Eine agile Methode zur simulativen Qualitätssicherung von aktiven Sicherheitssystemen

Kühnel, Stefan; Rumpe, Bernhard; Berger, Christian

doi:10.18154/RWTH-2022-02794

Eine agile Methode zur simulativen Qualitätssicherung von aktiven Sicherheitssystemen

Kühnel, Stefan

2022

VerantwortlichkeitsangabeStefan Kühnel

ImpressumDüren : Shaker Verlag 2022

Umfangxvii, 317 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-8440-8427-6

ReiheAachener Informatik Berichte Software Engineering ; 51

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Abweichender Titel auf dem Buchrücken. - Zweitveröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Rumpe, Bernhard (Thesis advisor)^RWTH* ; Berger, Christian (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-12-13

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-02794
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/842956/files/842956.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Fahrerassistenzsysteme (frei) ; Qualitätssicherung (frei) ; Simulation (frei) ; agile Methoden (frei) ; aktive Sicherheit (frei) ; automotive (frei) ; consumer tests (frei) ; virtual testing (frei) ; Äquivalenzklassentest (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Kontext: Neben dem aktuellen Bestreben die Elektrifizierung des Antriebs von Automobilen durch Innovationen voranzutreiben kommt der Integration von Fahrerassistenzsystemen im Rahmen der Automobilentwicklung eine besondere Bedeutung sowohl zur Steigerung des Fahrkomforts als auch zur Verbesserung der Sicherheit zu. Eine gewichtige Rolle spielen dabei Consumer Tests wie z. B. von Organisationen wie EuroNCAP, welche sowohl als Treiber aber auch zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der getesteten Sicherheitssysteme dient. Um die Qualität der dafür entwickelten Software besser beurteilen und steigern zu können, bilden Tests sowohl in ausgewiesenen Prüfarealen unter realen Bedingungen als auch simulationsbasierte Tests in synthetischen Umgebungen geeignete Ansätze, den Herausforderungen der kontinuierlichen Qualitätsverbesserung agil zu begegnen, wenngleich beide Ansätze über unterschiedliche Hürden und Grenzen verfügen. Speziell der hier betrachtete simulative Ansatz mündet nicht selten in dem Dilemma, dass die Entwicklung geeigneter Umgebungen ebenfalls ein hohes Maß an Ressourcen wie die eigentliche Systementwicklung benötigt. Dies hat zur Folge, dass diese weiter parallel voranschreitet und die Simulationsumgebung aufgrund des hohen Aufwandes nicht rechtzeitig einsetzbar ist. Solch eine Möglichkeit kann bspw. dann eintreten, wenn dem Aspekt der Modellbildung mit dem Güteziel einer möglichst engen Realitätsnähe ohne Rückkopplung auf die eingangs zu definierende Fragestellung: “Was soll durch die Simulation beantwortet werden?”erfolgt. Ziel: Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, den komplexen Entwicklungsprozess von Aktiven Sicherheitssystemen im Rahmen der Consumer Tests durch einen simulativen Ansatz zur Verbesserung der Softwarequalität zu unterstützen. Weiterhin soll durch die Verhaltensanalyse von Algorithmen die Ressourcenallokation während der Entwicklung und der notwendigen realen Tests verbessert und damit effektiver gestaltet werden. Methode: Nach der Durchführung eines Systematic Literature Reviews (SLR) zu Prüfung evtl. vorhandener Ansätze und Methoden zur Entwicklung solcher Simulationsumgebungen wird eine eigene Methode entwickelt, vorgestellt und unter Berücksichtigung der vorliegenden Projektbedingungen im Rahmen einer Fallstudie angewendet. Ergebnisse: Die Analyse des Projektkontextes kommt zu dem Ergebnis, dass es durchaus Simulationsaktivitäten gibt, jedoch eine strukturierte Herangehensweise zu ihrer Entwicklung fehlt. Das Systematic Literature Review bestätigt dieses Ergebnis, sodass der Bedarf der Entwicklung einer agilen Methode zur simulativen Qualitätssicherung von Aktiven Sicherheitssystemen insbesondere mit Blick auf Consumer Tests aufgezeigt wird. Die vorgestellte Methode umfasst vier Bausteine: (a) die Analyse und Modellierung des Untersuchungsraumes, (b) die Entwicklung einer adäquaten Simulationsinfrastruktur, (c) die Entwicklung von Bewertungsverfahren und (d) die Durchführung von Simulationsläufen sowie ihrer Auswertung. Zum Schluss wird die Methode mit Hilfe einer Fallstudie für ein Proof of Concept angewendet. Schlussfolgerung: Es wird aufgezeigt, dass die Methode während der qualitativen Bewertung von Softwarekomponenten auf simulativer Basis einen positiven Beitrag leistet, speziell dort, wo Äquivalenzklassentests nicht ausreichend sind, Consumer Test Szenarien hinreichend zu testen. Einschränkungen und Erweiterungsbedarf der Methode werden vorrangig in der Übertragung auf andere Kontexte im Fahrerassistenzumfeld und die Erweiterung um zusätzliche Consumer Test Szenarien wie den Fußgängerschutz gesehen.

Context: In addition to the current efforts to advance the electrification of the powertrains through innovations, the integration of driver assistance systems in the context of automotive development is of particular importance, both to increase driving comfort and to improve vehicle safety. Consumer tests, e.g. from organizations such as EuroNCAP, play an important role, which serves both as a key driver for safety improvement and to assess the performance of the underlying safety systems. In order to be able to better assess and increase the quality of the software developed for this purpose, tests both in designated test areas under real conditions and simulation-based tests in synthetic environments are suitable approaches to meet the challenges of continuous quality improvement in an agile way, although both approaches have different hurdles and limits. In particular, the simulative approach considered here often leads to the dilemma that the development of suitable simulation environments also requires a high amount of resources like the actual system development. As a result, this continues to progress in parallel and the simulation environment cannot be used in adequate time due to the high effort. Such apossibility can occur, for example, if the aspect of modeling with the quality goal of being as realistic as possible is defined without feedback to the question at the beginning: “What should be answered by the simulation?”. Goal: The main goal of this thesis is to support the complex development process of active safety systems in the context of consumer tests with a simulative approach to improve software quality. Furthermore, the allocation of resources during development and the necessary real tests should be improved and thus made more effective through the behavioral analysis of algorithms. Method: After carrying out a Systematic Literature Review (SLR) to examine any existing approaches and methods for the development of such simulation environments, a separate method is developed, presented and applied in a case study, taking into account the existing project conditions. Results: The analysis of the project context comes to the conclusion that there are simulation activities, but a structured approach to their development is missing. The Systematic Literature Review confirms this result, so that the need to develop an agile method for simulative quality assurance of active safety systems, especially with regard to consumer tests, is shown. The method presented comprises four building blocks: (a) the analysis and modeling of the investigation area, (b) the development of an adequate simulation infrastructure, (c) the development of evaluation methods and (d) the implementation of simulation runs and their evaluation. Finally, the method is applied with the help of a case study for a proof of concept. Conclusion: It is shown that the method makes a positive contribution during the qualitative assessment of software components on a simulative basis, especially where equivalence class tests are not sufficient to adequately test consumer test scenarios. Limitations and the need for expansion of the method are primarily seen in the transfer to other contexts in the driver assistance environment and the expansion to additional consumer test scenarios such as pedestrian protection.

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