Softwaredefinierte Fahrzeuge Wird Hardware im Auto bald zur Nebensache?

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Während noch vor wenigen Jahren die Software im Fahrzeug fest definierte Funktionen wie den Motor steuerte, übernimmt sie zunehmend eine zentrale Rolle im Fahrzeug. Für die Fahrzeughersteller bedeutet dieser Wandel flexiblere Funktionen und eine bessere Kontrolle. Im Mittelpunkt muss aber immer die Sicherheit stehen.

Noch vor wenigen Jahren sprach man bei Software im Fahrzeug hauptsächlich von der Steuerung einzelner, fest definierter Funktionen wie beispielsweise die Motorsteuerung oder das Infotainment. Doch mit den softwaredefinierten Fahrzeugen (SDV) wird die Software zum zentralen Bestandteil eines Fahrzeugs, die nahezu alle Funktionen steuert. Entwickelt wird die Software mit Fokus auf Modularität, Flexibilität und Vernetzung. Damit stehen kontinuierlich Updates und Erweiterungen für das Fahrzeug bereit. Für die Automobilbranche bedeutet das völlig neue Anforderungen an Entwicklung, Sicherheit und Qualität.

Was das genau bedeutet und wie sich die Software für Fahrzeuge entwickeln wird, habe ich im Gespräch mit Dr. John Heinlein erfahren. Er ist Chief Marketing Officer bei Sonatus.

Herr Dr. Heinlein, wie unterscheidet sich die Architektur eines softwaredefinierten von einem konventionellen Fahrzeug?

Softwaredefinierte Fahrzeuge unterscheiden sich in mehreren Punkten von konventionellen Fahrzeugen. Da es ein entscheidendes Ziel von SDVs ist, die Fahrzeuge kontinuierlich für Verbesserungen und Erweiterungen zu aktualisieren, müssen viele der Fahrzeugfunktionen durch Software-Anwendungen implementiert werden. Das bedingt die Entkopplung der Fahrzeugsoftware von der zugrunde liegenden Hardware-Infrastruktur. Herkömmliche Fahrzeuge verfügen über viele Einzelfunktionskomponenten mit eng gekoppelter Hard- und Software für alles vom Antriebsstrang bis zu den elektrischen Fensterhebern. In einem SDV werden viele dieser Funktionen in eine kleinere Anzahl konsolidierter Hardwarekomponenten integriert, die nebeneinander arbeiten können, ohne sich gegenseitig zu stören.

SDVs werden auch viele der modernen und standardisierten Software-Entwicklungspraktiken und Methodologien zur Laufzeitumgebung enthalten, die aus der alltäglichen IT und mobilen Geräten bekannt sind. Das macht die Entwicklung und den Einsatz neuer Softwarefunktionen schneller und kostengünstiger und steht im Gegensatz zum bisherigen Black-Box-Ansatz in der Automobilindustrie, bei dem für jede neu hinzugefügte Fahrzeugfunktion ein zusätzliches physisches Steuergerät erforderlich ist.

Zudem enthalten SDVs moderne Netzwerktechniken wie Automotive Ethernet und rationalisierte Topologien, die effizientere Architekturen ermöglichen, einschließlich konsolidierter zonaler Steuergeräte, die Fahrzeugnetzwerke erheblich vereinfachen. Das steht im Gegensatz zu bisherigen konventionellen Architekturen mit Punkt-zu-Punkt-Verkabelung zwischen den Steuermodulen, Sensoren und Aktuatoren, die die Kosten und die Komplexität der Fahrzeugverkabelung stark erhöhen.

Durch diese Veränderungen im Fahrzeugdesign können die Leistung von SDVs kontinuierlich verbessert und ihre Fahrfunktionen durch Over-the-Air-(OTA)-Updates über die Cloud erweitert werden. Die Cloud-Konnektivität ermöglicht auch die kontinuierliche Überwachung der Fahrzeugleistung sowie -nutzung zur Fehlersuche, Diagnose und allgemeinen Verbesserung des Fahr- und Benutzererlebnisses. Die Vorteile von SDVs gegenüber bisherigen Fahrzeugen sind beträchtlich, aber der neue Ansatz macht Cloud-Konnektivität zu einer Notwendigkeit.

Softwareupdates over the Air (OTA)

Welche Sicherheitsmaßnahmen sind erforderlich und wie wird die Integrität und Zuverlässigkeit der Software gewährleistet?

Updates over the Air erfordern eine End-to-End-Absicherung, um die Sicherheit und Integrität von SDVs zu gewährleisten. Es gibt mehrere Sicherheitsstandards, die auf OTAs anwendbar sind, um die Sicherheit von Updates zu gewährleisten. Dazu gehören UNECE R155/R156 und das Uptane Framework. Außerdem muss die Datenübertragung zwischen dem Cloud-Server und dem Fahrzeug verschlüsselt werden, um ein Abfangen und eine Manipulation der Daten zu verhindern. Dazu werden in der Regel Transport-Layer-Security- (TLS-)Protokolle verwendet.

Das Fahrzeug muss in der Lage sein, die Integrität des heruntergeladenen Aktualisierungspakets zu überprüfen. Dazu werden in der Regel kryptografische Hash-Funktionen verwendet. Sie stellen sicher, dass das Update nicht verändert wurde. Schlägt ein Update fehl oder verursacht Probleme, sollte das Fahrzeug über einen Mechanismus verfügen, mit dem es zur vorherigen Softwareversion zurückkehren kann. Nur so lässt sich die Funktionalität und Sicherheit aufrechterhalten. Eine Software wie der Sonatus Updater implementiert alle wichtigen Standards und bietet darüber hinaus ein hohes Maß an Verifizierung vor einem Update sowie hochauflösendes Debugging, um Probleme schnell zu diagnostizieren, wenn ein Fehler auftritt.

Wie lässt sich die Datenverbindung zwischen Fahrzeug und Cloud sicherstellen? Welche Daten werden gesammelt und gespeichert?

Fahrzeuge und Cloud können über eine Mobilfunkverbindung oder ein sicheres WiFi miteinander verbunden werden. Letzteres wäre ideal für Fahrzeuge, die beispielsweise zu Hause oder am Arbeitsplatz des Besitzers geparkt sind.

Es gibt eine immense Menge an Daten, die von Fahrzeugen gesammelt werden können. Dazu gehören Fahrzeugparameter und Sensordaten wie Geschwindigkeit, Bremskraft und Motorleistung. Darüber hinaus zeichnen viele der Steuermodule im Fahrzeug ihre Aktivitäten in Protokollen auf, die analysiert und für Diagnosen und zur Fehlerbehebung verwendet werden können. Fahrzeuge sammeln mit ihren verschiedenen Kameras und Sensoren zunehmend Bilder, die etwa für ADAS-Tuning oder die Bearbeitung von Versicherungsansprüchen genutzt werden können.

Bei der Datenerfassung muss der Datenschutz höchste Priorität haben. Daher muss jede Lösung gewährleisten, dass Automobilhersteller sowie Fahrerinnen und Fahrer, in Übereinstimmung mit den Datenschutzrichtlinien und -gesetzen, die volle Kontrolle über die gesammelten Daten haben. Lösungen wie Sonatus Collector ermöglichen es den Automobilherstellern, die Art der von den Sensoren gesammelten Daten dynamisch anzupassen, die Datenauflösung und die Erfassungshäufigkeit zu konfigurieren und zu entscheiden, ob die Computer des Fahrzeugs die Daten lokal verarbeiten oder in die Cloud hochladen sollen. Dabei werden stets die Datenschutzpräferenzen der Fahrerinnen und Fahrer oder der Besitzerinnen und Besitzer berücksichtigt.

Die rechtlichen Hintergründe eines SDV

Welche regulatorischen Anforderungen an ein SDV gibt es?

Zusätzlich zu den rechtlichen Anforderungen, die für Fahrzeuge im Allgemeinen gelten, etwa die Vorschriften und Richtlinien der National Highway Traffic Safety Administration (NTHSA) in den USA oder des Europäischen Programms zur Bewertung von Neufahrzeugen (Euro NCAP), müssen SDVs softwarespezifische Anforderungen erfüllen, wie UNECE 155 für Cybersicherheit, UNECE 156 für Software-Updates, ISO 21434 für Cybersicherheit und ISO 26262 zur funktionalen Sicherheit.

UNECE 155 bezieht sich auf die Cybersicherheit von Fahrzeugen. Sie verlangt von den Herstellern die Einführung eines Cybersicherheits-Managementsystems (CSMS), um Cyber-Bedrohungen während des gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs zu erkennen und sich dagegen schützen zu können.

Die ISO-Norm 21434 beschreibt die Anforderungen für das Management von Cybersicherheitsrisiken während des gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs, von der Konzeption bis zur Außerbetriebnahme.

UNECE 156 befasst sich mit Software-Updates für Fahrzeuge und stellt sicher, dass Updates sicher und effektiv bereitgestellt werden können.

ISO 26262 ist eine internationale Norm für die funktionale Sicherheit von elektrischen und elektronischen Systemen in Straßenfahrzeugen. Sie ist von der allgemeinen Norm IEC 61508 abgeleitet und konzentriert sich auf die Verringerung der mit diesen Systemen verbundenen Risiken während ihres gesamten Lebenszyklus.

Die Vorteile eines softwaredefinierten Fahrzeugs

Wie können Automobilhersteller und Drittanbieter von SDVs profitieren und welche Trends lassen sich absehen? Wie kann sich das auf die Wartung eines SDV auswirken?

SDVs bieten verschiedene Vorteile für OEMs und das gesamte Ökosystem der Automobilindustrie. Ihr Gesamtkonzept ermöglicht schnellere Innovationszyklen mit flexibleren und maßgeschneiderten softwaredefinierten Eigenschaften und Funktionen. Die Wiederverwendbarkeit der Software und die Konsolidierung der Fahrzeughardware durch gemeinsame Computerplattformen senken die Gesamtkosten. Die Verkabelung in SDVs ist weniger komplex und damit auch leichter. Beides reduziert die Herstellungskosten, das Fahrzeuggewicht und die Komplexität von Reparatur und Wartung.

Die OTA-Update-Fähigkeiten von SDVs ermöglichen nicht nur eine schnelle und datengesteuerte Verbesserung der Fahrzeugqualität. Sie unterstützen schnelle und iterative Verbesserungen, selbst bei bereits ausgelieferten und verkauften Fahrzeugen. Darüber hinaus können präzise Fahrzeugdaten und automatisierte Diagnosen eine vorausschauende Wartung der Fahrzeuge ermöglichen. Dadurch können potenzielle Fehler frühzeitig erkannt und so eine schnellere Behebung, weniger Ausfallzeiten sowie ein insgesamt besseres Kundenerlebnis erreicht werden.

SDVs können auch kontinuierlich neue und personalisierte Nutzererfahrungen über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs hinweg bieten, etwa durch den Einsatz künstlicher Intelligenz zur Personalisierung der Fahrererfahrung entsprechend individueller Vorlieben und Gewohnheiten. SDVs ermöglichen darüber hinaus neue Geschäftsmodelle wie Datenmonetarisierung und Abonnementdienste.

 (heh)

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