Die Automobilwelt befindet sich in einem rasanten Wandel. Fahrzeuge entwickeln sich von mechanisch geprägten Systemen hin zu Software-definierten Maschinen , bei denen Innovation im Code entsteht. Dieser Wandel eröffnet enorme Chancen, bringt jedoch auch eine zentrale Herausforderung mit sich:
Wie lässt sich die zunehmend komplexe Software für elektronische Steuergeräte (ECUs) frühzeitig, effizient und skalierbar validieren?
Warum eine frühe virtuelle Validierung wichtig ist
Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests sind nach wie vor ein zentraler Bestandteil der Steuergerätevalidierung. Sie ermöglichen die Echtzeitinteraktion zwischen realer Hardware und simulierten Umgebungen und sind für sicherheitsrelevante Systeme von entscheidender Bedeutung. Für die Validierung in den späten Entwicklungsphasen sind HIL-Tests daher unverzichtbar – zugleich bringen sie jedoch praktische Herausforderungen mit sich:
- Hardware-Prototypen stehen oft erst spät zur Verfügung.
- HIL-Prüfstände werden häufig von mehreren Teams gemeinsam genutzt.
- Komplexe Integrationen können die Test-Pipelines verlangsamen oder unterbrechen.
Diese Einschränkungen können die Integration sowie Tests auf Systemebene verzögern. Zudem begrenzt die Abhängigkeit von physischen Aufbauten die Skalierbarkeit, was umfangreiche oder parallele Tests schwierig macht. Mit zunehmender Software-Zentrierung moderner Fahrzeuge treten diese Engpässe immer deutlicher zutage. Ein struktureller Lösungsansatz besteht darin, Tests früher im V-Zyklus zu verankern, ohne auf die reale Hardware angewiesen zu sein.
Was sind V-ECUs?
Virtuelle elektronische Steuergeräte (V-ECUs) sind Software-basierte Abbildungen – oder digitale Zwillinge – physischer Steuergeräte. Sie ermöglichen Software-in-the-Loop (SIL)-Tests lange bevor Hardware-Prototypen verfügbar sind. Mit V-ECUs können Entwickler Funktionalität, Integration und Kommunikation in PC- oder Cloud-basierten Umgebungen validieren. So können die Teams die Entwicklung beschleunigen und Software schneller zur Reife bringen.
Während Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests für die abschließende Validierung und die Interaktion mit der realen Welt weiterhin unverzichtbar sind, ergänzen V-ECUs HIL-Tests durch die Möglichkeit vorgelagerter Tests. Dadurch lässt sich Zeitdruck reduzieren und Entwicklerteams erhalten mehr Kontrolle über ihren Entwicklungsprozess. Für uns bei dSPACE und für unsere Partner sind V-ECUs der Schlüssel zu vorverlagerten Tests, kontinuierlicher Integration und domänenübergreifenden Simulations-Workflows - und damit zu robusten Systemen, die bereit für den nächsten Entwicklungsschritt sind.
V-ECU-Levels
Bei der Simulation von Steuergeräten ist ein realistisches Verhalten der Komponenten entscheidend für aussagekräftige Ergebnisse. Dazu gehört, die Eigenschaften eines realen Steuergeräts möglichst genau abzubilden, einschließlich:
- des Betriebssystems,
- der Basissoftware (BSW),
- und der Kommunikations-Stacks.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden virtuelle Steuergeräte (V-ECUs) als digitale Repräsentationen physischer ECUs eingeführt, die unterschiedliche Genauigkeitsstufen für verschiedene Testziele bieten.
Das Konzept der V-ECU-Level entstand aus der Notwendigkeit, Modelltreue und Simulationseffizienz über die verschiedenen Entwicklungsphasen hinweg in Einklang zu bringen. In frühen Phasen konzentrieren sich die Ingenieure auf den Algorithmusentwurf und die Funktionsvalidierung, wo ein hoher Detaillierungsgrad nicht erforderlich ist und Iterationszyklen unnötig verlangsamen würde. Später, bei den Integrations- und Konformitätstests, gewinnt ein möglichst realistisches Verhalten zunehmend an Bedeutung. Daraus ergab sich ein gestuftes Modell mit aufeinander aufbauenden Levels, die jeweils mehr Komplexität und Realismus hinzufügen, um spezifische Validierungsziele zu erreichen.
Im offiziellen White Paper von prostep werden fünf verschiedene V-ECU-Level definiert:
Level |
Description |
Typical Use Cases |
|---|---|---|
|
0 – Controller Model |
Reines Funktionsmodell für Algorithmenentwurf und frühe Validierung |
Algorithmusentwicklung und frühe Entwurfsiterationen |
|
1 – Application Level |
Applikationssoftware ohne BSW; ideal für die Erstintegration |
Algorithmusentwicklung und frühe Entwurfsiterationen |
|
2 – Simulation BSW |
Fügt simulierte BSW für die Analyse von Kommunikation und Zeitverhalten hinzu |
Integrationstests und Netzwerksimulation |
| 3 – Production BSW | Includes real BSW for realistic behavior and compliance testing | Integration testing and network simulation |
| 4 – Target Binary | Full ECU software including the operating system (OS) and drivers | Pre-HIL validation and full system simulation |
dSPACE Lösungen für die V-ECU-Generierung und SIL-Tests
Bei dSPACE haben wir früh erkannt, dass virtuelle Validierung sowohl praxisnah als auch skalierbar sein muss. Deshalb ermöglicht unsere Toolkette durchgängige Workflows, die die Lücke zwischen modellbasierter Entwicklung und Seriensoftware schließen. So können Ingenieure Funktionalität, Kommunikation und Integration bereits lange vor der Verfügbarkeit von Hardware validieren. Dies markiert einen grundlegende Verlagerung von einem Hardware-zentrierten Testansatz hin zu einer Software-orientierten Validierung. Das Ergebnis sind agilere Workflows und eine reibungslosere Integration.
Gut zu wissen: ASM läuft in VEOS und in SCALEXIO, unserer modularen Echtzeitplattform für HIL-Anwendungen. Das ermöglicht die Wiederverwendung von Modellkonfigurationen und automatisierten Testroutinen über Model-in-the-Loop (MIL), SIL und HIL hinweg – dank standardisierter Schnittstellen und ASAM-konformer Testautomatisierung.
Welche Vorteile bieten V-ECUs in der Entwicklung?
Moderne Fahrzeuge umfassen heute weit über 100 Steuergeräte, Millionen von Code-Zeilen und hochkomplexe Kommunikationsnetzwerke. Kommen autonomes Fahren, Elektrifizierung und vernetzte Dienste hinzu, wird der Bedarf an schneller, zuverlässiger und skalierbarer Software-Validierung unübersehbar.
V-ECUs helfen den Entwicklungsteams dabei, mit dieser Komplexität Schritt zu halten, indem sie unter anderem Folgendes ermöglichen:
- Schnellere Time-to-Market: V-ECUs ermöglichen Integrations- und Funktionstests bereits Monate vor der Verfügbarkeit realer Hardware-Prototypen, wodurch sich Verzögerungen reduzieren lassen und Teams schneller voran kommen.
- Parallele Entwicklung: Mehrere Teams können gleichzeitig an Applikationssoftware, Basissoftware und Integrationsaufgaben arbeiten. Das verbessert die Zusammenarbeit und steigert die Effizienz bei der Nutzung von Ressourcen.
- Skalierbare CI/CT-Workflows: Automotive-Software folgt zunehmend agilen und DevOps-Prinzipien. Da V-ECUs vollständig in der Cloud ohne Hardware-Abhängigkeiten ausgeführt werden können, lassen sie sich nahtlos in Continuous-Integration- und Continuous-Testing (CI/CT)-Pipelines einbinden. Das ermöglicht skalierbare automatisierte Regressionstests, schnelle Updates und eine frühzeitige Fehlererkennung.
- Reduzierte Kosten: Weniger Abhängigkeit von Prototypen und Prüfständen senkt die Gesamtkosten. Cloud-basierte Tests reduzieren Reise- und Logistikaufwände.
- Skalierung für komplexe Architekturen: Moderne elektrische/elektronische (E/E) Architekturen umfassen Domänen-Controller, zentrae Recheneinheiten und serviceorientierte Kommunikation. Mit V-ECUs lassen sich vollständige Fahrzeugnetzwerke, einschließlich CAN, LIN, FlexRay und Ethernet simulieren – ganz ohne physische Testaufbauten.
- Frühe Absicherung von Safety und Compliance: Die frühzeitige Validierung funktionaler Sicherheit gemäß ISO 26262, dem Automotive-Standard für sicherheitsrelevante Systeme, sowie von Cybersecurity-Anforderungen reduziert Risiken in späten Entwicklungsphasen und hilft den Teams dabei, regulatorische Vorgaben von Beginn an durchgängig einzuhalten.
Wie bilden SIL und HIL einen durchgängigen Workflow?
Eine zentrale Innovation von dSPACE ist die nahtlose Integration von SIL- und HIL-Umgebungen . Dieser durchgängige Workflow ermöglicht es Entwicklern, Modelle, Testfälle und Konfigurationen in beiden Welten wiederzuverwenden. Das sorgt für Konsistenz, reduziert redundanten Aufwand und beschleunigt die Entwicklung.
So kann beispielsweise eine V-ECU, die in frühen SIL-Phasen mit VEOS getestet wurde, mühelos in ein Echtzeit-HIL-Setup auf Basis von SCALEXIO, unserer modularen Hardware-Plattform, überführt werden. Diese Kontinuität verbessert die Rückverfolgbarkeit, erhöht die Testabdeckung und unterstützt die schrittweise Validierung von MIL bis hin zur vollständigen Systemintegration.
Darüber hinaus unterstützt die dSPACE Toolkette die Migration von automatisierten Tests. Teams können so eine einheitliche "Single Source of Truth" für Testartefakte über den gesamten Entwicklungszyklus hinweg beibehalten. Dies ist besonders wertvoll in agilen Umgebungen, die auf Continuous Integration und Continuous Testing (CI/CT) setzen.
Standardisierung und FMI
Mit der zunehmenden Zusammenarbeit zwischen OEMs und Zulieferern wird Standardisierung immer wichtiger. dSPACE ist aktiv an der Weiterentwicklung des Functional Mock-up Interface (FMI)-Standards beteiligt.
Mit FMI 3.0 unterstützt der Standard komplexere Simulationsszenarien, darunter:
- Clock-Variablen für die synchronisierte Co-Simulation.
- Gruppierte I/O-Terminals für bessere Modularität und ein effizienteres Signalmanagement.
- Die Erweiterung Layered Standard for Network Communication (FMI-LS-BUS) zum Austausch von V-ECUs mit integrierten Busschnittstellen.
Diese Weiterentwicklungen vereinfachen die Integration von V-ECUs in verschiedene Toolketten und ermöglichen eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Teams und Tools. Unser starkes Engagement für FMI stellt sicher, dass dSPACE Lösungen offen, interoperabel und zukunftssicher bleiben.
Wie geht es weiter mit V-ECUs?
Die Zukunft von V-ECUs wird von mehreren zentralen Trends geprägt, die die Entwicklung und das Testen von Embedded-Software grundlegend verändern:
- KI-gestützte V-ECU-Generierung: Automotive-OEMs und Tier-1-Zulieferer können V-ECUs schneller und mit weniger manuellem Aufwand erstellen und aktualisieren. Auf der CES 2026 hat dSPACE ein auf GitHub Copilot basierendes Konzept vorgestellt, das zeigt, wie Entwickler V-ECUs direkt in ihrer Entwicklungsumgebung erzeugen können. Dieser Ansatz verdeutlicht, wie KI die Integration von ECU-Code in CI/CT-Pipelines beschleunigen und damit die Effizienz und Skalierbarkeit der SIL-Validierung weiter verbessern kann. Gleichzeitig eröffnet er Potenziale zur Beschleunigung von Entwicklungs-Pipelines für Software-over-the-Air (SOTA)-Updates sowie für die digitale Homologation Software-definierter Fahrzeuge (SDVs).
- Cloud-basierte Simulation: Mit Plattformen wie AWS und dSPACE VEOS können Teams skalierbare SIL-Umgebungen in der Cloud bereitstellen. So können weltweit verteilte Teams in Echtzeit zusammenarbeiten, umfangreiche Testkampagnen durchführen und Simulationen in DevOps-Pipelines integrieren.
- Autonome und vernetzte Fahrzeuge: Mit zunehmender Intelligenz und Vernetzung von Fahrzeugen spielen V-ECUs eine entscheidende Rolle bei der Validierung komplexer E/E-Architekturen, KI-basierter Regelalgorithmen sowie von Vehicle-to-Everything (V2X)-Kommunikationssystemen.
Darüber hinaus stellt die Überführung von V-ECUs in Functional Mock-up Units (FMUs) die Kompatibilität mit FMI-konformen Simulatoren sicher. Dies ermöglicht plattformübergreifende Validierung und unterstützt Continuous-Integration-Workflows.
Fazit
V-ECUs sind längst mehr als nur Werkzeuge, sie entwickeln sich zum Rückgrat der modernen Automobilentwicklung. Bei dSPACE gestalten wir eine Zukunft, in der die virtuelle Validierung schneller, intelligenter und global vernetzter ist. Wir gehen über isolierte Workflows hinaus und schaffen integrierte Ökosysteme, die auf KI, Cloud-Plattformen und Echtzeit-Zusammenarbeit basieren – mit Safety und Compliance von Anfang an fest verankert.
Lassen Sie uns gemeinsam die nächste Generation der Mobilität gestalten. Ob OEM, Zulieferer oder Technologiepartner: Gestalten Sie mit uns einen intelligenteren Ansatz für die Entwicklung und Validierung von Automotive-Software.
