Vernetztes Systemdenken

FEVs systembasierter Ansatz zur Entwicklung komplexer Ökosysteme in vernetzten Fahrzeugen

24. Oktober 2016 | Engineering Service

Erstausrüster stehen hinsichtlich vernetzter Fahrzeugkomponenten und -systeme in aktuellen und zukünftigen Programmen vor vielen Herausforderungen. Aus Sicht von FEV besteht ein wesentlicher Faktor bei der Entwicklung und Validierung darin, dass Entwickler das gesamte Ökosystem und den gesamten Programmzyklus im Blick behalten. Diesen Ansatz nennt FEV “Vernetztes Systemdenken“ (Connected System Thinking). Er deckt den gesamten Prozess von der Entwicklung über die Integration bis hin zur schlussendlichen Validierung eines vernetzten Fahrzeugs ab und stellt ein solides und zuverlässiges Ende-zu-Ende-System sicher.

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Telematiksysteme und autonome Fahrzeuge verwenden eine Vielzahl von Komponenten unterschiedlicher Hersteller und Lieferanten. Wird bei der Entwicklung kein „Vernetztes Systemdenken“ angewendet, kann dies zu Fehlfunktionen des Endproduktes und so zu Unzufriedenheit beim Verbraucher führen. „Wenn wir unseren Freunden oder Kollegen im selben Gebäude eine Textnachricht schicken, denken wir selten daran, wie komplex die grundlegende Infrastruktur für diesen Prozess ist. Die Nachricht durchläuft auf ihrem Weg zum Empfänger verschiedene Technologien und Schnittstellen“, erklärt Dr. Thomas Hülshorst, Group Vice President Electronics und Electrification bei FEV. „Für die Automobilindustrie stellt die enorme Komplexität des Ökosystems vernetzter Fahrzeuge eine große Herausforderung dar: Infotainment, Telematik, fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme, Cloud-Dienste, Backends usw. sind alle mit verschiedenen neuen und Legacy-Systemen unterschiedlicher Zulieferer vernetzt. Hinzu kommt die Berücksichtigung von Cybersicherheit, insbesondere auch für Car2X- und OTA-taugliche Systeme. Diese Vielzahl von Schnittstellen muss unter allen Bedingungen im Fahrzeug stabil funktionieren, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu garantieren.“

FEV als Ende-zu-Ende-Lösungsanbieter

Im Kundenauftrag entwickelt FEV Hardware-Komponenten und Steuerungs-Software für vernetzte Fahrzeuge und prüft sowie validiert die Features und Funktionen verschiedener Domain-Controller. Dabei werden Technologien von unterschiedlichen Zulieferern und aus verschiedenen Branchen in Ende-zu-Ende-Systeme integriert und im Ökosystem für vernetzte Fahrzeuge validiert. Das „Vernetzte Systemdenken“, also der Fokus auf das Gesamtsystem, steht dabei im Mittelpunkt aller Design-, Integrations- und Validierungsaktivitäten der FEV.
Eine wesentliche Rolle spielen zudem automatisierte Entwicklungs- und Testwerkzeuge. Sie sind nicht nur mit Blick auf Einzelkomponenten – darunter fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme zur Vermeidung von frontalen Auffahrunfällen – wichtig, sondern auch für die untergeordneten Systeme sowie das Ende-zu-Ende-System, die zusammen das gesamte Ökosystem eines vernetzten Fahrzeugs bilden.

Prozessgrafik - vernetztes Fahrzeug

Vernetzte Fahrzeuge müssen als integrierte Systeme verstanden werden. FEV unterstützt seine Kunden in allen Phasen der Technologieentwicklung und bietet Turnkey-Entwicklung aus einer Hand.

Hochentwickelte Werkzeuge und Prozesse werden immer wichtiger

Hochentwickelte Simulations- und Modellierungstools für automatische Komponenten- und Systemprüfungen verbreiten sich nur langsam im Automobilsektor und sind nicht durchgehend anerkannt. Viele Zulieferer und Erstausrüster setzen immer noch hauptsächlich auf manuelle Tests an Prüfständen oder in Fahrzeugen. Dieser Ansatz wird jedoch weder dem Lebenszyklus der Technologien gerecht, noch ist er mit den angestrebten, extrem kurzen Entwicklungszyklen kompatibel.
„Tests innerhalb von Fahrzeugen sind zwar in der Integrations- und Validierungsphase Teil nahezu aller Programme, sie sollten aber nicht als das alleinige Hauptwerkzeug zur Validierung kritischer Funktionen wie Fahrerassistenzsystem, hochautomatisiertes Fahren und Telematik betrachtet werden“, so Hülshorst. „Ein übermäßiges Vertrauen in manuelle Tests, die nicht immer ausschließlich von Mitarbeitern mit ausreichender Domain- und Systemerfahrung sowie dem nötigen Fachwissen in diesem Bereich durchgeführt werden, stellen ein erhebliches Risiko dar.“

Transfer von Tools und Methoden

Zum Aufbau einer geeigneten Grundlage für die Infrastruktur und Systeme vernetzter Fahrzeuge ist es nicht nur erforderlich, eine neue Denkweise einzuführen, welche die Vernetzung in den Mittelpunkt stellt. Gleichzeitig müssen Tools und Methoden weite Akzeptanz finden, die in anderen Fahrzeugbereichen – etwa der Antriebsstrangentwicklung oder bei Hochvoltsystemen – für die Systemabsicherung bereits gängig sind. Dort werden HiL-Systeme bereits seit längerer Zeit eingesetzt und haben die Zuverlässigkeit, Robustheit und Qualität erheblich verbessert – ebenso wie der umfassende Einsatz von Prozessen der funktionalen Sicherheit. FEV ist davon überzeugt, dass ein großes Potential darin steckt, diese Methoden und Tools auch für vernetzte Fahrzeuge zu nutzen. Fahrzeugkomponenten und untergeordnete Systeme werden zu einem einzigen zusammenhängenden, verflochtenen System, das gleichermaßen vereinheitlichte Entwicklungs- und Validierungsprozesse und -tools in allen Fahrzeugdomänen erfordert. Qualität und Sicherheit beschränken sich somit nicht mehr auf Teilbereiche des Fahrzeugs, sondern werden Teil des gesamten Ökosystems eines vernetzten Fahrzeugs. Bei Cybersicherheit, eHorizon und OTA-Software-Updates, also bei kritischen Komponenten fortgeschrittener Fahrerassistenzsysteme, hochautomatisierter Fahrzeuge und Telematik liegen mindestens 50 Prozent ihrer Funktionen außerhalb des Fahrzeugs. Trotzdem betreffen alle diese Features und Funktionen untergeordnete Systeme im Inneren des Fahrzeugs und sie wirken sich stark auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit eben dieses Fahrzeugs aus. In den alltäglichen Kundenprojekten nutzt FEV bereits heute die Vorteile von Simulation, Modellierungsfunktionen und -technologien zu Entwicklungs- und Prüfzwecken. So nutzt FEV beispielsweise den Telematics System Tester (TST) oder das HMI Test System (HMIts) zur Prüfung von Features und Funktionen vernetzter Fahrzeuganwendungen wie Navigation, Mobilfunk, WLAN, Bluetooth, LiDar, Radar und DSRC, statt diese mit separaten und Standalone-Systemen im Labor zu prüfen.

Sicherheit geht vor

FEV ist seit über 30 Jahren im Bereich der Antriebsstrangentwicklung tätig. In diesem Zeitraum wurden Qualität und Zuverlässigkeit stetig verbessert. Heute unterstützt das Unternehmen seine Kunden bei der Einführung ähnlicher Methoden und Tools in der Entwicklung, Integration und Validierung von Anwendungen für vernetzte Fahrzeuge. Umfassende und detaillierte Anforderungsspezifikationen, die mit der Notwendigkeit und Voraussetzungen für eine Validierung beginnen, sind Grundlage eines ausgereiften Systems. Funktionale Sicherheit (ISO 26262) ist eine wichtige Design-Praxis, die von allen Unternehmen, die sich mit vernetzten Fahrzeugen beschäftigen, übernommen werden sollte. Leider geschieht dies aktuell nur bei fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen und autonomen Fahrzeugen. Auch die Cybersicherheit, eine noch sehr junge, aber bereits überall anzutreffende Disziplin bei vernetzten Fahrzeugen, muss umfangreiche Beachtung finden. Dies wird neue Entwicklungs- und Validierungsmethoden erfordern, die in der Automobilindustrie bislang noch nicht angewendet wurden.
So sind ad-hoc-Tests in der Automobilindustrie Gang und Gäbe. Penetrationstests mit Blick auf Cybersicherheit im gesamten Ökosystem – bestehend aus Fahrzeug, Cloud, Smartphone-Applikationen, Backend usw. – sind allerdings etwas Neues. Sie erfordern Kompetenzen, die nicht zum Aufgabenbereich eines traditionellen Prüfingenieurs gehören. Bei der Entwicklung und Validierung vernetzter Fahrzeuge sind das Verstehen und die Berücksichtigung aller Fahrzeugdomänen und des Ökosystems von kritischer Bedeutung. Tausende bestehende Anwendungsfälle müssen berücksichtigt werden, während im Lebenszyklus eines vernetzten Autos weitere Hunderte von Anwendungsfällen hinzukommen.

Vernetzte Zukunft

Vernetzte Fahrzeuge stehen vor vielen hochkomplexen und sich fortlaufend weiterentwickelnden, grundlegenden Herausforderungen. Die Industrie hat sich mit diesen neuen, aufkommenden Technologien an vielen Stellen noch nicht beschäftigt. Sie hat keine nennenswerte Erfahrung damit, wie sich die Vernetzung zuvor nicht miteinander verbundener Teile von verschiedenen Industrien und die erweiterte Versorgungsbasis für Komponenten im Fahrzeug auswirken können. Die vorhandene Grundlage kann die Komplexität der in einem vernetzten Fahrzeug erforderlichen Anwendungen nicht im notwendigen Maße unterstützen. Hierfür sind Experten erforderlich, die beim Entwicklungsprozess sicherstellen, dass die Grundlagen des gesamten Systems berücksichtigt werden. FEV-Ingenieure helfen ihren Kunden, alle Einzelkomponenten zusammenzuführen und das komplette Ende-zu-Ende-System mit Hilfe von „Vernetztem Systemdenken“ einheitlich und zuverlässig zu gestalten. Dieser Prozess und diese Methode umfassen Entwicklung, Integration und Validierung der Komponenten innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs, aus denen das vernetzte Fahrzeugsystem besteht. FEVs Ansatz des „Vernetzten Systemdenkens“ ist der Schlüssel zu einem sicheren, zuverlässigen und erfolgreichen Programm für vernetzte Fahrzeuge.

 Innenstadt - vernetztes Fahrzeug

Die enorme Komplexität des Ökosystems vernetzter Fahrzeuge stellt eine große Herausforderung dar.

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