Validierung von Steuergeräte-Software ECUs im virtuellen Fahrversuch

Simulationsumgebung für virtuelle Testfahrten
Simulationsumgebung für virtuelle Testfahrten

Um realitätsnahe Tests zu einem möglichst frühen Zeitpunkt durchführen zu können, sind Entwickler auf Hardware-unabhängige Lösungen angewiesen. Ein neuer Ansatz zur Validierung von Steuergeräte-Software kombiniert deshalb eine Simulationsumgebung für virtuelle Testfahrten mit virtuellen Steuergeräten.

Fahrzeughersteller und Zulieferer stehen seit Längerem vor der Herausforderung, kürzere Entwicklungszeiten, eine steigende Variantenvielfalt und zunehmenden Kostendruck in Einklang zu bringen. Der Trend hin zu automatisiertem bzw. autonomem Fahren verstärkt den Druck auf die Entwickler noch. So erhöht insbesondere die wachsende Zahl von Fahrerassistenzsystemen die Anzahl der Steuergeräte im Fahrzeug und damit gleichzeitig auch den Software-Umfang.

Sowohl Fahrzeughersteller als auch Zulieferer streben bei der Entwicklung von Steuergeräte-Software nach realitätsnahen Tests zu einem möglichst frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess. Denn nur so lassen sich Software-Fehler rechtzeitig identifizieren und beheben – und damit erhebliche Kosten sparen. Als Faustformel dient hier die sogenannte Zehnerregel. Diese besagt, dass die Kosten zur Behebung eines Fehlers mit jeder späteren Entwicklungsphase, in der er behoben wird, um den Faktor 10 ansteigen. Darüber hinaus verkürzt eine frühe Behebung von Software-Fehlern die Entwicklungszyklen und hilft, die oben beschriebene zunehmende Komplexität im Rahmen der Gesamtfahrzeugentwicklung besser zu beherrschen.

Die Grenzen Hardware-basierter Tests

Um sowohl frühzeitige als auch realitätsnahe Tests von Steuergeräte-Software zu ermöglichen, müssten auch Steuergeräte- oder Fahrzeugprototypen zeitnah zur Verfügung stehen. Dies lässt jedoch die zeitliche Gestaltung des Hardware-Entwicklungsprozesses in der Regel nicht zu, da Prototypen zumeist erst in späten Entwicklungsphasen vorliegen. So steht in ca. 60 % der Entwicklungszeit kein Prototyp zum Testen zur Verfügung und weniger als 10 % der Ingenieure erhalten die Möglichkeit, Tests im realen Fahrzeug durchzuführen. Zudem ist die Erstellung von Prototypen mit signifikanten Kosten verbunden, so dass die Erstellung auf ein finanziell vertretbares Minimum beschränkt wird.

Folglich steht für Software-Test-Zwecke lediglich eine geringe Anzahl an Steuergeräteprototypen zur Verfügung; bei den nutzbaren Fahrzeugprototypen sieht es noch schlechter aus. Diese Situation wird durch die verteilte Entwicklung (Co-Development) und die damit einhergehenden geografischen Distanzen zwischen Automobilherstellern und Zulieferern sowie zwischen Entwicklungs- und Teststandorten noch verschärft. Prototypenbasierte Tests erfordern häufig kostenintensive Transporte, die nicht selten mit erheblichen Zeitverzögerungen (z.B. durch Wartezeiten beim Zoll) verbunden sind. Nicht zuletzt bringen Tests im Versuchsfahrzeug weitere Einschränkungen mit sich. So kann es insbesondere im Rahmen der Absicherung von Fahrerassistenzsystemen zu gefährlichen Situationen für Fahrer und Fahrzeug kommen. Zudem erlaubt die Komplexität der Umweltbedingungen kaum eine Reproduktion identifizierter Fehler und erschwert somit eine qualitativ hochwertige Testabdeckung. Für eine frühzeitige und realitätsnahe Validierung von Steuergeräte-Software ist deshalb ein alternativer Ansatz notwendig, mit dem sich die Hardware-Abhängigkeit beim Testen überwinden lässt.

Was eine Software-Validierung leisten muss

Eine frühzeitige, Hardware-unabhängige Software-Validierung ermöglicht den effizienten Einsatz knapper Ressourcen späterer Validierungsphasen, wie etwa Hardware-in-the-Loop-Systeme oder Prototypenfahrzeuge. Hardware-unabhängige Lösungen haben zudem den Vorteil, dass sie verteilte Entwicklungs-Setups an unterschiedlichen Orten unterstützen können.

Verteilte Entwicklungsszenarien sind insbesondere für das Zusammenspiel zwischen Automobilherstellern und Zulieferern wichtig. Eine sinnvolle Lösung zur Software-Validierung muss daher dieses Kooperationsmodell bzw. die damit eng verbundene Herausforderung heterogener Tool-Landschaften intelligent adressieren. Dabei ist zum einen die Einbeziehung von Modellen und Komponenten zu berücksichtigen, die mit unterschiedlichen, domänenspezifischen Werkzeugen erstellt wurden. Zum anderen muss sich die erforderliche Lösung einfach in die bestehende Werkzeugkette integrieren lassen. Eine wichtige Rolle spielt auch die Wiederverwendung bestimmter Artefakte, um Effizienzpotenziale heben und die Durchgängigkeit im Entwicklungsprozess sicherstellen zu können. Beispielhaft ist hier die Wiederverwendung bestehender Modelle, Testfälle oder Testdaten zu nennen. Auch individuelle Fahrmanöver bzw. bestehende Testkataloge sollten in die Lösung zur Software-Validierung eingebunden werden können, um frühzeitig auch potenziell gefährliche Situationen testen zu können, ohne jedoch den Fahrer oder das Fahrzeug zu gefährden. Solche riskanten Fahrsituationen müssen dabei exakt reproduzierbar sein. Nicht zuletzt ist zur Durchführung realitätsnaher Tests und somit zur Erzielung qualitativ hochwertiger Ergebnisse die ausschließliche Betrachtung der Applikations-Software nicht ausreichend, sondern weitere Artefakte bzw. Integrationsaspekte bezüglich des Betriebssystems oder der Basis-Software sind zu berücksichtigen. Darüber hinaus sollte eine Testlösung nicht nur bereits über hochqualitative Modelle verfügen, sondern ebenso auch individuelle eigene Modelle integrieren können. Eine realitätsnahe Visualisierung wiederum verbessert den Nutzerkomfort und erleichtert die Akzeptanz der Validierungsergebnisse.