtsgericht Mannheim HRB 703044
Geschäftsführung: Fabian Müller
Verlagsleitung: Rainer Simon
Produktmanager Online: Philip Fischer
Anzeigenleitung:
Frank Henning, Tel: +49 (0) 6221 489-363,
Anzeigendisposition:
Angelika Scheffler, Tel: +49 (0) 6221 489-392,
Zur Zeit gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 12 vom 01.10. 2013
vertrieb
Vertriebsleitung:
Thomas Kratzer
Abonnement:
http://www.automobil-elelektronik.de/abo/
Jahresabonnement (inkl. Versandkosten) Inland € 104,86
Ausland € 112,35; Einzelheft € 19,– zzgl. Versandkosten.
Der Studentenrabatt beträgt 35 %.
Alle Preise verstehen sich inkl. MwSt.
50
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Herstellungsleitung Fachzeitschriften: Horst Althammer
Art Director: Jürgen Claus
Layout und Druckvorstufe: Cornelia Roth
Druck: Kessler Druck + Medien, 86399 Bobingen
Anzeigen
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Schweiz, Liechtenstein:
Holger Wald, Hüthig GmbH, Im Weiher 10, 69121 Heidelberg
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> 2014
www.metrofunk.de
Sorten isolierte Leitungen
Handbuch (232 Seiten) kostenlos
METROFUNKKABELUNION GmbH
Postfach 41 01 09
12111 Berlin (Steglitz)
Fon: 030 790186-0
Fax: 030 790186-77
Ultra-niedriger RDS(ON)
Automotive COOLiRFET™
Gehäuse
D PAK-7P
2
D2PAK
TO-262
TO-220
DPAK
IPAK
RDS(on) Max@
QG Typ
ID Max
RthjC
10Vgs (mΩ)
(nc)
(A)
Max
0.75
305
240
0.40˚C/W
AUIRFS8409-7P
1.0
210
240
0.51˚C/W
AUIRFS8408-7P
1.3
150
240
0.65˚C/W
AUIRFS8407-7P
1.2
300
195
0.40˚C/W
AUIRFS8409
1.6
216
195
0.51˚C/W
AUIRFS8408
1.8
150
195
0.65˚C/W
AUIRFS8407
2.3
107
120
0.92˚C/W
AUIRFS8405
Die neue, nach AEC-Q101 qualifizierte
COOLiRFET™-Technologie von International
Rectifier setzt mit ihrem ultra-niedrigen
RDS(on) neue Maßstäbe. Die fortschrittliche
Silizium-Trench-Technologie wurde speziell
für die Anforderungen von Applikationen im
Hochlast-Automotive-Bereich entwickelt.
Sie bietet eine Reihe von Vorteilen auf
Systemebene, und zwar infolge eines
überlegenen RDS(on), einer robusten
Avalanche-Performance sowie eines
weiten Spektrums von Gehäuse-Optionen.
3.3
62
120
1.52˚C/W
AUIRFS8403
Die Vorteile von COOLiRFET™:
1.2
300
195
0.40˚C/W
AUIRFSL8409
1.6
216
195
0.51˚C/W
AUIRFSL8408
1.8
150
195
0.65˚C/W
AUIRFSL8407
2.3
107
120
0.92˚C/W
AUIRFSL8405
• Benchmark-RDS(on)
• AEC-Q101 qualiﬁziert
• Hohe Strombelastbarkeit
• Robuste Avalanche-Performance
3.3
62
120
1.52˚C/W
AUIRFSL8403
1.3
300
195
0.40 ˚C/W
AUIRFB8409
2.0
150
195
0.65 ˚C/W
AUIRFB8407
2.5
107
120
0.92 ˚C/W
AUIRFB8405
1.98
103
100
0.92 ˚C/W
AUIRFR8405
Bauteilnummer
3.1
66
100
1.52 ˚C/W
AUIRFR8403
4.25
42
100
1.90 ˚C/W
AUIRFR8401
1.98
103
100
0.92 ˚C/W
AUIRFU8405
3.1
66
100
1.52 ˚C/W
AUIRFU8403
4.25
42
100
1.90 ˚C/W
AUIRFU8401
Für weitere Informationen sind wir unter +49 (0) 6102 884 311
erreichbar oder besuchen Sie uns unter www.irf.com
Key Applications:
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• Batterieschalter
• Pumpen
• Aktuatoren
• Ventilatoren
• Schwerlast-Applikationen
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