Das Tempo ist atemberaubend: Tesla hat den etablierten Automobilherstellern als erster Hersteller gezeigt, dass die Reduktion von Hardware auf wenige Hauptsteuergeräte, die hohe Softwarekompetenz und die kontinuierliche Optimierung der bestehenden Fahrzeuge durch Over-the-Air-Updates (OTA) der Schlüssel sind, um langjährige und teure Entwicklungszeiten zu verkürzen und die Entwicklungskosten zu senken. Während etablierte Automobilhersteller vor allem hardwarezentriert entwickelten, verkürzte die softwarebasierte und zum Teil schon KI-gesteuerte Entwicklung die Taktzeit enorm.
Bei der hardwarezentrierten Entwicklung wurde ein Fahrzeug in seine Teilsysteme zerlegt. Zudem wurden Komponenten (Hardware) und die dazugehörenden Programme (Software) entweder vom Automobilhersteller selbst oder bei Zulieferern entwickelt. Im Anschluss mussten die teilweise mehr als 140 Steuergeräte über Schnittstellen miteinander kommunizieren. Dieser Ansatz ermöglichte, viele Gleichteile einzusetzen, war aber sehr zeitaufwendig. Während früher ein Automobil von der Idee bis zur Serienproduktion bis zu zehn Jahre in Anspruch nahm, dampfen insbesondere einige chinesische Firmen die Entwicklung auf rund ein Jahr ein («China-Speed»).
Nebst dem erwähnten Hersteller Tesla sind heute chinesische Anbieter wie BYD, Li Auto, Nio, Xpeng oder Geely/Zeekr unglaublich fit in der Anwendung des Ansatzes des softwarebasierten Fahrzeugs. Bei der Neuentwicklung wird nicht auf Bestehendem aufgebaut, sondern konsequent bei null angefangen. Flache Hierarchien und eine hohe Softwarekompetenz, gepaart mit dem Willen, den kompletten Entwicklungszyklus von A bis Z digital umzusetzen, sind der Schlüssel zur Erhöhung der Taktfrequenz.
Bei der Hardware wird konsequent auf wenige Hochleistungsrechner gesetzt (Zonal-Architektur), die mittels monatlicher oder sogar wöchentlicher Updates (OTA) wie beim Smartphone auf den aktuellen Stand gebracht werden. Diese Umstellung findet bei vielen Automobilherstellern schrittweise statt. Die Reduktion von 140 Steuergeräten auf beispielsweise vier Hauptrechner erfordert viel Entwicklungszeit und hohe Investitionen. Damit dies gelingt, werden die Fahrzeugfunktionen vermehrt in Zonen aufgeteilt, die Sensoren und Aktoren steuern und mittels Ethernet mit einem Hauptrechner verbunden sind.
Für die Werkstattprofis bedeutet dies, dass die zum Teil mühsamen Updates mittels Diagnosetester sowie das Laden neuer Softwaremodule und das Neuprogrammieren von Steuergeräten bald der Vergangenheit angehören. Das Auto holt sich via permanente Internetverbindung die neuste Software der verschiedenen Fahrzeugsysteme selbst vom Server, installiert diese, prüft die Funktion und legt jeweils ein Backup der vorangehenden Software an, falls beim Update etwas schiefgeht. Die Hardware-Architektur ist somit in der Lage, die Prüfung der neuen Software vorzunehmen, eine sichere Aktivierung zu gewährleisten und – wenn etwas nicht funktioniert – eine Wiederherstellung des alten Softwarestands umzusetzen. Steuergeräte, die defekt sind, weil der Updatevorgang unterbrochen wurde, gehören somit der Vergangenheit an. Die OTA-Updatemöglichkeit beschränkt sich dabei nicht nur auf die Anwendungssoftware (SOTA – Software Over-the-Air), sondern auch die Betriebsprogramme (Firmware) der Steuergeräte werden regelmässig aufgefrischt (FOTA – Firmware Over-the-Air).
Für den Automobilhersteller bietet sich die Möglichkeit, die Entwicklung auch dahingehend zu beschleunigen, dass Programme nicht fixfertig entwickelt werden müssen, sondern permanent optimiert und Fehler beseitigt werden können. Die Kundinnen und Kunden werden vermehrt zu Betatesterinnen und Betatestern. Damit die zum Teil wöchentlichen Updates fehlerfrei verteilt und im Fahrzeug korrekt installiert werden können, muss das Fahrzeug über eine sattelfeste Betriebssoftware verfügen (OS – Operating System). Der Zentralrechner (Head Unit) fasst nebst dem Betriebssystem alle wichtigen Fahrzeugfunktionen zusammen (auf höchstens vier Rechner verteilt) und überwacht den Updatevorgang kontinuierlich.
Die Hochleistungsrechner und die Zonensteuergeräte tauschen ihre Daten via Ethernet aus. Damit wird es auch möglich, dass die Fahrzeugbesitzerin oder der Fahrzeugbesitzer nicht nur von aktualisierten Fahrzeugfunktionen und -systemen profitiert, sondern sich auch nachträglich Funktionen laden oder freischalten kann. Die Elektronikarchitektur ist also bei jedem Modell ohne Rücksicht auf die bestellten Optionen vollständig verbaut. Funktionen werden nur mittels Software freigeschaltet oder zur Verfügung gestellt. Auch dieser Schritt fällt in der Werkstatt künftig weg. Die Kundinnen und Kunden können sich also, beispielsweise für eine Ferienfahrt, eine Zusatzfunktion für eine bestimmte Zeitdauer oder permanent auf ihr Fahrzeug laden und diese nutzen.
Die etablierten Hersteller wie beispielsweise BMW oder Mercedes-Benz müssen viel investieren, um den Anschluss nicht zu verpassen. Dies ist teilweise bereits gelungen. Beide haben ein eigenes OS entwickelt, das in allen Modellen eingesetzt werden kann. Auch der Volkswagenkonzern, Toyota oder Stellantis arbeiten mit Hochdruck daran, eigene Betriebssysteme zu verfeinern, die Hardwarearchitektur zu entschlacken und die Softwarekompetenz vermehrt in der eigenen Hand zu halten. Das Fahrzeug wird also nicht einfach mit neuer Software aktualisiert, um Fehler zu beheben, sondern den Kundinnen und Kunden werden verbesserte oder neue Funktionen ermöglicht.
Während sich die europäischen Hersteller bisher auf Optimierungen von Infotainmentsystemen konzentrieren, sind sie gefordert, die komplette Fahrzeugsoftware einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess zu unterziehen. Dass dies nicht so rasch umgesetzt werden kann wie ursprünglich geplant, liegt auf der Hand. Werkstattprofis kennen es: In der Übergangsphase gab es teilweise grosse Probleme mit den OS, bis zur Kapitulation und der Erklärung an die Kundschaft, dass versprochene Funktionen nicht umsetzbar seien.
Dass SOTA und FOTA bald bei allen Marken zum Alltag gehören werden, erleichtert den Werkstattmitarbeitenden ihre Arbeit. Wer glaubt, dass dadurch insbesondere Automobildiagnostikerinnen und -diagnostiker weniger zu tun haben, irrt sich. Beim Tausch von intelligenter Sensorik wie Radar oder dem Tausch eines Steuergeräts ist der Werkstattprofi weiterhin gefragt: Die Codierung, die Parametrisierung, die Überprüfung der Zertifikate/Keys, aber auch die Funktionsprüfung und eine allfällige Kalibrierung gehören weiterhin zum Repertoire. Und dass Fehler nach einem Update auftreten können, ist nicht von der Hand zu weisen.
Damit auch das OTA im Fahrzeug funktioniert, müssen diverse Voraussetzungen erfüllt sein. Während der Fahrt sind Updates nicht vorgesehen. Das Herunterladen und Vorbereiten ist hingegen auch während der Fahrt möglich. Für die Installation muss das Fahrzeug parkiert sein.
Im Weiteren ist es wichtig, dass der Ladezustand der 12-Volt-Bordbatterie hoch ist. Wie beim Werkstattupdate, wo der Werkstattprofi ein Ladegerät anschliesst, um dies zu gewährleisten, ist eine fahrzeugeigene Überprüfung und Beurteilung des Ladezustands für ein Update zwingend notwendig. Eine stabile Datenverbindung ins Internet via WLAN oder Mobilfunk ist ebenfalls eine der Voraussetzungen. Und zu guter Letzt sollte auch genügend Datenspeichervolumen vorhanden sein.
Die OTA dürfen aber von den Herstellern nicht einfach so verteilt und vollautomatisch installiert werden. Die chinesischen Behörden haben ein umfassendes Regelwerk erstellt, bei dem die Produkthaftung im Vordergrund steht. Auch in der EU gibt es dazu eine klare Regelung in der UNECE R155 und R156. Das Cybersecurity-Management-System und die Software-Update-Management-Systeme sind klar geregelt. Damit sind SOTA-Updates nicht nur eine technische Funktion, sondern Teil eines regulierten Prozesses. Software darf dabei nicht beliebig eingespielt werden: Kryptografische Signaturen, Zertifikate, Secure Boot und Security Gateways stellen sicher, dass nur autorisierte Software ausgeführt beziehungsweise installiert wird.
Der nächste Schritt ist bei chinesischen Automobilherstellern bereits Realität: Künstliche Intelligenz wird nicht nur in der Entwicklung eingesetzt, sondern auch im Aftersales. Durch die Sammlung von Daten im Fahrzeugbetrieb in der eigenen Cloud sind die Hersteller technisch in der Lage, Fehler zu erkennen. Die riesige Datenmenge wird dabei mit KI-optimierten Softwaretools analysiert. Stellt beispielsweise ein Hersteller fest, dass der Spurhalteassistent seiner Fahrzeuge in einer Kurve die Fahrerinnen und Fahrer dazu nötigt, von Hand zu korrigieren, und tritt dies bei verschiedenen Fahrzeugen auf, wird die Software entsprechend überarbeitet und ein Softwareupdate zur Verfügung gestellt.
Eine weitere Hürde ist die freie Zugänglichkeit zu den Daten seitens Hersteller, aber auch im Fahrzeug. Die Security Gateways, also die Datenbarrieren zum Schutz der Fahrzeugdaten, müssen dabei einen sicheren, autorisierten Zugang auch für freie Werkstätten ermöglichen. Entsprechende Online-Berechtigungen müssen gewährleistet sein, damit auch markenunabhängige Werkstätten auf die Fahrzeugdaten zugreifen und Diagnosen durchführen können.
Ein weiterer Vorteil der neuen Hard- und Softwarearchitektur für die Garage ist, dass Probleme mittels Eigendiagnosetools frühzeitig erkannt und an die Werkstatt gemeldet werden. Diese kann die Kundinnen und Kunden daraufhin einladen, bevor der Fehler zu einer Panne führt. Treten ungewöhnliche Temperaturen in Fahrzeugsystemen, übermässiger Bremsenverschleiss, Fahrwerksprobleme oder Sensorabweichungen auf, kann die Werkstatt frühzeitig eingreifen.Dabei müssen Datenschutz, Einwilligung und Zugriffsrechte ebenso berücksichtigt werden wie die technische Sicherheit der Datenübertragung.
