Neues Denken für eine neue Zeit

Ein kompaktes Robotertaxi, ein elektrischer Supersportwagen oder eine autonom fahrende Limousine, deren Sitze sich nachts in ein Bett verwandeln? Wie das Auto der Zukunft aussieht, weiß niemand mit Sicherheit vorherzusagen. Doch gewiss ist schon heute: In den kommenden zehn Jahren wird sich das Automobil stärker verändern als je zuvor in seiner Geschichte. Dabei wandelt sich durch Elektromobilität und autonomes Fahren nicht nur das Fahrzeug selbst, sondern es wird Teil eines vernetzten Mobilitätssystems, in dem nicht mehr der Autokauf, sondern die zeitweise Nutzung ein zentrales Geschäftsmodell darstellt.

Sicher ist auch bereits, dass im Auto der Zukunft mehr Strom fließt und mehr Daten transportiert werden müssen. Doch das bedeutet nicht zwangsläufig, dass immer mehr Steuergeräte sowie Daten- und Stromleitungen an Bord sind. Denn der langfristige Trend geht bei den meisten Autoherstellern hin zu einer Zentralarchitektur, in der ein mit hochleistungsfähigen Prozessoren ausgerüsteter Rechner die Hoheit übernimmt. In solchen Architekturen verändert sich zudem die Art, wie elektrische Komponenten geschaltet und abgesichert werden. Statt klassischer elektrischer Relais und Sicherungen kommen immer häufiger rein Elektronik- und Halbleiter-basierte Lösungen zum Einsatz.

Organisatorische Weichen gestellt

Auf den anstehenden Wandel in der Fahrzeugelektrik hat sich LEONI frühzeitig eingestellt: Mit dem Zukunftsprogramm „Future in Automotive“ schaffen wir die Voraussetzung, um uns als Entwicklungspartner für Daten- und Energielösungen zu etablieren – von der Konzeptphase bis zur Serienproduktion. Um dem hohen Anspruch gerecht zu werden, den Automobilhersteller an ihre Entwicklungspartner legen, geht LEONI in einem mehrstufigen Ansatz vor. Es werden unter Einbeziehung verschiedener Kompetenzen über alle Unternehmensbereiche hinweg sog. Digital Twins und parallel dazu integrierte Gesamtlösungen für künftige Fahrzeugarchitekturen entwickelt: Mechanik, Elektronik, Software.

Die Wiring Systems Division von LEONI arbeitet so an neuen Ideen zur Weiterentwicklung des existierenden Produktportfolios und denkt lösungsorientiert von Aufgabenstellungen künftiger Elektrik-/Elektronikarchitekturen aus. Der Zeithorizont der Entwicklungen ist dabei komplementär zum Entwicklungshorizont der klassischen Vorentwicklung. Auf diesem Weg sind bereits Lösungsansätze für das Energie- und Datenmanagement in künftigen Fahrzeuggenerationen entstanden, die im Folgenden kurz skizziert werden.

Lösungsansatz Energiemanagement

Das Energiemanagement in künftigen Fahrzeugen wird wesentlich durch die zunehmende Funktionalität der Fahrassistenzsysteme hin zum autonomen Fahren bestimmt. Bereits ein Automatisierungsgrad der Stufe 3 erlaubt es dem Fahrer, sich zeitweise anderen Aufgaben zu widmen. Daher muss jederzeit ausreichend Energie zu Verfügung stehen, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen, also zumindest auf den Standstreifen zu fahren und dort anzuhalten. Da eine vollständige Redundanz der Stromversorgung aus Kosten- und Gewichtsgründen nicht sinnvoll ist, hat LEONI einen Ansatz erarbeitet, bei dem eine energetische Redundanz durch die Verbindung zweier Bordnetze erreicht wird. Ein Teil der Sensoren und Aktuatoren hängt dabei am 12-Volt Bordnetz, ein weiterer an einem 12-Volt „Back-up“-Bordnetz.

Die Verbindung zwischen beiden Bordnetz-Teilen wird dabei über einen elektronischen Leistungsschalter (iPDS, intelligent Power Distribution Switch) hergestellt. Tritt in einem der Bordnetzteile ein Kurzschluss auf, kann dieser auf Leistungshalbleitern (MOSFET) basierende Schalter innerhalb von Millisekunden eine sichere elektrische Trennung herstellen. Es ersetzt damit klassische Relais, deren Schaltzeiten für diese Anwendung zu hoch wären. In einem weiteren Entwicklungsschritt kann der Schalter durch einen Spannungswandler mit integriertem 12-Volt-Energiespeicher ersetzt werden, der die Bordnetzspannung laufend stabilisiert. 

Lösungsansatz Datenmanagement

Die Datenmengen steigen in künftigen Fahrzeuggenerationen drastisch an. Bei LEONI gehen wir davon aus, dass bereits Anfang des kommenden Jahrzehntes ein gut ausgestattetes Fahrzeug bis zu vier Terrabyte Datenvolumen pro Tag erzeugt. Solche Fahrzeuge werden daher mit Ethernet ausgerüstet, das eine Kapazität von 25 Gigabit pro Sekunde, später sogar 45 Gigabit pro Sekunde besitzt. Die lokale Anbindung von Sensoren, die kein hohes Datenaufkommen erzeugen – etwa ein Regensensor – erfolgt jedoch auch künftig nicht per Ethernet, sondern auf Basis etablierter Kommunikationsprotokolle wie CAN. Das allerdings bedingt einen „Übersetzer“. LEONI entwickelt daher ein universelles Gateway, das einen sicheren Datenaustausch zwischen den Netzwerkebenen ermöglicht. Dabei verfolgen wir einen Ansatz, der aus anderen IT-Netzwerken bereits bekannt ist: Das Gateway ist gelöst von anderen Elektronikkomponenten und übernimmt allein die Funktion des Datenaustausches. Es ist zu erwarten, dass sich dadurch die Netzwerkstabilität deutlich erhöht.

Neues Denken

Bei aktuellen Elektrik- und Elektronikarchitekturen im Automobil handelt es sich überwiegend um gewachsene Strukturen. Die hohe Komplexität der Daten- und Energieversorgung im Auto der Zukunft erfordert jedoch ein neues Denken. LEONI hat dazu bereits entscheidende Schritte getan. Für Partner, die mit uns die Zukunft des Automobils und intelligente Energie- und Datenübertragung weiterdenken wollen, sind wir jederzeit offen.