Simulation der E/E-Architektur in der Automobilindustrie: Kerntechnologien, Entwicklungspraxis und reale Anwendungen

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Letzte Aktualisierung: 17. März 2026
Autor: Johnny Liu, CEO bei Dowway Vehicle
Technischer Prüfvermerk: Für die endgültige Veröffentlichung sollte ein namentlich genannter Gutachter hinzugefügt werden, z. B. ein leitender E/E-Architekt, ein Leiter für funktionale Sicherheit oder ein Fahrzeugnetzwerkingenieur.

Die Simulation der E/E-Architektur in der Automobilindustrie dient der virtuellen Modellierung und Validierung der elektronischen und elektrischen Systeme eines Fahrzeugs. Sie ermöglicht es Entwicklungsteams, Architekturdesign, Kommunikationsverhalten, Timing, Sicherheit und die Interaktion zwischen verschiedenen Domänen zu testen, bevor vollständige Hardware-Prototypen gebaut werden. Bei softwaredefinierten Fahrzeugen ist diese Arbeit heute ein zentraler Bestandteil der Entwicklung und keine Nebenaufgabe mehr.

• Die Architektur der Automobilelektronik wandelt sich von verteilten Steuergeräten hin zu zentralisierten und zonalen Systemen.
• Simulationen helfen Teams dabei, Topologie, Kommunikation, Sicherheit, Timing und domänenübergreifendes Verhalten frühzeitig zu überprüfen.
• Es unterstützt die Validierung nach links und reduziert die Kosten für Tests in späten Phasen.
• Das technische System besteht aus vier Schichten: Modell, Ausführung, Validierung und Datenmanagement.
• Die fünf wichtigsten Simulationstypen sind Topologie-, Buskommunikations-, funktionale Sicherheits-, Echtzeit- und Multi-Domain-Co-Simulation.
• Die wichtigsten technischen Herausforderungen bestehen in der Modellgenauigkeit, der Interoperabilität der Werkzeuge, der Echtzeitlast und der Szenarioabdeckung.
• Gängige Tools sind Simulink, Simcenter Amesim, Ansys, CANoe, RTaW-Pegase, dSPACE, ETAS LABCAR und QEMU.
• Zukünftige Arbeiten konzentrieren sich auf KI-gestützte Simulationen, digitale Zwillinge, Fahrzeug-Cloud-Simulationen und Leichtbaumodelle.

Moderne Fahrzeuge basieren heute auf Software, zentraler Datenverarbeitung, Sensorfusion, Konnektivität und kontinuierlichen Updates. Diese Entwicklung hat die Rolle der Elektronikarchitektur verändert. Sie beschränkt sich nicht mehr nur auf Verkabelung und Controller-Platzierung. Sie prägt nun die gesamte Fahrzeugfunktion, die Aktualisierungsgeschwindigkeit von Funktionen und die sichere Interaktion verschiedener Systeme. Daher ist die Simulation zu einem der wichtigsten Mittel geworden, um Ideen zu testen, bevor sie in kostspielige Hardwareänderungen umgesetzt werden.

Warum ist die Simulation der E/E-Architektur in der Automobilindustrie heute unerlässlich?

Dies ist unerlässlich, da die Fahrzeugentwicklung den alten Arbeitsablauf – zuerst Design, dann Prototypenbau und schließlich die Fehlersuche bei Prüfstands- oder Fahrzeugtests – längst hinter sich gelassen hat. Moderne Fahrzeuge müssen Fahrerassistenzsysteme (ADAS), automatisiertes Fahren, intelligente Cockpitsysteme, V2X-Konnektivität, elektrische Antriebe und eine wachsende Anzahl softwaregesteuerter Funktionen unterstützen. All dies setzt ein eng integriertes Elektro-Elektro-System voraus.

Die Architektur hinter diesen Funktionen verschiebt sich von verteilte Steuerung, wo viele Steuergeräte separate Funktionen verwalten, zentralisierte und zonale Architekturen, wo ein zentrale Recheneinheit (CCU) funktioniert mit Zonensteuerungseinheiten (ZCUs). Dies reduziert die Anzahl der Steuergeräte, verringert die Komplexität der Verkabelung und verbessert die Skalierbarkeit der Software. Gleichzeitig erhöht es jedoch die Schwierigkeit der Integration, der Zeitsteuerung, der Fehlerbehandlung, des Sicherheitsdesigns und der Softwarekoordination.

Der Bericht hebt hier einen praktischen Punkt hervor. Traditionelle physische Tests sind teuer und zeitaufwendig. Ein einzelnes komplettes Fahrzeugtestprogramm kann Millionen von RMB kosten, und selbst Labortests decken nicht genügend Bedingungen frühzeitig ab. Nachträgliche Korrekturen werden deutlich teurer, sobald die Hardware bereits gebaut ist. Simulationen ändern dies, indem sie die Validierung vorverlegen. So können Topologieprobleme, Busüberlastung, Terminierungskonflikte, Kompatibilitätsprobleme und Lücken im Fehlerreaktionsverhalten erkannt werden, bevor der Prototyp finalisiert wird.

Dies entspricht auch der allgemeinen Ingenieurpraxis. ISO 26262 bleibt der wichtigste Rahmen für die funktionale Sicherheit von E/E-Systemen in Straßenfahrzeugen, und die cloudbasierte virtuelle Validierung wird in Software-definierten Fahrzeugprogrammen immer häufiger eingesetzt.

Was ist die Simulation der E/E-Architektur im Automobilbereich?

Die Simulation der E/E-Architektur im Automobilbereich ist die Verwendung eines virtuellen Modells des elektronischen und elektrischen Systems des Fahrzeugs, um das Verhalten zu simulieren, die Leistung zu analysieren, Funktionen zu verifizieren und Fehler während der Entwicklung zu testen.

Im Kern geht es um die Verwendung von digitale Zwillingslogik Im Bereich der Automobil-Elektronik wird eine virtuelle Version des realen Systems erstellt, damit Ingenieure modellieren können, wie Sensoren, Steuergeräte, Busse, Aktoren und die äußere Umgebung interagieren. Dieses Modell wird dann verwendet, um:

• Architekturkorrektheit vor physischen Prototypen überprüfen
• Analyse von Timing, Latenz, CPU-Auslastung und Zuverlässigkeit
• Netzwerkdesign, Architekturlayout und Softwareplanung verbessern
• Fehler simulieren und Sicherheitsmechanismen überprüfen
• Unterstützung von Lebenszyklustests, Diagnose und Wiederverwendung von Testressourcen

Der Bericht definiert vier Hauptmerkmale der E/E-Architektursimulation:

1. Systemweite Abdeckung über die Sensor-Steuergerät-Bus-Aktor-Kette
2. Echtzeitrelevanz mit einer Simulationsgenauigkeit, die möglichst nahe am realen Fahrzeug liegt, idealerweise innerhalb von 5 %.
3. Skalierbarkeit wenn sich Architekturen von verteilten zu zentralisierten und zonalen Formen entwickeln
4. Technischer Nutzen durch Integration mit gängigen Design- und Testwerkzeugen

Diese Kombination macht Simulationen in realen Fahrzeugprogrammen nützlich.

Welches technische System unterstützt die Simulation der E/E-Architektur in der Automobilindustrie?

Der Bericht unterteilt das technische System in vier Schichten: Simulationsmodellschicht, Simulationsausführungsschicht, Simulationsvalidierungsschicht und Datenverwaltungsschicht. Diese Ebenen arbeiten zusammen, um den gesamten Simulationsprozess zu unterstützen.

Simulationsmodellschicht

Dies ist die Basis des gesamten Systems. Es enthält die digitalen Modelle, die zur Darstellung der realen E/E-Architektur verwendet werden.

Der Bericht besagt, dass diese Ebene Folgendes umfasst:

• Steuergerätemodelle für Hardware-Ressourcen wie CPU, Speicher und E/A sowie Software-Logik wie Betriebssysteme, Anwendungslogik und Kommunikationsprotokolle
• Busmodelle für CAN, CAN FD, Ethernet und TSN, einschließlich Übertragungsverzögerung, Bandbreitenauslastung und Signalstörungen
• Sensormodelle für Kameras, LiDAR, Millimeterwellenradar, GPS und andere Eingangssignale, einschließlich Signalausgangscharakteristika und Fehlerverhalten
• Aktuatormodelle für Motor, Bremsen, Lenkung und andere gesteuerte Systeme
• Umgebungsmodelle für Straßen, Wetter und Verkehrsfluss, die das E/E-Verhalten in der realen Nutzung beeinflussen

Ist diese Schicht zu einfach, wird der Rest der Simulation weniger zuverlässig.

Simulationsausführungsschicht

Diese Ebene führt die Simulation aus.

Der Bericht besagt, dass es von Folgendem abhängt:

• A Echtzeit-Simulations-Engine das Schrittweiten im Millisekundenbereich und in einigen Fällen auch im Mikrosekundenbereich verarbeiten kann
• A Co-Simulationsmechanismus die E/E-Modelle mit Fahrzeugdynamik, ADAS-Algorithmen, Batteriemodellen oder anderen technischen Bereichen verbindet

Diese Ebene ist es, die das Modell in eine funktionierende technische Testumgebung verwandelt.

Validierungsschicht für die Simulation

Diese Ebene prüft, ob das simulierte System die technischen Anforderungen erfüllt.

Der Bericht umfasst:

• Validierungsfalldesign
• Funktionsprüfung
• Leistungsanalyse
• Sicherheitsüberprüfung
• Fehlersimulation und Fehlereinspeisung

Es werden auch typische Leistungsindikatoren aufgeführt, wie zum Beispiel:

• Busbandbreitennutzung
• Signalübertragungsverzögerung
• CPU-Auslastung
• Erfolgsquote der Aufgabenplanung
• Ansprechzeit
• Zittern
• Effizienz der Fehlerdiagnose

Datenverwaltungsschicht

Diese Ebene verwaltet die während der Simulation und des Tests erzeugten Daten.

Der Bericht umfasst:

• Simulationsparameter
• Testfälle
• Ergebnisspeicherung
• Vergleichsanalyse
• Rückverfolgbarkeit
• Datenwiederverwendung über Iterationen hinweg

Dies ist deshalb wichtig, weil ein Simulationsprogramm erst dann zu einem echten technischen Hilfsmittel wird, wenn die Ergebnisse verwaltet, verglichen und im Laufe der Zeit wiederverwendet werden können.

Was sind die wichtigsten Arten der Simulation von E/E-Architekturen in der Automobilindustrie?

Der Bericht identifiziert fünf zentrale Simulationstypen:

1. Architekturtopologie-Simulation
2. Buskommunikationssimulation
3. Simulation der funktionalen Sicherheit
4. Echtzeitsimulation
5. Multidomänen-Co-Simulation

Jede dieser Lösungen befasst sich mit einem anderen technischen Problem, und zusammen decken sie den gesamten Architektur-Workflow ab.

Wie funktioniert die Simulation von Architekturtopologien?

Die Architekturtopologiesimulation wird während der Konzeptentwicklung und Architekturplanung eingesetzt. Sie prüft, ob das Layout sinnvoll, skalierbar und fehlertolerant ist und trägt gleichzeitig zur Kostenreduzierung bei.

Wie der Bericht erläutert, beeinflusst die Topologiegestaltung direkt die Verdrahtungskosten, die Signalweglänge und die Zuverlässigkeit in zentralisierten und zonalen Architekturen. Er hebt drei Hauptanwendungsbereiche hervor.

Überprüfung der Rationalität des Layouts

Teams simulieren verschiedene Strukturen, wie zum Beispiel:

• Zentraler Rechner + 4 Zonenregler
• Zentraler Rechner + 3 Zonenregler

Ziel ist es, Signalwege, Verdrahtungsrouten und Knotenpositionen zu vergleichen. Dies trägt dazu bei, die Kabellänge, das Kabelgewicht und die Systemkosten zu reduzieren.

Der Bericht nennt ein konkretes Beispiel: In einem zonalen Architekturprojekt reduzierte die Topologiesimulation die Kabelbaumlänge um 20 % und Kosten durch 15%Die

Überprüfung der Skalierbarkeit

Die Topologiesimulation dient auch dazu zu testen, ob die Architektur später neue Funktionen unterstützen kann, darunter:

• zusätzliche ADAS-Sensoren
• neue intelligente Cockpit-Funktionen
• zukünftige softwaregesteuerte Funktionen

Dadurch lassen sich spätere teure Neugestaltungen vermeiden.

Überprüfung der Fehlerredundanz

Die Teams simulieren auch Knotenausfälle, wie zum Beispiel den Ausfall einer Zonensteuerungseinheit, um zu sehen, ob alternative Pfade sicherheitskritische Funktionen wie Bremsen oder Lenken aufrechterhalten können.

Der Bericht stellt fest, dass zu den hier üblicherweise verwendeten Werkzeugen Folgendes gehört: Vektor-Kanus, Siemens Simcenter Amesim, Und MathWorks SimulinkDie

Warum ist die Simulation der Buskommunikation so wichtig?

Die Simulation der Buskommunikation ist von entscheidender Bedeutung, da das Netzwerkverhalten direkten Einfluss auf Systemtiming, Zuverlässigkeit und Funktionsleistung hat. Mit der zunehmenden Verbreitung zentralisierter und zonaler Architekturen in E/E-Systemen müssen Kommunikationsnetze mehr Daten über mehr Protokolle und mit strengeren Timing-Anforderungen übertragen.

Der Bericht stellt fest, dass sich Architekturen von traditionellen CAN-Architekturen hin zu CAN FD, Automotive Ethernet und TSN. Dadurch gewinnen Protokollkompatibilität, Netzwerklast und Fehlerverhalten deutlich an Bedeutung.

Die Buskommunikationssimulation konzentriert sich auf Signalübertragung, Verzögerung, Interferenzen und Bandbreitennutzung. Sie umfasst drei zentrale Ingenieuraufgaben.

Überprüfung der Protokollkompatibilität

Moderne E/E-Architekturen verwenden häufig mehrere Protokolle gleichzeitig. Ingenieure müssen den korrekten Signalaustausch zwischen folgenden Protokollen sicherstellen:

• DÜRFEN
• CAN FD
• Ethernet
• TSN
• Gateways zwischen diesen Netzwerken

Der Bericht erwähnt insbesondere die auf QEMU basierende Virtualisierung in Kombination mit PCI-Bus- und Ethernet-Übertragungskanälen, um realistischere virtuelle Kommunikationsmodelle zu erstellen.

Bandbreiten- und Latenzoptimierung

Unterschiedliche Fahrbedingungen erzeugen unterschiedliche Verkehrslasten. Ingenieure simulieren das Netzwerkverhalten unter folgenden Bedingungen:

• Leerlauf
• Beschleunigung
• automatisiertes Fahren
• hohe Sensorauslastung

Dies hilft, Engpässe zu identifizieren und Prioritätsregeln oder Übertragungszyklen anzupassen. Der Bericht merkt an, dass bei der Entwicklung von ADAS, wo der Datenverkehr von Kameras und LiDARs hoch ist, die Bus-Simulation genutzt werden kann, um die Verzögerung wichtiger Signale unter einem bestimmten Wert zu halten. 10 msDie

Es nennt auch RTaW-Pegase als wichtiges Werkzeug, da es Zeitmessungen im Mikrosekundenbereich, die Analyse der Übertragungszeit im ungünstigsten Fall und die Bandbreitenanalyse unterstützt.

Für die zeitgesteuerte Kommunikation im Zusammenhang mit TSN ist IEEE 802.1Qbv einer der relevanten Standards für die zeitbewusste Planung kritischer Datenströme.

Busfehlersimulation und -diagnose

Der Bericht behandelt auch die Fehlereinspeisung in Kommunikationsnetze, einschließlich:

• Kurzschlüsse
• offene Stromkreise
• Signalstörungen
• Nachrichtenstörung

Ein Beispiel ist die CAN-Bus-Interferenzsimulation, mit der überprüft wird, ob das Diagnosemodul gestörte Signale ohne Fehlalarme filtern kann.

Wie unterstützt die Simulation funktionaler Sicherheit die Entwicklung von E/E-Architekturen?

Funktionale Sicherheitssimulationen prüfen, ob die Architektur auch bei Fehlern sicher bleibt. Dies ist besonders wichtig für Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und automatisierte Fahrsysteme, bei denen die Sicherheitsanforderungen oft im Bereich der funktionalen Sicherheit liegen. ASIL B bis ASIL D Reichweite.

ISO 26262 bildet den Rahmen für sicherheitsrelevante E/E-Systeme in der Automobilindustrie und deren gesamten Lebenszyklus.

Der Bericht unterteilt die Simulation funktionaler Sicherheit in drei Hauptanwendungsbereiche.

Fehlereinspritzungssimulation

Fehler werden in folgende Bereiche eingespeist:

• Steuergeräte
• Sensoren
• Busse
• Steuerungen
• Systemschnittstellen

Beispiele für Fehler sind:

• ECU-Einfrieren
• ECU-Absturz
• Sensordrift
• Bussignalverlust
• fehlerhafte Kommunikation

Der Bericht liefert ein praktisches Beispiel: In einer Architektur für automatisiertes Fahren musste bei Ausfall des Hauptsteuergeräts das Backup-Steuergerät innerhalb weniger Stunden die Kontrolle übernehmen. 50 ms zur Unterstützung ASIL D Anforderungen.

Überprüfung des Sicherheitsmechanismus

Die Simulation dient der Überprüfung:

• Signalredundanz
• Aufgabenredundanz
• Hardware-Isolation
• Dual-ECU-Synchronisierung
• Ausfallverhalten
• eingeschränkter Betrieb

Der Bericht bezieht sich auch auf Virtualisierung vom Typ 1 Technologien wie Xen Und ACRN um die Trennung zwischen sicherheitskritischen und nicht-kritischen Arbeitslasten zu testen.

Bewertung des Sicherheitsniveaus

Mithilfe der Simulationsergebnisse lässt sich beurteilen, ob die Architektur das angestrebte Sicherheitsniveau erreicht, und es können versteckte Risiken vor der vollständigen Hardwareintegration aufgedeckt werden.

Der Bericht nennt ausdrücklich Ansys Medini Analyse für Gefahrenanalyse, Risikobewertung und Unterstützung der Sicherheitsplanung.

Warum ist Echtzeitsimulation für die Validierung moderner E/E-Architekturen von zentraler Bedeutung?

Echtzeitsimulationen sind wichtig, da zentralisierte E/E-Architekturen auf präziser Zeitsteuerung bei Sensorik, Kommunikation, Datenverarbeitung und Aktorik basieren. Verzögern sich Aufgaben oder treffen Signale zu spät ein, können die Fahrzeugsteuerungsqualität und die Sicherheit unmittelbar beeinträchtigt werden.

Der Bericht hebt drei Hauptanwendungsbereiche hervor.

Aufgabenplanungssimulation

Dies umfasst den Scheduling-Prozess innerhalb von Steuergeräten oder zentralen Rechenplattformen, einschließlich:

• Aufgabenpriorität
• Planungszeiträume
• Aufgabenabhängigkeit
• CPU-Auslastung
• Ansprechzeit

Ziel ist es, Konflikte zu finden und die Terminplanungsregeln zu verbessern.

Der Bericht enthält ein Beispiel, bei dem eine ECU-Aufgabe mit hoher Priorität eine Reaktionszeit von über [Wert fehlt] aufwies. 20 ms. Nach Änderung der Prioritäts- und Periodeneinstellungen wurde die Reaktionszeit reduziert auf unter 10 msDie

Darin wird auch darauf hingewiesen, dass RTaW-Pegase kann analysieren AUTOSAR Classic RTOS Und Hypervisor-basierte Planung und bewerten Sie, wie sich die Aufgabenaktivierung auf die Netzwerkverzögerung auswirkt.

End-to-End-Zeitanalyse

Dies umfasst den gesamten Pfad:

Sensordatenerfassung → Busübertragung → Steuergeräteverarbeitung → Aktuatorreaktion

Der Bericht nennt zwei Beispiele:

• Die Lenksteuerung im automatisierten Fahren kann eine Verzögerung unterhalb von erfordern 5 ms
• TSN mit IEEE 802.1Qbv zeitgesteuerter Datenverkehrsformung kann sicherheitskritischen Datenverkehr unter einem bestimmten Wert halten. 50 μs

Hardwareanpassung durch Echtzeitsimulation

Der Bericht unterstreicht den Wert der Anbindung des virtuellen Modells an Echtzeit-Hardware wie z. B. dSPACE Und ETAS LABCAR für HIL-Tests.

Dadurch entsteht ein geschlossener Regelkreis zwischen dem Modell und realen Steuergeräten bzw. Aktoren. dSPACE beschreibt HIL als Kernmethode zur Validierung von in Steuergeräte eingebetteter Software in einer realistischen Simulationsumgebung, während ETAS DESK-LABCAR als kompaktes HIL-System vorstellt, das Tests bereits in der frühen Entwicklungsphase ermöglicht.

Der Bericht erläutert außerdem, dass die Prüfstände von LABCAR einen geschlossenen Regelkreis aus „echtem Steuergerät + virtuellem Modell“ aufbauen können, was dazu beiträgt, das Verhalten in Echtzeit und die korrekte Funktion genauer zu überprüfen.

Was ist Multi-Domain-Co-Simulation in der automobilen E/E-Architektur?

Die domänenübergreifende Co-Simulation bedeutet, die E/E-Architektursimulation zusammen mit anderen technischen Domänen durchzuführen, die das Fahrzeugverhalten beeinflussen. Dies ist wichtig, da das Fahrzeug nicht in isolierten technischen Schichten operiert.

Der Bericht nennt drei Hauptkombinationen.

E/E-Architektur und Fahrzeugdynamik-Co-Simulation

Durch die Verknüpfung von E/E-Modellen mit Fahrzeugdynamik-Tools wie z. B. CarSim oder Siemens Simcenter AutoIngenieure können testen, wie sich Steuersignale auf das reale Fahrzeugverhalten auswirken.

Der Bericht führt Beispiele wie die folgenden an:

• Bremskoordination
• Lenkverhalten
• Fahrzeugstabilität
• Abstimmung des Regelalgorithmus

Darin werden insbesondere Bremssimulationen erwähnt, die zur Verbesserung der Bremskontrolle eingesetzt werden.

Co-Simulation von E/E-Architektur und ADAS-Algorithmus

Dies dient dazu zu testen, wie:

• Zielerkennung
• Pfadplanung
• Sensorübertragung
• Aufgabenplanung
• Aktuatorausführung

Zusammenarbeit über alle Architekturebenen hinweg.

Der Bericht führt Notbremsungen beim automatisierten Fahren als praktisches Beispiel an. Er verweist außerdem auf … NVIDIA DRIVE Hyperion als eine Architektur, die integrierte Sensorik, Rechenleistung und Softwaresimulation für hochautomatisiertes Fahren unterstützt.

Co-Simulation von E/E-Architektur und Batteriesystem

Bei Elektrofahrzeugen muss die E/E-Architektur außerdem mit Folgendem abgestimmt sein:

• Batteriesteuerung
• Ladekontrolle
• Energiemanagement
• thermisches Verhalten

Der Bericht besagt, dass diese Art der Co-Simulation zur Verbesserung der Regelungsgenauigkeit, Zuverlässigkeit und Fahrzeugreichweite eingesetzt wird. Er verweist außerdem auf die Verwendung von Ansys-Tools durch Infineon für die thermische und Regelungssimulation von Batteriemodulen.

Für die werkzeugübergreifende Co-Simulation sind standardisierte Schnittstellen unerlässlich. Der Bericht erwähnt dies ausdrücklich. FMI Und HLA. FMI wird von der Modelica Association gepflegt und ist weit verbreitet für den Austausch von Simulationsmodellen zwischen verschiedenen Tools.

Was sind die wichtigsten technischen Schwierigkeiten bei der Simulation von E/E-Architekturen in der Automobilindustrie?

Der Bericht benennt vier wesentliche technische Schwierigkeiten:

1. unzureichende Modellgenauigkeit
2. Schwierigkeiten bei der Multidomänen-Co-Simulation
3. Leistungsengpässe bei Echtzeitsimulationen
4. unvollständiges Simulations-Anwendungsfalldesign

Jeder einzelne Fehler kann den Wert der Simulation mindern, wenn er nicht ordnungsgemäß gehandhabt wird.

Unzureichende Modellgenauigkeit

Ein großes Problem besteht darin, dass das virtuelle Modell das reale Fahrzeugverhalten möglicherweise nicht genau genug abbildet.

Der Bericht erwähnt Fälle, in denen:

• Die Logik der Steuergeräte-Software ist zu stark vereinfacht.
• Hardware-Ressourcenbeschränkungen werden ignoriert
• Das Übertragungsverhalten des Busses wird nicht realistisch modelliert.
• Sensorfehler und Rauschen fehlen

Es wird darauf hingewiesen, dass einige Steuergerätemodelle nur Kernfunktionen simulieren und Laufzeitverzögerungen sowie Hardware-Ressourcenbeschränkungen ignorieren, was zu einer Abweichung der CPU-Auslastung über dem Grenzwert führen kann. 10%. Darin heißt es auch, dass älteren Simulationstestsystemen möglicherweise Steuerungselemente und ein realistisches Kommunikationsverhalten fehlen.

Schwierigkeiten bei der Multi-Domain-Co-Simulation

Dieses Problem entsteht durch Werkzeuginkompatibilität. Werkzeuge für die E/E-Architektur, die Fahrzeugdynamik, ADAS und die Batterietechnologie verwenden möglicherweise Folgendes:

• verschiedene Datenformate
• verschiedene Schnittstellen
• unterschiedliche Zeitschritte
• verschiedene Synchronisationsmethoden

Der Bericht liefert ein praktisches Beispiel, in dem die Verknüpfung von CANoe und CarSim die Entwicklung einer kundenspezifischen Schnittstelle erfordern kann.

Leistungsengpässe bei Echtzeitsimulationen

Moderne zentralisierte Architekturen umfassen zahlreiche Controller, Sensoren und Netzwerkknoten. Dies führt zu einem hohen Rechenaufwand bei der Erstellung hochpräziser Modelle, insbesondere wenn diese Folgendes beinhalten:

• TSN-Zeitmessung
• Multi-Core-Scheduling
• Mikrosekundenanalyse
• große Kommunikationsgraphen

Der Bericht besagt, dass herkömmliche Simulationsprogramme oft Schwierigkeiten mit dieser Genauigkeit der Zeitmessung haben.

Unvollständiges Simulations-Anwendungsfalldesign

Die Szenarioabdeckung ist ein weiterer Schwachpunkt. Fahrzeugsysteme müssen in folgenden Umgebungen getestet werden:

• unterschiedliche Straßenverhältnisse
• unterschiedliche Wetterbedingungen
• Normalbetrieb
• abnormale Operation
• Fehlerzustände
• extreme automatisierte Fahrszenarien

Der Bericht bemängelt insbesondere das Fehlen von Testfällen bei Starkregen und dichtem Nebel, wodurch Sensorstörungen bis zu späteren Tests verdeckt werden können. Er erwähnt außerdem die begrenzte Szenariovielfalt, die schwer anpassbaren Kommunikationsverbindungen und die zu geringe Anzahl an funktionsfähigen Testträgern.

Wie können Automobilteams diese Simulationsherausforderungen bewältigen?

Der Bericht schlägt vier Lösungsgruppen vor.

Modellgenauigkeit verbessern

Zu den empfohlenen Methoden gehören:

• unter Verwendung eines Hybridmodellierungsmethode das physikalische Modellierung mit datengesteuerter Kalibrierung kombiniert
• Abstimmung von Steuergeräte-, Bus- und Sensorparametern anhand realer Fahrzeugdaten
• Hinzufügen HIL-Simulation mit echten Steuergeräten und Sensoren
• Festlegung von Modellvalidierungsstandards auf Basis des Vergleichs mit gemessenen Fahrzeugdaten
• Abweichung innerhalb halten 5% wo immer möglich

Der Bericht verweist erneut auf die auf QEMU basierende Controller-Virtualisierung und den Aufbau virtueller Busse als Möglichkeiten zur Verbesserung des Realismus.

Probleme der domänenübergreifenden Co-Simulation lösen

Der Bericht empfiehlt:

• unter Verwendung von Standardschnittstellen wie FMI Und HLA
• Aufbau einer einheitlichen Simulationsplattform
• Zuweisung unterschiedlicher Simulationsschrittweiten basierend auf den zeitlichen Anforderungen jedes Bereichs

Dies ist ein praktischer Ansatz, da unterschiedliche Teilsysteme nicht die gleiche Zeitauflösung benötigen.

Durchbrechen Sie Leistungsengpässe in Echtzeit

Der Bericht legt Folgendes nahe:

• Mehrkernprozessoren
• GPU-Beschleunigung
• Vereinfachung von Nicht-Kernmodellen
• verteilte Simulation über mehrere Knoten

Es heißt, die GPU-Beschleunigung könne die Simulationsgeschwindigkeit verbessern um 3 bis 5 Mal. NVIDIA präsentiert außerdem beschleunigtes Rechnen, KI und digitale Zwillingswerkzeuge, die für die Simulation und Validierung im Automobilbereich nützlich sind.

Verbesserung des Simulationsfalldesigns

Der Bericht empfiehlt:

• Aufbau strukturierter Szenariobibliotheken
• Abdeckung normaler, abnormaler und fehlerhafter Zustände
• KI zur automatischen Generierung von Simulationsfällen
• Aktualisierung der Szenariobibliotheken basierend auf dem Feedback aus realen Fahrzeugtests

Es liefert ein praktisches Beispiel dafür, wie ein Automobilhersteller eine Bibliothek aufbaut mit mehr als 1.000 Szenarien, wodurch der Anteil der in der Simulation gefundenen Probleme auf mehr als 85 %Die

Darin wird auch darauf hingewiesen, dass Topologie-Stresstests mit RTaW-Pegase dazu beitragen können, Architekturgrenzen zu finden und extremere Szenarien zu erzeugen.

Welche Simulationswerkzeuge sind für die Entwicklung der E/E-Architektur im Automobilbereich am wichtigsten?

Der Bericht unterteilt die Werkzeuge in drei Kategorien: allgemeine Simulationswerkzeuge, spezialisierte Bus-Simulationswerkzeuge und Echtzeit-SimulationswerkzeugeDie

Allgemeine Simulationswerkzeuge

MathWorks Simulink
Wird verwendet für die Modellierung von E/E-Architekturen, Steuergerätelogik, Sensormodellen, Netzwerkverhalten und die Anbindung an andere Domänen.

Siemens Simcenter Amesim
Wird für die Simulation in mehreren Domänen verwendet, insbesondere wenn Fahrzeugdynamik, thermisches Verhalten und Fluidsysteme miteinander verbunden werden müssen.

Ansys
Wird für Mehrphysiksimulationen, thermische Analysen, elektromagnetische Analysen und Sicherheitstechnik eingesetzt. Der Bericht erwähnt insbesondere Ansys Medini AnalyseDie

Spezialisierte Bus-Simulationswerkzeuge

Vector CANoe / CANalyzer
Wird für CAN-, CAN FD-, Ethernet- und TSN-Simulationen, Signalanalysen, Fehlereinspeisungen und Bandbreitentests verwendet.

RTaW-Pegase
Verwendungszweck:

• Ethernet-/TSN-Timing-Analyse
• CAN FD Mixed-Network-Analyse
• Multi-Core-Scheduling-Analyse
• Worst-Case-Timing-Analyse
• Automatische Konfiguration der TSN-Parameter
• Visualisierung der End-to-End-Zeitmessung

Vector VN-Hardware
Dient dazu, virtuelle Simulationen mit realer Netzwerkhardware zu verbinden und den Realismus zu erhöhen.

Echtzeit-Simulationswerkzeuge

dSPACE
Wird für Echtzeitsimulationen und HIL-Tests mit hochpräzisen Modellen verwendet.

ETAS LABCAR
Wird für HIL-Tests mit Fokus auf Steuergeräte, Fehlersimulationen und integrierte Validierung eingesetzt.

QEMU
Wird für die Entwicklung virtueller Controller verwendet und unterstützt mehrere Kernel und Betriebssysteme, wodurch die Abhängigkeit von physischer Hardware während des Testens reduziert wird.

Wie sieht die praktische Anwendung von Ingenieurleistungen aus? Zwei Fallstudien

Der Bericht enthält zwei vollständige Fallstudien aus dem Ingenieurwesen.

Fallstudie 1: Simulation in der Entwicklung zentralisierter E/E-Architekturen

Ein großer Automobilhersteller, der eine zentralisierte E/E-Architektur der nächsten Generation entwickelte, stand vor drei Hauptproblemen:

• Topologieoptimierung
• Engpässe in der Busbandbreite
• Überprüfung der funktionalen Sicherheit

Implementierungsansatz

1. Simulink + CANoe Co-Simulation wurde verwendet, um Topologiemodelle zu erstellen und einen zentralen Rechner + 4 Zonen mit einem zentralen Rechner + 3 Zonen zu vergleichen.
2. RTaW-Pegase wurde verwendet, um die gemischte Kommunikation zwischen CAN FD und Ethernet zu simulieren und die Nachrichtenprioritäten anzupassen.
3. dSPACE HIL wurde für funktionale Sicherheitstests verwendet, einschließlich Steuergerätefehlern und Busfehlern. Mehr als 20 FehlerszenarienDie

Ergebnisse

• Kabelbaumlänge reduziert um 22 %
• Die Architekturkosten wurden reduziert um 18%
• Die Busnutzung wurde reduziert von 75 % bis 55 %
• kritische Signalverzögerung kontrolliert innerhalb 8 ms
• Die Architektur wurde auf Unterstützung geprüft. ASIL D Erwartungen

Technischer Wert

Der Bericht besagt, dass dieser simulationsgesteuerte Workflow die Entwicklungszeit verkürzt hat um 30 %, senkte die F&E-Kosten um 25 %und reduzierte die Anzahl der Probleme, die erstmals bei realen Fahrzeugtests festgestellt wurden, um 80%Die

Fallstudie 2: Domänenübergreifende Co-Simulation in zonaler E/E-Architektur für ein neues Energiefahrzeug

Ein Hersteller von Elektrofahrzeugen musste überprüfen, wie eine zonale E/E-Architektur mit Folgendem interagiert:

• Fahrzeugdynamik
• Batteriesysteme
• Energiemanagement
• Bremsleistung

Implementierungsansatz

1. Es wurde eine Co-Simulationsplattform entwickelt mit Simulink für E/E-Architektur CarSim für die Fahrzeugdynamik und Ansys für Batteriesimulationen.
2. FMI wurde für den Datenaustausch verwendet.
3. Das Team simulierte verschiedene Fahrzustände, darunter Leerlauf, Beschleunigung, Bremsen und Autobahnfahrt.
4. ETAS LABCAR wurde für HIL-Tests mit einem realen Zonenregler verwendet.

Ergebnisse

• Energiemanagementstrategie verbessert
• Fahrzeugreichweite erhöht um 10%
• Die Bremsreaktionszeit wurde verbessert um 15%

Der Bericht erwähnt auch thermische Simulationsarbeiten an Batterieleistungsmodulen unter Verwendung von Ansys-bezogenen Methoden, einschließlich einer 25-Grad-Verbesserung der Spitzentemperatur in der Quellfallbeschreibung.

Technischer Wert

Dieser Fall zeigt, dass die E/E-Architektursimulation mehr leistet als nur die Netzwerk-Timing zu verbessern. Sie kann auch die Fahrzeugeffizienz, die Temperaturregelung und das reale Fahrverhalten optimieren.

Welche Zukunftstrends gibt es in der Simulation von E/E-Architekturen im Automobilbereich?

Der Bericht benennt vier zukünftige Entwicklungsrichtungen.

KI und Simulation werden künftig häufiger gemeinsam eingesetzt.

KI kann helfen bei:

• automatischer Modellaufbau
• automatische Szenariogenerierung
• automatische Ergebnisanalyse
• Simulation und Optimierung im geschlossenen Regelkreis

Dies kann den Entwicklungsaufwand reduzieren und die Szenarioabdeckung verbessern.

Digitale Zwillinge werden enger mit Simulationen verknüpft werden.

Der nächste Schritt besteht nicht nur in der Offline-Modellierung, sondern in der Echtzeitverbindung zwischen virtuellen Architekturmodellen und realen Fahrzeugen. Dies ermöglicht die Lebenszyklusüberwachung und die kontinuierliche Systemverbesserung.

NVIDIA präsentiert Omniverse als Plattform für industrielle digitale Zwillinge und Simulations-Workflows, einschließlich Anwendungen im Automobilbereich.

Die Fahrzeug-Cloud-Co-Simulation wird zunehmen

Mit der zunehmenden Verbreitung vernetzter Fahrzeuge und V2X-Systeme wird die Simulation immer mehr Folgendes umfassen:

• V2V
• V2I
• V2P
• Fahrzeug-Cloud-Interaktion

Der Bericht stellt fest, dass RTaW-Pegase über drahtlose Kommunikationsfähigkeiten verfügt, die für die V2X-Protokollsimulation relevant sind.

Leichte Simulationen werden wichtiger sein.

Der Bericht verweist außerdem auf leichtere Werkzeuge und leichtere Modelle für:

• Feldtests
• Vor-Ort-Diagnose
• Mobiler technischer Support
• flexible Testabläufe außerhalb des Hauptlabors

Vollständige technische Zusammenfassung

Die Simulation von E/E-Architekturen in der Automobilindustrie ist heute eine zentrale Schlüsseltechnologie für softwaredefinierte Fahrzeuge. Sie unterstützt die digitale Entwicklung über den gesamten Lebenszyklus hinweg – von der Anforderungs- und Architekturplanung über Integrationstests und Optimierung bis hin zum späteren Betrieb.

Aus dem Quellenbericht geht sein Wert eindeutig hervor:

• Dadurch wird die Validierung vorverlegt.
• reduziert die Entwicklungskosten
• verkürzt die Entwicklungszeit
• verbessert die Zuverlässigkeit
• unterstützt die Entwicklung zentralisierter und zonaler Architekturen
• hilft bei der Lösung von Problemen in den Bereichen Topologie, Kommunikation, Sicherheit, Timing und domänenübergreifende Integration.
• unterstützt den Weg zu digitalen Zwillingen, KI-gestützten Tests und Fahrzeug-Cloud-Validierung

Unternehmen, die über eine starke E/E-Simulationskompetenz verfügen, treffen in der Regel früher bessere Architekturentscheidungen und müssen weniger Nacharbeiten leisten.

Häufig gestellte Fragen zur Simulation der E/E-Architektur in der Automobilindustrie

1. Warum wird die Simulation für die Entwicklung moderner E/E-Architekturen in der Automobilindustrie immer wichtiger?

Kurze Antwort: Weil moderne E/E-Architekturen stärker integriert und softwarelastiger sind und sich mit rein physischen Tests viel schwieriger validieren lassen.

Moderne Fahrzeuge entwickeln sich von verteilten Steuergerätesystemen hin zu zentralisierten und zonalen Elektro-/Elektronikarchitekturen. Dies erhöht die Systemkomplexität in den Bereichen Rechenleistung, Netzwerk und Softwarekoordination. Die traditionelle Validierung anhand physischer Prototypen und Prüfstandsläufe ist teuer und zeitaufwendig. Simulationen ermöglichen eine frühzeitige Architekturverifizierung, umfangreiche Szenariotests, schnellere Software-Updates und geringere Entwicklungskosten. AWS beschreibt cloudbasierte Elektro-/Elektroniksimulationen und virtuelle Steuergeräte-Workflows ebenfalls als nützlich für eine schnellere Entwicklung von Fahrzeugmodellen.

2. Was sind die größten technischen Herausforderungen bei der Simulation von E/E-Architekturen?

Kurze Antwort: Die größten Herausforderungen sind die Modellgenauigkeit, die werkzeugübergreifende Integration, die Echtzeitfähigkeit und die Szenarioabdeckung.

Ungenaue Steuergeräte-, Sensor- oder Busmodelle können Ergebnisse liefern, die nicht dem realen Fahrzeugverhalten entsprechen. Domänenübergreifende Simulationen sind schwierig, da verschiedene Tools unterschiedliche Schnittstellen und Schrittweiten verwenden. Zentralisierte Architekturen benötigen zudem eine präzise Zeitmessung im Mikrosekundenbereich für Ethernet- und TSN-Datenverkehr. Darüber hinaus ist die manuelle Erstellung einer ausreichenden Anzahl von Szenarien sehr zeitaufwendig. AWS weist ebenfalls auf ähnliche Skalierungs- und Integrationsprobleme in modernen E/E-Simulationsworkflows hin.

3. Welche Simulationswerkzeuge werden am häufigsten für die Entwicklung von E/E-Architekturen in der Automobilindustrie verwendet?

Kurze Antwort: Die meisten Teams verwenden eine Toolchain anstatt eines einzelnen Tools.

Zu den gängigen Werkzeugen gehören: MathWorks Simulink für Modellierung und Funktionssimulation, Siemens Simcenter Amesim für die Simulation mehrerer Domänen und Ansyseinschließlich Medini Analyze für Sicherheits- und Mehrphysikberechnungen. Für Kommunikationssimulationen, Vector CANoe/CANalyzer Und RTaW-Pegase werden häufig verwendet. Für Echtzeit- und HIL-Validierung, dSPACE Und ETAS LABCAR sind üblich. Cloudbasierte virtuelle Validierung wird in SDV-Workflows ebenfalls immer häufiger eingesetzt.

4. Wie unterstützt die Simulation die Validierung der funktionalen Sicherheit gemäß ISO 26262?

Kurze Antwort: Es ermöglicht Ingenieuren, gefährliche Fehlerszenarien sicher zu testen, bevor sie in realen Fahrzeugen auftreten.

Simulationen unterstützen die Validierung nach ISO 26262, indem sie es Teams ermöglichen, Steuergerätefehler, Sensorausfälle, Kommunikationsfehler und Timing-Verletzungen in einer kontrollierten Umgebung zu simulieren. Ingenieure können so Redundanz, Ausfallzeiten, eingeschränkten Betrieb und das Verhalten von Sicherheitsmechanismen vor den Straßentests überprüfen. Die ISO definiert funktionale Sicherheit als anwendbar auf sicherheitsrelevante elektrische, elektronische und Softwaresysteme über den gesamten Lebenszyklus von Straßenfahrzeugen.

5. Wie wird sich die Simulation im Zeitalter softwaredefinierter Fahrzeuge weiterentwickeln?

Kurze Antwort: Es wird stärker cloudbasiert, automatisierter und enger mit digitalen Zwillingen verknüpft sein.

Die Simulation entwickelt sich hin zu digitalen Zwillingen, Validierung im Cloud-Maßstab, Vehicle-in-the-Loop- und HIL-Hybrid-Workflows sowie KI-gestützter Automatisierung. NVIDIA hebt digitale Zwillinge und beschleunigte Simulation als nützlich für eine schnellere Validierung und einen sichereren Einsatz hervor, während AWS die Cloud-Simulation als Möglichkeit zur Skalierung von Tests virtueller Steuergeräte und E/E-Architekturen beschreibt. Diese Trends decken sich mit der im Bericht dargestellten Sichtweise auf KI-gesteuerte Simulation, die Koordination digitaler Zwillinge und die gemeinsame Simulation von Fahrzeug und Cloud.

Autorenprofil

Johnny Liu ist die CEO bei Dowway Vehicle. Sein Fokus liegt auf Fahrzeugtechnologiestrategie, der Entwicklung von Automobilsystemen und ingenieurtechnisch geprägter Produktarbeit. Seine Sichtweise auf die Simulation von E/E-Architekturen im Automobilbereich basiert auf dem Bedürfnis, Entwicklungszyklen zu verkürzen, die Systemzuverlässigkeit zu verbessern und skalierbare softwaredefinierte Fahrzeugplattformen zu unterstützen.

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