Software Defined Vehicle

Ein softwaredefiniertes Fahrzeug, von englisch Software Defined Vehicle (SDV), setzt Kernfunktionen eines Automobils in Software statt Hardware um. Die wesentlichen Eigenschaften umfassen von Updatefähigkeit bis KI-Steuerung mehrere Ebenen. Die SDV verweisen auf einen Paradigmenwechsel in der Fahrzeugtechnik vom Maschinenbau zu Fahrzeugen als Platform für Softwareprodukte, die den größten Anteil an der Wertschöpfung haben.

Geschichte

Der Einsatz von Mikroprozessoren in Kraftfahrzeugen geht wesentlich auf Anforderungen der Abgasnachbehandlung mit Fahrzeugkatalysatoren und den Insassenschutz mit Airbags zurück, die ab 1973 in den USA regelmäßig eingebaut wurden. Die Verbindung von Sensoren und Steuergeräten wurde in den Folgejahren zunehmend über Bussysteme hergestellt, insbesondere dem CAN-Bus ab 1986. Dies ermöglichte weitere elektronische Komponenten anzuschließen, die hauptsächlich in den 1990er Jahren neue Fahrerassistenzsysteme realisierten. Über den OBD-Zugang (standardisierter OBD-II DLC ab 1996) wird zudem das Chiptuning als Software-Update möglich.

Die Funktionen des Fahrzeugs waren bis in die 2010er auf verschiedene Bauteile mehrerer Zulieferer verteilt. Der Autobauer Tesla fasste die Funktionen zentral zusammen und prägte ab 2012 dafür den Begriff „softwaredefiniert“. Die charakteristischen Eigenschaften eines softwaredefinierten Fahrzeuges wurden in den Folgejahren verschieden definiert. 2024 begründete die Europäische Kommission mit dem SDVoF (software-defined vehicle of the future) und der Verband der Automobilindustrie mit S-Core (Eclipse Safe Open Vehicle Core) einen herstellerübergreifenden Ansatz, der auch zur Definition von Reifegraden (Readiness Level) für SDV in fünf Stufen führte.

Die Umstellung zu softwaredefinierten Fahrzeugen fällt zeitlich mit dem Markthochlauf von Elektroautos zusammen. Zu den Auslösern gehört, dass Elektroautos deutlich weniger mechanische Teile haben, die zur Wertschöpfung beitragen, und die großen Batterien den Energieverbrauch einer Computertechnik unterstützen, die zu selbstfahrenden Kraftfahrzeugen führen, was einen neuen hohen Gebrauchswert beiträgt. Der Zusammenhang ist technisch nicht zwingend, sondern ergibt sich aus einer relativen Verlagerung der Produktentwicklung mit höheren Investitionen in die IT, deren Gewicht bei Unternehmensentscheidungen steigt. Dabei kommt es erneut zu Produktivitätsparadoxonen, die anderweitig schon beobachtet wurden.

SDV Level

Die Reifegrade von softwaredefinierten Fahrzeugen sind

• SDV Level 0: Mechanically Controlled Vehicle
  • die Mehrzahl der Fahrzeugfunktionen wird mechanisch ausgeführt, nur einzelne Komponenten wie die Motorsteuerung enthalten Elektronik
• SDV Level 1: E/E Controlled Vehicle
  • es werde mehrere ECU Steuergeräte (Electronic Control Units) eingebaut, die E/E Funktionen erbringen, die nur elektrisch und elektronisch möglich sind (electrical and electronic). Die Mikrocontroller verwenden spezialisierte Embedded Software.
• SDV Level 2: Software Controlled Vehicle
  • die Komponenten werden durch einen oder mehrere Steuerungsbusse (CANopen) verbunden, der Sensoren und Stelleinheiten mit mehreren Megabit/s verbinden kann. Software-Updates werden im Wesentlichen durch Werkstätten durchgeführt, mit Ausnahme von nicht sicherheitskritischen Bereichen wie den Infotainmentsystemen.
• SDV Level 3: Partial Software Defined Vehicle
  • es wird ein Betriebssystem definiert, das über ein Modulkonzept und APIs mehrere Funktionen auf einem hoch-integrierten Chip (SoC) realisiert. Diese Softwaremodule können über ein Over-the-Air-Update mit Fehlerbehebungen und verbesserten Funktionen aktualisiert werden.
• SDV Level 4: Full Software Defined Vehicle
  • die Bauteile werden durch ein Netzwerk mit mehreren Gigabit/s verbunden und ermöglichen die Entkopplung von Software und Hardware. Der ausführende Prozessor ist unabhängig von der Stelleinheit und kann auch auf einen anderen Chip wechseln. Die Updatefähigkeit ermöglicht, neue Funktionen in ein schon verkauftes Fahrzeug zu installieren.
• SDV Level 5: Software Defined Ecosystem
  • die Rechenleistung der elektronischen Komponenten erlaubt den Einsatz von KI-Steuerung (SAE J3016 Automatisierung). Die Software des Fahrzeug kann sich über standardisierte Protokolle auch mit weiteren eingesteckten Komponenten und Smartphones verbinden. Die Fortentwicklung der Funktionen richtet sich nach Produktzyklen und Versionierung entsprechend der Vorgehensmodelle der Softwareentwicklung

Ab Stufe 3 gilt ein Fahrzeug als SDV, ein softwaredefiniertes Fahrzeug.

Eigenschaften

Beim Übergang zu softwaredefinierten Fahrzeugen haben sich Merkmale herausgebildet, die häufig in den neueren Fahrzeugmodellen zu finden sind.

• Over-the-Air-Update (OTA) gehört zu den häufigst genannten Unterscheidungsmerkmalen. Voraussetzung ist eine Funkschnittstelle (typischerweise WLAN oder Mobilfunknetz), um Softwareaktualisierungen ohne Hilfe von Werkstätten durchführen zu können. Um die Häufigkeit von Updates zu verbessern, bildet sich eine stärkere Modularisierung der Softwareteile heraus. Die Funkschnittstelle und das Variantenmanagement führen in eine verstärkte Nutzung von Telemetrie.
• Cybersecurity und Sicherheitsarchitekturen bekommen einen hohen Stellenwert. Bei Infotainmentsystemen will man dem Nutzer die Möglichkeit des Zugriffes auf einen App Store einräumen, die eingebundenen Fahrfunktionen (etwa über eine Sprachsteuerung) soll damit jedoch nicht gefährdet werden. Bei sicherheitskritischen Subsystemen muss eine strenge Prüfung von Signaturen angewendet werden, die schon im Produktdesign die Herstellung einer lückenlosen Prozesskette für Updates erfordert. Technisch sieht man die Herausbildung verschiedener Sicherheitszonen im Fahrzeug, die über Gateways verbunden werden, sowie die Isolierung von Softwaremodulen mit verschiedenen Prioritäten.
• Gigabit-Netzwerk im Verbund mit einer zentralisierten Architektur. Im Fahrzeug werden ein oder mehrere leistungsfähige Rechenkerne eingebaut, die mehrere Softwaremodule parallel ausführen. Statt über eigene i/o-Ports an der Platine des Rechenkerns werden Sensoren und Aktoren über das Netzwerk angebunden.
• Automatisiertes Fahren wird eine Standardeigenschaft der Fahrzeuggenerationen. Die leistungsfähigen Rechenkerne erlauben auch in kleinen Fahrzeugmodellen viele Fahrassistenzsysteme (ADAS) zu ermöglichen (teils über zwanzig Funktionen). Diese können zu selbstfahrenden Kraftfahrzeugen verbunden werden, wozu regelmäßig KI-Systeme zur Umgebungserkennung eingesetzt werden.
• Telemetrie und Personalisierung sind Eigenschaften der standardisierten Datensammlung im Fahrzeug. Bei der Übertragung an ein Flottenmanagement lässt sich die Effizienz und Langlebigkeit steigern. Carsharing und Mobility-as-a-Service erlauben verschiedenen Personen die Nutzung eines Pools an Fahrzeugen. Persönliche Einstellungen des Fahrers können auf andere Fahrzeuge übertragen werden. Die Rückmeldung an den Fahrzeughersteller erlaubt schnellere Impulse für das Produktdesign. Die Erfordernisse des Datenschutzes und Sicherung der Privatsphäre führen zu einer hohen Komplexität.