In SafeAdapt wird die Software-Architektur von Fahrzeugen überarbeitet, sodass die vielen sicherheitskritischen Software-Funktionen auf wenigen Steuergeräten zuverlässig ausgeführt werden.
Fraunhofer ESK
Das Auto wird derzeit vor allem durch Software und Elektronik verändert. Das rasante Tempo dieses Wandels stellt die Autoindustrie vor große Herausforderungen. Gängige Verfahren für das Management von Software reichen nicht mehr aus. Und der Aufwand, die Systeme gegen Fehler abzusichern, steigt.
Mehr als 100 Steuergeräte, bis zu acht Kilometer Kabel: Moderne Pkw sind längst zu rollenden Netzwerken geworden. Elektronische Steuerungen und Funktionen werden die Automobilentwicklung auch in den kommenden Jahren entscheidend bestimmen: Laut einer aktuellen Untersuchung der Wiesbadener Beratungsgesellschaft Invensity liegen schon heute 90 Prozent der automobilen Innovationen in den Bereichen Elektronik und Software.
Sebastian Hetzel, Experte für Steuergeräteentwicklung im Automobilbereich, erklärt: "In den 1990er Jahren wurden mit ABS und elektronischer Motorsteuerung die Wege für elektronische Systeme in Pkw geebnet. Durch gesteigerte Sicherheits-, Verbrauchs- und Komfortaspekte fand die Elektronik dann in immer weiteren Bereichen des Automobils Einzug. Heute stellen autonomes Fahren, Drive-by-Wire und die Elektrifizierung des Antriebsstrangs die Fahrzeugentwickler vor neue Herausforderungen. Der Anteil der Elektronikinnovationen im Fahrzeug wird sich so noch weiter erhöhen."
Verfügbare Rechenleistung steigt exponenziell
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Automobilelektronik bietet aus Sicht der Invensity-Experten entscheidende Vorteile: Durch ihre genau zugeschnittene Hardware mit dezentralem Aufbau sei sie speziell auf die platzsparende Nutzung in Fahrzeugen ausgelegt. Zudem sei sie besonders resistent gegen Hitze, Erschütterungen und andere Umwelteinflüsse. Automobilelektronik sei zudem stark davon getrieben, vom Endkunden genutzt zu werden. Somit sollte sie in der Regel möglichst unsichtbar, leicht bedienbar und eine hohe Ausfallsicherheit aufweisen.
Im Fahrzeug befindet sich eine zweistellige Zahl digitaler Rechner, wie Springer-Autor Kai Borgeest im Kapitel "Zukunftstechnologien im Fahrzeug" (Seite 426 f) aus dem Buch Elektronik in der Fahrzeugtechnik erläutert. Vermutlich werde sich der Trend, dass die verfügbare Rechenleistung exponenziell steigt, fortsetzen. Damit ließen sich in Steuergeräten komplexere Funktionen realisieren. Auch Konzepte wie neuronale Netze, für die bisher die wirtschaftlich ins Fahrzeug integrierbare Rechenleistung noch eine Hürde darstellte, seien interessant für Anwendungen wie der Mustererkennung oder dem selbsttätigen Treffen komplexer Entscheidungen in unmittelbar bevor stehenden Unfallsituationen.
Software effizienter verwalten
Allerdings stellt der exponentielle Anstieg der Software-Komponenten in Fahrzeugen herkömmliche Logistikkonzepte mittlerweile auf die Probe, wie das Unternehmen Red Bend im Artikel "Software-Updates - Effiziente Nutzung von Connected Cars" aus der ATZelektronik 1-2014 beschreibt. Fahrzeughersteller sind deshalb auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, Software effizienter zu verwalten.
Die bisher gültigen Verfahren für das Management von Software seien angesichts der Software-Flut zunehmend unzureichend, wie Red Bend erläutert: Fahrzeugentwicklungszyklen entsprechen nicht den schnelllebigen Veränderungen auf dem Software-Markt, Reparaturen für nur kleine Software-Fehler nehmen zu viel Zeit in Anspruch, und auch die Kunden haben sich mittlerweile an die Vorteile von sich stetig weiterentwickelnden Betriebssystemen in Smartphones oder PCs gewöhnt. Sie wollen nicht mehr bis zum nächsten Fahrzeug warten, um neue Funktionen nutzen zu können. Hersteller, die derartige Lösungen entwickeln, hätten dadurch klare Vorteile in der Kundenbindung.
Die Frage sei also nicht mehr, ob Aktualisierungen überhaupt notwendig werden, sondern wie oft und wann im Lebenszyklus eines Infotainment-Systems Aktualisierungen ausgerollt werden sollen.
Projekt SafeAdapt: Adaptive Softwarearchitektur
Durch den massiven Elektronikeinsatz im Fahrzeug erhöht sich folglich auch die Komplexität beim Entwickeln softwarebasierter Funktionen. Der Aufwand, die Systeme gegen Fehler abzusichern, steigt. Vor diesem Hintergrund suchen die Automobilentwickler nach alternativen Methoden zur Absicherung sicherheitskritische Funktionen.
Um zum Beispiel Fehler in elektrisch betriebenen Fahrzeugen flexibel zu kompensieren, entwickeln Forscher im Projekt SafeAdapt eine neue Software-Architektur für Fahrzeuge. Damit können Entwickler Software so entwerfen, dass Störungen im laufenden Betrieb vom System selbständig kompensiert werden. Das Prinzip nennt sich adaptive Softwarearchitektur. Sicherheitskritische Funktionen, wie sie etwa in Elektrofahrzeugen immer häufiger zum Einsatz kommen, können sich so künftig selbst überwachen und im Falle eines Fehlers selbst korrigieren. Durch die neue Architektur sollen Hardware-Redundanzen durch Software ersetzt werden, sodass zusätzliche Steuergeräte und damit Gewicht eingespart wird. Am Projekt sind unter anderem das Fraunhofer ESK, Delphi Deutschland, Siemens und TTTech beteiligt.