Software Defined Car

Elektrofahrzeuge sollen flexibel und anpassbar sein. ESK-Forscher entwickeln eine IKT-Architektur, die individuelle Benutzeroberflächen und multimodale Nutzung von E-Autos ermöglicht.

Hohe Auslastung durch flexible Nutzung sorgt für effizienten Fahrzeugeinsatz

© Foto Fraunhofer ESK

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Aufbau der IKT-Architektur im Software Defined Car

Zukünftige innerstädtische Elektrofahrzeuge sollen durch eine hohe Auslastung und Reduktion auf das Wesentliche rentabler werden. Dies kann erreicht werden, wenn minimal gehaltene Fahrzeuge dennoch flexibel und einfach anpassbar sind, also für verschiedenste Einsatzzwecke nutzbar gemacht werden: ob morgens als Taxi, nachmittags für Car-Sharing oder abends für innerstädtische Logistik, z.B. für Pizzalieferdienste. Um ein und dasselbe Fahrzeug für verschiedene Zwecke einzusetzen, werden eigene Funktionen und eine individuelle Benutzeroberfläche benötigt. Das Fraunhofer ESK erforschte und entwickelte hierfür im Projekt „Adaptive City Mobility“ (ACM) eine offene Informations- und Kommunikationsarchitektur (IKT-Architektur) für Fahrzeuge, die eine multimodale Nutzung elektrischer Kleinstfahrzeuge ermöglicht. Im Folgeprojekt „Adaptive City Mobility 2“ (ACM-2) wird diese Architektur weiterentwickelt, abgesichert und in Prototypfahrzeugen erprobt.

Die IKT-Architektur des Fahrzeugs ist so geplant, dass für die drei Interessensgruppen Betreiber, Hersteller und Nutzer eine möglichst große Anpassbarkeit bei gleichzeitiger Minimalisierung des Aufwands gegeben ist. Durch die freie Gestaltung der Fahrzeugbedienung und des anpassbaren Umfangs der Infotainment- und Fahrzeugfunktionen des jeweiligen Einsatzzwecks kann dies z. B. durch einen Flottenbetreiber selbst angepasst werden. Somit werden Flexibilität im täglichen Einsatz aber auch neue Vermarktungskonzepte ermöglicht.

Zentrales Steuergerät für Infotainment- und weitere Fahrzeugfunktionen

Das Kernstück der IKT-Architektur für Kleinstfahrzeuge ist ein einzelnes Zentrales Steuergerät (ZSG), welches alle sicherheits- und nicht-sicherheitskritischen Funktionen beherbergt. Vor allem die sicherheitskritischen Anwendungen müssen besonders geschützt werden. Dies wurde in ACM durch separierte Hardware prototypisch realisiert und wird in ACM-2 durch den Einsatz von Virtualisierungssoftware ermöglicht. Hierdurch wird eine zeitlich deterministische Ausführung der Funktionen sichergestellt. Zur Reduzierung des Energieverbrauchs des ZSGs wird zudem an Verfahren geforscht, die eine Abschätzung des Energieverbrauches bereits in frühen Entwicklungsphasen ermöglichen. Gerade für Elektrofahrzeuge ist die Energieeffizienz der permanenten Verbraucher ein wichtiges Thema.

Als Schnittstellen des ZSGs sind neben bekannten Fahrzeugschnittstellen auch UMTS, WLAN und Car2X-Kommunikation vorgesehen. Die Integration von Apps erfolgt auf einer Linux-basierten Infotainment-Partition, welche im ZSG integriert ist. Eine zentrale Rolle spielt dabei der sogenannte Vehicle Service. Mit dessen Hilfe können vom Fahrzeug bereitgestellte Dienste oder Informationen sehr einfach in externe Anwendungen integriert werden.

Das Konzept der drei verschiedenen Vertrauensbereiche im ZSG schafft eine größtmögliche Flexibilität: Einen geschützten Echtzeitbereich für die Fahrfunktionen des Fahrzeugs, einen für den Betreiber offenen Bereich, in dem Apps installiert werden, und einen Bereich für die Interaktion mit dem Smartphone des Nutzers.

Bring your own device – Das Nutzer-Interface

Aufgrund der kurzen Entwicklungszyklen von mobilen Endgeräten und der gewünschten Flexibilität durch nachträglich installierbare Apps wird ein Tablet oder ein Smartphone für die Bedienung des Fahrzeugs genutzt. Die Apps können Informationen des Fahrzeugs, wie Geschwindigkeit, Position und Batteriezustand, abfragen sowie die Klimatisierung oder den Ladevorgang steuern. Jeder Benutzer kann somit seine individuelle Benutzeroberfläche gestalten und in das Fahrzeug „mitbringen“. Das Smartphone wird zusätzlich zur Entriegelung des Fahrzeugs und Authentifizierung des Fahrers genutzt.

Flexible IKT-Architektur für zukünftige Fahrzeuge

Die Herausforderung für die ESK-Forscher ist, die IKT-Architektur für verschiedene Nutzungskonzepte zu öffnen und gleichzeitig eine zuverlässige Ausführung sicherheitsrelevanter Fahrfunktionen zu gewährleisten. Nur wenn neue Steuerungs- und Anwendungssoftware für das Fahrzeug unkompliziert entwickelt werden können, sind eine flexible Nutzung und damit eine hohe Auslastung der E-Mobile gewährleistet. Durch die speziell modular aufgebaute IKT-Architektur des Zentralen Steuergeräts wird dies ermöglicht.

Erprobung im Feldversuch

Innerhalb des Projekts ACM-2 sollen mehrere Prototypen des Kleinstfahrzeugs mit der entwickelten offenen und flexiblen IKT-Architektur aufgebaut und hinsichtlich ihrer Funktionalität erprobt werden. Hierfür sind die Erweiterung des Funktionsumfangs für den Feldversuch, die Absicherung und ein detaillierter Funktionstest der IKT-Architektur notwendig.

Die Projekte sind durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.