Wo Pkw und Nutzfahrzeug heute voneinander lernen können
Pkw und Nutzfahrzeuge nutzen zunehmend dieselben Hardware- und Softwarebausteine. Ihre Einsatzbedingungen und wirtschaftlichen Anforderungen unterscheiden sich jedoch deutlich. Genau daraus entstehen neue Felder für den gegenseitigen Technologietransfer.
Pkw und Nutzfahrzeuge nähern sich bei zentralen Fahrzeugtechnologien zunehmend an, verfolgen dabei aber weiterhin unterschiedliche Anforderungen und Einsatzlogiken.
Aumovio
Lange verlief der Technologietransfer vor allem vom Pkw zum Nutzfahrzeug. Neue Prozessoren, Rechnerarchitekturen oder Softwarekonzepte kamen zunächst im Pkw zum Einsatz und erreichten den Lkw meist erst Jahre später. Dieser Abstand schrumpft inzwischen deutlich. Durch die Entwicklung hin zum softwaredefinierten Fahrzeug nähern sich Pkw und Nutzfahrzeuge technisch immer stärker an. High-Performance-Computer, zentralisierte E/E-Architekturen und virtuelle Entwicklungsumgebungen spielen inzwischen in beiden Fahrzeugklassen eine wichtige Rolle.
Auch bei Fahrerassistenz und Softwareplattformen wächst die gemeinsame Basis. Vor zwölf oder dreizehn Jahren habe zwischen Pkw und Nutzfahrzeug bei der Einführung neuer Technologien noch ein deutlicher zeitlicher Abstand gelegen, berichtet Alexander Brede, Systemarchitekt und Ingenieur im Bereich Standards bei Aumovio. Neue Prozessoren oder andere technische Entwicklungen seien im Lkw damals häufig erst drei bis fünf Jahre später angekommen. Inzwischen habe sich die Situation deutlich verändert. „Heute sind wir bei einem Abstand von unter einem Jahr. Wir nutzen mehr oder minder die gleichen Prozessoren wie unsere Kollegen aus dem Pkw-Bereich. Teilweise übernehmen wir Komponenten und passen sie für den Lkw nur noch leicht an, etwa bei der Einbauposition oder der Kommunikation im Fahrzeug“, sagt Brede.
Die technische Basis von PKW und LKW wächst zusammen
Wie stark sich Pkw und Nutzfahrzeug technisch annähern, zeigt Valeo auf der IAA an einem Demonstrator für den Software-defined Truck. Zentralisierte Rechnerarchitekturen, bei denen Anwendungen zunehmend von der Hardware entkoppelt werden, sind im Pkw bereits weiter verbreitet und halten nun auch im Nutzfahrzeug Einzug. Ahmed Elqadi, Senior Chief Software R&I Engineer bei Valeo, zeigt dafür eine Architektur mit mehreren High-Performance-Computern und einer Middleware. Auf der Recheninfrastruktur laufen Anwendungen aus unterschiedlichen Fahrzeugdomänen, darunter Fahrerassistenz, Sensorverarbeitung, Cockpit und Infotainment. „Wir bewegen uns auch hier immer stärker in Richtung einer Architektur, in der generische Rechner im Fahrzeug von den Anwendungen entkoppelt sind“, sagt Elqadi. Die Middleware soll die Hardware abstrahieren, Anwendungen voneinander isolieren und Rechenaufgaben auf die verfügbaren Ressourcen verteilen.
Dass sich die Annäherung nicht auf einzelne Architekturkonzepte beschränkt, bestätigt auch ZF. Aus Sicht von Ivan Brajdic, Leiter Forschung und Entwicklung der Division Commercial Vehicle Solutions bei ZF, greifen Pkw und Nutzfahrzeuge zunehmend auf dieselben technologischen Grundbausteine zurück. „Die technologischen Basiselemente, die Chips und so weiter, sind eigentlich dieselben“, sagt er. Ähnliches gelte für die Software. Standards, die etwa im Umfeld der Eclipse Foundation für softwaredefinierte Fahrzeuge entwickelt werden, könnten grundsätzlich auch im Nutzfahrzeug eingesetzt werden.
In einzelnen Feldern erfolgt die Entwicklung mittlerweile sogar parallel. Brede nennt Ferndiagnose und Telematik als Beispiel. Am Messestand demonstriert Aumovio, wie ein Servicetechniker aus der Ferne auf das Fahrzeug zugreifen, Zustände auslesen und einzelne Funktionen ansteuern kann. Vergleichbare Technologien werden derzeit sowohl für Pkw als auch für Nutzfahrzeuge eingeführt. „Die Technik wird jetzt parallel im Lkw genauso wie im Pkw ausgerollt. Hier gehen beide Bereiche Hand in Hand und führen eine Technologie im Gleichschritt ein“, so der Systemarchitekt von Aumovio.
Damit zeigt sich auch an dieser Stelle, wie stark sich der frühere zeitliche Versatz zwischen beiden Fahrzeugklassen verringert hat. Auch bei virtuellen Entwicklungsumgebungen greifen Pkw und Nutzfahrzeug zunehmend auf ähnliche Werkzeuge zurück. Software kann auf virtuellen Steuergeräten integriert und getestet werden, bevor sie auf reale Hardware gelangt. Bei der Einführung solcher Prozesse sei der Pkw in einigen Bereichen noch weiter. Die zugrunde liegenden Methoden lassen sich jedoch auf das Nutzfahrzeug übertragen.
Gleiche Technik trifft auf unterschiedliche Anforderungen
Die gemeinsame technische Basis bedeutet allerdings nicht, dass sich Pkw und Nutzfahrzeug im gleichen Tempo oder nach denselben Kriterien entwickeln. Bereits die Motivation für neue Funktionen unterscheidet sich. „Beim PKW geht es in erster Linie um Customer Experience“, erklärt Brajdic. Im Nutzfahrzeug stehe stärker die Frage im Mittelpunkt, welchen wirtschaftlichen Nutzen eine Technologie für den Betreiber bringt. Auch die Einsatzbedingungen unterscheiden sich. Brajdic nennt für einen Lkw eine geforderte Laufleistung von mindestens 1,2 Millionen Kilometern. Im Pkw liege die Größenordnung eher zwischen 200.000 und 300.000 Kilometern. Gleichzeitig müssen Nutzfahrzeuge je nach Einsatz mit sehr unterschiedlichen Aufbauten, Achskonfigurationen und Funktionen umgehen. Aus diesen Unterschieden entstehen eigene Entwicklungsprioritäten. Während der Pkw bei Softwareintegration und Nutzererlebnis vielfach weiter ist, muss die Nutzfahrzeugbranche besonders stark auf Skalierbarkeit, Verfügbarkeit und Variantenbeherrschung achten. In diesen Feldern können wiederum Ansätze entstehen, die auch für Pkw-Hersteller interessant werden.
Beim Variantenmanagement kann der Pkw vom Truck lernen
Besonders deutlich wird der Unterschied bei der Variantenvielfalt. Ein Pkw wird innerhalb einer Plattform zwar in verschiedenen Ausstattungen angeboten. Bei Nutzfahrzeugen können sich die Fahrzeuge jedoch bereits in ihrem grundlegenden Aufbau stark unterscheiden. Ein Lkw kann als Zugmaschine, Kipper oder Feuerwehrfahrzeug eingesetzt werden. Bei Bussen variieren etwa die Zahl der Türen, die Länge des Fahrzeugs oder die jeweilige Ausstattung. Aumovio versucht diese Vielfalt mit modulareren Architekturen abzubilden. Eine Grundkonfiguration soll durch zusätzliche Funktionen erweitert werden können. Bei einem Kipper muss die übergeordnete Software beispielsweise nicht im Detail wissen, welcher Aktuator an welchem Anschluss sitzt. Sie gibt lediglich den entsprechenden Funktionsbefehl aus. Die Zuordnung zur konkreten Hardware übernimmt ein Zonencontroller. Dadurch sollen sich neue Aufbauten leichter integrieren lassen.
Aus Sicht des Zulieferers liegt hier ein Bereich, in dem das Nutzfahrzeug eigene Erfahrungen voraus hat. „der LKW macht hier mal tatsächlich mal ein Satz nach vorne“, skizziert Brede diese Entwicklung. Der Vorsprung entstehe vor allem aus der Notwendigkeit heraus, eine hohe Zahl unterschiedlicher Konfigurationen wirtschaftlich beherrschbar zu machen. Gerade bei der Skalierbarkeit unterscheiden sich die Anforderungen im Nutzfahrzeug. „Wir können in so einen Truck nicht einfach einen riesigen High-Performance-Computer einbauen“, erklärt Brajdic. Dafür gebe es zu viele unterschiedliche Basisvarianten, deren Kosten durch eine einheitlich leistungsstarke Ausstattung unnötig steigen würden. „Wir müssen die Architektur so aufbauen, dass sich Rechenleistung und Elektronik je nach Fahrzeugvariante flexibel skalieren lassen“, so ZFs Forschungs- und Entwicklungsleiter weiter. Denkbar sei etwa, zunächst einen kleineren High-Performance- Computer einzusetzen und diesen abhängig von der jeweiligen Fahrzeugvariante um weitere Elektronikkomponenten zu ergänzen. Auch die Systemarchitektur müsse entsprechend flexibel ausgelegt werden.
Bei Telematik setzt der Truck andere Prioritäten
Ein zweites Lernfeld ergibt sich aus der wirtschaftlichen Nutzung von Fahrzeugdaten. Im Pkw erfüllt Telematik unter anderem Aufgaben rund um Softwareupdates und vernetzte Dienste. Im Nutzfahrzeug kommen zahlreiche betriebsrelevante Informationen hinzu. Aumovio nennt etwa Fahrerdaten, Fahrzeuggewicht und den aktuellen Energiezustand. „Wir haben Gewichtsdaten zum Fahrzeug und wissen auch, wie viel Energie noch verfügbar ist. Damit können wir optimiertes Laden und eine optimierte Routenführung anbieten“, erklärt Brede. Auch Gewichtssensoren an den Achsen liefern Informationen darüber, wie stark ein Fahrzeug ausgelastet ist und welche zusätzliche Ladung noch aufgenommen werden könnte.
Die Daten stehen damit in direktem Zusammenhang mit dem wirtschaftlichen Betrieb des Fahrzeugs. Flottenbetreiber können sie nutzen, um Lade- und Fahrstrategien anzupassen, vorhandene Kapazitäten besser auszulasten und Transporte effizienter zu planen. Auch Ferndiagnose bekommt dadurch ein anderes Gewicht. Bleibt ein Pkw liegen, betrifft der Ausfall zunächst das einzelne Fahrzeug. Bei einem Nutzfahrzeug kann ein Stillstand unmittelbar einen Transport oder eine Lieferkette beeinträchtigen. Entsprechend steigt der Wert von Diagnosefunktionen, die Probleme frühzeitig erkennen oder aus der Ferne eingrenzen können.
Auch Elqadi sieht bei Verfügbarkeit und Wartung andere Prioritäten im Nutzfahrzeug. Während sich Erfahrungen aus dem Pkw etwa bei Integration und Softwarearchitektur übertragen ließen, müsse der Einsatzkontext des Trucks berücksichtigt werden. Gerade die Verfügbarkeit einer Flotte werde aus einer anderen Perspektive bewertet. „Predictive Maintenance hat in diesem Fall ein deutlich höheres Gewicht“, so der Senior Chief Software R&I Engineer. Für Nutzfahrzeuge rücken damit Funktionen in den Vordergrund, die Ausfälle vermeiden und die Einsatzbereitschaft des Fahrzeugs sichern können.
Auch hier könnte die Pkw-Seite vom Nutzfahrzeug lernen. Mit wachsender Vernetzung und steigender Softwarekomplexität wird die Frage wichtiger, wie Fahrzeugdaten für Wartung und Fehlererkennung genutzt werden können. Das Nutzfahrzeug liefert bereits heute Anwendungsfälle, bei denen sich der Nutzen solcher Funktionen unmittelbar über Verfügbarkeit und Betriebskosten bewerten lässt.
Beim Nutzererlebnis bleibt der Pkw ein wichtiger Impulsgeber
In die andere Richtung sieht Elqadi vor allem auf Engineering-Ebene Lernpotenzial. Bei der Integration komplexer Systeme habe der Pkw-Bereich bereits Erfahrungen gesammelt, auf die sich im Nutzfahrzeug aufbauen lasse. „Bei den Integrationsherausforderungen und den damit verbundenen Reibungspunkten kann die Truckindustrie Erfahrungen aus dem Pkw-Bereich nutzen“, sagt der Valeo-Experte. Gerade auf den unteren technischen Ebenen seien viele dieser Fragen dort bereits früher bearbeitet worden.
Hinzu kommen die Erwartungen der Fahrer. Viele Funktionen, die im Pkw bereits etabliert sind, erreichen zunehmend auch das Nutzfahrzeug. „Als Lkw-Fahrer fährst du schließlich auch Pkw. Wenn du dann in den Lkw steigst und dort das wiederfindest, was du schon schätzen gelernt hast, entsteht am Ende so etwas wie ein Coming-home-Gefühl“, sagt Brede. Aus seiner Sicht sei es deshalb sinnvoll, dass beide Fahrzeugwelten stärker miteinander interagieren. Für die Nutzfahrzeugbranche gewinnt damit auch die Nutzererfahrung an Bedeutung. Die Kaufentscheidung folgt zwar häufig anderen Kriterien als beim Pkw und liegt oftmals beim Flottenbetreiber. Im Arbeitsalltag ist es jedoch der Fahrer, der die digitalen Funktionen und Bedienkonzepte täglich nutzt.
Aus der Einbahnstraße wird ein gegenseitiger Austausch
Die Entwicklung zum softwaredefinierten Fahrzeug bringt Pkw und Nutzfahrzeug technisch näher zusammen. High-Performance-Computer, Softwareplattformen, virtuelle Entwicklung und Telematik bilden zunehmend eine gemeinsame Grundlage. Teilweise werden Technologien bereits gleichzeitig in beiden Fahrzeugklassen eingeführt. Die Unterschiede verschwinden dadurch jedoch nicht. Vielmehr entscheiden Lebensdauer, Einsatzbedingungen, Geschäftsmodell und Variantenvielfalt darüber, wie dieselbe technische Basis genutzt wird. Genau an diesen Punkten entstehen unterschiedliche Stärken.
Der Pkw verfügt heute über mehr Erfahrung bei Softwareintegration, digitalen Bedienkonzepten und etablierten E/E-Architekturen. Das Nutzfahrzeug muss dagegen seit Längerem mit hoher Variantenvielfalt, langen Lebenszyklen und einem starken Fokus auf Verfügbarkeit umgehen. Damit verändert sich auch der Technologietransfer. Aus einer früher weitgehend einseitigen Bewegung vom Pkw zum Lkw wird zunehmend ein Austausch, bei dem beide Fahrzeugklassen Lösungen für die jeweils andere liefern können.
