Wie man die Zuverlässigkeit selbstfahrender Autos verbessern kann

Allerdings wird der Funktionsumfang, den autonome Fahrzeuge unterstützen müssen, durch laufende Tests auf realen Straßen immer umfangreicher und komplexer. Diese automatisierten Systeme müssen kontinuierlich in puncto Leistung, Energieverbrauch, Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessert werden. Damit Hersteller sicherstellen können, dass autonome Fahrzeuge die Sicherheitsvorschriften einhalten, müssen sie Hardware und Software gemäß der ISO-26262-Norm für funktionale Sicherheit entwickeln. Sind Entwickler nicht vorbereitet, müssen sie zusätzliche Zeit und Mittel investieren, um die Konformität ihrer Produkte nachzuweisen – was zu erheblichen Verzögerungen bei der Markteinführung, geringeren Gewinnen und Marktanteilsverlusten führen kann.

Das wichtigste Ziel bei der Sicherstellung der Sicherheit und Zuverlässigkeit autonomer Fahrzeuge ist die Vermeidung von Personenschäden und Sachschäden. Zudem müssen juristische Aspekte berücksichtigt werden, wenn ein Unfall passiert – etwa die Frage der Haftung. Beim autonomen Fahren gibt es zahlreiche rechtliche Herausforderungen, und die Haftungsfrage bei Unfällen ist noch ungeklärt. Daher müssen Ausfälle vermieden werden. Dies hat Automobilhersteller und Zulieferer veranlasst, der Zuverlässigkeit eine größere Bedeutung beizumessen. Der Nachweis, dass jede Komponente eines intelligenten Fahrzeugs sicher und zuverlässig ist, ist von entscheidender Bedeutung.

Intelligentere und zuverlässigere Speicher

Autonome Fahrzeuge sind mit fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) ausgestattet. Diese Fahrzeuge verfügen über zahlreiche Sensoren (Kameras, LiDAR etc.) und Steuerungen, die autonomes Fahren und Kollisionsvermeidung ermöglichen. Diese Sensoren und Steuerungen sind systemkritisch und dürfen nicht ausfallen. Abbildung 1 zeigt ein Schema eines automatisierten Fahrsystems der Autonomiestufen 3, 4 und 5, das ohne Überwachung betrieben werden kann.

Nichtflüchtige Speicherbausteine spielen in ADAS-Systemen eine entscheidende Rolle, da sie Boot-Code speichern und Daten kritischer Ereignisse protokollieren. Da diese Systeme intelligenter werden, müssen sie Daten schneller und mit höherer Zuverlässigkeit verarbeiten. Zudem kann ein ADAS-Design anfällig sein, wenn der Speicher ungeschützt ist – also Speicherbits beim Start oder während des Betriebs nicht überprüft werden – selbst wenn das Design ansonsten robust ist.

NOR-Flash-Speicher ist aufgrund seiner Nichtflüchtigkeit, hohen Zuverlässigkeit und integrierten Diagnosefunktionen die ideale Speichertechnologie für systemkritische Anwendungen. Integrierte Diagnosefunktionen gewährleisten die Datenintegrität, erkennen potenzielle Ausfälle und korrigieren sogar Fehler. Weitere Vorteile wie Sofortverfügbarkeit, hohe Leistung und schnelle Systemstartzeiten ermöglichen den sofortigen Zugriff auf Code, Konfigurationsdaten und grafische Assets beim Einschalten des Fahrzeugs.

Heute müssen Speicherbausteine von Grund auf entwickelt werden, um den Anforderungen der funktionalen Sicherheit nach ISO 26262 zu genügen. Diese Speicherlösungen der nächsten Generation bieten nicht nur eine höhere Zuverlässigkeit, sondern auch eine verbesserte Leistung, einen deutlich geringeren Energieverbrauch und niedrigere Gesamtbetriebskosten.

Integration

Eine der effektivsten Methoden zur Systemvereinfachung ist die Integration. Besteht ein System aus vielen Komponenten, kann jede Komponente und ihre Interaktion mit anderen eine potenzielle Fehlerquelle sein. Die Integration eines Mikrocontrollers (MCU) mit Speicher ermöglicht beispielsweise schnelleren Daten- und Codezugriff, effizientere Verarbeitung, höhere Zuverlässigkeit und niedrigere Kosten. Die Entwicklung wird ebenfalls vereinfacht, da Komponenten, die früher von Entwicklern in größere Systeme integriert werden mussten, nun intern vom MCU verwaltet werden können.

Die Vorteile der Integration erstrecken sich mittlerweile auch auf NOR-Flash-Speicher. Da Speicherhersteller beginnen, Speicher mit Prozessoren wie dem Arm Cortex-M0 zu integrieren, ist eine komplexe Verarbeitung erforderlich, um die Zuverlässigkeit von hochdichten, hochschnellen Speichern zu gewährleisten (siehe Abbildung 2). Eingebettete Prozessoren könnten die Art und Weise revolutionieren, wie Ingenieure Flash-Speicher in ihren Designs einsetzen, indem sie intelligentere Speicher ermöglichen. Früher war beispielsweise umfangreiche Softwareentwicklung nötig, um Wear-Leveling zu implementieren und die Lebensdauer von Flash-Speichern zu verlängern. Heute wird Wear-Leveling intern vom eingebetteten MCU verwaltet.

Auch neue Generationen komplexer SoCs mit 16-nm-FinFET-Technologie können Flash-Speicher nicht on-Chip integrieren. Daher sind sie auf intelligentere, zuverlässigere externe NOR-Flash-Technologien angewiesen. Eingebettete Prozessoren können nicht nur alle sicherheitskritischen Speicherfunktionen verwalten, sondern auch Speicherbereiche gegen bösartige Angriffe absichern. Werden diese Prozessoren in Flash-Speicher integriert, werden sie vom Speicherbaustein selbst verwaltet und können schnell für spezifische Anwendungsanforderungen konfiguriert werden.

Sich entwickelnde Anforderungen

Die Automobilindustrie befindet sich im Übergang von Fahrerassistenzsystemen zur vollständig autonomen Entwicklung. Diese Systeme werden auf allen Ebenen Intelligenz benötigen, um Latenzzeiten zu verringern und die Effizienz zu steigern. Gleichzeitig entwickelt sich die Fahrzeugarchitektur von eigenständigen diskreten Systemen hin zu vernetzten Systemen. Vernetzte Systeme ermöglichen die Echtzeit-Datenfreigabe zwischen Systemen und erleichtern den Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen.