Mit Zonensteuergeräten treibt Continental serverbasierte Fahrzeugarchitekturen voran

Je eine ZCU bündelt alle elektronischen und elektrischen Verbindungen in einem lokalen Teilbereich des Fahrzeugs. So sind ZCUs beispielsweise für alle Dienste- und Datenmanagementaufgaben im Fahrzeugbereich vorn rechts bzw. links oder im Fahrzeugheck zuständig. Damit optimieren sich Datenstrecken zwischen ZCUs und Elektronikkomponenten wie etwa Sensoren und Aktoren einer physischen Zone. Statt bis zu hundert oder sogar noch mehr einzelner Steuergeräte wie bisher entsteht eine Architektur, die Komplexität reduziert und zugleich Gewicht einspart und damit den CO2-Ausstoß reduziert. Dadurch lässt sich der hochkomplexe Kabelbaum in modernen Fahrzeugen so weit verschlanken, dass Fahrzeughersteller ihn künftig automatisiert einbauen können.

Die ZCUs sind in der Regel jeweils durch eine leistungsfähige Ethernet-Verbindung mit dem zuständigen Hochleistungsrechner verbunden und unterstützen dabei Merkmale der Hochleistungsrechner, wie die Trennung von Hard- und Software sowie eine optimale Cybersecurity und Updatefähigkeit. Zugleich sind sie für Spezialaufgaben wie Ansteuerung, Echtzeitfunktionen, Signal zu Service-Wandlung, Kommunikationsmanagement und dezentrale Energieversorgung zuständig.

Es ist ein strukturierter Neubeginn: Wo bisher einzelne Funktionen oder Funktionsbereiche in einzelnen Steuergeräten ins Fahrzeug integriert wurden, wird nun neu gedacht. In dem Maße, in dem das Fahrzeug stärker durch Software definiert und zum Teil des Internet of Things (IoT) wird, erweist sich die komplexe E/E-Architektur mit vielen eingebetteten Systemen als ungeeignet. Die Lösung liegt in einer aufgeräumten Architektur mit nur drei Ebenen: An der „Basis“ arbeiten einzelne Sensoren und Aktoren. Darüber liegt die mittlere Ebene der ortsnahen Ansteuerung und des Software- sowie Datenmanagements. Diese Ebene der ZCU hat eine Besonderheit: Hier verschmelzen Datenflüsse aus unterschiedlichen Domänen und werden koordiniert an die oberste Steuerungsebene aus wenigen Hochleistungsrechnern weitergegeben.

Im Gegenzug sorgen die ZCUs als Mittler für die Ausführung der Befehle von der Serverebene. Auch die Energieversorgung der Steuergeräte in der Peripherie und die elektrische Absicherung von bis zu 40 Ampere kann die ZCU leisten. Für künftige 48-Volt-Bordnetze bieten ZCUs ebenfalls eine Lösung. Natürlich unterstützen die ZCUs Anforderungen der funktionalen Sicherheit sowie die Regeln der sogenannten Safety Elements out of Context (SEooC) für die Wiederverwendung von (Software-)Komponenten in anderen Fahrzeugen.

„Eine ZCU ist quasi das maßgeschneiderte Arbeitspferd und Gateway im Fahrzeug. Diese neue Architektur vereinfacht den Kabelbaum erheblich und spart so Gewicht. Durch die klare Aufgabenteilung, eine Trennung von Hard- und Software und eine Standardisierung von Schnittstellen lässt sich die wachsende Komplexität und der geradezu explodierende Softwareumfang im Fahrzeug viel besser beherrschen“, erläutert Dragos Bohotineanu, Leiter der Produktgruppe ZCU des Geschäftsfelds Architecture and Networking bei Continental.

Als lokale Datenknoten vereinfachen die ZCUs das Datenmanagement und die Bereitstellung von Diensten. Auch die sichere Installation neuer Updates, die „over the air“ ins Fahrzeug gelangen, werden von den ZCUs unterstützt. Dafür sorgen spezielle Cybersecurity-Elemente. Mit dem modularen Aufbau der Plattform besteht die Freiheit, die jeweilige ZCU optimal an die spezifischen Anforderungen einer Anwendung anzupassen.

Weil bewährte Anwendungssoftware in neuen Fahrzeugmodellen weiterverwendet werden kann, sinkt der Validierungsaufwand und die Entwicklung beschleunigt sich – damit ließe sich die Markteinführungsgeschwindigkeit beschleunigen. „So unterstützen wir unsere Kunden mit unserer Plattform für Zone Control Units dabei, Komplexität zu beherrschen und zu minimieren“, sagt Bohotineanu. Das Potenzial, die E/E-Architektur der softwaredefinierten Fahrzeuge immer effizienter zu gestalten, wird die Relevanz dieser Produktlösung in Zukunft weiter steigern.