Een nieuwe elektronische module beschermt zelfrijdende voertuigen tegen totale uitval van elektrische systemen aan boord

Autonome elektrische voertuigen halen hun stroom uit twee bronnen: een hoogspanningsbatterij en daarnaast een conventionele 12 volt-batterij die het voertuig tijdens het stationair draaien of onder hoge belasting tijdens het rijden van stroom voorziet. Veiligheidskritische systemen zoals remmen en sturen kunnen daarom op twee krachtbronnen worden aangesloten. Maar wat gebeurt er als een van deze defecten heeft, bijvoorbeeld een kortsluiting? Om te beschermen tegen totale uitval en daardoor een potentieel gevaarlijke situatie, hebben onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM samen met partners aan het HiBord-project een elektronisch ontkoppelingsapparaat ontwikkeld dat dergelijke fouten in elektrische systemen van voertuigen kan isoleren . Deze module is al met succes getest in een BMW i3.

In een optimistische beoordeling voorspelt de Duitse auto-organisatie ADAC dat tegen 2050 maar liefst 70 procent van alle nieuwe voertuigen over technologie zal beschikken die bestuurders vrijmaakt om zich tijdens het rijden op de snelweg aan andere taken te wijden. Toch zijn critici bezorgd over een aantal onopgeloste vragen. Blijft een automatisch systeem betrouwbaar in geval van nood en wat gebeurt er als het defect raakt door voortplanting van kortsluiting?

In de huidige elektrische systeemarchitecturen voor geautomatiseerde en volledig geautomatiseerde voertuigen is het standaardpraktijk dat gebieden die door een storing worden getroffen, worden geïsoleerd door middel van een overbelastingsbeveiligingssysteem. Deze opzet houdt in dat het betrokken onderdeel bij een storing volledig wordt uitgeschakeld. Voor geautomatiseerde en volledig geautomatiseerde voertuigen, zoals een

benadering is alleen haalbaar als er redundantie is voor alle componenten en het elektrische systeem aan boord; dwz ze zijn in tweevoud aanwezig. Toch is dit duur en verhoogt het ook het gewicht en neemt het ruimte in beslag, met name in het geval van het boordnet. In het HiBord-project werkten onderzoekers van Fraunhofer IZM samen met partners uit de industrie en het Fraunhofer-instituut voor geïntegreerde systemen en apparaattechnologie IISB om een ​​ontkoppelingsapparaat te ontwikkelen dat defecte componenten in het boordnet uitschakelt en toch de stroomtoevoer naar de veiligheid waarborgt. -kritische componenten. Dit garandeert veilig rijden zonder de noodzaak om een ​​dubbel elektrisch systeem aan boord te installeren.

Voldoende tijd om passagiers in veiligheid te brengen

Hoewel het klinkt als een bezuinigingsmaatregel, betekent deze aanpak eigenlijk een aanzienlijke verbetering in termen van veiligheid voor autonoom rijden. Zoals Phillip Arnold, onderzoeksmedewerker bij Fraunhofer IZM, uitlegt: “In conventionele systemen kan elke onderspanning tijdens het rijden een plotselinge en ongecontroleerde uitval veroorzaken van de volledige elektronica aan boord, inclusief de rem- en stuursystemen. Dit vormt met name een onaanvaardbaar risico. bij het reizen met hoge snelheden. Maar met onze nieuwe module blijft een deel van het elektrische systeem aan boord functioneren zoals voorheen, zodat een volledig geautomatiseerd voertuig nog genoeg tijd zou hebben om passagiers in veiligheid te brengen – op de vluchtstrook van de snelweg, voor bijvoorbeeld of een parkeerplaats. “

Op het gebied van vermogenselektronica gebruiken ingenieurs zogenaamde MOSFET’s – veldeffecttransistors – om grote elektrische stromen te schakelen of te blokkeren. Uitgerust met 16 van deze MOSFET-schakelaars, kan het nieuw ontwikkelde scheidingsapparaat tot 180 ampère stroom schakelen. Bij overschrijding van deze drempelwaarde – bijvoorbeeld bij kortsluiting – gaat de elektrische schakelaar open en schakelt daarmee de stroom uit. Bovendien, aangezien de MOSFET-schakelaars tot 300 ampère aankunnen en daarom ver onder hun maximaal toegestane belasting werken, hebben ze een aanzienlijk langere levensduur dan conventionele oplossingen.

60 keer sneller dan conventionele zekeringssystemen

In tests waarbij onderzoekers opzettelijk kortsluiting veroorzaakten, toonden de resultaten aan dat de module in staat is om op betrouwbare wijze een stroom tot 700 ampère te isoleren zonder dat de aanvankelijke kortsluiting zich voortplant. Ook op het gebied van schakelsnelheden zijn er duidelijke voordelen ten opzichte van conventionele systemen. Terwijl een conventionele zekering ongeveer 20 milliseconden nodig heeft om uit te schakelen, detecteert het ontkoppelingsapparaat een fout binnen 10 microseconden en heeft het nog maar 300 microseconden nodig voordat het doorschakelt. Dit maakt het meer dan 60 keer sneller dan de huidige zekeringssystemen.

De module is al met succes getest in een elektrisch aangedreven BMW i3 demonstratievoertuig en is zo ontworpen dat hij in principe in elke elektrische auto kan worden gebruikt. Door bescherming te bieden tegen een volledige storing als gevolg van plotselinge problemen met het elektrische systeem aan boord, markeert deze nieuwe ontwikkeling een baanbrekende stap naar veilig en betrouwbaar autonoom rijden.