Autonomes Fahren Zusammenarbeit als Schlüsselfaktor

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Vorspann: MicroSys und EasyMile haben im Rahmen einer langfristigen Partnerschaft bereits ein sicherheitskritisches Embedded-System entwickelt, das in den autonomen Fahrzeuglösungen von EasyMile zum Einsatz kommt. Nun wurde die Zusammenarbeit auf ein neues Level gehoben: Ziel ist die Entwicklung neuer Systeme für zukünftige Fahrzeuge, ein breiteres Einsatzspektrum und ein höheres Maß an Integrität.

Autonomes Fahren ist für EasyMile bereits Realität und nicht nur eine Zukunftsvision. Das Unternehmen hat 2018 Nutzfahrzeuge mit umfassenden Zulassungen durch unabhängige Gutachter auf den Markt gebracht hat. Seitdem haben EasyMile-Fahrzeuge mehr als 1.000.000 km nach SAE-Autonomielevel 4 an über 400 Standorten zurückgelegt – mit einer Null-Kollisionsbilanz. In gleicher Weise hat EasyMile diese Technologie auf den Markt des Güter- und Warentransports für Flughäfen, Häfen und industrielle Logistikzentren zugeschnitten und bietet eine Reihe weiterer Produkte an, die in Zusammenarbeit mit verschiedenen Automobilzulieferern entwickelt wurden. Das sind beispielsweise der EZTow (Bild 1), eine autonome Zugmaschine. Sie wird in einer Reihe von Automobilwerken und Logistikzentren in Europa und den USA eingesetzt. Sie kommt auch auf Flughäfen zum Schleppen von Gepäck zum Einsatz.

Oder aber der EZTug. Dabei handelt es sich um einen fahrerlosen Terminalschlepper, der für den autonomen Transport von Containern in Häfen eingesetzt wird, um den Durchsatz zu verbessern, Staus zu verringern und Verspätungen zu minimieren (Bild 2).

Derzeit konzentriert sich das Unternehmen auf fahrerlose Lösungen für industrielle Anwendungen. Darüber hinaus entwickelt es parallel dazu seine Technologie auch für Passagier-Shuttles weiter und sieht eine breitere Akzeptanz dieser Plattform in den nächsten 3 bis 5 Jahren kommen.

All diese Neuentwicklungen werden auf dem großen Erfahrungsschatz und den weltweit eingesetzten Lösungen von EasyMile basieren, die sich bisher als äußerst erfolgreich erwiesen haben (Bild 3). EasyMile bedient bereits diverse Kunden in zahlreichen Anwendungsbereichen. Dazu gehören zum Beispiel der Materialtransport in großen industriellen Fertigungsanlagen des BMW-Werks Dingolfing und von Daimler Trucks sowie in Häfen wie Vlissingen in den Niederlanden und Flughäfen, zu den Changi in Singapur, DFW Airport in den USA, Toulouse in Frankreich und Narita in Japan zählen. Im Personenverkehr sind es vor allem Campus- und Smart-City-Projekte, darunter die größten vernetzten Flotten Europas.

Herausforderungen bei sicherheitskritischen Systemen

Die Zusammenarbeit zwischen EasyMile und MicroSys ist eng mit der Entwicklung von EasyMiles neuen sicherheitskritischen eingebetteten Systemen verbunden. Diese Entwicklung spielt eine wichtige Rolle, weil der Einsatz und der Betrieb von autonomen Fahrzeugen zwangsläufig mit Risiken für die Umwelt, Fußgänger und Verkehrsteilnehmer verbunden ist (Bild 4). Ein hohes Maß an Integrität ist daher eine Voraussetzung, um die Märkte der Industrielogistik und des öffentlichen Verkehrs zu bedienen.

Gleichzeitig ist die Entwicklung eingebetteter Systeme – ob, sicherheitsrelevant oder nicht – für autonome Fahrzeuge naturgemäß auch eine Art zukunftsorientierter Tätigkeit: Der Stand der Technik bei Sensoren, Algorithmen und Computertechnologien entwickelt sich schneller denn je, was typischerweise für die Sicherheit nicht ohne weiteres möglich ist. Die Entwicklung eines sicherheitskritischen Systems erfordert schließlich zumindest das teilweise Einfrieren einiger Teile eines Systems, insbesondere des gesamten Sicherheitskonzepts und des Umfangs der Sicherheitsfunktion. Die Entwicklung und Zertifizierung sind zudem auch noch eine Sache von Jahren, was bedeutet, dass das endgültige System, das von der sicherheitskritischen Funktion profitieren wird, noch gar nicht existiert. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, die Entwicklung der Anforderungen an autonome Fahrzeuge richtig zu antizipieren, um die Funktionen von morgen mit der Technologie von heute zu bewältigen.

Diese Merkmale sind vor allem mit der Erweiterung der Operational Design Domain (ODD) verknüpft – insbesondere um komplexere Anwendungsfälle mit einer höheren Geschwindigkeit von bis zu 50 km/h zu berücksichtigen. Solche Einsatzszenarien beinhalten immer auch mehr Interaktionen mit anderen Nutzern, wie anderen Fahrzeugen, Fußgängern oder sogar Flugzeugen.

Aufbau eines sicherheitskritischen Steuergeräts

Die Hardware, die sicherheitskritische Funktionen beherbergt, ist dabei das Herzstück der Sicherheit des gesamten Systems. Für ein junges Unternehmen wie EasyMile ist die Investition in die richtige Hardware deshalb eine wichtige Entscheidung. Die Entwicklung einer maßgeschneiderten elektronischen Steuereinheit (ECU), beruhte auf den folgenden Überlegungen:

• Die Entwicklung sicherheitskritischer Software mit einem schrittweisen Ansatz steuern zu können, indem das Integritätsniveau des gesamten Software-Stacks schrittweise erhöht wurde.

• Die Power und Performance des Systems auf das hohe Leistungsniveau des sicherheitsrelevanten Steuergeräts anpassen zu können.

• Die Möglichkeit, diverse Schnittstellen und Protokolle zu adressieren, wodurch es in der Lage war, das Steuergerät in einer Vielzahl von Fahrzeugen mit einem einheitlichen Integritätsniveau einzusetzen.

EasyMile arbeitet mit einem Lieferantennetz für verschiedene Komponenten und Software. Für die Entwicklung der ECU fiel die Wahl auf MicroSys Electronics als Lieferant des System-on-Modules (SOM), das die Möglichkeit bietet, die Leistung in Zukunft durch Austausch des Moduls zu skalieren. MicroSys hat die Zertifizierungsanforderungen von EasyMile unterstützt und das SOM nach den Vorgaben des Unternehmens in eine ECU integriert. MicroSys stellt auch die Serienproduktion des Steuergeräts sicher. Bei der Entwicklung der nächsten Steuergeräte-Generation wird MicroSys nun den gleichen Weg gehen, wobei EasyMile von den Vorteilen der skalierbaren System-on-Modules-Familie profitieren wird, die das Unternehmen auf Basis der S32-Vehicle Network Prozessor Technologie von NXP anbietet.

Schlüssel für eine erfolgreiche Zusammenarbeit

Die Zusammenarbeit zwischen EasyMile und MicroSys war immer effizient, und dieser Erfolg ist weitgehend auf die starke Partnerschaft zwischen den beiden Unternehmen zurückzuführen. MicroSys hat EasyMile während der Entwicklung des Steuergeräts proaktiv unterstützt und angeleitet, während EasyMile mit MicroSys-Support die Entwicklung sicherheitskritischer Steuergeräte zu einem Kerngeschäft gemacht hat. Das hat es beiden Unternehmen ermöglicht, ein hohes Maß an Verständnis für die Aktivitäten des jeweils anderen zu erlangen, ihre jeweiligen Prozesse anzupassen, um den Aufwand zu minimieren und das geforderte Qualitätsniveau zu erreichen, sowie das fertige Produkt in einer kooperativen Weise zu managen. Schließlich ermöglichte die Unterstützung von MicroSys EasyMile auch die Durchführung von Sicherheitsaudits mit unabhängigen Prüfern oder Kunden.

Die Investition von EasyMile in sicherheitskritische Steuergeräte ermöglichte es dem Unternehmen nun auch, den Embedded-Software-Stack zu beherrschen und ein Produkt zu pflegen, das auf einer einfachen, minimalen Architektur basiert. Der Ansatz wurde schrittweise ausgeführt, mit inkrementellen Investitionen zur Erreichung jedes Meilensteins. Infolgedessen konnte das sicherheitskritische System schnell in die Praxis umgesetzt werden und profitierte ab dann von kontinuierlichen Verbesserungen.

Zukunftsaussichten

Welche Lösung wird EasyMile nun in Zukunft einsetzen? Die zu erwartenden Anforderungen an künftige sicherheitskritische Funktionen werden den Einsatz leistungsfähigerer Mikroprozessoren erforderlich machen, die in der Regel über acht bis sechzehn Kerne, mehr Speicher und schnellere Schnittstellen verfügen. Es gibt definitiv Raum für Verbesserungen in Bezug auf Leistung und Energieeffizienz, der erforscht werden muss. Das Portfolio von MicroSys kann diese Entwicklung unterstützen (Bild 5).

Eine Lösung auf Basis von NXP S32 Prozessoren mit 8 Arm Cortex-A53 Cores in Kombination mit 4 Arm Cortex-M7 Lockstep Cores auf einem SoC ist beispielsweise bereits heute möglich. Zukünftige SoC-Entwicklungen sind ebenfalls vielversprechend. NXP hat noch mehr Leistung für seine S32-Echtzeitprozessoren und die Integration in zukünftige 5nm-Produkte angekündigt, um eine starke Roadmap mit Software-Kompatibilität zu bieten. NXP verfügt über einen funktionierenden 5nm-Echtzeitprozessor-Testchip als ersten Schritt in diese Richtung. Entsprechende System-on-Module werden dann sicherlich im Laufe der Zeit ebenfalls folgen. (se)

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* Ina Schindler ist Managing Director bei MicroSys Electronics

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