Umsetzung der AUTOSAR-Technologie in Nutzfahrzeugen Elektronik-Standard für Lkws

Ursprünglich war die AUTOSAR-Technologie speziell für Pkws und ausdrücklich nicht für den Einsatz in Nutzfahrzeugen ausgelegt. Mit Release 2.1. vom Januar 2007 stellte das AUTOSAR-Konsortium einen Standard vor, der auch für die speziellen Anforderungen im Nutzfahrzeugbereich geeignet erscheint. In einem Testprojekt wurde eine Lkw-Klimasteuerung in AUTOSAR implementiert.

Ursprünglich war die AUTOSAR-Technologie speziell für Pkws und ausdrücklich nicht für den Einsatz in Nutzfahrzeugen ausgelegt. Mit Release 2.1. vom Januar 2007 stellte das AUTOSAR-Konsortium einen Standard vor, der auch für die speziellen Anforderungen im Nutzfahrzeugbereich geeignet erscheint. In einem Testprojekt wurde eine Lkw-Klimasteuerung in AUTOSAR implementiert.

Im September 2006 startete der Nutzfahrzeughersteller AB Volvo das AUTOSAR-Demonstrator-Projekt. Das Ziel bestand darin, Erfahrungen mit AUTOSAR in der Volvo-Gruppe zu sammeln und das hinter AUTOSAR stehende Konzept zu überprüfen. Dafür wurde ein bestehendes Klimasteuerungssystem ausgewählt, das mit der AUTOSAR-Technik nochmals entwickelt werden sollte. Die benötigte AUTOSAR-Konfiguration und die Software für die Klimasteuerung wurden aus einem bestehenden High-Level-Regelungsmodell generiert.

Im Januar 2007 war der Prototyp erfolgreich integriert und wurde in einem Lkw getestet. Der Prototyp bietet Unterstützung für nutzfahrzeug-spezifische Busprotokolle wie SAE J1587 sowie die Steuerung von Aktoren und Schrittmotoren. Des Weiteren wurde die Applikation in verschiedenen Kombinationen auf mehrere Steuergeräte verteilt, so dass die Übertragbarkeit von Funktionen (Software-Komponenten, SWC) über das Netzwerk getestet werden konnte. Die Machbarkeitsstudie für den Einsatz der AUTOSAR-Technik in ein Nutzfahrzeug hatte folgende konkrete Ziele:

  • Modellieren der Applikation und Erzeugung von Code,
  • Hinzufügen von nutzfahrzeug-spezifischen Basissoftware-Komponenten (BSW),
  • Einbinden von Sensoren und Aktoren,
  • Konfigurieren des Gesamtsystems,
  • Übertragen von Software-Komponenten und Rekonfigurieren des Systems,
  • Konfigurieren der Steuergeräte (ECUs),
  • Integration von Basis-Software-Modulen.

Als erster Schritt sollten eine Anwendungs-Software-Komponente (SWC) direkt aus dem bestehenden Applikationsmodell von Volvo aus Matlab/Simulink generiert bzw. manuell erstellte SWCs eingebunden werden, falls kein solches Modell vorhanden war. Danach galt es zu prüfen, ob neue BSW-Komponenten für spezifische Ansprüche in Nutzfahrzeugen hinzugefügt und die AUTOSAR-Konzepte für die Anbindung von Sensoren und Aktoren in eine typische Lastkraftwagen-Applikation implementiert werden können. Schließlich sollte untersucht werden, ob eine konsistente Konfiguration des Systems gemäß AUTOSAR bei Einhaltung der Volvo-Vorgaben fehlerfrei möglich wäre.

Ein weiteres wichtiges Merkmal von AUTOSAR ist die Fähigkeit, eine Software-Komponente von einer ECU auf eine andere zu übertragen, ohne dass sie selbst verändert werden muss (nur die Konfigurationen müssen geändert werden). Daher wurde abschließend innerhalb des Projektes überprüft, ob dies in der Praxis funktioniert und das System entsprechend rekonfiguriert werden kann. Die Systemkonfiguration liegt in der Verantwortung des Fahrzeug-OEMs, wie beispielsweise Volvo 3P. Für die meisten ECUs in einem Lkw ist die Integration der Applikations-SWCs und der BSW eine Aufgabe der Zulieferer des OEM. Für bestimmte ECUs behält jedoch Volvo selbst die Verantwortung für die Integration und Konfiguration der ECUs. Daher ist es für Volvo wichtig, die Machbarkeit der Konfiguration einer ECU mit speziellen Nutzfahrzeug-Charakteristika zu überprüfen.

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Der Demonstrator deckt nur einen Teil der Funktionalität ab, die für künftige Elektrik- und Elektronik-Plattformen (E/E) in Nutzfahrzeugen benötigt wird. Der AUTOSAR-Standard wird kontinuierlich weiterentwickelt. Der Demonstrator gibt im Wesentlichen die Anforderungen der AUTOSAR-Spezifikation 2.0 wieder. Vor der eigentlichen Implementierung in ein echtes Serienfahrzeug wird mindestens die Version 4.0 vorliegen, wobei deren Inhalt noch nicht endgültig definiert ist. Zu den Konzepten, die bislang noch nicht im AUTOSAR-Standard enthalten sind, Volvo aber als erfolgskritisch für Nutzfahrzeuge ansieht, gehören Speicherschutz-Mechanismen und die Möglichkeit, auf fahrzeugspezifische Parameter zuzugreifen, die in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt sind.

Zwei neue Tools VSA (Vehicle System Architect) und VSB (Vehicle System Builder) unterstützen das Systemarchitektur- und Steuergeräte-Design, insbesondere alle Konfigurationsaufgaben. Wie in Bild 4 dargestellt erfüllen sie folgende Aufgaben:

  • Erzeugung von Software-Komponenten (VSA),
  • Definition der Topologie (VSA),
  • Zuordnung von Software-Komponenten zu Steuergeräten (VSA),
  • Durchführung des Bus-Scheduling (VSA),
  • Start des Steuergeräte-Scheduling (VSA),
  • Zuordnung von ausführbaren Modulen zu Tasks (VSB),
  • Planung des Betriebsystem-Task-Scheduling (VSB),
  • Konfiguration der vorhandenen Basissoftware-Module (VSB).