Das Automobil der Zukunft wird autonom und sicher

Im Rahmen des Projekts „MANNHEIM – AutoDevSafeOps” arbeitete Stefan Wagner, Professor für Software Engineering am TUM Campus Heilbronn, mit zahlreichen Kolleginnen und Kollegen an 80 technologischen Bausteinen, um die Software-Sicherheit in Fahrzeugen zu erhöhen. Das Mammutprojekt wurde vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert. 

Schon im Titel verstecken sich die verschiedenen Forschungsschwerpunkte, die nun gemeinsam betrachtet werden. „Development” steht für den tatsächlichen Einsatz, „Operations” für die Ausführung. Stefan Wagner ergänzte die beiden Felder um „Safety”, also Sicherheit, in Automobilen. Bisher lagen Entwicklung und Durchführung in verschiedenen Abteilungen: „Die einen haben die Software entwickelt, die anderen haben sie installiert und sich dann beschwert, wenn etwas nicht funktioniert hat.“ Ziel des Projekts ist es, diese Bereiche besser zu verzahnen und live weiterzuentwickeln.

Updates aus der Luft

Klassischerweise wurden Updates für Fahrzeug-Software bei einem Besuch in der Werkstatt aufgespielt. Jetzt soll das schneller und effektiver gehen: „Mit Over-the-Air-Updates ermöglichen wir kürzere Zyklen. Ich werte die Daten aus, kann auf das Feedback reagieren und meine Software sofort ändern“, erklärt der Forscher. Diese Vorgehensweise ist bei Smartphones schon lange etabliert, doch Stefan Wagner weiß um die Schwierigkeiten, die der Straßenverkehr mit sich bringt: „Bei Infotainment sind Anpassungen nicht kritisch. Aber wenn ich bei Fahrzeugen nicht aufpasse und dann ein wirklich wichtiges System durch ein Update nicht mehr funktioniert, ist das ein Riesenproblem. Das kann sogar Menschenleben kosten.“

Abhilfe können hier Informationen aus dem Automobil schaffen: „Wir erheben jetzt sehr viele Daten im Fahrzeug und spielen sie zurück in Safety Cases. Es ist eine Abwägung von Chancen und Risiken.“ Für diesen Projektbaustein, der auch der Wegbereiter für sicheres autonomes Fahren sein kann, arbeitete Wagner mit Bosch, der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme (IKS) in München zusammen. Ganz konkret entwickelt Bosch momentan einen Baustellenassistenten. Der TUM-Professor zeigt auf, was es zu beachten gilt: „Auf Autobahnen funktioniert autonomes Fahren schon sehr gut, es passiert selten etwas Unvorhersehbares – ein Problemfall sind jedoch Baustellen, wenn auf einmal eine gelbe und eine weiße Linie auf der Straße sind, also insgesamt zwei. Die Spurassistenten haben damit ihre Probleme.“

Doppelt hält besser

Doch gerade in der Software können kleine Änderungen gravierende Folgen haben. Wagners Lösungsansatz: „Wir haben versucht, die Sicherheitsanalyse zu verkleinern, also eine inkrementelle Safety-Analyse durchzuführen. Dabei beschränken wir uns nur noch auf die Dinge, die sich wirklich geändert haben.“ Das Team versucht daher, viele der Anforderungen, die zunächst in der Sicherheitsanalyse beschrieben werden, abzubilden und ihre Einhaltung zu messen. Die Daten gehen wieder zurück und es wird erkannt, wenn doch etwas schiefläuft. „Diese doppelte Absicherung wird in der Entwicklung und dann im Betrieb überprüft.“

Und bei sicherheitsrelevanten Fragen wird natürlich viel getestet – entweder in Simulatoren oder mit Versuchsfahrzeugen in Echtzeit beim Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum in Oldenburg. „Der europäische Ansatz ist eher, genau zu überlegen, wie wir absichern, und einen Schritt nach dem anderen zu gehen. Gerade wenn es um Sicherheit geht, bevorzuge ich den Weg. Lieber machen wir das solide und setzen unser German Engineering wirklich um.“

Wenn Autos miteinander kommunizieren

Daher wird es in Europa noch etwas Zeit in Anspruch nehmen, bis Robotertaxis auf den Straßen unterwegs sind – wie heute schon in den USA. Wagner sieht die Entwicklung jedoch auf einem guten Weg und das AutoDevSafeOps-Projekt leistet einen wichtigen Beitrag dazu. „Der Fokus liegt mehr auf KI und dem sogenannten ‚Systems of Systems‘-Ansatz. Das heißt, man betrachtet nicht nur das eigene Auto, sondern das Gesamtsystem, also auch andere Autos, Verkehrsteilnehmer, Lichtzeichen etc., die mit dem Auto kommunizieren können.“ Dabei kann die Datenmenge zum Problem werden: „Sie muss gespeichert, vom Fahrzeug heruntergeladen und anschließend ausgewertet werden – und das auf einem fahrbaren Gerät, das nicht immer eine gute und kostenlose Datenverbindung hat – eine echte Herausforderung.“

Insgesamt sieht der Wissenschaftler die Entwicklung im Straßenverkehr jedoch positiv: „Trotz aller Kritik sind Autos viel sicherer geworden. Die Zahl der Unfalltoten und -verletzten geht immer weiter zurück. Es ist unvorstellbar, wie viele Menschen in der Vergangenheit bei Unfällen gestorben sind.“ Und auch der Weg zum autonomen Fahren ist nicht mehr weit: „Ich sehe uns bei 80 Prozent, es fehlt also nicht mehr viel und wir bleiben auf jeden Fall dran. Daher arbeiten wir gerade an einem möglichen Folgeprojekt.“