Standardisierung schreitet voran

Graz. Ende September startete in Graz das EU-Projekt ACOSAR (Advanced Co-Simulation Open System ARchitecture). Das Projektkonsortium besteht aus führenden europäischen Fahrzeugherstellern, Zulieferern und Forschungseinrichtungen, die gemeinsam an der Standardisierung für modulare, verteilte und offene Systementwicklung arbeiten.

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Systemschnittstelle, mit der sich Echtzeitsysteme auch über größere Entfernungen hinweg verbinden und zu einem gemischt virtuell, realen und funktionalen Prototypen zusammenführen lassen. Das Projekt wird vom Grazer Forschungszentrum Virtual Vehicle geleitet. Als Ergebnis erwartet man sich kostengünstigere Entwicklungsprozesse sowie Möglichkeiten für neue Geschäftsmodelle.

Strengere Vorschriften der Gesetzgeber (beispielsweise EURO VI oder „Zero Emission Zonen“), die steigende Bevölkerungszahl in Städten, der boomende asiatische Automarkt und immer individueller werdende Kundenanforderungen stellen europäische Fahrzeughersteller vor eine große Herausforderung: Der Markt braucht eine große Anzahl verschiedenster Fahrzeugvarianten – und diese führen zu zeit- und kosteneffiziente Entwicklungsprozesse in der Industrie.

Frühzeitige Vorhersagen und entsprechend frühe Konzeptentscheidungen sind wesentliche Erfolgsfaktoren in modernen Entwicklungsprozessen. Mithilfe von Co-Simulation können unterschiedliche Simulationsmodelle gekoppelt werden und eine gesamtheitliche Systemanalyse wird in sehr frühen Phasen der Entwicklung (Frontloading) möglich.

In der Fahrzeugentwicklung bezeichnet der Begriff Co-Simulation den Ansatz, bei dem die Komplexität des gesamten mechatronischen Produkts „Fahrzeug“ mit seiner Umwelt virtuell in einer Entwicklungsumgebung abgebildet wird. Dabei werden eine oder mehrere domänen- oder fachabteilungsspezifischen Komponenten zu einem interaktiven Simulationsmodell verbunden.

Eine naheliegende Erweiterung des (nicht echtzeitfähigen, offline) Co-Simulationsansatzes stellt die Einbindung von Echtzeitsystemen dar. Eine oder mehrere Komponenten, die als echte Hardware auf entsprechenden automatisierten Prüfständen verfügbar sind (beispielsweise der Motor), werden dabei direkt in das bestehende Systemmodell eingebunden. Im Rahmen des Projekts ACoRTA am Grazer Forschungszentrum Virtual Vehicle wurde etwa – gemeinsam mit den Partnern AVL List, Porsche und der TU Graz – eine neue Methode entwickelt, die diese Hardware/Software-Co-Simulation in Echtzeit ermöglicht.

Durch die Erweiterung der Co-Simulation in die Echtzeitwelt ist es möglich, den Co-Simulationsansatz während des gesamten Produktentwicklungsprozesses durchgängig anzuwenden. Um einen breiten Einsatz gewährleisten zu können, ist ein weltweiter Industriestandard notwendig. Genau hier kommt ein neues EU-Projekt namens „ACOSAR“ ins Spiel.

Für die rein virtuelle Welt gibt es bereits einen weitverbreiteten Standard – das Functional Mock-up Interface (FMI). Dieses ermöglicht die Kopplung beliebiger Simulationsmodelle in einer Simulationsumgebung. Ein entsprechender Standard für Echtzeitsysteme, der die Netzwerkkommunikation miteinbezieht, ist jedoch noch ausständig, aber notwendig – denn Simulationen in Echtzeit sind unerlässlich, sobald reale Komponenten in einer ansonsten virtuellen Umgebung betrieben werden, da sind sich Experten einig.

Aktuell ist die Entwicklung von neuen Fahrzeugen über viele Partner, an vielen Standorten und über viele Länder hinweg verteilt. Dies umfasst nicht nur Entwicklungsprozesse mit realen Komponenten und Systemen sondern auch die frühe Entwicklung mit Modellen und Simulation. Diese „topologisch verstreuten“ Entwicklungsaufgaben in allen Entwicklungsphasen an einem Standort zusammenzuführen ist, aufgrund des hohen Zeit- und Ressourcenaufwands, nicht vertretbar – eine interoperable Lösung ist also gefordert, die durch ACOSAR geliefert wird.

Im Projekt soll eine Schnittstelle, das sogenannte Advanced Co-Simulation Interface (ACI), entwickelt werden, mit der sich Echtzeitsysteme, auch von verschiedenen Herstellern, über topologische Distanzen hinweg verbinden und zu einem virtuellen, simulierten Gesamtsystem zusammenführen lassen. Durch die angestrebte Standardisierung soll insbesondere der dafür erforderliche Konfigurationsaufwand deutlich reduziert und damit die Effizienz von Tests und Simulationen erhöht werden.

ACI ermöglicht Automobilherstellern und ihren Zulieferern, gemeinsam komplexe Systeme effizient zu entwickeln und frühzeitig zu testen (Frontloading). Ein Beispiel für diese Systeme sind Entwicklungen im Bereich des Automatisierten Fahrens, wo die einzelnen Komponenten von verschiedenen Herstellern (Kameras, Sensoren, Analyse- und Steuerungssysteme) stammen. Bei der Umfeld-Erkennung für automatisierte Fahrfunktionen etwa können Entwickler mithilfe des ACI reale Sensoren unterschiedlicher Hersteller einfach in Gesamtsysteme zur Systemauslegung integrieren und damit reale Effekte von Sensoren sehr früh im Design berücksichtigen.

Auch für die Hersteller von Simulationstools und Echtzeit-Simulationssystemen erschließen sich durch ACOSAR neue Anwendungsgebiete und Umsatzperspektiven, da ihre Systeme im Verbund mit anderen Komponenten auch für komplexere Aufgaben einsetzbar sind.

ACOSAR wird von Virtual Vehicle koordiniert. Insgesamt arbeiten 15 Partner aus drei Län-dern in diesem Projekt zusammen – darunter drei große Fahrzeughersteller (Volkswagen, Porsche und Renault) sowie zahlreiche Zulieferer (AVL, Bosch, dSPACE, ETAS oder Siemens) und renommierte Forschungseinrichtungen.

Mit dem durch ACOSAR entwickelten ACI werden frühzeitige Tests und verbesserte Entscheidungsprozesse möglich. Automobilhersteller sowie Forschungseinrichtungen profitieren von wesentlichen Zeit-, Ressourcen- und Kostenersparnissen.

Klare Vorteile gibt es laut ACOSAR vor allem auch für Klein- und Mittelbetriebe: Durch die geplante Standardisierung wird ihnen Zugang zu, ansonsten Großunternehmen vorbehaltenen, Bereichen und Geschäftsfeldern gewährt. Nicht zuletzt besteht durch die Standardisierung der ACI die Möglichkeit vollkommen neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Innovative Formen der Zusammenarbeit, wie zum Beispiel Testbench-Sharing oder Echtzeit-Cloud-Simulation, können bald sehr einfach und unternehmensu¨bergreifend umgesetzt werden.