Datenverbindungslösungen für Industrie- und Nutzfahrzeuge

Landwirtschaftliche, Bau- und andere Schwerlastfahrzeuge werden in der Regel – je nach Art des Fahrzeugs – für einen mehr- oder langjährigen Betrieb gebaut. Die Hersteller müssen also in der Lage sein, das Design für zukünftige Trends auszulegen, um den Kunden einen langfristigen Wert zu bieten. Der schnelle Technologiewandel macht dies zu einer schwierigen Aufgabe. Ein Vorteil des industriellen und gewerblichen Verkehrswesens liegt jedoch darin, dass sie das Wissen und die Technologien aus zukunftsorientierten Anwendungen nutzen kann, die sich bereits in der Automobilindustrie bewährt haben.

Da die Anforderungen bezüglich automatisierter Funktionen und Datenvernetzung im industriellen und gewerblichen Verkehrswesen weiter steigen, stößt das CAN-Bus-Protokoll schnell an seine Grenzen. Um bei Megatrends die Nase vorn zu haben, die Anforderungen wie Umweltfreundlichkeit, Sicherheit, Vernetzung und Produktivität vorantreiben, müssen Entwickler nun Ethernet-Systeme in ihre Designs miteinbeziehen, um den Kundenanforderungen in naher Zukunft und darüber hinaus gerecht zu werden.

Entwickler von Industrie-und Nutzfahrzeugen arbeiten daran, die nächste Generation von LKWs, Bussen und Off-Road-Fahrzeugen sicherer, umweltfreundlicher, vernetzter und produktiver zu machen.  Hierfür werden fortschrittliche automatisierte Funktionen eingeführt, die zuvor nur für Personenkraftwagen entwickelt wurden, um die Produktivität zu steigern und die Gesamtbetriebskosten zu senken.
Fahrerassistenz- und Automatisierungssysteme, Infotainment-Optionen, 360-Grad-Kamerasysteme, V2V- und V2I-Hochgeschwindigkeitskommunikation sowie ein breites Spektrum an wichtigen Sicherheitsfunktionen sind heute auch Standardanforderungen für schwere Nutzfahrzeuge. Derzeit befindet sich die Branche auf Stufe 2 (Teilautomatisierung). Wir gehen davon aus, dass der Markt in vier bis fünf Jahren Stufe 4 erreicht, d. h., dass ein hohes Maß an automatisierten Funktionen in den meisten Neufahrzeugen vorhanden sein wird. Das bedeutet, dass die funktionale Sicherheit nicht nur in das Design, sondern auch in den Entwicklungs- und Qualitätsmanagementprozess integriert werden muss, um ISO 26262 und zukünftige Normen zu erfüllen.
Die Nutzfahrzeuge der Zukunft werden mehr über ihre Umgebung und die vor ihnen liegende Strecke „wissen“ und Rückmeldungen an eine Zentrale senden. Diese Zentrale analysiert die gesendeten Daten und kann zur Verbesserung von Leistung und Produktivität genutzt werden. Diese und die unten genannten Technologien sorgen für eine höhere Fahrerzufriedenheit, höhere Produktivität und niedrigere Gesamtbetriebskosten für die Fahrzeughalter und ein deutlich höheres Leistungsfeedback für die Hersteller.

All diese Trends und Technologien erfordern eine ausgeklügelte Netzwerkinfrastruktur, die die höheren Datenanforderungen verarbeiten kann, um die gesamte Kommunikation zu ermöglichen: innerhalb eines Fahrzeugs, zwischen zwei Fahrzeugen oder zwischen einem Fahrzeug und einer anderen Stelle, z. B. dem Betriebshof oder der Steuerzentrale oder sogar dem Hersteller. Dieses Netzwerk muss Hochgeschwindigkeitsdaten mit geringer Latenz in rauen Umgebungen übertragen. Bisher konnten CAN-Bus-Architekturen als Datenübertragungsleitung für das Fahrzeugnetzwerk genutzt werden. Da Entwickler mehr automatisierte Funktionen für Sicherheit und Produktivität integrieren möchten, ist die für eine erweiterte Fahrzeugfunktionalität erforderliche Datenbandbreite zu groß, um allein von CAN bedient zu werden. Der Wechsel zu Ethernet hat begonnen, zunächst in Bereichen, in denen eine höhere Bandbreite und Leistung erforderlich ist, aber es wird CAN letztendlich ersetzen, da sich die Automatisierung immer weiter verbreitet und mehr Leistung und Bandbreite im gesamten System integriert werden müssen.

Derzeit sind die meisten Sensor-und Verbindungssysteme in Fahrzeugen für FAS zweckbestimmte Systeme. Eine Funktion oder Anwendung, z. B. ein Abstandsregeltempomat, verfügt über Radar-/Lidarsensoren und Steckverbinder, die ihre Ausgabe an ein Steuergerät leiten. Da automatisierte Funktionen in diesen Fahrzeugen zunehmen, wird die Sensorfusion, bei der Daten von mehreren Sensoren verknüpft und analysiert werden können, immer wichtiger, um genauere Positionierungs- und Umgebungsinformationen zu sammeln. Während beispielsweise in Personenwagen Sensoren benötigt werden, um Hindernisse auf festen Straßen zu erkennen, müssen Sensoren in den Bereichen Bauindustrie, Bergbau und Landwirtschaft auch die Materialeigenschaften erkennen. Wenn ein Mähdrescher bei der Ernte über ein Feld fährt und ein Hindernis, das wie ein Stock aussieht, auf seinem Weg erkennt, muss er wissen, ob es sich bei diesem Objekt um einen leichten Stock handelt, der der Maschine keine Probleme bereitet, oder ob es sich um ein herumliegendes Stahlrohr handelt, das den Mähdrescher eventuell beschädigen und wegen Reparatur außer Betrieb setzten könnte; und der Mähdrescher muss dann die entsprechenden Maßnahmen ergreifen können. Um dies präzise und schnell zu erreichen, ist zusätzliche Rechenleistung erforderlich.

In diesem Fusionsmodell werden Sensoren über mehrere oder alle Anwendungen im Fahrzeug miteinander verbunden, wobei alle Sensoren ihre Daten an ein Steuergerät leiten. Je höher die verarbeitete Datenmenge, umso mehr Bandbreite ist erforderlich. Und diese höhere Bandbreite erfordert Steckverbinder und Kabel, die für mehr Geschwindigkeit und ein Ethernet-Netzwerk ausgelegt sind, das eine zuverlässige Datenübertragung von bis zu 1 Gbit pro Sekunde ermöglicht.

Der Wechsel zu diesen Technologien und automatisierten Funktionen stellt die Entwickler vor ganz neue Herausforderungen, da sie Fahrzeuge entwickeln müssen, die eine hohe Nutzungsdauer auch bei Einsatz in rauesten Umgebungen aufweisen.

Da Entwickler von Industrie- und Nutzfahrzeugen die Verbindungssysteme und -netzwerke in ihren Fahrzeugen modernisieren möchten, können sie für das Design vieler Hochgeschwindigkeits-Datenanwendungen die in den letzten Jahren für den Einsatz in der Automobilindustrie entwickelten Steckverbindertechnologien nutzen. Die Umgebungen und Herausforderungen bei Nutzfahrzeugen sind jedoch im Vergleich zu denen von Autos und leichten Nutzfahrzeugen oftmals deutlich härter. Für Anwendungen, bei denen Staub, Schmutz, Feuchtigkeit, extreme Temperaturen und hohe Vibrationen häufig auftreten, können unsere neuen Steckverbinder wie z. B. die abgedichteten enetSEAL+ und die abgedichtete Hochleistungs-Steckverbinderserie mit MATEnet Einsätzen verwendet werden. enetSEAL+ Steckverbinder können für diejenigen Anwendungen verwendet werden, die eine Datenverbindung von bis zu 100 MB pro Sekunde erfordern,während die abgedichtete Hochleistungs-Steckverbinderserie mit MATEnet Einsätzen für die Übertragung von bis zu 1 Gigabit pro Sekunde genutzt werden kann.

Um auf dem Markt konkurrenzfähig zu bleiben und Automatisierungstrends und -funktionen voraus zu sein, die Sicherheit, Produktivität und Nachhaltigkeit ermöglichen, müssen Entwickler und Hersteller Ethernet in alle neuen Designs integrieren, um den erhöhten Datenverbindungsanforderungen gerecht zu werden. Hierfür ist es am besten, sich frühzeitig von technischen Experten beraten zu lassen, z. B. von den Experten bei TE, die Sie bezüglich der Topologien und Technologien beraten können, die für die Entwicklung und Herstellung innovativer Komponenten erforderlich sind, die eine erhöhte Sensor-und Rechenleistung ermöglichen und gleichzeitig die Signalintegrität in rauen Umgebungen aufrechterhalten.