Modeling and Analysis of Embedded Real-Time Systems in the Automotive Safety Domain

Die Elektronik und die Informatik wird in den nächsten Jahrzehnten einen
immer höheren Stellenwert im Bereich der Fahrzeugsicherheit einnehmen.
Neue Sensoren zur Umweltwahrnehmung werden die Fahrzeuge in die Lage
versetzen angemessen auf die aktuelle Verkehrssituation zu reagieren. Es
wird erwartet, dass aktive Sicherheitssysteme, wie beispielsweise die au-
tomatische Notbremsung, Fußgänger- und Radfahrererkennung und Funk-
tionen zur Unfallvermeidung, die Anzahl tödlicher Verkehrsunfälle weiter
zurückgehen lassen werden. Dabei besteht die Herausforderung darin, die
neuen Sicherheitsfunktionen in ein System zu integrieren, dass bereits heute
hochkomplex und -vernetzt ist. Entstehen werden Echtzeitsysteme, die
aus hochintegrierten Subsystemen bestehen werden. In dieser Dissertation
werden Methoden entwickelt, um die Auslegung derartiger Steuergeräte
in frühen Entwicklungsphasen abzusichern. Mithilfe von Modelltransfor-
mationen sowie simulativer und formaler Methoden werden verschiedene
Architekturkonzepte aus den Perspektiven effektiver Umfeldwahrnehmung,
funktionaler Sicherheit und Echtzeitfähigkeit betrachtet und bewertet. Von
besonderer Bedeutung sind hierbei die Echtzeiteigenschaften der Software-
anteile der Sicherheitsfunktionen. Alle entwickelten Methoden wurden im
Rahmen einer Forschungskooperation zwischen der Universität Erlangen-
Nürnberg und der AUDI AG angewendet. Folgende Erkenntnisse konnten
unter Anderem gewonnen werden:
• Die Fusion von Objektlisten verschiedenartiger Sensoren ist aus Kosten–
Nutzen-Sicht zu bevorzugen.
• Modellbasierte Sicherheitsanalysen bieten sich insbesondere in frühen
Entwicklungsphasen an, den Entwicklungsprozess zu unterstützen.
• Für die Echtzeitanalyse von Steuergeräten sind exakte Algorithmen
erforderlich, die in der Lage sind die kritischen Systemzustände zu
visualisieren.
• Die Simulation der Softwaretasks ist ein wichtiger Bestandteil der
Analyse und ist erforderlich, um die dynamischen Effekte des Sys-
tems zu verstehen, sowie die Relevanz der kritischen Systemzustände
einschätzen zu können.
• Der Ansatz der modellgetriebenen Entwicklung ist besonders praktik-
abel in frühen Phasen der Systementwicklung, wenn man die Verallge-
meinerung der Erkenntnisse unter Berücksichtigung des Abstraktions-
grades der Systemmodelle und der Eingabeparametermodelle durchführt.
Durch die durchgeführten Analysen wurden Jahre vor der Serienpro-
duktion, und Monate bevor erste Entwicklungsmuster zur Verfügung standen,
an verschiedenen Stellen Engpässe in der Leistungsfähigkeit der Architek-
turkonzepte gefunden. Aufgrund der guten Zusammenarbeit zwischen OEM,
Lieferant und Wissenschaft wurden neue Entwicklungsprozesse ins Leben
gerufen und implementiert. Sowohl momentane als auch zukünftige Sicher-
heitssysteme profitieren von den entwickelten Methoden und werden die Ba-
sis bieten können um effiziente und effektive Funktionen der Fahrzeugsicher-
heit umsetzen zu können.