Software unterstützt Mechatronik
ATZblog | 18. Juli 2008
Bedeutende Fortschritte in der Fahrzeugtechnik konnten in den letzten beiden Jahrzehnten besonders durch den verstärkten Einsatz von Elektrik und Elektronik in Verbindung mit den mechanischen Bauteilen, dem Antriebsstrang und dem Fahrzeugaufbau erreicht werden. Eine rasante Entwicklung erfuhren mechatronische Komponenten, bei denen Hardware und Elektronik integriert sind. Bei diesen Komponenten, aber auch bei den im Fahrzeug verteilten Steuergeräten für Antriebsstrang, Fahrwerk und Bedienung spielt die Softwareentwicklung eine große Rolle.
In verschiedenen Ebenen müssen zunächst Softwarefunktionen in Form von verschiedenen Programmen zur Verarbeitung von Sensorsignalen oder zur Ansteuerung von Aktoren realisiert werden. Dann kommen ereignisdiskrete Ablaufsteuerungen und zeitdiskrete Steuerungs- und Regelungsfunktionen hinzu. Die Grundlagen für die Realisierung dieser Echtzeitfunktionen sind im wesentlichen der digitalen Mess-, Regelungs- und Automatisierungstechnik zuzuordnen.
Die Softwareerstellung wird über Compiler weitestgehend automatisch in Maschinencodes übersetzt, oft unterstützt durch Rapid-Control-Prototyping und Hardware-in-the-loop-Simulation mit leistungsfähigen Echtzeit-Rechnern.
Während die Mess-, Steuerungs- und Regelungsfunktionen für die Verbrennungsmotoren überwiegend zentral im Motorsteuergerät und für die Automatikgetriebe im Getriebesteuergerät untergebracht sind, ist dies im Bereich des Fahrwerkes nicht der Fall – jedenfalls zurzeit noch nicht. Hier sind die einzelnen Steuergeräte bestimmten Komponenten, also dezentral zugeordnet (beispielweise Bremsen, Lenkung und Radaufhängung), was auch dadurch bedingt ist, dass die Komponenten oft von verschiedenen Zulieferern stammen. Dadurch kommt es zu einer Koexistenz verschiedener Steuergeräte, die zum Teil wenig oder gar nicht vernetzt sind. Im Rahmen einer Fahrzeug-Gesamtregelung wird die Vernetzung der Steuergeräte zunehmend wichtiger. Dabei ist die Aufteilung der Software-Funktionen vom Zulieferer (zum Beispiel Basisfunktionen) und vom Fahrzeughersteller (beispielsweise Fahrdynamikfunktionen und Ausstattungsvarianten) im Rahmen von partnerschaftlichen Geschäftsmodellen zu klären. Somit muss man sich über die Struktur und Systematik der Softwareerstellung einigen. Für das Entwicklungs-Management der vernetzten Fahrzeug-Software-Architektur wurde die Autosar-Initiative gegründet. Hier werden die Skalierbarkeit, Flexibilität, Standardisierung, und Testbarkeit sowie Qualität und Zuverlässigkeit verbessert.
Die in Kraftfahrzeugen benötigten Softwarefunktionen werden weiter zunehmen, beispielsweise durch vernetzte Fahrdynamik-Regelung, Fahrerassistenzsysteme für Parken, Kollisionsvermeidung und Telediagnose. Somit benötigt man verstärkt entsprechend ausgebildete Experten, die eine relativ große Spannweite, von den mechanischen, thermo- und fluiddynamischen und elektrischen Prozessen über numerische Mathematik, Mess- und Regelungstechnik bis zum physikalischorientierten Software-Algorithmen-Entwurf beherrschen. Dies wird zum Teil bei der Ausbildung von Studenten des Maschinenbaus und der Elektro- und Informationstechnik berücksichtigt, ist aber ein besonderes Ziel der Studiengänge Mechatronik. Hier gilt es, die Studenten frühzeitig auf diese geforderte Vielseitigkeit und Kompetenz hinzuweisen, was nicht mit Bachelor-, sondern nur mit Masterabschlüssen erreichbar ist. In den Unternehmen kann dieser große fachliche Umfang mit geeignet zusammengesetzten Teams und einem entsprechenden Integrations-Bewusstsein in frühen Entwurfsphasen gemeistert werden.
(Autor: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rolf Isermann, Institut für Automatisierungstechnik, TU Darmstadt, Wissenschaftlicher Beirat ATZelektronik)
