Ein Beitrag zur durchgängigen und kontinuierlichen Validierung für die Funktionale Sicherheit von Vehicle-to-Infrastructure als System of Systems durch MBSE-Unterstützung auf Basis des IPEK-XiL-Ansatzes = A contribution to the end-to-end and continuous validation for the Functional Safety of Vehicle-to-Infrastructure as a System of Systems through MBSE support based on the IPEK-XiL approach

Die Mobilität ist ein Grundbedürfnis des Menschen, wobei Sicherheit, Verkehrseffizienz und Komfort in der Mobilität zu gewährleisten sind. Diese Bedarfe können durch intelligente Transportsysteme erfüllt werden, die durch Vernetzung von Systemen wie Fahrzeug und Infrastruktur in einem System of Systems (SoS) realisiert werden. Bei der Entwicklung eines System of Systems stellt dessen Validierung aufgrund der Generierung von Wissen und der hohen Entwicklungskosten eine zentrale Herausforderung dar. Die vorliegende Arbeit zeigt auf, wie die Validierung des spezifischen SoS Vehicle-to-Infrastructure (V2I) durch Model-Based Systems Engineering (MBSE) unterstützt werden kann. ... mehrHierzu wird eine Vorgehensweise entwickelt, um das Zielsystem für die Validierung zu beschreiben und zentrale Anforderungen an die Validierung von V2I abzuleiten. Hierauf aufbauend werden Sprache und Methode für die Validierung von V2I entwickelt. Es zeigt sich, dass die modellbasierte Systementwicklung eine durchgängige, kontinuierliche Validierung unterstützt. Dies wird für den wesentlichen Bedarf der Funktionalen Sicherheit für den repräsentativen Anwendungsfall einer optimalen Geschwindigkeit zum Passieren einer Verkehrskreuzung gezeigt.
Die Arbeit zeigt drei wesentliche Ergebnisse auf. Erstens eine systematische Vorgehensweise zur verständlichen Zielsystembeschreibung von V2I für Produktentwickelnde. Zweitens eine Sprache zur Unterstützung der durchgängigen und kontinuierlichen Validierung, die drei Ausprägungsgrade von Modellen enthält. Drittens eine Methode zur Erfüllung des Bedarfs der Funktionalen Sicherheit für V2I. Diese Methode setzt die für die Validierung von V2I spezifische Sprache ein und bestätigt deren Eignung durch Anwendungsfälle in einer virtuell und virtuell-physisch ausgeprägten Validierungsumgebung.

Mobility is a basic human need, and safety, traffic efficiency, and comfort in mobility must be ensured. These needs can be met by intelligent transportation systems, which are realized by networking systems such as vehicles and infrastructure in a System of Systems (SoS). During the development of a System of Systems, its validation is a key challenge due to the generation of knowledge and the high development costs. This thesis shows how the validation of the specific SoS Vehicle-to-Infrastructure (V2I) can be supported by Model-Based Systems Engineering (MBSE). For this purpose, an approach is developed to describe the system of objective for validation and to derive requirements for V2I validation. ... mehrBased on this, a language and method for the validation of V2I are developed. It is shown that MBSE supports end-to-end, continuous validation. This is shown by the essential need of functional safety for the representative use case of an optimal speed for passing a traffic intersection.

The publication demonstrates three main results. First, a systematic approach to an understandable description of the system of objective of V2I for product developers. Second, a language to support end-to-end and continuous validation that includes three levels of model expression. Third, a method for meeting functional safety needs for V2I. This method leverages the language specific to V2I validation and its suitability is validated by use cases in a virtual and virtual-physical distinct validation environment.