PCB-Designs für autonome Fahrzeuge setzen Sensorfusionsplattformen, redundante Rechenarchitekturen, Netzwerke mit hoher Bandbreite und funktionale Sicherheit um, um ISO-26262-ASIL-D-Einstufungen für automatisierte Fahrsysteme der Stufen 3 bis 5 zu erreichen. Dafür müssen Kamera-, Radar- und Lidardaten in Echtzeit mit mehr als 100 GB/s Durchsatz und weniger als 100 ms Latenz verarbeitet werden, während gleichzeitig fail-operationales Verhalten aufrechterhalten wird, damit Robotaxis, autonome Lkw und ADAS-Plattformen trotz einzelner Fehler sicher weiterarbeiten können. Solche Systeme verlangen validierte Sicherheit und Zuverlässigkeit über operative Lebensdauern von 10 bis 15 Jahren.
Bei APTPCB bieten wir spezialisierte Entwicklungsleistungen für autonome Fahrzeuge an und realisieren redundante Architekturen, Hochgeschwindigkeitsschnittstellen und Sicherheitsvalidierung mit Schutz durch PCB-Schutzlackierung für Plattformen vom Domain-Controller bis zur L5-Autonomie.
Fail-operationale Redundanz erreichen
Autonome Fahrzeuge benötigen fail-operationale Fähigkeiten, damit der sichere Betrieb auch bei Ausfällen von Rechenplattform, Sensoren oder Netzwerk durch redundante Verarbeitung, unterschiedliche Sensortypen und validierte Degradationsmodi aufrechterhalten werden kann. Typische Herausforderungen sind die Synchronisierung paralleler Rechenpfade, der Umgang mit widersprüchlichen Sensordaten und die Validierung des fail-operationalen Verhaltens. Eine unzureichende Umsetzung von Redundanz verhindert die L3+-Zertifizierung, schafft Single Points of Failure oder führt zu unsicheren Degradationszuständen und beeinträchtigt damit Sicherheitszertifizierung und autonome Leistungsfähigkeit erheblich.
Bei APTPCB setzen unsere Designs validierte Redundanz um, um fail-operationale Fähigkeiten und Sicherheitskonformität zu erreichen.
Umsetzung der Redundanz
- Duale Rechenplattformen: Unabhängige Verarbeitungspfade mit unterschiedlichen Algorithmen reduzieren Gleichtaktausfälle mit der Präzision der speziellen Leiterplattenfertigung.
- Sensorredundanz: Überlappende Abdeckung durch Kameras, Radar und Lidar ermöglicht den Weiterbetrieb auch bei Sensorausfällen.
- Netzwerkredundanz: Doppelte Ethernet-Netze sichern die Kommunikation trotz Netzwerkausfällen.
- Versorgungsredundanz: Unabhängige Stromversorgungen gewährleisten den Weiterbetrieb trotz elektrischer Fehler.
- Degradationsmanagement: Sichere Degradationsmodi ermöglichen bei Fehlern ein Minimal-Risk-Manöver in einen sicheren Zustand.
Sicherheitskritischer Betrieb
Durch redundante Architektur und umfassende Validierung in Verbindung mit der Entwicklung der NPI-Bestückung ermöglicht APTPCB fail-operationale autonome Systeme.
Sensornetzwerke mit hoher Bandbreite umsetzen
Autonome Fahrzeuge verarbeiten 4 bis 12 Kameras mit 8 MP bei 30 bis 60 fps, 5 bis 10 Radare und 1 bis 5 Lidarsysteme, die mehr als 100 GB/s Rohdaten erzeugen. Dafür sind Automotive-Ethernet-Netze mit 1000/2500BASE-T1 und 10GBASE-T1, PCIe-Verbindungen und Echtzeitverarbeitung erforderlich. Die wichtigsten Netzwerkherausforderungen betreffen deterministische Latenz, Zeitsynchronisation und elektromagnetische Verträglichkeit. Unzureichende Vernetzung führt zu Sensordatenverlust, Timing-Jitter mit negativer Auswirkung auf die Fusion oder EMV-Störungen an Sensoren und verschlechtert damit Wahrnehmungsqualität und Betriebssicherheit erheblich.
Bei APTPCB setzen unsere Designs validierte Sensornetzwerke mit hoher Bandbreite um, die Echtzeitleistung erreichen.
Umsetzung des Hochgeschwindigkeitsnetzwerks
- Automotive-Ethernet-Backbone: Geschaltete Netze mit 1 bis 10 Gbit/s verbinden Sensoren mit Rechenplattformen.
- Time-Sensitive Networking: TSN-Protokolle erreichen deterministische Latenzen unter 1 ms für zeitkritische Daten.
- PCIe-Gen4/5-Interconnects: Hochbandbreiten-Kommunikation zwischen Recheneinheiten unterstützt die Sensorfusion.
- Sensorsynchronisation: Precision Time Protocol synchronisiert Sensoren auf unter 100 ns und ermöglicht präzise Fusion.
- EMV-konformes Design: Abschirmung und Filterung verhindern, dass elektromagnetische Störungen Sensor- oder Netzleistung beeinträchtigen.
Durch Hochgeschwindigkeitsdesign-Know-how und Validierung in Verbindung mit der Skalierbarkeit der Massenproduktion ermöglicht APTPCB autonome Sensornetzwerke.
ISO 26262 ASIL-D-Konformität erreichen
Autonome Systeme ab L3+ erfordern funktionale Sicherheit nach ASIL-D über Sicherheitsanalysen wie FMEA und FTA, architektonische Sicherheitsmechanismen und Validierungsaktivitäten, die eine Ausfallrate von unter 10 FIT nachweisen. Zu den ASIL-D-Herausforderungen zählen eine Diagnoseabdeckung von über 99 %, die Validierung systematischer Leistungsfähigkeit und der durchgängige Sicherheitsnachweis während der Entwicklung. Eine unzureichende Sicherheitsumsetzung verhindert die Zertifizierung, erhöht Haftungsrisiken oder begrenzt autonome Funktionen und beeinträchtigt damit Produktreife und Markteinführung erheblich.
Bei APTPCB unterstützen wir ASIL-D-Designs, die höchste Automotive-Sicherheitsintegritätsstufen erreichen.
Umsetzung von ASIL-D
Sicherheitsarchitektur
- Hardwarefehlermetriken erreichen die ASIL-D-Ziele für zufällige Hardwareausfälle.
- Umfassende Diagnosemechanismen erkennen mehr als 99 % potenzieller Fehler.
- Der Übergang in einen sicheren Zustand ermöglicht bei kritischen Fehlern ein Minimal-Risk-Manöver.
- Interferenzfreiheit verhindert, dass nicht sicherheitsrelevante Funktionen die Sicherheit beeinflussen.
Entwicklungsprozess
- ISO-26262-V-Modell-Entwicklung mit vollständiger Anforderungsrückverfolgbarkeit.
- Sicherheitsvalidierung mit Fehlerinjektion und Tests im degradierten Betriebsmodus.
- Nachweis systematischer Leistungsfähigkeit durch kontrollierte Prozesse.
- Unabhängige Sicherheitsbewertung zur Bestätigung der Konformität.
Mit ISO-26262-Expertise und Erfahrung in der Automotive-Sicherheit ermöglicht APTPCB ASIL-D-Autonomiesysteme mit Zertifizierungsfähigkeit.
Integration von Domain-Controllern unterstützen
Autonome Domain-Controller vereinen Rechenleistung, Vernetzung, Stromversorgung und Wärmemanagement in zentralen Plattformen, die kompakte Bauform, umfassende I/O-Ausstattung und Automotive-Qualifizierung erfordern. Zentrale Integrationsherausforderungen sind das Thermomanagement für Plattformen mit 200 bis 500 W, die Steckverbinderdichte und die Einhaltung automobiler Umweltanforderungen. Eine unzureichende Integration begrenzt Leistung, erzeugt Zuverlässigkeitsprobleme oder verhindert eine praktikable Verpackung und beeinträchtigt damit Systemmachbarkeit und kommerzielle Tragfähigkeit erheblich.
Bei APTPCB unterstützen wir Domain-Controller-Designs, um Integration und Automotive-Konformität zu erreichen.
Umsetzung des Domain-Controllers
- Hochleistungsrechnen: Plattformen wie NVIDIA Drive, Qualcomm Snapdragon Ride oder Mobileye mit KI-Beschleunigern.
- Umfassende I/O: Automotive Ethernet, PCIe, CAN und LIN unterstützen vielfältige Fahrzeugschnittstellen.
- Erweitertes Thermomanagement: Flüssigkeitskühlung oder Hochleistungs-Kühlkörper beherrschen Verlustleistungen von mehreren hundert Watt.
- Automotive-Qualifizierung: Temperatur-, Vibrations- und EMV-Tests nach den Anforderungen der Automobilindustrie.
- Skalierbare Architektur: Modulare Designs unterstützen L2+ bis L5 über unterschiedliche Fahrzeugplattformen hinweg.
Durch Know-how bei Domain-Controllern und Automotive-Fertigung in Verbindung mit der Komponentenbeschaffung qualifizierter Teile ermöglicht APTPCB autonome Fahrzeuge der nächsten Generation.