Beam mich hoch, Elon!

Die Vernetzung von Fahr­zeugen wird über die Zukunft der Autohersteller entscheiden. Eine Übersicht als Beginn einer Serie.

Mit Updates kann Tesla beispielsweise die Reichweite seiner Fahrzeuge erweitern oder Fehlfunktionen beheben und sorgt dabei nicht nur für gute Stimmung bei den Kunden, sondern spart auch noch Geld.

Es ist eine Episode, die zeigt, wie medienwirksam Teslas PR-Abteilung arbeitet. 2017, als Hurrikan Irma den US-Bundesstaat Florida bedrohte, spendierte Tesla seinen Autos über Nacht und für zwei Wochen mehr Reichweite, damit auf der Flucht vor dem Sturm kein Tesla liegenbliebt. Die Kunden waren happy, die PR-Leute ebenso, vor allem aber fragte sich die gesamte Welt, was da gerade passiert war. Zumal es nicht bei diesem einen Update blieb.

Das Schlüsselwort zu dieser Praxis heisst Over-the-Air-Update (OTA-Update). Dabei handelt es sich um Soft- oder Firmware-Aktualisierungen, die über das Mobilfunknetz oder WLAN durchgeführt werden. «Im Zuge der Digitalisierung und Vernetzung wandelt sich das Fahrzeug von einem geschlossenen in ein offenes System und geht damit zumindest in Teilen einen ähnlichen Weg wie die Smartphones», sagt Sebastian Fillenberg von Continental Automotive. Geofencing, also das automatisierte Setzen virtueller Grenzen für Geschwindigkeit oder Fahrmodi, ein Film aus dem Streamingshop zur Überbrückung von Wartezeiten, eine kurzzeitige Leistungserhöhung für den Wochenendausflug: alles kein Problem.

Mit regelmässigen Funktions- oder Sicherheitsupdates, der für den Verbraucher unkomplizierten Behebung von Fehlfunktionen, herstellerseitiger Einsparung von Kosten durch wegfallende Werkstattbesuche oder vollkommen neuen Möglichkeiten in Bereichen wie dem After-Sales-Markt liegen weitere Vorteile auf der Hand.

Um bei Tesla zu bleiben: All das beherrschten die Amerikaner bereits 2017. Vom Update profitierten damals all jene Modelle, deren Batterien softwareseitig beschränkt waren. Trotz nominell 75 kWh Speicherkapazität waren nur 60 kWh nutzbar. Für mehr musste on-demand ein Aufpreis gezahlt werden – im Falle von Irma aber bot Elon Musk gratis Katastrophenhilfe an.

Schlag in die Magengrube

Dass Tesla in dieser Beziehung unbestrittener Platzhirsch ist und vorerst auch bleibt, zeigt eine weitere, ungleich beeindruckendere Episode. Beim Model 3 bemängelte das US-Verbrauchermagazin «Consumer Reports» unter anderem eine mangelhafte Bremsleistung und sprach deshalb zunächst keine Verkaufsempfehlung aus. In kürzester Zeit lieferte Tesla ein Software-Update aus, das das Model 3 aus knapp 100 km/h ganze sechs Meter früher zum Stillstand brachte. Die Tester rieben sich die Augen und gestanden, so etwas noch nie auch nur ansatzweise erlebt zu haben. Für Tesla war es eine veritable Machtdemonstration. Und für die Konkurrenz ein Schlag in die Magengrube. Denn bei ihr beschränken sich die OTA-Möglichkeiten derzeit überwiegend auf unkritische Funktionen des Infotainments. «Der Rückstand der etablierten Autobauer auf den Stand von Tesla beträgt heute im Schnitt drei bis vier Jahre», sagt Stefan Bratzel, Direktor des Center of Automotive Management in Bergisch Gladbach (D).

Dessen ist sich die gesamte Automobilindustrie bewusst, das Digitalisierungs-Rennen deshalb in vollem Gang. Bloss welcher Weg für die traditionellen Autobauer am erfolgreichsten ist, weiss derzeit keiner. Die deutschen Konzerne verfolgen das Ziel eines eigenen Betriebssystems. «Das birgt ein gewisses Risiko, weil teure Eigenentwicklungen in einem besseren Produkt als bei der Konkurrenz gründen müssen», sagt Stefan Bratzel. Andere wie PSA, die Allianz Renault-Nissan-Mitsubishi, Pole­star oder GM vertrauen auf Android Automotive – und damit auf das Big-Data-Unternehmen Google. «Das ist schneller und günstiger, allerdings bezahlt man mit dem Verlust der Datenhoheit und wird an den Gewinnen der Zukunft nicht breit partizipieren können», erklärt Stefan Bratzel.

Die Formel der Zukunft

Denn eines steht für Stefan Bratzel fest: «Ein Grossteil des Umsatzes im nächsten Jahrzehnt wird auf den Bereichen Software, Daten und Dienstleistungen basieren.» Weil der Funktionswert mittels OTA-Updates im Laufe eines Fahrzeuglebens zunehmen kann, eröffnen sich neue Perspektiven hinsichtlich Wertschöpfung. Seit der Lancierung im März 2019 erfuhr das Model 3 über 20 Software-Updates und erhielt damit mehr als 70 neue Funktionen. Die Updates umfassen Spielereien wie zusätzliche Unterhaltungsprogramme, aber auch sicherheitsrelevante Funktionen wie das automatische Abblendlicht bei Gegenverkehr oder tiefgreifende Eingriffe wie den Track-Modus im Model 3 Performance. Bei Tesla blieben die Aktualisierungen bisher kostenfrei, allerdings versuchen sich bereits erste Hersteller in der Monetarisierung des sogenannten On-Demand-Geschäfts (s. AR 45/2020). Die Dienste, die Kunden im Fahrzeug für eine bestimmte Dauer hinzubuchen können, werden als Revolution im After-Sales-Markt angesehen. Im Verkauf von zusätzlichen Funktionen und Services sieht Daimler-Chef Ola Källenius ein Geschäft, das relativ schnell ein Volumen von mehreren Hundert Millionen Euro erreichen könne.

Für den Kunden wird zudem der Wertverlust seines Autos minimiert, da es stets up to date bleibt. Der Wert eines Autos basiert in Zukunft damit nur bedingt auf der aktuellen Funktionalität, sondern vielmehr auf dem Versprechen, was später noch dazukommen kann. «OTA-Updates verleiten zu schnellen, manchmal zu zu schnellen Aktualisierungen und zu Versprechen, die nicht eingehalten werden können», gibt Roland Siegwart, Leiter des Autonomous Systems Lab an der ETH Zürich, zu bedenken. Denn: «Auch die beste Software kann Hardware-Probleme nur beschränkt beheben.»

Doch auch im Service- und Reparaturbereich wird es zu einem grösseren Umbruch kommen. «Allein mit dem breiten Aufkommen der Elektromobilität ist mit viel geringeren Verschleiss- und Wartungsumsätzen zu rechnen», sagt Stefan Bratzel. Werkstätten, wie wir sie heute kennen, wird es mittelfristig vielleicht nicht mehr geben. Zudem können mit der steigenden Datenverfügbarkeit Wartungsthemen gelenkt und die Effizienz von Reparaturen gesteigert werden. Der Hersteller weiss in Zukunft bereits im Voraus, was wann ausgetauscht werden muss. «Zu guter Letzt werden Fahrzeugflotten im Sharing-Bereich all das nochmals potenzieren», so Stefan Bratzel. Der Dozent an der Fachhochschule der Wirtschaft in Paderborn (D) hat deshalb versucht, alles in eine Formel zu packen: M=s×d2. Die Wertschöpfung der Mobilität der Zukunft (M) hängt damit von der Software (s), also den damit verbundenen Daten, und den künftig erbrachten Dienstleistungen (d) ab.

Die Rolle der Zulieferer

All das ist derzeit Zukunftsmusik. «Tesla hatte es einfacher, weil es auf einer grünen Wiese starten und so das Auto auf die Software – und nicht umgekehrt – abstimmen konnte», sagt Roland Siegwart. Das ist der grösste und auch wichtigste Unterschied zu den traditionellen Autobauern. Doch wenn wir von der Digitalisierung von Fahrzeugen sprechen, dann hat diese längst überall längst begonnen. Autos sind fahrende Computer mit bis zu 100 Millionen Zeilen Code, die das Infotainment, Fahrassistenzsysteme oder auch den Verbrennungsmotor steuern. «In Deutschland zum Beispiel kam das Know-how lange Zeit vor allem von den Zulieferern», sagt Stefan Bratzel.

Matthias Klauda, Bereichsvorstand Forschung und Entwicklung bei Bosch, erklärt: «Bosch hat die Elektronik vor rund 50 Jahren ins Auto gebracht und ist daher längst auch ein Software­unternehmen. Kaum eine andere Firma ist im Bereich Fahrzeugsoftware und -elektronik so breit aufgestellt wie wir.» Und weiter: «Der Umfang der benötigten Software für Betriebssysteme sowie ihre Komplexität ist enorm. Die Stärke eines Zulieferers wie Bosch ist das Zusammenspiel von Software und Elektronik im Auto, besonders bei sicherheitskritischen Funktionen.» Die traditionellen Autohersteller beschränkten sich lange auf ihre Stärken, primär also den Bau von automobiler Hardware, und vergaben den Rest extern. Bis 2025 will beispielsweise Volkswagen den Eigenanteil an der Software ihrer Autos nun auf über 60 Prozent steigern, bislang lag dieser bei weniger als zehn Prozent, sagte Christian Senger, CEO der VW-Car-­Software-Organisation, erst kürzlich. Wobei ihnen die Zulieferer nach wie vor unter die Arme griffen, wie Matthias Klada bestätigt: «Bosch verfügt über ein breites Softwareportfolio, um die Hersteller bei ihrer Arbeit an Betriebssystemen zu unterstützen.»

Eine Mammutaufgabe

Aktuell befindet sich die Industrie also in einer Übergangsphase. Und sie kämpft vor allem damit, all die Recheneinheiten mit unterschiedlichsten Aufgaben und Codes nicht nur zu vernetzten, sondern auch Funktionen wie eben OTA-Updates zu ermöglichen. Dies gleicht einer Mammutaufgabe. «Automobilhersteller weltweit stellen deswegen sukzessive auf zentralisierte Architekturen um, die auf wenigen leistungsfähigen Rechnern und einem Betriebssystem wie bei einem Elektronikprodukt aufbauen», sagt Sebastian Fillenberg. VW-Konzernchef Herbert Diess sagte anlässlich der Vorstellung des Betriebssystems VW OS, dass sich die Autos der Zukunft immer stärker über ihre Software differenzieren würden. Diess sagte auch, dass die Digitalisierung die noch grössere Herausforderung sei als die Einführung der Elektroautos.

Er sollte recht behalten. Beim neuen Golf der achten Generation kämpfen die Ingenieure noch immer mit Software-Problemen. Vergangenen Sommer kam es zu einem Lieferstopp, weil das vom Gesetzgeber vorgeschriebene Notrufsystem nicht funktionierte. Aktuell werden Fahrzeuge zurückgerufen, weil das Infotainment unverständliche Befehle von sich gibt. Beim ID 3 kamen erstmals bei VW zwei Zentralrechner statt der Vielzahl von Steuergeräten zum Einsatz. Einer dieser Rechner wurde von Continental entwickelt. «Unser Hochleistungsrechner integriert Funktionen aus verschiedenen Domänen und fasst Aufgaben aus mehreren traditionell separaten Steuergeräten zusammen. Es werden 68 Elektronikschnittstellen bedient, und es wird dafür gesorgt, dass Elektroniken im Takt bleiben», sagt Sebastian Fillenberg. «Bei der Entwicklung hatten wir kein fertiges Lastenheft, wir lernten laufend hinzu und durchschritten eine gewisse Lernkurve.»

Zunächst kämpfte Volkswagen auch beim ID 3 mit teils massiven Software-Problemen, ausgeliefert wurde die neue Elektrohoffnung schliesslich unfertig und beispielsweise ohne Smartphone-­Integration oder die Möglichkeit zu OTA-Up­dates. Für das erste grosse Update mussten die Besitzer eines ID 3 in die Werkstatt fahren. Genauso, wie es zum Beispiel auch Porsche-Kunden mit ihrem Taycan passierte.

Das Rennen hat begonnen

Bei all dem handelt es sich natürlich um eine Bestandsaufnahme, auch die traditionellen Hersteller werden über kurz oder lang die OTA-Funktionalität beherrschen – «in den nächsten Fahrzeuggenerationen», sagt Stefan Fillenberg. Ford ermöglicht aktuell die drahtlose Implementierung eines Überwachungsmodus, andere wie Cadillac oder Mercedes – der Anfang wurde in Zusammenarbeit mit dem Tech-Riesen Nvidia mit der Vorstellung des Mbux-Hyperscreens gemacht – hegen grosse Pläne für die nahe Zukunft. Der Kauf des Autos sei nur der Startpunkt, danach arbeiten Tausende von Ingenieuren daran, es stetig weiterzuentwickeln, sagte Nvidia-Chef Jensen Huang anlässlich der Präsentation an der Consumer Electronics Show. Daimler-Chef Ola Källenius versicherte zudem, dass das Auto, das man weiterverkaufe, besser sein werde, als es der Neuwagen einst war. Muss es auch, weil das in Zukunft nicht nur bei Tesla, sondern auch bei allen anderen Akteuren der Fall sein wird. Zumal mit zunehmender Dauer des Digitalisierungsprozesses nicht nur die etablierten Autobauer, sondern auch neue Akteure aus Nordamerika und Fernost am Rennen um die Gunst der Kunden teilnehmen werden.

«Es findet eine Revolution unter der Haube statt»

Bei der Digitalisierung geht es nicht nur darum, die Fahrzeuge immer intelligenter zu machen, sondern mit den damit gesammelten Daten in Zukunft auch Geld zu verdienen. Roland Siegwart, Leiter des Autonomous Systems Lab der ETH Zürich, erklärt, weshalb sich die traditionellen Hersteller mit diesem Umbruch schwer tun, warum sie gegenüber Tesla trotzdem nicht auf verlorenem Posten stehen und welche Opfer die zunehmende Vernetzung wohl oder übel fordern wird.

Roland Siegwart leitet das Autonomous Systems Lab am Institut für Robotik und Intelligente ­Systeme der ETH Zürich.

Automobil Revue: Was macht Tesla besser als seine Konkurrenten?

Roland Siegwart: Dazu muss ich etwas ausholen. Fahrzeuge der traditionellen Hersteller unterscheiden sich heute vor allem beim Verbrennungsmotor. Hier haben Autobauer eine hohe Inhouse-­Kompetenz. In den letzten Jahren sind die Bordelektronik und all die Sicherheitssysteme als wichtige Elemente hinzugekommen, das Aufkommen der Elektromobilität scheint den Verbrennungsmotor zu verdrängen, es stehen vor allem die Batterie und die Bordelektronik im Fokus. Elektrofahrzeuge sind grundsätzlich sehr disruptiv, weil die traditionellen Automobilfirmen in diesen Bereichen wenig Erfahrung haben. Im Gegenzug hat Tesla dank Innovation einen grossen Vorsprung herausgeholt. Elektrofahrzeuge und die neue Generation von Fahrerassistenzsystemen benötigen neue Kompetenzen, die die etablierten Autohersteller zuerst aufbauen müssen. Im Weiteren fährt Tesla ein neues Modell beim Kontakt mit dem Endkunden, das stark von den Over-the-Air-Updates geprägt ist. Das Fahrzeug wird nicht mehr nur einfach dem Kunden und der lokalen Garage übergeben, sondern bleibt weiter sehr eng mit Tesla verbunden.

Wieso sind es meist Start-ups, die für Innovation sorgen, während grössere, etablierte Unternehmen sich mit Veränderungen schwertun?

Traditionelle Firmen nennt man so, weil ihre Kultur und Werte auf einer langjährigen Tradition aufbauen. Es ist hinlänglich bekannt, dass es schwierig und zeitraubend ist, Kulturen und Werte zu ändern. Es sind daher meist die Start-ups, die die disruptiven Innovationen hervorbringen. Die wertvollsten Firmen von heute sind fast alle in den letzten 20 bis 30 Jahren entstanden. Es ist einfacher, auf der grünen Wiese mit einer disruptiven Idee zu starten, als zuerst bestehende Mitarbeitende von wilden, neuen Ideen zu überzeugen. Speziell für Innovationen und Firmen, die stark durch die digitale Transformation geprägt sind, braucht es Digital Natives in der Geschäftsleitung. Das ist bei den traditionellen Firmen meist nicht der Fall.  

Früher waren die Autobauer unter sich, heute treten sie gegen Tech-Unternehmen an. Wie schnell verschiebt sich das Gleichgewicht in der Autoindustrie von der Hard- zur Software-Seite?

Dieser Wandel entwickelt sich schon sehr lange. Heutige Fahrzeuge habe bis zu hundert Elektromotoren und Sensoren, die über die entsprechende Software den Verbrennungsmotor steuern, die Lenkung unterstützen oder ABS und ESP regeln. Durch den Wegfall des Verbrennungsmotors verlieren die traditionellen Autofirmen einen grossen Trumpf, und IT-Firmen bekommen eine Chance als Quereinsteiger. Diese wiederum müssen aber noch beweisen, dass sie dazu fähig sind, zuverlässige Fahrzeuge in grossen Serien zu bauen. Schliesslich werden Fahrzeuge auch in Zukunft viel Hardware enthalten, von Radaufhängungen, die eine optimale Fahrdynamik und Sicherheit garantieren, bis zu Türen, die zuverlässig bei allen Temperaturen schliessen. Hier haben die traditionellen Firmen ihre Stärken und neue Firmen, die eher aus der IT kommen, müssen noch viel lernen.

Überall liest man von zentralen Architekturen. Wie sicher sind diese eigentlich?

Eine zentrale Architektur vereinfacht es, höchstmögliche Sicherheit gegenüber Hackern zu gewährleisten. Die Vergangenheit hat aber gezeigt, dass auch vermeintlich sichere Systeme Lücken haben. Die Folgen wären bei zentralen Architekturen umso verheerender, weil alle Fahrzeuge des Herstellers gleichzeitig ausfallen würden. Es ist zudem wichtig, dass während der Fahrt die Kommunikation nach aussen soweit wie möglich beschränkt, vielleicht sogar für den sicherheitsrelevanten Bereich ganz unterbrochen wird. Somit wäre eine direkte Intervention von aussen während der Fahrt nicht möglich. Bezüglich Sicherheit gegenüber Hackern steht die Entwicklung nicht still, und ich bin zuversichtlich, dass keine allzu grossen Probleme zu erwarten sind.

Was sind die Chancen der Digitalisierung?

Die Hardware-Komponenten wie Batterien, Elektromotoren oder Sensoren setzen die Limiten des Machbaren. Over-the-Air-Updates sind vor allem interessant für Zusatzfunktionen wie Fahrassistenzsysteme und ganz speziell für das zukünftige teil- oder vollautonome Fahren. In diesem Bereich ist die Entwicklung sehr schnell, und neue Algorithmen können auch ohne Änderung der Hardware respektive Sensoren entscheidende Verbesserungen bringen. Es ist aber beispielsweise kaum denkbar, einen Tesla der heutigen Generation nur mit Software-Updates zu einem autonomen Fahrzeug zu machen, das alle erdenklichen Situationen selbständig meistern kann. Hier braucht es auch bessere Sensoren, allen voran einen 3-D-Laser.

Was sind die Gefahren der Digitalisierung?

Over-the-Air-Updates verleiten zu schnellen, manchmal zu zu schnellen Updates und zu Versprechungen, die dann nicht eingehalten werden können. Die Software kann nur sehr beschränkt Hardware-Probleme beheben. Generell hat die rasante Entwicklung in Sachen Elektronik und Software bei Fahrzeugen einen weiteren, traurigen Nebeneffekt. Wahrscheinlich werden in 50 bis 100 Jahren kaum mehr Oldtimer aus unserer Zeit verfügbar sein. Im Gegensatz zu den noch vor allem mechanischen Fahrzeugen aus der Vergangenheit ist der Erhalt der Elektronik und Software unserer heutigen Fahrzeuge nur mit einem enormen Aufwand möglich.

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