Agiler Lebenszyklusprozess für die modellbasierte Gewährleistung der Betriebssicherheit hochautomatisierter Fahrfunktionen

Die Gewährleistung der Betriebssicherheit hochautomatisierter Kraftfahrzeuge erweist sich als eine der
grundsätzlichen Herausforderungen bei deren Markteinführung. Die vorliegende Dissertation leistet
hierzu einen wissenschaftlichen Beitrag, indem ein normativ integrierter, agiler und modellbasierter Betriebssicherheitslebenszyklusprozess
entwickelt wird, der sowohl standardisierungsbezogene Anforderungen
als auch industrielle Entwicklungsrealitäten systematisch miteinander verbindet.
Zu diesem Zweck wird zunächst der Problemraum strukturiert analysiert und die bestehenden
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Herausforderungen im Umgang mit offenen, hochvariablen Betriebsbereichen automatisierter Fahrfunktionen
herausgearbeitet. Auf Basis einer Untersuchung der Grundlagen der System-, Produkt- und Sicherheitsentwicklung
sowie der sicherheitsbezogenen Normen ISO 26262 und ISO 21448 werden die Forschungsfragen
abgeleitet, die den wissenschaftlichen Ansatz dieser Arbeit bestimmen.
In der ersten Konzeptionsphase wird eine vertikale Erweiterung des bestehenden Sicherheitslebenszyklus
entwickelt, die neue normative Anforderungen, wie Betriebskonzept und Betriebsbereichsdefinition, szenariobasierte
Betrachtungen sowie die Einbindung rechtlicher und regulatorischer Vorgaben, methodisch
integriert und damit strukturelle Lücken in den aktuellen Sicherheitsnormen bzw. -standards schließt.
Die zweite Konzeptionsphase führt eine horizontale Erweiterung ein, welche den Sicherheitslebenszyklus
durch einen agilen SafeDevOps-Ansatz, iterativ-inkrementelle Reifegradmodelle und eine Synchronisation
mit dem Automotive-Produktentstehungsprozess inkl. der nahtlosen Anknüpfung der Phase des Betriebs,
der Wartung und Außerbetriebnahme industriell operationalisiert.
Darauf aufbauend erfolgt im Verlauf der dritten Konzeptionsphase die Synthese eines modell- und simulationsbasierten
Systementwicklungsrahmenwerks. Dieses zielt insbesondere darauf ab, die modellbasierte
Systementwicklung auf der einen Seite als auch die Simulationsentwicklung auf der anderen Seite
innerhalb einer ganzheitlichen Modellierungsmethode zu konsolidieren. Hierdurch entsteht ein durchgängiger,
evidenzbasierter und wiederholbar evaluierbarer Ansatz zur Betriebssicherheitsentwicklung,
welcher Unsicherheiten des offenen Kontexts adressiert und eine simulationsgestützte Sicherheitsargumentation
ermöglicht.
Die abschließende Anwendung bzw. Fallstudie im Hinblick auf einen hochautomatisierten SAE-Level 4 Autobahnpiloten
zeigt exemplarisch, wie der entwickelte Lebenszyklusprozess zu einer modellbasierten und
simulativ ausführbaren Betriebssicherheitsargumentation führt. Auf Grundlage dessen wird der wissenschaftliche
Mehrwert des Ansatzes im Hinblick auf Normungsfähigkeit, industrielle Umsetzbarkeit und
methodische Erweiterbarkeit dargelegt.

Ensuring the operational safety of highly automated road vehicles presents one of the fundamental challenges
for their market introduction. This dissertation contributes to this challenge by developing a normatively
integrated, agile, and model-based operational safety life-cycle process that systematically aligns
standardization-related requirements with industrial development realities.
To this end, the dissertation first structures the problem space and analyzes the challenges that arise
when handling open and highly variable operational design domains of automated driving functions. ... mehrBuilding
on an examination of core principles in systems, product, and safety engineering as well as the safetyrelated
standards ISO 26262 and ISO 21448, the work derives the research questions that guide its scientific
approach.
In the first conception phase, the dissertation develops a vertical extension of the existing safety life cycle
that incorporates new normative requirements, such as the operational concept, the operational design
domain definition, scenario-based analyses, and the integration of legal and regulatory specifications, and
closes structural gaps in current safety norms and standards.
The second conception phase introduces a horizontal extension that industrializes the safety life cycle
through an agile SafeDevOps approach, iterative maturity-level models, and synchronization with the automotive
product development process, including seamless continuity into operation, maintenance, and
decommissioning.
Building on this foundation, the third conception phase synthesizes a model- and simulation-based systems
engineering framework. This framework unifies model-based systems engineering and simulation
development within a single, coherent modeling methodology. As a result, the dissertation presents a
continuous, evidence-driven, and repeatably evaluable approach to operational safety engineering that
addresses uncertainties in open contexts and supports simulation-based safety argumentation.
A final application and case study focusing on a highly automated SAE-Level 4 highway pilot illustrates
how the developed life-cycle process enables a model-based and simulation-executable operational safety
argument. On this basis, the dissertation demonstrates the scientific added value of the approach
with respect to standardization potential, industrial applicability, and methodological extensibility.