Diagnosis of automotive electronic systems by structure analyses

In heutigen Fahrzeugsystemen ist ein großer Anteil der Funktionalität auf den Wunsch nach hoher Sicherheit, großem Komfort und der Reduktion der Schadstoffemissionen zurückzuführen. Diese Funktionen werden durch den Einsatz von immer mehr Elektrik und Elektronik realisiert, die im Rahmen der Fahrzeugdiagnose in der Werkstatt aufgrund der unübersehbaren Anzahl von Abhängigkeiten und Varianten nur schwer beherrscht werden können. Um diesen Problemen zu begegnen, werden in der Arbeit unterschiedliche Diagnoseverfahren miteinander verglichen und unter den Aspekten der effizienten Einbindung in den Entwicklungsprozess bei insgesamt guten Diagnoseergebnissen und Beherrschung der Variantenvielfalt bewertet. Dabei wurde ermittelt, dass kein bisher bekanntes Verfahren direkt diese Anforderungen erfüllt, und ein neuer Ansatz gefunden werden musste. Dieses Problem wurde gelöst, indem aus der Kombination der erkannten Stärken bekannter Diagnoseverfahren ein passendes neues Konzept entwickelt wurde. Für die neue Diagnoselösung wurde die bei probabilistischen Netzwerken verwendete Systemstruktur als wesentliches Element verwendet. Der wechselseitige Einfluss zwischen Funktionen und Steuergeräten wird systematisch betrachtet, indem die Fehlerfortpflanzungsmöglichkeiten direkt aus dem Entwicklungsprozess bestimmt werden. Dabei werden neben den üblicherweise für die Diagnose verwendeten elektrischen Abhängigkeiten auch logische Beziehungen in die Diagnoselösung einbezogen, die sich aus der Software und der Kommunikation der Steuergeräte untereinander ergeben. Wichtiger Aspekt der Betrachtungen ist die Frage "Wie hängen die Systemkomponenten voneinander ab?" um an sich völlig unterschiedliche Teilsysteme miteinander zu verbinden und diese Informationen für die Diagnose nutzbar zu machen. Gleichzeitig ist die praxisnahe Definition einer Anbindung an den Softwareentwicklungsprozess für eingebettete Systeme wesentlicher Bestandteil der Arbeit.In todays automotive systems a high percentage of the functionality is a result of the customers wish for security, comfort and reduced emissions. These functions are realized by more and more electric and electronic components. Existing garages' diagnostic systems insufficiently deal with the resulting systems because of the innumerable dependencies and variants. In order to address this problem, this paper compares different diagnostic approaches concerning their efficiency of the integration into the development process, diagnosis quality and variant management. As a result it is stated that no well-known method completely meets these requirements. Therefore a new approach has been developed consisting of a combination of the identified advantages of the known methods. As a basic element the new diagnostic system includes the system structure used by probabilistic networks. The reciprocal influence between functions and electronic control units is orderly addressed by deduction of the paths of error propagation from development models. Additionally to the derived electrical structures commonly used by diagnostic systems also logic dependencies are integrated into the diagnostic system. These logic dependencies are derived from software functions and communication links between electronic control units. In order to combine physically different parts of the system, an important question is "What are the system components interdependencies?" By answering this question, these dependencies can be used by a diagnosis system as part of a combined system structure. At the same time the practical definition of a connection to the development process for embedded systems is an essential part of the work

Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Design Models (POTAD)

One answer to many current challenges in the electronic domain of automotive development, is a continuous model-based engineering process that integrates models of system and software development. A system model describes by the use of the logical system architecture the func-tions of a vehicle and through the technical system architecture the realising electronics, such as control units, sensors/actuators and data busses. During software development, a software design model for selected functions of the logical system architecture must be constructed with consideration of the technical architecture and further requirements. Current model-based development approaches claim to automate the transition between different development phases by the concept of model transformations. This concept lends itself to generate a skele-ton of the software design model from the system architecture model, thereby automating a part of the software engineering activities. The analysis of this work shows that the collected domain specific requirements, which must be made on a model transformation mechanism for such a scenario, are not fulfilled by current approaches. The approach taken in this work, the Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) uses the system architecture as an analysis model within software development and systemizes the connection with the design model on the basis of analysis and design patterns. By means of this systematisation, a POTAD transformation rule instantiates for an analysis pattern different design patterns under consideration of non-functional requirements and the technical system architecture. At the same time, links between an analysis and design pattern are created, which are used to trace design decision later. The feasibility of the solution is shown by a prototype, which follows the POTAD development process and executes the transformation rules formulated in the POTAD transformation lan-guage.POTAD was verified by several student works based on a case study, which covers typical characteristics of the examined domain. The results of these works showed the suitability and improved the methodology as well as the transformation language and pointed out the limits of the approach taken.Eine Antwort auf viele aktuelle Anforderungen im Elektrik/Elektronik-Bereich der Fahrzeugent-wicklung ist ein durchgängig modellbasierter Entwicklungsprozess, der Modelle der System- und Softwareentwicklung integriert. Ein Systemmodell beschreibt mit der logischen System-architektur die Funktionen eines Fahrzeugs und mit der technischen Systemarchitektur die realisierende Elektrik/Elektronik, wie z. B. Steuergeräte, Sensoren/Aktoren und Bussysteme. Im Rahmen der Softwareentwicklung muss für einzelne Funktionen aus der logischen System-architektur unter Berücksichtigung der technischen Systemarchitektur und weiterer An-forderungen ein Softwaredesignmodell erstellt werden. Aktuelle modellbasierte Entwicklungs-ansätze versprechen mit Hilfe des Konzepts der Modelltransformation den Übergang zwischen Modellen unterschiedlicher Entwicklungsphasen automatisieren zu können. Dieses Konzept bietet sich dazu an, aus einem Systemarchitekturmodell ein Grundgerüst eines Softwaredesign-modells zu erzeugen und damit einen Teil der Softwareentwicklungsaktivitäten zu auto-matisieren.Die Analyse dieser Arbeit zeigt, dass die erarbeiteten domänenspezifischen Anforderungen, die für solch ein Szenario an einen Modelltransformationsmechanismus gestellt werden müssen, durch aktuelle Ansätze nicht vollständig erfüllt werden. Der eigene Ansatz Pattern-Oriented Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) verwendet die logische Systemarchitektur im Rahmen der Softwareentwicklung als Analysemodell und systematisiert dessen Zusammenhang mit dem Designmodell auf der Basis von Analyse- und Designmustern. Für ein im Analysemodell gefundenes Analysemuster instanziiert eine POTAD-Transformationsregel mit Hilfe dieser Systematik in Abhängigkeit nichtfunktionaler An-forderungen und der technischen Systemarchitektur unterschiedliche Designmuster im Design-modell. Gleichzeitig werden Verknüpfungen zwischen den Analyse- und Designmustern angelegt, die zur späteren Verfolgung von Designentscheidungen genutzt werden. Anhand eines dem POTAD-Entwicklungsprozess folgenden Prototyps, der die in der POTAD-Transformationssprache formulierten Regeln ausführen kann und die Verfolgbarkeit werkzeug-seitig unterstützt, wird die Realisierbarkeit des Lösungsansatzes gezeigt. POTAD wurde durch studentische Arbeiten anhand einer Fallstudie überprüft, die typische Eigenschaften der betrachteten Domäne abdeckt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben die Tauglichkeit von POTAD gezeigt, die Methodik und die Transformationssprache verbessert und Grenzen aufgezeigt

Dynamische Rekonfigurationsmethodik für zuverlässige, echtzeitfähige Eingebettete Systeme in Automotive

Currently, dynamically reconfigurable systems are not used in automotive and there is no process model for their development. The focus of this dissertation is to explore methods and approaches for the development of such systems. One major architectural driver is autonomous driving, another is functional high integration on central computing platforms. Taking these into account, dynamic reconfiguration is classified and explored

Dagstuhl-Workshop MBEES:

modellbasierte automobile Steuergeräteentwicklun

On Interdisciplinary Development of Safety-Critical Automotive Assistance and Automation Systems

Assistenz- und Automationssysteme im Automobil zeichnen sich verstärkt durch eine große Komplexität und einen hohen Vernetzungsgrad aus. Weiterhin existiert eine Vielzahl von Anforderungen anderer Fachdisziplinen an die Funktionsentwicklung, beispielsweise im Bereich der funktionalen Sicherheit. Somit ergibt sich für Entwickler nicht nur eine gestiegene Komplexität der Systeme, sondern auch der einzuhaltenden Entwicklungsprozesse. Die vorliegende Arbeit liefert eine neue Methode, die Entwickler bei der Bewältigung dieser Komplexität unterstützt. Dabei wird ihnen problemorientiert und zielgerichtet relevantes Wissen anderer Fachdisziplinen aufbereitet und zur Verfügung gestellt. Somit können Entwurfsalternativen früher als bisher im Kontext der Gesamtentwicklung bewertet werden, was sich positiv auf Produktqualität und Entwicklungszeit auswirkt. Die Basis dieser Methode ist die offen und flexibel gestaltete Formalisierung des Entwicklungsprozesses unter Verwendung der Web Ontology Language (OWL). Darauf aufbauend werden interdisziplinäre Entwicklungsaktivitäten verknüpft und die Analysierbarkeit des formalisierten Wissens wird für automatische Schlussfolgerungen genutzt. So werden insbesondere Einflussanalysen möglich, um über die eigene Domäne hinaus Änderungen bezüglich des Gesamtentwicklungsprozesses zu bewerten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine prototypische Werkzeugkette implementiert, die die beschriebene Methode umsetzt und deren technische Realisierbarkeit demonstriert. Als Anwendungsbeispiel dient die angedeutete Weiterentwicklung eines radarbasierten Abstandsregeltempomaten zu einem Notbremssystem. Dabei wird insbesondere der Einfluss der funktionalen Sicherheit auf die Funktionsentwicklung beleuchtet, indem aus einem formalisierten Wissensmodell des Standards ISO 26262 notwendige Anforderungen und Methoden für den Gesamtentwicklungsprozess abgeleitet werden.Automotive assistance and automation systems increasingly present high levels of complexity and connectivity. In addition, more and more specific requirements in disciplines like functional safety have to be considered during functional development. Thus, developers have to cope with increasing levels of product complexity, but also complexity of the development process. This thesis presents a new method which supports developers in handling these dimensions of complexity. Therefore relevant knowledge of other disciplines is presented to them in a solution-oriented way. Thus, design alternatives can be assessed much earlier in the overall development process which has a positive impact on product quality and development cycles. The method’s base is an open and flexible formalization of the development process using the Web Ontology Language (OWL). OWL is used to link different interdisciplinary development activities whereas the analyzability of formalized knowledge enables automated reasoning. This especially introduces an impact analysis to assess major cross-cutting changes to the product in the context of the overall development process. For this thesis a prototype toolchain has been developed which implements the described method and demonstrates its technical feasibility. The extension of a radar-based adaptive cruise control system towards an emergency braking system is sketched as an example for the prototype toolchain. In this example, the impact of functional safety on the functional development is focused, involving a formalized model of requirements and methods from ISO 26262

Entwurfsmethodik für hybride Software- und Systemarchitektur

Die Softwaretechnik gewinnt in der Automobilindustrie durch Trends wie das automatisierte Fahren und die Vernetzung von Fahrzeugen mit der Infrastruktur weiter an Bedeutung. Software-basierte Funktionen müssen dabei neben der Implementierung und dem Test in einer frühen Phase der Entwicklung im Rahmen eines gemeinsamen Systems aus Softwarekomponenten und Steuergeräten entworfen werden. Die Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen zwischen Softwarekomponenten wird heute über den Ansatz einer Signal-orientierten Architektur erreicht. Die vorliegende Arbeit analysiert das hierzu entsprechende Entwurfsmodell und entwickelt es zu einem hybriden Modell aus Signal- und Service-Orientierung weiter. Die Modellentwicklung wird weitergehend durch eine Entwurfsmethodik gestützt und im Rahmen des Systementwurfs in das V-Modell eingebunden. Hierdurch entsteht eine Alternative zur heutigen Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen auf Basis von Signalen durch Services. Speziell bei Änderungen tragen diese den Vorteil, dass Folgeanpassungen an den Kommunikationsschnittstellen eines Steuergeräts reduziert werden. Die Softwareimplementierung, welche heute durch eine strikte Synchronisation mit der Entwicklung und Weiterentwicklung von Steuergeräten beeinflusst ist, wird dadurch vereinfacht

Modellbasierte Entwicklung funktional sicherer Hardware nach ISO 26262

Die Absicherung von funktionaler Sicherheit nach dem Standard ISO 26262 ist im Kontext der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen ein herausforderndes Unterfangen. Diese Arbeit liefert ein Konzept und eine Vorgehensweise zur modellbasierten Entwicklung funktional sicherer Hardware. Diese zeichnet sich durch die Beschreibung von Hardwaredesigns, Anreicherung um Fehlerinformationen sowie Ausführung der geforderten Sicherheitsevaluationen aus