Forschende des KIT und Partner entwickeln automatisierte Werkzeugkette für die zukünftige Mobilität
Forschende des KIT und Partner entwickeln automatisierte Werkzeugkette für die zukünftige Mobilität
Ob für selbstfahrende Autos oder autonome Lufttaxis: Die Entwicklung eingebetteter elektronischer Systeme für die Mobilität der Zukunft setzt komplexe Verarbeitungs- und Anwendungsdienste voraus. Um diese Herausforderung besser bewältigen zu können, haben acht europäische Partner in dem vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten Verbundprojekt XANDAR eine automatisierte Werkzeugkette entwickelt. Neben Echtzeitanforderungen erfüllt diese wichtige Sicherheitsanforderungen. Die automatisierte Werkzeugkette nutzten die Partner zur Entwicklung einer zuverlässigen Sensordatenfusion für den autonomen Straßenverkehr sowie eines Assistenzsystems, das Pilotinnen und Piloten bei der Kollisionsvermeidung unterstützt.
Für die Verkehrs- und Mobilitätswende haben Softwaresysteme einen hohen Stellenwert. Die Anforderungen an solche Systeme werden dabei immer komplexer. „Bei autonomen Fahrzeugen erfolgt die Umfelderkennung durch rechenintensive Algorithmen mit Künstlicher Intelligenz (KI). Zugleich unterstützt eine nahtlose Softwareintegration in großflächige Netzwerke die korrekte Routenumsetzung“, erklärt Professor Jürgen Becker, Leiter des Instituts für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) des KIT. „In autonomen Fahrzeugen muss außerdem sichergestellt sein, dass unberechtigte Eingriffe von außen nicht zum Abfluss schützenswerter Daten oder zu gefährlichem Fehlverhalten der Systeme führen können.“ Ziel des Projekts war es, den manuellen Entwicklungsaufwand für solche kritischen Anwendungen weiter zu reduzieren, um den Prozess weniger zeitaufwendig, teuer und fehleranfällig zu gestalten.
Modellbasierte Transformation und Systemintegration
Im Projekt XANDAR erarbeiteten die Forschenden Konzepte zum durchgängigen Automatisieren der Entwicklung von kritischen Anwendungen. Dafür griffen sie auf einen neuartigen Ansatz zurück: X-by-Construction (XbC). Hierbei werden angestrebte Systemeigenschaften formal erfasst und durch einen schrittweisen Prozess in eine korrekte, ausführbare Realisierung des Softwaresystems überführt. Dieses Vorgehen ist grundsätzlich auf eine Vielzahl von Aufgaben wie Sicherheits- und Echtzeitanforderungen anwendbar. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT evaluierten die neu entwickelten Ansätze zum Projektende auf Basis aktueller anwendungsspezifischer Anforderungen.
Erfolgreiche Evaluation im Automobil- und Luftfahrtumfeld
„Die Konzepte haben wir anschließend in eine Werkzeugkette integriert, also in eine systematische Sammlung von Programmen, die zur Erzeugung des Softwaresystems miteinander interagieren“, erläutert Tobias Dörr, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ITIV. „Darüber hinaus haben wir Mechanismen entwickelt, die auf der Zielhardware zum Einsatz kommen und das zeitliche Zusammenspiel von Softwareapplikationen steuern.“ Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die BMW Group (BMW) haben die Ansätze auf ihre jeweiligen Systeme für die Luftmobilität sowie für den Straßenverkehr angewandt. Unter Verwendung der XbC-Werkzeugkette entwickelten sie ein Assistenzsystem für Pilotinnen und Piloten im Bereich der Kollisionsvermeidung sowie ein Sensorfusionssystem für autonome Straßenfahrzeuge.
Vorteile durch Senkung von Kosten und Risiko
„Mit XANDAR ist eine neue standardisierungsfähige Werkzeugkette für Entwicklerinnen und Entwickler entstanden, die kritische Softwaresysteme für die zukünftige Mobilität sicher mitgestalten kann. Hieraus ergibt sich auch eine Senkung von Risiko und Kosten im Umfeld moderner paralleler Softwaresysteme in der Mobilität“, so Becker. Neben dem KIT, dem DLR und BMW waren an der Entwicklung der Werkzeugkette die University of Peloponnese, die Queen’s University Belfast, AVN Innovative Technology Solutions, Vector Informatik und Fent Innovative Software Solutions beteiligt. Die Europäische Kommission förderte das Projekt in den vergangenen drei Jahren mit rund fünf Millionen Euro.
Text: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)