Fahrzeugvernetzung und automobile IoT-Anbindung

Connected Cars: Chancen und Herausforderungen

| Autor / Redakteur: Guido Dornbusch / Andreas Donner

Bis zum vollständig vernetzten Auto ist es noch ein langer Weg.
Bis zum vollständig vernetzten Auto ist es noch ein langer Weg. (Bild: Laird Technologies)

Bis 2020 sollen weltweit rund 250 Millionen vernetzte Autos und LKWs auf den Straßen unterwegs sein. Für das Jahr 2025 gehen Experten sogar davon aus, dass alle neuen Fahrzeuge mit dem Internet of Things (IoT) verbunden sein werden. Doch bis in diesem Bereich massiv neue Geschäftsmodelle entstehen werden, gilt es, einigen enormen Herausforderungen zu begegnen.

Alle Verkehrsteilnehmer von Autos, über LKWs und Motorräder bis hin zu Fahrrädern und Passanten sollen im Jahr 2025 miteinander vernetzt sein und kommunizieren können. Damit wäre die Grundlage für die Vision des autonomen Fahrens gelegt. Doch der Weg dahin ist nicht so einfach – viele Herausforderungen, unter anderem in der Antennentechnik, der Sicherheit und bei Steuergeräten, müssen derzeit noch von den Entwicklern gelöst werden. Sind diese jedoch überwunden, bietet das vernetzte Auto nicht nur für die Automobilindustrie vielfältige Einsatzmöglichkeiten: Auch Service Provider, Marketingabteilungen und Versicherungen könnten von neu entstehenden Geschäftsmodellen profitieren.

Sicherheit im vernetzten Auto – Kampf den Cyberkriminellen

Eine erste Herausforderung im Zuge der immer stärkeren Vernetzung von Fahrzeugen ist die Sicherheit. Da das Auto in Zukunft immer stärker zum mobilen Lebensraum werden wird, ist das Thema Security sowohl für OEMs als auch für Zulieferer entscheidend. Benutzer werden ihr Auto in Zukunft immer stärker als persönliches Mobile Device nutzen und es zum Beispiel zum Kommunizieren verwenden und über Apps personalisieren.

Zudem verfügen immer mehr Fahrzeuge über Schnittstellen für den Datenaustausch mit der Außenwelt. Im Zuge des vernetzten Autos, das in der Welt des Internet of Things (IoT) mit anderen smarten Fahrzeugen kommuniziert, werden diese Schnittstellen und damit auch das Risiko für Hackerangriffe weiter zunehmen. Das bietet vielfältige Manipulationsmöglichkeiten für Angreifer, wie erste Attacken auf Connected Cars bereits gezeigt haben.

So bekamen Kriminelle zum Beispiel über eine drahtlose Verbindung Zugriff auf den CAN-Bus, der viele Steuergeräte innerhalb des Fahrzeugs vernetzt. Hackern gelang es so, aus der Ferne die Kontrolle über ein Auto zu übernehmen und während der Fahrt den Motor auszuschalten. Andere Kriminelle konnten sich bereits Kontrolle über Bremsen, Türverriegelung, Klimaanlage und Scheibenwischer verschaffen.

Die Industrie ist sich dessen bewusst und hat etwa beim neuen Mobilfunkstandard 5G die Sicherheit von Anfang an bedacht, sodass der Standard sicherer ist als etwa WLAN. Trotzdem reicht die Absicherung der Luftschnittstelle bei weitem nicht aus, um Angriffe auf ein Connected Car zu verhindern. Viele Steuergeräte und Kommunikationssysteme innerhalb des Fahrzeugs sind angreifbar. Besonders gefährdet sind Geräte wie die TCU (Telematics Control Unit) oder so genannte Headunits, die über eine Vielzahl von drahtlosen Schnittstellen verfügen und somit als Einfallstor für potentielle Angriffe dienen.

Eine Entwicklung, die OEMs und Zulieferern Sorgen bereitet ist, dass immer mehr Malware für Mobilgeräte maßgeschneidert wird. Diese Entwicklung wird vor den vernetzten Fahrzeugen nicht Halt machen – stehen Sicherheitsexperten und Hacker doch bereits heute in stetem Wettlauf miteinander. Vernetzte Fahrzeuge müssen daher zukünftig regelmäßig mit Updates versorgt oder abgeschottet werden, um sie vor neu entstandenen Gefahren zu schützen.

Eine Überlegung ist, alle Luftschnittstellen „abzudichten“. Das liegt jedoch nicht im Interesse der Kunden, da eine Anbindung zum Datenaustausch gerade im Hinblick auf innovative Vehicle2Vehicle- oder Vehicle2Infrastructure-Dienste und das autonome Fahren benötigt wird. Aber auch auf klassischem Weg, per Rückruf und Nachbesserung in den Werkstätten, wird es nicht gelingen, Fahrzeuge gegen digitale Angreifer zu sichern.

Zum einen verursachen Rückruf-Kampagnen hohe Kosten und schädigen den Ruf der Automobilhersteller. Zum anderen dauert es zu lange, bis alle gefährdeten Fahrzeuge einen Patch erhalten. In der Zwischenzeit haben Hacker weiterhin freie Bahn. Weil aber ein manipuliertes Fahrzeug für Fahrer und Umwelt ein enormes Risiko darstellen kann, ist ein solcher Zeitrahmen nicht akzeptabel. Zudem ist es oft möglich, in der Zwischenzeit weitere Schwachstellen in der Fahrzeugsoftware zu identifizieren. Der Patch wäre bereits veraltet, wenn er installiert wird.

Eine Alternative aus der Welt der Smartphone-Betriebssysteme sind regelmäßige Updates und Patches. Soft- und Firmware werden dabei über die Mobilfunkschnittstelle aktualisiert. Sobald sie an das Gerät übertragen wurden, werden die Updates automatisch entpackt und installiert. Ein ähnliches Verfahren gibt es auch in der Automobilindustrie: Firmware Over-the-Air (FOTA) kann dabei helfen, eine Vielzahl von Geräten in kurzer Zeit mit Updates zu versorgen.

Das Update-Verfahren bietet das Potenzial, Schwachstellen fortlaufend und schnell mit Patches auszubessern, neue Funktionen zu integrieren und kryptografische Verfahren zu modernisieren, mit denen etwa die Steuergeräte abgesichert werden. Hierbei muss allerdings garantiert werden, dass der FOTA-Prozess selbst sicher und schnell durchzuführen ist und kein zusätzliches Angriffspotenzial bietet. Eine Voraussetzung dafür ist u.a. die kryptografische Absicherung der Luftschnittstelle.

Konsolidierung der Steuergeräte: Komplexität senken, Kabelmengen verringern

Die Verbindung verschiedener Steuereinheiten, so genannter Units, im Fahrzeug stellt die zweite aktuelle Herausforderung für OEMs und Zulieferer im vernetzten Fahrzeug dar. Momentan werden Signale von einer Antenne auf dem Dach eines Fahrzeugs mithilfe von Kabelverbindungen an die Bordelektronik übermittelt. Diese befindet sich oft im Fahrercockpit.

Bei der Ausweitung des Übertragungsspektrums von derzeit 6 GHz auf bis zu 100 GHz im Rahmen der Einführung von 5G führt eine Absetzung von der Antenne zur Elektronik durch Kabel allerdings zu großen Verlusten. Zudem ist die Verlegung der Hochfrequenz-Kabel aufgrund ihrer geringen Biegsamkeit nicht trivial und die große Menge führt zudem zu einer erheblichen Gewichtszunahme im Fahrzeug. Deshalb muss die Elektronik und damit die Signalverarbeitung nah an die Antenne gebracht werden. Das heißt, entweder direkt unter das Dach oder in die Antenne. Problematisch sind jedoch die sich ändernden Witterungsbedingungen, denen die Elektronik dann ausgesetzt ist. Sowohl unter dem Dach, als auch in der Antenne selbst herrschen hohe Temperaturen und Temperaturschwankungen vor, was der Elektronik auf Dauer stark zusetzt.

Die Ausweitung des Frequenzbereiches führt zudem zu neuen Herausforderungen im Antennendesign. Denn im neuen Frequenzbereich können Signale nur noch in geringerem Abstand empfangen werden. Eine gezielte Ausrichtung der Antennen kann die Strecke zwar vergrößern, dazu müssen die Fahrzeuge jedoch mit einer Vielzahl an Antennen bestückt werden. Doch damit nicht genug: Auch Road-Side-Units müssen mit gerichteten Antennen ausgestattet werden, um das Signal an Geräte in vorbeifahrenden Fahrzeugen zu übertragen.

Des Weiteren wollen immer mehr OEMs die Aerodynamik verbessern und dazu das Antennendesign verändern und es flach am Autodach anbringen, beziehungsweise komplett verdeckt einbauen. Auch hier ist eine Veränderung der Struktur der Steuereinheiten notwendig. Das könnte zum Beispiel durch eine Konsolidierung in weniger Steuergeräte erfolgen, etwa die Integration „aller“ Funk-Technologien in einer Einheit. Hiervon versprechen sich Entwickler eine Reduktion der Kosten und der Komplexität sowie eine Erhöhung der Performance und der Skalierbarkeit.

Innovative Mobilitätskonzepten bringen neue Geschäftsmodelle

Jenseits der Herausforderungen gibt es aber auch viele Möglichkeiten, die ein vernetztes Auto bieten kann. So wird das Conntected Car als Bestandteil des IoT neuen Mobilitätskonzepten dienen. Da die Kosten für ein Auto sehr hoch sind und diese gerade in Großstädten mit gutem öffentlichen Nahverkehr unnötig viel Platz wegnehmen, wird erwartet, dass die Anzahl an Privatautos stark zurückgehen wird. Konzepte, die eine Reduktion der Kosten und platzsparende Lösungen bieten, werden dann einen Aufschwung erleben.

Guido Dornbusch.
Guido Dornbusch. (Bild: Laird Technologies)

Einige Geschäftsmodelle wie CarSharing-Dienste oder Pay-per-Use-Modelle sind bereits heute erfolgreich und werden in Zukunft weiter wachsen. Auch der umwelttechnische Aspekt wird, gerade in Zeiten von Klimaerwärmung und Problemen mit der Luftverschmutzung, immer relevanter, was neue Lösungen und Infrastrukturmaßnahmen im Bereich der Elektromobilität erfordert. Allgemein werden die Mobilitätslösungen der Zukunft den Spagat zwischen Flexibilität und Freiheit bei gleichzeitiger Kosten- und Platzreduzierung schaffen müssen.

Um dieses Ziel zu verwirklichen, sind aber nicht nur die Automobilhersteller gefragt, sondern auch andere Gesellschaftsgruppen wie Politiker und Verbände.

Über den Autor

Guido Dornbusch ist Vice President Product Management bei Laird.

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