System trifft Komponente

Die ZF-Experten Dr. Caspar Lovell und Dominik Vogt erklären, wie durch Systemkompetenz und Komponenten-Know-how Fahrwerke für die Zukunft entstehen.

Historisch hat ZF seinen Ursprung als Komponentenlieferant, seit einigen Jahrzehnten sieht sich der Konzern auch als Systemanbieter. Wo hört die Komponente auf, wo fängt das System an?

Lovell: Das sind flexible Begriffe, daher fällt eine Definition schwer. Viele Produkte, die ZF entwickelt und vermarktet, haben Merkmale von Systemen: Bremse, Lenkung und Getriebe beispielsweise setzen sich ja auch schon aus verschiedenen elektronischen und mechanischen Teilen zusammen. Eigentlich könnten wir sie als Einzelsysteme bezeichnen – und das tun wir auch oft. Für unsere Kunden, die Autohersteller, sind das aber Komponenten, die in das „System Fahrzeug“ hineinkommen. Es hängt also immer von der Bezugsebene ab. Als ZF sind wir auch auf dieser Systemebene unterwegs: Wir unterstützen die Integration unserer Produkte ins Fahrzeug. Und wir kombinieren unsere Einzelsysteme zu einem Verbund, der dann deutlich mehr kann. Ein solcher funktionaler Mehrwert, wie wir ihn beispielsweise bei unserer Integral Chassis Control (ICC) Software umgesetzt haben, lässt sich meist nur auf der Systemebene realisieren.

Vogt: Ich würde eine aktuelle ZF-Komponente für OEM allgemein so beschreiben: ein elektromechanischer Aktuator, der sich digital ansteuern lässt und der folglich eine Software-Schnittstelle hat. Konkret also ein Dämpfer, dessen Dämpfkraft sich elektronisch variieren lässt oder unsere AKC, die an der Hinterachse einen Lenkeinschlag erzeugt. Erst diese Schnittstelle, diese elektronische Regelbarkeit, macht die Komponenten dann auch für Systemintegratoren interessant – ganz gleich, ob die bei uns sitzen oder beim OEM.

Wie stark prägt das Zusammenspiel von System und Komponente die Entwicklungsarbeit bei ZF?

Der Komponenten-Entwickler: Elektroingenieur Dominik Vogt hat die AKC mitentwickelt.

Vogt: Beides bedingt einander. Unser Wissen um die Komponente bereichert das Integrations-Know-how oder macht es erst möglich. Weil wir unser Produkt AKC kennen, können wir uns auch Gedanken machen, wie wir es im Rahmen der Systemvernetzung in einem Chassis optimal einsetzen. Vor allem die ZF-Division Aktive und Passive Sicherheitstechnik (ehemals TRW) hat einen starken Zuwachs gebracht – an Komponenten, die wir anbieten, aber auch an Systemwissen.

Was bedeutet das konkret?

Vogt: Zum einen können wir jetzt aus einer Hand ein komplettes Dynamic Driving Chassis anbieten mit Bremse, Vorderachs- und Hinterachslenkung, aktivem Fahrwerk und elektrischem Antrieb. Zum anderen wissen wir jetzt ganz genau, sozusagen aus der Innensicht der Entwickler, über all diese Komponenten Bescheid. Was „erzählen“ uns beispielsweise die Bremse, deren Raddrehzahl- und Beschleunigungssensoren, über die Fahrbahnbeschaffenheit, und wie können wir dies für die Systemvernetzung ebenfalls nutzen?

Inwiefern ist ein solches erweitertes System-Know-how wertvoll? Damit verkauft ZF ja nicht plötzlich mehr Dämpfer oder Bremsen als bisher ...

Dr. Caspar Lovell (l.) ist Projektleiter in der Produktlinie Mechatronische Systeme.

Lovell: Mittelbar vielleicht doch. Es geht ja nicht nur darum, Produkte zu entwickeln und sie zu verkaufen. Wir sind immer häufiger auch als Systemintegratoren gefragt, weil OEM diese Aufgaben ebenfalls an kompetente Zulieferer verlagern. Damit generieren wir nicht nur zusätzlichen Umsatz. Zulieferer, die das können, spielen bei den Herstellern auch eine viel stärkere Rolle in der strategischen Planung. Genau genommen ist dieses Know-how Pflicht, um auch in Zukunft ganz vorne mitspielen zu können. Außerdem kann sich das als Türöffner erweisen, um weitere Komponenten zu vermarkten, die genau diese Systemintegration unterstützen.

Umso besser müsste das bei den neuen Playern im Mobilitätsmarkt funktionieren ...

Lovell: Tatsächlich ist hier unsere Stärke bei Komponenten und Systemen ein großer Vorzug. Start-ups oder IT-Unternehmen können die Erfahrung aus Jahrzehnten der Automobilentwicklung nicht kurzfristig aufholen. Denen können wir heute ein komplettes Dynamic Driving Chassis anbieten. Im Gegensatz zu traditionellen OEMs, die meist mehrere Zulieferunternehmen für Antrieb und Fahrwerk beauftragen, wäre es für Start-ups von Vorteil, den fahrbaren Untersatz aus einer Hand zu beziehen und sich dann auf die unterschiedlichen Aufbauten sowie die Vermarktung zu konzentrieren. Diese Nähe zu neuen Marktteilnehmern hätte den weiteren Vorteil, dass wir frühzeitig Einblicke in deren strategische Ausrichtungen bekämen. Gerade diese Unternehmen können durch innovative Technologien einen Paradigmenwechsel herbeiführen.

Inwiefern profitiert die Komponente von diesem Spiel?

Vogt: Das tiefe Verständnis für das System bringt auch die Entwicklung der Komponenten voran. Wir haben die Möglichkeit, Bauteile weniger aufwändig auszulegen und sie so wettbewerbsfähig zu machen. Beispielsweise können wir bei Einzelkomponenten auf einzelne Sensoren verzichten, wenn sich die Informationen genauso gut anderweitig aus dem System beschaffen lassen.Die Komponentenentwicklung ist auch durch das autonome Fahren gefordert: Wir brauchen zum Beispiel ein anderes Verständnis von Ausfallsicherheit.

Nämlich welches?

Vogt: Deutlich wird das an der Lenkung: Sollte die elektrische Servounterstützung ausfallen, lässt sich das Fahrzeug von Menschen immer noch lenken, man müsste nur etwas kräftiger kurbeln. Ein autonom fahrendes, computergesteuertes Fahrzeug aber ließe sich dann gar nicht mehr steuern. Also müssen bestimmte Funktionen redundant vorgehalten werden. Die teuerste Variante wäre, alles doppelt zu haben. Das Systemwissen unterstützt uns bei der Entwicklung von sinnvollen Redundanzen. So könnte beispielsweise ein autonom fahrendes Fahrzeug, dessen Vorderachslenkung ausgefallen ist, noch über die Hinterachslenkung und Bremse zum sicheren Halt an den Straßenrand manövrieren.

Stichwort autonomes Fahren: Wie reagieren Sie auf die zunehmende Komplexität?

Lovell: Im Prinzip arbeiten wir hier mit derselben Systemarchitektur wie bei der Integral Chassis Control. Dort geben Fahrer-Assistenzsysteme die Trajektorie vor, einen Korridor, der den gewünschten Fahrverlauf des Autos darstellt. Unser ICC errechnet dann, welche Aktuatoren wie handeln müssen, um die Fahraufgaben zu lösen. Auf Basis unterschiedlichster Sensorquellen werden in Interaktion mit den Assistenzsystemen Informationen über den physikalischen Grenzbereich, in dem das Fahrzeug sich aktuell bewegt, zur Verfügung gestellt. Grundsätzlich lässt sich dies auch in einem System realisieren, in dem nicht verschiedene Assistenzsysteme die Trajektorie vorgeben, sondern ein High-Performance-Rechner mit künstlicher Intelligenz. An einem solchen Versuchsträger arbeiten wir gerade.

Das System: Integral Chassis Control (ICC)

Die ZF-Software bindet alle Assistenzsysteme, die die Fahrdynamik beeinflussen, über definierte Schnittstellen zusammen – ganz ähnlich wie ein PC unterschiedliche, per USB angeschlossene Peripheriegeräte integriert.

Wenn in kritischen Fahrsituationen die Assistenzsysteme (ADAS) eingreifen – beispielsweise Notbrems- und Ausweichassistent –, kommen sich diese dank ICC beim Zugriff auf Lenkung und Bremse nicht ins Gehege. Das ICC agiert zwischen den ADAS und den Aktuatoren und gibt den errechneten Bewegungsplan an jene Aktuatoren weiter, die ihn tatsächlich umsetzen können.

Obwohl keine andere Hardware in Lenkung, Bremssystem und Fahrwerk eingesetzt wird, agiert das Fahrzeug allein durch die integrierte Regelungssoftware deutlich sicherer und agiler. Diese übergeordnete Steuersoftware lässt sich auch in die ZF ProAI integrieren, jene Steuerbox, die ZF gemeinsam mit Chiphersteller Nvidia entwickelt hat. Dank High-Performance Computing bringt sie künstliche Intelligenz und Deep Learning ins Automobil.

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