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Self-Organizing Automotive Software Architectures


Projektstart: 01.09.2007
Projektträger: Das Projekt wird durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert.
Projektverantwortung vor Ort: Prof. Dr.-Ing. Rudi Knorr

Zusammenfassung

Die Funktionsmerkmale moderner Fahrzeuge werden heute zu einem Großteil durch Elektronik und Software realisiert. Elektronik und Software bilden damit einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor in der Automobilindustrie. Für die Entwicklung von Fahrzeugen sind dabei zwei wichtige Trends erkennbar: eine steigende Funktionsvielfalt und ein steigender Anteil der Fahrzeugsoftware an der Automobilelektronik.

Beschreibung

Die Funktionsmerkmale moderner Fahrzeuge werden heute zu einem Großteil durch Elektronik und Software realisiert. Elektronik und Software bilden damit einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor in der Automobilindustrie. Für die Entwicklung von Fahrzeugen sind dabei zwei wichtige Trends erkennbar: eine steigende Funktionsvielfalt und ein steigender Anteil der Fahrzeugsoftware an der Automobilelektronik.

Zukünftige Generationen von Fahrzeugen werden eine ganze Reihe neuer Funktionsmerkmale beinhalten. Beispiele hierfür sind Funktionen im Rahmen der aktiven Fahrsicherheit und der Fahrerassistenz, Funktionen, die durch neue Antriebskonzepte entstehen (z.B. neue Motorsteuerungen für Hybridantriebe), oder neue Ausstattungs- und Komfortmerkmale (wie zum Beispiel neue Infotainmentfunktionen). Viele dieser Funktionen werden zunehmend durch Software realisiert, was zu einem steigenden Anteil und zu einer steigenden Bedeutung der Software führt. Laut einer Prognose der Mercer Management Consulting wird sich der Softwareanteil an der Automobilelektronik von 20 Prozent im Jahr 2000 auf 40 Prozent im Jahr 2015 verdoppeln. Die System- und Softwarearchitekturen in den Fahrzeugen müssen diesem Trend Rechnung tragen. An sie werden in Zukunft eine Reihe neuer Anforderungen gestellt, die sich aus den ermittelten Trends ableiten lassen:

Komplexität und Kommunikationsbedarf

Die neuen Funktionsmerkmale zukünftiger Automobile führen zu einer erheblichen Steigerung der Komplexität ihrer Systemarchitekturen. Dies ist auch dadurch gekennzeichnet, dass neue Systeme wie beispielsweise Fahrerassistenzsysteme, auf eine ganze Reihe anderer Fahrzeugdomänen (Antriebsstrang, Infotainment) zugreifen müssen, was zu einer stark ansteigenden Vernetzung dieser Domänen und damit zu einem erhöhten Kommunikationsbedarf führt. Ein weiterer wichtiger Komplexitätsaspekt ist die steigende Anzahl an Funktionsvarianten, die beispielsweise durch kundenspezifische Ausstattungsvarianten entstehen.

Skalierbarkeit und Ressourceneffizienz

Heutige Fahrzeuge der Oberklasse besitzen um die 70 Steuergeräte (eingebettete Computer), die Fahrzeugfunktionen mit Software realisieren. Dabei sind Funktionen diesen Steuergeräten weitestgehend fest zugeordnet. Da die Anzahl der Steuergeräte für die Integration neuer Funktionen nicht beliebig erweiterbar ist, sind neue Konzepte für ein flexibleres Funktions-Steuergeräte-Mapping erforderlich. Da es zukünftig auch mehr Funktionen geben wird, die direkt von der Fahrsituation abhängen (z.B. Adaptive Cruise Control für den Stauverkehr, Einparkassistent fürs Einparken) sind zur Erreichung einer hohen Effizienz der verfügbaren Ressourcen neue dynamischere Zuordnungskonzepte von Funktion zu Ressource erforderlich.

Gleichbleibend hohe Qualität. Die Automobilindustrie stellt seit jeher hohe Anforderungen im Bereich der Qualitätssicherung. Diese Anforderungen müssen auch durch die Automobil-Software eingehalten werden, in Zukunft auch unter den höheren Komplexitätsanforderungen. Als Lösungsansatz für eine zukünftige Softwarelandschaft im Fahrzeug, die diesen Anforderungen gewachsen ist, erforscht die Fraunhofer ESK im Forschungsvorhaben „DynaSoft - Dynamisch selbstorganisierende Softwaresysteme“ ein Konzept für eine dynamisch organisierte automotive Softwarearchitektur. Gegenüber dem Stand der Technik können durch den neuen Ansatz folgende Vorteile aufgezeigt werden:

  • Steigerung der Ressourceneffizienz
    Während heutige Fahrzeuge eine hohe Anzahl verschiedener Steuergeräte zur Umsetzung der Funktionen benötigen, soll in zukünftigen dynamischen Architekturen die Zahl der Steuergeräte reduziert werden. Durch dynamische Mehrfachbelegung von existierenden Ressourcen (Prozessoren, Bussysteme) können diese besser ausgelastet und damit effizienter betrieben werden. Effiziente Zuverlässigkeit durch Redundanz. Die Entwicklung zuverlässiger Softwaresysteme erfordert einen hohen Aufwand. Dynamische Softwaresysteme bieten verbesserte Möglichkeiten für Redundanz und Zuverlässigkeit. Beispielsweise kann ein Ausfall eines Sensors durch dynamische Funktionssituation zeitweise kompensiert werden, was dazu führt, dass ein vorübergehender Notbetrieb des Fahrzeuges ermöglicht werden kann.
  • Wartbarkeit und Erweiterbarkeit
    Der Austausch von Fahrzeugkomponenten in einer Werkstatt bzw. das Nachrüsten neuer Geräte (Aftermarket Produkte, Consumer Endgeräte) wird vereinfacht, da sich die dynamischen Softwarearchitekturen schneller an neue Systemzustände anpassen können. Anhand verschiedener fahrzeugtypischer Anwendungsszenarien wird das Konzept einer dynamisch organisierten automotive Softwarearchitektur verdeutlicht. In einem ersten Szenario wird der Ausfall einer Steuergerätehardware durch ein dynamisches Redundanzkonzept kompensiert. Dabei werden die aktiven Softwarefunktionen eines ausgefallenen Steuergerätes dynamisch durch ein anderes Steuergerät übernommen. Ein weiteres Szenario beschreibt die dynamische Aktivierung von Softwarefunktionen auf Basis der aktuellen Fahrsituation. Während ein Fahrzeug in einer Fahrzeugkolonne fährt, sind die Softwarekomponenten für das Adaptive-Cruise-Control Fahrerassistenzsystem aktiviert. Beim Übergang zum Einparken tritt an dessen Stelle der Einparkassistent. Beide Funktionen benutzen dabei die selben Systemressourcen. In einem dritten Szenario wird die flexible Erweiterung der Gerätelandschaft im Fahrzeug durch die Integration eines beliebigen mobilen MP3-Players verdeutlicht. Der Player wird durch den Nutzer mit dem Fahrzeug assoziiert. Die Funktionen des Players werden flexibel in das Bedienkonzept des Fahrzeuges eingefügt.