SDV-Entwicklung Fahrzeugprüfung mit virtuellen ECUs

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Bei neuen Fahrzeuggenerationen handelt es sich um Software Defined Vehicles (SDVs), deren zentrale Funktionen und Innovationen software-basiert sind. Mit der sehr schnellen Entwicklung dieser Innovationen und ihrer Implementierung im Fahrzeug können die umfassenden Prüfungs- und Validierungsmethoden aktuell kaum Schritt halten. Eine mögliche Lösung ist das Testen neuer Software auf virtuellen ECUs.

Dass sich die Innovationsgeschwindigkeit in der Automobilentwicklung beschleunigt, hat einen wesentlichen Grund in der Verlagerung vieler Funktionen in die Software. Neuen Code zu entwickeln, geht relativ schnell, und das Testen des Codes mit mo-derner CI/CD-Methodik (Continuous Integration/ Continuous Deployment) ebenso.

Aber die Integration und Validierung dieses Codes in realen Fahrzeugen hemmt diese Geschwindigkeit. Herkömmliche Prüfmethoden, die auch die Hardware einbeziehen, können mit CI/CD-Zyklen nicht Schritt halten. Deshalb haben die Entwicklungsteams zunehmend Schwierigkeiten, Tests zu skalieren, Probleme zu reproduzieren und die Compliance zu gewährleisten (siehe Bild 1).

Stand der Technik: Software- und Hardware-Tests „in the loop“

Das liegt daran, dass selbst die fortschrittlichsten OEMs in ihrer Software- und Hardware-Entwicklung noch mit traditionellen Hardware-Setups arbeiten, die Feedback-Schleifen verlangsamen und Fehler erst in den teuersten Phasen der Entwicklung aufdecken. Das ist – wenn man in diesem Konzept verbleibt – nicht anders zu machen, denn man kann Tausende von Szenarien nicht sinnvoll parallelisieren oder seltene Zustände zuverlässig reproduzieren.

Deshalb bleibt das tatsächliche Netzwerk-verhalten (CAN, FlexRay, Ethernet, DoIP) oft bis in die späten Integrationswochen ungetestet. Darüber hinaus erschweren Hardware-Wechsel, fehlerhafte Kabelbäume, instabile Stromversorgungen und begrenzte Laborzeiten häufig die kontinuierliche Integration (CI).

Die Zukunft: Software-Tests mit virtuellen ECUs

Eine Lösung dieses Problems sind virtuelle ECUs (vECUs), die das Testen neuer

Software ermöglichen, noch bevor die Hardware existiert (Bild 2). Damit haben sie das Potenzial, die Integration und Validierung der SDV-Entwicklung zu beschleunigen und die „time to market“ zu verkürzen. Das geht einher mit einer „Arbeitsteilung“: Die Hardware-Labors werden nur für die Aufgaben genutzt, die tatsächlich die Hardware betreffen, während die Software-Entwicklungsteams den Großteil der Integration und Validierung von Kfz-Steuergeräten in einer virtuellen, cloud-basierten Umgebung er-ledigen.

Die flexible Kombination aus vECU-Ausführungen und cloudbasierten Tests verlagert die Integration in frühere Phasen, beschleunigt die Fehlererkennung und entlastet die Entwicklungslabore, sodass sie sich auf echte Hardwareprobleme konzentrieren kön-nen.

Fünf Virtualisierungsstufen

Die Tests laufen in fünf Virtualisierungsstufen ab, die einem strukturierten Verlauf von abstrakten Simulationen hin zu einer hochauflösenden, hardware-nahen Ausführung folgen (Bild 3).

Stufe 0 stellt ein Modell des Steuergerätes auf einer hohen Abstraktionsebene dar und konzentriert sich auf die Kernsteuerlogik sowie die frühe Funktionsvalidierung ohne Abhängigkeiten von Software-Stacks. Stufe 1 führt echte Softwareanwendungen ein und ermöglicht es den Entwicklern, das Verhalten auf Anwendungsebene, den Datenfluss und die Interaktionslogik zu validieren. Stufe 2 fügt eine simulierte Basic Software (BSW)-Schicht hinzu, die eine detailliertere Verifizierung des Middleware-Verhaltens und der Systemdienste in einer kontrollierten virtuellen Umgebung ermöglicht.

Stufe 3 führt BSW-Komponenten in Produktionsqualität aus und gewährleistet Kompatibilität, Integration sowie realistische Systeminteraktionen, wenn die Software sich der Einsatzbereitschaft nähert. Stufe 4 stellt die tatsächliche Ziel-Binärdatei bereit. Sie enthält Ausführungsbedingungen, die das Hardwareverhalten genau wider-spiegeln, und ermöglicht die abschließende Validierung vor HIL- oder physischen ECU-Tests.

Dieser stufenweise Ansatz macht die frühe Entwicklung schnell und kosteneffizient. Zugleich unterstützt sie einen reibungslosen Übergang zu realen Tests mit höherer Genauigkeit, wenn Projekte sich Integrations- und Release-Meilensteinen nähern.

Was ist eine virtuelle ECU?

Eine virtuelle ECU (vECU) ist die Software-in-the-Loop-Darstellung einer Kfz-ECU. Sie ermöglicht es OEMs, unabhängig von physischen Testumgebungen zu integrieren, zu testen und zu debuggen. Ausgereifte Plattformen unterstützen mittlerweile mehrere Abstraktionsebenen: Applikation, Middleware, Betriebssystem und standardisierte Automobil-Schnittstellen.

Somit sind virtuelle ECUs für Automobil-Tests gut skalierbar und praktisch einsetzbar für die Entwicklung von SDVs. Sie werden u.a. eingesetzt, um eine sinnvolle frühe Integration und groß angelegte CI-Tests zu er-möglichen.

Wie laufen Tests mit einer virtuellen ECU ab?

Wenn eine Änderung übernommen wird, ruft die Pipeline den neuesten ECU-Code und die Tests ab, erstellt daraus eine ausführbare Form für die vECU und startet ein sauberes Embedded-Software-Modell neben einem simulierten Fahrzeugnetzwerk. Die Tests laufen parallel in der Cloud, sodass innerhalb von wenigen Minuten abgeschlossen ist, was sich früher erst einmal in der Warteschlange hinter knappen Testplätzen einreihte (Bild 4).

Sobald die Ergebnisse vorliegen, werden Protokolle und Metriken automatisch erfasst und mit den relevanten Anforderungen verknüpft. So können ohne zusätzlichen Auf-wand Sicherheitsnachweise generiert werden. Wenn die Änderung die Qualitätsanforderungen nicht erfüllt, wird der Test gestoppt; wenn sie besteht, wird sie integriert. Der Workflow bleibt einfach und deterministisch: Commit, Ausführen der Software in einer originalgetreuen virtuellen Umgebung, Sammeln von Nachweisen und Ausliefern nur dessen, was bestanden hat.

Der Referenz-Stack

Mehrere Plattformen ermöglichen virtualisierte Tests über die vECU-Ebenen 0 bis 3

hinweg und SDV-Entwicklungs-Workflows auf verschiedene Abstraktionsschichten.

Synopsys Silver unterstützt V-ECUs für die Integration auf Anwendungs-, Middleware- und Betriebssystemebene und ermöglicht so frühzeitiges Testen und die vollständige Ausführung virtueller ECUs, lange bevor Hardware-Prototypen verfügbar sind. Die Zusammenarbeit mit AWS verbessert die Validierung und bietet Ingenieuren einen tieferen Einblick in das Chip-Verhalten, die Software-Leistung und den allgemeinen Systemzustand über gesamte SDV-Programme hinweg.

ETAS VECU-BUILDER generiert virtuelle ECUs als FMI 2.0/3.0-Co-Simulations-FMUs, wodurch sie über Toolchains hinweg portierbar und leicht in bestehende SIL-Pipelines zu integrieren sind. In Kombination mit ISOLAR-EVE bietet es einen effizienten Weg für AUTOSAR-zentrierte Workflows: Entwicklungsteams können Konfigurationen, BSW-Module und Testressourcen ohne großen Nacharbeitsaufwand wiederverwenden.

Netzwerk- und Rest-Bus-Simulation

Mit Elektrobit EB Assist steht eine ausgereifte Tool- und Hardware-Familie zur Verfügung, die in der ADAS- und automatisierten Fahrentwicklung weit verbreitet ist. Sie unterstützt Datenerfassung und -wiedergabe, Bus- und Rest-Bus-Simulation und bietet ein modulares Framework zum Aufbau und zur Validierung von Wahrnehmungs- und Steuerungs-Pipelines.

Im vECU-Kontext bietet EB Assist eine hochpräzise Rest-Bus- und Netzwerksimulation – einschließlich CAN-, FlexRay- und Ethernet-Feeds sowie synchronisierter Protokollierung. ADTF ergänzt diese Konfiguration durch das Hosting und die Koordination der gesamten Verarbeitungspipeline und gewährleistet eine deterministische Ausführung und reproduzierbare Testszenarien in virtualisierten Umgebungen.

Cloud & Compliance-Backbone

Für groß angelegte Ausführungs- und Compliance-Workflows wird die zugrunde liegende Infrastruktur generischer und cloudbasiert. AWS Graviton stellt effiziente ARM-basierte Rechenleistung bereit, die ideal für Workloads im Automobilbereich ist.

Polarion Automotive vervollständigt den Stack durch die Vereinheitlichung von Anforderungen, Änderungs- und Variantenmanagement, Testmanagement sowie

auditfähigen Nachweisen über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Es gewährleistet durchgängige Rückverfolgbarkeit und unterstützt die Einhaltung von ISO 26262, ASPICE und ISO/SAE 21434 durch vorgefertigte Vorlagen und automatisierte Dokumentationsabläufe.

Sechs Empfehlungen für die optimale Nutzung von vECU-basiertem Testing

• Kurze Feedbackschleifen: Schnelle Iteration hat einen hohen Einfluss auf die Entwicklungsqualität und das Teamverhalten als jedes Dashboard oder jeder Bericht.

• Shift left: Der Großteil der Integrationstests sollte virtualisiert werden, bevor physische Testumgebungen genutzt werden. L1–L3-vECUs (z. B. Synopsys Silver) und FMU-basierte Workflows (z. B. ETAS VECU-BUILDER) ermöglichen es, auf „Bench-First“-Setups zu verzichten, ohne an Genauigkeit einzubüßen.

• Übermäßige Modellierung vermeiden: Die meisten Programme erzielen den besten ROI auf L2/L3, wo eine Genauigkeit auf Betriebssystemebene aus-reicht und eine vollständige Systemmodellierung zu unnötigem Overhead wird.

• Frühzeitiges Spiegeln der Busse: Viele Überraschungen in der späten Entwicklungsphase resultieren aus nicht übereinstimmendem CAN-, FlexRay- oder Ethernet-Verhalten. Cal/XCP-Workflows und EB Assist-Toolchains helfen dabei, Kommunikationsrisiken zu minimieren, bevor die Hardware-Integration beginnt.

• Cloud und Fahrzeug eng zusammen halten: Wenn das Zielfahrzeug auf ARM läuft, sollte die rCI-Ausführung entsprechend ausgerichtet sein. Die Verwendung von AWS Graviton und SOAFEE-konformen Mustern gewährleistet architektonische Parität, reduziert Portierungsprobleme und verbessert die Konsistenz.

• Rückverfolgbarkeit integrieren: Tests sollten automatisch mit Anforderungen verknüpft und entsprechende Nachweise generiert werden. Wenn Compliance-Artefakte bei jedem Build automatisch erstellt werden, werden Audits zu schlichten Exporten und nicht zu mehrwöchigen Projekten.

Künstliche Intelligenz

Revolution: Die softwaredefinierte Zukunft

Fazit: Eine neue Grundlage für skalierbares Software-Testing

Virtuelle ECUs werden Hardware-Labore nicht ersetzen, aber sie verändern grundlegend die Art, wie diese Labore genutzt werden. Sie ermöglichen eine frühzeitige Fehlererkennung, eine rasche Validierung des tatsächlichen Netzwerkverhaltens und die automatisierte Generierung von Compliance-Artefakten. All dies beschleunigt die Integration erheblich, und es verbessert die Softwarequalität. Diese Technologie verändert bereits jetzt die Art und Weise, wie führende Automobilunternehmen komplexe Fahrzeugsoftware entwickeln, testen und validieren.

Mit zunehmender Reife werden vECUs mehr Konfigurationen, Multi-ECU-Systeme und durchgängige SDV-Programme unterstützen. Dies wird zu stabilen Release-Zyklen und weniger späten Überraschungen führen. Die Richtung ist klar: Die virtuelle Integration ist kein Experiment mehr. Sie hat sich schon zur neuen Grundlage für zuverlässige, skalierbare, software-definierte Mobilität entwickelt, und diese Entwicklung wird weitergehen.  (sg)

* Oleksandr Horbachenko ist Mobility Cloud Practice Lead bei Intellias.

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