Die Iveco Group beschleunigt die Softwareentwicklung für Elektrofahrzeuge mit virtueller Fahrzeugsimulation

In der Automobil- und Fahrzeugindustrie läuft die Softwareentwicklung traditionell eher langsam ab. Bevor auch nur eine Zeile Programmcode validiert werden kann, benötigt das Ingenieurteam Hardware, Testumgebungen und reale Fahrzeuge sowie technisches Personal für deren Bedienung. Es ist ein langsamer, ressourcenintensiver Prozess, der sich kaum mit dem Tempo moderner Softwareentwicklung skalieren lässt. Für die Iveco Group, den italienischen Hersteller von Nutzfahrzeugen, der hinter dem elektrisch betriebenen Transporter eDaily und einer Flotte von Lkw und Bussen steht, bot das Schließen dieser Lücke die Chance, Software auf dieselbe Weise wie die erfolgreichsten Technologieunternehmen zu entwickeln.

Die Lösung der Iveco Group war Virtualis, ein virtueller Fahrzeugsimulator auf der Basis von MATLAB^® und Simulink^®. Damit kann die Iveco Group ihre reale Produktionssoftware an einem vollständig virtuellen Fahrzeug testen, inklusive virtueller Systeme für Batterie, Wechselrichter und Ladegerät, bevor überhaupt Hardware ins Spiel kommt.

Skalierung von eVeCoP für Virtualis

„Wenn man eine eigene Android^®-App entwickelt, verwendet man einen Emulator. Damit kann man selbstständig und autonom End-to-End-Tests durchführen“, sagt er. „Vieles von dem, was wir tun, ist von dem inspiriert, was wir in der Cloud- und App-Welt beobachten.“

Die entscheidende Erkenntnis hinter Virtualis ist, dass dieses schnelle Testen nur funktioniert, wenn die Umgebung zu 100% virtuell ist. Wenn auch nur für ein Prozent des Tests physische Hardware erforderlich ist, geht die Fähigkeit verloren, die Ausführung in die Cloud zu verlegen, parallel zu testen und schneller als in Echtzeit zu sein. Diese Schwelle unterscheidet Virtualis grundlegend von bisherigen Lösungen.

Testen ohne Grenzen

Virtualis erkennt derzeit etwa 70% der Softwareintegrationsprobleme, bevor die Software jemals auf die Hardware gelangt. Laut Canepa lässt sich dies nur schwer messen und die verbleibende Lücke ist weniger eine feste Grenze, sondern vielmehr ein Spiegelbild dessen, was dem Team noch nicht bekannt ist. Wenn bei einem physischen Fahrzeug etwas versagt, das seine Prüfung in Virtualis bestanden hat, behandelt die Iveco Group dies als ein Signal dafür, dass die virtuelle Umgebung aktualisiert werden muss. So kann die Realität genauer abgebildet werden. Im Laufe der Zeit wird die Lücke dank dieses Vorgehens geschlossen.

Die Lücke, die bleibt, ist eher struktureller als zufälliger Natur. Virtualis führt eine Virtualisierung der Stufe 1 durch, das heißt, dass weder die zugrunde liegende Firmware noch die Elektronik simuliert wird. Dies ist ein bewusster Kompromiss. Mehr Tiefe würde zwar eine umfassendere Abdeckung bedeuten, aber das Engineering würde die Fähigkeit verlieren, die Simulation mitten in der Ausführung anzuhalten, jede Variable zu untersuchen und genau zu verstehen, was die Software zu einem bestimmten Zeitpunkt getan hat.

„Wenn auf einem Hardwaresystem etwas schiefgeht, kann man sich die Protokolle im Nachhinein ansehen“, erklärt Canepa. „In Virtualis kann man die Welt anhalten.“

Diese Umstellung hat die Sichtweise der Iveco Group auf ihre Testpipeline verändert. Die Iveco Group verwendet jetzt Hardware-in-the-Loop-Tests speziell für jene Bereiche, die mit Virtualis nicht abgedeckt sind: das Betriebssystem, Low-Level-Treiber und physische Hardware, die von außerhalb der Iveco Group stammt (z. B. von Zulieferern, die die Steuergeräte herstellen, mit denen die Software kommuniziert). Alles oberhalb dieser Ebene wird früher, schneller und kostengünstiger gelöst.

Entwicklung im Tempo der Software

„Wir möchten beste Qualität in einem außergewöhnlich kurzen Zeitrahmen erreichen. Dies ist die schwierigste Herausforderung, der wir uns gemeinsam stellen mussten“, so Canepa.

Die Zusammenarbeit konzentrierte sich auf die Steigerung der Effizienz bei der Ausführung, die Strukturierung der Modelle in einer Weise, die es mehreren Ingenieuren ermöglichte, Updates ohne Konflikte gleichzeitig einzuspielen sowie die Entwicklung einer End-to-End-Pipeline für Integration und Tests, die automatisch abläuft. Sobald ein Ingenieur neuen Programmcode einspielt, löst der Code Tests in Virtualis aus. So erhalten Ingenieure innerhalb von wenigen Stunden Ergebnisse. Niemand muss daran denken, die Tests auszuführen, da das System keine Möglichkeit lässt, dies zu vergessen.

Die Iveco Group investiert die eingesparte Zeit wieder in das Produkt. Anstatt Wochen mit formalen Verifikationsprozessen zu verbringen, haben die Ingenieure der Iveco Group jetzt mehr Zeit für Iterationen am Fahrzeug selbst, was Canepa als wahren Maßstab für die Softwarequalität sieht.

Virtualis hat außerdem etwas weniger Greifbares an der Arbeitsweise des Teams verändert. In der herkömmlichen Fahrzeugentwicklung sieht ein Ingenieur, der eine einzige Funktion entwickelt, unter Umständen nie, wo diese Funktion zum Einsatz kommt oder wie sie sich auf das Fahrzeug auswirkt. Virtualis lässt jeden Entwickler in ein komplettes virtuelles Fahrzeug eintauchen, sodass die Auswirkungen jeder Änderung sofort im Kontext sichtbar sind. Diese Sichtbarkeit verändert die Einstellung der Mitarbeitenden zu ihrer Arbeit. Ein Ingenieur kann einen Prototypen für eine neue Funktion erstellen, deren Wirkung auf das Gesamtsystem testen und sicher sein, dass sie bei der Präsentation auch funktioniert.

„Wir leben in einem Jahr, in dem die Befähigung der Menschen außerordentlich wichtig ist“, sagt Canepa.

Für ihn ist Virtualis Teil von etwas Größerem als kürzere Entwicklungszeiten oder eine effizientere Testpipeline. Automobilhersteller werden zu Softwareunternehmen, ob sie nun darauf vorbereitet sind oder nicht. Diejenigen, die herausfinden, wie man Software entwickelt und testet, wie es Technologieunternehmen tun – schnell, iterativ, „virtual first“ –, werden diejenigen sein, die Schritt halten können. Die Iveco Group will zu diesen gehören.

„Was wir geschaffen haben, ist bereits eine völlig andere Arbeitsweise“, sagt er. „Je mehr Zeit man in der Entwicklung einspart, desto mehr Zeit hat man, etwas wirklich Großartiges zu schaffen.“