Moderne Fahrzeuge sind längst zu rollenden Computersystemen geworden. Ihre Netzwerke bilden die Basis, auf der Sensoren, Aktoren und ECUs (Electronic Control Units) miteinander kommunizieren. Doch gerade dieses Fundament steht unter enormem Druck: Die Softwarekomplexität wächst schneller als klassische Hardware und Architekturen sie unterstützen können. Frühere Architekturen führten zu schweren Kabelbäumen, mehr ECUs und einer komplexen Integration.
Mit dem Übergang zum SDV (Software-defined Vehicle) wird deutlich, dass frühere Architekturen an ihre Grenzen gestoßen sind. Genau in diesem Spannungsfeld entstehen zonale Architekturen als neuer Strukturansatz, der Komplexität reduziert und die Software in den Mittelpunkt stellt.
Verteilte Architekturen waren der erste große Schritt in der Automobilelektronik. Hier übernimmt jede ECU eine bestimmte Aufgabe, und mit jeder neuen Funktion kommt eine weitere hinzu. Dieses Prinzip ist technisch einfach umzusetzen und zunächst ideal für die modulare Funktionsentwicklung. Mit zunehmender Anzahl von ECUs steigen jedoch das Fahrzeuggewicht, der Verkabelungsaufwand und die Produktionskosten deutlich an. Zudem entsteht ein Flickenteppich an Kommunikationsprotokollen, der Diagnose und Integration mehr und mehr erschwert.
Um Ordnung in diese Vielfalt zu bringen, haben die OEMs (Original Equipment Manufacturer) domänenbasierte Architekturen etabliert. Dabei werden ECUs nicht mehr räumlich, sondern nach Funktionsbereichen wie Antrieb, Fahrwerk oder Karosserie gruppiert. Die Komplexität der Kabelbäume wird zwar teilweise reduziert, die grundsätzliche Herausforderung bleibt jedoch bestehen: Eine hohe Anzahl von ECUs und funktionsübergreifende Änderungen verursachen einen hohen Koordinationsaufwand.
Diese Entwicklungen haben zu einem tiefen Verständnis der Grenzen klassischer Fahrzeugnetzwerke geführt und den Weg für einen völlig neuen Ansatz geebnet.
Die zonale Architektur: das Fundament der SDVs
Zonale Architekturen kehren die Logik bisheriger E/E (Elektrik/Elektronik)-Konzepte um. Anstatt Funktionen zu gruppieren, wird das Fahrzeug in physische Zonen unterteilt, z. B. „vorne links“ oder „hinten rechts“. Jede dieser Zonen wird von einem Zonencontroller gesteuert, der die lokale Sensorik und Aktorik verwaltet und miteinander verbindet. Die zentrale Intelligenz wandert dagegen in leistungsfähige HPCs (High-Performance Computer) in der Fahrzeugmitte.
Diese Neuordnung reduziert die Komplexität und das Gewicht der Verkabelung erheblich. Zudem ermöglicht sie eine automatisierte Montage von Kabelbäumen. Gleichzeitig verbessert sie die Datenübertragung durch ein Ethernet-Backbone mit hoher Bandbreite und sorgt für eine stabilere und schnellere Kommunikation im Fahrzeug. Entwickler profitieren außerdem von einer klaren Trennung zwischen Hardware und Software: Während die Hardware in den Zonen standardisiert arbeitet, laufen die eigentlichen Funktionen auf wenigen HPCs. Das verkürzt die Entwicklungszyklen, ermöglicht schnellere und zuverlässigere OTA (Over-the-Air)-Updates und ebnet den Weg zum SDV.
Natürlich bringt dieser Wandel auch neue Herausforderungen mit sich. Die Anforderungen an Sicherheit und Cybersicherheit steigen, die Übergangsphase stellt hohe Anforderungen an die Entwicklerteams und neue Kommunikationsstandards wie Automotive Ethernet erfordern ein tiefes technisches Verständnis. Der Gewinn an Flexibilität und Zukunftssicherheit ist jedoch enorm.
Bei einer zonalen Architektur sind die Fahrzeugfunktionen von der Hardware entkoppelt. Während lokale Zonensteuergeräte die Sensoren und Aktoren verwalten, führen zentrale Hochleistungsrechner (HPCs) die Kernanwendungssoftware aus.
Wie setzen OEMs zonale Architekturen um?
Mit der zunehmenden Einführung zonaler Architekturen unterscheiden sich die konkreten Umsetzungen von OEM zu OEM deutlich. Einige Hersteller verlagern große Teile der Applikationslogik in zentrale HPCs, während die Zonencontroller primär als Gateways dienen. Andere setzen auf leistungsfähige Zonencontroller, die lokale Funktionen berechnen, während die HPCs zentrale Aufgaben wie ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) übernehmen.
Trotz dieser Unterschiede zeichnen sich branchenweit klare Trends ab:
- Konsolidierung der Busprotokolle: Die Standardisierung auf Automotive Ethernet reduziert die Hardware-Komplexität und den Bedarf an Gateways.
- Reduzierung der ECU-Anzahl durch HPCs: Weniger ECUs bedeuten geringeres Gewicht und höhere Verarbeitungseffizienz.
- Zentralisierung der Applikationslogik: Die Verlagerung auf zentrale ECUs ermöglicht modulare Software-Entwicklung, schnellere Integration, vereinfachte Updates und hohe Skalierbarkeit.
Diese Entwicklungen verstärken den Einsatz von SIL (Software-in-the-Loop), da Software-basierte Tests unabhängig von der Hardware durchgeführt werden können. Gleichzeitig integrieren OEMs zunehmend CI/CD (Continuous Integration / Continuous Deployment)-Pipelines in ihre Validierungsprozesse, um Tests zu automatisieren und neue Funktionen schneller per OTA-Rollout bereitzustellen.
Für Entscheider ergeben sich daraus klare Vorteile: geringere Systemkomplexität, kürzere Time-to-Market und zukunftssichere Plattformen für schnelle Innovationszyklen – und damit ein weiterer Schritt in Richtung SDV.
Je nach ihrer Strategie für Fahrzeugplattformen implementieren OEMs zonale Architekturen unterschiedlich, indem sie die Anwendungslogik zwischen lokalen Zonensteuergeräten und zentralen Hochleistungsrechnern (HPCs) aufteilen.
Warum ist dSPACE die richtige Wahl für die Validierung zonaler Architekturen?
Der Übergang zu zonalen Architekturen verändert nicht nur die Fahrzeugstruktur, sondern auch die Anforderungen an die Netzwerk- und Kommunikationsvalidierung. dSPACE bietet dafür spezialisierte Werkzeuge, die komplexe Bus- und Netzwerkstrukturen realitätsnah simulieren – von einzelnen ECUs über ganze Zonen bis hin zu kompletten Fahrzeugarchitekturen – und unterstützt damit die Validierung SDV-fähiger Plattformen.
Simulation und Validierung
- Die Restbussimulation emuliert die Kommunikation zwischen Zonencontrollern und HPCs sowohl virtuell als auch in Echtzeit.
- SIL- und HIL (Hardware-in-the-Loop)-Tests ermöglichen eine frühzeitige und Hardware-unabhängige Validierung des Netzwerkverhaltens.
Netzwerk und Kommunikation
- Die Werkzeuge unterstützen CAN, LIN, FlexRay sowie Automotive Ethernet (10BASE-T1S, 100/1000BASE-T1, 10GBASE-T1) und Protokolle der höheren Ebene (SOME/IP, DDS, Zenoh).
- Traffic Capture und patentierte Replay-Lösungen sichern die reibungslose Integration neuer Software und verhindern Regressionen.
Automatisierung
- CI/CD-Kompatibilität ermöglicht automatisierte Tests und kontinuierliche Validierung.
Cybersecurity
- Die Werkzeuge unterstützen die Simulation und Validierung von Sicherheitsmechanismen wie SecOC, MACsec, IPsec sowie TLS/DTLS.
- Frameworks und Templates für offensive Sicherheitstests wie Fuzzing und Penetrationstests.
Blick nach vorn: das SDV als langfristige Plattform
SDV ist die Antwort auf die zunehmend komplexeren Anforderungen der Automobilindustrie. Sie wird durch zonale Architekturen ermöglicht. Diese schaffen nicht nur ein neues Netzwerkdesign, sondern auch die Basis für Fahrzeugplattformen, die über den gesamten Lebenszyklus weiterentwickelt werden können. Zentrale Rechenknoten, Ethernet und durchgängige End-to-End-Software-Tests bilden eine Umgebung, die der Software-Entwicklung außerhalb der Automobilbranche deutlich näherkommt. Damit werden kontinuierliche Updates, schnelle Integration und skalierbare Funktionen möglich – von hochautomatisierten Fahrfunktionen bis hin zu KI-basierten Komfortsystemen.
Bereit, Ihre nächste Fahrzeugplattform zukunftssicher zu machen?
Erfahren Sie mehr über dSPACE Bus- und Netzwerklösungen oder sprechen Sie mit unseren Experten über eine maßgeschneiderte Validierungsstrategie für Ihre nächste Fahrzeugplattform.
