Testverfahren spürt Fehlerquellen in elektronischen Systemen auf
Prüfmethode erhöht Sicherheit im Auto

Nach jahrelangen Forschungen wurde nun eine viel versprechende Methode vorgestellt, mit der sich die Fehleranfälligkeit elektronischer Steuergeräte deutlich verringern lässt. Der neue Modelchecker soll solche Systeme sicherer machen und die immensen Entwicklungskosten reduzieren.

DÜSSELDORF. Wie sicher sind Autopiloten in Flugzeugen wirklich? Und was können die elektronischen Steuergeräte in Kraftfahrzeugen tatsächlich leisten? Mit Fragen der Beherrschbarkeit und der Optimierung dieser so genannten eingebetteten Systeme beschäftigen sich Wissenschaftler seit mehr als zwei Jahrzehnten. Ihre Aufgabe wird dadurch erschwert, dass die Funktionen, die die hoch komplexe Software zu erfüllen hat, immer umfangreicher werden - und damit auch anfälliger für Fehler.

In Kooperation mit renommierten Partnern aus der Automobil- und Flugzeugindustrie hat die OSC Embedded Systems jetzt ein neuartiges Modelchecking-Verfahren entwickelt, das solche Systeme testet. Es gilt neben einem neuen System des französischen Unternehmens Esterel Technologies zurzeit als wohl aussichtsreichster Versuch, Fehler in der entsprechenden Soft- und Hardware aufzudecken und zu vermeiden.

Steuersoftware auf dem Prüfstand

Die mittlerweile meist sehr komplexe Elektronik in Fahr- und Flugzeugen soll Fahrer und Piloten bei ihrer Tätigkeit entlasten und unterstützen. Ein Beispiel dafür sind "intelligente" Bremsassistenten, die etwa eine automatische Vollbremsung (das so genannte "break by wire") veranlassen können, wenn sie ein unerwartetes Hindernis auf dem vorgesehenen Fahrtweg erkennen.

Aber derartige Eingriffe der Bordtechnik lösen unter Umständen auch selbst zum Teil verheerende Unfälle aus. Etwa dann, wenn die Deaktivierung des Beifahrer-Airbags durch ein unvorhergesehenes Time-out oder einen standardisierten Sicherheitscheck aufgehoben wird.

Automobil- und Flugzeughersteller versuchen mit einer ganzen Reihe von Qualitätschecks, ein solches Fehlverhalten und die Risiken von Steuergeräten rechtzeitig zu erkennen und auszuschalten. Untersuchungen zeigen, dass rund 50 % der Entwicklungszeit und sogar 70 % der Entwicklungskosten für das Testen der Zuverlässigkeit von elektronischen Bauteilen verwendet werden. Die Kosten für die bis zu 70 integrierten mikroelektronischen Steuerungen in Fahrzeugen der Automobiloberklasse summieren sich so schnell zu Millionenbeträgen.

Fehler werden frühzeitig sichtbar

Das Geld ist gut angelegt, denn einen spektakulären technischen Fauxpas kann sich die Industrie nicht leisten. Rückrufaktionen und Unfälle schlagen schnell auf Image und Umsatz durch. Bislang sahen sich die Hersteller jedoch nicht in der Lage, Störungen vollkommen auszuschließen. Grund dafür seien die "unkalkulierbaren Eventualitäten", sagt Werner Damm, Hochschullehrer an der Carl-von-Ossietzky-Universität im niedersächsischen Oldenburg und Fachmann für Eingebettete Systeme am Informatik-Institut Offis. Selbst bei einfachen Geräten wie der Zentralverriegelung sei die Zahl der möglichen Störfaktoren "extrem hoch".

Mit dem neuen Modelchecker von OSC Embedded Systems könnte sich das ändern. Die Software überprüft Steuerungen bereits im Planungsstadium auf alle denkbaren Fehler und Krisensituationen. Dazu wird die entwickelte Software anhand der jeweils einzuhaltenden Sicherheitsanforderungen geprüft und jede mögliche Situation, in der diese verletzt werden könnten, erkannt und angezeigt. So lassen sich durch animierte Simulationen gewünschte Funktionen absichern und Codes für die im Testfahrzeug integrierten Rechnersysteme erzeugen.

Jürgen Bortolazzi, Senior Manager Software Technologies bei Daimler-Chrysler in Stuttgart, bestätigt den hohen technischen Stand der OSC-Entwicklung. Die Verbesserungen der Steuergeräte durch den neuartigen modellbasierten Prozess seien ganz erheblich. Für sein Unternehmen stelle er einen "entscheidenden Schritt" dar, die "Qualität der Software weiter zu steigern". Wie auch seine Kollegen bei BMW betont Bortolazzi darüber hinaus einen weiteren positiven Effekt der Entwicklung: "Die nötigen Testreihen lassen sich enorm verkürzen".

Werner Damm geht in seiner Beurteilung noch weiter: Der Einsatz von Modelcheckern bilde eine wichtige Entwicklungsstufe zur Vision vom intelligenten, selbstfahrenden Auto: "Wo heute der Fahrer das Fahrzeug führt, übernimmt dies vielleicht schon bald immer mehr das Fahrzeug und seine Technik selbst."

Dass das neue Modelchecker-Verfahren nicht nur im Straßen- und Luftverkehr Anwendung finden kann, zeigt die jüngst beschlossene Zusammenarbeit von OSC mit dem Euro-Interlocking-Konsortium. Es hat sich zur Aufgabe gemacht, die Stellwerk- und Signaltechnik im europäischen Bahnennetz zu standardisieren. Mit Hilfe von Modelcheckern könnten auch hier alle möglichen Fehlerquellen frühzeitig aufgespürt werden.

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