PERSIST

Modulare und skalierbare Software Architektur für innovative Steuerungen

22. April 2015 | Software & Testing Solutions

Der automobile Antriebsstrang ist in den letzten Jahrzehnten ständig komplizierter geworden: Anspruchsvolle Emissions- und CO2-Grenzwerte verlangen fortschrittlichere Steuerstrategien, während neue Sicherheits- und Komfortfunktionen eine stärkere Verschachtelung der Funktionalitäten verursachen. Schließlich muss eine wachsende Zahl an Produktvarianten beherrscht werden. Software wird daher zu einem entscheidenden Innovations- und Kostenfaktor. Als Maßnahme zur Beherrschung dieser Komplexität hat FEV einen neuen Software-Entwicklungsprozess entwickelt. Dieser Prozess und die zugehörige Toolkette wird PERSIST genannt (Powertrain control architecture Enabling Reusable Software development for Intelligent System Tailoring / wiederverwendbare Antriebsstrang-Steuerarchitektur-Software-Entwicklung zur Gestaltung intelligenter Systeme). Sie wird bereits im Frühstadium der Funktionsentwicklung angewendet.

Lösungskonzept

Die Lösung besteht darin, die Anzahl der Kalibriergrößen und Schnittstellen durch Anwendung modellbasierter Steuerung zu vereinfachen und die Funktionen innerhalb einer Software-Architektur zu implementieren, welche die Regelstrategie wiedergibt. Dies ermöglicht eine Standardisierung und erhöht somit das Wiederverwendungspotenzial. Als Ergebnis reduziert die zusammengesetzte Strategie sowohl die Entwicklungszeit als auch die -kosten, indem Software-Spezifikation und Implementierung wiederverwendet sowie Kalibrierungsarbeiten reduziert werden.

Entwicklungsrahmenwerk und Software-Architektur

Die Anforderungen an das Entwicklungsrahmenwerk können in drei Aspekten zusammengefasst werden:

  • Entwicklung für Software-Qualität
  • Anwendung von der frühen Prototyping-Phase bis zur Serienfertigung
  • Kontinuierliche Qualitätsüberprüfung

Spectrum_53_Diagramm_Persist

Abb. 5: PERSIST-Entwicklungsmethodik zur ständigen Evolution der Software

Diverse Untersuchungen zeigen, dass die Architektur einen starken Einfluss auf die Software-Qualität hat. Architekturentscheidungen im frühen Entwicklungsstadium können entweder Software-Code hervorbringen, der verschiedenste Anforderungen erfüllt, oder spätere Arbeitsschritte einschließlich Implementierung, Integration und Prüfung beträchtlich erschweren. Kurze Software- Entwicklungszyklen drängen die Entwickler dazu, auf Änderungen oder Aktualisierungen der Anforderungsdefinitionen rasch zu reagieren. Als Konsequenz muss die Qualität kontinuierlich mithilfe von agilen Methoden überprüft werden. Spät erkannte Qualitätsmängel, beispielsweise kurz vor Entwicklungsmeilensteinen, werden vermieden, da der Verifizierungs- und Validierungsstatus ständig aktualisiert wird.

Abb. 1 zeigt das resultierende Entwicklungskonzept, das diese Anforderungen berücksichtigt. Es beruht auf der täglichen Ausführung von automatisierter Implementierung, Verifizierung und Validierung sowie Freigabe für eine definierte Software-Funktionsbibliothek, die einer konsistenten Software-Architektur folgt. Geänderte Anforderungen können mit kurzen Reaktionszeiten begegnet werden. Zudem können neue Release-Kandidaten möglichst schnell erzeugt werden und stehen für die Validierung im Feld zur Verfügung. Die Kombination aus geeigneten agilen Methoden sowie langfristiger Architekturentwicklung stellt die Basis für die effiziente Anwendung des automatisierten Entwicklungs-Supports dar.

Parallele Entwicklung von Steuergeräten

Die Referenzarchitektur ist AUTOSAR. Die Systemarchitektur wird durch Gruppierung von Funktionalitäten der Systemanforderungen (logische Architektur) und Definition von Anwendungsfällen sowie Kundenabnahmeprüfungen hergeleitet. Mechanischen und elektronischen Systemkomponenten werden Funktionalitäten zugewiesen (technische Architektur). Ein Vorteil daraus ist, dass die Entwicklung verschiedener Steuergeräte parallel durchgeführt werden kann, um die Entwicklungszeit zu verkürzen. Die Entwicklung von Software-Architekturen beinhaltet die Definition von Software-Komponenten (SW-C) und die Zuweisung von Systemanforderungen an diese Komponenten. Um alle Architekturkomponenten automatisierten Funktionen zugänglich zu machen, wird die kontinuierliche Integration (Continuous Integration, CI) – abgesehen von der Durchführung von Code-Generierungs-, Build- und Dokumentierungsaufgaben – auch für die automatische Qualitätsbeurteilung eingesetzt.

Die CI-Prinzipien entsprechen den Anforderungen des Entwicklungsrahmenwerks: Die Arbeitsprodukte aller Entwickler werden zentral abgelegt. Ein Integrationsserver fragt die Arbeitsprodukte regelmäßig ab und führt einen Build aus. Außerdem wird die Software-Modellverifizierung und -validierung (V&V) ausgewertet. Dazu gehören verschiedene Aspekte der Qualitätsprüfung wie Modellierungsrichtlinien, Metriken oder Unit Tests.

Modellbasierte Steuerung vereinfacht Kalibrierung

FEV hat in den letzten zehn Jahren verschiedenste modellbasierte Regelungskonzepte für den Luft- und Einspritzpfad sowohl auf Prototypenlevel als auch für Serienanwendungen entwickelt. Das Hauptziel dieser Entwicklungsarbeiten bestand in der starken Reduzierung des Kalibrierungsaufwands, insbesondere des Aufwands für Umgebungskorrekturen, die in den meisten Fällen von den physikalisch basierten Strukturen kompensiert werden. Gleichzeitig führen diese Funktionen auch zu einer beträchtlichen Steigerung der Gesamtrobustheit des Systems und zu Redundanzen bei bestimmten Informationen (wie bestimmte Temperaturen und Drücken, aber auch Emissionen wie NOx). Diese können dann für gesteigerte Emissionsrobustheit, Modellanpassung oder Reduzierung des Sensorinhalts verwendet werden. Durch die Übertragung all dieser Steuerkonzepte in das PERSIST-Rahmenwerk sind alle Funktionen wiederverwendbar und lassen sich hervorragend warten.

Abb. 1: Beispielhafte Architekturdes emissionsbasierten Luftpfadregelungskonzepts für Dieselmotoren. Bei diesem Konzept werden die AGR-Pfade anhand eines angestrebten NOx-Rohemissionsziel geregelt.

Abb. 1: Beispielhafte Architekturdes emissionsbasierten Luftpfadregelungskonzepts für Dieselmotoren. Bei diesem Konzept werden die AGR-Pfade anhand eines angestrebten NOx-Rohemissionsziel geregelt.

 

 

FacebookTwitterXINGLinkedInWhatsAppBuffer

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.