Das SATiSFy-Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter der Förderkennziffer 16KIS0821K gefördert und lief vom 1. Mai 2018 bis zum 30. Juli 2021. Die DFKI GmbH fungierte als Zuwendungsempfänger, während die Volkswagen AG die in diesem Bericht beschriebenen Forschungsaktivitäten durchführte. Die Zusammenarbeit konzentrierte sich auf die frühzeitige Validierung von Sicherheitsanforderungen für autonome Fahrzeuge mit dem Ziel, Metriken und Verifizierungsmethoden zu entwickeln, die während der Entwurfsphase von Fahrzeugarchitekturen angewendet werden können.
Im ersten Arbeitspaket wurde eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt, um den Stand der Technik bei Entscheidungs- und Abstimmungsmechanismen für redundante elektronische, elektrische und leistungselektronische (E/E/PE) Systeme zu erfassen. Die Studie untersuchte auch Optimierungsalgorithmen für Netzwerkstrukturen. Es wurde festgestellt, dass es für viele Anwendungen autonomer Fahrzeuge keine etablierten Standards gibt und dass verwandte Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und der Schienenverkehr keine zufriedenstellenden Lösungen anbieten. Diese Lücke motivierte die anschließende Entwicklung eines mehrschichtigen Modells in den Arbeitspaketen 2 und 3. Das Modell stellt die Interaktion zwischen Fahrzeug und Umgebung sowohl auf der Implementierungs- als auch auf der Systemebene dar. Die Umwelt liefert dynamische Eingangsparameter, die sich mit wechselnden Bedingungen ändern, während das Fahrzeug einen statischen architektonischen Rahmen bietet, der sich an die von der Umweltebene abgeleiteten Sicherheitsanforderungen anpassen muss.
Arbeitspaket 4 implementierte den FDIRO-Prozess, eine Erweiterung des Konzepts der Fehlererkennung, Isolierung und Wiederherstellung (FDIR) aus der Luft- und Raumfahrt. FDIRO kann als Reaktion auf sich entwickelnde Sicherheitsanforderungen oder Fehler Änderungen in der Systemkonfiguration auslösen. Es beinhaltet eine Fehlermanagementstrategie, die auf Hardware- oder Softwareausfälle reagieren kann und versucht, die erforderliche Systemkonfiguration wiederherzustellen. In Arbeitspaket 5 wurde der kontextbasierte Ansatz der Application-Placement-Optimisation (C-PO) entwickelt. C-PO weist Softwareanwendungen den verfügbaren Rechenknoten im Fahrzeug zu und sorgt dafür, dass ein durch einen Fehler verursachtes Absinken des Sicherheitsniveaus wiederhergestellt wird. Sobald das höchste Sicherheitsniveau erreicht ist, optimiert es die Platzierung entsprechend der aktuellen Fahrsituation.
Die Bewertung dieser Modelle wurde im Arbeitspaket 6 mit dem in MATLAB implementierten Tool AT-CARS durchgeführt. AT-CARS führt Monte-Carlo-Simulationen durch, um Systemkonfigurationen mit und ohne den integrierten FDIRO-Prozess zu vergleichen. Es bewertet sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Sicherheit unter Berücksichtigung des Monitor-Kontroll-Prinzips und der Fehlertoleranzmerkmale. Das Tool liefert quantitative Erkenntnisse darüber, wie die vorgeschlagenen Mechanismen die Robustheit des Systems beeinflussen.
Schließlich wurde in Arbeitspaket 7 der FDIRO-Prozess in einem praktischen Umfeld demonstriert. Ein Demonstrator mit sicherheitsrelevanten und Komfortfunktionen, die ausfallen können, wurde auf vier Raspberry Pi-Einheiten aufgebaut, wobei ein Tablet den Fahrzeugzustand und den aktuellen Schritt im Fehlermanagement anzeigte. Diese Visualisierung half, das Verhalten des FDIRO-Prozesses unter realistischen Bedingungen zu validieren.
Insgesamt wurde mit SATiSFy ein strukturierter Rahmen für die frühzeitige Sicherheitsvalidierung in autonomen Fahrzeugen geschaffen, der ein mehrschichtiges Umwelt-Fahrzeug-Modell, einen adaptiven Konfigurationsprozess (FDIRO), eine kontextabhängige Strategie für die Anwendungsplatzierung (C-PO) und ein simulationsbasiertes Evaluierungswerkzeug (AT-CARS) kombiniert. Die vom BMBF geförderte Zusammenarbeit zwischen dem DFKI und der Volkswagen AG ermöglichte die Integration von aus der Luft- und Raumfahrt abgeleiteten Fehlermanagementkonzepten in Automobilarchitekturen und ebnete so den Weg für eine systematische Überprüfung von Sicherheitsanforderungen während der Fahrzeugentwicklung.