Vorlesung Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Professur Softwaretechnologie WS 2008/2009 Dr. rer. nat. Bernhard Hohlfeld bernhard.hohlfeld@daad-alumni.de 1
Inhalt 1. Motivation und Überblick 2. Grundlagen Fahrzeugentwicklung, KFZ-Elektronik und Software 3. Übersicht Automotive Elektrik/Elektronik-Entwicklung (E/E) 4. Protokolle und Bussysteme 5. Betriebssysteme und standardisierte Systemarchitekturen 6. Verfahren für die Embedded Software Entwicklung 7. Unterstützungsprozesse für die Embedded Software Entwicklung 8. Wichtige Normen/Standards/Empfehlungen für die Embedded Software Entwicklung 2
2. Grundlagen Fahrzeugentwicklung, KFZ-Elektronik und Software 1. Wichtige Grundbegriffe, Wirtschaftliche Situation und Bestandsaufnahme Automotive Markt 2. Hersteller (OEM) und Zulieferer-Landschaft 3. Historische Entwicklung von Hardware und Software im KFZ 4. Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung 5. Anwendungsdomänen 6. Trends in der Fahrzeugentwicklung 3
1.Wichtige Grundbegriffe, Wirtschaftliche Situation und Bestandsaufnahme Automotive Markt 4
Automotive Markt: Historie Anfang der Massenproduktion 1904 Ford Model T: einfach und robust, ständige Modelloptimierung Plattform-Idee Fließband-Produktion ab 1913 Opel Fließband-Produktion ab 1924 105 Fahrzeuge pro Tag (Ford: 325) GM kauft Opel in 1929 GM in den 20ern Modellwechsel und Marketing Flexible Produktionstechniken 5
Automotive Markt: Fahrzeugsegmente 6
Automotive Markt: Fahrzeugsegmente 7
Siehe auch 1. Motivation und Überblick 1. Bedeutung der Automobilindustrie für die deutsche Volkswirtschaft 8
2.Hersteller (OEM) und Zulieferer-Landschaft 9
OEM Abkürzung für Original Equipment Manufacturer Wird in der Automobilbranche als Synonym für Automobilhersteller verwendet. Definition von OEM nach wikipedia (Stand Oktober 2008) Unter einem Original Equipment Manufacturer (abgekürzt OEM, englisch für Originalausrüstungs-hersteller) versteht man dem Wortsinn nach einen Hersteller fertiger Komponenten oder Produkte, der diese in seinen eigenen Fabriken produziert, sie aber nicht selbst in den Handel bringt (...). In etlichen Branchen hat sich jedoch die gegenteilige Bedeutung des Begriffs OEM etabliert. So versteht man z.b. in der Maschinenbau-, Automobil- oder Golfsportartikelindustrie unter einem OEM ein Unternehmen, das von anderen produzierte Produkte unter eigenem Namen in den Handel bringt. :-) 10
Hersteller/OEM-Landschaft (:-) Stand: 2002) 11
Produktionsvolumen, Fahrzeuge weltweit Quelle: Mercer / Hypovereinsbank CAGR = Compound Annual Growth Rate (Jährliche Wachstumsrate) 12
Anforderungen an Hersteller Innovationen Modellvielfalt Modellwechsel Investitionen Kosten Konkurrenzfähigkeit Trends Weitere Konsolidierung After-Market wird wichtiger (höhere Margen) Geringere Fertigungstiefe Risikoverlagerung / Risikoverteilung bei Neu-Entwicklungen Auf Zulieferer Auf Mitarbeiter und Leiharbeitskräfte (Banken: Auf den Staat / Steuerzahler) 13
Anforderungen an Hersteller Innovationen Investitionen Modellwechsel Konkurrenzfähigkeit Modellvielfalt Kosten 14
Hersteller intern: Matrix-Struktur Modell A Modell B Modell C Modell D... Elektrik Fahrwerk Antrieb Karosserie 15
Zulieferer-Landschaft Historisch haben sich bestimmte Automobilzulieferer-Zentren gebildet. Ruhrgebiet: Stahlherstellung Sauerland: Blechbearbeitung Stuttgart: Feinmechanik München: Software / Elektronik Mehr als 70% der Zulieferer sind KMU Jährliches Branchenwachstum seit 1993: 10% Standort bei OEM wegen Einbindung der Lieferanten in Entwicklung, Logistik und Produktion OEM produzieren zunehmend im Ausland Zulieferer müssen nachziehen problematisch für kleine Lieferanten hohe Investitionen für ausländische Standorte 16
Zulieferer: Spektrum und Produkte Vom Komponenten- zum Systemlieferanten 17
Zulieferer: Spektrum und Produkte Vom Komponenten- zum Systemlieferanten Stufe IV Komponenten R&D gering Fertigungs-Know-How einbringen wenig herstellerübergreifende Standards 17
Zulieferer: Spektrum und Produkte Vom Komponenten- zum Systemlieferanten Stufe IV Komponenten Stufe III Module / Subsysteme R&D gering Vormontierte Einheiten Fertigungs-Know-How Zulieferer einbringen übernimmt Teile der Prozesskette wenig herstellerübergreifende Nutzung von Synergieeffekten Standards Einbringung von Know-How 17
Zulieferer: Spektrum und Produkte Vom Komponenten- zum Systemlieferanten Stufe IV Komponenten Stufe III Stufe II Module / Subsysteme ABS / Bremse R&D gering Vormontierte Einheiten R&D hoch Fertigungs-Know-How Zulieferer einbringen übernimmt Teile Nutzung der von Prozesskette Know-How des Konzerns wenig herstellerübergreifende Nutzung von Synergieeffekten Standards Hochinnovative Systeme möglich Einbringung von Know-How 17
Zulieferer: Spektrum und Produkte Vom Komponenten- zum Systemlieferanten Stufe IV Komponenten Stufe III Stufe II Module / Subsysteme ABS / Bremse Stufe I Gesamtsystem R&D gering Vormontierte Einheiten R&D hoch Nur OEM-Anforderungskatalog Fertigungs-Know-How Zulieferer einbringen übernimmt Teile Nutzung der von Prozesskette Know-How Komplette des Value Konzerns Chain eingebunden wenig herstellerübergreifende Nutzung von Synergieeffekten Standards Hochinnovative Baukastennutzung Systeme möglich Einbringung von Know-How Langfristige Bindung 17
Zulieferer: Trends Quelle: Mercer / Hypovereinsbank 18
3.Historische Entwicklung von Hardware und Software im KFZ 19
Überblick Automotive Software Engineering Historie 1897 Bosch Magnet Ignition 1950: Direct Gasoline Injection 1913 Lighting System 1922/27 Battery 1967: First Electronic Gasoline Injection 1930/32: Radio 1936: Diesel Injection 1979: First Integrated Engine Management System (BMW 732i) Networking 1991 CAN Bus System 2001 MOST Kfz-Elektroniksysteme waren schon immer verteilt, jetzt sind sie zudem vernetzt 20
Entwicklung 21
22
Komplexitätsproblem 23
Komplexitätsproblem 24
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule 24
Komplexitätsproblem 25
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule 25
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz 25
Komplexitätsproblem 26
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule 26
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz 26
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz Informationsverteilung/Vernetzung Diagnostic-CAN 500 KBaud 2 x DCM_F HVAC ROOF DCM_R SHM_R SAM_R MPM TPM RVC LCT TV SAM_F CGW EIS IC HU DAB HLM 2 x ORC SCCM REVAS ASC SUSC Impact-CAN 500 KBaud Chassis-CAN 500 KBaud ECM TSLM TCM FSCM Brake RDU Distr. NV 2 x 2 x SEAT_F FDS Body-CAN 125 KBaud TM PTS PTCM SOUND SDS UHI Telematik MOST 21 MBaud 26
Komplexitätsproblem 27
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule 27
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz 27
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz Informationsverteilung/Vernetzung Diagnostic-CAN 500 KBaud 2 x DCM_F HVAC ROOF DCM_R SHM_R SAM_R MPM TPM RVC LCT TV SAM_F CGW EIS IC HU DAB HLM 2 x ORC SCCM REVAS ASC SUSC Impact-CAN 500 KBaud Chassis-CAN 500 KBaud ECM TSLM TCM FSCM Brake RDU Distr. NV 2 x 2 x SEAT_F FDS Body-CAN 125 KBaud TM PTS PTCM SOUND SDS UHI Telematik MOST 21 MBaud 27
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz Informationsverteilung/Vernetzung Technologien/Plattformen Diagnostic-CAN 500 KBaud 2 x DCM_F HVAC ROOF DCM_R SHM_R SAM_R MPM TPM RVC LCT TV SAM_F CGW EIS IC HU DAB HLM 2 x ORC SCCM REVAS ASC SUSC Impact-CAN 500 KBaud Chassis-CAN 500 KBaud ECM TSLM TCM FSCM Brake RDU Distr. NV 2 x 2 x SEAT_F FDS Body-CAN 125 KBaud TM PTS PTCM SOUND SDS UHI Telematik MOST 21 MBaud 27
Komplexitätsproblem 28
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule 28
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz 28
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz Informationsverteilung/Vernetzung Diagnostic-CAN 500 KBaud 2 x DCM_F HVAC ROOF DCM_R SHM_R SAM_R MPM TPM RVC LCT TV SAM_F CGW EIS IC HU DAB HLM 2 x ORC SCCM REVAS ASC SUSC Impact-CAN 500 KBaud Chassis-CAN 500 KBaud ECM TSLM TCM FSCM Brake RDU Distr. NV 2 x 2 x SEAT_F FDS Body-CAN 125 KBaud TM PTS PTCM SOUND SDS UHI Telematik MOST 21 MBaud 28
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz Informationsverteilung/Vernetzung Technologien/Plattformen Diagnostic-CAN 500 KBaud 2 x DCM_F HVAC ROOF DCM_R SHM_R SAM_R MPM TPM RVC LCT TV SAM_F CGW EIS IC HU DAB HLM 2 x ORC SCCM REVAS ASC SUSC Impact-CAN 500 KBaud Chassis-CAN 500 KBaud ECM TSLM TCM FSCM Brake RDU Distr. NV 2 x 2 x SEAT_F FDS Body-CAN 125 KBaud TM PTS PTCM SOUND SDS UHI Telematik MOST 21 MBaud 28
Komplexitätsproblem Packaging/Montagemodule Leistungsverteilung/Leitungssatz Informationsverteilung/Vernetzung Technologien/Plattformen Diagnostic-CAN 500 KBaud 2 x 2 x 2 x DCM_F HVAC ROOF DCM_R SHM_R SEAT_F FDS Body-CAN 125 KBaud SAM_R MPM TPM RVC TM PTS PTCM LCT SAM_F CGW EIS IC REVAS TSLM Kundenerlebbare HU ASC TCM TV SUSC FSCM DAB SOUND SDS UHI HLM 2 x Telematik MOST 21 MBaud ORC SCCM Impact-CAN 500 KBaud Funktion Chassis-CAN 500 KBaud ECM Brake RDU Distr. NV 28
Warum Software beim OEM? Ein großer Teil der Funktionen im Fahrzeug hängt direkt oder indirekt mit Software zusammen Software bestimmt auch wesentlich das Zusammenspiel zwischen Onboard- und Offboard-Systemen in Produktion und Service Die Komplexität der Software ist durch Funktionszuwachs und Integration dramatisch gewachsen Die Software wird von einer Vielzahl von Lieferanten erstellt, die Rolle des Systemintegrators hat der OEM Software wird zunehmend zu einem der Hauptrisikofaktoren für den Anlauf einer neuen Baureihe Hohe wirtschaftliche Risiken durch Rückruf oder Produkthaftungsfälle Obwohl die Software im Fahrzeug überwiegend von Lieferanten erstellt wird, muß der OEM die qualitäts- und termingerechte Erstellung und Auslieferung kontrollieren und steuern können. 29
30