Fahrzeugelektronik neu gedacht: Booster für die Entwicklung

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Die Fahrzeugelektronik erlebt derzeit eine Renaissance, da die Automobilhersteller komplexe Technologien nutzen, um ihre Produkte zu differenzieren. Dies wird sich noch verstärken, wenn fahrerlose Fahrzeuge alltäglich werden. Seit einiger Zeit beginnen sich Methoden der modellbasierten Entwicklung (Model-Based Development – MBD) in der Branche durchzusetzen.

Während für die Entwicklung von Halbleiterdesigns bereits modernste Softwaretools und präzise Systemmodelle zum Einsatz kommen, werden die Automobilsysteme, in denen sie sich befinden, oft noch mit traditionellen, statischen Schaltplänen für die Fahrzeugelektronik beschrieben. Dies führt zu Problemen in der automobilen Wertschöpfungskette, von der Entwicklung über die Fertigung bis hin zu den Servicezentren.

Neue Methoden bei der Entwicklung der Fahrzeugelektronik

Seit einiger Zeit beginnen sich Methoden der modellbasierten Entwicklung (Model-Based Development – MBD) in der Branche durchzusetzen. Sie ermöglichen es, die wachsende Systemkomplexität während des gesamten Entwicklungsprozesses zu erfassen und zu kontrollieren. Ein „digitaler Zwilling“, ein virtuelles Systemmodell, erlaubt eine dynamische Analyse des Entwurfs, so dass sich die gesamte Komplexität des Systems vor der Implementierung gründlich mit Hilfe des virtuellen Zwillings testen und bewerten lässts. Dies hat die Entwicklung grundlegend verändert.

Dieses Modellierungskonzept birgt enormes Potenzial, wenn es über die Grenzen des Entwicklungsprozesses hinaus auf die Fertigung und den Kundendienst ausgedehnt wird. Ganz konkret unterstützt der digitale Zwilling den Servicetechniker, indem er die richtigen Informationen schnell und korrekt bereitstellt. Das erspart allen Beteiligten Zeit und Geld.

Systemkomplexität der Fahrzeugelektronik erfassen und kontrollieren

Online-Visualisierungstools interpretieren diese Elektronik-Modelle und stellen sie in einer angepassten Weise für die dynamische Navigation, Inspektion und Fehlersuche in elektrischen Systemen dar. Dies hat große Auswirkungen auf die Produktivität von Servicezentren und Fertigungsbetrieben. Bei einem älteren Fahrzeug, bei dem das elektrische System nur aus einigen wenigen Komponenten besteht, ist ein solches Schema nicht erforderlich. Ein durchschnittliches modernes Auto sieht jedoch eher aus wie ein Verbund von Computern auf Rädern. Laut Chris Isidore von CNN Business enthält das durchschnittliche Auto der 2020er Jahre zwischen 50 und 150 Halbleiterbauteile, 100 elektronische Steuergeräte (ECU) und kilometerlange Kabel. Da 30 Prozent der Kosten eines modernen Autos auf seine Elektronik entfallen, braucht es hier eine Diagnosemethode, die dem Komplexitätsgrad gerecht wird.

Wie funktionieren diese Werkzeuge? Das Modell eines Elektroniksystems in einem Kraftfahrzeug ist in einer Datenbank enthalten, die sich automatisch aus verschiedenen Quellen ableiten lässt, etwa aus dem ECAD-Entwicklungssystem, aus Excel-Tabellen oder speziellen Schnittstellen für Programmierumgebungen. Spezifische Details aus der Datenbank, die auf dem Computer des Endanwenders oder in der Cloud gespeichert sein kann, werden von dem Visualisierungstool ausgelesen. So kann der Techniker ein Rendering der Informationen ausführen, die er für ein bestimmtes Problem benötigt, indem er Abfragen, Bauteilbezeichnungen, Signalpfade usw. verwendet. Traditionell würde man etwa bei einem Problem mit der Schaltanzeige den Schaltplan auf Papier oder am Computer aufrufen, und der Techniker müsste sich durch mehrere Schaltplanseiten wühlen, um die relevanten Signale zur Lösung eines Problems zu finden. Allein sicherzustellen, dass der richtige, aktuelle Schaltplan verwendet wird und für die richtige Variante des Fahrzeugs, ist langwierig.

Online-Visualisierung mit allen relevanten Informationen

Mit einer modellbasierten, dynamischen Online-Visualisierungslösung wird das einfacher: Der Techniker kann die Fahrgestellnummer des Fahrzeugs und den Namen eines Bauteils, zum Beispiel der Schaltanzeige, einfach in seinem Tablet eingeben, und das Tool sucht für die aktuelle Fahrzeugvariante in der Datenbank die Schaltanzeige heraus. Es zeigt zudem automatisch die zugehörigen elektrischen Verbindungen zum relevanten Steuergerät (ECU) einschließlich der Steckverbinder und anderer Komponenten. Der Servicemitarbeiter kann so jedes Bauteil der Fahrzeugelektronik und die entsprechenden Kabel prüfen und Fehler lokalisieren.

Wenn der Techniker den Namen oder die Teilenummer des Steuergeräts im Armaturenbrett nicht kennt, so ist das kein Problem. Denn das Tool bietet eine google-ähnliche Suchfunktion, bei der es eine Liste sämtlicher Komponenten ausgibt, die den aktuellen Suchbegriff enthalten, und somit eine schnelle Auswahl des korrekten Bauteils ermöglicht.

Durch die Visualisierung erhalten Anwender eine leicht verständliche Grafik, die alle relevanten Informationen umfasst. Jede Komponente kann ausgewählt werden, und Details wie ein Bild des Bauteils oder Teilebeschreibungen lassen sich einfach anzeigen. Es sind auch vollständige Ansichten eines Systems möglich, so dass der Anwender von einer bekannten übergeordneten Ansicht aus ins Detail gehen kann.

Für die Entwicklung und Fertigung der Fahrzeugelektronik kann das Visualisierungstool automatisch eine vollständige Dokumentation (PDF und HTML), eine Materialliste (BOM) und andere Informationen bereitstellen. Die Konnektivität des Systems lässt sich überprüfen, und einzelne Komponenten können anhand des digitalen Modells freigegeben werden. Mehrere Modellierungsstände sind für Aktualisierungen oder Korrekturen automatisch miteinander vergleichbar.

Branchen wie die Halbleiterindustrie haben Pionierarbeit beim Einsatz fortschrittlicher Softwaretools geleistet, um extreme Komplexität zu bewältigen. So wird die in die Altair Electronic System Design Suite integrierte Visualisierungstechnologie EEvision, die von Concept Engineering entwickelt wurde, bereits in der Automobilindustrie sowie in anderen Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt und dem Transportwesen genutzt. Die Lösung wird in Entwicklungs- und auch Fertigungsteams sowie Servicezentren verwendet, wo sie die Durchlaufzeiten bei der Wartung zum Vorteil der Fahrzeuganbieter und ihrer Endkunden verkürzt hat. EEvision wird in Bereichen eingesetzt, die sich keinerlei Fehler erlauben können. Somit kommt die Software im NASA/Jet Propulsion Laboratory (JPL) für die Montage-, Test- und Startvorgänge bei der MARS 2020-Mission beim Rover „Perseverance“, sowie bei anderen zukünftigen Missionen zum Einsatz. Und auch auf der Rennstrecke, wo Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit das A & O sind, ist EEvision zu finden: Dort wird das Tool von einem der besten Formel-1-Teams eingesetzt.

Von Gerhard Angst.

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