ZF und Infineon optimieren mit KI die Fahrdynamik

Bei automatisieren Fahrmanövern müssen alle Fahrzeugbewegungen präzise und schnell berechnet werden. Effiziente KI-Algorithmen verbessern Fahrleistung und -sicherheit.

ZF und Infineon haben im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts „EEmotion“ gemeinsam KI-Algorithmen für die Entwicklung und Steuerung von Fahrzeugsoftware entwickelt und implementiert.

Foto: ZF

Der ZF-Konzern und die Infineon Technologies AG haben im Rahmen des Projekts „EEmotion“ gemeinsam KI-Algorithmen für die Entwicklung und Steuerung von Fahrzeugsoftware entwickelt und implementiert. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Wie ZF mitteilt, steuern die im Projekt entwickelten und in einem Versuchsfahrzeug getesteten KI-Algorithmen beim automatisierten Fahren alle Aktuatoren entsprechend der vorgegebenen Fahrtrajektorie und optimieren diese.

Schnellere und effizientere Algorithmen

ZF hat, so das Unternehmen weiter, seine beiden bestehenden Softwarelösungen cubiX und Eco Control 4 ACC um KI-Algorithmen erweitert, die auf Infineons Mikrocontroller (MCU) Aurix TC4x mit integrierter Parallel Processing Unit (PPU) implementiert wurden. Das Ergebnis: Die Algorithmen der Künstlichen Intelligenz werden effizienter und die Rechenleistung wird besser genutzt. Das wiederum führe zu einer besseren Fahrleistung und höherer Fahrsicherheit. Im Vergleich zu konventionellen Ansätzen ohne KI haben die beiden Unternehmen nun bewiesen, dass ihre Lösung beispielsweise automatisierte Spurwechsel deutlich genauer durchführen kann, führt ZF aus. Außerdem sei die Energieeffizienz von Fahrerassistenzsystemen wie der Adaptive Cruise Control gesteigert worden. Die bessere Fahrleistung zusammen mit geringerer Rechenleistung öffne den Weg für kosteneffiziente Assistenzsysteme des Level 2+.

„Das Förderprojekt EEmotion zeigt auf, dass unsere auf Künstlicher Intelligenz basierenden Algorithmen unseren Kunden neuartige Vorteile verschaffen: Durch KI können Produkte mit neuen Funktionen ausgestattet sowie schneller und effizienter entwickelt werden“, sagt Torsten Gollewski, Leiter Forschung und Entwicklung bei ZF.

„Im Projekt EEmotion konnte Künstliche Intelligenz erfolgreich in sicherheitskritische Funktionen des Fahrzeugregelungssystem integriert und softwareseitig validiert werden.“

„Mit unseren weltweit führenden Halbleiterprodukten, Software und Dienstleistungen ermöglicht es Infineon Kunden, ihre eigenen KI-Anwendungen zu entwickeln“, sagt Peter Schiefer, Präsident der Automotive-Division von Infineon. „Unser Aurix TC4x eignet sich ideal für KI-Anwendungen im Auto. Er ermöglicht dank seiner Parallel Processing Unit die schnelle und parallele Verarbeitung von Daten, was für Künstliche Intelligenz unerlässlich ist und die nächsten Schritte beim automatisierten Fahren hin zum autonomen Fahren vereinfacht.“

Neue Testmethoden für mehr Insassenschutz

Gurte, Airbags und Lenkräder werden unter härtesten Prüfbedingungen getestet, um höchste Qualitätsstandards zu garantieren. ZF Lifetec konzentriert sich nach eigenen Angaben dabei nicht nur auf Testkompetenzen, die über Jahrzehnte hinweg aufgebaut wurden, sondern stößt zusätzlich auch in neue, virtuelle Testbereiche vor.

Mit digitalen Test- und Validierungsverfahren, die durch physikalische Versuche bestätigt werden, lassen sich Sicherheitskonzepte noch besser an den individuellen Insassen anpassen. Denn im Fokus des Real-Life-Safety-Ansatz stehe der Mensch als Individuum und es sei das Ziel, diesen noch besser zu schützen – angepasst an die individuelle Statur, Geschlecht und Alter. Für diesen adaptiven Ansatz des Insassenschutzes stehen eine Vielzahl von Lösungen und Strategien zur Verfügung, die nur durch eine Kombination aus physikalischem Test und virtueller Validierung entwickelt und getestet werden können, heißt es weiter.

Die Bauteile, die in Klimakammern unter Dauerbelastung getestet werden, dürfen ihre Maßhaltigkeit nur temporär und nur innerhalb der vorgegebenen Toleranzen verändern. Die 3D Laser-Messung ist dabei nur eine von vielen Messmethoden, um auch kleinste Veränderungen schnell erkennen zu können.

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„Simulationen werden die Realtests nicht ersetzen, aber ein guter Mix aus Simulation und Realtest macht das Testing in Zukunft deutlich effizienter“, erklärt Harald Lutz, Entwicklungsleiter bei ZF Lifetec.

Eine wichtige Grundvoraussetzung für virtuelles Testing ist die Validierung der dabei zu Grunde gelegten Annahmen. Nur so könne sichergestellt werden, dass virtuelle Tests mit der Realität übereinstimmen. Um das zu gewährleisten, hat das Unternehmen die sogenannte HyDRA (Hyper Dynamic Response Actuator) entwickelt. Dieser in der Branche einzigartige Prüfstand ermöglicht einen schnellen und präzisen Abgleich zur Realität. Damit werde ein digitaler Zwilling validiert, der deutlich verkürzte Entwicklungszyklen ermöglicht und als Enabler für „Real-Life-Safety„ dient. (Quelle:ZF Lifetec)

„Im Projekt EEmotion konnte Künstliche Intelligenz erfolgreich in sicherheitskritische Funktionen des Fahrzeugregelungssystem integriert und softwareseitig validiert werden, wodurch ein weiterer Fortschritt auf dem Weg zum hochautomatisierten Fahren erzielt werden konnte“, sagt Ernst Stöckl-Pukall, Leiter des Referates „Digitalisierung und Industrie 4.0“ im Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. „Damit hat das Projekt wichtige Impulse gesetzt, um die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Fahrzeugindustrie zu stärken.“

Softwaregesteuerte Fahrwerkskontrolle mit KI optimiert

Die Software cubiX von ZF ermöglicht den Angaben zufolge die Steuerung aller Fahrwerkkomponenten von Pkw und Nutzfahrzeugen. Dies umfasst die Längs- und Querdynamik sowie die Vertikaldynamik des Fahrzeugs.

Zudem werde der vorausschauende Abstandsregeltempomat „Eco Control 4 ACC“ mit einem rechenintensiven Optimierungsalgorithmus und modellprädiktiver Regelung weiterentwickelt, um bis zu 8 % mehr Reichweite im realen Fahrbetrieb zu erzielen. Im Projekt EEmotion wurden auch KI-Algorithmen entwickelt, die schon während der Entwicklungsphase anknüpfen. So könne Fahrzeugsoftware effizienter gestaltet werden und schneller für die Kunden verfügbar gemacht werden. Die beschleunigte und KI-unterstützte Applizierung der Fahrzeugsoftware biete den Fahrzeugherstellern klare Vorteile bei der Anpassung an verschiedene Fahrzeugmodelle.

Mikrocontroller von Infineon ermöglicht Nutzung der KI-Algorithmen

Schlanke, KI-basierte Algorithmen benötigen sehr viel Rechenpower; empfehlenswert ist es laut ZF daher, diese in leistungsstarke Mikrocontroller wie den Aurix TC4x zu integrieren. Die Aurix TC4x-Mikrocontroller von Infineon sind leistungsstark und setzen die neuesten Trends in KI-Modellierung, Virtualisierung, Sicherheit, Cybersecurity und Netzwerkfunktionen um. Sie bereiten den Weg für neue E/E-Architekturen und die nächste Generation von software-definierten Fahrzeugen (Software-Defined Vehicle, SDV). Ein wichtiger Teil des Aurix TC4x ist die Parallel Processing Unit (PPU), die aufgrund ihrer schnellen und parallelen Datenverarbeitung rechenstarke KI-Anwendungen ermöglicht.

Über das Projekt EEmotion

Das Projekt EEmotion zielte darauf ab, ein Regelsystem für das automatisierte Fahren zu entwickeln, das auf KI-Algorithmen basiert und eine genauere Trajektorienregelung in verschiedenen Fahrsituationen gewährleistet. Die Durchführung des Projektes umfasste die Festlegung der Anforderungen an die KI-basierten Funktionen, die Entwicklung eines Gesamtkonzepts und entsprechender Hardware sowie die Entwicklung der Integration von KI in Regelungsarchitekturen für sicherheitskritische Anwendungen. Zusätzlich wurden Aspekte wie die Entwicklung sicherer KI-überwachter Kommunikation und die Untersuchung der simulativen Entwicklung und Validierung von Fahrdynamiksystemen berücksichtigt. Infineon Technologies AG fungierte als Verbundkoordinator für das Projekt mit einem Gesamtvolumen von 10,4 Mio. Euro, wovon 59 % durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert wurden. Das Projekt lief von September 2021 bis August 2024 und umfasste Partnerschaften mit ZF Friedrichshafen AG, b-plus technologies GmbH, samoconsult GmbH, der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen und der Universität zu Lübeck.

Die Dekarbonisierung des Transportwesens

ZF investiert in Hybridtechniken als eine Lösung zum Reduzieren von Nutzfahrzeug-Emissionen. Wie das Unternehmen ausführt, bietet die Technik ein erhebliches Potenzial zur Emissionsreduktion, während Fahrzeugreichweite erhalten bleibt und die Tankinfrastruktur weiterverwendet werden kann.

Auf dem Global Technology Day hat ZF bereits die neueste Variante des Getriebesystems TraXon 2 angekündigt, das TraXon 2 Hybrid. Dieses neue Konzept ermögliche es Fahrzeugherstellern, die Hybridtechnik mit reduziertem Aufwand und Komplexität effektiv in bestehende Fahrzeugplattformen zu integrieren.

Weltpremiere: Das neue Getriebesystem TraXon 2 Hybrid für schwere Nutzfahrzeuge, basierend auf dem bewährten TraXon 2 Getriebesystem.

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Die neue Generation der elektrischen Antriebe von ZF biete Kunden alles, was sie zur Elektrifizierung ihrer Nutzfahrzeuge benötigen – vom Lieferfahrzeug für die letzte Meile bis zum 44-Tonnen-Lkw. Der Baukasten von ZF verfolge dabei einen einzigartigen, modularen Ansatz, bei dem die Komponenten nahtlos in ein kompaktes, leichtes und leistungsstarkes System integriert werden können.

E-Mobility-Plattform: ZF elektrifiziert ein breites Spektrum von Nutzfahrzeuganwendungen durch unterschiedliche Lösungen für batterie-elektrische- oder Brennstoffzellen-Fahrzeuge.

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ZF biete dabei sowohl Achs- wie auch Zentralantriebe mit Dauerleistungen bis 380 kW an. Die Zentralantriebe CeTrax 2 dual und CeTrax 2 können in den gleichen Bauraum eines konventionellen Getriebes installiert werden. Die Achsantriebe AxTrax 2 dual und AxTrax 2 maximieren den verfügbaren Platz für Ladung oder Fahrgastraum sowie für Batterien und erhöhen die Designflexibilität des Herstellers für zukünftige Fahrzeugkonzepte. Beide Modelle ersetzen Motor, Getriebe, Gelenkwelle sowie konventionelle Achse, um ein Nutzfahrzeug zu elektrifizieren. Eine spezielle Niederflurportalachse für Stadtbusse ist ebenfalls verfügbar.