RFLP Frühzeitig validieren, verifizieren und optimieren

Autor / Redakteur: Michael Seibt* / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Hinter dem Begriff Model-based Systems Engineering steckt die virtuelle Integration verschiedener Funktionen in das Gesamtverhalten eines Produkts. State-of-the-art im Automobilbau ist es, Fahrzeugfunktionen in Verbindung mit dem Verhalten des Gesamtfahrzeugs zu simulieren und validieren.

Anbieter zum Thema

Virtuelle Systemintegration und –simulation mit Model-based Systems Engineering.
Virtuelle Systemintegration und –simulation mit Model-based Systems Engineering.
(Bild: Dassault Systèmes)

Eine der höchsten Prioritäten für alle global agierenden Automobilbauer ist es, die Möglichkeiten der Simulation verschiedener Engineering-Disziplinen wie z.B. Mechanik, Elektronik und Software auf System-Ebene optimal zu nutzen. Eine besondere Herausforderung hierbei ist die Integration von Funktionen und Verhaltensmodellen unterschiedlicher Produktentwicklungsbereiche wie Karosserie, Fahrwerk, Antrieb und Elektrik/Elektronik (EE).

Steigende Komplexität

Die steigende Vielfalt und Komplexität der Fahrzeuge entsteht unter anderem durch höhere Anforderungen an neue Fahrassistenzsysteme. Diese zeichnen sich durch eine hohe Vernetzung innerhalb des Fahrzeugs aus, was bei der Entwicklung von Fahrdynamik, Antrieb und Elektrik/Elektronik berücksichtigt werden muss. Durch virtuelle Systemintegration und -simulation können diese Funktionen frühzeitig computergestützt validiert, verifiziert und optimiert werden. Abbildung 1 zeigt eine „closed-loop“-Simulation eines virtuellen System-Prototyps mithilfe eines RFLP (Requirements, Functions, Logics, Physics)-Ansatzes mit dem Ziel, schon sehr frühzeitig Steuergeräte und Funktionen zu integrieren und hinsichtlich ihrer Anforderungen zu validieren und verifizieren.

Bildergalerie

Anforderungen, Funktionen, logisches Verhalten und physikalische Anteile

In diesem Beispiel definiert der Systemarchitekt zunächst die Top-Level-Anforderungen und Zielkriterien. Danach werden potenzielle technologische Lösungen definiert und in einem weiteren Schritt modelliert und simuliert. Im letzten Schritt wird dann für den speziellen Use Case die beste Lösung identifiziert. Dies geschieht in Wechselwirkung mit einem RFLP-Framework, wobei die Zusammenhänge zwischen Anforderungen, Funktionen, logischem Verhalten und den beteiligten physikalischen Anteilen immer berücksichtigt und mitgezogen werden. Damit wird es möglich, die herkömmliche Welt der Funktionsentwicklung, die sich nach Anforderungen, Funktionen, Logik und der Physik orientiert, mit den neuen virtuellen Methoden zu kombinieren.

Wie sieht der Fahrzeugentwurf künftig aus?

Das folgende Beispiel wurde im Oktober 2013 den Teilnehmern auf einer Konferenz der Global Automotive Advisory Group GAAG als Szenario für den zukünftigen Fahrzeugentwurf demonstriert. Es beschreibt die durchgängige Implementierung und Validierung der Fahrerassistenzfunktion „Emergency Break Assistance“ (EBA). Abbildung 2 zeigt dabei die beteiligten Modelle und Komponenten für die virtuelle Systemintegration und -simulation.

Die Geometrie des Gesamtfahrzeuges wurde dabei in Catia erstellt und das zugehörige Steuergerät (ECU) in Matlab/Simulink modelliert. Um virtuelle Systemintegration und -simulation erfolgreich durchzuführen, wurden die Komponenten FMI (Functional Mock-up Interface)-konform implementiert. Dadurch können die unterschiedlichen Komponenten auf einer virtuellen Plattform integriert und gleichzeitig simuliert werden.

Die Sensoren wurden herkömmlich in C-Code modelliert. Das Bremsenmodell ist mithilfe von Modelica Fahrdynamik Bibliotheken erstellt worden, wobei das dynamische Verhalten von Funktionen wie ABS und ESP mit den physikalischen Bremsen und Rädern im Fahrzeugkontext modelliert wurde. In dem gewählten Szenario war es möglich, frühzeitig Aussagen über die Funktionalität und das Zusammenspiel der unterschiedlichen Komponenten abzuleiten, ohne einen physikalischen Prototypen gebaut und getestet zu haben.

Entwicklung ohne Medienbruch

Ein wichtiger Aspekt bei der Anwendung dieser neuen Methoden ist, dass die Nutzung der zugrundeliegenden Entwicklungsprozesse, die absolut geschäftskritisch sind, idealerweise ohne Medienbrüche erfolgen muss. Für die entsprechenden Mitarbeiter bringt dies teilweise nicht unbeachtliche Herausforderungen mit sich, die sich einerseits aus der Informationskomplexität und -dynamik und andererseits jedoch auch aus für den Fachbereich neuartigen Herangehensweisen ergeben. Manche bezeichnen dies als einen „Kulturwandel“, den Mitarbeiter und Partner zuverlässig mittragen müssen, wobei die Qualitäts- und Markteinführungsziele nicht außen vor bleiben dürfen und fest im Blick zu behalten sind.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:42942463)