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Autonome Technologie verändert die konventionelle Automobilentwicklung – Sind Sie vorbereitet?

Veröffentlicht: 17.05.2016

Mahendra Muli, Director of Marketing & New Business Development, dSPACE Inc.

Die große Umstellung auf ADAS und autonome Fahrzeuge beeinflusst die komplette Automobilindustrie. Während wir weiterhin an Herausforderungen in den Bereichen Antriebsstrang, Elektrifizierung, Batteriesysteme und an vielen anderen Technologien arbeiten, scheinen ADAS und autonome Fahrzeuge im Mittelpunkt zu stehen.

ADAS ist der Vorreiter unter den autonomen Systemen. Einige ADAS-Systeme werden bereits hergestellt und die Grenzen verschieben sich. Langsam aber sicher nähern wir uns der autonomen Welt, da immer mehr Unternehmen diese Systeme entwickeln und auf den Markt bringen. Man sieht auch, wie Umbrüche in vielen Bereichen den Entwicklungsprozess der Automobiltechnik beeinflussen.

Die Entstehung der neuen Mobilität

Im Frühjahr nahm ich am SAE World Congress in Detroit teil. Während einer Präsentation fragte der Redner das Publikum, wer in der Automobilindustrie tätig sei. Fast jeder im Raum hob die Hand, um von ihm mit dem Statement widerlegt zu werden, dass wir tatsächlich Teil der „Industrie einer neuen Mobilität“ seien – zu der eben auch andere neue Lösungen gehörten, von Elektroflugzeugen bis hin zum Hyperloop. Die Automobilindustrie selbst wird neu definiert.

Diese neu definierte Mobilitätsbranche wird in einer Vielzahl von Technologien und Geschäftsmodellen umfassen aufgehen – vom auf Besitz basierendem Personentransport hin zu einem dienstleistungsbasierten Modell. Der potenzielle Wert der autonomen Technologie im dienstleistungsbasierten Geschäftsmodell ist sehr hoch. Ein Start-up-Unternehmen im Bereich des autonomen Fahrens in Kalifornien – Cruise Automation – wurde von GM für 1 Milliarde US-Dollar übernommen. Und viele weitere hoffen auf ein ähnlich gutes Geschäft.

Die Zusammenarbeit zwischen Google und FCA bei der Entwicklung eines selbstfahrenden Chrysler Pacifica Hybrid Minivans ist ein weiteres Beispiel für die Umstrukturierung, die in der Automobilindustrie stattfindet und die einen Technologieriesen mit einem traditionellen Automobilhersteller verbindet.

Der Umbruch in der Automobilindustrie ist real, und er passiert jetzt. Die neuen Anforderungen, die sich daraus ergeben, haben direkte Auswirkungen auf die Produktentwicklung und das Engineering im Automobilbereich und vervielfachen das Tempo, das für die Entwicklung dieser Technologie erwartet wird.

Aufstieg des Phönix – Robotik

Einen weiteren Umbruch für die Automobilindustrie stellt die Robotik dar. In den 1990er Jahren fand die Revolution der Industrierobotik statt. Hier wurden viele Fortschritte gemacht. Doch Roboter, die unser Leben organisieren, blieben ein ferner Traum. Der Einsatz von Robotik erlebt nun aber ein starkes Comeback, da die künstliche Intelligenz (KI) auf autonome Fahrzeuge angewendet wird. Dies wird beispielsweise verdeutlicht durch die Verpflichtung des gesamten Robotik-Teams der Carnegie-Mellon-Universität durch Uber zur Entwicklung autonomer Fahrzeuge.

Konsolidierung der Steuergeräte-Architektur

Ein weiterer Faktor auf technischer Ebene ist die Konsolidierung der Steuergeräte-Architektur.

Traditionell wird für eine bestimmte Funktion ein separates Steuergerät/Subsystem entwickelt, und normalerweise liegt eine verteilte Architektur vor. Mit der Weiterentwicklung der ADAS-Funktionalität wächst jedoch die Anzahl der Sensoren, Subsysteme, Features und Anforderungen. Diese Features erfordern Kenntnisse der gesamten Fahrzeugumgebung und sollten aus einer einzigen Quelle stammen. Sensor- und Datenfusion sind erforderlich, die entsprechenden Informationen zu generieren.

Zentralisierter Domänen-Controller für Anwendungen im Bereich autonome Fahrzeuge

Ein weiterer Umbruch – aber in die positive Richtung

Es gibt noch einen weiteren Umbruch, der sich allerdings tatsächlich positiv auf den konventionellen Automobilentwicklungsprozess auswirkt. Ich meine die virtuelle Absicherung.

Die virtuelle Absicherung ist ein positiver Umbruch, da sie dem gesamten Steuergeräte-Entwicklungsprozess zugute kommt, indem sie frühe Tests der Steuergeräte-Software sowie die Wiederverwendung der kritischen HIL-Testumgebung ermöglicht. Sie können PC-basierte Simulationen durchführen, um Steuergeräte-Software für jede Art von Szenario zu validieren, zu verifizieren und zu testen, was die Entwicklung noch effizienter macht. Solche Technologien sind ein Muss, um Fahrzeuge umfassend zu testen und statistisch zu bestätigen, dass die autonome Fahrtechnik dem menschlichen Fahren überlegen ist.

Die dSPACE Plattform für die virtuelle Absicherung – VEOS

Der Einfluss von ADAS und autonomen Systemen auf Testprozesse

Studien der RAND Corporation zur statistisch benötigten Fahrzeit, um die Überlegenheit autonomer Fahrsysteme gegenüber menschlichem Fahren zu beweisen, ergaben eine Dauer von 500 Jahren voller Rund-um-die-Uhr-Fahrten für eine Flotte aus 100 Fahrzeugen für eine 20-prozentige Verbesserung durch autonomes Fahren. Dies ist eine große Herausforderung, die es erfordert, dass wir neue Ansätze für Tests und Tools wie die virtuelle Validierung definieren, um Studien zu beschleunigen.

HIL-Tests sind zweifellos der wichtigste Meilenstein beim Integrieren und Testen von Fahrzeug-Software. Bei autonomen und ADAS-Funktionen spielen jedoch nicht mehr nur die Komponentenmodelle eine Rolle. Ebenfalls eingesetzt werden verschiedene Szenarien, zum Beispiel Fahrzeug, Umgebungsfahrzeuge im Verkehr, Straßenzustand, Umweltbedingungen, Kommunikation einschließlich Infrastrukturinformationsaustausch etc., die simuliert werden müssen.

Die simulierten Informationen sind nicht mehr nur Sensor- und Buskommunikation, sondern beinhalten auch Videoeingänge, Kartendaten, V2X-Kommunikation, Fußgänger, nicht bewegliche Gegenstände in der Fahrzeugumgebung wie Baustellenzonen, Schilder, etc. So wird das konventionelle HIL-Setup um signifikante Simulationslösungen erweitert. Dazu sind auch neue Prüfverfahren und Bewertungskriterien erforderlich.

HIL-System zum Testen der GPS- und V2X-Kommunikation

Zusammenarbeit von dSPACE und INTEMPORA

Autonome Technologieentwicklung kann allgemein als Sensor- (und Informations-)Fusion und künstliche Intelligenz (oder erweiterte Entscheidungsalgorithmen) klassifiziert werden. Beide Komponenten benötigen einen großen Speicher und eine sehr hohe Rechenleistung (Number Crunching). Dies erfordert fortschrittliche Multi-Core- oder GPU-basierte Plattformen.

Die Software-Algorithmen sind ebenfalls in verschiedenen Programmiersprachen wie C++ und CUDA und nicht in der herkömmlichen C-Programmierung kodiert. Ein Großteil dieser Programmierung, insbesondere bei neuen Technologieunternehmen, erfolgt mit konventioneller manueller Programmierung und profitiert nicht von den Fortschritten der grafischen modellbasierten Entwicklung. Wir sollten jedoch wachsam bleiben, um die Vorteile der grafischen Methoden nicht aus den Augen zu verlieren. Es werden Werkzeuge benötigt, die eine grafische Umgebung bieten, aber automatisch Code in höheren Sprachen generieren, der auf den neuen Hardware-Plattformen ausgeführt werden kann.

Um diese technische Lücke für unsere Kunden, die an ADAS und autonomen Fahrzeugen arbeiten, zu schließen, ist dSPACE eine Kooperation mit Intempora SA eingegangen. Wir werden ihr Flaggschiffprodukt RTMaps vertreiben und eng mit den Hardware- und Software-Plattformen von dSPACE verzahnen.

Eine der wichtigsten Anforderungen beim Testen von Fahrzeug-Software für ADAS und autonome Funktionen ist die zeitkorrelierte Wiedergabe aller Sensordaten. RTMaps bietet einfache Kommunikation und Informationsfusion und stellt diese Fähigkeit in der dSPACE Umgebung zur Verfügung.

Mit dSPACE ControlDesk haben wir bereits die Möglichkeit, Daten aus vielen verschiedenen Quellen auf die gleiche Zeitachse zu korrelieren. Nach der Aufzeichnung kann ControlDesk diese Daten im virtuellen Szenario wiedergeben, einschließlich der 3D-Animation, Videos, GPS und anderer Informationsdaten, die von der V2X-Lösung erfasst und simuliert werden. Dies ist eine sehr leistungsstarke und sicherheitskritische Funktion für die Entwicklung von ADAS-Systemen.

Neben der synchronisierten Wiedergabe von Sensordaten sind auch Sensordatensimulation, Informationsdarstellung, Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit notwendig. Die Informationen aus klassischen und nicht-klassischen Quellen müssen einheitlich und mit inhärenten Fähigkeiten präsentiert werden, um potenzielle Fehler zu simulieren und Verbindungsprobleme für Ad-hoc-Netzwerke usw. zu lösen. dSPACE SCALEXIO-Systeme stellen diese einzigartigen Fähigkeiten zusammen mit Automotive Simulation Models (ASM), ControlDesk und verschiedenen anderen Lösungen bereit.

Entwicklung der neuen ADAS-Werkzeugkette

Wenn Sie sich die enorm großen Veränderungen ansehen, die ADAS und das autonome Fahren mit sich bringen, fragen Sie sich vielleicht, ob wir diesen Wandel kommen gesehen haben oder ob wir blind waren. Meine Antwort wäre ein klares „Nein“. dSPACE hat daran gearbeitet, verschiedene Technologien, speziell für ADAS, zu einer sehr umfassenden Lösung zu entwickeln.

Betrachten wir die Entwicklung der Werkzeugkette in den letzten 5 Jahren. Bereits 2011 hatte dSPACE das bevorstehende Wachstum im Bereich Software prognostiziert. Wir hatten viele Technologien eingeführt, darunter den Embedded PC für die MicroAutoBox, die virtuelle Absicherung mit VEOS und eine völlig neue Plattform für HIL-Tests: SCALEXIO.

Im Jahr 2012 kamen neue Optionen für SCALEXIO und ein neues Tool, SYNECT, hinzu, um große Mengen an Tests und Testdaten zu verwalten. 2013 stellten wir die Lösung für die Ethernet-Kommunikation, eine neue Rendering Engine und viele Verbesserungen an MotionDesk vor. 2015 ergänzten wir unser Portfolio um die V2X-Kommunikationsfunktionen und entwickelten neue Instrumente zur Anzeige von Karten, Videos usw. für ControlDesk.

Wie Sie sehen, hat dSPACE seine Werkzeugkette kontinuierlich weiterentwickelt, um Sie bei neuen Herausforderungen zu unterstützen. Aber das hier ist der wichtigste Punkt: dSPACE ist bestrebt, alle Anforderungen zusammenzutragen und standardisierte Plattformen, Prozesse und Tools bereitzustellen. Möglicherweise haben Sie weitere Anforderungen. Hier kann unser Engineering-Team helfen und diese Lücke mit einer spezifischen Lösung für Sie schließen. Bitte zögern Sie nicht, uns diese Lücken zu nennen. Vielleicht steht sogar eine Lösung bereit, die in das Produkt wandern wird? Wenn nicht, werden wir eine zur Verfügung stellen.

Abschließend möchte ich sagen, dass es an der Zeit ist, die Veränderungen um uns herum wahrzunehmen, uns daran anzupassen und uns somit weiterzuentwickeln!

Ich wünsche Ihnen alles Gute für Ihre Projekte im Bereich ADAS und autonomes Fahren. Vielleicht nutzen Sie ja die in diesem Blog besprochenen Werkzeuge und vereinfachen Ihren Entwicklungsprozess.

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