Herausforderungen bei der Entwicklung multifunktionaler Steuergeräte aus OEM-Sicht

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1 Herausforderungen bei der Entwicklung multifunktionaler Steuergeräte aus OEM-Sicht Dr. Dirk Stüker, Gökhan Tabanoglu All Rights Reserved Agenda Bestandsaufnahme: Status Steuergeräte-Entwicklung und Trends Ziele aus Sicht des OEM und Herausforderungen Konkretes Beispiel: Fahrerassistenz Ausblick Zusammenfassung 2

2 Situation gestern Funktionen sind in der Regel an ein Bauteil gekoppelt. Hardware und Software stammen vom selben Zulieferer. Zulieferer 1 Zulieferer 2 Zulieferer 3 Bus 3 Situation heute Bauteil sowie überwiegende Software kommen vom Zulieferer Zulieferer Einzelne Software-Komponenten vom OEM Vorteil für OEM: - Markenspezifische Anpassung sind möglich - IP-Schutz (bei Austausch von Binaries) Vorteile für OEM & Zulieferer: - Kostenreduktion durch höhere Stückzahlen OEM Beispiel: ACC-Algorithmus im -Steuergerät 4

3 Situation mit Systementwurf entkoppelt von der Hardware Vereinheitlichung von Schnittstellen Ressourcenzuweisung zur Entwicklungszeit Vorteile: - Verbesserte Wiederverwendung von Software-Komponenten. - Austauschbarkeit der Hardware - Austauschbarkeit der Software 5 Aktuelle Trends - Leistungsstarke CPUs (Multicore) ermöglichen stärkere Integration - Immer mehr verteilte Funktionen - Immer mehr vernetzte Funktionen - Software von diversen Parteien auf einem Steuergerät 6

4 Agenda Bestandsaufnahme: Status Steuergeräte-Entwicklung und Trends Ziele aus Sicht des OEM und Herausforderungen Konkretes Beispiel: Fahrerassistenz Ausblick Zusammenfassung 7 Zielsetzung des OEM - Kostenreduktion Stärkere Integration (mehr Funktionen pro Steuergerät) Wiederverwendung von Software in unterschiedlichen Modellen (Produktlinien) Wiederverwendung von Hardware (Produktlinien) Skalierbarkeit / Erweiterbarkeit - Hohe Produktreife Trotz erhöhter Komplexität weniger Fehler - Verbesserte Ökobilanz Weniger Steuergeräte, Kabel, Stecker Weniger Gewicht 8

5 Herausforderungen - Berücksichtigung zeitlicher Anforderungen bei der Integration - Gemische Architekturen: Zeit- und Eventgesteuert - Neue Rollen und Verantwortlichkeiten - Verteilte Entwicklung (auch OEM-intern) - IP-Berücksichtigung bei allen Parteien - Frühzeitige Designvalidierung (zur Vermeidung überdimensionierter Stg.) 9 Agenda Bestandsaufnahme: Status Steuergeräte-Entwicklung und Trends Ziele aus Sicht des OEM und Herausforderungen Konkretes Beispiel: Fahrerassistenz Ausblick Zusammenfassung 10

6 Technischer Hintergrund: Fahrerassistenzsysteme Abstandsregelung (ACC) Spurwechselassistent Einparkassistenz Heading Control Adaptive Lighting Kollisionsfolgenminderung Kollisionsvermeidung Fußgängerschutz (Semi-) Autonomes Fahren Accoustic Warning Breaking Preperation Short Break time Semi-Autonomous Breaking - Dramatisch wachsende Funktionalität und Komplexität - Aufwändige Fahrumgebungserfassung - Wunsch nach Skalierbarkeit und Integration in den Volumenmarkt Demokratisierung der Fahrerassistenz 11 Technischer Hintergrund: ik Front-ik 24/77 GHz Radar, Kamera, Lidar, PMD, Ultraschall Heck-ik 24/77 GHz Radar, Ultraschall Rückfahr-Kamera Seiten-ik Kameras Ultraschall 24 GHz Radar Integrierte en Lidar + Kamera SW/HW-Architektur muss die Anforderungen sehr unterschiedlicher - Technologien berücksichtigen. 12

7 Aufgaben bei der Entwicklung -Vereinheitlichung funktionaler Schnittstellen -Festlegung von Verantwortlichkeiten und Rollen -Prozessbegleitende Validierung BSW HW BSW HW BUS Actuator 13 Vereinheitlichung von Schnittstellen Trennung von ik und Funktion Measurement Coordination Einheitliche funktionale Schnittstellen Near Near Car Car ACC AWV Abstraktion von konkreter ik Einheitliche Schnittstellen zur Funktion Far Far Far control Camera control Camera control Camera LVDS + Protocol Vehicle recogni Vehicle recogni tion tion Lane recogn ition Traffi c sign Traffi c sign PreCrash Park assist Lane departure assist Heading Control Road sign cognition Sollgrößen Vehicle HMI HMI Map PSD Light assist Senso r contro l 15

8 Vereinheitlichung von Schnittstellen Trennung von ik und Funktion Einheitliche funktionale Schnittstellen Abstraktion von konkreter ik Einheitliche Schnittstellen zur Funktion Measurement Near Near Car Car Far Far Far control Camera control Camera control Camera Map LVDS + Protocol Vehicle recogni Vehicle recogni tion tion Lane recogn ition Traffi c sign Traffi c sign OL OL Lan e RS PSD data fusion Fusion comfort Fusion Sollgrößen Environment Environment Safety Ego FS fol ehorizo nt ACC AWV PreCrash Park assist Lane departure assist Heading Control Road sign cognition Light assist Coordination Vehicle HMI HMI Senso r contro l 16 Verantwortlichkeiten / Rollen Skalierbare Architektur + Multifunktionale ik Funktionsmodul Funktionsmodul Funktionsmodul Component Owner Test Manager Integration Manager Function Owner System Architect Tier 1 OEM Tier 1 Tier 2 OEM 17

9 Rollen für ein skalierbares multifunktionales Steuergerät Function owners (OEM) z. B. ACC, Heading Control, lighting, sensor data fusion Integration manager (OEM, zuvor Tier 1) Stellt die Integration der SW-Komponenten sicher Test manager (OEM) Entwickelt Test-Spezifikationen und ist verantwortlich für die Tests Component owner (OEM) Pakete, Schnittstellen (HW/SW), Protokolle Viele neue Rollen für den OEM sind für die Entwicklung notwendig! 18 Prozessbegleitende Validierung - Durchgängige Bewertung der Entwurfsentscheidungen hinsichtlich der Einhaltung von Anforderungen - Herleitung sowie Vergleich verschiedener Entwurfsalternativen - Frühzeitiger Nachweis der Machbarkeit - Durchgängige Verfeinerung der Simulations- bzw. Analysemodelle Grobentwurf Grobentwurf Feinentwurf Feinentwurf Anforderungsdefinition Anforderungsdefinition Analyse/ Analyse/ Simulation Simulation Implementierung Implementierung 19

10 Fragestellungen bei der Validierung Können wir sicherstellen, dass alle zeitlichen Anforderungen erfüllt werden? Wie beschreibt man zeitliche Anforderungen formal (und testbar)? Wie findet man die optimale Lösung ohne Ressourcen-Verschwendung? Wie vermeidet man Interferenzen zwischen Software-Komponenten? IP: Welche Informationen müssen ausgetauscht werden, welche nicht? BSW HW BSW HW BUS Actuator 20 TIMMO 15 europäische Partner (OEM, Zulieferer, Toolhersteller) Zielsetzung: Gemeinsamer, standardisierter Ansatz für alle Informationen zum Zeitverhalten. Formale, standardisierte Spezifikation, Analyse und Verifikation von Zeitverhalten in allen Entwicklungsphasen Timing Augmented Description Language Methodology 21

11 Wunschliste an die Toolhersteller - Tools müssen unterstützen - Tools müssen zeit-, ereignisgesteuerte oder hybride Systeme unterstützen - Tools müssen einen frühen Machbarkeitsnachweis ermöglichen - Spezielle Beziehungen zwischen OEM und Zulieferer sind zu berücksichtigen - Tools müssen bei der Beantwortung der folgenden Fragen helfen: - Welche Hardware ist erforderlich? - Welche Daten werden zu welchem Zeitpunkt benötigt? - Welche Teile arbeiten synchron, welche asynchron? - Welche Synchronisationsmechanismen sollten genutzt werden? - Wie sind Runnables auf Tasks zu mappen? - Wie sind Tasks zu priorisieren? - Welche Abhängigkeiten bestehen zwischen den Software-Komponenten? 22 Agenda Bestandsaufnahme: Status Steuergeräte-Entwicklung und Trends Ziele aus Sicht des OEM und Herausforderungen Konkretes Beispiel: Fahrerassistenz Ausblick Zusammenfassung 23

12 Ausblick Wie geht es weiter? - Entwicklungen: Dynamische Lastverteilung (Funktionspriorisierung statt Tasks) Nachkauf von Funktionen während Produktlebenszyklus Redundanzen für sicherheitsrelevante Funktionen - Mögliche Lösung: Dynamische Middleware-Konzepte abstrahieren von Hardware-Verteilung zur Laufzeit. 24 Dynamische Middleware Logische Sicht Software Component Software Component Software Component Software Component Dynamische Middleware Virtual Functional Bus (VFB) Virtual Functional Bus (VFB) NEU Abstraktion: Verteilung durch dyn. Middleware Abstraktion: Hardware durch VFB Standardized Standardized Standardized Complex Device Drivers ECU Abstraction Services Operating System Communication Standard Software ECU Firmware Software Component 25

13 Agenda Bestandsaufnahme: Status Steuergeräte-Entwicklung und Trends Ziele aus Sicht des OEM und Herausforderungen Konkretes Beispiel: Fahrerassistenz Ausblick Zusammenfassung 26 Zusammenfassung - Die Komplexität der Software im Fahrzeug wird dramatisch zunehmen. - verbessert die Integration von Software verschiedener Parteien. - Die Zusammenarbeit zwischen OEM und Zulieferer wird sich grundlegend ändern. - Entsprechende Werkzeuge sind für die Entwicklung Voraussetzung. - Dynamische Middleware-Lösungen können zukünftige Anforderungen erfüllen. 27