Vor zwei Jahrzehnten begann die Entwicklung der dSPACE Automotive Simulation Models, kurz ASM. Die Toolsuite für die Simulation von Verbrennungsmotoren, Fahrdynamik, elektrischen Komponenten und Verkehrsumgebungen hat bereits eine lange Erfolgsgeschichte hinter sich, erklärt Dr. Herbert Schütte, der die ASM-Entwicklung initiiert und die Weiterentwicklung lange vorangetrieben hat. Michael Peperhowe übernimmt nun als Director Simulation Models & Scenarios die Fortentwicklung von ASM. Auf der Zukunfts-Agenda stehen Themen wie die Integration von KI- und Cloud-Technologien, funktionale Erweiterungen für Antriebsvarianten und AD-Anwendungen sowie eine verstärkte Unterstützung für den Bereich der digitalen Homologation.
Wie kam es vor 20 Jahren zur Entwicklung der ersten Version von ASM?
Dr. Herbert Schütte: Wir hatten damals eine quasi exklusive Zusammenarbeit mit einem Modellhersteller, die bereits Mitte der 90er Jahre im Rahmen von Kundenprojekten begonnen hatte. Diese Zusammenarbeit war über viele Jahre sehr erfolgreich. Später stellten uns das starke Wachstum von HIL, die steigenden funktionalen Anforderungen und die Globalisierung unseres Geschäfts vor Herausforderungen, die wir nur mit eigener Modellierungskompetenz lösen konnten.
Wir wussten natürlich, dass wir klare Alleinstellungsmerkmale brauchen, um in diesem besetzten und Know-how-getriebenen Markt nachhaltig Fuß fassen zu können. Wir hatten bereits viel Feedback von unseren HIL-Kunden erhalten. Die Kunden bemängelten beispielsweise, dass sie bei Wettbewerbern aus IP-Schutzgründen keine Implementierungsdetails einsehen konnten. Dies führte zu mangelndem Vertrauen in die Qualität der Modelle und erschwerte es den Anwendern, eigene Modellteile zu ergänzen oder Teilmodelle auszutauschen.
Ein weiterer wichtiger Punkt war die Benutzbarkeit der Modelle und hier insbesondere die Unterstützung der Parametrisierung der Modelle. Im Vergleich zu etablierten Anbietern legten wir von Anfang an großen Wert auf eine intuitive grafische Oberfläche zur Parametrisierung, umfangreiche Import- und Exportfilter und die Unterstützung der Bedatung aus Messungen.
Wie wurden die ASM funktional weiterentwickelt?
Dr. Herbert Schütte: Wir haben mit Fahrdynamik- und Benzin/Diesel-Modellen begonnen. Später folgten Straßen- und Umfeldmodelle, eine einfach zu bedienende Manöversteuerung und Motormodelle, die auch den Brennverlauf und damit den Zylinderinnendruck abbilden konnten. Ziel war es, die Schleife zwischen der sich rasant entwickelnden Fahrzeugsensorik und -aktorik in Echtzeit zu schließen, um die aktuellsten Steuergeräte im Fahrzeug testen zu können. Dabei haben wir auch die Hardwareschnittstellen kontinuierlich weiterentwickelt, um z.B. lineare Lambdasensorik oder Abgasnachbehandlungssysteme sauber simulieren zu können. In den letzten Jahren ging es häufig um die Elektrifizierung im Fahrzeug und den Test von ADAS/AD-Systemen.
Welche Rolle spielt ASM heute in der Automobilindustrie und wie hat es die Branche beeinflusst?
Dr. Herbert Schütte: Trotz unseres relativ späten Markteintritts im Jahr 2005 ist ASM heute eine etablierte Größe und wird von unseren Kunden weltweit nicht nur auf HIL-Simulatoren eingesetzt. Einige Kunden haben auf ASM standardisiert, um Synergien zu heben und ihre internen Prozesse darauf abzustimmen. Ein wichtiger Erfolgsfaktor ist sicherlich auch, dass wir weltweit über Modellierungsexperten verfügen, die unsere Kunden beim Einsatz von ASM unterstützen können.
Michael, du hast vor 20 Jahren deine Diplomarbeit zu ASM-Modellen für Verbrennungsmotoren geschrieben – in zwei Jahrzehnten ist im Bereich der Antriebe mit der Elektrifizierung unglaublich viel passiert. Jetzt übernimmst du die Verantwortung für die Fortentwicklung. Wie ist dSPACE heute bei Modellen für unterschiedliche Antriebsarten aufgestellt?
Michael Peperhowe: Früher gab es im Wesentlichen die beiden Verbrennungsvarianten mit Selbst- und Fremdzündung. Heute führen Elektrifizierung und synthetische Kraftstoffe zu einer deutlich höheren Variantenvielfalt. Dies erfordert zahlreiche Erweiterungen in der Simulation: Von verschiedenen hybriden Antriebsarten über reine BEVs mit unterschiedlichen Anordnungen der Motoreinheiten bis hin zu Wasserstoffverbrennern oder auch Brennstoffzellen. Die gesamte Palette der vielfältigen Antriebe ist mittlerweile mit dem erweiterten ASM-Portfolio umsetzbar, was viele Kunden hinsichtlich der Breite und auch Qualität unserer Simulationsmodelle überrascht und letztendlich überzeugt.
Was sind die besonderen Herausforderungen bei der Absicherung von autonom fahrenden Fahrzeugen im Vergleich zu einfachen Fahrerassistenzsystemen und inwieweit hat das Auswirkungen auf das Simulationsangebot von dSPACE?
Michael Peperhowe: Der wesentliche Unterschied zwischen ADAS (SAE Level 1 und 2) und AD (ab SAE Level 3) besteht darin, dass die Verantwortung für die Fahrzeugführung vom Fahrer auf das Fahrzeug und damit auf den Hersteller übergeht. Damit verbunden sind wesentlich höhere Anforderungen an die Absicherung sowie die Berücksichtigung einer sehr großen Anzahl verschiedener Sensoren unterschiedlichster Typen wie Kamera, Radar und Lidar. Für den Simulationsbereich bedeutet dies, dass neben einer detaillierten Fahrphysik auch Verkehrsflusssimulationen und physikalisch basierte Sensormodelle in die Anwendung integriert werden müssen. Eine Herausforderung besteht darin, die verschiedenen Sensorinformationen synchron und in Echtzeit, das heißt in einem vorher definierten Zeitintervall, in die verschiedenen Steuergeräte einzuspeisen. Hier haben wir auf Basis der ASM Tool Suite einzigartige Lösungen am Markt, die reproduzierbare Tests am HIL überhaupt erst ermöglichen.
Apropos Testen: Für die Absicherung der autonomen Fahrfunktionen spielt die Testabdeckung entsprechend dem Einsatzbereich, der sogenannten ODD (Operational Design Domain), eine ganz wesentliche Rolle. Hierfür haben wir mit dem ASM Traffic Modul eine Möglichkeit geschaffen, szenariobasierte Tests hochparallel in der Cloud auszuführen. So können in kürzester Zeit tausende von Testergebnissen generiert werden, gerade auch in den kritischen Bereichen, den sogenannten Corner-Cases.
Wie werden Technologien wie KI integriert?
Michael Peperhowe: Das Buzzword KI ist natürlich auch bei dSPACE nicht mehr wegzudenken. Wir haben ein eigenständiges KI-Team, das sich mit verschiedenen Fragestellungen in diesem Bereich beschäftigt. Unter anderem arbeiten wir an der Nutzung von Large Language Models (LLMs) zur textuellen Definition von Fahrszenarien inklusive des zugrundeliegenden Straßennetzes. Hierfür sind wir Partnerschaften mit verschiedenen Cloud-Providern eingegangen, da eine entsprechende Cloud-Infrastruktur mit entsprechenden Services für solche Aufgaben unabdingbar ist.
Darüber hinaus gibt es zunehmend Anfragen von Kunden, ihre KI-basierten Algorithmen im Bereich der Objekterkennung mit Kamera- und Radarsystemen zu testen oder sogar zu trainieren. Dies erfordert eine enorme Menge an Trainingsdaten in entsprechender Qualität. Insbesondere im Bereich der Perzeption werden dazu 3D-Welten in der Simulation benötigt, die nicht mehr manuell erstellt werden, sondern mittels prozeduraler Methoden oder generativer KI automatisch generiert werden. Der große Vorteil von virtuellen Trainingsdaten besteht darin, dass man die Referenz, die sogenannte Ground Truth, kostenfrei mitgeliefert bekommt, um somit pixel-genau eine Auswertung der eigentlichen Perzeption vornehmen zu können. Auch für diesen Bereich bauen wir unser Simulationsangebot immer weiter aus.
Welche zukünftigen Entwicklungen und Innovationen plant dSPACE für ASM?
Michael Peperhowe: Das Thema Simulation wird bei der Zulassung von Fahrfunktionen, der Homologation, eine immer wichtigere Rolle spielen. Die realen Testfahrten werden durch virtuelle Simulationsfahrten deutlich erweitert. Daraus ergeben sich vielfältige Anforderungen an die zugrundeliegenden Simulationsmodelle, insbesondere hinsichtlich Zuverlässigkeit und Qualität. Aus diesem Grund haben wir ASM bereits vor zwei Jahren nach ISO 26262 zertifizieren lassen und durchlaufen jedes Jahr erfolgreich eine Rezertifizierung. Als nächstes stellt sich die Frage, wie gut man den Simulationsergebnissen hinsichtlich der Realitätsnähe vertrauen kann, die sogenannte Trustworthiness oder Model Credibility. Hier haben wir bei der Validierung der Fahrdynamiksimulation bereits sehr gute Erfolge erzielt, d.h. wir können gesichert sagen, dass die ASM Vehicle Dynamics Simulation sehr gut mit realen Messungen übereinstimmt. Als nächstes steht die Validierung der Sensormodelle an, die dank eines großen Partnernetzwerks mit allen namhaften Sensorherstellern ebenfalls erreicht werden kann.
Neben der Unterstützung der gerade beschriebenen digitalen Homologation werden wir einen weiteren Schwerpunkt bei ASM auf die Ausprägung in Richtung Standards legen. Aktuell führen wir z.B. eine Verkehrsflusssimulation ein, die nativ auf dem ASAM OpenScenario Standard basiert. Damit gehören verlustbehaftete Konvertierungen vom und zum Standard der Vergangenheit an.
Darüber hinaus werden wir ASM für andere Plattformen weiter öffnen. Auch wenn eine schlüsselfertige Lösung eindeutig funktionale und Performance-Vorteile bietet, sehen wir den Bedarf der Kunden, verschiedene Bausteine von ASM in bestehende Ökosysteme zu integrieren. Ein Lösungsansatz ist hier die Bereitstellung von ASM mittels des FMI (Function Mockup Interface) Standards.
Und zu guter Letzt werden wir das ASM-Angebot weiter ausbauen, entsprechend den Wünschen und Bedürfnissen unserer Kunden und vom Markt.
Bleiben Sie also gespannt.
