Wenn Autos selber denken

Autonomes Modellauto
Die Forschergruppe „Controlling Concurrent Change (CCC)“ untersucht, wie Uploads in komplexen sensorgestützten Systemen autonom vom Fahrzeug durchgeführt werden können- unter anderem mit Hilfe eines Modells im Maßstab 1:7
© Forschergruppe CCC

In vielen Bereichen hat die Elektronik die Mechanik verdrängt, ohne vernetzte Bordcomputer geht beim Fahren gar nichts mehr. Um mit dem Stand der Technik mitzuhalten, muss permanent neue Software installiert und im Anschluss, meist in der Werkstatt, immer wieder auch aktualisiert werden.

„Um Probleme beim Zusammenspiel mit den Betriebssystemen anderer Hersteller zu vermeiden oder um etwaige Sicherheitslücken zu schließen, werden solche Uploads für eingebettete Systeme zunächst einmal aufwendig im Labor in das große Software-Ganze integriert und anschließend die Auswirkungen auf die anderen mit ihm vernetzten Elemente im Fahrzeug untersucht“, erklärt Rolf Ernst vom Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze an der TU Braunschweig. „Eigentlich wäre es schön, wenn das Fahrzeug dies selbst könnte.“

Ernst wünscht sich ein Auto, das erkennt, ob die neue Navigations-, Steuerungs- oder Einparkhilfesoftware hilf­reich oder schädlich ist, auf­gespielt oder abgelehnt werden sollte. Das gegebenen­falls Speicherplatz freimacht oder auch um­schichtet, um sie zu integrieren. Und das im laufenden Betrieb darüber wacht, ob besagte Software auch nach einem Update oder einer Neukonfiguration noch hält, was die mitgelieferte Beschreibung zunächst versprochen hat. Aber: Geht das überhaupt? „Das geht!“, betont Ernst, Sprecher der seit 2013 geförderten und 2016 verlängerten Forschergruppe „Controlling Concurrent Change (CCC)“. „Aber nur, wenn das Fahrzeug die Regeln vorgibt, an die die Software sich zu halten hat. Das ist eine große algorithmische Her­ausforderung, der sich bisher noch niemand gestellt hat.“

Das zugrunde liegende Modell dieser Herausforderung ist das sogenannte Contracting, bei dem die Software mit dem Fahrzeug über Aufgaben und hierfür benötigte Computer- und Kommunikationsressourcen einen nachvollziehbaren und jederzeit überprüfbaren Vertrag abschließt. Diese Verträge machen die Software also buchstäblich berechenbar. Die Aufgabe des Fahrzeugs ist es im Umkehrschluss, über die Einhaltung der festgelegten Regeln zu wachen und „Vertragsverletzungen“ etwa durch Schadsoftware auszuschließen. Im Prinzip führt die Forschung von „Controlling Concurrent Change (CCC)“ somit in den Bereich der „self-aware vehicles“: zu sich selbst wahrnehmenden, in gewisser Weise „selbst-bewussten“ Fahrzeugen also, die ein Bild von sich selbst haben und wissen, welche Auswirkungen jede Veränderung in ihrem Inneren auf das Gesamtsystem hat.

Das spätere, im Verbund mit Fahrzeug-, System- und Elektrotechnikern erzielte Ergebnis der CCC-Informatiker muss laut Ernst hieb- und stichfest sein und sicherstellen, dass durch die Selbstanalyse des Fahrzeugs ohne menschliches Zutun kein Qualitätsverlust zu den gängigen Sicherheitsverfahren im Labor zu befürchten ist, „denn sonst würde kein Informatiker, keine Zertifizierungsagentur, kein Kraftfahrtbundesamt akzeptieren, was wir da tun.“

An Einzelbeispielen hat die Forschergruppe bereits aufgezeigt, dass in einem architektonischen Funktionsgefüge eingebetteter Softwaresysteme Abhängigkeiten automatisch erkannt und sicherheitsrelevante von peripheren Fakten unterschieden werden können. Und sie hat erforscht, wie durch eine zusätzlich implementierte „Modelldomäne“ der Selbstschutz bei der Kommunikation zwischen Programmen garantiert werden kann. Um ihre Erkenntnisse in der Praxis testen zu können, steht der Forschergruppe neben einem Modellfahrzeug für erste Versuche im Maßstab 1: 7 auch ein innovatives Elektrofahrzeug namens „Mobile“ zur Verfügung, das pro Rad eine unabhängig anzusteuernde Lenkung besitzt.

„So können wir völlig neue Fahrkonzepte ausprobieren“, sagt Ernst. Etwa beim Einsatz von Parkleitsystemen, die der DFG-Forschergruppe als Anwendungsbeispiel dienen. Oder, in einem nächsten Schritt, beim autonomen Fahren, bei dem sich ein Auto im Fall von Softwarefehlern zukünftig selbst heilen könnte, anstatt einfach stehenzubleiben oder das Steuer kleinlaut wieder einem menschlichen Fahrer zu übergeben. Als Anwendungsgebiet für ihre Forschung haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von „Controlling Concurrent Change (CCC)“ aber nicht

nur Autos, sondern auch Raumfahrzeuge für Expeditionen im Kosmos im Sinn. Hierbei geht es um hochkomplexe mikroelektronische Schaltungen (FPGAs), deren Transistoren zu unterschiedlichen Hardwarefunktionen konfiguriert werden können – etwa, um Bilder von Mars oder Venus besonders schnell oder eben in besonders hoher Auflösung zur Erde zu senden. Die Modelle und Verfahren aus CCC machen auch diese Hardware „selbstbewusst“, optimieren ihre Funktion und schützen sie gegen Ausfälle. In diesem Bereich hat die Forschergruppe ebenfalls schon Durchbrüche zu verzeichnen.

In einer zweiten Phase soll es dann um Verbünde kleinerer Roboter gehen, die autonom auf der Oberfläche von Planeten arbeiten können – und die dabei entstehenden Probleme einfach mit Blick auf ihre Fremd- und Selbstwahrnehmung lösen.

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