Kfz-Bordnetze Der Einzug von Ethernet in Automobilanwendungen

Ethernet hat im industriellen Netzwerksektor seine Zuverlässigkeit und Qualität unter extremen Bedingungen bewiesen. Damit bietet es sich als kostengünstige und verbreitete Lösung für den Einsatz in Kfz an. Doch ist Ethernet dafür wirklich geeignet? Teil eins dieses zweiteiligen Artikels nimmt die Zuverlässigkeit von Ethernet in Automobilanwendungen, die Topologie sowie die Netzwerkverwaltung unter die Lupe.

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ACTRON AG

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Micrel Inc.

Verschiedene Automobilhersteller erwägen seit einigen Jahren den Einsatz von Ethernet-Netzwerken in Kraftfahrzeugen. Dies mag auf den ersten Blick verwundern, da mehrere Netzwerke wie CAN, LIN, FlexRay und MOST bereits existieren, die speziell für Automobilanwendungen konzipiert wurden: Warum sollte die Automobilindustrie einen weiteren Übertragungsweg in Erwägung ziehen, der ursprünglich nicht für solche Anwendungen konzipiert wurde?

Die Antwort: Einfachheit und praxisbewährte, offene Standards haben die Betriebskosten aller Anwendungen, bei denen Ethernet eingesetzt wird, beträchtlich gesenkt. Die Vorteile der Massenproduktion in den Marktbereichen Office und Endverbraucher sowie eine große Anzahl von Anbietern haben die Preisniveaus weit unter die aller kundenspezifischen Protokolle getrieben.

Doch nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Kosten, auch aus technischer Sicht bringt Ethernet alles mit, zum De-facto-Standard für den Übertragungsweg bei Automobilanwendungen zu werden. Dies zeigt ein Blick auf die Anforderungen von Automobilanwendungen:

• Zuverlässigkeit unter extremen Betriebsbedingungen
• Ring- oder Sterntopologie
• Leistung in Echtzeit – Servicequalität (Quality of Service, QoS)
• Verlängerte Lebensdauer und Support

Durch die Kombination der bewährten Ethernet-Merkmale, zuverlässig hohe Datenbandbreiten mit garantierter Servicequalität (Heim- und Büroapplikationen) zu übertragen, und der Echtzeitleistung unter extremen Betriebsbedingungen – wie bei industriellen Steuerungsanwendungen bewiesen –, bietet Ethernet die Basis für viele Anforderungen der Automobilbranche.

Zuverlässigkeit unter extremen Betriebsbedingungen

Im Marktsegment industrielle Steuerungsanwendungen erweisen sich Ethernet-Netzwerke seit langem unter extremen Bedingungen als äußerst zuverlässig; und für viele dieser Anwendungen sind weite Temperaturbereiche, starke Vibrationen, hohe elektromagnetische Strahlung und staubige oder nasse Umgebungen typisch.

Eine Betriebstemperatur von –40 bis 85 °C ist Standard für viele Ethernet-Geräte geworden. Um das Ethernet unter die Fahrzeughaube zu bringen, müssen diese Spezifikationen eventuell auf 105 °C oder sogar 125 °C erweitert werden. Ein Betrieb bei hohen Temperaturen ist typischerweise eher ein thermisches Problem als ein Problem des Chip-Designs.

Zudem sind ein niedriger Energieverbrauch und eine sorgfältige Paketauswahl von äußerster Wichtigkeit. So bietet z.B. der Single-Port Fast Ethernet PHY KSZ8041NL AM von Micrel in einem thermisch verstärkten MLF-Gehäuse von nur 25 mm² Größe und 175 mW Verbrauch die niedrigsten Verluste in der Branche. Der KSZ8041NL AM besitzt die AECQ-100-Qualifikation, was ebenfalls branchenführend ist.

Die Entscheidung, den Temperaturbereich zu erweitern, ist also nicht so sehr eine technische, sondern eher eine betriebswirtschaftliche Entscheidung, bei der der Zuschlag für eventuell niedrigere Gewinne und erhöhte Produktionstestkosten in Betracht gezogen wird.

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