Forschung für das Auto der Zukunft

Bis 2030 soll die Hälfte der neu zugelassenen Fahrzeuge elektrisch, vernetzt oder automatisiert fahren. Diese drastisch erhöhte Funktio­nalität macht einen neuen System­ansatz in der Fahrzeug­architektur erforderlich, um Elektro­mobilität und hoch­automati­siertes Fahren zu unter­stützen. Konventio­nelle Autos enthielten bereits 2014 zwischen siebzig und hundert vernetzte Steuer­geräte. 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: 48 Partner aus 14 Ländern haben an neuartigen hoch­inte­grierten halb­leiter­basierten Lösungen gearbeitet und diese vorgestellt.

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 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 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. So wird etwa der herkömm­liche Antriebs­strang zu einer eigenen Domäne. Durch die Reduktion der Steuer­geräte und höhere Integration bleibt nicht nur die Komplexität kontrol­lierbar, sondern auch die Robustheit steigt.

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.

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.

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.

Die OTH Amberg-Weiden entwickelte eine spezielle Fahrzeug-zu-Netzwerk-Kommunikation 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 server­gesteuerten Routing­systems war es möglich, speziell auf Elektro­fahrzeuge zugeschnittene und optimierte Fahr­strecken zu ermitteln.

Infineon / RK

Weitere Infos

• 3Ccar – Integrierte Elektroniksysteme für Komplexitätskontrolle in kosteneffizienten Elektrofahrzeugen