Future Motion System – Die Bewegungssteuerung von Fahrzeugen nimmt Fahrt auf
Die neue zentralisierte Fahrzeug-E/E-Architektur ebnet den Weg für neue Systemfunktionen: Modularisierung, Zentralisierung, Skalierbarkeit, standardisierte Schnittstellen, Portabilität und Hardwareunabhängigkeit. Software beginnt, Hardware-Kenndaten zu definieren – statt umgekehrt. Mit der zunehmenden Komplexität neuer Fahrzeuge wird eine wachsende Zahl herkömmlicher Steuergeräte nicht mehr zu managen sein. Stattdessen werden mehr und mehr Steuergeräte – und vor allem deren Softwareinhalte – teilweise in die neue Fahrzeug-E/E-Architektur integriert werden. Eine Kombination aus traditionellen Steuergeräten und Domain Controllern (für die Sicherheitsanforderungen der Redundanz) zusammen mit Hochleistungscomputern (HPCs) wird aktualisierbare Softwaremodule enthalten, die in verschiedenen Fahrzeugen wiederverwendet werden können. Dies ist besonders relevant für das Automatisierte Fahren (Automated Driving, AD), da domänenübergreifende Längs-, Quer- und Vertikal-Motion-Control-Funktionen innerhalb des SensePlanAct-Ansatzes eine neue Systemarchitektur erfordern: das Future Motion System.
Weitere Motion-Control-Funktionen
In früheren Fahrzeuggenerationen waren Hard- und Software fest miteinander „verheiratet“. Jede Funktion hatte ihr „eigenes“ Steuergerät. Mit der Entwicklung von Unterstützungs- und Sicherheitsfunktionen für manuelles Fahren (wie Berg-Anfahrassistent oder Antiblockiersystem) zu fortschrittlicheren Funktionen für assistiertes Fahren (z.B. Adaptive Geschwindigkeitsregelung oder Spurhalteassistent) wurde die Fahrzeug-E/E-Architektur zu einem komplexen Netzwerk von speziellen Steuergeräten mit weit verteilten Funktionseinheiten, die alle einem gemeinsamen Ziel dienen: die Fahrzeugbewegung in der aktuellen Fahrsituation komfortabel und sicher zu steuern.
Mit einer begrenzten Anzahl an Funktionen hat diese Architektur auch gut funktioniert. Steigt jedoch die Zahl der assistierten, automatisierten und autonomen Fahrfunktionen – und genau das passiert stetig – wird die wachsende Komplexität durch das Hinzufügen weiterer Hardware nicht mehr reibungslos bewältigt. In Anbetracht der großen Vielfalt an verfügbaren Bewegungsaktoren (Bremsen, Lenkung, Motoren, Dämpfer, Federn, ...), die für diese Funktionen genutzt werden können, ist der notwendige nächste Schritt die Verfolgung eines alternativen Ansatzes. Ein Future Motion System ist erforderlich, um alle Ebenen der Längs-, Quer- und Vertikalbewegung des Fahrzeugs zu bewältigen.
Eine zentralisierte E/E-Architektur mit einem Server pro Domain/Funktionsbereich ist die neue Antwort auf die stetig wachsende Komplexität. Frühere Einzelsysteme/Steuergeräte werden so zu Funktionsbausteinen, die auf einem Server gehostet werden. Die daraus resultierenden validierten Module werden skalierbar und portabel sein – sie können in vielen potenziellen Hosts wiederverwendet werden, je nach Bedarf in der gegebenen fahrzeugspezifischen E/E-Architektur. Diese Art der Zentralisierung und Auflösung von Funktionseinheiten („Boxen“) reduziert die Komplexität der Bewegungssteuerung von Fahrzeugen.
Für das automatisierte Fahren ist diese architektonische Revolution unerlässlich: Die Fahrzeugbewegung in der Längs-, Quer- und Vertikaldimension ist integraler Bestandteil des SensePlanAct-Ansatzes von Continental. Neben „Perception“ und „Driving Strategy“ ist „Motion Control“ einer von drei Aspekten, die assistiertes, automatisiertes und autonomes Fahren überhaupt erst möglich machen!
Das Future Motion System
Motiviert wird die wachsende Zahl an Motion-Control-Funktionen durch Ziele im Bereich Cruisen, Manövrieren und Sicherheit – auf dem Weg zur Vision Zero, dem ultimativen Ziel des unfallfreien Fahrens. Alle diese Funktionen versuchen, die Fahrzeugbewegung zu beeinflussen. Wenn dies über Domänengrenzen hinweg geschieht, ist ein innovativer Ansatz umso wichtiger. Diese domänenübergreifende Vernetzung erfordert Koordination, Kommunikation, Erweiterbarkeit und Updatefähigkeit.
Das Future Motion System besteht überwiegend aus funktionalen Softwarebausteinen – statt aus vielen Hardware-„Boxen“. Es kann in verschiedene Hardwareprodukte wie zentrale Serverplattformen, intelligente Sensoren oder Aktoren integriert werden. Mit diesem Ansatz ist es möglich, perfekt zugeschnittene Lösungen für unterschiedliche Anforderungen anzubieten. Mit dem Potenzial steigender Rechenleistung arbeiten die Continental-Experten bereits an der nächsten Stufe des Systemdesigns: Zukünftige Fahrzeugsysteme werden keine mechanischen Rückfallebenen für Pedale und Lenkung haben. Stattdessen bieten sie mehr Freiheit bei der Zuordnung von Komponenten im Fahrzeug – was auch neue Innenraumdesigns zukünftiger Autos unterstützt.
Als Kommandozentrale wird das gesamte Future Motion System aus mehreren funktionalen Bausteinen bestehen:
- Das Fahrzeugmodul steuert den definierten Fahrzeugweg in Form von assistierten, automatisierten oder autonomen Fahrmanövern.
- Das Fahrwerksmodul integriert die Anforderungen des Fahrzeugmoduls eng mit Sicherheits- und Stabilitätsfunktionen (z.B. ABS, ESP) und steuert zentral die verfügbaren Bewegungsaktuatoren.
- Ego Motion ist die gängige Fahrzeugsignaldatenbank für Fahrdynamikzustände und Odometriedaten, die intern von Future Motion System-Komponenten oder anderen Verbrauchern im Fahrzeugnetzwerk benötigt werden.
- Das Energiemanagement übernimmt alle Effizienz-Aspekte im FMS.
- Fallback-Motion-Control-Pfade für AD SAE Level 3 und höher dienen dazu, die Sicherheits- und Verfügbarkeitsanforderungen von AD zu erfüllen.
So stellt das Future Motion System physikalische Bewegung und zugehörige Signale/Daten in Form einer Suite zentraler „Dienste“ bereit, die – als Abstraktionsschicht – die Fahrfunktionen des Fahrzeugs von den Bewegungsaktoren und Dynamiksensoren entkoppeln. Diese Funktionsbausteine kommunizieren über klar definierte Schnittstellen und unterstützen die einfache Zusammenstellung anspruchsvoller zukünftiger Fahrzeugsysteme. Aus diesem Grund beinhaltet das Future Motion System neben funktionalen Softwarebausteinen ein flexibles und skalierbares Allokationskonzept für den optimalen Einsatz dieser Bausteine auf allen Varianten neuer Fahrzeug-E/E-Architekturen, die konstruktionsabhängig von vorinstallierten Hardware-Komponenten sind.
Insgesamt wird das Future Motion System die Fahrzeugintegration sowie die Entwicklung neuer anspruchsvoller Fahrzeugfahrfunktionen mit mehr Leistung, größerem Funktionsumfang und mehr Features vereinfachen.
Bewegung und die Zukunft des Bremsens
Das Future Motion System überträgt das Fahren auf die Bewegungsaktoren, das Bremssystem ist dabei ein wichtiger Bestandteil. Zentralisierung und „Desintegration“ betreffen die gesamte Fahrzeug-E/E-Architektur, und dementsprechend gilt dies auch für das Bremssystem allein. Innerhalb einer zentralisierten E/E-Architektur mit Software-Funktionsbausteinen – einer Architektur, die irgendwann in Zukunft aus standardisierter Hardware bestehen wird – werden die Bremssystemfunktionen schließlich auch zu einer der vielen dezentralen intelligenten Funktionen, die von zentralen Servern gesteuert werden. Dies mag eine langfristige Perspektive sein, aber die Technologie muss vorbereitet werden.
Bei dieser „Modularisierung“ der Bremsfunktionen verbleibt nur noch eine begrenzte Rechenleistung in den Aktuatoren (Bremssättel und Trommelbremsen). Dies bringt eine enorme Transformation für das Bremssystem als Ganzes mit sich: Die einzelnen Funktionen eines Bremssystems entwickeln sich zu individuellen Produkten. Sie folgen dem Prinzip der Modularität, sind vorvalidiert und bewährt. Dank standardisierter Schnittstellen können sie mit dem Future-Motion-System-Ansatz in verschiedenen Kontexten wiederverwendet werden. Diese neue Portabilität ist effizient und wirtschaftlich.
Für Continental ist es Teil der DNA, die Technologien vorzubereiten, die für die Dezentralisierung der Bremssystemfunktionen benötigt werden, während die zuverlässige Funktion des verteilten Bremsens als Teil einer neuen Fahrzeug-E/E-Architektur und neuer Fahrzeugkonzepte sichergestellt wird. Die Umwandlung des derzeitigen „One-Box-Konzepts“ eines integrierten Bremssystems in eine verteilte Lösung ist ein Innovationsweg. Dies ist ein wichtiger Beitrag für die Zukunft der Mobilität, denn Digitalisierung, Vernetzung, Elektrifizierung und automatisiertes Fahren stellen neue Anforderungen an das Bremssystem.
Sören Pinkow
Mediensprecher Autonomous Mobility und Commercial Vehicles
Continental Automotive
