Autonomes Fahren Totalausfall im autonomen Mobil? Neues Elektronikmodul schützt!

Redakteur: Peter Königsreuther

Man sitzt gemütlich in seinem autonomen Fahrzeug und plötzlich „raucht“ das Bordnetz ab! Damit man dann nicht zur stehenden Gefahr wird, haben sich Fraunhofer-Forscher und Partner etwas ausgedacht...

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Dieses elektronische Bauteil stellt den Notbetrieb in autonomen Fahrzeugen sicher, wenn der Totalausfall des Bordnetzes eingetreten ist. Eine Fahrt auf den Standstreifen sei so noch möglich.
Dieses elektronische Bauteil stellt den Notbetrieb in autonomen Fahrzeugen sicher, wenn der Totalausfall des Bordnetzes eingetreten ist. Eine Fahrt auf den Standstreifen sei so noch möglich.
(Bild: Fraunhofer-IZM / V. Mai)

Laut einer optimistischen Schätzung des ADAC wird der Anteil der Neufahrzeuge, in denen sich man sich nicht mehr primär auf das Fahren konzentrieren muss, in 30 Jahren auf rund 70 % steigen. Manche sehen das kritisch und stellen sich die Frage, ob ein automatisches System auch zuverlässig reagieren kann, wenn es darauf ankommt und was passiert, wenn alles durch einen sich ausbreitenden Kurzschluss zusammenbricht!

Ein neuartiges Trennelement vermeidet teuren Redundanz-Aufwand

In den heutigen Bordnetzarchitekturen von hoch- und vollautomatisierten Fahrzeugen grenzt man betroffene Bereiche durch eine Überlastsicherung ab, erklären die Experten. Das heißt aber, dass die betroffene Komponente im Fehlerfall einfach abgeschaltet wird. Für das hoch- und vollautomatisierte Fahren sei diese Idee nur dann probat, wenn alle Komponenten und das Bordnetz redundant (also doppelt vorhanden) seien. Im Falle des Bordnetzes wird das aber ein teurer sowie platz- und gewichtserhöhender „Spaß“. Damit es auch ohne doppelt gemoppeltes Bordnetz geht, entwickelt man am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) im Projekt „HiBord“ mit Partnern aus der Industrie und dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) ein Trennelement, dass die fehlerhafte Komponente des Bordnetzes abschaltet, die Versorgung von sicherheitsrelevanten Komponenten aber aufrecht erhält.

So kann man sich noch auf den Standstreifen „retten“

Was wie ein Sparansatz klinge, sei in puncto Sicherheit eine deutliche Verbesserung für das autonome Fahren: Phillip Arnold, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-IZM, erklärt: „Mit den bestehenden Systemen kann es bei Unterspannungen während der Fahrt zu einem abrupten und unkontrollierten Ausfall der gesamten Elektronik, also auch der Lenk- und Bremssysteme kommen.“ Das ist bei hohen Geschwindigkeiten, wie sich jeder vorstellen kann, eine haarsträubend-gefährliche Situation. „Mit unserem neuen Modul funktioniert ein Teil des Bordnetzes weiter und das vollautomatisierte Auto kann die Passagiere in einen sicheren Bereich, zum Beispiel auf einen Standstreifen oder Parkplatz, zu fahren“, führt Arnold weiter aus.

Und das steckt dahinter: In der Leistungselektronik werden Feldeffekttransistor-Schalter – so genannte MOSFETs – verwendet, um große elektrische Ströme zu leiten oder zu sperren. Das neu entwickelte Trennelement verfügt über 16 dieser MOSFET-Schalter und kann bis zu 180 A problemlos leiten. Wird der Schwellwert der Stromstärke bei einem Kurzschluss überschritten, öffnet der elektrische Schalter und trennt den Strom vom System ab, heißt es. Weil die MOSFET-Schalter sogar bis 300 A belastbar seien, würden sie weit unter ihrer Belastungsgrenze betrieben und wiesen dadurch eine deutliche höhere Lebensdauer auf als bisherige Systeme.

Elektronikmodul trennt quasi schneller als der Kurzschluss zuschlägt

In Tests mit absichtlich herbeigeführten Kurzschlüssen zeigten die Ergebnisse, dass das Elektronikmodul bis zu einer Stromstärke von 700 A zuverlässig isolieren kann, ohne dass sich der Kurzschluss ausbreitet. Auch die Schaltschnelligkeit weist klare Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Prinzip auf. Denn während eine übliche Schmelzsicherung rund 20 ms zum Auslösen benötigt, detektiert das Trennelement einen Fehler binnen 10 µs und löst innerhalb von 300 µs aus. Damit reagiere es über 60-mal schneller als übliche Sicherungssysteme.

Das fertige Modul wurde bereits in einem elektrischen BMW-i3-Demonstrator erfolgreich getestet und ist so ausgelegt, dass es prinzipiell in jedem Elektrofahrzeug eingesetzt werden kann, wie die Beteiligten betonen. Als Ausfallschutz für unerwartete elektronische Ereignisse stelle es einen wegweisenden Schritt dar, um das autonome Fahren sicherer und zuverlässiger zu machen.

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