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Alt 16.07.2006, 17:52     #11
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An der Grenze zur Realität: Der neue dynamische Fahrsimulator der BMW Group.

In der Entwicklung und Erprobung moderner Fahrerassistenzsysteme spielen praxisnahe Testprogramme eine entscheidende Rolle. Für die Effizienz der Entwicklungsarbeit ist es wichtig, die Funktionalität, Zuverlässigkeit und Bedienbarkeit neuartiger Systeme möglichst früh und umfassend zu untersuchen. So wird sichergestellt, dass sie in jeder Hinsicht den Anforderungen des Serieneinsatzes entsprechen. Fahrerassistenzsysteme werden daher bereits in der Entwicklungsphase von Testingenieuren auf die Probe gestellt und dabei möglichst exakt jenen Bedingungen ausgesetzt, die auch im alltäglichen Verkehrsgeschehen herrschen. Mit dem neuen dynamischen Fahrsimulator der BMW Group werden die Voraussetzungen für eine realitätsnahe Entwicklung und Erprobung nun erneut verbessert.

Die Anlage, die in einem eigens zu diesem Zweck errichteten Gebäude untergebracht ist, entspricht den modernsten Standards in der Automobilbranche weltweit. Die zu erprobenden Systeme werden in einem Fahrzeug-Modell installiert. Dieses ist auf einer Plattform verankert, die von einem großen so genannten Hexapodsystem getragen und über ein elektrisches Antriebsystem in Bewegungen versetzt wird. Für die optische Darstellung einer realitätsnahen Fahrzeugumgebung sorgt eine Projektionskuppel mit einem Projektionssystem, das sämtliche Blickwinkel umfasst. Auch die Geräuschsimulation unterstützt die Darstellung des Fahrzustands. In der Wahrnehmung der Testingenieure verfließen damit die Grenzen zur Realität. Fahrsituationen werden in ihrer gesamten Komplexität nachgestellt.

Realitätsnahe Testfahrten unter Laborbedingungen.

Im neuen dynamischen Fahrsimulator können Erprobungsbedingungen geschaffen werden, die bislang nur mit realen Fahrzeugen auf Teststrecken erlebbar waren. So kann der Praxistest für neue Assistenzsysteme frühzeitig vorweggenommen werden. Dabei weist die Entwicklungsarbeit unter Laborbedingungen einen wesentlichen Vorteil im Vergleich zur realen Testfahrt auf. Jede Situation ist beliebig häufig reproduzierbar, was die Aussagekraft der statistisch ausgewerteten Ergebnisse deutlich erhöht.

Der Betrieb erfolgt von einem Leitstand aus. Von dort besteht Blickkontakt zum Fahrsimulator. Darüber hinaus liefern Bilder von Überwachungskameras einen Überblick über das Testgeschehen. Zur Beobachtung der Aktionen und Reaktionen des Testingenieurs sind im Innenraum des Fahrzeugmodells zwei weitere Kameras angebracht. Über eine Gegensprechanlage können Tester und Bediener miteinander kommunizieren.

Dynamische Erprobung ermöglicht praxisgerechte Systeme.

Im neuen dynamischen Fahrsimulator der BMW Group können vor allem solche Systeme erprobt werden, deren Funktionalitäten sich erst unter dynamischen Fahrbedingungen in vollem Umfang beurteilen lässt. Dazu gehören vor allem sicherheitsrelevante Komponenten, aber auch Fahrerassistenzsysteme, die speziell auf eng umgrenzte Verkehrssituationen zugeschnitten sind. So kann beispielsweise die Funktion eines Kreuzungsassistenten detailliert und realitätsnah entwickelt und getestet werden. Untersucht wird dabei, wie ein von einem kreuzenden Fahrzeug ausgesandtes Signal am wirkungsvollsten in einen Warnhinweis im Empfängerfahrzeug umgewandelt werden kann.

Der dynamische Fahrsimulator ermöglicht es, die entsprechende Verkehrssituation unter unterschiedlichen Bedingungen, aber stets realitätsgetreu darzustellen. Alle relevanten Größen wie Geschwindigkeit des eigenen und des herannahenden Fahrzeugs, Entfernung von der Kreuzung, Zeitpunkt der Signalgebung und Art des Warnhinweises können beliebig variiert und kombiniert werden. Im Versuchsablauf wird die Testperson mit einer plötzlich auftretenden Situation und zugleich mit der entsprechenden Reaktion des Assistenzsystems konfrontiert. Dabei wird ermittelt, wie sich unterschiedliche Warnsignale auf die Reaktion des Fahrers auswirken. So kann am Ende eines umfangreichen Testprogramms festgelegt werden, welche Signale zu welchem Zeitpunkt die optimale Wirkung erzielen.

Kurze Wege und parallele Tests führen zu hoher Effizienz.

Für die Verarbeitung der in Versuchsreihen ermittelten Daten steht eine besonders anspruchsvolle Computer-Hardware und -infrastruktur zur Verfügung. Die speziell auf die Anforderungen und das Potenzial eines Fahrsimulators ausgerichtete Software wurde innerhalb der BMW Group entwickelt.

Schon seit Beginn der 90er-Jahre werden bei BMW Fahrsimulatoren betrieben. Am Anfang wurde mit einem statischen Fahrsimulator gearbeitet, bei dem die Bewegung nur über die visuelle Wahrnehmung dargestellt wird. Im Laufe der Zeit wurden die Simulatoren immer wieder an neue Anforderungen angepasst. Auch im statischen Fahrsimulator konnten

Fahrerassistenzsysteme bereits frühzeitig im Hinblick auf ihre Praxistauglichkeit erprobt und optimiert werden. Dennoch bedeutet die Einrichtung des dynamischen Fahrsimulators nun einen erheblichen Fortschritt für die Entwicklungsarbeit. Die Nutzung der statischen Simulatoren ist damit jedoch nicht beendet. Vielmehr sind künftig neben dem dynamischen mehrere statische Simulatoren im Einsatz. So lassen sich verschiedene Erprobungsreihen auf dem jeweils geeigneten Simulator miteinander kombinieren. Die räumliche Konzentration der Anlagen im Zentrum für Fahrsimulation und im Usability Lab sorgt für kurze Wege. Den Ingenieuren wird intensive Arbeit mit geringem Zeitaufwand ermöglicht.
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Alt 16.07.2006, 17:54     #12
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Der Mensch als Maßstab für neue Technologien: Das BMW Group Usability Lab.

Moderne Fahrerassistenzsysteme haben großen Einfluss darauf, wie Mobilität erlebt wird. Sie steigern die Kompetenz des Fahrers bei der Wahrnehmung und Bewältigung komplexer Verkehrssituationen, sie entlasten ihn und liefern darüber hinaus eine Fülle von Informationen. So tragen Fahrerassistenzsysteme und Fahrerinformationssysteme auf vielfältige Weise zum souveränen, sicheren und komfortablen Fahren bei. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist eine sichere und möglichst intuitive Bedienbarkeit. Der Fahrer muss die Systeme mühelos nutzen können, ohne dabei vom Verkehrsgeschehen abgelenkt zu werden. Um Bedien- und Anzeigekonzepte entwickeln zu können, die diesen Anforderungen gerecht werden, leistet die BMW Group Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Mensch-Maschine-Interaktion (MMI). Im unternehmenseigenen Usability Lab werden neue Technologien bereits in einer frühen Phase unter wissenschaftlichen Bedingungen und an neutralen Testpersonen erprobt. Dabei sammeln die Forscher wichtige Erkenntnisse über die Wahrnehmung und das Bedienverhalten der Probanden. Dieses Wissen fließt unmittelbar in die Entwicklung neuer Fahrerassistenzsysteme ein.

Im Mittelpunkt der Arbeit im Usability Lab steht die Erprobung neuer Technologien für Bedien- und Anzeigekonzepte. So sorgen zum Beispiel Displays und Bedienelemente neben akustischen Informationen in der Mensch-Maschine-Interaktion für den optischen und taktilen Kontakt zwischen dem Fahrer und seinem Fahrzeug. An diesen Schnittstellen muss ein möglichst optimaler Informationsfluss erfolgen. Erst dann wird das technische Potenzial eines Fahrerassistenzsystems auch wirklich in vollem Umfang und ohne unerwünschte Nebeneffekte genutzt.

Grundlagenforschung für optimale Bedienbarkeit.

Jede neue Form der Darstellung von Informationen und der Aktivierung von Funktionen wird im Usability Lab umfangreichen und grundlegenden Tests unterzogen. Die Forscher dieses Erprobungszentrums für Gebrauchsfähigkeit (englisch: usability) beschäftigen sich dabei nicht nur mit fertig entwickelten Assistenzsystemen. Ihre Arbeit setzt weitaus früher an. In der Grundlagenforschung geht es unter anderem um die Größe, die Positionierung oder die Farbgestaltung von grafischen Darstellungen. Auch Form, Handhabung, Platzierung und Funktionsumfang von Reglern und Tastern werden auf der Basis wissenschaftlicher Untersuchungen festgelegt. Jede neue Idee für die Gestaltung und Anordnung von Anzeigen oder Bedienelementen wird umgehend dem Praxistest unterzogen. Maßstab ist dabei immer der Mensch. Die Reaktionen der Testpersonen entscheiden darüber, wie und in welcher Form neue Technologien bei der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen und Fahrerinformationssystemen zum Einsatz kommen.

Dabei unterscheiden sich die Anforderungen je nach Funktion und Situation, in der sie genutzt werden. Sicherheitsrelevante Hinweise müssen besonders auffällig übermittelt werden. Häufig genutzte Funktionen verlangen nach einer durchgängigen und daher einprägsamen Bedienbarkeit. Entscheidend ist in jedem Fall, wie sich der Umgang mit neuen Systemen auf das Verhalten des Fahrers auswirkt. Wie viele Informationen kann er auf einen Blick verarbeiten? Welche Aufmerksamkeit ist nötig, um eine Funktion zu aktivieren? Wie lange und wie oft muss der Fahrer den Blick von der Straße abwenden? Kann die Bedienung unterbrochen werden, um sich nur kurz und wiederholt von der Fahraufgabe abzuwenden? Fragen wie diese bestimmen den Testalltag im Usability Lab.

Tests im Labor und im Fahrsimulator.

Neue Technologien werden im Usability Lab einem mehrstufigen Testverfahren unterzogen. Auch die Methoden der Erprobung und Simulation sind vielfältig. Die neutralen und sorgsam ausgewählten Testpersonen geben zunächst ein pauschales Urteil über ihre Eindrücke beim Umgang mit einem neuen System in einer Laborumgebung ab. In weiteren Testläufen wird die Anwendung in einer Fahrzeugumgebung erprobt. Besonders praxisnahe Eindrücke werden schließlich bei der Erprobung in einer Fahrsituation gesammelt. Dank der unmittelbaren Nachbarschaft zum neuen dynamischen Fahrsimulator der BMW Group können die Untersuchungsbedingungen sehr flexibel und anspruchsvoll gestaltet werden.

Zu den bewährten Analyse-Methoden gehört die so genannte Okklusionstechnik. Die Probanden blicken dabei durch eine Spezialbrille, deren Sichtfeld in regelmäßigen Abständen geöffnet und geschlossen wird. Auf diese Weise werden Blickunterbrechungen simuliert, um zu ermitteln, ob sich eine Funktion mit den zu testenden Bedieneinheiten auch bei unterbrochener Zuwendung noch wunschgemäß aktivieren lässt. So erweist sich beispielsweise das Schreiben einer SMS-Kurzmitteilung per Handy-Tastatur unter diesen Testbedingungen als extrem schwierig. Ausgehend von dieser Erkenntnis setzt die BMW Group auf Anzeige- und Bedienkonzepte, die sich vergleichsweise mühelos nutzen lassen und deren Handhabung keinen permanenten Blickkontakt weg von der Fahrbahn erfordert.

Ablenkung und Konzentration werden gemessen.

Dieses Kriterium ist vor allem deshalb von großer Bedeutung, weil sich der Fahrer auch während der Bedienung eines Informationssystems stets maximal auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren soll. Wie groß die potenzielle Ablenkung ausfällt, kann mit dem so genannten Lane Change Test ermittelt werden. Die Testpersonen erhalten im Rahmen einer Computer-Simulation die Aufgabe, am PC oder in einem Fahrsimulator eine Geradeausstrecke zu bewältigen und dabei innerhalb kurzer Zeit mehrfach die Fahrspur zu wechseln. Dabei wird gemessen, ob und mit welcher Anstrengung es ihnen möglich ist, während der Fahrt ein Assistenzsystem zu bedienen.

Noch intensiver erfolgt die Messung der Fahrer-Reaktionen mit dem so genannten Eye-Tracking-Verfahren, das zum Beispiel in einem Fahrsimulator angewendet wird. Auch in diesem Fall bewältigen die Testpersonen eine imaginäre Verkehrssituation bei gleichzeitiger Nutzung eines Systems. Beim Eye Tracking erfassen mehrere Kameras die Blickbewegungen und darüber hinaus unter anderem auch die Stellung der Pupillen im Auge der Testperson. Auf diese Weise kann neben dem Blickverhalten auch der Grad der Konzentration erfasst werden. Die für Stresssituationen typische Verengung der Pupille gibt Aufschluss über Schwierigkeiten bei der Anwendung der erprobten Bedientechnologie.

Wissenschaftliche Erkenntnisse führen zu optimaler Ergonomie.

Die Usability-Forschung hat sich erst seit wenigen Jahren in dieser Form als fester Bestandteil der Technologie-Entwicklung etabliert. Die Forschungen im Usability Lab der BMW Group haben inzwischen zu allgemein anerkannten und für die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen und Fahrerinformationssystemen elementaren Erkenntnissen geführt. Auf wissenschaftlich fundierten Daten basiert beispielsweise die ergonomisch ideale Platzierung des Control Displays im Instrumenten-Träger von BMW Fahrzeugen. Das mittig und weit oben angeordnete Display ermöglicht es dem Fahrer, mit einer kurzen Abwendung des Blicks von der Straße neue Informationen aufzunehmen. Dabei ist die Distanz zwischen Auge und Display von durchschnittlich 90 Zentimetern ein auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhender Idealwert. Beim Blickwechsel von der Straße zum Display muss das Auge nur geringfügig neu fokussieren, was die schnelle Wahrnehmung erheblich erleichtert.

Auch die beim BMW iDrive erstmals angewandte Trennung zwischen Bedieneinheit und Anzeige optimiert die Aktivierung von Funktionen. Die erforderlichen Handbewegungen entsprechen den ergonomischen Gegebenheiten, die Informationen werden immer an der gleichen Stelle dargestellt. Somit wird die Ablenkung des Fahrers vom Verkehrsgeschehen auf ein Minimum reduziert. Ein weiteres Resultat der Analysen im Usability Lab ist die Konfiguration des Head-Up-Display (HUD). Ausschließlich für das Fahren unmittelbar relevante Informationen werden auf die Frontscheibe projiziert. Mit den direkt in sein Blickfeld eingespielten Daten erhält der Fahrer aktuell nutzbare Informationen, ohne dass dabei seine Konzentration auf das Verkehrsgeschehen eingeschränkt wird.
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Alt 16.07.2006, 18:09     #13
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Für störungsfreie Funktionalität: Die neue Absorberhalle zur Überprüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

Moderne Automobile sind mit einem komplexen Netzwerk elektronischer Systeme ausgestattet. Sie sind unter anderem für das Motor- und Getriebemanagement zuständig und steuern darüber hinaus auch eine Vielzahl von sicherheits- und komfortrelevanten Funktionen wie die Dynamische Stabilitäts Control (DSC) oder die satellitengestützte GPS-Navigation. Bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge stehen die Ingenieure vor der Herausforderung, die zuverlässige Funktion aller elektronischen Systeme zu gewährleisten. Dabei müssen sie berücksichtigen, dass diese Systeme elektromagnetische Felder unterschiedlicher Stärke erzeugen und sich unter Umständen gegenseitig beeinflussen oder von außen durch die elektromagnetische Umwelt beeinflusst werden könnten. Um Funktionsstörungen auszuschließen, werden sämtliche im Fahrzeug auftretenden Störphänomene genau analysiert. Das dafür notwendige Testprogramm ist umfangreich, denn die Bandbreite der Betriebsspannungen in einem Automobil mit Benzinmotor liegt immerhin zwischen etwa 30 bis 40 Kilovolt für die Zündspannung und wenigen Mikrovolt für das Antennensignal.

Qualitätssicherung beginnt schon in der Konzeptphase.

Die Ingenieure der BMW Group bringen ihre Erfahrungen mit Störeinflüssen elektronischer Systeme bereits während der Konzeptphase in die Entwicklungsarbeit ein. So wird frühzeitig die Voraussetzung dafür geschaffen, dass sämtliche Funktionen in allen Betriebszuständen störungsfrei arbeiten.

Die Anforderungen jeder elektronischen Komponente werden im Labor überprüft. Anschließend folgt die Untersuchung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) aller Systeme im Gesamtfahrzeug. Dabei werden unerwünschte Beeinflussungen oder Wechselwirkungen erkannt. Die Störfestigkeit der Systeme kann daraufhin optimiert werden. Bislang war die Mehrzahl dieser Testreihen auf statische Versuchsanordnungen beschränkt.

Neue Prüfanlage für Untersuchungen im Fahrbetrieb.

In der neuen EMV-Absorberhalle können die Ingenieure der BMW Group ihr Analyseprogramm nun jedoch erweitern. Die Testanlage im Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) der BMW Group in München versetzt die Spezialisten in die Lage, die Wechselwirkung aller elektronischen Systeme und Assistenzfunktionen erstmals auch in realitätsnahen Fahrzuständen zu simulieren.

Der neue und für die Automobilindustrie in dieser Konfiguration einzigartige Prüfkomplex ermöglicht die praxisgerechte Erprobung von vernetzten Systemen in einer realitätsnahen Fahrzeugumgebung. Die 29 Meter lange, 17 Meter breite und 11 Meter hohe Halle ist unter anderem mit einem Rollenprüfstand und mit computergesteuerten beweglichen Attrappen ausgestattet. So kann die Aktivierung von Fahrstabilitätssystemen bei exakt definierten Geschwindigkeiten ebenso simuliert werden wie das Eingreifen anderer Fahrerassistenzsysteme.

Realitätsnahe Simulation verschiedener Fahrzustände.

Die neue EMV-Absorberhalle ist die weltweit erste ihrer Art, die es den Ingenieuren ermöglicht, Fahrerassistenzsysteme unter reproduzierbaren Laborbedingungen und in dynamischen Fahrzuständen zu erproben. Dabei können unterschiedliche Störszenarien durchgespielt werden. So lassen sich Fahrbahnränder und Parklücken abbilden, Streckenprofile nachstellen oder mit Hilfe der mobilen Attrappen voraus- und vorbeifahrende Fahrzeuge simulieren.

Auf diese Weise werden realitätsnahe Bedingungen für das Eingreifen von Funktionen wie der Fahrstabilitätsregelung DSC oder der aktiven Geschwindigkeitsregelung ACC geschaffen. Zugleich können innerhalb der EMV-Absorberhalle Signale für den Radioempfang, die Telefonanlage oder das Navigationssystem generiert werden, um eventuelle Wechselwirkungen zu ermitteln.

Das für die Versuchsanordnung erforderliche Antennensystem, das die elektromagnetischen Felder generiert, ist beweglich an der Decke der Prüfkammer installiert. Die Halle selbst ist nach außen hin elektromagnetisch abgeschirmt. So wird gewährleistet, dass der Versuchsaufbau nicht von äußeren Einflüssen verfälscht wird. Weil während einer Messung in der Prüfkammer eine sehr hohe elektromagnetische Strahlung auftritt, übernimmt ein computergesteuerter Fahrroboter die Bedienung der Fahrzeuge auf dem Rollenprüfstand.

Im Ergebnis ermöglicht diese neue Einrichtung eine umfassende Absicherung des Gesamtfahrzeugs – von der absolut zuverlässigen Funktion der Fahrwerksregel- und Assistenzsysteme bis hin zum störungsfreien Empfang von Telefon-, Radio-, TV- und Navigationssignalen. Für die BMW Group bedeutet dies, dass die Produktqualität und die Zuverlässigkeit des Gesamtfahrzeugs unter dem Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit nochmals verbessert werden können. Die BMW Group schafft mit dieser neuen Anlage auch die Basis für die Absicherung zukünftiger x-by-wire-Systeme.
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Alt 16.07.2006, 18:09     #14
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Höhere Funktionalität durch gemeinsame Datennutzung: Rapid Prototyping für Fahrerassistenzsysteme.

In der Automobiltechnik ist es derzeit noch üblich, für jedes Fahrerassistenzsystem spezielle Geräte einschließlich ihrer Sensoren zu entwickeln. Bei der Erfassung und Auswertung der Daten sowie der Weitergabe entsprechender Signale an den Fahrer oder Fahrzeugkomponenten agiert jedes System weitgehend eigenständig. Um für den Kunden einen Mehrwert zu schaffen, sollen zukünftige Fahrerassistenzsysteme stärker miteinander interagieren. Spezialisten der BMW Group und der BMW Car IT arbeiten daher an einer Integration von Fahrerassistenzsystemen, die weit über die schon heute praktizierte Vernetzung einzelner Funktionen hinausgeht. Vorgesehen ist, einer möglichst großen Zahl von Systemen den Zugriff auf Daten zu gewähren, die auf unterschiedliche Weise erfasst und anschließend zentral interpretiert werden. Zu diesem Zweck wurde eine Prototyping Plattform entwickelt. Mit ihr wird definiert, auf welche Weise neue Assistenzsysteme mit den zentral zur Verfügung gestellten Daten versorgt werden können. Auf dieser Grundlage lassen sich neue Fahrerassistenzsysteme erheblich schneller implementieren und zur Marktreife entwickeln als mit dem bislang üblichen Vorgehen bei Einzelsystemen.

Weil die Zahl der sicherheits- und komfortrelevanten Fahrerassistenzsysteme immer weiter steigt, gewinnt die funktionsübergreifende Mehrfachnutzung von Sensoren, wie beispielsweise bei Radaren, und auch Kameras an Bedeutung. Die Kombination dient jedoch nicht allein der Effizienz im Entwicklungsprozess. Sie ebnet zugleich auch den Weg zu einer neuen Dimension der Funktionalität. Durch die Kombination der Fähigkeiten mehrerer Assistenzsysteme lässt sich in Zukunft noch mehr Sicherheit, mehr Dynamik und mehr Komfort erzielen.

Daten unterschiedlicher Art ergeben ein Gesamtbild.

Bislang ist die Zahl der Sensoren, mit denen die Fahrsituation sowie Fahrzeugzustand und -umgebung erfasst werden, mit der Einführung jedes neuen Assistenzsystems gestiegen. Die Ursache dafür liegt auch an den unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Sensoren, zu denen Radar-, Kamera-, Ultraschall-, Infrarot- und andere Systeme gehören. Grundsätzlich gilt beispielsweise, dass Radarsensoren besonders gut geeignet sind, um Abstände exakt zu vermessen, Form und Größe von Objekten jedoch nur vage abbilden. Kameras erfassen dagegen die Kontur eines Hindernisses besonders genau, nicht jedoch die Distanz zum Fahrzeug. Die von der BMW Car IT entwickelte Prototyping Plattform bietet nun die Voraussetzung, aus den auf verschiedenen Wegen generierten Daten ein Gesamtbild über die Fahrsituation und die Umgebung des Fahrzeugs zu erstellen. Auch neue Übertragungswege – etwa die Kommunikation von Fahrzeugen untereinander – können dabei berücksichtigt werden. Unabhängig von ihrer Erhebungsart werden alle Daten zentral interpretiert.

Die aus dieser Interpretation gewonnenen Informationen sind dann für alle Assistenzsysteme abrufbar. Dabei wird zugleich definiert, welche Informationen für die entsprechende Funktion relevant sind. Die Vernetzung der gesammelten Daten ermöglicht es beispielsweise, in der zentralen Auswertung mit hoher Präzision bewegliche Objekte von starren Hindernissen wie Fahrbahnbegrenzungen oder geparkten Fahrzeugen zu unterscheiden.

Widersprüche vermeiden, Potenziale kombinieren.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Entwickler ist es, widersprüchliche Reaktionen zweier Assistenzsysteme zu verhindern. Dazu könnte es kommen, wenn Daten unterschiedlich interpretiert werden. Dagegen könnte die Nutzung von zentral ausgewerteten Daten dazu führen, dass sich das Potenzial mehrerer Assistenzsysteme kombinieren lässt.

Die von der BMW Car IT entwickelte Prototyping Plattform unterstützt auch die Kooperation mit Zulieferern. Die Implementierung neuer Assistenzsysteme wird wesentlich erleichtert, weil die Art des Zugriffs auf Informationen bereits vorgegeben ist. Anhand der Prototyping Plattform lassen sich neue Anwendungen passgenau auf das Gesamtsystem zuschneiden.
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Alt 16.07.2006, 18:10     #15
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Der Schlüssel zu flexiblen Anwendungen im Fahrzeug: Die MMI Rapid Prototyping Plattform der BMW Car IT.

Die Vorstellung wirkt verlockend und nicht ohne Grund wird sie mit einprägsamen Schlagworten umschrieben. Vom „mobilen Büro“ oder einer „Multimedia-Einheit auf Rädern“ ist oftmals die Rede, wenn es um die Nutzung moderner Kommunikationstechnologie im Fahrzeug geht. Schon heute bietet BMW ConnectedDrive eine Fülle faszinierender Möglichkeiten: von der Datenübertragung mit Hilfe von BMW Online bis zum individuellen Service des Telematikdienstes BMW Assist. Als Schnittstelle für die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) ermöglicht dabei das BMW iDrive die einfache und intuitive Nutzung während der Fahrt. In Zukunft werden weitere Funktionen der Business- und Entertainment-IT Einzug ins Fahrzeug halten. Und auch sie müssen über MMI nutzbar sein. Voraussetzung dafür ist, dass sich auch diese Funktionen ebenso problemlos in die Fahrzeugelektronik implementieren lassen wie in das Betriebssystem eines PC. Die Spezialisten der BMW Car IT arbeiten deshalb an Architektur-Lösungen, die die Integration neuer Funktionalitäten in die Fahrzeugelektronik ebenso flexibel gestalten, wie dies beim PC der Fall ist. Am Beispiel der Ausstrahlung von Verkehrsinformationen über digitale Übertragungskanäle zeigen sie, wie sich so auch neueste Anwendungen in einer erstaunlich kurzen Entwicklungszeit ins Fahrzeug übertragen lassen.

Beispielsweise ermöglicht die Rundfunknorm DAB (Digital Audio Broadcasting) nicht nur einen besonders hochwertigen Klanggenuss im Auto, sondern auch einen weitaus intensiveren Datentransfer für Verkehrsnachrichten. Bislang werden aktuelle Stauwarnungen mit Hilfe des RDS-TMC-Protokolls ins Navigationssystem eingespeist. Dank Digital-Technik wird künftig über das so genannte TPEG-Protokoll ein weitaus umfangreicherer Informationsfluss ermöglicht. Dem Navigationssystem können erheblich mehr Daten in ständig aktualisierter Form geliefert werden. Es warnt den Fahrer dann nicht mehr nur vor Staus auf der gerade befahrenen Strecke, sondern auch über alle weiteren Verkehrsbehinderungen, die seine Reiseplanung betreffen könnten. Detaillierte Informationen über Ort und Art der Behinderungen oder Gefahren – etwa Nebelfelder oder Wanderbaustellen – ermöglichen es dem System, den Fahrer in geeigneter Weise zu warnen und, wenn möglich, alternative Routen zu berechnen und zu empfehlen.

Brückenschlag zwischen PC- und Fahrzeugelektronik.

Ähnlich wie analoge Radio-Geräte für den Empfang von DAB-Signalen ungeeignet sind, muss auch die Navigationstechnik zunächst einmal an die neuen Formen und Möglichkeiten des Datentransfers angepasst werden. Dafür wäre nach bisherigem Muster die Entwicklung einer komplett neuen und speziell auf die Erfordernisse der Navigation ausgerichteten Technologie erforderlich. Allerdings werden digitale Verkehrsinformationen nicht die einzige Neuheit auf dem Gebiet der Kommunikations- und Unterhaltungs-IT bleiben, die den Weg ins Automobil findet. Folglich erscheint es sinnvoll, eine Grundlage zu schaffen, auf der die Datenübertragung und -verarbeitung für Funktionen aller Art im Fahrzeug verwirklicht werden kann. Die von der BMW Car IT entwickelte Plattform bildet diese Basis. Sie verfügt über die für PC üblichen Schnittstellen wie USB oder Ethernet, ermöglicht aber auch den Zugang zu den in der Fahrzeugelektronik gebräuchlichen Datenübertragungskanälen MOST und CAN. Damit ermöglicht sie einen Brückenschlag zwischen Business- und Fahrzeug-IT. Diese Verbindung muss künftig nicht immer wieder aufs Neue geschaffen werden. Der erste und überaus aufwändige Schritt bei der Implementierung neuer Funktionen ist stets bereits getan. Auf dieser Grundlage kann umgehend ein Prototyp der neuen Anwendung entstehen. Aus diesem Grund sprechen die Spezialisten der BMW Car IT auch von einer Rapid Prototyping Plattform.

Kurze Entwicklungszeiten dank früh verfügbarer Prototypen.

Die universelle Einsatzmöglichkeit der neuen Plattform beschleunigt den weiteren Entwicklungsprozess ganz erheblich. Dabei besteht die besondere Herausforderung darin, die eintreffenden Daten so aufzubereiten, dass sie für die Darstellung und Nutzung im Fahrzeug geeignet sind. Informationen müssen im Control Display sichtbar gemacht werden, Einstellungen müssen über den iDrive Controller aktiviert werden können. Die frühzeitige Verfügbarkeit eines Prototypen versetzt die Entwickler in die Lage, neue Anwendungen von Beginn an so zu konfigurieren, dass sie den in der Praxis gestellten Anforderungen entsprechen.

Dass diese Anpassung von elementarer Bedeutung ist, lässt sich am Beispiel von BMW Online anschaulich illustrieren. Prinzipiell ist mit Hilfe von WLAN- oder UMTS-Verbindungen auch im Automobil die Internet-Nutzung mit Hilfe eines konventionellen Laptops möglich. Allerdings ist der Gebrauch eines tragbaren Computers während der Fahrt keine realistische Option. Um die Ablenkung des Fahrers vom Verkehrsgeschehen auf ein Minimum zu reduzieren, wurde BMW Online daher speziell für die Bedienung über iDrive konzipiert. Anstelle von Tastatur und PC-Maus genügen die standardisierten Bewegungen des iDrive Controllers zur Nutzung des Online-Dienstes.

FLUID macht neue Funktionen im Control Display sichtbar.

In ähnlicher Weise müssen auch künftige Funktionen auf die Bedienung im Fahrzeug abgestimmt werden. Die Voraussetzungen dafür sind mit der neuen Entwicklungsplattform gegeben. Ihre grafische Benutzeroberfläche FLUID (Flexible User Interface Development) ist die Schlüsselkomponente für die Entstehung von Prototypen einer neuen Anwendung. FLUID ermöglicht die schnelle und flexible Implementierung von Funktionen jeder Art in eine Benutzerumgebung, die der Optik des Control Displays und der Haptik des iDrive Controllers entspricht. Dank des sofort verfügbaren Prototypen können sich die Entwickler umgehend mit den praxisrelevanten Fragen beschäftigen. Sollen die eingehenden Informationen mit Hilfe von Grafiken oder Texten dargestellt werden? Welche Farben und Symbole sind auf Anhieb verständlich? Kann die Auswahl von Detailinformationen sinnvoller über eine Dreh- oder eine Schiebe-Bewegung am Controller ausgeführt werden? FLUID gewährleistet in dieser Entwicklungsphase, an der neben Softwaretechnikern unter anderem auch Ergonomie-Spezialisten, Psychologen und Grafik-Designer beteiligt sind, eine vollständige Flexibilität. So kann beispielsweise für die Konfiguration der Verkehrsmeldungen über DAB eine grenzenlose Zahl von Varianten der Farbgestaltung, Grafikanordnung oder Aktivierungsbewegungen ausgetestet werden.

Mit der neuen Entwicklungs- und Implementierungs-Plattform sorgen die Spezialisten der BMW Car IT nicht nur für eine Beschleunigung des Entwicklungsprozesses. Das schnelle Prototyping fördert auch die Zuverlässigkeit der neuen Funktionen und ermöglicht eine flexible Konfiguration einschließlich Erweiterungsoptionen. Im Rahmen der zur Verfügung stehenden Grafik-Darstellungen und Bedienelemente kann jede neue Funktion perfekt auf die Anwendung im Fahrzeug angepasst werden. Bei Bedarf sind auch später Ergänzungen mit vergleichsweise geringem Aufwand implementierbar.
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Auf dem Weg zur standardisierten Elektronik-Architektur im Fahrzeug: Die BMW Group und die Entwicklungspartnerschaft AUTOSAR.

Trotz aller Vielfalt und eines verschärften Wettbewerbs wird auch die Automobil-Entwicklung von allgemein anerkannten Standards bestimmt. Gesetzliche Regelungen, Sicherheitsanforderungen oder auch die Verfügbarkeit von Kraftstoffen bilden den Rahmen, in dem sich die Hersteller weltweit bewegen. Eine vergleichbare Grundlage entsteht jetzt im Bereich der Fahrzeugelektronik. Die weltweite Entwicklungspartnerschaft AUTOSAR hat sich zum Ziel gesetzt, eine standardisierte Software-Architektur und ebenso einheitliche Schnittstellen für elektronische Systeme im Fahrzeug zu etablieren. Die AUTOSAR-Partnerschaft wurde 2003 von führenden Automobilherstellern aus Europa, Japan und den USA sowie ihren Zulieferern gegründet. Die BMW Group gehört zu den Core Partnern des Zusammenschlusses. Mittlerweile engagieren sich mehr als 60 Automobilhersteller, Zulieferer sowie weitere Unternehmen der Elektronik-, Halbleiter- und Softwareindustrie in den Entwicklungsprojekten von AUTOSAR.

Die Standardisierung im Bereich der Software-Struktur soll unter anderem dazu beitragen, den Entwicklungsaufwand für neue elektronische Systeme zu reduzieren und eine Mehrfachnutzung von Softwaremodulen zu ermöglichen. Ein erster Meilenstein auf diesem Weg ist inzwischen erreicht. Die AUTOSAR-Initiative hat erste Spezifikationen verabschiedet und präsentiert, mit der die Weichen für die weitere Entwicklungsarbeit gestellt werden. Mit diesen Spezifikationen werden unter anderem das Betriebssystem, die Kommunikationsparadigmen und die Hardwareabstraktion festgelegt. Damit ist es möglich, auf eine stabile Infrastruktur aufzusetzen und das Augenmerk bei der Softwareentwicklung stärker auf die Funktionalität zu konzentrieren.

BMW Car IT leistet Grundlagenarbeit.

In der Entwicklungspartnerschaft AUTOSAR ist die Kompetenz aller Mitglieder gebündelt. Der Anspruch an die einheitliche Software-Architektur ist extrem hoch. Sie soll als ein besonders solides Fundament für die Schaffung und Implementierung von Funktionen dienen, die aufgrund ihrer Komplexität bislang nicht realisierbar waren. Entsprechend intensiv wird die Grundlagenforschung betrieben – ein Feld, auf dem die BMW Car IT besonders wertvolle Beiträge liefern kann. Dabei geht es vor allem um eine frühe Absicherung der Konzepte einer Software-Architektur. Spezialisten der BMW Car IT haben Methoden entwickelt, mit denen sich das Potenzial einer Technik zur Datenübertragung bereits in der Frühphase ihrer Entwicklung ermitteln lässt. Beim BMW Group Innovationstag 2006 erläutern sie anhand eines Beispiels die Bedeutung der neuen Analysemöglichkeit für die spätere Funktion einer Anwendung.

Ermittelt wird dabei die Geschwindigkeit, mit der Signale zwischen Sensoren, Steuergeräten und Aktuatoren ausgetauscht werden. Mit der von der BMW Car IT entwickelten Methode werden Parameter abgeprüft, die erkennen lassen, ob eine neue Übertragungstechnik die so genannten Echtzeit-Anforderungen erfüllt. Der besonders schnelle und vorhersehbare Datenfluss ist für die Funktionalität bestimmter Fahrerassistenzsysteme unverzichtbar. Dargestellt wird dies am Beispiel einer selbsttätigen Scheinwerferjustierung mittels Höhenstandssensor. Sie hat die Aufgabe, auch auf unebenen Wegstrecken für eine konstante Ausrichtung des Scheinwerferlichtkegels auf die Fahrbahn zu sorgen. Möglich ist dies nur, wenn die vom Höhenstandssensor ermittelten Daten so schnell übertragen und verarbeitet werden, dass ohne jegliche Verzögerung ein Höhenausgleich ausgelöst wird. Nur dann bleibt der Lichtkegel auch bei starken Erschütterungen stabil.

Mehr Dynamik für die Entwicklungsprozesse.

Bisher konnte eine solche Funktionalität aufgrund der harten zeitlichen Anforderungen nur innerhalb eines Steuergeräts realisiert werden, da die zeitliche Verzögerung bei einer Übertragung über den Daten-Bus nicht eindeutig vorbestimmbar war. Bei AUTOSAR wird das Software-System vor der Implementierung als Verbund interagierender Software-Komponenten modelliert und mit Informationen angereichert, die es ermöglichen, die zeitliche Verzögerung vorauszuberechnen. So lässt sich die Einhaltung der Anforderungen bereits vor der Umsetzung verifizieren. Dank der neuen Analysemethoden steht nun ein grafisches Modell des Signalflusses zur Verfügung. Die Berechnungen können am Computer erfolgen, mehrere zeitaufwendige Schritte im Entwicklungsprozess können dabei übersprungen werden.

Das neue Analyseverfahren basiert auf Erkenntnissen, die im Rahmen der Entwicklungspartnerschaft AUTOSAR gewonnen wurden. Dieses Beispiel illustriert in eindrucksvoller Weise, welche Grundlagenforschung notwendig ist, um eine extrem leistungsfähige Software-Architektur zu schaffen, die als Grundlage für die Entwicklung noch anspruchsvollerer Fahrerassistenzsysteme dienen kann.

Für die Kunden wird die Präsenz der mit Hilfe von AUTOSAR entstandenen Software in ihrem Fahrzeug nicht sichtbar sein. Profitieren werden sie dennoch von der einheitlichen Elektronik-Architektur. Weil die Basis feststeht, wird die Entwicklungszeit für neue Applikationen und Implementierungen erheblich verkürzt. Die Hersteller können ihre Kompetenz noch stärker auf die Steigerung der Funktionalität konzentrieren. Schließlich muss auch das Rad nicht für jedes neue Fahrzeugmodell neu erfunden werden. Dennoch entstehen immer wieder neue, besonders leichte und attraktive Felgen sowie Reifen mit zusätzlichen Produkteigenschaften, wie etwa der Runflat-Technologie für Fahrzeuge der BMW Group. Folglich werden sich auch die Fahrerassistenzsysteme verschiedener Hersteller trotz standardisierter Software-Architektur weiterhin in ihrer Funktionalität, Bedienungsart und in der Darstellung von Informationen unterscheiden.
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