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Elektrische und autonome Fahrzeuge – 3Ccar reduziert Komplexität und erhöht Zuverlässigkeit

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Konventionelle Autos enthielten bereits 2014 zwischen bis zu 100 vernetzte Steuergeräte (ECUs). Getrieben durch wachsende Anforderungen an Umweltverträglichkeit, Effizienz, Sicherheit und Komfort, wäre diese Anzahl weiter gestiegen. Das europäische Projekt „Integrierte Elektroniksysteme für Komplexitätskontrolle in kosteneffizienten Elektrofahrzeugen“, kurz: 3Ccar, hat sich dieser Herausforderung gestellt.

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Durch die Reduktion der Steuergeräte und höhere Integration bleibt nicht nur die Komplexität kontrollierbar; auch die Robustheit steigt.
Durch die Reduktion der Steuergeräte und höhere Integration bleibt nicht nur die Komplexität kontrollierbar; auch die Robustheit steigt.
( Bild: ©vege - stock.adobe.com )

Bis 2030 soll die Hälfte der neu zugelassenen Fahrzeuge elektrisch, vernetzt oder automatisiert fahren [1]. Diese drastisch erhöhte Funktionalität macht einen neuen Systemansatz in der Fahrzeugarchitektur erforderlich, um Elektromobilität und hochautomatisiertes Fahren zu unterstützen. 48 Partner aus 14 Ländern haben daher im Projekt 3Ccar an neuartigen hochintegrierten halbleiterbasierten Lösungen gearbeitet und diese vorgestellt.

„Wenn wir unsere ambitionierten Ziele erreichen wollen, brauchen wir ein starkes europäisches Ökosystem, Innovation und langfristige Zusammenarbeit in großen strategisch ausgerichteten Forschungsprojekten“, sagte Dr. Sabine Herlitschka, Vorstandsvorsitzende der Infineon Technologies Austria AG und Vorsitzende von ECSEL Joint Undertaking.

Projektleitung und Koordination lagen bei der Infineon Technologies AG. Finanziert wurde das Projekt durch die Europäische Union, das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und weitere beteiligte Staaten sowie die Partner aus der Industrie. Das Projektvolumen betrug insgesamt 54 Millionen Euro. 3Ccar startete in 2015 und dauerte 41 Monate. Die elf deutschen Partner legen nun die Forschungsergebnisse in einem eigenen Schlussbericht vor.

Das oberste Ziel der Partner war es, Komplexität zu reduzieren und gleichzeitig die Zuverlässigkeit von elektrischen und autonomen Fahrzeugen zu erhöhen. 3Ccar hat dazu einen neuen Systemansatz in der Fahrzeugarchitektur erarbeitet: Die Fahrzeugarchitektur wird in sogenannten Fahrzeugdomänen neu organisiert. Sie ermöglichen eine funktionale und aufgabenorientierte Koordination. Diese reduziert die Komplexität trotz steigender Anforderungen. Die Entwicklung elektrischer, autonomer Fahrzeuge wird damit deutlich erleichtert.

Die Fahrzeugarchitektur

Die einzelnen Steuergeräte werden in die entsprechenden Domänen integriert. Funktionalitäten wie Lenkung, Bremse und Antrieb werden von dort aus koordiniert. Dafür werden einige wenige leistungsfähige Domänen-Controller eingeführt. Diese basieren auf Multicore-Automotive-Prozessoren, wie Infineon sie bereits mit dem AURIX Mikrocontroller anbietet. So wird etwa der herkömmliche Antriebsstrang zu einer eigenen Domäne. Durch die Reduktion der Steuergeräte und höhere Integration bleibt nicht nur die Komplexität kontrollierbar; auch die Robustheit steigt.

Die smarte Batterie

Bislang führte ein hoher Verkabelungsaufwand in Fahrzeugbatterien zu hohen Kosten und geringerer Zuverlässigkeit. In Kooperation mit den Fraunhofer-Instituten IISB und IPA hat 3Ccar ein neues, modulares und flexibles Konzept für künftige Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge entwickelt. Sensorik und Elektronik sind an einem Zellverbund der Batterie integriert, statt auf Batterie-Pack-Ebene. Dieser Ansatz ist völlig neu, vereinfacht das Batterie-Management und bietet die Möglichkeit, künftig wettbewerbsfähige „Smart Batteries Made in Europe“ herzustellen. Das System enthält weniger Einzelteile, ist dadurch weniger fehleranfällig und trägt somit zur Robustheit der Fahrzeugarchitektur bei.

Die Sicherheitsabschaltung für Brennstoffzellen

Mit Hilfe von Infineon, Daimler, Fraunhofer IISB und Lange Aviation entwickelte 3Ccar eine neue Sicherheitsabschaltung zur Entladung von Brennstoffzellen. Diese ist, im Vergleich zu heutigen Wettbewerbsprodukten, kompakter und lässt sich wiederverwenden. Während bisherige Konzepte nur einmal verwendbar sind, da sie durch die Aktivierung zerstört werden, kann die Neuentwicklung die Brennstoffzelle mehrmals gezielt kurzschließen und anschließend wieder freigeben.

Der Antriebsmotor

Zusammen mit Siemens hat 3Ccar einen elektrischen Antrieb realisiert, der über eine höhere Leistungsdichte als vergleichbare Produkte verfügt. Durch seine kompakte Struktur ermöglicht er, eine hohe Fahrzeugleistung in anspruchsvollen Bauräumen darzustellen. Zudem ist der neue Antriebsmotor effizienter und bietet eine höhere Ausfallsicherheit.

Das Routing für E-Fahrzeuge

Die OTH Amberg-Weiden entwickelte eine spezielle Fahrzeug-zu-Netzwerk-Kommunikation (Vehicle-to-Network, V2N) für Elektrofahrzeuge. Ziel war ein Basisdienst, der in der Lage ist, den gesamten Routenplanungsprozess zu übernehmen, wobei ein serverbasiertes System zur Routenplanung in Straßennetzen eingesetzt wird, das mit Informationen über Ladestationen kombiniert wurde. Mittels dieses Server-gesteuerten Routingsystems war es möglich, speziell auf Elektrofahrzeuge zugeschnittene und optimierte Fahrstrecken zu ermitteln.

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