Systemzuverlässigkeit und Sicherheit für autonom fahrende E-Fahrzeuge.

Autonom fahrende E-Fahrzeuge sollen schnell und kostengünstig auf die geforderte Sicherheit hin ausgelegt werden.

Die Sicherheitskonzepte bisheriger Fahrzeuge schließen den Menschen als »entscheidenden« Faktor mit ein. In der Zukunft autonomer Fahrzeuge entfällt dieser Faktor. Für autonome E-Fahrzeuge entstehen somit sehr weitreichende Forderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit der unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten. Sie müssen die Erfahrung, Reaktion und Voraussicht des Menschen zuverlässig übernehmen.

Systematische Aktionsketten definieren

Fällt beispielsweise in einem herkömmlichen Fahrzeug ein Scheibenwischer aus, greift der Fahrer in das Geschehen ein und steuert das Fahrzeug sicher an den Straßenrand. Ebenso würde der Fahrer bemerken, wenn eine Achse durch eine Bordsteinüberfahrt so geschädigt ist, dass ein Werkstattbesuch für den sicheren Betrieb des Fahrzeuges erforderlich ist. Somit ist der Fahrer aktuell ein integraler Bestandteil des Sicherheitskonzepts.

Bei autonomen Fahrzeugen fehlt der Fahrer in dieser Rolle. Aus dieser Tatsache leiten sich verschiedene Fragestellungen bzgl. der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsbewertung von zukünftigen Fahrzeugkomponenten ab. Insbesondere sind hier zu nennen:

Wie können bestehende Methoden zur Bewertung von Zuverlässigkeit und Sicherheit so erweitert werden, dass die Fahrzeugkomponenten der Zukunft mit Blick auf die entsprechend hohen Anforderungen bewertet werden können?
Wie können insbesondere verschiedene »Sprachen« und »Mentalitäten« der Fachexperten im Bereich mechanischer Komponenten einerseits und elektrisch / elektronischer Komponenten andererseits so zusammengebracht werden, dass eine durchgängige und übergreifende Bewertung möglich wird?

Das Fraunhofer LBF befasst sich mit diesen Herausforderungen an die Systemzuverlässigkeit und engagiert sich in entsprechenden Expertengremien. So haben Wissenschaftler in den letzten Jahren auf verschiedenen Systemtiefen unterschiedliche Bewertungsmethoden für alle Phasen des V-Modells entwickelt, Abb. 1.

Ein Beispiel ist die probabilistische Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (probFMEA), Abb. 2. Diese kann im Gegensatz zu herkömmlichen FMEA mit quantitativen Ausfallraten rechnen. Es ist damit möglich, ein durchgängiges Tool zur Zusammenführung von Zuverlässigkeitsdaten domänenübergreifend, elektrisch und mechanisch, einzusetzen.

Abb. 1: Bewertungsmethoden auf verschiedenen Systemtiefen für alle Phasen des V-Modells.

Abb. 2: Die probabilistische FMEA (probFMEA) kann als Bindeglied zwischen elektrischen und mechanischen Systemumfängen eingesetzt werden, um Ausfalldaten in den Kontext der ISO 26262 zu überführen.

Klarer Handlungsauftrag

Langjährige Partner und Kunden sehen das Fraunhofer LBF hier eindeutig in einer Rolle des Gestalters. Aufgrund des anerkannten Know-hows und der umfassenden Erfahrung seiner Wissenschaftler kann das Institut hier eine Vorreiterrolle übernehmen und ein wichtiges technologisches Querschnittsthema für die Zukunft, z. B. über die Definition entsprechender Standards, prägen.

Future Mobility wird greifbar

Durch die im Fraunhofer LBF entwickelten Methoden zur domänenübergreifenden Bewertung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Fahrzeugkomponenten, können künftige autonom fahrende E-Fahrzeuge schneller und kostengünstiger auf die geforderte Sicherheit hin ausgelegt werden.

»Elektrifizierung, Digitalisierung und autonomes Fahren verknüpfen mechanische, elektrische und softwarebasierte Wirkprinzipien. Der klassische Festigkeitsnachweis wird Teil des mechatronischen Funktionssicherheits-Konzeptes. Das LBF ist prädestiniert, diesen Wandel mit zu gestalten.« Dr. Kurt Pötter, BMW AG