10.09.2019

Forschung für das Auto der Zukunft

Projekt 3Ccar erhöht Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit hochautomatisierter Fahrzeuge.

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.

Abb.: Integrierte Elektroniksysteme für die Komplexitätskontrolle sollen das...
Abb.: Integrierte Elektroniksysteme für die Komplexitätskontrolle sollen das Auto der Zukunft zuverlässiger machen. (Bild: RooM RF/Getty Images)

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

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