Wie Automobilhersteller Softwarefehler beheben, bevor sie passieren

Wie jede andere Branche stand auch die Automobilindustrie in diesem Jahr völlig unter dem Einfluss der Corona-Pandemie. Doch wie blickt die Branche auf die kommenden Jahre? Welche Entwicklungen erwarten Stakeholder und Experten aus dem Automotive-Bereich beim autonomen Fahren?

Welche Herausforderungen sehen sie angesichts von immer mehr softwarebasierten Fahrzeugsystemen als am dringlichsten an? Um Antworten auf diese und viele weitere Fragen zu finden haben wir gemeinsam mit dem führenden Marktforschungs- und Beratungsunternehmen Strategy Analytics weltweit 200 Experten aus der Automobilbranche sowie Analysten und Journalisten befragt. 

Angesichts der immer größeren Menge softwarebasierter Fahrzeugsysteme verwundert die hohe Dringlichkeit, die die Studienteilnehmer der proaktiven Erkennung von Softwarefehlern beimessen, nicht. 88 Prozent der Befragten sind der Ansicht, dass es wichtig oder sehr wichtig ist, nicht nur auf Anomalien im Softwareverhalten zu reagieren, sondern diese proaktiv vorherzusagen (Bild 1). Zwei Drittel der Studienteilnehmer gehen außerdem davon aus, dass es künftig schwerer oder sehr viel schwerer wird, Softwarefehler nach der Fahrzeug-Auslieferung noch zu beheben (Bild 2).

Software-Abhängigkeiten erkennen und Fehler proaktiv verhindern

In modernen Fahrzeugen laufen verschiedenste Softwaresysteme von unterschiedlichen Herstellern, die teilweise voneinander abhängig sind. Diese Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Steuereinheiten sind äußerst komplex. Wie sollen Automobilhersteller proaktiv vorhersagen können, ob Änderungen an der Software einer Steuereinheit das Verhalten anderer Steuereinheiten beeinflussen?

Mittlerweile gibt es Lösungen, die Automobilhersteller in die Lage versetzen, diese Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Softwaresystemen zu analysieren und damit mögliche Fehlerquellen vorherzusagen. So ist es möglich, potentiell gefährliche Fehlfunktionen proaktiv zu verhindern. Unsere Line-of-Code Behavior-Technologie setzt beispielsweise auf Künstliche Intelligenz und Machine Learning, um die komplette Fahrzeugsoftware zu managen. Diese Technologie funktioniert in vier Schritten:

1. Validieren: Die Struktur, Beziehungen und Abhängigkeiten der Software werden in Echtzeit überprüft. Ein Algorithmus identifiziert und bildet auf funktionaler Ebene ab, welche Software auf dem ECU läuft, welche Code-Zeilen von dem Update betroffen sind und welche Funktionen eine erneuerte Typgenehmigung benötigen – was den behördlichen Genehmigungsprozess erheblich vereinfacht.

2. Erkennen: Machine-Learning-Algorithmen analysieren das Verhalten und die Beziehungen zwischen den Millionen Zeilen von Softwarecode im Fahrzeug. So können Automobilhersteller erkennen, wenn Anomalien im Softwareverhalten auftreten, die auf eine Änderung der Softwarekonfiguration, einen Softwarefehler oder einen Hack hinweisen können. Die Line-of-code Behavior-Technologie kann vorhersagen, welche dieser Anomalien zu Problemen werden und zu Systemausfällen führen können. 

3. Reparieren: Wird ein Problem identifiziert, setzt die Lösung die betroffene Software nahtlos auf die letzte sichere Version zurück. Dafür muss der Flash-Speicher nicht aus 2-Bank-Modulen bestehen. Im Grunde heilt sich das Auto selbst, was Ausfallzeiten und Fehlfunktionen vorbeugt. 

4. Update: Als letzter Schritt erfolgt das Over-the-Air-Update (OTA-Update). Im Gegensatz zu Lösungen, die die Software-Binärdateien auf Veränderungen überprüfen, bestehen Line-of-Code Updates aus viel kleineren Update-Dateien, da nur die veränderten Codezeilen aktualisiert werden. Das verringert die nötige Bandbreite und dadurch auch die Übertragungskosten. Mit Line-of-Code Updates lassen sich Steuereinheiten außerdem aktualisieren, ohne sie offline zu nehmen. Das bedeutet, dass der tägliche Gebrauch des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt wird.

Bild 3: (Quelle: Aurora Labs)

Eine wichtige Rolle in diesem Prozess spielen OTA-Updates. Durch sie gelingt es, dem Fahrzeug die „reparierte“ Softwareversion aufzuspielen. Die Software von modernen Autos wird bereits häufig per Fernwartung gemanagt und über OTA-Updates aktualisiert. Die heute genutzten OTA-Updatelösungen für Automotive-Software wurden jedoch ursprünglich für Mobiltelefone entwickelt. Ein Smartphone unterscheidet sich allerdings deutlich von einem Fahrzeug. OTA-Lösungen für Autos sollten deshalb auch speziell für Automotive Software konzipiert werden. 

Fehlerbehebung per OTA-Update ohne Ausfallzeit

Ein modernes Auto verfügt über mehr als 100 separate Motorsteuergeräte, die verschiedene Chipsätze mit unterschiedlichen Speichergrößen, Taktraten und Betriebssystemen verwenden. Diese sind über mehrere fahrzeug-interne Netzwerke mit unterschiedlichen Protokollen wie CAN, FlexRay, MOST, LIN und sogar Ethernet verbunden und werden den OEMs von verschiedenen Anbietern, Integratoren und Lieferanten zur Verfügung gestellt. Kein Wunder also, dass eine Technologie, die vor 15 Jahren für ein Handy entwickelt wurde, das nur eine einzige CPU besitzt, für die komplexe Welt der Automotive-Software nicht mehr geeignet ist.

Herkömmliche OTA-Lösungen erfordern, dass das Gerät, auf das ein Update aufgespielt wird, offline genommen, in den Update-Client gebootet, aktualisiert und erst dann mit der aktualisierten Software neu gestartet wird. Dieser Prozess kann bis zu einer Stunde dauern. Wenn das Gerät offline ist, kann das Fahrzeug natürlich nicht genutzt werden – für den Fahrer ist das nicht nur unpraktisch, sondern auch inakzeptabel. 

Mit unserer Self-Healing Software hingegen sind nahtlose Updates möglich, ohne das Fahrzeug offline zu nehmen und ohne zusätzlichen Speicherplatz zu benötigen, indem die aktualisierte Softwareversion einfach auf den nächsten verfügbaren Speicherplatz geschrieben wird. Dies führt zu wesentlich effizienteren Updates und zu einem besseren Kundenerlebnis.

Validierung von Updates beschleunigt Typgenehmigung und senkt Kosten

Da eine Line-of-Code-Behavior-Technologie außerdem die Validierung der neu aufgespielten Software ermöglicht können Fahrzeughersteller bei der Typgenehmigung des Autos sogar Kosten sparen. Indem die Beziehungen zwischen den einzelnen Steuereinheiten eines Fahrzeugs analysiert werden, kann man genau sagen, ob ein Update einer Softwarekomponente Auswirkungen auf andere Komponenten hat. So können Fahrzeughersteller bei der Typgenehmigung ganz einfach und schnell alle relevanten Nachweise gegenüber den Behörden erbringen. Das beschleunigt den Typgenehmigungsprozess und senkt somit Kosten – was den Automobilherstellern sehr entgegenkommt. Unsere Studie hat ergeben, dass sich 67 Prozent der Befragten eine Softwarelösung wünschen, die die Sicherheit des Fahrzeugs gewährleistet ohne zusätzliche Kosten zu verursachen. Nur ein Drittel der Studienteilnehmer gibt an, dass Sicherheit für sie automatisch mit höheren Kosten verbunden ist (Bild 4).

Eine Line-of-Code-Behavior-Technologie hilft Automobilherstellern also dabei, die Sicherheit vernetzter und autonomer Fahrzeugsysteme zu gewährleisten und gleichzeitig Kosten zu senken. Das erhöht die Akzeptanz des autonomen Fahrens insgesamt, da Autofahrer nur dann flächendeckend auf selbstfahrende Autos umsteigen werden, wenn die Sicherheit zu nahezu 100 Prozent gewährleistet ist. Gleichzeitig ermöglicht die Line-of-Code-BehaviorTM-Lösung Autofahrern maximalen Komfort, da OTA-Updates das Fahrzeug dauerhaft mit innovativen Technologien versorgen – und das, ohne das Fahrzeug offline nehmen zu müssen.