Making Connected Cars Work. Die nächste Dimension der Automobilentwicklung.

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Automobilentwicklung

In der Produktentwicklung waren Pkw sicherlich schon immer eine der größten Herausforderungen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Produktkategorien werden ihre kundenrelevanten Funktionen und Eigenschaften wie Agilität, passive Sicherheit, Fahrkomfort oder Karosserie- und Interieurdesign nicht durch ein bestimmtes Bauteil wie etwa Motor, Karosserie, Sitze, Antriebsstrang oder Fahrwerk erfüllt, sondern durch ein komplexes Zusammenspiel vieler und oft sogar aller dieser Komponenten. Im Laufe der Zeit haben sich jedoch die Grenzen des Systems Auto, das im Rahmen der Fahrzeugentwicklung zu berücksichtigen ist, sukzessive erweitert.

Level 1: Als Autos einfach nur Autos waren. Klassische Gesamtefahrzeugintegration.

Die Entwicklung eines Premium Pkw erfolgte schon immer als eine Abfolge von Entwicklungszyklen. Ab dem ersten Fahrzeugkonzept umfasste jeder dieser Zyklen die Dimensionierung und Konstruktion der Komponenten, deren Erprobung und Optimierung mit virtuellen oder realen Prototypenteilen, und schliesslich deren Zusammenführung zu einem kompletten – wiederum virtuellen oder realen – Fahrzeug, um dieses dann zu testen und in einer nächsten Schleife zu optimieren. Dieser Fahrzeugintegrationsprozess umfasst die richtige Positionierung aller Komponenten innerhalb des Gesamtfahrzeugs unter Berücksichtigung des verfügbaren Platzes und des erforderlichen Abstands (sog. geometrische Integration), die Validierung der Herstellbarkeit (sog. produktionstechnische Integration) und nicht zuletzt die Sicherstellung der oben genannten gewünschten und erforderlichen Fahrzeugeigenschaften und -funktionen (sog. funktionale Integration).

Sowohl die elektrischen Komponenten wie Leuchten, Fensterheber oder Servolenkung als auch die wenigen elektronischen Geräte wie Motorsteuergeräte, Navigationssysteme oder Antiblockiersysteme waren separate Einzelsysteme, die sich die Stromversorgung teilten, aber unabhängig voneinander liefen. Die konventionellen Fahrzeuge, die aus diesem Fahrzeugentwicklungsprozess der ersten Stufe hervorgingen, waren hochintegrierte und optimierte „Systeme elektromechanischer Komponenten“.

Level 2: Systemintegration. Wie man Computer auf Rädern entwickelt.

Als die Premium-Hersteller nach der Jahrtausendwende dazu übergingen, fast jede Komponente über Software zu steuern und alle diese Komponenten dann zu einem „System von Systemen“ zu verknüpfen, und dabei aber am gewohnten Entwicklungsprozess festhielten, erwies sich dieser schnell als ganz offensichtlich unzureichend. Ohne konsequente Validierung der elektronischen Funktionen fehlte diesen Systemen die erforderliche technische Reife, und speziell frühe Kunden verzweifelten regelmäßig am unvorhersehbaren Verhalten ihrer Fahrzeuge. Vor allem die bis unters Dach mit Funktionen ausgestatteten Flaggschiffe der Luxusklasse überraschten ihre Besitzer durch mit plötzlich und unerwartetes Öffnen von Fenstern und Schiebedächern, Einschalten von Scheibenwischern Abstellen des Motors.

Um schnell aus dieser peinlichen (und kostspieligen) Situation herauszukommen, beeilten sich die Automobilhersteller, ihren bestehenden Fahrzeugintegrationsprozess durch einen Systemintegrationsprozess zu verbessern, um Hardware und Software umfassend und gemeinsam validieren zu können – zuerst auf Komponentenebene, dann auf Domänenebene und schließlich auf Gesamtfahrzeugebene. Während Änderungen von Steuerungssoftware auf Komponentenebene zuvor in der Regel unkontrolliert durchgeführt wurden, mussten sie sich die Ingenieure nun an einen strikten Freigabeprozess halten, der zu gründlich abgesicherten Hardware-Software-Sets (sog. Integrationsstufen) führte. Auf diese Wiese wurde dann die gewünschte Systemzuverlässigkeit dieses „Computers auf Rädern“ sichergestellt, bevor das Auto das Werk verließ und dem Kunden übergeben wurde.

Level 3: Vernetzte Autos. Dinge im Internet der Dinge.

Obwohl man es nie so genannt hat, war das Autoradio eigentlich die erste datenbasierte Fahrzeugfunktion (wenn auch zunächst analog und nicht digital). Eine funktionierende Komponente allein war nicht ausreichend. Damit das Radio seinen Dienst versehen konnte, mussten auch die Rundfunkstationen kontinuierlich senden. Und so, wie Automobilhersteller auch nie einen Vertrag mit Tankstellen hatten, der diese verpflichtet hätte, Treibstoff und Öl zu liefern, vertrauten sie beim Verkauf von Fahrzeugen mit Radio einfach darauf, dass die Rundfunkstationen auch senden würden. Und: Kein Kunde wäre je auf die Idee gekommen, den Hersteller seines Autos für die Qualität der im Radio empfangenen Inhalte verantwortlich zu machen.

Jahrzehnte später wurde dann die Datenübertragung in die andere Richtung, nämlich vom Auto zu einem Backend-System hin, verwendet, um den Besitzer auf anstehende Servicebedarfe hinzuweisen. Zuerst noch über Diagnosekabel in der Werkstatt, dann über mobile Internetverbindung. Da diese Teleservices jedoch eher auf den Händler als auf den Kunden abzielten, war ihre Zuverlässigkeit eher unkritisch, und ihre Entwicklung verlief nicht als Teil, sondern losgelöst parallel zur Fahrzeugentwicklung.

Wenn jedoch datenbasierte Funktionen wie Audiostreaming, Verkehrsflussinformationen oder Fernbedienung über Smartphones dem Kunden als Teil des Funktionsumfangs seines Fahrzeugs angeboten werden, müssen diese auch als Teil des Fahrzeugs mitentwickelt werden. Neben den elektronischen on-board Systemen erfordern solche datenbasierten Funktionen aber auch off-board Elemente, z.B.:

  • Datenanbieter, der die erforderlichen Daten wie z.B. Verkehrsfluss oder Wetterbedingungen liefert.
  • Ein oder mehrere Backend-Server, auf denen diese Daten gesammelt, gespeichert und ggf. vorverarbeitet werden.
  • Ein Mobilfunk-Netzwerk zum Datenaustausch zwischen Autos und Backend-Servern.
  • Zusätzliche vernetzte Systeme, die Daten mit Backend-Servern oder Autos austauschen können wie z.B. Smartphone-Apps oder Internetportale.

Durch diese Erweiterung der Systemgrenzen werden Autos vernetzt, werden zu „Dingen im Internet der Dinge“. Um vernetzte Funktionalität zu gewährleisten, muss zunächst der Fahrzeugentwicklungsprozess diese Off-Board-Elemente mit abdecken. Dann müssen, wie bei jeder anderen Komponente, Qualitätskriterien für die Daten und deren Bereitstellungsprozess definiert werden:

  • Datenverfügbarkeit: Daten müssen zuverlässig und zeitnah generiert, übertragen und aggregiert werden. Die Bereitstellung von z.B. 10 Minuten alten Daten in einem Verkehrsflußinformationssystem macht das System wertlos und führt beim Kunden zu großer Unzufriedenheit. Die Verantwortung für die Datenverfügbarkeit liegt bei den Datenanbietern, aber auch bei Mobilfunk- und Backend-Betreibern.
  • Datenqualität: Auf einer Straße im Stau zu stehen, die im Verkehrsflußinformationssystem als staufrei angezeigt wurde oder festzustellen, dass das Parkaus, zu dem einen das Parksystem geführt hat, ausgebucht ist, sind nur zwei Beispiele dafür, was Kunden passieren kann, wenn Daten zwar verfügbar aber von schlechter Qualität sind. Die Verantwortung hierfür liegt ausschliesslich bei den Datenanbietern.

Um die ordnungsgemäße Funktion datenbasierter Dienste zu gewährleisten, müssen die Automotive-Entwicklungsprozesse für vernetzte Fahrzeuge geeigneten Methoden, Teilprozesse und Meilensteine enthalten, die eine robuste Bereitstellung von Funktionsdaten gewährleisten solange die jeweilige datenbasierte Funktion verwendet wird.

Vom Produzenten zum Dienstleister. Die fast unbemerkte Transformation.

Die wirklich radikale Veränderung für die Automobilhersteller ergibt sich jedoch aus der Tatsache, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugfunktionen, deren Verhalten beim Verbau im Werk eindeutig festgelegt wird, datenbasierter Funktionen in vernetzten Autos vom Hersteller über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg rund um die Uhr betrieben werden müssen. Für die Hersteller reicht es also nicht mehr aus, möglichst fehlerfreie Autos auszuliefern und bei Bedarf Reparatur- und Wartungsdienstleistungen zu erbringen; zu ihren Aufgaben gehört es nun eben auch, den Betrieb von Fahrzeugfunktionen kontinuierlich sicherzustellen.

Dies gilt insbesondere auch für autonome Fahrzeuge. Um diese unter allen möglichen Bedingungen sicher durch den Verkehr zu führen, müssen ihre Steuerungssysteme (die bei weitem komplexeste datenbasierte Automobilfunktion) kontinuierlich eine enorme Datenmenge mit dem Backend austauschen, und jemand (in der Regel der Hersteller) muss dafür sorgen, dass dies dauerhaft, sicher und zuverlässig funktioniert.

Letztendlich müssen sich Organisation und Prozesse an diese Transformation anpassen. Da die laufende Interaktion mit dem Fahrzeug die Aufgaben des „After Sales“ deutlich anreichert, müssen die Unternehmen die Verantwortlichkeiten für den laufenden Betrieb von datenbasierten Funktionen sowie das Management ihrer Qualität klären. Die klassische Silostruktur – Entwicklung, Produktion, Vertrieb und Aftermarket – ist hier ganz offensichtlich nicht mehr die richtige Antwort.

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