Die versteckten Kosten und Herausforderungen der Softwareintegration, -zertifizierung und -wartung für Kfz-Steuergeräte

In der Automobilindustrie haben sich elektronische Steuergeräte (ECUs) zu komplexen Systemen entwickelt, die stark von Software abhängig sind. Während die Kosten für die Materialliste (BOM) ein entscheidender Faktor für die Product Owner von Steuergeräten sind, ist es ebenso wichtig, die Kosten und Herausforderungen zu verstehen, die nach dem Bau des Steuergeräts entstehen. Die Software-Integration in das gesamte Fahrzeugsystem, Zertifizierungs-Updates, mehrere Over-the-Air-Updates (OTA) und kontinuierliche Tests während der gesamten Lebensdauer des Steuergeräts bringen erhebliche Herausforderungen, Kosten und Möglichkeiten für Fahrzeug-OEMs und insbesondere für die Product Owner von Steuergeräten mit sich.

Software-Integration und Full Vehicle System

Sobald ein Steuergerät gebaut ist, muss es sich nahtlos in das gesamte Fahrzeugsystem integrieren und mit anderen Steuergeräten und Komponenten harmonieren. Die Interoperabilität zwischen verschiedenen Steuergeräten, von denen jedes seinen eigenen Software-Stack und seine eigenen Schnittstellen hat, kann eine Herausforderung sein. Unterschiedliche Kodierungsstandards, Softwarearchitekturen und Kommunikationsprotokolle müssen sorgfältig koordiniert werden, um eine reibungslose Integration zu gewährleisten. Damit ist die Herausforderung jedoch noch nicht zu Ende. Jedes Mal, wenn ein Teil des Systems (Steuergerät) aktualisiert wird, hat dies unweigerlich nachteilige Auswirkungen auf den Rest des Systems. Hierbei können KI-basierte Tools zum Einsatz kommen, um vorgenommene Softwareveränderungen und deren Auswirkungen auf das ganze System zu visualisieren. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Fehlerbehebung für eine reibungslosere Integration.

Updates zur Zertifizierung

Die Zertifizierung ist ein wichtiger Aspekt der Steuergeräteentwicklung, da sie die Einhaltung von Industriestandards und Vorschriften sicherstellt. Softwareänderungen und -aktualisierungen nach dem ersten Build können jedoch eine Neuzertifizierung erforderlich machen, die einen klaren Nachweis und eine Dokumentation der Änderungen erfordert. Bei Software-Updates ist es wichtig, einen Nachweis zu erbringen, der die vorgenommenen Änderungen und ihre Auswirkungen auf die gesetzlich regulierten Funktionen belegt. Dieser Nachweis ist notwendig, um Zertifizierungsanforderungen wie die WVTA (Whole Vehicle Type Approval) zu erfüllen und zu beweisen, dass die Änderungen die Sicherheits-, Emissions- oder Cybersicherheitsstandards nicht beeinträchtigen.

Die derzeitigen Methoden zum Sammeln und Dokumentieren dieser Nachweise erfordern eine manuelle Verfolgung, Analyse und Dokumentation. Während diese Methodik für physische Fahrzeug-Updates, die traditionell alle zwei Jahre stattfinden, ausreicht, sind für Software-Updates, die ein kontinuierliches Merkmal der Fahrzeugsoftware sind, neue Methoden und Werkzeuge erforderlich. KI-basierte Werkzeuge können nicht nur die neu hinzugefügten und aktualisierten Softwarefunktionen in einer neuen Version der Steuergerätesoftware klar visualisieren, sondern auch die Softwarefunktionspfade und das Verhalten. Dies liefert automatisch den erforderlichen Nachweis, welche geregelten Funktionen durch das Software-Update betroffen sind und welche nicht.

Reduzierung der OTA-Updatekosten und Ermöglichung nahtloser Updates

Steuergeräte benötigen regelmäßige OTA-Updates, um softwarebezogene Probleme und Sicherheitsschwachstellen zu beheben und neue Einnahmequellen zu erschließen. Die Minimierung der Kosten für OTA-Updates und die Ermöglichung nahtloser Updates ohne Ausfallzeiten des Fahrzeugs sind entscheidend für ein hervorragendes Nutzererlebnis:

Mit einem KI-basierten Line-of-Code-Update-Ansatz lassen sich die Kosten drastisch senken. Durch den Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens zur Analyse der Code-Änderungen zwischen den Versionen müssen bei einer Aktualisierung nur die geänderten Codezeilen übertragen werden. Solche additiven Updates können auf den nächsten freien Speicherplatz im Steuergeräte-Flash angewendet werden, so dass keine teure Flash-Speicher-Redundanz (A/B-Speicher) erforderlich ist. Die Verwendung dieser Methode zur Durchführung von OTA-Updates für alle Steuergeräte im Fahrzeug könnte die Kosten für Datenübertragung, Flash-Speicher-Redundanz und Installation auf weniger als 500.000 US-Dollar reduzieren. Dies stellt eine erhebliche Kostenreduzierung im Vergleich zu einem vollständigen Image-Update dar und spart dem OEM jährlich über 35,5 Millionen Dollar.

b) Over-the-Air-Updates ohne Fahrzeugausfallzeit: Die Ermöglichung von OTA-Updates, ohne das Fahrzeug offline zu nehmen, ist entscheidend, um ein nahtloses Benutzer;innenerlebnis und die Betriebszeit des Fahrzeugs zu gewährleisten. Durch die Implementierung von Speicherarchitekturen mit zwei Speicherbänken, bei denen eine Bank aktualisiert wird, während die andere betriebsbereit bleibt, können Aktualisierungen im Hintergrund durchgeführt werden, ohne den normalen Betrieb des Fahrzeugs zu unterbrechen, vorausgesetzt, es stehen genügend CPU/RAM-Ressourcen zur Verfügung, um die Ausführung von einer Bank parallel zur Aktualisierung/Schreibung auf der zweiten Bank zu ermöglichen. Dieser Ansatz minimiert die Unannehmlichkeiten für die nutzende Person und maximiert die Betriebszeit des Fahrzeugs, allerdings ist diese Methode, wie oben erwähnt, extrem teuer und ressourcenabhängig.
KI-basierte additive Updates können in den nächsten freien Speicherplatz im Steuergeräte-Flash geschrieben werden, ohne die reguläre Nutzung der Steuergerätesoftware zu beeinträchtigen (Write-While-Read/Execute-Verfahren). Auf diese Weise wird nur die geänderte Software in den Flash geschrieben, während das Fahrzeug in Betrieb ist, und das Update wird nahtlos angewendet, wenn das Fahrzeug das nächste Mal gestartet wird, wodurch die erforderliche Zeit in einem sicheren Zustand minimiert wird. 

Kontinuierliche Tests, auch unterwegs

Um die Zuverlässigkeit und Leistung der Fahrzeugsoftware zu gewährleisten, ist eine kontinuierliche Prüfung und Wartung während des gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs erforderlich. Während das Fahrzeug auf der Straße ist, ist es wichtig, Daten zu überwachen und zu sammeln, um potenzielle Softwareprobleme, Hacks oder Anomalien zu identifizieren. Diese Daten können genutzt werden, um künftige Software-Updates zu verbessern, die Fahrzeugleistung zu steigern und sich abzeichnende Abweichungen im Softwareverhalten zu beheben. Durch den Einsatz von KI-basierter Technologie zur Überwachung verschiedener Softwareparameter wie CPU-Nutzung, Speicherzuweisung, Funktionspfade und Kommunikationsmuster können Anomalien frühzeitig erkannt werden. Zudem können Vorhersagen darüber getroffen werden, wie lange es noch dauert, bis das Steuergerät ausfällt. Darüber hinaus verkürzen solche KI-basierten Systeme die Fehlerbehebungszeit, indem sie gezielt erkennen, welche Softwarefunktionen sich fehlerhaft verhalten. Dieser proaktive Ansatz zur Softwarewartung minimiert das Risiko unerwarteter Ausfälle, optimiert die Fahrzeugleistung und erhöht die Kund:innenzufriedenheit.

Fazit

Während die Kosten für die Materialliste (BOM) eine wesentliche Überlegung für Steuergeräte-Produktinhaber sind, ist es entscheidend, die erheblichen Kosten und Herausforderungen zu erkennen, die nach der Herstellung des Steuergeräts entstehen. Die Softwareintegration in das gesamte Fahrzeugsystem, Zertifizierungs-Updates, mehrere OTA-Updates und kontinuierliche Tests während der gesamten Lebensdauer des Steuergeräts können die Gesamtkosten, die Markteinführungszeit und die Kund:innenzufriedenheit erheblich beeinflussen. Diese Herausforderungen können durch die proaktive Implementierung von KI-basierten Softwareentwicklungswerkzeugen entschärft werden, um während des gesamten Software-Lebenszyklus des Steuergeräts verwertbare Erkenntnisse zu gewinnen.