Softwaredefinierte Fahrzeuge

Als Meilenstein der Automobilindustrie stellt das softwaredefinierte Fahrzeug einen Paradigmenwechsel dar, bei dem Softwaresteuerung und Anpassungsfähigkeit die klassische Fahrzeugarchitektur revolutionieren. Es setzt fortgeschrittene Computersysteme ein, um zentrale Fahrzeugfunktionen wie Antriebsstrang, Fahrwerk und Sicherheitssysteme zu steuern und individuell anzupassen. Mit der zentralisierten Steuerung durch On- und Off-Board-Software gewinnen Hersteller beispiellose Flexibilität, um die Fahrzeugleistung remote zu aktualisieren, zu optimieren und zu personalisieren – für eine bessere Anwendererfahrung und längere Lebensdauer. Mit diesem Ansatz lassen sich neue Technologien wie künstliche Intelligenz, Konnektivität und autonome Funktionen nahtlos integrieren.

Der Trend in der Automobilindustrie geht eindeutig zu softwaredefinierten Fahrzeugen (SDV): Sie ermöglichen eine klare Differenzierung am Markt, optimieren die Betriebseffizienz durch Remote-Diagnosen und -Updates und machen Fahrzeuge fit für künftige technologische Entwicklungen. Eine erfolgreiche SDV-Entwicklung setzt voraus, dass die Architekturentscheidungen von Anfang an die Software, die daraus folgenden Hardware-Anforderungen sowie sämtliche Sensor- und Aktorschnittstellen berücksichtigen. Zusätzlich müssen Hersteller eine langfristige Skalierbarkeit implementieren, um Remote-Wartung und -Updates zu ermöglichen.

Automotive Open System Architecture AUTOSAR ist eine weltweite Entwicklungspartnerschaft von Interessierten aus der Automobilindustrie. Das primäre Ziel der AUTOSAR-Entwicklungspartnerschaft ist es, durch die Standardisierung grundlegender Systemfunktionen und funktionaler Schnittstellen eine führende Lösung für Automobilindustrie-Softwareplattformen bereitzustellen. Das Framework ermöglicht die effiziente Entwicklung von integrierter Application Software, die Aufgaben rund um grundlegende Automobilindustrie-Funktionen im Rahmen der Fahrzeugsystementwicklung unterstützt. Capital ® Embedded AR Classic ™, ein Bestandteil des Siemens Xcelerator-Portfolios, dient als Beispiel für eine Software zur Umsetzung des AUTOSAR-Standards. Es handelt sich um ein komplettes Angebot mit Tools und Software, die alle Anforderungen an die Plattform für elektronische Steuergeräte (ECU) erfüllen, von der Aktualisierung von Steuergeräteextrakten bis hin zur Konfiguration der Softwareplattform.

In der Automobilindustrie dienen Softwareintegrationstests der Verifizierung, dass die unterschiedlichen Softwarekomponenten nach Integration ins Gesamtsystem des Fahrzeugs ordnungsgemäß interagieren. Sie gewährleisten eine reibungslose Kommunikation und Kompatibilität zwischen den einzelnen Teilsystemen. Für optimale Softwareintegrationstests kommen Simulationstools und virtuelle Umgebungen zum Einsatz, die realistische Fahrsituationen simulieren und das integrierte System unter diversen Bedingungen prüfen. Diese Virtualisierung ermöglicht umfangreiche Tests ohne Bedarf an realen Prototypen. Sobald die Softwareintegration abgeschlossen ist, müssen die Fahrzeuge umfangreichen Feldtests unter realen Bedingungen unterzogen werden, um Leistung, Zuverlässigkeit und Anwendererfahrung zu validieren. Die während der Feldtests erfassten Daten ermöglichen ein Closed Loop-Feedback-System zur Erkennung von Problemen und Optimierungspotenzialen. Siemens bietet für die Automobilindustrie maßgeschneiderte und bewährte Prüflösungen aus dem Capital-Portfolio:

• Capital Embedded Integrator AR Classic ist eine leistungsfähige Lösung für die komplette Konfiguration der AUTOSAR-Middleware-Komponenten.
• In Capital Embedded Virtualizer AR Classic wird das Steuergerät simuliert, sodass Softwaretests mit einem einzigartigen, nicht-intrusiven Trace für eine tiefgreifende Analyse kontrollierbar sind.
• Capital Integriert AR Classic Software ist unsere Implementierung der AUTOSAR Classic-Plattform.
• Mit dem Capital Network Designer können Sie Softwarekommunikation über Standardprotokolle wie CAN, CAN FD, LIN, FlexRay und Ethernet (SOME/IP, TCP, UDP, DoIP, DDS) konstruieren, verifizieren und validieren.

Bei der Konstruktion softwaredefinierter Fahrzeuge spielen Verifizierung und Validierung eine zentrale Rolle, um die einwandfreie Funktion der integrierten Software, die Erfüllung der Leistungsanforderungen und die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften sicherzustellen. Durch die Verifizierung wird bestätigt, dass die Software den Spezifikationen und Konstruktionsanforderungen entspricht, während die Validierung die Anwenderbedürfnisse und zuverlässige Funktion unter realen Einsatzbedingungen garantiert. Eine unzureichende oder verzögerte Verifizierung und Validierung kann zu Softwarefehlern, Sicherheitsrisiken und Compliance-Problemen führen, die Rückrufe und eine Schädigung des Markenrufs zur Folge haben können.

Siemens unterstützt die Verifizierung und Validierung durch die Kombination realistischer Systemmodelle in Co-Simulationsszenarien, um frühe Annahmen über Softwarearchitekturen im Kontext von Elektro- und Netzwerkarchitekturen zu validieren. Durch kontinuierliche Evaluierungen mit Stakeholdern über verschiedene Engineering-Domänen hinweg lassen sich Kompromisse bei Gewicht, Kosten und Stromverbrauch bereits vor dem Übergang zu domänenspezifischen Engineering-Aktivitäten optimieren. Die einzelnen Domänen können funktionale Schnittstellen validieren, Optionen erzeugen, Anforderungen überprüfen, Cybersicherheit gewährleisten sowie Hard- und Software-Entscheidungen in einer virtuellen Simulationsumgebung evaluieren.

Während der Software-Implementierung können Siemens-Lösungen verifizierte und validierte Steuergeräte-Extrakte generieren, um die Integration von Anwendungs- und Basissoftware für das konfigurierte Steuergerät zu vereinfachen. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Anwendungssoftware in Echtzeit mit einem virtualisierten Steuergerät und realen Netzwerkkommunikationsdaten zu testen. Dadurch können Konstrukteure komplexe Software schneller entwickeln und hochwertige Produkte an ihre Kunden ausliefern.

In modernen Premium- und Luxusfahrzeugen laufen schätzungsweise über 100 Millionen Codezeilen gleichzeitig ab. In dieser komplexen Umgebung müssen Hunderte von Recheneinheiten in Echtzeit perfekt zusammenarbeiten, um ein einwandfreies Fahrerlebnis zu garantieren. In den vergangenen Jahren haben Hersteller verstärkt darauf gesetzt, die zur Hardware-Ausführung benötigte Software zu optimieren und diese in Kombination mit Technologien wie künstlicher Intelligenz (KI) einzusetzen, um sich am Markt zu differenzieren. Dieser Ansatz in der Automobilindustrie wird als softwaredefiniertes Fahrzeug bezeichnet, bei dem Software zum zentralen Element wird – von der Konstruktion über die Produktion und den Service bis hin zur Edge-basierten Erfassung von Kundendaten. Die wesentlichen Unterschiede zwischen einem softwaredefinierten Fahrzeug und einem konventionellen Fahrzeug lassen sich wie folgt darstellen:

• Steuerung: Bei einem softwaredefinierten Fahrzeug erfolgt die Steuerung primär über Softwaresysteme, während herkömmliche Fahrzeuge überwiegend mechanisch über physische Komponenten wie Hebel, Kabel und Hydrauliksysteme gesteuert werden.
• Anpassungsfähigkeit: Softwaredefinierte Fahrzeuge können ihre Funktionen mühelos per Remote-Update anpassen und bieten Anwendern flexible und kundenspezifische Anpassungsmöglichkeiten. Herkömmliche Fahrzeuge verfügen nicht über diese Anpassungsfähigkeit und benötigen für Updates meist physische Änderungen.
• Integration aufstrebender Technologien: In softwaredefinierten Fahrzeugen verschmelzen zukunftsweisende Technologien wie künstliche Intelligenz (KI), Konnektivität und autonome Funktionen zu einem harmonischen Ganzen. Herkömmliche Fahrzeuge besitzen oftmals weder die erforderliche Infrastruktur noch die Kompatibilität, um diese fortgeschrittenen Funktionen ohne umfangreiche Nachrüstungen zu implementieren.
• Konformität und Wartung: Dank ihrer softwarebasierten Auslegung können softwaredefinierte Fahrzeuge potenziell länger genutzt werden und benötigen weniger Wartung als herkömmliche Fahrzeuge. Sie ermöglichen Remote-Diagnosen und -Updates, wodurch Hersteller Probleme schnell und effizient beheben können – im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugen, die häufiger manuelle Wartung und Reparaturen benötigen.

Für Automobilhersteller bietet ein softwaredefiniertes Fahrzeug folgende Vorteile:

• Differenzierung und Wettbewerbsvorteil: Softwaredefinierte Fahrzeuge bieten Herstellern der Automobilindustrie die Möglichkeit, sich durch fortschrittene Softwaresysteme und deren einzigartige Features und Funktionen vom Wettbewerb zu differenzieren. Diese Differenzierung hilft dabei, neue Kunden zu gewinnen und sich in der Branche einen Wettbewerbsvorsprung zu sichern.
• Entwicklungseffizienz: Softwaredefinierte Fahrzeuge lassen sich effizienter entwickeln und produzieren als herkömmliche Fahrzeuge, da sämtliche Software-Aktualisierungen, Fehlerbehebungen und Optimierungen remote und ohne physische Eingriffe am Fahrzeug erfolgen können. Dieser optimierte Prozess ermöglicht Herstellern, Entwicklungszeiten und Kosten zu reduzieren.
• Kontinuierliche Umsatzquelle: Softwaredefinierte Fahrzeuge ermöglichen es Herstellern, Services im Abonnement sowie Premium-Funktionen anzubieten, die über den einmaligen Fahrzeugverkauf hinaus kontinuierliche Umsätze generieren. Diese kontinuierlichen Einnahmen können maßgeblich zur Rentabilität und nachhaltigen Entwicklung von Unternehmen der Automobilindustrie beitragen.
• Kontinuierliche Verbesserungen: Softwaredefinierte Fahrzeuge generieren umfangreiche Datenmengen, die Aufschluss über Fahrzeugleistung, Anwenderverhalten und Fahrmuster geben. Unternehmen der Automobilindustrie können diese Daten nutzen, um Erkenntnisse über Kundenpräferenzen zu gewinnen, die Produktentwicklung voranzutreiben und durch Datenmonetarisierung mit Drittanbietern neue Umsätze zu generieren.

Fahrer und Insassen profitieren bei einem softwaredefinierten Fahrzeug von folgenden Vorteilen:

• Flexibilität und Personalisierung: Mit softwaredefinierten Fahrzeugen können Verbraucher ihr Fahrerlebnis dank Software-Updates mit bisher ungekannter Flexibilität individuell gestalten und anpassen. Sie können die Einstellungen für Leistung, Komfort und Sicherheitspräferenzen aus der Ferne anpassen und so die Gesamtzufriedenheit des Fahrzeugs steigern.
• Sicherheit und Komfort: In softwaredefinierten Fahrzeugen kommen oftmals fortgeschrittene Sicherheitssysteme zum Einsatz, die auf Software basieren – darunter Kollisionsvermeidung, adaptive Geschwindigkeitsregelung und autonomes Fahren. Solche Funktionen tragen maßgeblich zur Verkehrssicherheit bei und erhöhen gleichzeitig den Fahrkomfort.
• Höherer Lebensdauer und gesteigerter Wiederverkaufswert: Mit der Fähigkeit zum Over-the-Air-Update bleiben softwaredefinierte Fahrzeuge technologisch stets auf dem neuesten Stand und profitieren von kontinuierlichen Leistungsverbesserungen. Mit dieser Funktion lässt sich die Nutzungsdauer des Fahrzeugs verlängern und ein höherer Wiederverkaufswert erzielen, während herkömmliche Fahrzeuge oft rasch veralten.
• Echtzeit-Diagnose und Wartung: Mit softwaredefinierten Fahrzeugen können Fahrzeugsysteme in Echtzeit diagnostiziert und remote überwacht werden, sodass Hersteller potenzielle Schwachstellen proaktiv erkennen und beseitigen können, bevor diese eskalieren. Mit diesem vorausschauenden Wartungsansatz lassen sich Ausfallzeiten und Reparaturkosten für Verbraucher minimieren, was zu mehr Zuverlässigkeit und einem reibungslosen Betrieb führt.