Daten- und Energiebordnetz - ein zukunftsorientierter Ansatz · The Quality Connection Ingolstadt, 22.11.2016 Daten- und Energiebordnetz - ein zukunftsorientierter Ansatz Sebastian

The Quality Connection

Ingolstadt, 22.11.2016

Daten- und Energiebordnetz - ein zukunftsorientierter Ansatz

Sebastian Dörnbach, Intedis GmbH & Co. KG, Würzburg

Joachim Öchsner, LEONI Bordnetz-Systeme GmbH, Kitzingen

F2016-VESA-009

Trends in der Bordnetzentwicklung

Powertrain- varianten

Gewichts-optimierung

Automatisierte Kabelbaum-

fertigung

Energie-management

Individualität

Dezentralisierung

Standardisierung der

Komponenten

Skalierbarkeit

© Intedis GmbH & Co. KG / LEONI Bordnetz-Systeme GmbH / All rights reserved - Confidential 2

F2016-VESA-009

Heutige E/E Topologien

Daten

Aktuelle Trends fördern neue Bordnetz-Topologien


Energie

Trennung von Vorabsicherung,

Klemmenschaltung und

Komponentenabsicherung

Wenig bis keine Implementierung von

intelligenten Leistungsverteilern

Heutige Energieverteilungen besitzen

Fehlertoleranz nur durch Duplizierung

12V AGM main

battery 12V 92Ah

520A

Kl.3

0

S131

150A

S132

150A

S133

200A

F1

S134

300A

EPS

Kl.3

0

S127

100A

S139

80A

spare

S138

150A

Fuse box

(TV1)Prefuse box

battery

Auxiliary air

heater(J604)

Heated windscreen

Unit (J505)

Rear axle

steering (J1019)

Kl.3

0

C1

?A

S284

50 to 100A

S130

50 to 100A

Voltage regulator

Secondary air pump2(petrol) /

Glow plug 2 (diesel)

Junction

box (TV2)

Secondary air pump1(petrol) /

Glow plug (diesel)

S

S42

70A

Radiator fan

speed1

S104

70A

Radiator fan

speed2

Jump start connection

(TV32)

Kl.8

7

SB7

40AKl.3

0

A

A

SB11

40A

FRB passenger comp. (SB)

IBS

G

70 mm² Alu

40 mm²

35 mm²

50 mm²

FRB (SR1)Starter2 (J907)

Starter1 (J906)

S216

5A

Airbag ECU signal

pyrofuse

25 mm²

Splice B301

6 mm²

6 mm²

Splice B315

Fuse carrier ST1

ST2

SB9

30A

Kl.3

0

SB3

30A

SB10

35A

ST3

Fusebox (SC)

J329

KL15

ECM

35 mm²Splice B300

KL

.30

Splice B316

6 mm² 4 mm²

10 mm²

Splice B298

6 mm²

Kl.1

5

ST4

4 mm²

4 mm²

switched

by BCM 2

Kl.3

0

ST5

6 mm²

4 mm²

SB10

35A

From FRB passenger

SR2 / SB11

Starter6 mm²

1.5 mm²

J271

Kl.87

10 mm²

Splice B318

6 mm²

4 mm²

Kl.

30

Fuse carrier ST1

FRB trunk comp. (SF)

4 mm² S41

40A

Kl.3

0

ST2

Kl.3

0

ST3

6 mm²

A

4 x Relay (of that

3 spare)

88 x Fuses (of that

50 spare)

All in all

A

3 x Relay

72 x Fuses (of that

16 spare)

All in all

SF9

20A

SF11

20A

SF14

20A

1.5 mm²

1.5 mm²

1.5 mm²

µC

BCM2 (J393)

µC

BCM1 (J519)

4 mm²

2.5 mm²

SB1

30A

2.5 mm²

SB9

30A

2.5 mm²

2.5 mm²

Kl.3

0

SB6

20A

1.5 mm²

SB15

20A

1.5 mm²

SB13

20A

1.5 mm²

SB2

10A

OBD (J533)

0.75 mm²

SB5

15A

1.0 mm²

4 mm²S123

40A

ABS

S124

40AABS

4 mm²

16 x Fuses

(of that 2

spare)

All in all

Engine compartment Passenger compartment

spare

A

4 mm²

Kl.

50

A

A

50 mm²

10 mm² 10 mm²

2.5 mm²

Splice B467

C24 Suppression filter

A

A

70 mm² Alu

25 mm²

IBS0,5 mm²Not fused

Kl.

30

Fusebox (TV22)Screwed

connection

A

ST4

ST5

ST6

spare

spare

spare

S110

40A

4 mm²

S204

50A

6 mm²

A

A

Several

flying

fuses

switched

by ECM

switched

by ECMA

ST3

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

Several

flying

fuses

Trunk

„Architektur folgt der Organisation“

Dezentralisierung der Funktionen für

das HW Varianten Management

Zentrale Gateway Architektur

F2016-VESA-009

Datenarchitektur Aktueller Ansatz

Zentraler Zugangspunkt

für Vernetzung mit

Umgebung (Fahrzeuge,

Elektr. Geräte,

Infrastruktur)

OEM Backend

Domänen Steuergeräte mit zentralem Gateway nur erster Schritt

Powertrain Chassis &

Safety Body & Comfort

Infotain-ment

Zentraler Zugangspunkt

Sensoren & Aktuatoren

Zentrale Rechenlogik

Fahrzeug- umgebung

Verlagerung von

Funktionen in

Domänen-ECUs

Kommunikation mit

hohen Datenraten

zwischen diesen ECUs

Reduzierung der

Intelligenz in den

Sensor/ Aktuator

Komponenten


Anbindung der

Komponenten


ADAS 1 ADAS 2

Kommunikation

F2016-VESA-009

Trends in der Bordnetzentwicklung

Powertrain- varianten

Gewichts-optimierung

Automatisierte Kabelbaum-

fertigung

Energie-management

Individualität

Dezentralisierung


Komponenten

Skalierbarkeit

Höhere Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit der Energieversorgung Fehlertoleranz

Automatisiertes Fahren


F2016-VESA-009

Redundante Energieversorgung für Aktuatoren, Sensoren und ECUs gefordert!

Redundanzen für das automatisierte Fahren

Aktuatoren 1, Sensoren 1


Supply 1

Supply 2


F2016-VESA-009

Zukünftige E/E Topologien Energieversorgung

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Fehlertolerante Energieversorgung

durch Duplizierung

Fehlerisolierung mit Ring-Konzept

Zusätzliche Kosten durch DC/DC

Wandler, zweite 12V Batterie

F2016-VESA-009

Dezentrale Energieverteilung

IPDN4

IPDN3

IPDN1

IPDN2

Aufteilung des Fahrzeugs in Versorgungsbereiche durch die 4 iPDNs -> Segmentierung Kabelbaum

Fault Tolerant Ring Architecture

Fehlertolerante Architektur

Energieversorgungsring

Beispielhafte Architektur, andere Lösungen möglich

(z.b. HV anstatt 48V oder 3 anstatt 4 IPDN)

Nutzen der Redundanz von

Energieerzeugung und

Energiespeicher

Schalter in den IPDN

ermöglichen Fehlerisolation

Keine Auswirkung auf das

restliche Bordnetz

IPDN sichern den Betrieb

der angeschlossenen

Lasten

Redundant auszuführende

Funktionen werden über 2

IPDNs versorgt


F2016-VESA-009

Energieversorgungsring Von der Idee bis zur Integration

Simulation

Architektur Konzept

LabCar Test

2.Prototyp

1.Prototyp

Model Test

Sicherheitsanalyse


F2016-VESA-009

Funktionsprinzip wurde für alle Fehlerszenarien nachgewiesen! Verbesserung der Robustheit mit der 2. Generation.

Aufbau des 12V Bordnetz (Ring)

eines Fahrzeuges

Energieversorgungsring Von der Idee bis zur Integration

DC/DC Konverter und 12 V Batterie

Lasten mit realen Strömen

Kabeldimensonierung für reales Fahrzeug

10

Validierung in LabCar Umgebung


F2016-VESA-009

Summary Energieversorgungsring Aktueller Stand & Nächste Schritte

11


2. Generation IPDN auf Basis der zurückliegenden Ergebnisse

Tests der 2. Generation in der LabCar Umgebung

3. Generation der IPDN mit Intelligenz/ uC

Integration im Fahrzeug

F2016-VESA-009

Redundante Datenverteilung und Datenauswertung gefordert!

Redundanzen für das automatisierte Fahren



Supply 1

Supply 2


ADAS ECU 1

ADAS ECU 2

F2016-VESA-009

Vollautomatisiertes Fahren erfordert zweite Recheneinheit!

Integrierte Datenverteilung Aktuelle Implementierungen


Chassis & Safety

Powertrain Infotain-

ment

EPS 1

ESP 1

ADAS

Zentrale Recheneinheit 1

Zentralrechner beinhaltet die Funktionen verschiedener Domänen

Datenaustausch zwischen Sensoren & Recheneinheit parallel mit zwei

unterschiedlichen Datenübertragungswegen

Gateway Switch

USS

Kamera

Radar

LIDAR

F2016-VESA-009

Wie sieht eine mögliche Anordnung im Fahrzeug aus?

Integrierte Datenverteilung Mögliche Implementierungen für Level 4


Chassis & Safety

Powertrain Infotain-

ment

EPS 1

ESP 1

ADAS

USS Front

Cam Stereo

SRR Rear

Gateway


LIDAR Front

Zweiter Zentralrechner für die redundanten Aktuatoren und Sensoren

Redundanz der Sensoren für FOV auch nach hinten

Exemplarische Auswahl der redundanten Komponenten/ Funktionen

Chassis & Safety

ADAS


EPS 2

ESP 2

USS Rear

Cam Mono

SRR Front

LIDAR Rear

Gateway

LRR Front

Cam Rear Cam Mirror

Switch Switch

F2016-VESA-009

Integrierte Datenverteilung Mögliche Implementierungen für Level 4

Einfügen eines Switches um Sensoren/ Aktuatoren direkt an

Breitbandverbindung anzubinden

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Zentral- rechner 1

Switch

Zentral- rechner 2

Switch

Wide-angle camera

SRR

LRR

SRR Wide-angle

camera

Lidar

Stereo Cam 1

SRR

Rear camera

SRR

Side camera

Lidar

Side camera Switch

Switch

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Exemplarische Auswahl der redundanten Komponenten/ Funktionen

ESP EPS

Mono Cam 2

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Dezentrale Datenverteilung

Einteilung in vier physikalische Zonen für

Entkopplung der Funktion von der Architektur

Redundant auszuführende Funktionen

kommunizieren über zwei Zonen

Fault Tolerant Ring Architecture

Fehlertolerante Architektur

Integrierte Datenverteilung

Beispielhafte Architektur für max. Fahrzeug, Skalierung möglich

(z.B. 2 oder 3 Switches für Fahrzeuge mit geringerer Komplexität)

Nutzen der kommenden

Zentralrechner

Schalter in den Switches

ermöglichen Fehlerisolation

Keine Auswirkung auf das

restliche Bordnetz

Integration von Switches in

Zentralrechner oder IPDN

möglich/ sinnvoll

Ring Struktur mit

inhärenten Redundanz für

offene Verbindungen


F2016-VESA-009

Summary Integrierte Datenverteilung

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Modellierung der Datenkommunikation und -Verarbeitung für

verschiedene E/E Architekturvarianten Bewertung der

verschiedenen Varianten u.a.

hinsichtlich Kosten und Gewicht

Optimale Architektur vom konkreten Anwendungsfall abhängig • genaue Prüfung bezüglich Kosten, Gewicht, etc. • Anpassung des Datenrings möglich

F2016-VESA-009

Summary Zusammenfassung

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Trends in der Bordnetzentwicklung erfordern neue Lösungen

Vorteile des Energieversorgungsrings mit den IPDNs

• Redundante Energieverteilung

• Fehlertoleranz durch Fehlerisolierung

• Flexible Ring Architektur mit inhärenter Redundanz

Vorteile des Datenringes

• Integration der Switches als Add-On in iPDN oder Zentralrechner möglich

• Reduzierung der Datenleitungen

• Anbindung der Aktuatoren direkt an den Switches

Vorteile des Gesamtkonzepts

• Standardisierung der Komponenten

• Upgradefähigkeit von iPDN / Ring und Skalierbarkeit der Architektur

• Dezentralisierung der Energie- und Datenverteilung

• Reduzierung der Komplexität und Segmentierung des Kabelbaumes

Das vorgestellte Konzept bietet eine Lösung für die Anforderungen des Bordnetzes der Zukunft, u.a. durch Fehlerisolierung

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Vielen Dank!

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