Automotive Softwaretechnik für pilotiertes Fahren

Die erfolgreiche Implementierung von pilotierten Fahrfunktionen erfordert neue Konzepte und Ansätze in der Automotive Softwareentwicklung. Insbesondere werden Methoden aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz die intelligenten Systeme im Automobil vorantreiben.

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Eine Verbindung mit einem zentralen IT-Backend schafft neue Möglichkeiten für innovative Anwendungsfälle, z.B. eine Optimierung des Verkehrsflusses. Die Umsetzung im Rechenzentrum wird von Container-Technologien wie Linux Container/Docker und neuen Architekturmustern wie Microservices unterstützt. Um den immensen Datenverkehr in der komplexen E/E-Vernetzungsarchitektur von autonomen Fahrzeugen bewältigen zu können, müssen neue Kommunikationskonzepte betrachtet und umgesetzt werden.

In den letzten Jahren wurden viele Innovationen, unter anderem im Bereich der Fahrerassistenz, konzipiert und zur Serienreife entwickelt. Ein Beispiel dafür ist der Audi active lane assist: Beim Verlassen der Fahrspur wird der Fahrer nicht nur gewarnt, sondern auch im Rahmen der Systemgrenzen aktiv bei der Spurhaltung unterstützt. Ermöglicht wird dies durch eine stetig steigende Anzahl an Software und elektrischen/elektronischen Systemen im Automobil. Die logische Fortsetzung dieser Systeme sind pilotiertes Fahren und Parken, welche bereits heute Schlüsseltechnologien der Zukunft sind.

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Im Mai dieses Jahres fuhr Ilse Aigner, Bayerische Staatsministerin für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, im neuesten Konzeptfahrzeug Audi A7 piloted driving concept von Ingolstadt aus auf der Autobahn A9 in Richtung Denkendorf. Das Forschungsauto „Jack“ hat gelernt, sämtliche Fahrmanöver auf der Autobahn nicht nur selbstständig, sondern vor allem mit Rücksicht auf andere Verkehrsteilnehmer durchzuführen. Das ausgewiesene digitale Testfeld auf der Autobahn A9, das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur mit eingerichtet wurde, bietet dafür beste Voraussetzungen.

Die innovativen und neuen Konzepte sind eine technologische Herausforderung, aus der sich wiederum völlig neue Herausforderungen für die automotive Softwareentwicklung ergeben. Zusätzlich muss diese auf aktuelle Trends der Elektrik-/Elektronik-Entwicklung reagieren. Die Aufgabe der Audi Electronics Venture GmbH ist, die AUDI AG bei der Bewältigung der anstehenden Herausforderungen als kompetenter Partner zu unterstützen.

1. Einführung pilotiertes Fahren

Um das pilotierte Fahren umsetzen zu können, benötigt das Fahrzeug eine vollständige 360-Grad-Sicht auf das unmittelbare und mittelbare Umfeld. Hierzu kommen verschiedenste Sensoren mit unterschiedlichen Wahrnehmungsbereichen zum Einsatz, siehe Abbildung 1 in der Bildergalerie. Auch muss der Umkreis redundant erfasst werden, um Plausibilisierungen durchführen, Störungen bzw. Fehlfunktionen erkennen und ggf. Sensorersatzwerte bestimmen zu können.

Alle Messgrößen werden dazu in der zentralen Sensordatenfusion verarbeitet, die ein vollständiges Modell der Umgebung berechnet. Zusätzlich können über die Car-to-X-Kommunikation oder ein zentrales IT-Backend weitere Informationen gesammelt und mit verarbeitet werden. Dieses Modell wird nun in der Trajekorienplanung weiter verwendet, um Planungen der Fahrbahn auf Basis des Umfelds durchführen zu können. Eine weitere Softwarekomponente zur Entscheidungsfindung berechnet die internen Zustände und aktiviert die entsprechenden Softwaremodule, z. B. die Berechnung einer neuen Trajektorie. Eine Aktoransteuerung steuert nun das Getriebe, das elektronische Gaspedal und die Bremsen an, und gibt den berechneten Lenkwinkel vor. Während der Fahrt wird aufgrund der Eigenbewegung und der Änderungen im Umfeld laufend neu berechnet und nachgeregelt.

Für die seriennahe Entwicklung existiert das sogenannte zFAS (zentrales Fahrerassistenz-Steuergerät) mit einer sehr leistungsfähigen Hardwarearchitektur in der Größe eines Laptops, siehe Abbildung 2 in der Bildergalerie.

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