Die frühzeitige und virtuelle Absicherung von Steuergerätefunktionen gewinnt für die Entwicklung moderner Fahrzeuge in der Automobil-, Off-Highway- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend an Bedeutung. Virtuelle Prototypen der Steuergeräte, auch virtuelle Steuergeräte (V-ECUs) genannt, sind dafür unerlässlich, doch ihre Austauschbarkeit über Hersteller- und Toolgrenzen hinweg stellt eine Herausforderung dar. Hier kommt der Functional-Mock-up-Interface (FMI)-Standard ins Spiel. Dieser Standard ist zwar nicht neu, wird aber ständig weiterentwickelt – ein aktueller Schwerpunkt liegt dabei auf der Netzwerkkommunikation, vgl. dazu unseren vorherigen Blog-Artikel.
In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie den FMI Layered Standard for Network Communication bestmöglich für sich evaluieren und sich frühzeitig auf dessen Nutzung vorbereiten können. Finden Sie heraus, wie der Standard OEMs und Zulieferern dabei hilft, V-ECUs effizient zu erstellen und zu nutzen. Der Artikel beleuchtet dafür die Kernprobleme, denen OEMs und Zulieferer bei der virtuellen Absicherung begegnen, und wie der Standard diese künftig lösen kann.
Vor welchen Problemen stehen OEMs und Zulieferer beim Austausch von V-ECUs?
Der Austausch von V-ECUs zwischen OEMs und Zulieferern stellt beide Seiten vor unterschiedliche Herausforderungen.
OEMs möchten die ECU-Funktionalität frühzeitig in einem Gesamt- oder Teilsystem in Betrieb nehmen und sind dabei auf die rechtzeitige Lieferung von V-ECUs durch ihre Zulieferer angewiesen. Sie müssen genau spezifizieren, in welcher Form sie die Zulieferung erhalten möchten. Oftmals ist manueller Aufwand erforderlich, um die zugelieferten Artefakte in die Simulationsumgebung zu integrieren. Wenn die Umsetzung nicht genau zu den Anforderungen passt, sind zusätzliche Iterationen zwischen dem OEM und dem Zulieferer notwendig.
Zulieferer haben ihren eigenen Entwicklungsprozess für die ECU-Software. Bevor sie eine V-ECU an den OEM liefern können, muss diese bereits grundlegend getestet und in Betrieb genommen sein – und das in der Regel bevor erste Hardware-Prototypen verfügbar sind. Zusätzlich zur Virtualisierung und Absicherung der ECU-Software müssen sie dann noch erheblichen Aufwand betreiben, um die V-ECU exakt an die Vorgaben und Anforderungen des OEMs anzupassen.
Die aktuellen Workflows erfordern also zusätzlichen Aufwand für die Anpassung der Schnittstellen, die manuelle Integration der V-ECUs in die Simulationsumgebungen und häufige Iterationen zwischen OEM und Zulieferer. Dies zeigt deutlich, wie wichtig ein Standard für den effizienten Austausch von V-ECUs ist.
Wie hilft der Standard OEMs und Zulieferern, die Probleme zu lösen?
Ein Standard für V-ECUs im Bereich der Netzwerkkommunikation ist also entscheidend, um die beschriebenen Herausforderungen zu bewältigen. Der Layered Standard bietet dabei mehrere Vorteile:
- Hohe Interoperabilität und Kostensenkung: OEMs und Zulieferer nutzen oft Inhouse-Lösungen oder greifen auf Toolketten unterschiedlicher Hersteller zurück. Für die Integration von Umgebungsmodellen hat sich FMI als Standard etabliert und wird daher von zahlreichen Simulationsplattformen unterstützt. Da der FMI Layered Standard for Network Communication auf den Prinzipien von FMI 3.0 basiert, können bestehende Simulatoren, die den FMI-3-Core-Standard unterstützen, ohne zusätzliche Erweiterungen auch für die Simulation von V-ECUs mit Busanbindung verwendet werden. Dies senkt die Einführungskosten und garantiert hohe Interoperabilität. Auf der ASAM International Conference 2024 hat die FMI-Arbeitsgruppe eindrucksvoll gezeigt, wie reibungslos der Austausch von V-ECUs und die Interoperabilität verschiedener Tools dank des Layered Standards in der Praxis funktionieren.
- Vielseitige Anwendbarkeit für die verschiedensten Use Cases: Die Simulationsszenarien von OEMs und Zulieferern unterscheiden sich häufig. OEMs bauen oft Simulationssysteme mit mehreren V-ECUs auf, um das Zusammenspiel der zugelieferten ECUs abzusichern. Zulieferer hingegen testen eher isoliert und verwenden zum Beispiel Restbusmodelle. Der Layered Standard unterstützt beide: OEMs können komplexe Simulationsszenarien inklusive der Simulation von Netzwerkfehlern realisieren, während Zulieferer eine V-ECU direkt mit einem Restbusmodell verbinden können. Der Standard stellt dabei sicher, dass die V-ECUs in beiden Szenarien ohne Anpassungen eingesetzt werden können. Zudem berücksichtigt er die unterschiedlichen Entwicklungsphasen einer V-ECU. In frühen Phasen (Level 1) können Netzwerkbotschaften auf Basis von Signalen übertragen werden, während in fortgeschrittenen Phasen (Level 2-4) eine Simulation auf Ebene von Bustreibern möglich ist.
- Hohe Konsistenz und Qualität sowie schnelle Erweiterbarkeit: Der Layered Standard wird im Rahmen des FMI-Projekts der schwedischen Non-Profit-Organisation Modelica Association entwickelt, was sowohl für Unabhängigkeit als auch die nötige Konsistenz sorgt. Durch den Austausch von V-ECUs im Rahmen von „Cross-Checks“ wird die Qualität des Standards vor seiner Freigabe sichergestellt. Die Offenheit zur Mitarbeit an dem Standard ermöglicht außerdem, dass Innovationen und neue Bustypen zeitnah in den Standard integriert werden können.
- Vereinfachte Spezifikation und Implementierung: OEMs müssen ihren Zulieferern nicht mehr im Detail erklären, was für die Absicherung zu liefern ist. Der neue Standard stellt Spezifikationen, Demos, Anleitungen und Beispiel-Code bereit. Die Zulieferer verlieren keine wertvolle Zeit und wissen sofort, wie sie die Anforderungen umsetzen müssen, ohne zusätzliche Erklärungen zu benötigen.
Wie wird der Standard in den dSPACE Tools unterstützt?
Der FMI Layered Standard hat das Potenzial, die Zusammenarbeit zwischen OEMs und Zulieferern bei der Absicherung ihrer Steuergeräte grundlegend zu verändern. Auch wir bei dSPACE setzen alles daran, seine Einführung und Etablierung bestmöglich zu unterstützen. Deshalb spielt seine Implementierung in die dSPACE Tools bei uns aktuell eine zentrale Rolle.
CAN-Unterstützung: Mit dem dSPACE Release 2024-B wird der Layered Standard für CAN durch folgende dSPACE Tools unterstützt:
- SystemDesk, unserem Tool für die Generierung von V-ECUs
- VEOS, unserer Plattform für PC-basierte Simulation
Anwender von SystemDesk können jetzt also V-ECUs erzeugen, die auf dem neuen Layered Standard basieren. Diese standardisierten V-ECUs können sie anschließend problemlos in VEOS importieren. Dort lassen sich die V-ECUs dann beispielsweise mit Restbussimulationen in Form von Bus-Simulation-Containern (BSC) verbinden.
FlexRay-Unterstützung: Zusätzlich steht eine Preview-Version mit FlexRay-Unterstützung zur Verfügung. Diese ermöglicht es den Nutzern, bereits frühzeitig erste Schritte in der Erstellung und Simulation von V-ECUs mit SystemDesk und VEOS zu unternehmen.
Bestehende Nutzer unserer Tools können diese wie gewohnt weiter nutzen und sich gleichzeitig über diese neuen, zusätzlichen Features freuen:
SystemDesk
MCAL-Module für die Bustreiber CAN und FlexRay lassen sich jetzt auch in V-ECUs integrieren, die anschließend als FMU (*.fmu) exportiert werden sollen. Somit können V-ECUs auf Basis von FMI 3.0 und der Network Abstraction des Layered Standards erstellt werden.
VEOS
Die Simulationsplattform erkennt Functional Mock-up Units (FMUs) mit FMI Layered Standard for Network Communication auf Basis der Network Abstraction beim Import jetzt automatisch und legt hierfür entsprechende Bus Controller an. Restbussimulationen in Form von BSCs für CAN können weiterhin direkt mit V-ECUs verbunden werden. Dank der in VEOS integrierten Bussimulation wird die Erstellung komplexer Simulationssysteme erheblich vereinfacht. Bus Controller lassen sich weiterhin per Drag & Drop verbinden, und auch das Busverhalten wird wie gewohnt detailliert simuliert.
Zusammenfassung und Ausblick
Auf der ASAM International Conference 2024 wurde der FMI Layered Standard erstmals einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt, wobei die FMI-Arbeitsgruppe eindrucksvoll demonstrierte, wie reibungslos der Austausch von V-ECUs und die Interoperabilität verschiedener Tools dank des neuen Standards in der Praxis funktionieren.
Ende 2024 erreichte der Layered Standard für CAN mit dem „Release-Candidate“ einen wichtigen Meilenstein – das offizielle 1.0.0 Release steht kurz bevor. Parallel dazu schreiten die Spezifikationen für FlexRay und Ethernet zügig voran, und auch LIN steht bereits auf der Roadmap. Da alle Bustypen auf den gleichen Grundprinzipien basieren, sind hier in Kürze weitere Meilensteine zu erwarten.
Aufgrund des hohen Reifegrades der „alpha“- und „beta“-Versionen des Layered Standards haben wir bei dSPACE beschlossen, diese bereits in SystemDesk und VEOS zu unterstützen. Die CAN-Unterstützung ist bereits implementiert, die volle Unterstützung für FlexRay folgt in Kürze, und auch an der Ethernet-Unterstützung wird intensiv gearbeitet.
Das große Interesse und das durchweg positive Feedback unserer Kunden motivieren uns, unser Engagement im FMI-Gremium sowie die Unterstützung durch unsere Tools weiter voranzutreiben. Wir sind begeistert von den Möglichkeiten, die der FMI Layered Standard bietet, und freuen uns darauf, gemeinsam mit unseren Kunden die Zukunft der virtuellen Absicherung zu gestalten.
Über die Autoren
Markus Süvern
Team Lead, Production Software & SIL Simulation, dSPACE GmbH
Christian Becker
Product Manager, Production Software & SIL Simulation, dSPACE GmbH
