Virtuelle Validierung, präzise Simulationen und neue gesetzliche Anforderungen treiben die digitale Transformation der Fahrzeugentwicklung voran. Die Validierung und Konformität mit Normen und Vorschriften muss von Anfang an ein integraler Bestandteil des Entwicklungsprozesses sein – bis hin zur Homologation. Der nächste logische Schritt: die vollständige Einführung der digitalen Homologation.
Schneller Wandel durch Software
Die Automobilindustrie befindet sich seit einiger Zeit in einem raschen Wandel. Hersteller und Zulieferer konzentrieren sich zunehmend auf innovative Fahrzeugarchitekturen wie Software-definierte Fahrzeuge (SDV), bei denen Software der entscheidende Erfolgsfaktor ist. Gleichzeitig steigen die Testanforderungen, insbesondere in den Bereichen ADAS und autonomes Fahren. Studien zeigen, dass Fahrzeuge mit autonomen Fahrsystemen zehn- bis hundertmal mehr Kilometer zurücklegen müssen als vergleichbare Fahrzeuge ohne diese Funktionen, um eine behördliche Zulassung zu erhalten.
Darüber hinaus erschwert die Integration komplexer Software-Systeme die allgemeine Fahrzeugentwicklung, während gleichzeitig der Druck des Marktes besteht, die Entwicklungszyklen zu verkürzen. In China zum Beispiel berichten OEMs von Entwicklungszeiten von 18 Monaten für ein komplett neues Fahrzeug. Um mit diesem Tempo mithalten zu können, ist eine zuverlässige, frühzeitig einsetzende Homologationsstrategie erforderlich. Die digitale Homologation bietet hierfür eine Lösung: Sie beschleunigt die Validierungs- und Zertifizierungsprozesse und erfüllt gleichzeitig die steigenden Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen.
Digitale Homologation vs. Virtuelle Homologation
Digitale und vor allem virtuelle Zulassungsprozesse werden immer wichtiger, um den wachsenden Anforderungen an Sicherheit, Regulierung und Geschwindigkeit gerecht zu werden. Aber wie unterscheiden sie sich?
Die digitale Homologation beschreibt den gesamten Prozess zur Erlangung der Typgenehmigung. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, werden im Entwicklungsprozess nicht nur alle rechtlichen und funktionalen Anforderungen berücksichtigt, sondern auch die anschließende Bewertung durch den technischen Dienst. Dieser Ansatz ermöglicht eine durchgängige Rückverfolgbarkeit von Fahrzeugeigenschaften und Software-Funktionen sowie ein effizientes Änderungsmanagement. Der digitale Nachweis dient als Grundlage für Audits und Genehmigungen.
Im Gegensatz dazu bezieht sich die virtuelle Homologation auf die Durchführung der Validierungs- und Verifizierungsschritte im V-Zyklus unter Verwendung virtueller Testumgebungen. Mit präzisen Simulationsmodellen lassen sich reale Szenarien in Software-in-the-Loop- (SIL) oder Hardware-in-the-Loop- (HIL)-Simulatoren nachbilden. Darüber hinaus werden, wie ebenfalls in Abbildung 1 dargestellt, regulatorische Anforderungen berücksichtigt, die im sogenannten Simulation Credibility Framework beschrieben sind. Dieser Rahmen, der im Folgenden näher erläutert wird, definiert die Konzeption, Planung, Integration und Bewertung von Modellen und Simulationen (M&S). Dies bedeutet, dass Software-Updates, Parameteränderungen und das daraus resultierende Systemverhalten überprüft werden können, bevor Over-the-Air-Updates (OTA) durchgeführt und zur erneuten Genehmigung an den technischen Dienst weitergeleitet werden. Dies reduziert die Anzahl der physischen Tests, spart Kosten und verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung.
Vorschriften mit der Option der virtuellen Homologation
Mit der Durchführungsverordnung EU R2022/1426, basierend auf der Grundverordnung (EU) 2019/2144, wurde erstmals ein klarer Rahmen für die virtuelle Homologation geschaffen. Der darin definierte Rahmen für die Glaubwürdigkeit von Simulationen legt die Anforderungen fest, die erfüllt sein müssen, damit die Modelle und Simulationen (M&S) als glaubwürdig angesehen und vom technischen Dienst für die Typgenehmigung von Funktionen für autonomes Fahren akzeptiert werden. Das Simulation Credibility Framework dient daher als systematischer Ansatz zur Bewertung der Vertrauenswürdigkeit von M&S und wird in den Vorschriften detailliert beschrieben. Im Mittelpunkt dieser Anforderung steht das Simulationshandbuch, in dem der gesamte Lebenszyklus des Einsatzes der Werkzeugkette beschrieben wird: vom Entwurf und der Integration über die Kalibrierung und Validierung bis hin zur Überwachung.
Ende 2024 hat das "World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations", kurz WP.29, den virtuellen Homologationsansatz in die UNECE R171 (Driver Control Assistance System – DCAS) aufgenommen und damit die Tür für virtuelle Tests auch für Level-2-Systeme geöffnet. Im Jahr 2025 genehmigte derselbe Ausschuss eine Änderung der UNECE R152 (Advanced Emergency Braking System – AEBS), die die Verwendung virtueller Testumgebungen für die Zulassung von Notbremsassistenten ermöglichen soll. Die offizielle Ankündigung dieses Schritts wird für das Jahr 2026 erwartet. Darüber hinaus wird derzeit diskutiert, virtuelle Tests für alle relevanten Regelungen im Bereich ADAS zuzulassen – vorausgesetzt, der definierte Prozess wird eingehalten.
Der virtuelle Homologationsprozess
Mit dem Simulation Credibility Framework definiert die DCAS-Verordnung (UNECE R171) den regulatorischen Rahmen für die Bewertung der Glaubwürdigkeit von Modellen und Simulationen (M&S). dSPACE hat auf Basis dieses Rahmens Prozesse entwickelt, die in Abbildung 2 dargestellt sind und mit denen diese M&S regelkonform validiert werden können.
Zunächst wählt der Automobilhersteller die relevanten Funktionen aus, die in der Software, der Systemarchitektur und dem Fahrzeugverhalten implementiert werden sollen. Diese Funktionen werden dann teilweise in virtuellen Testumgebungen wie HIL oder SIL getestet. Die erzeugten virtuellen Messdaten werden mit realen Daten verglichen und entsprechend validiert. Die Ergebnisse sind reproduzierbar dokumentiert.
Ein zentraler Bestandteil ist die Bereitstellung der notwendigen Dokumente: die Systembeschreibung, die berichte nach ISO 26262 und ISO 21448 (SOTIF), ein Sicherheitshandbuch und eine Beschreibung der virtuellen Prüfmittelkette. Diese Dokumente sind für die Rückverfolgbarkeit und Überprüfbarkeit der Ergebnisse unerlässlich.
Der technische Dienst prüft die virtuelle Testwerkzeugkette und kontrolliert ihre korrekte Verwendung. Bewertet werden sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktionen und die durchgeführten SIL- und HIL-Tests. Eine positive Bewertung bestätigt die Glaubwürdigkeit und Konsistenz der virtuellen Umgebung. Dieses Verfahren stellt sicher, dass die für die Homologation verwendeten M&S nicht nur technisch korrekt erstellt und ausgeführt werden, sondern auch für die Typgenehmigung von Fahrzeugen zu regulatorischen Zwecken verwendet werden können.
Abbildung 2: Absicherung der Funktion und der virtuellen Werkzeugkette. DCAS: Fahrerassistenzsystem.
Damit ist der virtuelle Homologationsprozess nicht nur eine technische, sondern auch eine regulatorische Grundlage für die Zulassung moderner Fahrzeugsysteme.
Wir brauchen eine neue Art von Nachweisen, um den Behörden zu zeigen, wie die Sicherheitsargumentation aussieht, um eine Zulassung zu erhalten. dSPACE spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Formulierung dieser Nachweise. Sie sind diejenigen, die den Prozess der Einbringung von Beweisen in das Zulassungsverfahren beschleunigen.
Die zunehmende Komplexität moderner Fahrzeugarchitekturen – insbesondere bei softwaredefinierten Fahrzeugen (SDV) – macht die herkömmlichen Typgenehmigungsverfahren zunehmend ineffizient. Die virtuelle Homologation bietet hier eine zukunftssichere Lösung: Sie ersetzt physische Tests durch virtuelle Testverfahren und automatisierte Prozesse, die von den Aufsichtsbehörden anerkannt werden.
Mit unserer langjährigen Erfahrung in der virtuellen Validierung entwickeln wir von dSPACE maßgeschneiderte Homologationslösungen. Die hohe Qualität der virtuellen Testergebnisse ermöglicht es uns, die behördlichen Anforderungen zu erfüllen – für eine schnellere, effizientere und sicherere Typgenehmigung.
dSPACE Expertise für zuverlässige virtuelle Homologation
Die virtuelle Homologation ist ein komplexes Thema. Neben detaillierten technischen Kenntnissen sind auch ein hohes Maß an Verständnis für Rechtsvorschriften und viel praktische Erfahrung bei der Validierung erforderlich. Genau hier liegen die Stärken von dSPACE Consulting. Das Beratungsteam unterstützt Kunden bei der Frage, wie das Simulation Credibility Framework effizient in bestehende Testkonzepte integriert werden kann. Die Kunden profitieren von einer maßgeschneiderten Teststrategie zur Integration dieses rechtlichen Rahmens. dSPACE unterstützt sie bei der Erstellung eines fundierten Simulationshandbuchs, das als Leitfaden für den gesamten M&S-Entwicklungs- und Nutzungsprozess dient.
Hinzu kommt das Know-how des dSPACE Teams bei der Entwicklung bewährter Modellvalidierungs-Workflows, die sicherstellen, dass die Simulationen glaubwürdig und nachvollziehbar bleiben.
Darüber hinaus verfügt dSPACE bereits über ein eigenes Portfolio für die Modellsimulation. Die von der DCAS-Regelung (UNECE R171) geforderten Basisszenarien sowie die erweiterten Testszenarien wurden bereits virtuell simuliert. Das Modellportfolio bietet somit eine sofort nutzbare Grundlage für die von den Aufsichtsbehörden geforderten Tests. Aber die realen Verkehrsszenarien enden nicht mit den Basisszenarien allein: So kann ein Spurwechsel auf unterschiedlichen Straßen stattfinden, zum Beispiel mit oder ohne bauliche Trennung, Gegenverkehr oder überholenden Fahrzeugen. dSPACE erfüllt diese Anforderung an dynamische Umgebungsbedingungen mit seiner ISO-26262-zertifizierten Simulationswerkzeugkette. Mit etablierten Werkzeugen wie ModelDesk, AURELION und ASM können Szenarien flexibel erstellt, erweitert und realitätsnah modelliert werden.
Wie bereits erwähnt, ist die Glaubwürdigkeit der Sensormodelle für die virtuelle Homologation von entscheidender Bedeutung. Denn nur wenn sich das virtuelle Fahrzeug in der Simulation genau so verhält wie ein Fahrzeug auf einer realen Teststrecke, kann dies als gültiger Beweis dienen. AURELION erstellt Sensormodelle, die physische Realität und virtuelle Tests nahtlos verbinden und die Anforderungen der UNECE R171 erfüllen. Unter anderem hat dSPACE einen standardisierten Workflow für die Validierung von Fahrzeugmodellen auf Basis von ISO 7401 und ISO 22140 entwickelt. Wie in Abbildung 3 dargestellt, werden Messdaten aus realen Fahrversuchen automatisch mit den Ergebnissen der Simulation verglichen, und die Qualität der Simulation wird in einem Bericht anhand von Vergleichsdiagrammen und KPIs zusammengefasst. Die Abbildung zeigt ein Beispiel für einen direkten Vergleich der Gierrate und der Querbeschleunigung, wobei das dunkelblaue Signal Daten aus einer realen Testfahrt und das hellblaue Signal Daten aus dem dSPACE Werkzeug "ASM Vehicle Dynamics" darstellt.
Mit dieser Kombination aus Strategie, Methodenkompetenz und praktischen Tools begleitet und unterstützt dSPACE seine Kunden durch den gesamten virtuellen Homologationsprozess. Damit schafft dSPACE die Basis, um Fahrzeuginnovationen schneller, sicherer und regelkonform auf die Straße zu bringen.
Über die Autoren
Florian Sontheim
Florian Sontheim ist Senior Consultant bei dSPACE in Paderborn, Deutschland
Ahmet Karaduman
Ahmet Karaduman ist Consultant bei dSPACE in München, Deutschland
Vorteile der virtuellen Homologation
- Reduziert die Zeit bis zur Markteinführung
- Frühzeitige und revisionssichere Erfüllung der regulatorischen Anforderungen
- Senkung der Homologationskosten durch virtuelle Testverfahren
