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SAFECONV: Erlebbarkeit von vernetzten Sicherheitsfunktionen Die Vernetzung von aktiven und passiven Sicherheitssystemen stellt eine große Herausforderung sowohl in der Simulation und virtuellen Erprobung als auch in der Fahrzeugintegration dar. Das K2 Forschungsprojekt „Modelling, Simulation and Integration of Active Safety Systems for a Safety Concept Vehicle (SAFECONV)“ ist ein weiterer Baustein im Rahmen der Kooperation der BMW Group und des VIRTUAL VEHICLE zur durchgängigen Entwicklung, Optimierung und Absicherung vernetzter Sicherheitsfunktionen im Gesamtfahrzeug. Integrale Fahrzeugsicherheit In den letzten Jahren führte die Weiterentwicklung der Sensorik im Bereich der Objekterkennung zu wesentlichen Fortschritten bei der integralen Fahrzeugsicherheit. Die wesentliche Zielsetzung der Integralen Sicherheit ist die Vermeidung von Unfällen und die Reduktion der Schwere der Unfälle, sowie eine weitere Senkung des Verletzungsrisikos durch Aus- Phasen einer Kollision; Quelle: BMW Group schöpfen von Potentialen, die sich durch die Integration ergeben. Hierzu werden Systeme der aktiven und der passiven Sicherheit kombiniert und neuartige Funktionen wie Fahrerassistenzsysteme (z.B. innovative Bremsassistenten), Pre-Crash-Funktionen oder adaptive Sicherheitssysteme, deren Funktionsweisen und Wirkung sich der Art und Schwere des Unfalls anpassen, eingesetzt. Dies erfordert eine immer stärkere Vernetzung der Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug, was jedoch auch eine immer höhere Komplexität im Entwicklungs- und Integrationsprozess dieser Sicherheitsfunktionen bedeutet. Diese Komplexität stellt während der Entwicklung von neuen Funktionen eine große Herausforderung dar, weil diese mit herkömm- Sensorik zur Unfallfrüherkennung; Quelle: BMW Group 22 magazine Nr. 11, I-2012 lichen Methoden oft nur einzeln und nicht als Vernetzung betrachtet werden können. Dadurch sinkt dann das gesamte Systemverständnis. Die Integration der unterschiedlichen Funktionen erfordert eine entsprechende disziplinübergreifende Betrachtung. Ein wesentliches Werkzeug stellt die Co-Simulation dar. Dabei werden unterschiedliche Tools und Modelle verschiedenster Disziplinen von Fahrdynamik bis Crashsimulation kombiniert, um die Eigenschaften des vernetzten Gesamtsystems darzustellen. Dadurch können disziplinübergreifende Fragestellungen beantwortet werden, sowie Abhängigkeiten und Interaktionen zwischen den einzelnen Teilgebieten aufgezeigt werden. Vernetzte Entwicklungsmethodik und Absicherung im Gesamtfahrzeug Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird ein neuer Ansatz für die durchgängige Betrachtung und Validierung von vernetzten Sicherheitsfunktionen im Fahrzeug untersucht um deren Erlebbarkeit zu ermöglichen. Die Forschungsschwerpunkte umfassen: • Darstellung der Vernetzung der aktiven und passiven Sicherheit • Validierung der Simulationsumgebung und Erprobung vernetzter Sicherheitsfunktionen unter Berücksichtigung variabler Parameter • Integration von in Entwicklung befindlichen Sicherheitsfunktionen und Absicherung im Gesamtfahrzeug • Nachweis der Integrierbarkeit im verfügbaren Bauraum und im Bordnetz • Ableitung von System- und Komponentenzielen zur Umsetzung eines feldrelevanten Sicherheitspotentials Das übergeordnete Ziel ist die durchgängige Darstellung der Entwicklung vernetzter Funktionen vom Konzept, Simulation, Integration bis hin zur Erprobung und Validierung. Die Effektivität der entwickelten Methodik wird anhand der Integration ausgewählter Sicherheitsfunktionen in einem Versuchsträger (Safety Konzeptfahrzeug) demonstriert. Die fachübergreifende Zusammenarbeit (Elektrik/Elektronik und Fahrzeugsicherheit) in der effizienten Entwicklung zukünftiger Fahrzeugsicherheitssysteme spiegelt den interdisziplinären Charakter dieses Forschungsvorhabens wider. ■ Zu den Autoren Dipl.-Ing. Christian Gruber leitet das Team „Konzepte Aktive und Integrale Sicherheit“ der BMW Group in München. Univ.-Doz. Dr. Daniel Watzenig leitet den Bereich Fahrzeugelektrik/elektronik und Embedded Software am VIRTUAL VEHICLE. Dr. Andreas Rieser ist Bereichsleiter der Area „Mechanics“ am VIRTUAL VEHICLE. Markus Schratter ist Projektmitarbeiter am VIRTUAL VEHICLE und unterstützt das Projekt bei der BMW Group vor Ort.
Im Interview: Dr. Maximilian Miegler, Audi AG Trends in E/E und Funktionalität Hardware-in-the-Loop (HiL) Systeme können einen entscheidenden Beitrag zur Steigerung der Güte und Wirtschaftlichkeit der physischen Fahrzeugerprobung leisten. Dr. Daniel Watzenig befragte Dr. Maximilian Miegler (Audi AG) zu aktuellen Trends in den Bereichen Elektrik, Elektronik und Funktionalität. VVM: Wohin gehen Ihrer Meinung nach die Trends in der Automobilindustrie im Bereich Elektrik/Elektronik/Funktionalität und welche Randbedingungen für die Entwicklung sehen Sie als relevant an? Miegler: Das Thema „Funktionale Sicherheit“ ist eine Herausforderung für die Testmethodik und den Testprozess. Die Güte der Fehlererkennung und Fehlerzuordnung spielt eine entscheidende Rolle. Gleichzeitig sind aber die Verkürzung von Produktentwicklungszyklen und die notwendige weitere Steigerung der Effizienz in der Entwicklung aus wirtschaftlichen Gründen unverzichtbar. So muss die Reduktion von kostenintensiven Erprobungsfahrten mit Gesamtfahrzeugprototypen weiter vorangetrieben werden. Hardware-in-the-Loop (HiL) Systeme können einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, die Güte und Wirtschaftlichkeit der physischen Fahrzeugerprobung zu steigern. HIL-Tests können unter kontrollierten Laborbedingungen beliebig oft durchgefahren werden und entlasten damit die Tests im Realfahrzeug erheblich. VVM: Wie stehen Sie zu HiL-Tests zur funktionalen Absicherung im E/E-Bereich? Miegler: Der Trend zu HiL-Tests als Entlastung für Fahrzeugtests gerade im Bereich der vernetzten Elektronik ist weltweit bei allen OEMs zu beobachten und zieht sich durch alle Bereiche der Entwicklung. Gerade beim Thema Elektrifizierung ist die Erprobung auf Gesamtfahrzeugebene schwierig und kostenintensiv. Der Grund dafür ist die stark anwachsende Komplexität der Funktionen und deren starke Vernetzung. Gerade bei der funktionalen Absicherung von Derivaten können HiL-Tests aufgrund der hohen Regressionsfähigkeit Realfahrzeugtests massiv reduzieren. Weiterführend ist es auch ein Ziel, virtuelle Probefahrten darstellen zu können – bis hin zu einer virtuellen Abnahmefahrt. VVM: Welche Voraussetzungen müssen erfüllt werden, damit beispielsweise für Derivate teure Prototypen eingespart werden können? Miegler: Die Anforderungen an Genauigkeit und Echtzeitfähigkeit der Modelle, die auf HiL- Systemen laufen, sind hierbei entscheidend. Dies hängt natürlich von den jeweiligen Prüfanforderungen ab. Allgemein kann aber gesagt werden, dass der Weg zum Ziel über eine Kombination von genaueren Modellen, Echtzeitansätzen und Modelldaten führt. Mit steigender Prozessorleistung können komplexere Modelle am HiL-System und komplexere Algorithmen im Steuergerät laufen. Gleichzeitig müssen die Plausibilität der Modelle und deren Gültigkeitsbereiche bekannt sein. Das verlangt nach klar definierten Schnittstellen und Standards bei der Modellierung. Um die Genauigkeitsanforderungen erfüllen zu können, ist in den meisten Fällen neben den reinen Streckenmodellen auch eine Modellierung von Sensoren und Aktuatoren notwendig. In ein vollständiges Streckenmodell muss auch der Einfluss der „Restphysik“ bzw. des „Restfahrzeuges“ eingehen. VVM: Wie geht man bei der Audi AG an den Einsatz von modellbasierten Methoden zur Funktionsabsicherung heran? Wir haben einen Prozess etabliert, über den miteinander verzahnt die Güte der Simulationsmodelle und Tests verbessert werden. Es gibt hier eine Reihe von Methoden, um die Testeffizienz an HiL-Systemen zu steigern wie zum Beispiel Benutzermodelle, probabilistische Methoden oder „Kritischer-Pfad-Tests“. Eine prozesssichere Simulationsinfrastruktur zur Verwaltung, Bedatung, Verifikation und Validierung von Modellen wird immer wichtiger. Nur so erreichen wir die erforderliche Testgüte zur realistischen Beurteilung und Absicherung der Fahrzeugfunktionen und -eigenschaften. VVM: Wie beurteilen Sie den Einfluss der ISO 26262 zur Sicherstellung der funktionalen Sicherheit? Miegler: Die funktionale Sicherheit ist ein wesentlicher Schwerpunkt, der die gesamte Entwicklung beeinflusst. Auftretende Fehler müssen klar nachvollziehbar sein, um deren mögliche Auswirkungen bzw. Gefahren beurteilen zu können. Durch die rapide wachsende Vernetzung entstehen z. B. hohe Anforderungen an das Signal-Timing. Timing-Fehler sind in der Fehleranalyse oft nur schwer zu entdecken. Wir sehen in der Kombination von Sensor- und Fehlermodellen, der Wirkkettenmodellierung und der Entwicklung von robuster Mechatronik einen geeigneten Lösungsansatz. VVM: Die Verbindung von bisher getrennten Entwicklungsbereichen wie z.B. Elektrik und Mechanik verlangt nach unterschiedlichen Modellen. Wie wollen Sie die dadurch entstehende Vielzahl an Modellen verwalten bzw. miteinander verbinden? Miegler: Die große Anzahl an Möglichkeiten ist nur durch Standardisierung in den Griff zu bekommen – von Protokollen über Kommunikationsarchitekturen und Modellierwerkzeuge bis zu Modellstandards. Darüber hinaus müssen auch die Metadaten zu den Modellen standardisiert und zentral verwaltet werden. Wir versuchen dies innerhalb des VW Konzerns zu realisieren. ■ Dr. Maximilian Miegler ist in der Technischen Entwicklung der Audi AG tätig und leitet den Bereich „Hardware-inthe-LoopFunktionserprobung“. magazine Nr. 11, I-2012 Industrie-Partner 23
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