Digitalisierung ist heute und in den kommenden Jahren „the next frontier“ des Fahrzeugbaus. Doch in welche Richtung wird hier und weshalb besonders intensiv entwickelt? Und welche Fahrzeugklassen und Nutzer profitieren am meisten?
Automobilität ist immer ein Spiegel der jeweiligen technischen und gesellschaftlichen Epoche. Manchmal ist sie allerdings noch mehr: Ein Vorreiter, der Dinge anwendet, bevor sie andernorts in unserem Leben größere Verbreitung finden.
Insbesondere, was Elektrik und Elektronik anbelangt, gilt dies besonders stark – bereits seit den frühesten Tagen. Etwa, als Fords revolutionäres Model-T bereits mit einer elektrischen Zündanlage (ab 1908) und ebensolcher Beleuchtung (optional ab 1915, über Zubehörhändler bereits früher) ausgestattet war. Dies zu einer Zeit, in der viele Menschen ihre Wohnungen und Häuser noch mit Öl, Gas und Kerzen beleuchteten. Insofern ist die erneute Vorreiterrolle in Sachen Digitalisierung kaum verwunderlich. Auf den folgenden Zeilen stellen wir die wichtigsten Entwicklungsrichtungen für die Zukunft vor – und welche Fahrzeugsparten dabei die Vorreiterrolle einnehmen.
1. Fahrzeugdigitalisierung: Kurzer historischer Überblick
Man kann kaum erklären, wie bedeutsam die heutige und zukünftige Digitalisierung von Fahrzeugen ist, ohne auf die historischen Hintergründe einzugehen. Doch wo beginnt man hier? Vielleicht mit einer Erklärung:
Noch bis in die 1970er Jahre hinein unterschieden sich Fahrzeuge in Sachen Elektrik tatsächlich kaum vom erwähnten T-Model. Die einzigen maßgeblichen Entwicklungen:
- Das System der 6-Volt-Spannungsversorgung wurde in den Nachkriegsjahren allmählich vom bis heute (bei PKW) üblichen, leistungsfähigeren 12-Volt-System abgelöst.
- Das Autoradio als ein wichtiges, aber durch die Zündanlage störungsanfälliges Ausstattungsmerkmal etablierte sich.
- Die noch bis in die 1960er verwendete Magnetzündanlage wurde durch Batterie- und Transistorzündanlagen verdrängt.
Natürlich unterschieden sich Fahrzeuge der 1970er sowohl optisch als auch an vielen anderen technischen Punkten extrem vom T-Model. Was jedoch die Elektrik anbelangt, hätte ein Kfz-Elektriker der 1920er Jahre höchstwahrscheinlich problemlos das System in den 1970ern verstanden.
Ab den 1970ern allerdings wurde Elektronik nicht nur kompakter, sondern leistungsfähiger. Die ersten Anwendungen fanden sich im Bereich von elektronischen Einspritzanlagen, die unter anderem Luftmengenmesser benötigten – später weiterentwickelt zu Luftmassenmessern.
In den 1980ern wurden elektronische Einspritzanlagen schließlich Standard. Zudem hielt der Katalysator Einzug. Als geregelter Kat benötigt er unter anderem eine Lambda-Sonde, wodurch die Einspritzelektronik komplexer wurde. Ferner kamen ABS und Airbag auf, die ebenfalls sehr präzise elektronische Steuerungen benötigten.
Gegen Ende des Jahrzehnts begannen dann erste Hersteller in ihren Oberklassemodellen mit Digitaltechnik zu arbeiten. Hier ist vor allem der Mercedes W-140 zu nennen. In ihm wurden erstmalig fünf getrennte Steuergeräte über den von Bosch entwickelten CAN-Bus miteinander vernetzt – das erlaubte eine Vereinfachung der Kabelbäume in diesem Oberklassefahrzeug.
Die 1990er sahen einen Siegeszug von Digitaltechnik: Komfort- und Sicherheitssysteme sowie Schadstoff- und Verbrauchsreduktion wurden immer bedeutsamer. 1994 brachte BMW im E38 das erste serienmäßige GPS-gestützte Navigationssystem (nachdem es andere Systeme bereits seit rund einem Jahrzehnt gegeben hatte). Die letzten Baureihen des W-140 konnten ab 1996 mit einer Sprachsteuerung für das Autotelefon bestellt werden. Es wurden Adaptive Dämpfersysteme und ESP eingeführt.
In den 2000ern schließlich wurden zudem immer mehr bislang mechanische Systeme durch Elektronik und Digitaltechnik abgelöst. Etwa die Daten für den Tacho, oder das Gas- und Kupplungspedal (verdrahtete Bremspedale und Lenkungen sind allerdings bis heute die absolute Ausnahme). Heutige Fahrzeuge sind deshalb zutiefst digitalisiert – und diesbezüglich definitiv technisch weiter von einem Fahrzeug der späten 1970er entfernt als dieses von einem T-Model aus den 1910ern.
2. Die wichtigsten technischen Zukunftsbausteine
Warum nutzt man Digitaltechnik in Fahrzeugen? Zuvorderst, weil sie gegenüber einer herkömmlichen elektrischen/elektronischen Herangehensweise eine immense Vereinfachung bedeutet. Nicht nur, was das Leitungsnetz anbelangt. Letzten Endes werden damit jedoch immer einige wenige Zielsetzungen verfolgt:
- Aktive und passive Sicherheit,
- Komfort,
- Information und Unterhaltung sowie
- Leistung, Verbrauch (Reichweite) und Abgasverhalten.
An diesen Positionen orientieren sich dementsprechend die meisten digitalen Zukunftsbausteine im Fahrzeugbau – teilweise jedoch weit über das einzelne Fahrzeug hinausgedacht.
Das Konzept Car2X
Car2X ist diesbezüglich ein hervorragendes Beispiel. Car to X bedeutet, Fahrzeuge kommunizieren auf irgendeine Weise mit ihrer Umgebung. Dies können andere Fahrzeuge sein, ebenso jedoch völlig andere Dinge. Beispielsweise Ampeln oder Fußgänger.
Warum eine solche Technik genutzt wird, hat verschiedenste Gründe. Eine der wichtigsten jedoch ist das sehr große Thema Sicherheit. Car2X würde beispielsweise folgendes Szenario ermöglichen:
Ein PKW gerät auf der Autobahn in einen Stau und muss sehr scharf abbremsen, weil das Ende hinter einer Kuppe liegt. Dank GPS weiß das Fahrzeug, dass es sich auf einer Route befindet, auf der normalerweise nicht so dramatisch gebremst wird – die Bremsstärke erfährt es über entsprechende Sensoren. Car2X würde nun ein Signal an nachfolgende Fahrzeuge in Reichweite senden: „Achtung, gefährliches Stauende“. Diese PKW könnten dann ihre Fahrer optisch und akustisch warnen oder selbsttätig die Geschwindigkeit reduzieren – etwa bei eingeschaltetem Tempomat.
Die dafür verwendeten Techniken sind breitbekannt: Auf der Nahdistanz wird WLAN verwendet, über größere Entfernungen kommt Mobilfunk zum Einsatz. Hinter letzterem steht der Grund, warum 5G als für die Fahrzeugtechnik so wichtig angesehen wird. Durch die hohe Leistungsfähigkeit dieses Standards können damit sehr große Datenmengen sehr schnell übertragen werden. Das ermöglicht einen dementsprechend äußerst umfangreichen Datenaustausch.
Übrigens ist Car2X keine Zukunftsmusik. Schon seit einigen Jahren sind entsprechende Techniken in beinahe sämtlichen Fahrzeugklassen anzutreffen – und arbeiten oftmals, ohne den Fahrer zu behelligen.
Automatisierung – technische und regulatorische Hürden
Nicht nur in besonders dichtem Verkehr ist es sowohl angenehm als auch sicherer, wenn das Auto von selbst bestimmte Aufgaben übernimmt. Denken wir an jene wunderbare Technik, die das Lenkrad vibrieren lässt, sobald man einen Spurwechsel vollziehen will, auf dieser jedoch ein anderes Fahrzeug zu dicht fährt.
Diesbezüglich lässt sich eines ganz klar feststellen: Je umfassender ein Fahrzeug automatisiert agieren soll, desto weniger kann es auf Car2X-Technik verzichten. Schon seit vielen Jahren arbeiten unterschiedliche Entwicklerteams an (teil-) autonomen Fahrzeugen. Immer wieder wurde und wird dabei eines klar: Je umfassender das Fahrzeug mit seiner Umgebung kommunizieren kann, desto einfacher und vor allem sicherer wird es, den Menschen zum reinen Beifahrer zu machen – selbst im dichten Verkehr.
Allerdings darf hier nicht vergessen werden, dass Fahrzeugautonomie fünf unterschiedliche Grade beziehungsweise Level kennt. Je höher man geht, desto größer sind heute noch die technischen und regulatorischen Hürden:
- Ab Level 3 muss das Fahrzeug in der Lage sein, unter allen jeweiligen Umgebungsbedingungen diese richtig zu erkennen und einzuschätzen. Selbst wenn der Fahrer eingriffsbereit bleiben muss.
- Bis einschließlich Level 2 trägt der Fahrer die volle Verantwortung im Fall von Schäden. Über die Haftungsfrage in den höheren Autonomiegraden gibt es nach wie vor große Diskussionen. Nicht zuletzt, weil hierbei die Politik als Gesetzgeber eine wichtige Rolle spielt und sogar ethische Fragen beantwortet werden müssen (etwa: Muss das autonome Fahrzeug vornehmlich seine Insassen oder andere Personen schützen?).
Tatsächlich haben wir heute (2022) eine Stufe erreicht, auf der zumindest auf bestimmten Routen (Autobahnen) vollautonomes Fahren höherer Levels technisch beherrschbar ist, wohingegen eher das Regulatorische sich als Hemmnis erweist.
Sensorik
Erst wurde nur die Menge der reinen Verbrennungsluft gemessen. Später ging man dazu über, die Luftmasse zu messen, weil dies deutlich präzisere Rückschlüsse auf den Sauerstoffgehalt zulässt. Von diesen Frühtagen der Fahrzeugsensorik war es ein weiter weg bis heute.
Letzten Endes bedeutet die Zukunft der Fahrzeugdigitalisierung folgendes: Fahrzeuge müssen durch Sensoren nicht bloß verschiedenste eigene Parameter überwachen. Sie müssen überdies in der Lage sein, die beim Fahren wichtigsten menschlichen Sinneseindrücke zu übernehmen – inklusive deren unsagbar komplexer Interpretation durch das menschliche Gehirn.
Am einfachsten ist es, das Wahrnehmen von Beschleunigungen zu kopieren. Das kann Technik bereits seit den 1990ern deutlich besser und präziser als der Mensch – etwa in Form von Notbremsassistenten oder Airbag-Auslösesensoren. Ungleich herausfordernder ist jedoch das menschliche Sehen.
Natürlich, heutige Fahrzeugsensoren können mit RADAR, LIDAR, Ultraschall und weiteren Techniken deutlich besser „sehen“ als jeder Mensch. Doch speziell für das vollautonome Fahren muss vor allem die Interpretation gelingen. Wie sich ein anderes Fahrzeug verhält, lässt sich durch Car2X herausfinden. Ob jedoch etwa ein Fußgänger stehenbleibt oder losgeht, lässt sich mit Digitaltechnik bislang nicht in jeder Situation mit menschlicher Perfektion interpretieren.
Diesbezüglich gehen deshalb stärkste Anstrengungen in diese Richtung: Die Fahrzeugsteuergeräte müssen in der Lage sein, die sensorischen Eingaben so zu interpretieren, wie es ein Mensch tut.
Künstliche Intelligenz
Der nahezu unverzichtbare Schlüssel hierzu lautet KI. Stellen wir uns dazu eine typische Situation vor:
Ein Fahrzeug fährt durch eine Ortsstraße. Auf dem Gehweg stehen Kinder relativ dicht an der Fahrbahn. Der menschliche Fahrer kann durch einen Blick und Interpretation des Verhaltens der Kinder feststellen, dass diese sich unterhalten, also nicht die Absicht haben, die Straße zu überqueren. Digitaltechnik hingegen könnte dies nicht ohne Weiteres. Sie könnte die Nähe der Kinder zum Bordstein womöglich als Gefahr interpretieren und ein Brems- oder Ausweichmanöver einleiten.
Künstliche Intelligenz wird schon heute bei diversen Fahrassistenzsystemen genutzt. Allerdings ist ihre Weiterentwicklung der wesentliche Schlüssel, wenn wir vom Fahrzeug der Zukunft sprechen. Denn nur sie gestattet es, die angepeilten höheren Autonomiegrade praxistauglich durchzusetzen. Alle Sensoren, alle Kommunikationstechniken können diesbezüglich nur Hilfestellungen sein. Ohne KI funktioniert nichts davon in einer Weise, die wir nicht bereits seit einigen Jahren kennen.
3. Die wichtigsten Fahrzeugsparten
Viele, die an Fahrzeuge der Zukunft denken, stellen sich dabei vielleicht eine Fahrt zur Arbeit vor, bei der sie Nachrichten lesen und Kaffee trinken können, statt sich auf den Verkehr zu konzentrieren. Natürlich nimmt der herkömmliche private PKW-Verkehr eine wichtige Rolle ein. Allerdings sind einige (andere) Fahrzeugsparten deutlich stärker auf digitale Techniken angewiesen.
Waren- und Gütertransport auf der Straße
Die Logistik ist heute eine der wichtigsten Branchen überhaupt – da durch Globalisierung und Just-in-Time-Fertigung praktisch alles von ihr abhängt. Aus diesem Grund geht die Digitalisierung hier weit über das Fahrzeug selbst hinaus. Die wichtigsten Felder:
- Tracking und Ladungsinformationen, um das Thema Frachtpapiere zu digitalisieren;
- autonome Sicherheitssysteme, um die Gefahr durch übermüdete Fahrer zu reduzieren;
- digitale Energieverbrauchs-Management-Systeme, um die Betriebskosten zu senken;
- KI für eine maximal effiziente Auftrags- und Tourenplanung
- und Robotik für das Thema Be- und Entladung.
Tatsächlich gehört der Transport deshalb zu denjenigen Sektoren, in denen die Digitalisierung besonders stark vorangetrieben wird.
Elektromobilität im Allgemeinen
Die Elektromobilität hat innerhalb weniger Jahre sehr beachtliche Entwicklungsschritte durchlebt – maßgeblich durch digitale Unterstützung beeinflusst. Dennoch wird sie auch in Zukunft noch ein wichtiges Betätigungsfeld bleiben. Allem zuvor natürlich, weil Elektromobilität generell die Zukunft des gesamten Fahrzeugverkehrs ist. Das heißt, alles, was künftig in digitaler Hinsicht noch kommt, wird auf elektrische Antriebe treffen.
Gerade bei batterieelektrischen Fahrzeugen hat die Technik jedoch eine ganz besondere Bewandtnis: Hier wird sie dringend benötigt, um einerseits den Energieverbrauch maximal zu optimieren und andererseits dadurch die Ladeprozesse zu verkürzen. Letzteres geht ebenfalls über das einzelne Fahrzeug hinaus. So wird KI beispielsweise zur Planung des Ladenetzausbaus ebenso eingesetzt, wie zur Optimierung der Stromflüsse – schließlich bedeutet Elektromobilität nicht nur enorm erhöhte Stromverbräuche, sondern überdies zu unvorhersagbaren Zeiten.
Gewerbliche Personenbeförderung
Warum ist unter anderem Uber so stark in die Entwicklung autonomer Fahrzeuge involviert? Natürlich, weil die Abwesenheit eines Fahrers für ein solches Unternehmen beträchtliche finanzielle Mittel freimachen würde.
Diesbezüglich lässt sich mit einiger Sicherheit folgendes vorhersagen: Die Welt mag von Fahrzeugen der Levels 4 und 5 noch mindestens ein Jahrzehnt entfernt sein. Wenn es jedoch so weit ist, werden Taxis und ähnliche Fahrzeuge die ersten Nutznießer sein. In Form von auf irgendeiner Weise an physische oder digitale Schienen gebundenen Fahrzeugen ist es schließlich bereits heute möglich, diese fahrerlos zu gestalten. In Potsdam wurde derartiges bereits schon 2018 erprobt.
Luxusfahrzeuge
Die Digitalisierung mag Fahrzeuge in vielerlei Hinsicht auf Stufen heben, von denen man nur vor wenigen Jahren lediglich träumen konnte. Was jedoch herkömmliche PKW anbelangt, wird sie an einer Stelle ganz sicher keinen Bruch bedeuten:
Die jeweils aktuelle und teils sogar experimentellste State-of-the-Art-Technik wird im Privatfahrzeugbau zuallererst in der Oberklasse angewendet, bevor sie erst nach und nach in die unteren Klassen „durchsickert“.
Warum das so ist, hat ganz einfache Gründe:
- Oberklassefahrzeuge werden nicht nur aufgrund eines Wunsches nach Luxus gekauft. Dahinter steht für viele Käufer ebenso das Verlangen, die ersten zu sein, die eine neue Fahrzeugtechnik erhalten – übrigens ganz gleich, ob diese dem Komfort, der Sicherheit oder einem anderen Anliegen dienlich ist.
- Und das zu jedem Preis. Die Gewinnmargen sind bei Oberklassefahrzeugen besonders groß. Daher können es sich die Hersteller hier viel eher leisten, kostspielige Neuentwicklungen zu integrieren als in den niedrigeren Klassen – bei denen zwischen Umsatz und Gewinn deutlich weniger Spielraum besteht.
- Digitaltechnik mag zwar miniaturisiert sein. Dennoch benötigt sie, zumindest in den frühen Ausprägungen, für eine bestimmte Nutzung oftmals mehr Raum, bevor sie durch weitere Verfeinerungen kompakter wird. Da Oberklassefahrzeuge typischerweise die größten PKW sind, bieten sie genügend Platz für eine frühe Integration.
Um weiter beim Beispiel der vollautonomen Fahrzeuge zu bleiben: Was Privatnutzer anbelangt, wird es also höchstwahrscheinlich nicht ein relativ günstiges Massenfahrzeug sein, das damit beginnt. Es wird viel eher ein 7er BMW, eine Mercedes S-Klasse, ein Audi A8, ein Bentley, Rolls Royce oder ein ähnliches Luxusfahrzeug sein.
4. Zusammenfassung und Fazit
Das Endziel der Fahrzeugdigitalisierung mögen zwar vollautonome Fahrzeuge sein, bei denen der Fahrer tatsächlich optional ist. Allerdings ist es bis dahin noch ein langer Weg. Wichtig ist vor allem, dass es – wie immer – nicht typische Mittelklasse-PKW sein werden, die hier die Vorreiterrolle spielen. Dennoch, auch das ist sicher, wird alles nach und nach in diesen Fahrzeugklassen eintreffen, was anderswo schon länger genutzt wird.
