Aufbau eines Infotainment-Systems auf Basis von Android Automotive OS

Die Technologie der Spiegelung von Smartphone-Daten auf das Armaturenbrett eines Fahrzeugs machte die IVI-Systeme eines solchen Fahrzeugs endlich freundlicher und funktioneller. Die Fahrer schätzten die Möglichkeit, auf ihre häufig genutzten Anwendungen wie Google Maps, Waze, YouTube Music, Spotify und verschiedene soziale Medien auf größeren, weniger ablenkenden HMI-Bildschirmen zugreifen zu können. Die neueste Version von Android Auto bietet noch mehr Aktualisierungen, wie z. B. einen zusätzlichen App-Launcher, so dass man zum Öffnen einer App weniger tippen muss, eine verbesserte und einfachere Benutzeroberfläche, größere Symbole und ein dunkles Design, das dem Fahrzeuginneren ähnelt.

Im Jahr 2018 gehörten Mirroring-Lösungen (Android Auto und Apple CarPlay) bereits zur Standard- oder Zusatzausstattung aller in Europa (46 %) und in den USA (über 50 %) gekauften Neuwagen.

Ältere eingebettete Infotainment-Systeme im Vergleich zu Android-Automobilbetriebssystemen

Die hohe Nachfrage nach Mirroring-Lösungen ist ein klares Zeichen dafür, dass die alten Infotainment-Systeme in Fahrzeugen (IVI) nicht mehr den Bedürfnissen der Nutzer entsprechen und mit den neuen Trends im digitalen Cockpit nicht mehr Schritt halten können. Allzu oft bieten die trägen Navigationssysteme im Fahrzeug nur begrenzte Unterhaltungsmöglichkeiten (Radio, Audiowiedergabe). Das Hauptproblem aller älteren IVI-Systeme ist jedoch ihre veraltete Benutzeroberfläche, die sich bei Android-Plattformen dank der großen Investitionen von Google und jahrzehntelanger Softwareentwicklung stark weiterentwickelt hat. Zu den weiteren kritischen Fallstricken klassischer Infotainment-Systeme gehören ihre komplexen und komplizierten Suchoptionen. Die schrittweise Zieleingabe kann mehr als ein Dutzend Fingertipps erfordern, um eine Adresse einzugeben. Diese während der Fahrt zu ändern, scheint ein nahezu unmögliches Unterfangen zu sein.

Darüber hinaus erfordert die zunehmende Komplexität eines digitalen Cockpits mehr Investitionen von Automobilherstellern und Zulieferern in die Implementierung von sicherheitsrelevanten und Unterhaltungsfunktionen. Daher können gebrauchsfertige Lösungen wie Android Automotive OS die Kosten für zusätzliche Forschung und Entwicklung einer voll funktionsfähigen HMI-Lösung erheblich senken.

Die zeitaufwändige und teure Entwicklung proprietärer IVI-Software und die allgemeine Verbreitung von Android Auto (das bereits mit Hunderten von Automarken kompatibel ist) haben die Automobilhersteller dazu bewogen, neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit zu suchen. Traditionelle Automobilhersteller wie GM, Volvo und die Renault-Nissan-Mitsubishi-Allianz waren die ersten, die eine Partnerschaft mit Google eingingen, um eine neue Art von Infotainment-Systemen zu entwickeln, die auf dem Android Automotive Operating System basieren.

Volvo gehörte zu den Ersten, die die ersten Versionen von Fahrzeugen (XC40 und Polestar 2) mit Android Automotive OS präsentierten. GM, Audi und Fiat Chrysler steigen ebenfalls in das Rennen ein.

Vorteile von Android Automotive OS für Automobilhersteller, Zulieferer und Endnutzer

Android Automotive OS ist ein vollständig anpassbares, eingebettetes Infotainment-System, das für die nahtlose Verbindung mit einer Reihe von Google-Diensten und Apps von Drittanbietern (z. B. Spotify, Amazon Music) entwickelt wurde, die Millionen von Nutzern kennen. Laut einer neuen Studie von Frost and Sullivan bevorzugen immer mehr Automobilhersteller die Einführung von Android OS, um die dahinter stehende Technologie der Unterhaltungselektronik nutzen zu können. Sie prognostizieren außerdem, dass Android Automotive OS bis 2025 die Spitzenposition im Bereich Embedded Infotainment einnehmen wird.

Für Automobilhersteller und Zulieferer

Dieses robuste Betriebssystem eignet sich hervorragend für die IVI-Entwicklung und ermöglicht

• die Entwicklung, das Testen und den Einsatz auf Anwendungsebene zu erleichtert, indem es einen Open-Source-Android-Technologiestack mit einer der größten Entwicklerbasen integriert. Derzeit können Early Adopters des Betriebssystems die Design-Richtlinien und den Wizard-Support von Android Studio für die Entwicklung von Medien-Apps nutzen, was offiziell auf der jährlichen Entwicklerkonferenz "Google I/O 2019" vorgestellt wurde.
• eine schnellere Markteinführung eines Fahrzeugprototyps. Mit einem führenden Softwareentwickler an der Seite des Automobilherstellers erhalten Infotainment-Entwickler viele neue Funktionen, die ihr Leben vereinfachen und den Zeitaufwand für die Entwicklung, Anpassung und das Testen von Medien-Apps reduzieren können. So hat Google auch die neueste Version des Android-Automotive-Emulators veröffentlicht, die bereits den Google Play Store enthält (Medien- und Messaging-Apps, Authentifizierung, Navigation und POI usw.). Er ermöglicht es Automobilentwicklern, fahrzeugspezifische Steuerelemente zu emulieren, ohne das eigentliche Auto vor sich zu haben. Er hilft den Entwicklern nicht nur dabei, die Entwicklung von Apps für das Betriebssystem zu beschleunigen, sondern bietet auch eine umfassende Plattform zum Testen neuer und bestehender Medienanwendungen.
• die Verbesserung von Over-the-Air-Updates (OTA), um den Fahrern die neuesten Upgrades aller Infotainment-Funktionen zu bieten.
• es, zahlreiche Wartungs- und Sicherheitsaspekte mit den neuesten Softwareversionen anzugehen.
• die Verbesserung der Kundenerfahrung durch ein hohes Maß an Mobilität und Konnektivität. Sie können bereits mit der Integration von Drittanbieter-Plattformen (z. B. Amazon Music und Audioburst) in Ihr Infotainment-System beginnen, sobald ein Emulator verfügbar ist. Oder Sie können benutzerdefinierte Anwendungen entwickeln, um z. B. Zahlungen im Auto zu ermöglichen.
• die Anwendung der bewährten Spracherkennungsfunktionen von Google auf die Fahrzeugsteuerungsfunktionen (Klimaanlage, Heizung usw.).

• es, Ihre markenspezifischen Anwendungen auf dem OS aufzubauen und die anpassbare Benutzeroberfläche zu nutzen.

Für Endnutzer

Die Einführung von Android Automotive OS kann die von enttäuschenden Funktionen herkömmlicher Infotainment-Systeme geprägte Haltung der Autofahrer erheblich verändern: 

• Zuverlässige, einfache und vor allem bereits vertraute Navigation mit Google Maps (Echtzeit-Verkehrsdaten, Umleitung, intelligente Routenführung).
• Flexibilität durch den sprachgesteuerten Google Assistant, der es ermöglicht, Routen zu ändern, auf Medien und Kontakte zuzugreifen, dringende Anrufe zu empfangen usw.
• Minimierung von Ablenkungen durch eine bekannte und einfache Android-basierte Benutzeroberfläche.
• Ein echtes, nahtloses Infotainment-Erlebnis, das es dem Fahrer ermöglicht, innerhalb eines Ökosystems beliebter Google-Dienste und Drittanbieter-Apps in Verbindung zu bleiben.

Implementierung von Android Automotive OS Funktionen und Anwendungen

Dank der kürzlich hinzugefügten Google Play-Dienste und der sofort einsatzbereiten Funktionen von Android Automotive können Automobilhersteller bereits damit beginnen, ihre alten Infotainment-Systeme neu zu erfinden. Sie sollten jedoch die Tatsache berücksichtigen, dass Android Automotive OS keine automobilspezifischen Funktionen bietet. Zahlreiche APIs sind nicht oder nur eingeschränkt verfügbar, da sich viele Dienste noch im Alpha-Stadium befinden.

Da Android Automotive erst im Entstehen begriffen ist und nicht alle Anforderungen von OEMs und Tier-1-Zulieferern erfüllen kann, müssen Sie die Lücken mit maßgeschneiderten Funktionen füllen. Um alle Ebenen eines eingebetteten Infotainment-Systems abzudecken, müssen die Automobilhersteller ihre Hardware, Verarbeitungsalgorithmen und proprietären Softwarelösungen in Android Automotive OS integrieren. Die gute Nachricht ist, dass die flexible Architektur mit dem Linux Kernel als Herzstück eine Vielzahl von Integrationen und vor allem die Implementierung von benutzerdefinierten Funktionen ermöglicht.

Lassen Sie uns an dieser Stelle einen genaueren Blick auf die Architektur von Android Automotive OS werfen:

Quelle

Auf den ersten Blick ist zu erkennen, dass eine integrierte Architektur eines einsatzbereiten Infotainmentsystems die notwendige Einbeziehung und Modifizierung durch OEMs, Tier-1-Zulieferer und Drittanbieter von Android-Anwendungen nahelegt.

Wie implementiert man eine benutzerdefinierte Funktion in Android Automotive OS?

Aktivieren der Mehrbenutzerunterstützung

Um eine benutzerdefinierte Lösung zu erstellen, sollten Sie eine Reihe von Änderungen an den Komponenten des Android Automotive OS vornehmen. Nehmen wir an, Sie müssen Mehrbenutzerunterstützung mit benutzerdefinierten Separated Sound Zones (SSZ) aktivieren. Letzteres bringt das Element der Personalisierung in Ihr Infotainment-System ein, das von allen Nutzern digitaler Inhalte heutzutage dringend erwartet wird.

Von einem modernen Infotainment-System wird erwartet, dass es nicht nur dem Fahrer, sondern auch den Passagieren auf den vorderen und/oder hinteren Sitzen intuitive Führung, Echtzeit-Straßendaten, Interaktion und Unterhaltung bietet. Das bedeutet, dass mehr Bildschirme benötigt werden, damit jede Person auf ein separates Gerät zugreifen und ihre Audioinhalte streamen kann, ohne die anderen zu stören und mit einer gemeinsamen Android-Oberfläche zu kommunizieren.

Sie können diese Komplexität mit zwei möglichen Optionen angehen. Sie können für jeden Bildschirm ein eigenes SoC installieren, aber das ist eine kostenintensive Lösung. Oder Sie können einen leistungsstarken SoC mit dem Android Automotive OS dahinter einsetzen. Das Problem ist, dass die Umgebung innerhalb von Android für jeden Benutzer isoliert werden muss, um die individuelle Kommunikation mit dem Audiosystem des Fahrzeugs zu ermöglichen.

An diesem Punkt kommen wir zu einer Vielzahl von Änderungen im Android-Betriebssystem, um die Lösung zu implementieren. Dazu müssen verschiedene Ebenen überwunden werden, wie im Diagramm der wichtigsten Komponenten der Android-Plattform dargestellt:

Quelle

Hier sind die Komponenten, die modifiziert werden müssen:

• Android Automotive OS sollte auf ein vom OEM ausgewähltes SoC portiert werden. Die Anpassung erfolgt auf der Kernel-Ebene, indem ein Treiber geändert und ein neuer implementiert wird usw. Das spezielle Car-Audio-System benötigt einen eigenen Linux Kernel-Treiber.
• HAL (Hardware Abstraction Layer) sollte ebenfalls implementiert werden. Auf der HAL-Ebene müssen Sie eine Kommunikationsfunktion mit dem Audiosystem des Fahrzeugs einrichten.
• Bei den nativen C/C++-Libraries sollten Sie Unterstützung für das Audiosystem des Fahrzeugs und Funktionen für einzelne Soundzonen hinzufügen.
• Außerdem sollte das Java API Framework um Unterstützung erweitert werden.
• Nach Hinzufügen der Unterstützung für das Java API Framework können Sie eine Anwendung für die Wiedergabe von Medieninhalten in einer bestimmten Medienzone entwickeln.
• Die Implementierung einer isolierten Umgebung erfordert eine Reihe von Änderungen, die sich auf alle Schichten der Android Automotive OS-Architektur auswirken können - von der Kernel-Ebene bis hin zum Java API Framework.

Mit der isolierten Umgebung können Sie mehrere Instanzen einer Anwendung (z. B. Facebook) auf einem Android-Betriebssystem starten, die jeweils in einer eigenen isolierten Umgebung mit unterschiedlichen Benutzeranmeldeinformationen ausgeführt werden. Die Implementierung der isolierten Umgebung erfordert Modifikationen von Android-Komponenten auf verschiedenen Ebenen, damit sie gleichzeitig arbeiten können. Beispielsweise sollte eine Softwarekomponente des Media Frameworks in der Lage sein, mit dem Audiosystem des Fahrzeugs zu kommunizieren und auch individuelle Soundzonen für verschiedene Benutzer bereitzustellen. Darüber hinaus sollten verschiedene Medieninhalte für mehrere Benutzer gleichzeitig wiedergegeben werden können.

Zum Schluss

Ein auf den Kunden zugeschnittenes Infotainmentsystem erfordert neue Ansätze und Softwarelösungen, die von Automobilherstellern und Zulieferern übernommen werden müssen. Dazu gehört ein robustes und skalierbares Android-Automobilbetriebssystem, das verspricht, das Infotainment-Erlebnis mit sehr beliebten integrierten Multimedia-Apps, Navigations- und Konnektivitätslösungen sowie bereits verfügbaren Integrationen von Drittanbietern neu zu gestalten. Um ein integriertes und voll funktionsfähiges IVI-System aufzubauen, müssen Automobilhersteller jedoch noch einige Änderungen an den Betriebssystemkomponenten vornehmen und kundenspezifische Funktionen implementieren, wie in diesem Artikel beschrieben.