Adaptive Softwarearchitektur für Fahrzeuge

Mit dem Aufkommen elektrischer Antriebe steht die Automobilbranche vor neuen Herausforderungen. Der Einsatz rein elektrischer Antriebe legt den Wechsel zur vollständig elektrischen Steuerung vieler Funktionen nahe. Dies erfordert eine grundlegende Änderung der Systemarchitektur des Fahrzeugs. Hochintegrierte Subsysteme, wie Radnabenmotoren und X-by-Wire Systeme, sind im höchsten Maße sicherheitsrelevant. Folglich steigt die Komplexität der E/E-Architektur von Fahrzeugen deutlich.

Im von der Europäischen Union geförderten Projekt SafeAdapt (Safe Adaptive Software for Fully Electric Vehicles) haben die 9 Partner aus sechs Ländern die E/E-Architektur überarbeitet, welche die Komplexität auf das notwendige Maß reduziert sowie Kosten- und Energieeffizienz erhöht. Dabei sollte durch eine generische und systemweit einheitliche Fehlerbehandlung basierend auf der Adaption des Systems zur Laufzeit die Systemkomplexität reduziert werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit gegenüber Fehlern und optimiert den Ressourcenbedarf. Dabei wurde im Projekt SafeAdapt ein ganzheitlicher Ansatz für den Einsatz adaptiver Systeme in sicherheitskritischen Umgebungen erarbeitet.

Um die sichere Adaption der Software zur Laufzeit zu gewährleisten, muss das spezifizierte Verhalten des Systems in unterschiedlichen Modi und Konfigurationen zur Laufzeit bekannt und validiert sein. Die Spezifikation der Adaptation im Entwurf umfasst die Definition verschiedenen Konfigurationen, der notwendigen Anpassungen sowie der Anforderungen, z.B. die maximal zulässige Verzögerung zum Wechsel zwischen den definierten Konfigurationen. Im Projekt SafeAdapt wurde die Adaption während des Entwicklungsprozesses durch bereits existierende Modellierungssprachen beschrieben, wie UML, EAST-ADL oder AUTOSAR.. Hierdurch ermöglicht der Ansatz eine frühzeitige Verifikation und Validierung der nicht-funktionalen Systemeigenschaften wie der Adaptivität. Auf dem Systemmodell aufbauend konnten automatisiert gültige Konfigurationen generiert werden, die alle Fehlerszenarien berücksichtigen. Dies geschah konform zum AUTOSAR Standard, was wiederum die Anwendbarkeit für verschiedene Electronic Control Units (ECUs) und Nutzung von Standard-Werkzeugketten erleichtert. SafeAdapt bietet somit eine Technologie-neutrale Lösung, um eine sichere Adaption zukünftiger IKT-Fahrzeugsysteme zu ermöglichen.

Eine weitere Herausforderung war die Notwendigkeit einen Zertifizierungsprozess entsprechend dem funktionalen Sicherheitsstandard ISO26262 für jedes Fahrzeugmodell neu durchzuführen. SafeAdapt adressierte dies, durch die Analyse und Verwendung entsprechender Konzepte der ISO26262 wie das Safety Element out of Context (SEooC) Konzept. Das letztere erlaubt es, Softwarekomponenten in verschiedenen Fahrzeugmodellen wiederzuverwenden, ohne diese in jedem neuen System erneut zu zertifizieren. Beispielsweise wird der im Projekt entwickelte Safe Adaptation Platform Core als SEooC definiert, wodurch er nur einmal verifiziert werden muss und für verschiedene Plattformen genutzt werden kann.

Der in SafeAdapt entwickelte Ansatz  

• reduziert Komplexität und Hardware-Kosten,
• behandelt Fehler in sicherheitskritischen Systemen durch Adaption bzw. Rekonfiguration und
• reduziert Entwicklungs-, Test- und Zertifizierungskosten.

Um die Projektergebnisse unter realen Bedingungen zu evaluieren, wurden die erarbeiteten Konzepte sowie die im Projekt entstandenen Komponenten in ein existierendes elektrisches Prototypenfahrzeug integriert. Darüber hinaus wurde der SafeAdapt Ansatz in einer Fahrzeugsimulationsumgebung validiert und evaluiert.

Das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS (früher: Fraunhofer ESK) bietet seine langjährige Erfahrung im Bereich zukünftiger E/E-Architekturen an, um es Kunden zu ermöglichen, solches erweitertes fail-operational Verhalten in ihre Produkte zu integrieren. Dies kann von ersten Studien über den Entwurf, Software-Werkzeugimplementierungen bis zu vollständigen Prototypen reichen. Sprechen Sie uns an, um mögliche Kooperationen zu diskutieren, die Ihren Anforderungen und Wünschen entsprechen.