Gegenstand der Arbeit ist die Auslegung und Sicherheitsbetrachtung einer fahrzeugübergreifenden X-by-Wire Plattform zur Ausführung jeglicher Fahr- und Assistenzfunktionalität ohne mechanisches Backup unter Anwendung des neu entwickelten FlexRay Bussystems. Die Entwicklung dieser Plattform fand im Rahmen des EU Forschungsprojektes SPARC statt, das von der Firma DaimlerChrysler AG koordiniert wurde. Die Plattformarchitekturentwicklung einschließlich der Entwicklung des gesamten Plattformmanagements (inkl. Redundanzmanagement) wurde am Institut für Luftfahrtsysteme (ILS) vom Verfasser dieser Arbeit durchgeführt, dem für die Umsetzung ein Projektteam am ILS zur Seite stand. Dies Umsetzung umfasste die Realisierung des Plattformkerns zur sicheren Ausführung umfassender Fahr- und Assistenzfunktionen, die Konfiguration des Plattformkerns sowie der FlexRay-Kommunikation für alle aufgebauten Demonstratoren (SMART Roadster, Daimler-Benz Actros 4x2 mit angepasstem Kögel Sattelauflieger und Daimler-Benz Actros 6x2 mit Wechselaufbau und Anhänger), die Integration und Verifikation der Gesamtplattform einschließlich der von Partnern entwickelten Funktionen, sowie die Unterstützung der Fahrzeugintegration und Fahrerprobung. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Herleitung zentraler Plattformanforderungen mit Schwerpunkt Ausfallsicherheit, den systematischen Transfer in Entwurfsanforderungen mit der Darstellung deren Umsetzung und dem Nachweis der Ausfallsicherheit der absolut sicherheitskritischen Systemfunktionen (Lenken und Bremsen). Die Funktionsweise der redundanten Ausführung von Systemfunktionen zur Sicherstellung der quantitativen Sicherheitsanforderungen wird umfassend dargestellt. Die Ausfallsicherheit von Funktionen wird mit Hilfe einer neu entwickelten, hierarchischen Methode am Beispiel der Lenk- und Bremsfunktion nachgewiesen. Für diese Analyse wird die Plattform um fiktive Module ergänzt. Mit diesen ist es möglich, in übersichtlicher Art und Weise Fehler im Plattformkern (auch byzantinische Fehler) und Fehler in der Kommunikation zu berücksichtigen. Eine separate, sicherheitsbezogene Detailanalyse zeigt, dass die korrekte Arbeit der Plattform zentral von der Datenkonsistenz zwischen den Hardware-Ressourcen des Plattformkerns abhängt und dient zur Herleitung der Fiktivmodule. Hierzu werden die Hardware-Ressourcen des Plattformkerns wie auch die Kommunikation bzgl. ihres möglichen Fehlverhaltens mit Hilfe von Fehlerklassen so modelliert, dass alle möglichen Fehlermodi berücksichtigt sind. Im Anschluss wird der Sicherheitsnachweis ausgewertet und hinreichende strukturelle Anforderungen an die Plattformhardware, die Plattformkommunikation und an Softwarefunktionen abgeleitet.
The subject of this thesis is a so called vehicle comprehensive X-by-Wire platform. This plat-form is able to perform any vehicle control- and assistance functionality being implemented as application within the platform-core. The platform is set up without the use of any me-chanical backup and applies the newly developed FlexRay bus-system. The development of this platform took place within the SPARC-project being funded by the European commission and coordinated by the DaimlerChrysler AG. The development of the platform's architecture including its platform- and redundancy management took place at the Institute of Aircraft Systems (ILS) under the author's responsibility with the help of a project team at the ILS. This work included the realization of the platform-core, its configuration and the configuration of all FlexRay-networks for all demonstrators that have been set up (SMART Roadster, Daimler-Benz Actros 4x2 with adapted Kögel) semi-traitor and Daimler-Benz Actros 6x2 with swap body and full-trailor), the integration and verfication of the over-all platform including the applications that have been developed from project-partners plus the support during the vehicle integration and vehicle proving. This thesis does focus on the analysis of the central requirements including quantitative safety-requirements, the systematic transfer to design-requirements and finally on the description of the implementation and mode of operation. The first part of the thesis compiles the platform requirements derived from requirements to an in-service braking-system. The quantitative safety-requirements representing the risk arising from state of the art vehicle system-functions (steering and braking) are determined based on statistical data. Thereby the architectural design of the platform is driven by the most critical quantitative requirement. In the middle part of this thesis the hardware setup of the platform including the communication topology and energy-distribution concept is presented. The basic mode of operation to ensure the quantitative safety-requirements is described. A special focus is set on the depiction of the chosen methodology for ensuring the unambiguity of the functional implementation despite existing redundancies of the platform. Based on the description of the platform's basic mode of operation, the functional safety verification can be performed. Thereby a new hierarchical methodology has been developed and applied to the two basic and most safety-critical functions. It can be shown that the platform meets the given quantitative safety-requirements. Within this meth-odology the system specific analysis is simplified concerning faults leading to the corruption of communication or faults leading to the corruption of the correct operation of the CPC. Those faults (including Byzantine faults) are not neglected but taken into account by so-called fictive-modules. To close this thesis the developed and realized software architecture is presented. This architecture emphasizes once again the realization of the aim to split up the responsibility for func-tionality and safety within software. Applications operate in a safety critical environment without any detailed knowledge about redundancies and reconfigurations due to faults (Simplex Minded Design of applications). The splitting is realized by the platform-management. This software interlayer is generic. It can easily be reused and has a high degree of configurability. The shown thesis finally forms a fundamental work for other continuative projects at.
Eine fahrzeugübergreifende X-by-Wire Plattform zur Ausführung umfassender Fahr- und Assistenzfunktionen
An automotive applicable X-by-wire platform to fulfill the widespread drive and assistance functions
2009
227 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
Fahrerzustandsadaptive Assistenzfunktionen
TIBKAT | 2015
|Bremsenbasierte Assistenzfunktionen
Springer Verlag | 2015
|Assistenzfunktionen erhoehen die Sicherheit
Automotive engineering | 2013
|Entwicklung von Assistenzfunktionen am Fließband
Tema Archive | 2010
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