Nutzung von AUTOSAR in der Serie bei Audi In die Realität überführt

Der Kundenwunsch nach stetig wachsenden Funktionsumfängen, notwendige Wettbewerbsdifferenzierung sowie die steigende Variantenvielfalt der elektronischen Steuergeräte bedingen eine ständig wachsende Komplexität der Software im Fahrzeug. Diese gilt es mit Hilfe geeigneter standardisierter Architekturen und modellbasierter Entwicklungsansätze zu beherrschen. Im Folgenden werden einzelne Komponenten und Konzepte einer solchen Umgebung dargestellt. Diese wird bei der Audi AG in mehreren Serien- und Vorserienprojekten verwendet.

Der Kundenwunsch nach stetig wachsenden Funktionsumfängen, notwendige Wettbewerbsdifferenzierung sowie die steigende Variantenvielfalt der elektronischen Steuergeräte bedingen eine ständig wachsende Komplexität der Software im Fahrzeug. Diese gilt es mit Hilfe geeigneter standardisierter Architekturen und modellbasierter Entwicklungsansätze zu beherrschen. Im Folgenden werden einzelne Komponenten und Konzepte einer solchen Umgebung dargestellt. Diese wird bei der Audi AG in mehreren Serien- und Vorserienprojekten verwendet.

Der durch Software realisierte Anteil von Fahrwerksfunktionen steigt ständig, da die Konsumenten von ihren Fahrzeugen Funktionen erwarten, die den Fahrspaß erhöhen, die Verkehrssicherheit verbessern und einen niedrigeren Energieverbrauch gewährleisten.

Die zusätzlich notwendige Wettbewerbsdifferenzierung zwingt die Automobilhersteller zu einer großen Modellvielfalt, die zu einer entsprechenden Variantenzunahme führt (Bild 1). Um diese zu beherrschen, sind entsprechende Maßnahmen zu treffen. Zusätzlich sind die gesetzlichen Vorgaben — speziell für sicherheitsrelevante Funktionen. Eine weitere Rahmenbedingung ist, dass unterschiedliche Funktionen häufig aus Kostengründen innerhalb eines Steuergerätes integriert werden [1].

Zur Komplexitätsbeherrschung existieren mehrere Möglichkeiten. Dazu zählt die Nutzung geeigneter Software-Architekturen und standardisierter Hardware-Plattformen. Auch die Definition geeigneter Vorgehensmodelle sowie deren bewusste Anwendung tragen zur Vereinfachung des Entwicklungsprozesses bei. Speziell für die Nutzung geeigneter Software-Architekturen bietet AUTOSAR [6] mit dem Release 2.0 und den entsprechenden Tools die Möglichkeit, einen herstellerübergreifenden Standard zu nutzen, der die Basis für eine universale Software-Architektur im Fahrzeug und eine Triebfeder für die Standardisierung darstellt. Die Nutzung von AUTOSAR-Software-Komponenten wird durch die einfache Möglichkeit der Wiederverwendung zu einer Steigerung der Software-Qualität führen, womit sich die Gesamtqualität der Fahrzeuge erhöhen wird.

Eng verbunden mit der Software-Architektur ist die Wahl einer passenden Kommunikationsarchitektur. Aktuelle Entwicklungen verwenden hierfür ein FlexRay-Kommunikationsprotokoll [2]. Diesem System liegt eine zeitgesteuerte Architektur zugrunde, d.h., Daten werden in definierten Kommunikationszyklen übertragen. Auf diese Weise kann eine äquidistante Datenübertragung auf dem Bus erfolgen. Ein weiterer Vorteil dieses Bussystems ist die höhere Datenübertragungsrate im Vergleich zu CAN, wobei FlexRay Daten mit 10 Mbit/s überträgt. Globale Synchronisation der Zeitgeber in den Steuergeräten in Verbindung mit einer deterministischen Datenübertragung bietet eine mögliche Grundlage für den Aufbau von verteilten hart echtzeitfähigen Systemen. Zudem bietet die Unterteilung der Kommunikationszyklen in ein statisches und ein dynamisches Segment einen Kompromiss aus Determinismus und ereignisbasierter Kommunikation und erlaubt somit, unterschiedliche Anforderungen an die Datenkommunikation zu erfüllen.

Der notwendige Software-Treiber des FlexRay-spezifischen Kommunikationscontrollers abstrahiert von den Buseigenschaften und stellt einen definierten Kommunikationsmechanismus für die steuerungs- und regelungstechnischen Applikationen bereit.

Da es sich bei Fahrwerksfunktionen um zeitkritische Applikationen handelt, werden diese unter Nutzung der Möglichkeiten des verwendeten Betriebssystems zeitgesteuert implementiert. Spezielle Mechanismen des Betriebssystems und des FlexRay-Stacks ermöglichen eine Synchronisierung der Applikationen mit dem Busschedule.

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Das aktuelle Geschäftsmodell innerhalb der Audi AG beinhaltet mehrere Wege. Grundlegendes Ziel ist die schnelle Umsetzung einer Idee ins Fahrzeug, wobei es dafür notwendig ist, möglichst seriennahe Hardware und Software zu verwenden. Auf diese Weise ist eine zeitliche Entkopplung der Prototypenentwicklung und der Serienentwicklung bis fast zum B-Muster möglich (Bild 6). Somit besteht die Möglichkeit, software-basierte USPs direkt beim jeweiligen Automobilhersteller zu entwickeln. Die Übergabe der eigenentwickelten Funktionen zum Zulieferer kann als White- oder Blackbox erfolgen. Somit kann bei konsequenter Nutzung des AUTOSAR-Ansatzes der Zulieferer seine Entwicklung auf einer Referenzplattform aufsetzen. Mittels eines Whitebox-Ansatzes erfolgt die Übernahme der Serienverantwortung durch den Zulieferer, wobei der Aufwand überschaubar bleibt. Durch eine kompatible Entwicklungsumgebung ist ein Austausch von Software-Komponenten problemlos möglich.

Durch diesen Ansatz, der aktuell von vielen OEMs und Zulieferern vorangetrieben wird, ist es möglich, einen modularen Software-Entwurf umzusetzen [5]. Dieses Geschäftsmodell wird bereits in Vorentwicklungs- und Serienprojekten eingesetzt. Trotz der aktuellen Entwicklungstendenzen bestehen noch offene Punkte. Dazu zählen:

  • Die konsequente Umsetzung der möglichen Schutzmechanismen zur Trennung von Applikationen ist unvollständig beziehungsweise noch nicht im AUTOSAR-Kontext nutzbar [4].
  • Die Spezifikation zeitlicher Anforderungen wird aktuell nicht durch den AUTOSAR-Standard abgedeckt. Das Verbundprojekt TIMMO hat sich zum Ziel gesetzt, Lösungsansätze für dieses Problem zu entwickeln [13].
  • Sowohl bei den Automobilherstellern als auch den Zulieferern ist ein Know-how-Aufbau notwendig — speziell zur Umsetzung der erwähnten AUTOSAR-Methodik.

Die oben genannten Vorteile zeigen, dass die Nutzung der AUTOSAR-Idee viele Möglichkeiten bietet, die Effizienz der Entwicklung von Funktionen im Fahrzeug zu erhöhen. Bereits früh im Entwicklungsprozess besteht die Möglichkeit, mit einem seriennahen Framework zu starten und so potentielle Schwierigkeiten der Zusammenarbeit zwischen OEM und Zulieferer zu minimieren.

Aktuelle Toolentwicklungen müssen dafür Sorge tragen, dass die Entwicklungstools problemlos miteinander interagieren können. Hierbei wird es sinnvoll sein, sich auf eine bestimmte Version des AUTOSAR-Standards festzulegen. Des Weiteren ist zu erwarten, dass die Analyse der zeitlichen Zusammenhänge im Gesamtsystem eine immer größere Bedeutung gewinnen wird. sj