Die Elektronik und die Informatik wird in den nächsten Jahrzehnten einen immer höheren Stellenwert im Bereich der Fahrzeugsieherheit einnehmen. Neue Sensoren zur Umweltwahrnehmung werden die Fahrzeuge in die Lage versetzen angemessen auf die aktuelle Verkehrssituation zu reagieren. Es wird erwartet, dass aktive Sicherheitssysteme, wie beispielsweise die automatische Notbremsung, Fußgänger- und Radfahrererkennung und Funktionen zur Unfallvermeidung, die Anzahl tödlicher Verkehrsunfälle weiter zurückgehen lassen werden. Dabei besteht die Herausforderung darin, die neuen Sicherheitsfunktionen in ein System zu integrieren, dass bereits heute hochkomplex und -vernetzt ist. Entstehen werden Echtzeitsysteme, die aus hochintegrierten Subsystemen bestehen werden. In dieser Dissertation werden Methoden entwickelt, um die Auslegung derartiger Steuergeräte in frühen Entwicklungsphasen abzusichern. Mithilfe von Modelltransformationen sowie simulativer und formaler Methoden werden verschiedene Architekturkonzepte aus den Perspektiven effektiver Umfeldwahrnehmung, funktionaler Sicherheit und Echtzeitfähigkeit betrachtet und bewertet. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Echtzeiteigenschaften der Softwareanteile der Sicherheitsfunktionen. Alle entwickelten Methoden wurden im Rahmen einer Forschungskooperation zwischen der Universität Erlangen- Nürnberg und der AUDI AG angewendet. Folgende Erkenntnisse konnten unter Anderem gewonnen werden: (1) Die Fusion von Objektlisten verschiedenartiger Sensoren ist aus Kosten- Nutzen-Sicht zu bevorzugen. (2) Modellbasierte Sicherheitsanalysen bieten sich insbesondere in frühen Entwicklungsphasen an, den Entwicklungsprozess zu unterstützen. (3) Für die Echtzeitanalyse von Steuergeräten sind exakte Algorithmen erforderlich, die in der Lage sind die kritischen Systemzustände zu visualisieren. (4) Die Simulation der Softwaretasks ist ein wichtiger Bestandteil der Analyse und ist erforderlich, um die dynamischen Effekte des Systems zu verstehen, sowie die Relevanz der kritischen Systemzustände einschätzen zu können. (5) Der Ansatz der modellgetriebenen Entwicklung ist besonders praktikabel in frühen Phasen der Systementwicklung, wenn man die Verallgemeinerung der Erkenntnisse unter Berücksichtigung des Abstraktionsgrades der Systemmodelle und der Eingabeparametermodelle durchführt. Durch die durchgeführten Analysen wurden Jahre vor der Serienproduktion, und Monate bevor erste Entwicklungsmuster zur Verfügung standen, an verschiedenen Stellen Engpässe in der Leistungsfähigkeit der Architekturkonzepte gefunden. Aufgrund der guten Zusammenarbeit zwischen OEM, Lieferant und Wissenschaft wurden neue Entwicklungsprozesse ins Leben gerufen und implementiert. Sowohl momentane als auch zukünftige Sicherheitssysteme profitieren von den entwickelten Methoden und werden die Basis bieten können um effiziente und effektive Funktionen der Fahrzeugsicherheit umsetzen zu können.
The influence of electronics and computer science within the area of automotive safety engineering is expected to increase significantly over the next decades. New environment perception devices will grasp the current driving scenario and enable the automobile to behave in a context sensitive manner. Active safety systems like autonomous emergency brakes, vulnerable road user detection, and crash evasion are thus expected to reduce the number of lethal road accidents remarkably. Alas, integrating new applications into an already complex distributed system is challenging, as multiple time and safety critical applications have to be implemented in integrated architectures. In this thesis, model based approaches are developed to consolidate design decisions at early design stages. Different system concepts regarding the environment perception and functional safety strategy are analyzed using Discrete Event Simulation (DES) and model transformation. The major challenge however, is the verification of temporal constraints of the software implementation of safety applications. In this work, two approaches are developed in to assess this important performance measure: Formal verification of the Worst-Case Response Time (WCRT) of real-time tasks and DES of the dynamic effects in the integrated Electronic Control Unit (ECU). All developed methods have been applied in the context of research collaboration between the University Erlangen-Nuremberg and the car manufacturer Audi. The findings include: (1) High-level fusion of multiple, physically dissimilar, sensors is favorable in terms of efficient and reliable context perception. (2) Model based functional safety analyses are a feasible tool to support the engineering processes at early design stages. (3) Formal verification of automotive real-time systems requires exact algorithms that are able to visualize the critical instant of tasks. (4) The simulation of the task system is an important technique to investigate the dynamic behavior of the system and to assess the relevance of the worst-case situation of a task activation. (5) Model driven engineering is a methodology feasible at early design stages if the analysis results are generalized with respect to the level of abstracted of the system model and the input parameter model.
Modeling and analysis of embedded real-time systems in the automotive safety domain
Modellierung und Analyse von eingebetteten Echtzeitsystemen aus der Fahrzeugsicherheit
Audi Dissertationsreihe ; 47 ; 1-148
2011
148 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
English
Notbremsung , Verkehrsunfall , Forschungskooperation , Echtzeitsystem , Fahrzeugsicherheit , Echtzeitfähigkeit , Steuergerät , aktive Sicherheit , Fußgänger , Entwicklungsprozess , Sicherheitsanalyse , Echtzeitanalyse , Systementwicklung , kritischer Zustand , Sicherheitssystem , Simulation von Vorgängen , Sicherheitsanwendung , Software-Implementierung , Kraftfahrzeugbau , Funktionsanalyse , Funktionalanalysis
Modeling and analysis of embedded real-time systems in the automotive safety domain
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2011
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GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2023
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