E/E-Architektur – Grundlagen, Funktionsweise, Einsatzgebiete und Anforderungen

Was bedeutet E/E im Automobilbereich?

E/E steht für Elektrik und Elektronik und umfasst alle elektrischen und elektronischen Komponenten, die in einem Fahrzeug verbaut sind. Dazu gehören:

• Stromversorgung und Energieverteilung: Versorgung der unterschiedlichen Aggregate mit elektrischer Energie.
• Steuergeräte und Sensorik: Erfassung, Verarbeitung und Weiterleitung von Daten, vom Motor- und Klimasteuergerät oder dem Batteriemanagement, bis zu Sicherheitsfunktionen und Fahrassistenzsystemen.
• Kommunikationsschnittstellen: Vernetzung der Steuergeräte über Bussysteme wie CAN, LIN oder Automotive Ethernet. Sie stellen die Verbindung der Aktoren mit den Steuergeräten her, sorgen für die Kommunikation der Steuergeräte untereinander und die Bereitstellung der relevanten Daten über entsprechende HMI-Interfaces, um Funktionalitäten wie Fahrerassistenz, Infotainment, Klimatisierung, Sicherheit und Effizienz im Fahrzeug zu realisieren.

Funktionsweise einer E/E-Architektur

Eine E/E-Architektur basiert auf einer engen Verzahnung von Hardware und Software. Wichtige Bestandteile sind:

• Elektrische Energieverteilung: Eine stabile Versorgung aller elektronischen Komponenten, auch bei Spannungsschwankungen im Bordnetz, und unter extremen Umweltbedingungen.
• Signalverarbeitung und Kommunikation: Über Bussysteme werden Daten in Echtzeit zwischen Sensoren, Steuergeräten und Aktoren über optimierte Kommunikationsprotokolle wie CAN, LIN, Flexray, FPD-Link, GMSL, ASA-ML ausgetauscht.
• Steuerungs- und Regelungssysteme: Intelligente Algorithmen und Softwarelösungen steuern die Fahrzeugfunktionen und gewährleisten eine reibungslose Zusammenarbeit der einzelnen Komponenten.
• Softwareintegration: Modellierungs- und Simulationswerkzeuge unterstützen frühzeitig bei der Planung und Optimierung komplexer E/E-Architekturen und sichern schnelle und effiziente Entwicklungsprozesse bis zum Time-To-Market.

Einsatzgebiete der E/E-Architektur

Die E/E-Architektur stellt die Bindeglieder in den Fahrzeugen bereit:

• Fahrzeugentwicklung und Prototypentests: Bereits in der Entwicklungsphase neuer Modelle kann durch die Optimierung der E/E-Architektur die Sicherheit, Effizienz und Fahrdynamik verbessert werden.
• Fahrzeugproduktion: Durch die Reduktion der Komplexität und der Kabelverbindungen in einer modernen E/E-Architektur, vereinfacht sich die Montage- und die Produktionszeit. Dies führt zu höherer Präzision und Qualität in der Serienproduktion.
• Fahrerassistenz und Infotainment: Systeme wie ABS, adaptive Tempomaten, Spurhalteassistenten und moderne Infotainment-Lösungen basieren auf einer robusten und ausfallsicheren E/E-Architektur, die eine schnelle und sichere Datenübertragung ermöglicht.
• Autonomes Fahren: Die Umsetzung selbstfahrender Fahrzeuge erfordert hochkomplexe und vernetzte E/E-Architekturen, um die Umgebungsdaten in Echtzeit zu erfassen, auszuwerten und entsprechende Steuerbefehle zeitsynchron abzugeben.
• Vernetzung und Telematik: Die modernen E/E-Architekturen in vernetzten Fahrzeugkonzepten liefern Daten in Echtzeit an zentrale Plattformen, oder interagieren mit anderen Fahrzeugen und Verkehrsteilnehmern. Dies optimiert den Verkehrsfluss, die Sicherheit, das Flottenmanagement, die Wartungsintervalle und ermöglicht zukünftige innovative Mobilitätskonzepte.

Anforderungen an moderne E/E-Architekturen

Die stetig wachsenden Anforderungen an Fahrzeuge stellen höchste Ansprüche an die E/E-Architektur:

• Zuverlässigkeit und Sicherheit: Systeme müssen auch unter extremen Umweltbedingungen (Temperatur, Vibration, Feuchtigkeit) stabil und fehlerfrei arbeiten.
• Echtzeitfähigkeit: Präzise Zeitstempelung und eine hoch performante Datenverarbeitung und -analyse sind unerlässlich, um zeitkritische Funktionen, wie Fahrerassistenzsysteme und autonome Fahrfunktionen, sicher umsetzten zu können.
• Modularität und Skalierbarkeit: Flexible und modulare Zonale Architekturen ermöglichen die Integration neuer Software- und Hardwaretechnologien, die Wiederverwendbarkeit und die schnellen, effizienten Anpassungen an zukünftige Anforderungen.
• Interoperabilität: Die Standardisierung der Kommunikationsprotokollen (z. B. CAN, LIN, Ethernet) ist entscheidend, um auch zukünftig die Vernetzung der Steuergeräte zu gewährleisten.

Zukunftsperspektiven und Lösungsansätze

Die Weiterentwicklung der E/E-Architekturen ist maßgeblich für die Zukunft der Mobilität. Wichtige Trends und Lösungsansätze sind:

• Erweiterte E/E-Architekturen: Mit dem wachsenden Bedarf an Elektromobilität, autonomem Fahren und digitaler Vernetzung werden modulare und skalierbare Systeme immer wichtiger. Diese ermöglichen eine flexible Anpassung an neue Technologien und veränderte Marktanforderungen.
• Integration von IoT und Cloud-Lösungen: Die zunehmende Vernetzung der Fahrzeuge bietet die Möglichkeit, große Datenmengen in Echtzeit zu analysieren. Cloud-Plattformen ermöglichen so eine kontinuierliche Optimierung von Fahrzeugfunktionen und eine vorausschauende Wartung durch OTA (OverTheAir) Updates.
• Innovative Entwicklungstools: Moderne Werkzeuge unterstützen die modellbasierte Entwicklung komplexer E/E-Architekturen und ermöglichen eine effiziente Integration von Hard- und Softwarekomponenten. Diese Tools tragen zur Reduktion der Entwicklungszeiten und zur Verbesserung der Systemqualität bei.
• Cybersecurity und Datenschutz: Mit der zunehmenden Digitalisierung steigt auch die Bedeutung von Sicherheitsmaßnahmen. Zukünftige E/E-Architekturen werden verstärkt auf den Schutz vor Cyberangriffen und die Wahrung der Datensicherheit ausgelegt sein.

Fazit

Elektrik und Elektronik sind die Grundlage moderner Fahrzeugtechnologien. Die Integration komplexer E/E-Architekturen ermöglicht nicht nur innovative Fahrerassistenz- und Infotainment-Lösungen, sondern bildet auch das Fundament für autonomes Fahren und vernetzte Mobilitätskonzepte. Durch hohe Modularität. Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit sind moderne E/E-Architekturen optimal gerüstet, um den Anforderungen der Zukunft gerecht zu werden.