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

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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 automatische Notbremsung, Fußgänger- und Radfahrererkennung und Funktionen 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 Modelltransformationen 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 Softwareanteile 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 Systems zu verstehen, sowie die Relevanz der kritischen Systemzustände einschätzen zu können.
• Der Ansatz der modellgetriebenen Entwicklung ist besonders praktikabel in frühen Phasen der Systementwicklung, wenn man die Verallgemeinerung der Erkenntnisse unter Berücksichtigung des Abstraktionsgrades der Systemmodelle und der Eingabeparametermodelle durchführt.
Durch die durchgeführten Analysen wurden Jahre vor der Serienproduktion, und Monate bevor erste Entwicklungsmuster zur Verfügung standen, an verschiedenen Stellen Engpässe in der Leistungsfähigkeit der Architekturkonzepte gefunden. Aufgrund der guten Zusammenarbeit zwischen OEM, Lieferant und Wissenschaft wurden neue Entwicklungsprozesse ins Leben gerufen und implementiert. Sowohl momentane als auch zukünftige Sicherheitssysteme profitieren von den entwickelten Methoden und werden die Basis bieten können um effiziente und effektive Funktionen der Fahrzeugsicherheit umsetzen zu können.