"Simulation macht komplexe Systeme testbar"

Fahrerassistenzsysteme gehören wegen ihres hohen Vernetzungsgrades auf den Ebenen der Sensorik, Steuerung und Aktorik zu den wesentlichen Treibern der Elektronikkomplexität im Fahrzeug. Gleichzeitig hat die Zuverlässigkeit dieser Systeme in einem Grenzbereich von Komfort, Information, Assistenz oder gar autonomem Eingriff höchste Bedeutung. Deshalb fragte die ATZ Dr. Klaus Harms (links) und Dr. Roland Schmid, Robert Bosch GmbH, nach den Herausforderungen in der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen.



Wie lässt sich die sichere Funktion von vernetzten Systemen der aktiven Fahrsicherheit am besten gewährleisten?
Harms: Über Nutzen, Sicherheit und Zuverlässigkeit eines Fahrerassistenzsystems wird in der Frühphase entschieden. Die wichtigste Einsicht lautet deshalb, Qualität zu entwickeln. Große Bedeutung hat für uns dabei die modellbasierte Entwicklung. Bei dieser Methode können wir Modelle aller Ebenen verwenden, also Fahrzeug, Umfeld, Fahrer, Aktoren und Sensoren. Analytisch lässt sich eine neue Funktion dann durch schnelle Links zur Autocodegenerierung grundlegend testen. Wichtig ist dabei, die Entwicklung von Anfang an auf der Basis der späteren Plattform durchzuführen, auf der die Anwendung tatsächlich laufen wird. Autosar als Standard einer skalierbaren und modulierbaren Funktionsarchitektur spielt eine zentrale Rolle. Aufgrund der unausweichlichen Verknüpfungen und der Vernetzung ist Autosar bei der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen absolut handlungsleitend, weil es uns erlaubt, Architekturen kompatibel zu definieren.

Bei der Vielzahl von Einstellungsmöglichkeiten wie adaptiver Reglerfunktionen wächst der Testaufwand ins Uferlose. Wie lässt sich hier Abhilfe schaffen?
Schmid: Bei der Umsetzung einer neuen komplexen Fahrerassistenzfunktion am Ende der Vorausentwicklung ist es von fundamentaler Bedeutung, dass das einzelne Subsystem für sich rundum zuverlässig arbeitet. Dazu gehört auch, dass es im Fehlerfall einen sicheren Fahrzeugzustand herbeiführt, den Fail-safe Modus, und den Fahrer darüber informiert. Der Test eines solchen Subsystems lässt sich noch relativ gut darstellen. Ein deutlich anspruchsvollerer und komplexerer Punkt in der Umsetzung ist die Testphase des Gesamtsystems, weil sich hier eine sehr große Variantenzahl möglicher Testszenarien ergibt. Für den Entwickler stellt sich deshalb schon parallel zum Systementwurf die Aufgabe, kritische Testszenarien anzunehmen und zu definieren, um so einerseits die Testabdeckung sicher zu stellen und andererseits die Zahl der Testszenarien zu reduzieren, die in der Testphase mit dem Auto abgefahren werden müssen. Und selbst dann ist das immer noch ein erheblicher Aufwand. Die Fahrtests auf der Straße werden in großem Umfang durch Simulationstools unterstützt, weil wir damit sowohl gestellte als auch aufgezeichnete Fahrsituationen mit unterschiedlichen Algorithmen und Funktionsausprägungen unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen austesten können. Die Simulation spielt eine zunehmend bedeutendere Rolle, weil sie komplexe Systeme testbar macht.

Harms: Eine der Herausforderungen im Bereich Fahrerassistenzsysteme besteht darin, dass wir, anders als beispielsweise bei der Messung des Kraftstoffverbrauchs beziehungsweise des CO2-Ausstoßes, keinem Zyklus als Referenz unterliegen. Gleichzeitig müssen Tests wohlüberlegt sein, denn natürlich dürfen wir auf keinen Fall Testfahrer gefährden, wenn es darum geht herauszufinden, ob die Funktion den Fahrer richtig unterstützt. Eine weitere Herausforderung ist die Umfelderkennung. Hier haben wir Terabytes an Daten mit Videoszenen angesammelt, die dazu dienen, die Leistungsfähigkeit von Algorithmen und Funktionen in allen Situationen zu gewährleisten. Denn nur die richtige Erkennung führt dazu, dass auch richtige Entscheidungen übergeben werden.

Schmid: Bei der Entwicklung neuer Systeme ist für uns die enge Zusammenarbeit mit dem Fahrzeughersteller wichtig. Da der OEM letztlich die Verantwortung für das System trägt, benötigt er ein tiefes Verständnis des Systems inklusive der Testbarkeit und der Testabdeckung, um dabei die verbleibenden Risiken bewerten und tragen zu können.

Für die Fahrzeughersteller sind markenspezifische Eigenschaften der Fahrzeuge wichtig. Wie verträgt sich das mit dem Wunsch nach ausgereiften, zuverlässig funktionierenden und wirtschaftlichen Systemen?
Schmid: Hier ist der Aufwand geringer als man vielleicht annehmen würde – allerdings nur unter der Voraussetzung, dass man bereits bei Beginn der Entwicklung die nötige Bandbreite der Parametrierbarkeit für markenspezifische Funktionsausprägungen im Systementwurf angelegt hat.

Wo liegen die großen Einzelherausforderungen bei der Integration von Fahrerassistenzsystemen?
Harms: Für die Nutzung eines Fahrerassistenzsystems hat die Mensch-Maschine Schnittstelle, das HMI, große Bedeutung. Optische Warnungen beispielsweise lösen langsamere Reaktionen aus als akustische oder als haptische Reize. In der Praxis zeigt das HMI eine hohe Varianz durch die Philosophie der OEM. Es ist daher notwendig, zwischen Funktion und Schnittstelle zu trennen. Da der Fahrer immer für die Fahrzeugführung verantwortlich bleibt, ist eine situationsabhängige Priorisierung des Informationsaustausches zwischen Fahrer und seiner technischen Umgebung erforderlich. Dabei ist auf eine transparente Übergabe der teilautomatisierten Fahrzeugführungsfunktion zu achten, und zwar in beiden Richtungen. Eine noch vor uns liegende Herausforderung ist die Einschätzung des Fahrerwunsches: Geschieht ein steuernder Eingriff bewusst und absichtlich oder eben fehlerhaft?

Wäre es nicht die einfachste Lösung, die Zahl der Fahrerassistenzsysteme und damit die Komplexität zu begrenzen?
Schmid: Aktuell geht es sicherlich nicht darum, möglichst viele Fahrerassistenzsysteme ins Auto zu bringen, sondern robuste und transparente Systeme mit hohem Kundennutzen zu realisieren. Dabei ist es sinnvoll, auf bestehenden, etablierten Systemen aufzubauen und sukzessive Funktionserweiterungen anzubieten. Damit wird die Komplexität mit vertretbarer Geschwindigkeit und überschaubarem Risiko gesteigert. Ein Beispiel dafür sind die prädiktiven Sicherheitssysteme, die auf dem bewährten ACC aufbauen und schrittweise über einen vorausschauenden Bremsassistenten auf eine fahreraktivierte Notbremsung bis hin zu einer autonomen Notbremsung erweitert werden.

Gibt es auf technischer Ebene Engpässe?
Harms: Bei der Hardware sind unsere Performance-Anforderungen teilweise nicht mit herkömmlichen Embedded-Systemen beherrschbar. Mit anwendungsspezialisierten Hardware- und Prozessorlösungen ist aber inzwischen in 40 Millisekunden ein Videobild auswertbar, wofür ein Standard-PC zwei Sekunden benötigen würde. Auf lange Sicht liegt die Herausforderung bei den Algorithmen, die in der Lage sein müssen, komplexes Verkehrsgeschehen zu interpretieren und Entscheidungen über automatische Eingriffe zu treffen. Eine echte Mangelware sind zudem die Fachleute, die Ingenieure.

Herr Dr. Harms, Herr Dr. Schmid, danke für das Gespräch.


Autor(en): Jörg Christoffel

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