Eine der größten Herausforderungen für Konstrukteure von Elektro- und Hybridfahrzeugen ist es, präzise Steuerungssysteme zu schaffen, die Sicherheit, Leistung und Energieeffizienz in Einklang bringen. Seit mehr als einem Jahrzehnt nutzt Subaru bei der Entwicklung des Softwarecodes, der den elektronischen Steuergeräten (ECUs) seines E-Autoprogramms zugrunde liegt, die Scade-Lösungen von Ansys. Durch die Nutzung von Scade können Ingenieure bei Subaru den unternehmenskritischen Code generieren, mit dem Elektrofahrzeuge sicher und reibungslos laufen – unabhängig davon, wie komplex ihre Technologiearchitektur ist.

Um hochentwickelte Systeme im E-Fahrzeug wie Motor, Beschleunigung oder Infotainment sicher und reibungslos miteinander zu verbinden, ist ein fehlerfreies Kontrollsystem notwendig. Zudem müssen unverzichtbare Funktionen, wie die Lenkung vor Systemfehlern geschützt sein. Für die Wartung und Verwaltung aller Systeme ist das elektronische Steuergerät (ECU) verantwortlich. Es bildet das Herzstück jedes Hybrid- und Elektrofahrzeugs und zählt zu den wichtigsten Bauteilen eines Elektroautos. Unterstützt wird es von Millionen Zeilen eingebetteten Softwarecodes und unterliegt zudem strengen Regularien.

Ein direkterer Weg zur Codegenerierung

Dank Scade sind fast alle Schritte der Entwicklung des ECUs für den e-Boxers automatisiert, wodurch eine schnellere Markteinführung möglich ist.

Dank Scade sind fast alle Schritte der Entwicklung des ECUs für den e-Boxer automatisiert, wodurch eine schnellere Markteinführung möglich ist. Ansys/Subaru

Die Generierung des Softwarecodes für das ECU beginnt mit der Bestimmung der Steuerlogik, um alle Teile der Elektronikarchitektur des Autos zusammenzuführen. Konsequente Regeln stellen eine sichere und zuverlässige Integration der Elektronik in das Auto sicher. Weiterhin verwalten sie die Systeminteraktionen, senden bei Bedarf Warnmeldungen und können im Notfall einzelne Systeme abschalten. Wohingegen das Regelwerk die Fahrzeugdynamik, die Motorfunktionalität, den Energieverbrauch des Fahrzeugs sowie den Ladezustand der elektrischen Batterie regelt.

Beim Forester e-Boxer, der mit einem horizontal gegenläufigen Antrieb ausgestattet ist, bietet das ECU zusätzliche intelligente Programme, die bei optimalen Fahrbedingungen für eine hohe Verbrauchseffizienz sorgen. Das ECU des e-Boxers ist beispielsweise so programmiert, dass es eine sanfte und dennoch kräftige Beschleunigung über eine Motorassistenzfunktion unterstützt, welche die Batterie nicht belastet. Das macht die Steuerlogik komplexer und erschwert es zudem, die Präzision und Kontrolle des ECUs zu gewährleisten.

Um die Steuerlogik für das ECU zu programmieren, nutzen die Ingenieure von Subaru Matlab/Simulink. Zusätzlich wendet der Automobilhersteller spezialisierte Technologien an, um die Systemarchitektur und den zugrundeliegenden Softwarecode zu erstellen. Während viele andere Automobilhersteller diese Schritte manuell absolvieren, setzt Subaru auf Ansys Scade und beschleunigt dadurch den Prozess erheblich.

Zunächst konvertiert das Entwicklungsteam die Steuerlogik in ein Scade-Modell der gesamten Systemarchitektur. Anschließend erstellen die Ingenieure mit dem Scade-Suite-KCG-Codegenerator von Ansys einen Implementierungscode auf Grundlage des Modells. Dieser Entwicklungsprozess hat sich seit fast einem Jahrzehnt nicht verändert.

Ein großer Vorteil dabei ist, dass viele Schritte automatisiert ablaufen und manuelle Eingriffe kaum nötig sind. Bei der Generierung des Steuersoftwarecodes für das erste Hybridfahrzeug von Subaru, konnte das Entwicklungsteam des Automobilherstellers so etwa 80 Prozent der Entwicklungsarbeit automatisieren. Seitdem hat sich das Team in der Nutzung von Ansys Scade verbessert. Der Automatisierungsgrad für den Code, der dem e-Boxer zugrunde liegt, ist auf 95 Prozent gestiegen. Sobald die Simulink-Steuerlogik definiert ist, brauchen die Ingenieure einen halben Tag für die Modellierung eines ECUs. Sie können die Logik und Architektur des Steuergeräts dadurch öfter und einfacher verändern und neue Konstruktionen testen.

Sicherheit, Produktqualität und Compliance gewährleisten

Im Gegensatz zu generischen Tools ist Scade spezialisiert auf die Entwicklung von Embedded-Softwarecodes. Die modellbasierte Umgebung und die klare Skriptsprache lassen keine menschlichen Fehler bei der Übersetzung der Steuerlogik für das ECU zu. Der integrierte Suite-KCG-Codegenerator erfüllt die Standards der Automobilindustrie wie etwa die ISO 26262 auf höchstem Sicherheitsniveau, was ASIL-D entspricht. Der resultierende Code respektiert automatisch die exakten Vorgaben, wodurch sich der Zeit- und Arbeitsaufwand sowie die Dokumentation für die finale Codeverifizierung reduziert.

Subarus e-Boxer ist mit einem horizontal gegenläufigen Antrieb ausgestattet.

Subarus e-Boxer ist mit einem horizontal gegenläufigen Antrieb ausgestattet. Ansys/Subaru

Aufgrund einer hohen Zuverlässigkeit des mit Scade generierte Codes ist eine manuelle Überprüfung nicht mehr nötig. Gerade der eingebettete Softwarecode für ein ECU in einem hybriden Automobil ist kompliziert und numerisch groß, besonders bei einem intelligenten Hybridmotorsystem wie dem des e-Boxers. Die manuelle Prüfung dieses Codes würde sehr viel Zeit und Aufwand in Anspruch nehmen.

Außerdem erleichtert die Verwendung von Scade einen in sich geschlossenen Entwicklungsprozess der Software. Wenn das übergreifende Steuergerät zu einem späteren Zeitpunkt in Simulink modifiziert wird, spiegelt das Tool diese Änderungen automatisch und durchgängig im Systemmodell und im Embedded-Softwarecode wieder, wodurch kostspielige Nacharbeiten und manuelle Aktualisierungen entfallen.

Das Rennen durch beschleunigte Markteinführung gewinnen

Bei der Entwicklung des ECUs für den e-Boxer konnte Subaru fast alle Schritte erfolgreich automatisieren, und auch der Prozess benötigte kaum menschliche Eingriffe. Selbst Ingenieure aus anderen Abteilungen können die Steuerlogik von Simulink in Scade konvertieren und einen präzisen Softwarecode generieren.

Im Wettlauf um die Einführung neuer Hybrid- und Elektrofahrzeugmodelle hat sich Scade in den letzten zehn Jahren zu einem wertvollen und strategischen Tool für Subaru entwickelt. Sicherheit und Qualität sind stets gewährleistet. Dank der Zeitersparnis bei der End-to-End-Entwicklung des Steuergeräts, ohne an Präzision der Software zu sparen, konnte Subaru innovative, neue Technologien wie den e-Boxer schnell einführen.