RESCAR 2.0: Zuverlässigkeit und Belastbarkeit elektronischer Systeme im Elektroauto verbessert

Fahrzeuge übernehmen immer mehr Aufgaben: Sie kommunizieren miteinander, entschärfen kritische Verkehrssituationen und steuern sich in Zukunft selbständig. Gleichzeitig sollen Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß zum Schutz des Klimas sinken.

Die Forschungsergebnisse des Projekts „RESCAR 2.0“ unter der Leitung der Infineon Technologies AG helfen der Automobilbranche dabei, immer kürzere Innovationszyklen mit der steigenden Komplexität im Fahrzeug zu vereinbaren und mit den höheren Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Fahrzeugelektronik und der in ihr verbauten Chips.

Im Mittelpunkt der dreijährigen RESCAR-Forschungsarbeiten stand das Elektroauto, bei dem die Anforderungen an die Belastbarkeit der elektronischen Komponenten besonders hoch sind.

Aufgabe von RESCAR 2.0: Zuverlässigkeit und Belastbarkeit elektronischer Fahrzeugkomponenten beträchtlich erhöhen

Ob im Antriebsstrang, in zentralen Steuergeräten oder in der Karosserie- und Komfortelektronik: Anzahl und Komplexität elektronischer Komponenten nehmen zu. Gibt es heute in einem Mittelklassewagen etwa 70 Steuergeräte, werden es bis in fünf Jahren etwa 100 sein. Im Fahrzeug vielfach miteinander vernetzt müssen diese Mini-PCs zu jeder Zeit fehlerfrei und zuverlässig zusammenarbeiten – und damit ihre, je nach Fahrzeugklasse, rund 4.000 bis 8.000 Chips.

Gerade Elektroautos brauchen belastbare, zuverlässige, extra langlebige Steuergeräte, denn sie haben bisher ungekannt hohe Anforderungen zu erfüllen. Zusätzlich zum Fahrbetrieb werden ihre elektronischen Komponenten und Chips auch in den Ruhephasen beansprucht; beispielsweise im Batteriemanagement beim Schnellladen oder beim Aufladen über Nacht.

Auf eine durchschnittliche Lebensdauer von mehr als 30.000 Betriebsstunden müssen hier die elektronischen Systeme ausgelegt sein. Das ist fast vier Mal mehr als die heute üblichen etwa 8.000 Betriebsstunden in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Bisher wurden die Steuergeräte in aufwändiger Einzelarbeit verbessert, um die höheren Anforderungen zu meistern.

Aufgabe von RESCAR 2.0 war es, Methoden und Verfahren für Entwicklungsprozesse zu erforschen, die über die gesamte automobile Wertschöpfungskette einsetzbar sind und die der steigenden Fahrzeugkomplexität und den höheren Zuverlässigkeitsanforderungen Rechnung tragen. Vor RESCAR waren historisch gewachsene Insellösungen üblich, die man punktuell optimierte. Das Ergebnis der RESCAR-Forschung ist eine industrieübergreifende Lösung, die eine deutlich effizientere Aufrüstung der Steuergeräte ermöglicht.

„Robustness By Design“: RESCAR 2.0 entwickelt für alle Stufen der automobilen Wertschöpfungskette einheitliche Verfahren

Die fünf Forschungspartner haben Verfahren und Methoden erarbeitet, die über die gesamte automobile Wertschöpfungskette – vom Halbleiteranbieter über den Systemhersteller bis zum Automobilproduzenten – einheitlich sind und von allen schon in einer sehr frühen Phase ihrer Entwicklungsaktivitäten verwendet werden können. Konzipiert wurden unter anderem spezielle Robustheitsanalysen. Mit ihnen lässt sich bereits während der Entwicklungsphase die Eignung eines angedachten Steuergeräts oder Chips für den vorgesehenen Anwendungsbereich überprüfen, bestätigen und die Ergebnisse an den Automobilhersteller zurückmelden. Deshalb fließen beim Design eines Steuergeräts und beim Design der darin benötigten Chips die Vorgaben des Automobilherstellers, seine Anforderungsprofile, ein.

Ein Anforderungsprofil umfasst als fester Bestandteil des Steuergeräte-Lastenhefts alle Anforderungsdaten eines Fahrzeugs. Dazu gehören umgebungsbedingte Belastungen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, Spannungsversorgung), spezifische Beanspruchungen und Bedingungen des Fahrzeugbetriebs, Eckdaten zu Transport, Lagerung, Verarbeitung und den Dauerbetrieb für die jeweilige Anwendung. Die RESCAR-Partner haben diese Daten bis zum erforderlichen Detailgrad für die Belange ihrer jeweiligen Wertschöpfungsstufe heruntergebrochen und so vereinheitlicht, dass die Daten durchgängig für alle nutzbar sind.

Die Entwicklung von Steuergeräten, die den neuen, sehr hohen Anforderungen nach Belastbarkeit und Langlebigkeit Stand halten, ist dank RESCAR jetzt über die gesamte automobile Wertschöpfungskette eng verzahnt. Die einheitlichen, übergreifenden Methoden und Verfahren sind der Schlüssel für die Entwicklung dauerhaft zuverlässiger elektronischer Systeme im Automobilbau. Steuergeräte im Elektroauto beispielsweise könnten nun die sehr viel höheren Anforderungen an Zuverlässigkeit, Robustheit und Belastbarkeit erfüllen. Und auch bei der Umstellung zentraler Fahrzeugsysteme wie Lenkung und Bremsen von rein mechanischen und hydraulischen auf mechatronische Systeme helfen die RESCAR-Ergebnisse, höchste Sicherheitsstandards einzuhalten. Die Sicherheitsaspekte, die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten und die Abhängigkeiten voneinander lassen sich nun bereits bei der Entwicklung von Steuergeräten und Chips berücksichtigen und auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung abstellen.

RESCAR-Projektpartner

Die fünf RESCAR- Projektpartner gehören zu allen Stufen der automobilen Wertschöpfungskette: der Autohersteller AUDI AG, der Systemhersteller Robert Bosch GmbH, das FZI Forschungszentrum Informatik und die beiden Halbleiterhersteller Elmos Semiconductor AG und Infineon Technologies AG (auch Projektleitung). Beteiligt waren außerdem das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), die Fraunhofer-Gesellschaft mit dem Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) und mit dem Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM), die Leibniz Universität Hannover, die Technische Universität Dresden und die Universität Tübingen.

RESCAR steht für „Robuster Entwurf von neuen Elektronikkomponenten für Anwendungen im Bereich Elektromobilität“. Während der Projektlaufzeit wurden etwa 13,3 Millionen Euro investiert. Im Rahmen der Bekanntmachung „Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität (STROM)“ wurde RESCAR 2.0 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 6,5 Millionen Euro gefördert. Die Bundesregierung hat sich das Ziel gesetzt, Deutschland zum Leitmarkt und Leitanbieter für Elektromobilität zu machen. Die Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt RESCAR 2.0 leisten hierzu einen wichtigen Beitrag. Denn nur wenn Elektroautos genauso leistungsstark, sicher und komfortabel wie konventionell angetriebene Fahrzeuge sind, werden sie breite Akzeptanz im Markt finden.

Weitere Informationen zu RESCAR unter: https://www.edacentrum.de/rescar

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Weitere Informationen:

http://www.infineon.com/cms/de/about-infineon/press/press-releases/2014/INFXX201410-004.html