FlexCAR: Fahrzeugplattform für die Mobilität der Zukunft

Die Anforderungen an zukünftige Fahrzeuge verschieben sich zunehmend von der reinen Hardware hin zu flexiblen Softwareinstanzen. Dies ermöglicht es, auf veränderte Anforderungen an Rechenressourcen durch Funktionsanpassungen, Updates oder auch Hardwareausfälle schnell und effizient zu reagieren. Eines der wesentlichen Kriterien stellt der offene Entwicklungsprozess mit dem Ziel offene Schnittstellen bei Hard- und Software zu entwickeln und umzusetzen. Dabei spielt die Flexibilität in der Entwicklung eine ebenso große Rolle wie die Möglichkeit, nach dem Roll-out des Fahrzeugs Anpassungen über Updates vorzunehmen. Die stetige Verbesserung bestehender Algorithmen, der Austausch mit interner Sensorik sowie das Einbinden externer Sensorik über die eigene Systemgrenze hinaus, stellen hohe Anforderungen an die Flexibilität, die durch den Einsatz einer offenen Entwicklungsplattform und einer softwareorientierten Architektur erreicht werden kann.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, erforschte das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO zusammen mit dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart die Konzeption offener, langfristig gültiger Schnittstellen und eine dazu passende Netzwerkkommunikation anhand der Forschungsplattform »Rolling Chassis«. Im Zuge des Verbundprojekts FlexCAR wurde dafür eine integrierte, aber dennoch flexible onboard- und offboard-Kommunikation über 5G in der Indoor-ARENA2036-Umgebung zu realisiert. Das onboard-Netzwerk stellt eine schnelle und sichere Kommunikation bereit. Standardisierte, service-orientierte Nachrichtenprotokolle erlauben allen Netzwerkteilnehmenden sich in die onboard-Kommunikation zu integrieren. Die offboard Konnektivität stellt die Kommunikation über die Luftschnittstelle. Diese erlaubt Updates Over-the-Air ohne dass ein Besuch in der Werkstatt erforderlich ist. Durch Fernwartung können nicht nur Steuerungsfunktionen ausgeführt werden, sondern es besteht auch die Möglichkeit sämtliche onboard-Daten für Visualisierungen zu teilen oder Berechnungskapazitäten flexibel in die Cloud zu transferieren. Gleichzeitig ist die Kommunikation mit externen Geräten eine grundlegende Anforderung für die Vehicle-2-everything Konnektivität (V2X).

Im Rahmen des Verbundprojekts FlexCAR wird ein rein elektrisch angetriebenes und vollständig X-by-Wire angesteuertes Forschungsfahrzeug, das Rolling Chassis, entwickelt. 

Die Fahrzeugplattform des FlexCAR basiert auf offenen Schnittstellen und weist eine hohe Modularität in Bezug auf Antriebssysteme, Karosserievarianten und Softwarekomponenten auf. Dies ermöglicht zukünftigen Fahrzeugen eine enorme Flexibilität und Anpassungsfähigkeit, sowohl in Bezug auf die Hardware als auch die Software. Dadurch wird der Lebenszyklus eines Fahrzeugs erheblich verlängert und gleichzeitig auf dem aktuellen Stand der Technik gehalten. Anpassungen an die Bedürfnisse von Menschen und Umwelt können somit jederzeit erfolgen. Durch standardisierte Schnittstellen wird ein einfacher Austausch von Software- und Hardware-Modulen ermöglicht. Über die 5G-Schnittstelle können problemlos over-the-Air Updates erfolgen oder auch externe Sensorik integriert werden. Der Datenaustausch innerhalb des FlexCAR erfolgt über die Kommunikationsmiddleware DDS, die in diesem Kontext durch RTI Connext® von RTI zur Verfügung gestellt wurde. Dies ermöglicht einen zuverlässigen, echtzeitfähigen und flexibel umgestaltbaren Informationsaustausch aller Steuergeräte und Kommunikationsteilnehmer im internen Ethernet-Netzwerk des Rolling Chassis. Dank einer softwareorientierten Architektur können somit sowohl zonenbasierte Domains betrieben als auch eine intelligente Rechenlastverteilung durchgeführt werden. Durch die probabilistisch entwickelte Architektur der Software und Hardware ist es möglich, das System im Nachgang ohne größere Anpassungsaufwände aufzurüsten. Das Vorhalten von Rechenressourcen und das Aufteilen der Rechenlast hilft dabei eventuelle Engpässe zu kompensieren und die Robustheit des Systems zu gewährleisten. FlexCAR stellt somit einen wegweisenden Pfeiler in der Fahrzeugentwicklung dar und hat das Potenzial, die Mobilität der Zukunft zu gestalten. Die Kombination aus offenen Schnittstellen, Modularität und einer softwareorientierten Architektur bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich. Die Plattform bietet eine flexible Basis für die Entwicklung neuer update- und upgradefähiger Mobilitätskonzepte, die den Bedürfnissen von Menschen und Umwelt gerecht werden.