Umfassendes automatisiertes Fahren ist mit der heutigen Bordelektronik praktisch nicht möglich. Audi entwickelt deshalb eine neue E/E-Architektur mit einem neuen Entwicklungskonzept und neuen Systemansätzen.
Der Autor: Hartmut Hammer ist freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion
Wie man die Fahrzeugelektronik für Fahrerassistenzsysteme fit macht
Aktuell sind die verfügbaren Fahrerassistenzfunktionen eine sehr heterogene Gruppe und gehören zu verschiedenen Domänen, wie etwa der Parkassistent oder der Fernlichtassistent. Zwischen diesen Domänen besteht bisher nur ein eingeschränkter Informationsaustausch, auch die Nutzung gemeinsamer Basiskomponenten ist nur schwach ausgeprägt. „Damit komplexere Assistenzfunktionen realisiert werden können, muss eine Konsolidierung auf funktionaler Ebene erfolgen. Synergien zwischen allen Applikationen müssen konsequent ausgeschöpft werden“, fordert Florian Netter, zuständig für das Software Competence Center bei der Audi Electronics Venture GmbH.
Hardware und Software angepasst
Audi wird künftig alle von den Sensoren erfassten Messgrößen des direkten Fahrzeugumfelds in einer zentralen Sensordatenfusion verarbeiten. Ergänzt werden sie um Informationen aus der Car-to-X-Kommunikation (ein weiterer Sensor mit mittlerer Reichweite) sowie Informationen aus dem Backend (große Reichweite).
Hardwareseitig hat man dafür seine Hausaufgaben schon gemacht: das sogenannte ZFAS (Zentrales Fahrerassistenz-Steuergerät) ist eine bereits seriennahe Hardwarearchitektur, in der alle Sensorinformationen für automatisiertes Fahren zusammenlaufen. Die leistungsfähigen Elektronikbausteine des ZFAS verfügen über die Rechenleistung eines heutigen Mittelklasseautos und verarbeiten die Daten mit bis zu 750 GFlops. Das ZFAS könnte noch 2016 mit dem neuen Audi A8 in Serie gehen.
Analog zum ZFAS werden künftig weitere leistungsfähige Steuergeräte jeweils mehrere kleine ECUs eines Fahrzeug-Subsystems (den sogenannten Domains, zum Beispiel Antriebsmanagement, Karosserie, Multimedia, pilotiertes Fahren) zusammenfassen. Der dichte Datenverkehr zwischen den Domains überfordert allerdings die Bandbreite bisheriger Bustopologien. Als neuen Backbone zwischen den Domain-Steuergeräten setzt Audi auf das Ethernet-Protokoll mit einer Bandbreite von bis zu 1 GBit/s.
Neue Interfaces
Ergänzend müssen die Systemeigenschaften der Car-to-X-Kommunikation, der cloudbasierten Dienste, der Mobile Devices und der Übertragungsstandards – etwa die Datenrate und Latenzzeit moderner Mobilfunkstandards in der E/E-Architektur berücksichtigt werden. Zusätzlich gilt es, Aspekte wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und die jeweils regionalen Datenschutzbestimmungen (Privacy) sukzessive in die Systemarchitektur zu integrieren. „Als sehr hilfreich hat sich das Denken in Kommunikationswirkketten erwiesen, bei der einzelne Datenströme vom Anfangs- bis zum Endpunkt komplett analysiert und optimiert werden“, so Florian Netter.
Eine andere wichtige Schnittstelle sind die Interfaces zwischen den Domänen einer Systemarchitektur. Audi verwendet standardisierte Schnittstellenadapter, mit denen die Wiederverwendbarkeit von Softwarekomponenten gesteigert und Entwicklungskosten gesenkt werden können. Ein von Audi selbst entwickeltes Mobile Computing Framework enthält Softwarebibliotheken für die Android- und Apple-Betriebssysteme und wird genutzt, um Apps für mobile Endgeräte zu entwickeln. Für cloudbasierte Dienste steht ein weiteres Framework bereit, mit dessen Hilfe Datenanalysen durchgeführt und Datenverarbeitung in Echtzeit implementiert werden kann.
Bessere Methoden und Prozesse
Virtuelle Entwicklungsmethoden sind neben den Plattformen und der Systemarchitektur eine weitere wichtige Komponente in der automobilen Softwareentwicklung. Deshalb entwickelt die Audi Electronics Venture GmbH die Functional Engineering Platform (FEP), eine skalierbare Testumgebung. Sie vernetzt virtuell alle Teilsysteme bis hin zu mobilen Endgeräten und cloudbasierten Diensten und ermöglicht eine frühzeitige Verifizierung und Validierung von Algorithmen, Architekturen, Steuergeräten und Hardwaremustern.
Parallel dazu kann die FEP mit realen Steuergeräten und HiL-Prüfständen verknüpft werden, sodass auch Prüfstands- und Fahrzeugtests möglich sind. Die Integration von Sensormodellen, wie etwa einem Radar, und die Kopplung mit Fahrermodellen und einer Verkehrssimulation ergeben flexible Einsatzmöglichkeiten.
Eine einheitliche Systemarchitektur, Plattformen und eine virtuellen Entwicklung sind aber lediglich technische Voraussetzungen für softwareintensive Innovationen. Audi sieht in ihrer Einbettung in adaptive Prozesse den Schlüssel zur schnellen und nachhaltigen Entwicklung. Das modulare Framework von Audi für die Embedded Softwareentwicklung ist nach Automotive Spice Level 3 zertifiziert und umfasst gemeinsame Tools, geeignete Entwicklungsmethoden, eine leistungsfähige Infrastruktur und kann nach Angaben von Florian Netter an die spezifischen Rahmenbedingungen jedes Projekts angepasst werden.
Audi AG
+49 (0)841 89–0
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