Seit nun mehr als 40 Jahren werden, elektronische Steuerger\u00e4te in Fahrzeugen verwendet. Heute ist die Automobilindustrie mehr denn je auf Software angewiesen. Embedded Software erm\u00f6glichte es der Branche, die Nachteile rein mechanischer Ans\u00e4tze zu \u00fcberwinden, und aktuelle Anforderungen wie Vorschriften f\u00fcr Emissionen, Kraftstoffverbrauch und Sicherheit zu erf\u00fcllen.<\/p>\n
Fast jedes Steuerger\u00e4t\/Subsystem eines Fahrzeugs wird heute in gewisserma\u00dfen von Software gesteuert.\u00a0 <\/span>Dadurch kommt es zu einer immer st\u00e4rkeren Interaktion zwischen den einzelnen Subsystemen und Steuerger\u00e4ten.\u00a0 <\/span>Diese starken Abh\u00e4ngigkeiten stellen Entwickler vor enorme Herausforderungen. Wenn sie versuchen, die Interaktionen zwischen den Steuerger\u00e4ten und zwischen \u201eMust-haves\u201c und sicherheitskritischen Bereichen zu verstehen und zu verwalten, treten h\u00e4ufig Probleme auf, die es zu l\u00f6sen gilt.\u00a0<\/span><\/p>\n Das Fahrzeug selbst ist zu einem rollenden Netzwerk geworden, in dem Code und Hardware aus einer Vielzahl von Quellen stammen, die eine Vielzahl von Aufgaben erf\u00fcllen m\u00fcssen. Mit mehr als 100 Millionen Codezeilen, die auf \u00fcber 100 elektronische Steuerger\u00e4te verteilt sind, werden neue Werkzeuge und Methoden ben\u00f6tigt, um die Entwicklung und den Einsatz moderner Fahrzeugsoftware zu verwalten und eine kontinuierliche Qualit\u00e4tssicherung f\u00fcr im Betrieb befindliche Fahrzeuge zu gew\u00e4hrleisten. Herk\u00f6mmliche Werkzeuge zur Code-Verifikation sind nicht mehr in der Lage, diese komplexen Systeme zu verfolgen, zu testen und zu implementieren.<\/p>\n Eine neue Kategorie von L\u00f6sungen und Werkzeugen ist entstanden. Sie werden unter dem Oberbegriff Vehicle Software Intelligence (VSI) zusammengefasst. Sie nutzen KI (K\u00fcnstliche Intelligenz), um wichtige Einblicke in die Prozesse der Softwareentwicklung, -pr\u00fcfung, -integration, -zulassung, -bereitstellung und -wartung zu liefern. Diese L\u00f6sungen erm\u00f6glichen eine schnellere Entwicklung und niedrigere Kosten und sorgen gleichzeitig f\u00fcr sichere, zuverl\u00e4ssige und robuste Softwaresysteme. Neben der in die Steuerger\u00e4te eingebetteten Intelligenz werden VSIs, die in die Entwicklungs- und Bereitstellungswerkzeuge integriert sind, voraussichtlich von entscheidender Bedeutung sein, um die weitreichenden Interaktionen im softwaredefinierten Fahrzeug zu verfolgen. VSI-L\u00f6sungen liefern Informationen \u00fcber den Zustand und die Interaktionen zwischen den Softwarekomponenten des Fahrzeugs. Diese L\u00f6sungen k\u00f6nnen w\u00e4hrend des gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs eingesetzt werden – von der Softwareentwicklung \u00fcber die Qualit\u00e4tssicherung und Produktion bis hin zum Einsatz auf der Stra\u00dfe. Sie k\u00f6nnen jeden unterst\u00fctzen, der mit Software zu tun hat – von Ingenieuren, die Software entwickeln und testen, bis hin zu Teams, die Software-Updates \u00fcber das Internet (OTA) durchf\u00fchren.<\/p>\n Die Anf\u00e4nge der Softwareentwicklung in der Automobilindustrie\u00a0<\/span><\/b><\/p>\n Anfang der 1970er Jahre wurden die ersten Vorschriften f\u00fcr Emissionen, Kraftstoffverbrauch und Sicherheit in der Automobilindustrie eingef\u00fchrt. Die ersten Versuche, die Emissionen von Verbrennungsmotoren zu kontrollieren und Mindeststandards f\u00fcr den Kraftstoffverbrauch mit mechanischen Mitteln zu erreichen, waren in ihrer Wirksamkeit begrenzt. Gleichzeitig begann die Einf\u00fchrung von Mikroprozessoren – elektronische Steuerungen als der Weg in die Zukunft.\u00a0<\/span><\/p>\n Ab Ende der 1970er Jahre wurden zunehmend elektronische Steuerungen eingesetzt, um alles vom Antriebsstrang \u00fcber die Fahrdynamik bis hin zur Beleuchtung zu regeln. Nach und nach kamen neue Teilsysteme hinzu, da Zulieferer Funktionen entwickelten, die von den Automobilherstellern \u00fcbernommen wurden. Jede Funktion umfasste eine Reihe von Sensoren, Aktoren, elektronischen Steuerger\u00e4ten (ECUs) und Embedded Software. Das Steuerger\u00e4t und die Software wurden in der Regel als \u201eBlack Box\u201c an den Automobilhersteller geliefert, so dass niemand au\u00dfer dem Zulieferer Einblick in den Code hatte.<\/p>\n Die Entwickler beim Zuliefererbetrieben f\u00fchrten Code-Reviews, Unit-Tests und Subsystemtests durch. Anschlie\u00dfend arbeiteten sie mit dem Automobilhersteller zusammen, um die Integration in das Fahrzeug zu \u00fcberpr\u00fcfen. System\u00fcbergreifende Interaktionen wurden im Allgemeinen auf ein Minimum beschr\u00e4nkt, um das Risiko zu minimieren, dass ein Subsystem ein anderes beeinflusst, insbesondere bei sicherheitskritischen Systemen. Software-Updates beschr\u00e4nkten sich auf die Behebung sicherheitskritischer Fehler und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.<\/p>\n Im Laufe der Zeit haben Ingenieure, die an Embedded Vehicle Softwaresystemen arbeiten, die Vorteile der Verwendung bestimmter Signale oder Funktionen erkannt, die in anderen sicherheitskritischen Bereichen des Fahrzeugs zur Verf\u00fcgung stehen. So werden z. B. f\u00fcr Traktions- und Stabilit\u00e4tskontrollsysteme Motordrehmomentsignale aus dem Antriebsstrangmanagement als Eingabe verwendet und Steuersignale zur Anpassung des Motordrehmoments erzeugt. Dieser Prozess erforderte eine Zusammenarbeit zwischen den Entwicklungsteams dieser Systeme, um Programmierschnittstellen und Nachrichten zu definieren.<\/p>\n Die Anzeigen f\u00fcr das Kombiinstrument und das zentrale IVI sind ein Paradebeispiel f\u00fcr die Verschmelzung von Bereichen. In der Vergangenheit waren diese Anzeigen getrennt und wurden von separaten Steuerungssystemen verwaltet. Fahrzeuginformationen und regulierte Diagnosewarnungen wurden auf dem Display des Kombiinstruments angezeigt, das sich normalerweise vor dem Fahrer befand. Auf dem IVI-Display wurden Navigations-, Medien- und andere Zusatzinformationen angezeigt, die in der Regel nicht sicherheitskritisch sind.<\/p>\n F\u00fcr sicherheitskritische Systeme gelten strengere Pr\u00fcf- und Validierungsstandards. Sie k\u00f6nnen in den Anwendungsbereich verschiedener Vorschriften fallen. Die verschiedenen Elemente des Fahrzeugs, wie z. B. das bordeigene Infotainmentsystem (IVI), unterliegen in der Regel nicht denselben Vorschriften. Diese Bereiche k\u00f6nnen sich jedoch \u00fcberschneiden.<\/p>\n Visuelle Elemente wie das Radio oder die Media-Streaming-Schnittstelle, die auf dem IVI-Bildschirm angezeigt werden, unterliegen in der Regel keinen Vorschriften, wohl aber das Timing der Anzeige der R\u00fcckfahrkamera. Daher m\u00fcssen das Steuerger\u00e4t und die Software, die das IVI steuern, Komponenten enthalten, die den Anforderungen von ASIL-D und ISO 26262 entsprechen. Bei den neuen Elektrofahrzeugen ergeben sich neue Herausforderungen durch die neuen Antriebssysteme, einschlie\u00dflich des regenerativen Bremsens. Traditionell wurden die Bremsleuchten aktiviert, wenn ein Schalter am Bremspedal durch den Fahrer bet\u00e4tigt wurde. Viele Elektrofahrzeuge verf\u00fcgen \u00fcber aggressive regenerative Bremsen, die das Fahren mit nur einem Pedal erm\u00f6glichen. Allein durch das Bet\u00e4tigen des Gaspedals kann eine ausreichende Verz\u00f6gerung erzielt werden, um das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen, ohne dass das Bremspedal bet\u00e4tigt werden muss. Die Software, die all diese Systeme steuert, muss den Grad der Fahrzeugverz\u00f6gerung ermitteln und dann die Bremsleuchten einschalten, um andere Fahrer zu warnen, auch wenn das Bremspedal nicht bet\u00e4tigt wurde.<\/p>\n Um einen ausfallsicheren Betrieb zu erm\u00f6glichen, ist eine Selbstdiagnose eingebaut, die m\u00f6gliche Hardware- oder Softwarefehler in jedem dieser Systeme erkennt. In Stabilit\u00e4tskontrollsystemen k\u00f6nnen beispielsweise Daten von Sensoren f\u00fcr Rohgeschwindigkeit, Neigung, Lenkwinkel und Radgeschwindigkeit in einen Algorithmus zur Berechnung der Beschleunigung in mehreren Achsen eingespeist werden. Diese Informationen werden mit den Signalen der Beschleunigungssensoren der Tr\u00e4gheitsmesseinheit\u00a0 <\/span>verglichen, um Signalabweichungen oder -ausf\u00e4lle zu erkennen, die sowohl f\u00fcr die Stabilit\u00e4tskontrolle als auch f\u00fcr die Steuerung der Bremsleuchten in dem zuvor beschriebenen Beispiel der Nutzbremsung ben\u00f6tigt werden.<\/p>\n Zwar handelt es sich hierbei um Echtzeit-Kontrollsysteme, doch laufen nicht alle derartigen Systeme mit derselben Frequenz. Einige dieser zeitempfindlichen Systeme k\u00f6nnen mit k\u00fcrzeren Schleifen laufen, w\u00e4hrend andere eine langsamere Aktualisierungsrate haben. Die Stabilit\u00e4tskontrolle kann mit einer Schleife von 10 ms (100 Hz) laufen, w\u00e4hrend einige automatisierte Fahrfunktionen nur mit 10 Hz laufen. Diese unterschiedlichen Steuerungsfrequenzen und die Latenzen, die durch Berechnungen oder digitale Filter entstehen k\u00f6nnen, k\u00f6nnen zu Zeitfehlern f\u00fchren.<\/p>\n Bei so vielen Prozessen, die \u00fcber verschiedene Softwareplattformen laufen und m\u00f6glicherweise Daten und Funktionen gemeinsam nutzen, ist es fast unm\u00f6glich zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob alle Daten koh\u00e4rent sind. Au\u00dferdem k\u00f6nnen \u00e4hnliche Prozesse die gleiche Funktion an mehreren Standorten ausf\u00fchren. Unterschiedliche Implementierungen an diesen Standorten k\u00f6nnen ebenfalls zu unvorhersehbaren Ergebnissen beitragen.<\/p>\n Angesichts der zunehmenden Komplexit\u00e4t der Interaktionen in heutigen und zuk\u00fcnftigen Fahrzeugsystemen wird erwartet, dass Vehicle Software Intelligence-Tools (VSI), die alle Fahrzeugdom\u00e4nen abbilden und KI-Algorithmen zur Abbildung der Softwarefunktionalit\u00e4t und des Softwareverhaltens einsetzen k\u00f6nnen, potenzielle Konflikte erkennen. Diese VSI-Tools helfen, die Systemfunktionalit\u00e4t zu \u00fcberpr\u00fcfen und zu dokumentieren. F\u00fcr Ingenieure ist es nahezu unm\u00f6glich, alle potenziellen Wechselwirkungen zu erkennen oder die erforderlichen Testszenarien vorherzusehen.<\/p>\n Die bisherigen Ausf\u00fchrungen gehen von einem eher traditionellen Entwicklungs- und Bereitstellungsprozess aus, der auf relativ langsamen Software-Releases basiert. In der Automobilindustrie w\u00fcrde dieser Prozess in der Regel j\u00e4hrlich stattfinden, zeitgleich mit der Ver\u00f6ffentlichung neuer Modelle. Es wird ein Funktionsumfang definiert, es werden Fristen f\u00fcr die Fertigstellung der einzelnen Bereiche des Fahrzeugsteuerungssystems festgelegt, und dann wird das System integriert, getestet und zertifiziert, bevor es f\u00fcr die Kunden freigegeben wird.<\/p>\n Neuere Ans\u00e4tze in der Automobilindustrie, zum Beispiel von Tesla, verfolgen einen kontinuierlichen Entwicklungs- und Bereitstellungsprozesses, wie er in vielen Bereichen der Technologiebranche zu finden ist, die \u00fcberwiegend auf Software basieren. W\u00e4hrend Hardware-\u00c4nderungen immer schwieriger werden, erwarten die Verbraucher inzwischen, dass ihre Autos genauso h\u00e4ufig mit Software-Updates versorgt werden wie unsere anderen elektronischen, softwarebasierten Ger\u00e4te. Da Fahrzeuge viel komplexer sind als ein typisches Telefon, Tablet oder Laptop, wird die Ausf\u00fchrung \u00e4hnlicher Funktionen f\u00fcr die kontinuierliche Integration\/kontinuierliche Bereitstellung (CI\/CD) noch schwieriger.<\/p>\n Sowohl w\u00e4hrend der Montage als auch vor der Auslieferung einer neuen Fahrzeugserie m\u00fcssen die Automobilhersteller Software auf jedes einzelne Fahrzeug verteilen, und das Zeitfenster daf\u00fcr ist sehr eng. F\u00fcr diesen Prozess m\u00fcssen extrem gro\u00dfe Datenmengen Over the Air (OTA) an die Fahrzeuge \u00fcbertragen werden. Diesen Prozess innerhalb eines kurzen Zeitrahmens abzuschlie\u00dfen, ist eine gro\u00dfe Herausforderung. Solche OTA-Updates k\u00f6nnen nicht effizient \u00fcber Wi-Fi-Verbindungen durchgef\u00fchrt werden und erfordern daher die Nutzung privater 5G-Netze, die bei der Aktualisierung der gesamten Fahrzeugflotte wesentlich effizienter, zuverl\u00e4ssiger und kosteng\u00fcnstiger sind. Die Hersteller suchen nach neuen Wegen, um den Prozess der OTA-Softwareaktualisierung durch eine h\u00f6here Bandbreite und eine Verringerung der Gr\u00f6\u00dfe der Softwaredateien effizienter zu gestalten. Es gibt bereits neue innovative Technologien zur Unterst\u00fctzung solcher Prozesse, die auf KI und Fahrzeugsoftware-Intelligenz beruhen und die Aktualisierung von f\u00fcnfmal mehr Einheiten in einem F\u00fcnftel der Zeit erm\u00f6glichen.\u00a0 \u00a0<\/span><\/p>\n In den ersten Jahrzehnten elektronischer Steuerungssysteme f\u00fcr Kraftfahrzeuge wurden wieder-programmierbare Chips nur selten in der Produktion eingesetzt, und Software-Updates erforderten im Allgemeinen den Austausch kompletter Steuerger\u00e4te oder zumindest von Mikrocontrollern, wenn diese gesockelt waren. Mit der Verf\u00fcgbarkeit von Flash-Speicher konnten Software-Updates mit einem Besuch in der Serviceabteilung verf\u00fcgbar gemacht werden. Die allgegenw\u00e4rtige drahtlose Hochgeschwindigkeits-Datenverbindung erm\u00f6glichte es, Updates direkt an das Fahrzeug zu \u00fcbermitteln, aber abgesehen von Tesla haben andere Autohersteller erst vor kurzem damit begonnen, OTA-Updates auf breiterer Basis einzusetzen. Die bisherigen E\/E-Architekturen waren nicht f\u00fcr die Unterst\u00fctzung sicherer OTA-Updates ausgelegt. Automobilhersteller bringen jedoch mittlerweile neue Architekturen mit dieser F\u00e4higkeit auf den Markt.<\/p>\n Bei so vielen softwaredefinierten Funktionen im gesamten \u00d6kosystem der Fahrzeugentwicklung und -bereitstellung kommt es unweigerlich zu Redundanzen. Die klassische Architektur mit diskreten Recheninseln aus mehreren Quellen bedeutet, dass Funktionen wie Betriebssysteme, Scheduler und sogar einige spezifische Funktionen in zwei oder mehr Steuerger\u00e4ten repliziert werden k\u00f6nnen. Diese Replikation ist ein Hauptgrund daf\u00fcr, dass viele moderne Fahrzeuge mit mehr als 100 Millionen Codezeilen programmiert werden, w\u00e4hrend ein Flugzeug, wie z.B. eine Boeing 787, typischerweise weniger als ein Zehntel davon hat. Das Flugzeug ist au\u00dferdem sicherheitskritischer und hat in vielerlei Hinsicht ebenso komplexe oder noch komplexere Steuerungssysteme als ein Bodenfahrzeug.<\/p>\n Eine VSI-L\u00f6sung, die das gesamte Fahrzeugsystem analysieren und ein semantisches Verst\u00e4ndnis f\u00fcr die Aufgaben des Systems erstellen kann, kann auch zur Verbesserung des Systems beitragen. Durch die Dokumentation aller Funktionen innerhalb der Gesamtplattform k\u00f6nnen Redundanzen identifiziert und von den Entwicklern analysiert werden. Diese Identifizierung und Analyse k\u00f6nnen M\u00f6glichkeiten zur weiteren Verbesserung des Codes oder zur Beseitigung funktionaler Konflikte er\u00f6ffnen, die Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit beeintr\u00e4chtigen k\u00f6nnten<\/p>\n Ein so komplexes System wie ein Fahrzeug wird in ihrer m\u00f6glichen Funktionalit\u00e4t unweigerlich durch die Hardware eingeschr\u00e4nkt, die beim Bau des Fahrzeugs eingebaut wird. Allerdings kann sich die Art dieser Hardware heute viel schneller weiterentwickeln als in der Vergangenheit. Noch wichtiger ist, dass in den 2020er Jahren und dar\u00fcber hinaus die Funktionalit\u00e4t des Fahrzeugs als Ganzes letztlich durch die Software bestimmt wird, die die verf\u00fcgbare Hardware steuert.<\/p>\n Die Erwartungen der Verbraucher und der Beh\u00f6rden haben sich so weit entwickelt, dass es keine Chance mehr gibt, zu dem Punkt zur\u00fcckzukehren, an dem wir vor dem softwaredefinierten Fahrzeug standen. Da die Sicherheit durch einen immer komplexeren und in vielen F\u00e4llen geschlossenen Quellcode definiert wird, ist es unerl\u00e4sslich, neue Werkzeuge einzusetzen, um alle potenziellen Interaktionen und Permutationen dieses Codes zu verstehen. Die klassischen Ans\u00e4tze der manuellen Code-Reviews und Unit-Tests sind nicht mehr praktikabel.<\/p>\n Stattdessen m\u00fcssen die KI-Ans\u00e4tze, die zur Verbesserung der Leistung von Wahrnehmungs- und Kontrollsystemen eingesetzt werden, in die Toolchains integriert werden, die zur Erstellung und Verwaltung dieses Codes verwendet werden. Tools, die die Funktionalit\u00e4t abbilden und Interaktionen dokumentieren k\u00f6nnen, helfen bei der Integration zunehmend komplexer Systeme, bei der Verifizierung und Validierung von System\u00e4nderungen und bei der Erhaltung des organisatorischen Wissens \u00fcber verteilte Entwicklungsteams und wechselnde Personalbesetzungen hinweg.<\/p>\n Vehicle Software Intelligence-L\u00f6sungen sind erforderlich, damit alle Beteiligten ein grundlegendes Verst\u00e4ndnis des softwaredefinierten Fahrzeugs aus einer ganzheitlichen Perspektive haben. Dieses Verst\u00e4ndnis wird unerl\u00e4sslich sein, um intelligente und umsetzbare Daten zu extrahieren, die den laufenden Produktplanungs- und Entwicklungsprozess \u00fcber erforderliche \u00c4nderungen informieren und die Produkte und Dienstleistungen, die die Kunden erwarten, auf sichere und zuverl\u00e4ssige Weise liefern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Seit nun mehr als 40 Jahren werden, elektronische Steuerger\u00e4te in Fahrzeugen verwendet. Heute ist die Automobilindustrie mehr denn je auf Software angewiesen. 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Verkehrsmanagement im Netz<\/b><\/h2>\n
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Beschleunigung von Entwicklung und Einsatz<\/b><\/h2>\n
Aufr\u00fcstbarkeit<\/b><\/h2>\n
Optimierung<\/b><\/h2>\n
Schlussfolgerungen, Empfehlungen und Kernaussagen<\/b><\/h2>\n