Automotive

Urbanisierung, Globalisierung und steigende Umweltbelastungen erfordern neue Lösungen, insbesondere in der Dekarbonisierung der Mobilität und der fortschreitenden Digitalisierung. Das von Infineon Dresden koordinierte Verbundprojekt Future Mobility verfolgt das Ziel, entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Produktdesign  über Technologieentwicklung und Prozessinnovation bis zur Hochvolumenfertigung - innovative Lösungen für zukünftige Power-Produkte und Automobilelektroniksysteme zu schaffen.

Das Fraunhofer IPMS bringt dabei seine Expertise in der Entwicklung effizienter, zukunftssicherer Produktionsprozesse für Mikroelektronik ein.

Unser Fokus am Fraunhofer IPMS

Um moderne Leistungshalbleiter und Mobilitätslösungen zu ermöglichen, konzentrieren wir uns auf:

• Neue Materialschichten für Mikrochips: Wir entwickeln moderne Beschichtungstechnologien, die auch feinste Strukturen zuverlässig abdecken - essenziell für die Leistungsfähigkeit und Miniaturisierung.
• Zuverlässige Metallkontakte: Wir verbessern die Prozesse zur Verbindung elektronischer Bauelemente, um geringeren Energieverbrauch und höhere Stabilität zu gewährleisten.
• Makellose Oberflächen für optimale Funktion: Durch präzise Polierprozesse sorgen wir für glatte, fehlerfreie Chipoberflächen – für bessere elektrische Eigenschaften und längere Lebensdauer.

Diese Entwicklungen werden durch Echtzeit-Überwachung, Fabriksimulationen und strenge Qualitätskontrollen unterstützt. Gemeinsam mit unseren Partnern schaffen wir die technologische Basis für eine nachhaltige, leistungsstarke Mobilität der Zukunft.

Im autonomen Fahrzeug ist der Mensch nur noch Beifahrer – das Auto steuert eigenständig und erkennt Hindernisse sowie Gefahren in Echtzeit. Eine entscheidende Technologie hierfür ist LiDAR (Light Detection and Ranging), das zur präzisen Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung zwischen Fahrzeug und Umgebung dient.

LiDAR-Systeme senden Laserimpulse aus und analysieren deren Reflexion. So entsteht ein detailliertes 3D-Abbild der Fahrzeugumgebung, das für autonomes Fahren essenziell ist.

Das „scannende Auge“ der Zukunft

Das Fraunhofer IPMS entwickelt dafür hochpräzise MEMS-basierte Mikroscannerspiegel, die speziell für die Anforderungen des autonomen Fahrens ausgelegt sind: kompakt, leicht, vibrationsresistent und gut integrierbar. Die zugrundeliegende Vision ist ein "scannendes Auge", das eine dreidimensionale Umfelderfassung in Echtzeit ermöglicht.

Ein Mikrospiegelmodul lenkt Laserstrahlen zweidimensional ab. Die dritte Raumdimension wird anhand des reflektierten Lichts ermittelt – z. B. mittels Laufzeitmessung, codierter Pulse oder durch Demodulation von FMCW-Signalen.

Präzise Umfelderfassung auf kleinstem Raum

Die vom Fraunhofer IPMS entwickelten MEMS-Spiegel haben eine Reihe von Vorteilen:  

• Hochpräzise MEMS-Scannerspiegel für zuverlässige 3D-Umfelderfassung von wenigen Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern
• Kompaktes, platzsparendes Design für einfache Integration in bestehende Fahrzeugsysteme
• Vibrationsresistente und mechanisch robuste Module, die auch bei Fahrzeugvibrationen keine Messunschärfen verursachen
• „Scannendes Auge“ mit innovativer Spiegelsteuerung für eine präzise 2D- und 3D-Umgebungserfassung
• Zuverlässige, langlebige Konstruktion aus einkristallinem Silizium – verschleißfrei und ermüdungsresistent
• CMOS-kompatible Technologie für eine skalierbare und kosteneffiziente Serienfertigung
• Erfüllt alle Anforderungen an optische Leistung sowie Stoß- und Vibrationsfestigkeit für Solid State LiDAR-Systeme

Skalierbare, kosteneffiziente Technologie für die Mobilität von morgen

Dank der CMOS-kompatiblen Siliziumtechnologie ist eine skalierbare und wirtschaftliche Fertigung der Module möglich. So lassen sie sich problemlos in bestehende Fahrzeugsysteme integrieren. Das MEMS-basierte „Auge“ des Fahrzeugs ist damit ein vielversprechender Baustein auf dem Weg zum vollautonomen Fahren.

Holografische Projektionen werden lebendig, interaktiv und räumlich erfahrbar. Was früher nach Science-Fiction klang, wird durch MEMS-basierte Mikroscannerspiegel des Fraunhofer IPMS zur Realität. Die hochentwickelten optischen Komponenten ermöglichen die Projektion realistischer 3D-Bilder – etwa dynamische Verkehrsschilder, die scheinbar im Sichtfeld der Windschutzscheibe schweben.

Im Zentrum der Technologie stehen Mikrospiegel-Arrays, die auf einem Halbleiterchip integriert sind. Jeder Spiegel lässt sich einzeln ansteuern (absenken) und erzeugt so hochauflösende zweidimensionale Lichtmuster. Diese Muster bilden die optische Grundlage für dreidimensionale Hologramme im Raum.

Die Technologie nutzt die Wellencharakteristik des Lichts, um räumliche Bilddarstellungen zu erzeugen. Da das menschliche Auge nur reflektierte Lichtwellen wahrnimmt und nicht das Objekt selbst, können Hologramme dieses Prinzip nachbilden und realitätsnahe Projektionen erzeugen, ohne dass physische Objekte vorhanden sind.

Der Durchbruch: Bewegte Holografie in Echtzeit

Bisher waren Hologramme meist statisch. Bewegte Holografie scheiterte bislang an der Verfügbarkeit geeigneter Lichtmodulatoren mit hoher Geschwindigkeit und Auflösung. Das Fraunhofer IPMS überwindet diese Hürde mit seinen schnellen MEMS-Spiegelarrays, die dynamische Lichtfelder erzeugen – in Echtzeit und mit realitätsnaher Tiefe.

Dadurch entsteht ein lichtbasiertes Abbild der Realität, das sich in Bewegung anpassen lässt. Virtuelle und physische Welt verschmelzen zu einem einheitlichen visuellen Erlebnis.

Anwendungen: Augmented Reality & 3D-Visualisierung

Die Technologie des Fraunhofer IPMS eröffnet neue Möglichkeiten für innovative Displays:

• Augmented Reality im Fahrzeug: Dynamische Informationen wie Navigationshinweise oder Verkehrszeichen direkt im Sichtfeld der Fahrenden
• 3D- und Holografie-Displays: Immersive Anwendungen für Unterhaltung, Bildung und Kommunikation
• Medizinische Bildgebung & Industrielle Visualisierung: Räumliche Darstellung zur Unterstützung von Diagnostik und Steuerung komplexer Systeme

Vorteile der Holografie-Technologie des Fraunhofer IPMS

• Individuell steuerbare MEMS-Mikrospiegel für hochauflösende, dynamische 3D-Projektionen
• Echte räumliche Bilddarstellung durch modulierte Lichtfelder in Echtzeit
• CMOS-kompatible Fertigungstechnologie – skalierbar und kostengünstig produzierbar
• Kompakter, energieeffizienter Aufbau, ideal für Automotive-, AR- und mobile Systeme
• Robustes Solid-State-Design, stoß- und vibrationsresistent
• Enabler für AR-Anwendungen der nächsten Generation in Mobilität und Maschineninteraktion

Vernetzte Fahrzeuge ermöglichen zentrale Innovationen wie das autonome Fahren und Platooning (automatisiertes Fahren in Fahrzeugkolonnen). Bisher kommen dafür hauptsächlich funkbasierte Kommunikationsstandards wie WLAN (IEEE 802.11p) zum Einsatz, die hohe Datenraten und eine breite Verfügbarkeit bieten.

Diese Technologien haben jedoch schwerwiegende Nachteile:

• Begrenzte Frequenzbänder
• Anfälligkeit für Störungen
• Risiken durch Signalmanipulation
• Herausforderungen bei der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)

Li-Fi: Die optische Alternative zur funkbasierten Kommunikation

Li-Fi (Light Fidelity) bietet eine sichere und störungsfreie Alternative zu klassischen Funktechnologien. Statt Radiowellen nutzt Li-Fi moduliertes Licht (meist von LEDs) zur Datenübertragung. Eine Photodiode empfängt und dekodiert die Signale. Mit Latenzen im Mikrosekundenbereich eignet sich Li-Fi als redundanter oder ergänzender Übertragungskanal zu bestehenden Wi-Fi-Systemen.

Gerade in der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V) sind Zuverlässigkeit, geringe Latenzzeiten und hohe Sicherheit entscheidend. Li-Fi ermöglicht Echtzeit-Datenaustausch mit Mikrosekundenlatenz. Das ist ideal für reaktionsschnelle Anwendungen wie Platooning oder Kollisionsvermeidung. Durch die erforderliche Sichtverbindung (Line-of-Sight) bleibt das Signal auf den optischen Pfad begrenzt, was eine natürliche Abhörsicherheit bietet und Hackerangriffe sowie externe Störungen deutlich erschwert. Zudem erzeugt Li-Fi keine elektromagnetischen Interferenzen und ist damit besonders geeignet für die komplexen EMV-Anforderungen moderner Fahrzeuge.

Vorteile des Fraunhofer IPMS

Das Fraunhofer IPMS unterstützt Sie umfassend bei der Integration von Li-Fi in Ihre Mobilitäts- oder Industrieanwendung:

• Li-Fi-Workshops: Lernen Sie, wie optische Kommunikation funkbasierte Systeme ergänzen oder ersetzen kann
• Technologieberatung: Bewertung von Anwendungsfällen und Machbarkeit
• Konzeptentwicklung: Von der Idee zur konkreten Umsetzung
• Hardware- & Moduldesign: Individuelle Li-Fi-Transceiver und Systemintegration
• Pilotfertigung: Prototyping und Validierung unter realen Einsatzbedingungen

Ziel des Projekts ist die Erforschung einer verteilten und effizienten Datenverarbeitung mittels Künstlicher Intelligenz (KI) in digitalen Radarnetzwerken, die in vollautomatisierten Fahrzeugen eingesetzt werden sollen. Dabei liegt der Fokus auf der umfassenden Digitalisierung aller systemrelevanten Funktionen sowie der optimalen Verteilung der Rechenlast zwischen Domänencontrollern, Sensorknoten und Zentralrechner.

Die Verteilung der Rechenkapazitäten wird unter Berücksichtigung von Bildqualität, Kosten, Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit optimiert. Am Projektende steht die Demonstration eines intelligenten Radarsensornetzwerks.

Beitrag zu nachhaltiger Kommunikationstechnologie und Klimaschutzzielen

Das Projekt unterstützt die Entwicklung nachhaltiger Kommunikationstechnologien und trägt somit zur Erreichung der Klimaschutzziele bei. Insbesondere ermöglicht es den ressourcenschonenden und sicheren Einsatz von Kommunikationstechnik im vollautomatisierten Fahren. Darüber hinaus sind die Projektergebnisse auch auf andere Sensortypen und Anwendungsbereiche übertragbar, beispielsweise Industrie 4.0, Logistik und Medizintechnik.

Fraunhofer IPMS: Entwicklung moderner TSN-Netzwerkarchitekturen

Das Fraunhofer IPMS entwickelt im Rahmen des Projekts eine zukunftsfähige Automotive TSN-Netzwerkarchitektur sowie leistungsfähige Netzwerkknoten für den sicheren und schnellen Austausch von Fahrzeugdaten.

Mit seiner Expertise in den Bereichen Ethernet TSN Netzwerke, Subsysteme und IP-Core Design arbeitet das Institut an der Entwicklung neuer, anwendungsspezifischer TSN-Netzwerk-IP-Cores. Diese basieren auf bestehenden TSN-IP-Cores und konzentrieren sich auf:

• Echtzeitfähigkeit
• Sehr geringe Latenz
• Minimierten Jitter
• Determinismus
• Hohe Datenraten (bis zu 10 GBit/s)
• Redundanz
• Funktionale Sicherheit nach ISO 26262

Integration, Demonstration und Performanceanalyse

Das Fraunhofer IPMS verantwortet außerdem die Entwicklung und Integration der Lösungen in FPGA-Plattformen sowie das Setup und die Konfiguration von zonenbasierten Demonstrationsnetzwerken inklusive des Demonstrationsaufbaus. Zusammen mit den Partnern führt das Institut abschließend eine umfassende Performanceanalyse in realitätsnahen Anwendungsumgebungen mit Anbindung von Radarsensoren und Zonengateways durch.

Autonomes Fahren verändert die elektronische und elektrische Fahrzeugarchitektur (E/E-Architektur) grundlegend. Um die Vielzahl und Komplexität der Datenströme in hochautomatisierten Fahrzeugen effizient zu verarbeiten, werden maßgeschneiderte, flexible und energieeffiziente Hochleistungsprozessoren benötigt, die zugleich den hohen Sicherheitsanforderungen im Fahrzeug entsprechen. Das CeCaS-Projekt (Central Car Server) bildet den ersten entscheidenden Schritt in Richtung automotive Supercomputing.

Ziel: Zentrale Hochleistungsrechner für zukünftige Fahrzeugarchitekturen

Im Fokus des Projekts steht die Entwicklung der Prozessor- und Softwarebasis für heterogene Echtzeit-Computingplattformen in Fahrzeugen. Dabei werden Sicherheit, Performance und Skalierbarkeit miteinander vereint, um eine neue Generation von zentralen Fahrzeugcomputern für den Einsatz im automobilen Umfeld zu schaffen.

Kernkomponenten sind:

• Proprietäre Prozessorarchitekturen
• Spezialisierte System-Schnittstellen
• Adaptive Softwareplattformen
• Hardwarebeschleuniger für spezifische Anwendungen
• FinFET-Technologie (nicht-planare Transistorarchitektur)

Alle Systembestandteile zielen auf eine Zertifizierung gemäß ISO 26262 (ASIL-D) ab und erfüllen somit höchste Anforderungen an die funktionale Sicherheit im Kontext des autonomen Fahrens.

Fraunhofer IPMS: Vernetzungsexpertise für das Fahrzeug der Zukunft

Das Fraunhofer IPMS bringt seine umfassende Expertise im Bereich automobiler TSN-Kommunikationsnetzwerke (Time-Sensitive Networking) in das Projekt ein und ist maßgeblich an der Anforderungsdefinition und Systemarchitektur beteiligt.

Beitrag des Fraunhofer IPMS:

• Analyse der Anforderungen an Kommunikationsarchitekturen für zentrale Fahrzeugsysteme
• Entwicklung und Bewertung neuer TSN-Technologien mit Übertragungsraten bis zu 50 Gbit/s
• Design von Automotive-Kommunikationscontrollern für ASICs und FPGAs
• Einhaltung der funktionalen Sicherheitsnorm ISO 26262 bis ASIL-D
• Performance-Analyse der TSN-Integration im Demonstratoraufbau

Durch die Entwicklung einer zentralisierten Rechenarchitektur ermöglicht CeCaS die Echtzeitverarbeitung sicherheitskritischer Fahrzeugdaten, etwa für Sensorfusion, Pfadplanung oder Fahrzeugsteuerung. Damit legt das Projekt den Grundstein für vollautonomes Fahren.

Mit seiner Arbeit an Fahrzeugvernetzung, Echtzeitkommunikation und funktionaler Sicherheit gestaltet das Fraunhofer IPMS aktiv die Zukunft des leistungsfähigen und sicheren automobilen Rechnens mit.

AR-Datenbrillen revolutionieren die Produktionsprozesse in der Automobilbranche. Sie ermöglichen es Mitarbeitenden, Echtzeitdaten und visuelle Anleitungen direkt im Sichtfeld zu sehen ohne auf externe Bildschirme blicken zu müssen. Beide Hände bleiben frei, was die Produktivität, Effizienz und Präzision in der Fertigung deutlich steigert.

Für diese anspruchsvollen Anwendungen werden hochauflösende Mikrodisplays, flexible und robuste Substrate, Sonnenlichttauglichkeit, hohe Kontraste sowie intuitive Steuerung per Gestik oder Augenbewegung benötigt: Genau diese Technologien entwickelt das Fraunhofer IPMS.

Fraunhofer IPMS: Mikrodisplay-Technologie für die Zukunft

Das Fraunhofer IPMS entwickelt und optimiert leistungsfähige Mikrodisplays, die speziell für Wearables und AR-/VR-Headsets in der Automobil- und Industrieanwendung ausgelegt sind. Unsere Lösungen bieten:

• Hohe Auflösung für gestochen scharfe Echtzeitvisualisierung
• Sonnenlichttaugliche Displays für den Einsatz in hellen Umgebungen
• Geringer Energieverbrauch für stromsparende Wearables
• Widerstandsfähige Materialien mit Kratzfestigkeit
• Augen- und Gestensteuerung für freihändige Bedienung

Darüber hinaus entwickeln wir bidirektionale Mikrodisplays, die Anzeige- und Bildaufnahmefunktionen auf einem einzigen Chip vereinen. Damit ermöglichen wir interaktive Anwendungen wie blickgesteuerte Inhalte oder adaptive Anzeige in Echtzeit.

Mikrodisplays für den Wearables-Markt von morgen

Mit dem Wachstum des Marktes für smarte Brillen, Head-up-Displays und Wearables steigt der Bedarf an miniaturisierten, intelligenten Komponenten. Das Fraunhofer IPMS bietet eine Plattform für die kundenspezifische Mikrodisplay-Entwicklung – für zukunftsweisende Lösungen in Automobilindustrie, Logistik, Medizintechnik und weiteren Branchen.