Pictures of the Future Herbst 2005
Das mitdenkende Auto – Trends
Elektronischer Scharfsinn
Die Autoindustrie steht vor großen Aufgaben: In der Europäischen Union soll die Zahl der Verkehrstoten in den kommenden Jahren halbiert werden, und in den USA zwingen scharfe Abgasgrenzwerte zum Umsteuern. Um die Herausforderungen zu meistern, entwickelt Siemens VDO innovative Techniken wie sensorgestützte Fahrerassistenzsysteme oder umweltfreundliche Motorsteuerungen.
Bessere Sicht in der Nacht: Trotz Gegenlicht sind die Fußgänger im Display in der Mittelkonsole gut zu erkennen. Ein Infrarotsensor erfasst die Personen; die Warnung erfolgt dann direkt im Head-up-Display im Blickfeld des Fahrers
Pass auf die Autos auf!", hören kleine Kinder oft, wenn sie zum Spielen nach draußen gehen. Die heute durchaus berechtigten Sorgen der Eltern dürften in 15 Jahren deutlich geringer sein, weil es immer unwahrscheinlicher wird, von einem Auto überfahren zu werden. "Die Autos der Zukunft werden dank ausgereifter Sensorik den Verkehr beobachten und den Fahrer rechtzeitig warnen. Bei Notsituationen könnte das System sogar selbsttätig eingreifen", sagt Dr. Jochen Kölzer, zuständig für das Gebiet Transportation im strategischen Marketing von Siemens Corporate Technology (CT).
Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Die Autoindustrie steht vor gewaltigen Herausforderungen: Einerseits dringt die Politik darauf, die Unfallzahlen weiter zu senken und die Emissionen zu verringern; andererseits wollen die Käufer individuelle, technisch ausgereifte Fahrzeuge mit beeindruckenden Fahrleistungen und geringem Verbrauch. "Für die Hersteller am wichtigsten ist aber, dass sie kostengünstig entwickeln und produzieren müssen, um im immer härter werdenden Wettbewerb bestehen zu können", ergänzt Dr. Thomas Schlick, für Technik zuständiger Geschäftsführer des Verbands der Deutschen Automobilindustrie (VDA). "Genau das gilt auch für die Zulieferer", sagt Roger Deckers, Director Technology Board bei Siemens VDO Automotive. Um konkrete und erfolgreiche Strategien für das Geschäft abzuleiten, erarbeitet er zusammen mit Kölzer das Projekt Future of Automotive 2020, das alle Trends auf dem Automobilsektor gebündelt darstellt (siehe Insert "Zukunft des Autos"). Auch die heutige Produktentwicklung orientiert sich bereits an den Ergebnissen früherer Trendforschungen. So arbeitet Siemens VDO an Fahrerassistenzsystemen, maßgeschneiderten Navigations- und Infotainment-Systemen, einem modulareren Aufbau der Software und Elektronik im Fahrzeug und an revolutionären Bremsenkonzepten.
Aktive Sicherheit. Zentraler Punkt bleibt die Sicherheit. Die Europäische Union hat sich 2001 zum Ziel gesetzt, die Zahl der 40 000 Verkehrstoten in den damals 15 EU-Ländern bis 2010 zu halbieren. 1970 kamen in der EU noch knapp 78 000 Menschen im Straßenverkehr ums Leben. Der Rückgang beruht unter anderem auf der Einführung von Sicherheitsgurten, Airbags und Antiblockiersystemen. Diese passiven Verfahren haben noch Potenzial, aber für den ehrgeizigen EU-Plan sind zusätzliche Maßnahmen nötig. "Dazu braucht es einen Wandel von der passiven zur aktiven Sicherheit", sagt Kölzer.
Dieser Wandel ist in vollem Gange: Autohersteller und –zulieferer arbeiten auf breiter Front an Systemen, die Unfälle gar nicht erst geschehen lassen. Ansätze sind schon in Serie zu besichtigen. So hat der Citroën C5 ein Warnsystem, das den Sitz vibrieren lässt, wenn der Fahrer ohne zu blinken die Spur wechseln will. Bei einem ähnlichen System von Siemens VDO vibriert das Lenkrad. Im September 2005 stellte das Unternehmen auf der Internationalen Automobilausstellung in Frankfurt seine Vision vom "sehenden Auto" vor: Sechs Sensortypen tasten zusammen die Umgebung ab, bewerten die Signale und unterstützen den Fahrer (siehe "Fahrerassistenz").
Die Zukunft des Autos – im Jahr 2020
In 15 Jahren wird es noch mehr Fahrzeugtypen geben als heute, um die verschiedenen Bedürfnisse der Kunden zufrieden zu stellen. So verlangen Länder wie Indien und China nach kostengünstigen und sicheren Fahrzeugen – Gleiches gilt für die wachsende Zahl an Immigranten in den USA. Andererseits werden die Menschen in den Industrieländern immer älter, was eher die Nachfrage nach komfortablen Oberklassefahrzeugen ankurbelt. Knappe Ressourcen zwingen zum Bau kleiner Autos, ideal für Kurzstrecken. Das sind Teilergebnisse der Studie Future of Automotive, die federführend von Dr. Jochen Kölzer (Corporate Technology) und Roger Deckers (Siemens VDO) erarbeitet wurde. Um die Geschäftsstrategie von Siemens VDO auf eine möglichst gesicherte Grundlage zu stellen, blickte das Team in zahlreichen Workshops und Interviews mit internationalen Fachleuten auf die Automobiltechnik im Jahr 2020. Dazu fahndeten sie mit Hilfe der aus dem Verfahren der Pictures of the Future bekannten Szenariotechnik nach den wichtigsten Trends, den größten Herausforderungen und den wichtigsten Märkten, wobei sie äußere Faktoren wie Ölpreis, Bevölkerungsentwicklung oder Wirtschaftswachstum einbezogen. Weitere Ergebnisse: Der Individualverkehr wird weiterhin große Priorität besitzen, trotz hoher Erdölpreise. Der Verkehr wird weltweit auch künftig deutlich zunehmen (siehe Grafik). Der Verbrauch und die Emissionen können aber dank Elektronik und optimierter Bauteile noch weiter verringert werden. Hybridfahrzeuge und mit Wasserstoff angetriebene Autos werden eine größere Rolle spielen. Die Mechanik und Hydraulik im Fahrzeug, mit der heute gebremst und gelenkt wird, dürfte in 15 Jahren von so genannten x-by-Wire-Systemen teilweise abgelöst werden. Eines aber bleibt wie es ist: Auch das Auto der Zukunft wird auf Straßen fahren. Fliegende Autos sind nach wie vor Science-fiction.
Siemens beteiligte sich zudem an der vom Bundesforschungsministerium geförderten Initiative Invent, in der 24 Projektpartner vier Jahre lang Lösungen für einen sichereren und flüssigeren Straßenverkehr erarbeiteten. Verkehrsmanagement, Navigationshilfen und Systeme zur Fahrerassistenz waren einige der Themen. Siemens hat etwa untersucht, wie Fußgänger besser geschützt werden können. Dazu haben Forscher ein Sensorsystem für die Stoßstange entwickelt, das den Aufprall eines Fußgängers erkennt und dann blitzschnell die Motorhaube um einige Zentimeter anhebt. So sollen schwere Kopfverletzungen vermieden werden, wie sie bei einem Aufprall auf den Motorblock entstehen. Das System soll 2007 in Serie gehen.
Wohlfühl-Sensoren im Auto. "Sensoren werden auch ins Innere des Autos schauen", sagt Kölzer. Messfühler für Temperatur und Luftqualität könnten dazu dienen, optimale Bedingungen herzustellen (siehe "Prima Klima im Auto"). So wird künftig für Klimaanlagen verstärkt Kohlendioxid (CO2) als Kühlmittel verwendet, statt eines fluorhaltigen Gases, das die Ozonschicht schädigt. Falls CO2 in geringen Mengen austreten sollte, würde der Fahrer ermüden – Gassensoren sollen die Gefahr rechtzeitig bemerken. Kölzer ist zudem davon überzeugt, dass in Zukunft auch Systeme zur Überwachung des Fahrers auf den Markt kommen werden. "Es könnte zum Beispiel gemessen werden, wie sehr der Fahrer unter Stress steht", führt der CT-Experte aus.
Die Technik könnte dann den Fahrer darüber informieren und seine Belastung verringern, indem etwa das Radio leiser gestellt oder die Menge der Anzeigeelemente im Cockpit reduziert wird. Möglich ist auch ein System, das die Lidschläge des Fahrers überwacht und ihn warnt, wenn er einzuschlafen droht – wie es im Ende 2004 abgeschlossenen EU-Projekt Awake unter Siemens-Beteiligung erforscht wurde.
Cockpit der Zukunft: Der modulare Aufbau ermöglicht individuelle Anpassungen an die Wünsche des Fahrers
Alle Experten sind sich einig, dass die Assistenzsysteme die Autonomie des Fahrers nicht antasten und den Spaß am Fahren nicht schmälern dürfen. "Zunächst muss er auf drohende Gefahren hingewiesen und dann deutlich gewarnt werden", betont VDA-Geschäftsführer Schlick. "Der Fahrer muss eine selbstständige Reaktion des Fahrzeugs immer übersteuern können." Und Kölzer ergänzt: "Ansonsten bekämen die Hersteller massive Haftungsprobleme. Zum Beispiel, wenn trotz eines computergesteuerten Ausweichmanövers nebst Vollbremsung ein Unfall passiert und der Fahrer behauptet, eigentlich hätte er die Lage voll unter Kontrolle gehabt." Er weist außerdem darauf hin, dass es auch in absehbarer Zeit wohl unmöglich sein wird, mittels Sensoren und Rechenalgorithmen Situationen genau wie ein Mensch zu bewerten. "Der Kopf des Fahrers ist nach wie vor gefragt", sagt Schlick. "Er behält die Verantwortung." In Fällen, in denen der Fahrer sein Auto unmöglich kontrollieren kann, greift aber der Computer ein, etwa bei der elektronischen Stabilitätskontrolle, die einzelne Räder gezielt abbremst und so ein Übersteuern vermeidet.
Mehr und bessere Elektronik. Jüngst häufen sich Klagen von Kunden, dass Fahrzeuge mit Elektronikfehlern ausfallen. Die Statistik zeigt indes, dass Autos heute wesentlich zuverlässiger sind als vor 30 Jahren. Laut dem deutschen Automobilclub ADAC fiel die Wahrscheinlichkeit, mit einem Neuwagen innerhalb der ersten sechs Jahre liegen zu bleiben, von 3,5 % im Jahr 1976 auf heute 0,6 %. Während früher lecke Leitungen oder andere mechanische Defekte einen Wagen lahm legten, sind es heute überwiegend Fehler in der Elektronik. Von 1990 bis 2001 stieg der Anteil der Elektronik am Fahrzeugwert von 16 auf etwa 25 %; bis 2010 soll er auf knapp 40 % zunehmen. "Die Lösung der Elektronikprobleme heißt also noch mehr Elektronik, aber bessere", konstatiert SV-Experte Deckers. Der Schlüssel dazu ist die Standardisierung der Komponenten, damit sich die einzelnen Module der Software verstehen und keine Abstürze verursachen (siehe Software und Elektronik im Fahrzeug). Siemens ist Gründungsmitglied des Autosar-Konsortiums, das sich zum Ziel gesetzt hat, durch klare Schnittstellendefinitionen und die Wiederverwendung erprobter Module jederzeit Updates zu ermöglichen. Autos werden künftig also auch Software tanken, "auch nachdem sie das Werk schon verlassen haben", erklärt Deckers.
Elektronik soll neben der Sicherheit auch die Umwelteigenschaften der Autos verbessern. Siemens VDO verfolgt hier zahlreiche Projekte zur Einsparung von Treibstoff, die zum Teil schon auf dem Markt sind, etwa die fein dosierte Versorgung des Motors mit Kraftstoff durch Piezo-Direkteinspritzung oder Systeme für Motoren, die mittels Sensoren die Vorgänge direkt im Verbrennungsraum überwachen und optimieren, oder die zum wechselseitigen Betrieb von Erdgas und Benzin ausgelegt sind.
Energie sparen durch optimiertes Gas geben
Angesichts steigender Treibstoffpreise legen Autofahrer zunehmend Wert auf eine energiesparende Fahrweise. In Toulouse koordiniert Siemens VDO das vom französischen Umweltministerium geförderte Projekt Gerico, das den Sparwillen der Fahrer mit einem Informationssystem unterstützen will. Dazu wertet eine Software die Daten des Bordcomputers aus und spielt auf einem Display die aktuellen Verbrauchswerte und den CO2-Ausstoß ein. "Bereits eine solche Anzeige hat einen Einfluss auf das Fahrverhalten", sagt Siemens-Projektleiter Dr. Mariano Sans (im Bild an einem Testfahrzeug). Das System verknüpft zudem die Motorsteuerung mit den Daten des Navigationssystems, was die Berechnung optimaler Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile ermöglicht. So könnte etwa ein Automatikgetriebe unnötige Schaltvorgänge vermeiden, wenn eine scharfe Kurve oder ein starkes Gefälle unmittelbar bevorsteht. "Nach unseren Simulationen ergeben sich mögliche Treibstoff-Einsparungen von mindestens 10 %", sagt Sans. Ende 2005 sollen die Ergebnisse des Projekts vorgestellt werden. Frühestens in drei Jahren könnte es als Software auf dem Markt angeboten werden. "Gerico eignet sich besonders für Fahrzeugflotten", erklärt Sans. Logistikunternehmen oder kommunale Verkehrsbetriebe könnten so signifikant Kosten sparen. An dem Projekt beteiligt sich neben weiteren Partnern wie dem südwestfranzösischen Forschungsverbund IERSET auch die Stadt Toulouse.
"Zudem arbeiten wir an einem Baukastensystem für Hybridantriebe", berichtet Deckers. Dazu zählen Motoren zum vollelektrischen Anfahren sowie integrierte Startergeneratoren, die mechanische Antriebsenergie in elektrische Energie umwandeln und umgekehrt. Die Einsparungen beim Verbrauch sind dabei schwer exakt zu beziffern, weil sie vom Fahrzeug abhängen. "Insgesamt sank der Durchschnittsverbrauch von Neufahrzeugen in den vergangenen 15 Jahren um über 20 % – vor allem wegen der Elektronik", sagt Deckers. Die Emissionen von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden gingen sogar um 95 % gegenüber 1990 zurück.
Weitgehend ist die Elektronik für den Fahrer unsichtbar. Nur im Cockpit tritt sie zu Tage, in den Anzeigen und bei Infotainment-Systemen. Aber gerade diese Schnittstellen zum Menschen haben entscheidende Bedeutung für die Akzeptanz der Technik. "Hier geht es um Emotionen", sagt Deckers. "Der Fahrer muss sein Auto mögen, und das hängt nun mal davon ab, was er zu sehen und zu fühlen bekommt." Siemens VDO gestaltet daher die Bedienelemente einfach und übersichtlich, damit der Fahrer neue Assistenzsysteme gerne annimmt und nutzt. Die Entwicklungsteams bestehen aus Technikern sowie aus Experten für Bedienerfreundlichkeit und Ergonomie. Das begrüßt auch der VDA-Experte Thomas Schlick: "Die Bedienung muss intuitiv sein, was letztlich heißt, man sollte in Autos nicht alles reinpacken was technisch möglich, sondern was sinnvoll und nützlich ist."
Norbert Aschenbrenner