Elektronik

Wie Elektronik die Automobilentwicklung verändert

| Autor / Redakteur: Hartmut Hammer / Thomas Günnel

Der Netzbetreiber Tennet und Daimler forschen an der Stabilisierung des Stromnetzes mithilfe von automobilen Energiespeichern.
Der Netzbetreiber Tennet und Daimler forschen an der Stabilisierung des Stromnetzes mithilfe von automobilen Energiespeichern. (Bild: Daimler)

Elektronik revolutioniert die Fahrzeuge und das gesamte Mobilitätssystem – und sie hat tiefgreifende Folgen für die automobile Hard- und Software sowie die Entwicklungsprozesse. OEMs und Zulieferer sollten ihre Produktlösungen, Prozesse und Denkweisen anpassen.

„Vernetzung, autonomes Fahren, Sharing und elektrische Antriebe – jeder dieser vier Trends hat das Potenzial, unsere Branche auf den Kopf zu stellen“, sagt Dieter Zetsche, Noch-Vorstandsvorsitzender bei Daimler. Was teilweise auch schon geschieht: Man denke beim Stichwort „Sharing“ nur an Apps zur Auswahl optimaler Transportketten oder an Mobilitätsdienstleistungen wie Ride Hailing und Carsharing.

Weitere Beispiele sind die Vernetzung von mobiler und stationärer Infrastruktur, automatisiertes Fahren sowie das angebots- und nachfrageabhängige Aufladen von Traktionsbatterien. „Aber die eigentliche Revolution liegt in ihrer intelligenten Verknüpfung“, so Zetsche weiter. Was zumindest vordergründig nicht scheitern dürfte, da elektrische Antriebe, Vernetzung sowie das autonome Fahren und Sharing weitgehend auf elektronischen Funktionen basieren.

Enorme Datenmengen

Welche Herausforderungen dabei anstehen, verdeutlicht beispielhaft ein Blick auf die elektrische und elektronische (E/E-)Architektur eines Fahrzeugs. Sie wird parallel zur Weiterentwicklung der obigen Trends mit enormen Datenströmen konfrontiert und in ihrem Volumen – Bauraum, Gewicht, Anzahl Steuergeräte, Bandbreite – enorm wachsen. Alleine schon das automatisierte und autonome Fahren wird die herkömmliche E/E-Architektur sprengen.

So ist beispielsweise der Audi A8 als eines der ersten Fahrzeuge mit Assistenzfunktionen nach SAE Level 3 ausgerüstet, die von bis zu 24 Sensoren mit Informationen versorgt werden. Hinzu kommt beim teilautomatisierten Fahren nach Level 3 ein Paradigmenwechsel bei der Frage der Fahrzeugkontrolle: Erstmals darf sich der Fahrer temporär vom Verkehrsgeschehen abwenden, und das System muss in gewissen Grenzen die Umfeldsituation sicher beherrschen. Das heißt aber auch, dass die Steuergeräte besonders hohen Anforderungen bezüglich funktionaler Sicherheit (ASIL D) und Redundanz unterliegen.

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Domänensteuergerät zur Fahrstrategieplanung

Um diese großen Datenströme und Sicherheitsanforderungen zu managen, hat Audi gemeinsam mit dem Zulieferer Aptiv ein sogenanntes Domänensteuergerät entwickelt, das zentral alle Sensorrohdaten verarbeitet und die Fahrstrategieplanung übernimmt. Bisher wurden viele Sensordaten von kleinen Prozessoren in den Sensoren vorverarbeitet und nur relevante Informationen an die Steuergeräte geschickt.

Generell haben solche neuen Satellitenarchitekturen mit leistungsfähigem Zentralrechner und Sensoren ohne Intelligenz laut Aptiv etliche Vorteile: kleine, günstigere Sensoren, leichtere Sensorintegration ins Fahrzeug sowie eine Skalierbarkeit über verschiedene Fahrzeugplattformen hinweg – etwa durch verschieden leistungsfähige Zentralrechner und mehr oder weniger Sensoren.

Perspektivisch soll das Prinzip der Satellitenarchitektur laut Aptiv auch auf andere Domänen wie Antriebsmanagement oder Infotainment übertragen werden. Dann sollen diese leistungsfähigen Domänenrechner gegenseitig als Rückfallebene fungieren. Eine solche „smarte“ E/E-Architektur wird noch weitere Innovationen umfassen und soll sukzessive in den nächsten Jahren umgesetzt werden – und so eine wichtige Grundlage für hochautomatisiertes oder gar autonomes Fahren bilden.

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„Das Fahrzeug beim Händler ist nicht fertig entwickelt“

Auch die unterschiedlichen Innovationszyklen von Fahrzeugen und Elektronikanwendungen haben Folgen für die Elektronikentwicklung. Wolfgang Bernhart, Senior Partner bei der Unternehmensberatung Roland Berger: „Wir müssen uns in der Automobilindustrie davon verabschieden, dass ein Fahrzeug, wenn es beim Händler steht, fertig entwickelt ist. Wir müssen die Entwicklung von Fahrzeug und Hardware einerseits und Elektronik und Software andererseits entkoppeln.“ Und Bernhart ergänzt: „Dabei fungiert das Fahrzeug als Träger und muss im Laufe der Zeit zusätzliche Funktionen übernehmen können.“

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Um beim obigen Beispiel zu bleiben: Aptiv erreicht dies über einen skalierbaren Ansatz mit standardisierten Komponenten und Schnittstellen, die eine Satellitenarchitektur den jeweiligen Anforderungen anpassen. Schlüsselelemente auf Softwareseite sind standardisierte Softwarelayer wie bei Autosar sowie eine Mobilfunkverbindung, über die dann Updates von neuen elektronischen Funktionen „over the air“ ins Fahrzeug gespielt werden können. Vor allem der zunehmende Einfluss von Software erfordert von den Entwicklern neue Fähigkeiten.

„Die Ära des programmierenden Elektronikers endet. Die Beherrschung der Software Stacks und Tools benötigt heute eher den elektronikaffinen Informatiker“, prognostiziert etwa Thaddäus Dorsch, Senior Consultant für Systems Engineering bei der Hood GmbH. Ein Beleg für diese These ist der zunehmende Einsatz von künstlicher Intelligenz, die für komplexe Funktionen wie das autonome Fahren oder Mobilitätsapps unverzichtbar erscheint.

Auch hier werden Aufgaben des Automotive Engineering intensiv mit Themen wie Datenanalytik und Deep Learning verknüpft. Weiteres Beispiel für den Bedeutungszuwachs der Software und von entsprechendem Programmierungs-Know-how sind die zunehmend durchgängigen und digitalen Prozessketten, mit denen die Entwicklungsprozesse der Automobilindustrie derzeit massiv beschleunigt werden.

Klassische Organisationen zu unflexibel

In der komplexen und unübersichtlichen Entwicklungswelt erweisen sich die bisher üblichen hierarchischen Matrixorganisationen der klassischen Automotive-Unternehmen samt den umfassenden und feingliedrigen Produktentstehungsprozessen als unflexibel. Start-up-Unternehmen zeigen, dass flache Hierarchien, Crowd Working mit cross-funktionalen Kompetenzen und agile Projektdurchführungsmethoden schneller zu besseren Ergebnissen führen können – aber nicht zwangsläufig müssen. Insbesondere die hohen automobilen Sicherheitsstandards lassen die Unternehmen zögern, neue Methoden wie Scrum oder Kanban zu adaptieren.

Abhilfe kann hier paradoxerweise die Digitalisierung schaffen: in Form von frühzeitiger virtueller Absicherung inklusive Testautomatisierung und Datenmanagement. Insofern kann künftig eine Organisation mit voneinander unabhängigen und vernetzt arbeitenden Abteilungen mit dezentraler Entscheidungsbefugnis und Umsetzungskompetenz sinnvoll sein. So können sich OEMs und Zulieferer zum einen offen für fachliche Impulse und Marktimpulse von außen zeigen und zum anderen ausreichend anpassungsfähig agieren.

Eine solche Struktur erfordert aber die passenden Mitarbeiter: Auf der einen Seite müssen sie die Fähigkeit besitzen, mit offenen Standards zu arbeiten, auf der anderen Seite müssen sie sich an die Unternehmenskulturen der wechselnden Partner anpassen. Und sie müssen auf unbekanntem Terrain im Dialog mit Dritten neue Chancen erkennen und nutzen können.

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