Das softwaredefinierte Fahrzeug – vernetzt, mit fortschrittlichen Assistenzsystemen und hoher Verbraucherfreundlichkeit – sorgt für eine Revolution in der Automobilindustrie

Das softwaredefinierte Fahrzeug – vernetzt, mit fortschrittlichen Assistenzsystemen und hoher Verbraucherfreundlichkeit – sorgt für eine Revolution in der Automobilindustrie (Bild: Shutterstock 1344696566)

Fahrzeughersteller, die sich traditionell auf die Technologie der Fahrzeuge fokussieren, müssen darauf vorbereitet sein, Teil eines größeren Ökosystems zu werden. In diesem Ökosystem agieren auch andere führende Technologieriesen der Bereiche der Computer-Herstellung, Internet-Suchmaschinen und Mobility-as-a-Service, die in puncto Investition und Innovation den Ton angeben.

Dieser Artikel geht der Frage nach, wie die neuen Technologien und Architekturen im softwaredefinierten Fahrzeug und die veränderte Topologie der Lieferkette die Automobilindustrie verändern.

Die traditionelle Architektur stößt an ihre Grenzen

Die Menge und Komplexität elektronischer Geräte im Auto wächst mit jeder neuen Fahrzeuggeneration. Ein typisches Fahrzeug um die Jahrtausendwende hatte etwa zehn Prozessoren und lief mit einigen Tausend Zeilen Code. Zwanzig Jahre später sind diese Zahlen auf rund 45 Prozessoren mit Hunderten Millionen Zeilen Code gestiegen. Wo diese Geräte in einer herkömmlichen Architektur mit unzähligen Kupferleitungen verbunden waren, wird der Kabelbaum nun sehr komplex und macht einen hohen Anteil der Herstellungskosten des Fahrzeugs aus. Man kann mit Recht behaupten, dass die Automobilproduktion sich so in den letzten 100 Jahren kontinuierlich weiterentwickelt hat. Bei Fahrzeugen mit dieser traditionellen Architektur stoßen Hersteller jetzt an die Grenzen des Möglichen.

Das softwaredefinierte Fahrzeug

Der Weg hin zum autonomen Fahrzeug ist nicht linear. Benötigt werden disruptive Technologien – künstliche Intelligenz ist eine davon.

Die Lösung: Ein softwarebasierter Ansatz

Das softwaredefinierte Fahrzeug (Software Defined Vehicle - SDV) stellt eine radikale Abkehr von diesem Grundsatz dar und verändert die Branche von Grund auf. Dabei werden Hardware und Software voneinander getrennt (Abstraktion). Statt der bisherigen flachen Architektur, die in der konventionellen Fahrzeugentwicklung üblich war, weist ein softwaredefiniertes Fahrzeug zwei neue parallele architektonische Besonderheiten auf: Zonen und Domänen. Die Steuergeräte werden in drei oder vier Zonen zusammengefasst und zentral von hochleistungsfähigen Rechnern bedient. Der zonale Ansatz und eine skalierbare und flexible Softwareumgebung mit Domänen vereinfachen die Verkabelung. Die Domänen bzw. Zonen sind über Automotive Ethernet verbunden und der Zugriff erfolgt über Domänencontroller.

Die Software ist durch zentralisierte Over-the-Air-Updates (OTA) leicht aktualisierbar und unterstützt effizient das benutzerdefinierte Fahrzeug. Die Anwendungsfälle werden so virtualisiert. Außerdem erfüllt der neue Ansatz die Echtzeitanforderungen der Sicherheitssysteme mit garantierten Reaktionszeiten (eine absolute Notwendigkeit). Der Einsatz von maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz in solchen Systemen handelt damit „menschenähnlicher“ als typische If-Then-Else- Programmierung konventioneller Software. In diesem Zusammenhang wird eine sichere Verbindung zwischen Fahrzeug und Cloud immer wichtiger, die auf der nahtlosen Integration verschiedener Ökosysteme beruht. In diesem Fall ist die technologische Disruption nicht nur durch besondere neue Hardware-Plattformen bedingt, sondern durch das Zusammenspiel von verschiedenen Technologien und Methoden.

Funktionen wie ADAS-Features, die durch künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen noch verbessert werden, lassen die Autonomie-Stufe 4/5, die diese Weiterentwicklungen vorantreibt, in greifbare Nähe rücken. Abstraktion macht die Hardware austauschbar und eröffnet damit neuen Playern den Zugang zum Automobilmarkt, darunter Technologiegiganten und junge Start-ups. Zudem wird sich die Lebensdauer verlängern, wenn Fahrzeugfunktionen auch nach dem Verkauf durch Over-the-Air-Updates erweiterbar und optimierbar sind. Durch den Verkauf von Apps und aus Analysen gewonnene Fahrzeugdaten können außerdem neue Einnahmequellen und Geschäftsmodelle entstehen.

Funktionen wie ADAS-Features, die durch künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen noch verbessert werden, lassen die Autonomie-Stufe 4/5, die diese Weiterentwicklungen vorantreibt, in greifbare Nähe rücken.
Funktionen wie ADAS-Features, die durch künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen noch verbessert werden, lassen die Autonomie-Stufe 4/5, die diese Weiterentwicklungen vorantreibt, in greifbare Nähe rücken. (Bild: AdobeStock 405674330)

Die veränderte Topologie der Lieferketten in der Automobilindustrie

Die meisten etablierten Hersteller blicken auf eine lange Geschichte zurück und haben sich zu Großkonzernen entwickelt. Sie verfügen über feste Abläufe, darin geschulte Mitarbeiter und komplexe Lieferketten, die auf diese Abläufe hochoptimiert abgestimmt sind. Der Umstieg auf softwaredefinierte Fahrzeuge erfordert neben einem neuen Ansatz in der Fahrzeugentwicklung auch eine Anpassung der Beziehungen zwischen Herstellern sowie Tier-1- und Tier-2-Lieferanten. So können Automobilhersteller, wenn sie wollen, auch direkt mit Tier-2-Lieferanten wie etwa NXP zusammenarbeiten. NXP setzt seine Kompetenz im Bereich Automobilsoftware und -sicherheit gezielt für die Produktentwicklung des Unternehmens ein und hat stark in das Softwareentwicklungsteam investiert.

Das Team ist von 30 Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen im Jahr 2008 auf heute 700 Personen angewachsen. Die S32-Automotive-Plattform beispielsweise ist eine Plattform, die OEMs beim Umstieg helfen und diese neuen Fahrzeugarchitekturen bedienen soll. Die Plattform bietet skalierbare Lösungen für die Systeme des vernetzten Fahrzeugs: Der Schwerpunkt liegt dabei auf Sicherheit und Stabilität. Die Plattform will sich damit von Konkurrenzprodukten abheben, angefangen bei Mikrocontrollern (MCU) bis hin zu Mikroprozessoren (MPU). Beispielsweise ist der Fahrzeugnetzwerkprozessor S32G2 insbesondere bei Gateway-Anwendungen gefragt.

Einige wenige Automobilhersteller investieren aktuell in eigene Fahrzeugbetriebssysteme in der Hoffnung, dann für andere Hersteller Lizenzen zu vergeben. Doch das erfordert erhebliche Investitionen und eine starke Agilität jenes Unternehmens – ein Ansatz, der nicht allen Automobilherstellern gefallen wird. Ein innovativer Newcomer im Automobilgeschäft hat bereits 2012 den Weg für das softwaredefinierte Auto bereitet und stellt für seine elektrische Limousine Verbesserungen für die Reichweite, Fahrwerk und das automatische Einparken Over-the-Air zur Verfügung. Dem Unternehmen zufolge sind die Fahrzeuge mit Sensoren und Hardware ausgestattet, die für die Autonomiestufe 4/5 geeignet sind. Die Autonomiestufe soll dann als Over-the-Air-Update implementiert werden, sobald die Software und Infrastruktur zur Verfügung stehen. Zwar steht der Beweis hierfür noch aus, doch das Prinzip wird deutlich.

Den Mehrwert vernetzter Fahrzeuge erschließen mit NXP Vehicle Networking Solutions

Die Fahrzeugvernetzung verbindet die Computer oder Steuergeräte im Fahrzeug mit der Cloud, um Daten auszutauschen und Dienste zu ermöglichen.

Manege frei für die Big Player

Auch die bereits erwähnten Technologieriesen investieren massiv im Automobilbereich und arbeiten an entsprechenden Innovationen. Einer davon bietet beispielsweise ein Betriebssystem für vernetzte Infotainmentplattformen im Fahrzeug (IVI) an, um damit Fahrern in ihrem Auto die gewohnte Bedienoberfläche und entsprechende Anwendungen zur Verfügung zu stellen, die sie vom Smartphone gewöhnt sind. Andere wiederum entwickeln autonome Autos. Es steht viel auf dem Spiel, doch der Nutzen ist klar: Ein autonomes, selbstfahrendes Fahrzeug, das rund um die Uhr als Taxi im Einsatz ist, würde die Rentabilität von Unternehmen, die Mobility-as-a-Service anbieten, erheblich steigern. Das gilt auch für den massenhaften Einsatz von Infotainment-Betriebssystemen in Fahrzeugen.

Einer der erfolgreichsten Smartphone-Hersteller weltweit hat bisher schon mehrere historische technologische Revolutionen herbeigeführt. Das Unternehmen kann auf eine unumstrittene Erfolgsbilanz in der Softwareinnovation und umfassende Forschungen im Bereich maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz zurückgreifen und hat in die Automobilindustrie investiert und Tochtergesellschaften gegründet. Diese Investitionen werden durch den potenziellen Erfolg neuer Wertschöpfung aufgewogen. Außerdem sind die Analyse von Fahrer- und Fahrzeugdaten ein Beispiel für weiteren Value Added Retail (VAR).

Tech-Giganten wie Smartphone-Hersteller investieren in die Automobilindustrie, wobei diese Investitionen durch den potenziellen Erfolg neuer Wertschöpfung aufgewogen werden. Zusätzlich stellen die Analyse von Fahrer- und Fahrzeugdaten ein Beispiel für weiteren Value Added Retail dar.
Tech-Giganten wie Smartphone-Hersteller investieren in die Automobilindustrie, wobei diese Investitionen durch den potenziellen Erfolg neuer Wertschöpfung aufgewogen werden. Zusätzlich stellen die Analyse von Fahrer- und Fahrzeugdaten ein Beispiel für weiteren Value Added Retail dar. (Bild: AdobeStock 453295204)

Anwendungen mit Mehrwert

Bei einem auf herkömmliche Weise entwickelten Fahrzeug sind der Wert und die Funktionalität zum Zeitpunkt des Verkaufs am höchsten, genau wie bei einem traditionellen Mobiltelefon. Bei einem softwaredefinierten Fahrzeug sind Hardware und Software (durch Abstraktion) getrennt. Während der Lebensdauer des Fahrzeugs lassen sich Anwendungen und Betriebssysteme wie bei einem Smartphone über Over-the-Air-Updates aufrüsten und erweitern. So kann der Kunde bestimmte individuelle Anpassungen und Verbesserungen vornehmen und die Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs stets auf dem neuesten Stand halten. Damit sollte ein Auto auch einen längeren Lebenszyklus erreichen, bis letztendlich seine Technik überholt ist. Bei Smartphones ist das bereits der Fall.

Fazit

Das softwaredefinierte Fahrzeug läutet ein neues Zeitalter der Kooperation und Innovation ein, in dem etablierte Automobilhersteller sowie Tier-1- und Tier-2-Lieferanten mit namenhaften Technologieriesen zusammenarbeiten werden. Zwar bedeutet eine solche Zusammenarbeit einen Paradigmenwechsel im Autobau, doch kommt die Branche dem ultimativ sicheren, autonomen Fahrzeug näher, wenn sie sich die jahrelangen Investitionen und Softwareinnovationen dieser Giganten zunutze macht. Durch die Verwendung von Fahrer- und Fahrzeugdaten lässt sich die Kundenzufriedenheit erhöhen und damit profitieren dann auch die Kunden in Hinblick auf Funktionalität, Fahrerlebnis und Sicherheit. Auf dem Weg zur Autonomiestufe 4/5 werden Unternehmen wie NXP mit der Erfolgsbilanz im Bereich der Automobilsicherheit, dem Software-Know-how und den skalierbaren Hardware-Plattformen eine wichtige Rolle für die Zukunft des Autos spielen. (na)

Daniel Weyl

Automotive Processing, Vice President Software & Tools R&D bei NXP Semiconductors

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