Intelligente Schaltzentrale für das zonale Bordnetz

Moderne Fahrassistenzsysteme, multimediales Infotainment, smarte Bedienkonzepte, ausgefeilte Sicherheitsfunktionen – Premium-Automobile bieten ihren Passagieren nie dagewesenen Komfort und Sicherheit. Mit jeder Innovation steigt jedoch auch die Komplexität des Bordnetzes. Schließlich müssen die Verbraucher im Fahrzeug zuverlässig mit Strom und Daten versorgt werden – insbesondere alle sicherheitsrelevanten Funktionen. Smarte Konzepte sind mehr denn je gefordert, um Anzahl und Querschnitt der Leitungen ideal auszulegen und somit letztlich Bauraum und Gewicht zu optimieren.

Zonale Bordnetzarchitektur reduziert Komplexität und erleichtert Standardisierung
Möglich wird dies über das zonale Bordnetz. Bestanden bisherige Bordnetzarchitekturen aus vielen kleinen funktionsorientierten Steuergeräten, werden diese nun durch ein bis zwei Zentralrechner und drei bis vier dezentral positionierte Zonenrechner ersetzt. Die Funktionen eines Autos sind dabei nach ihrer Position im Fahrzeug einer der Zonen zugeteilt und werden von deren Zonenrechner gesteuert. „Die so entstehenden Zonen-Leitungssätze sind über die Zonenrechner  intelligent miteinander verknüpft. Dieser Ansatz reduziert die Komplexität des Bordnetzes deutlich und erleichtert die Standardisierung“, Thomas Kost, verantwortlich für Bordnetz-Entwicklung bei der DRÄXLMAIER Group. Eine entscheidende Rolle wird dabei den immer intelligenteren Stromverteilern zuteil, die als Schaltzentralen im zonalen Bordnetz für Zuverlässigkeit und Sicherheit stehen. Zwei mögliche Ausprägungen davon sind der voll-elektronische Stromverteiler und der hybride Stromverteiler.

Elektronische Stromverteiler unterbrechen bei Bedarf passgenau
Während konventionelle elektrische Sicherungen bei Lastspitzen durchbrennen, können elektronische Sicherungen den Stromfluss kontrolliert abschalten. Die elektronischen Stromverteiler lassen sich dabei präzise auf eine genaue Stromstärke programmieren, bei der eine Unterbrechung des Stroms ausgelöst werden muss. Thermische Sicherungen weisen hingegen im Laufe ihrer Lebensdauer einen geringeren Nennstrom auf, weshalb bei einer konventionellen Absicherung Spielräume einkalkuliert werden müssen, ab welchem Wert die konventionelle Schmelzsicherung auslöst – deutlich größere Leitungsquerschnitte sind die Folge. Hinzu kommt, dass die elektronische Abschaltung deutlich schneller erfolgt als das physische Durchbrennen, was eine Rückwirkungsfreiheit für sicherheitskritische Funktionen gewährleistet. Das schnellere Abschalten verkürzt zudem die Aufheizphase der Leitung, was wiederum kleinere Leitungsquerschnitte ermöglicht und damit das Gewicht des Leitungssatzes signifikant senkt.

Konventionelle Schmelzsicherungen werden bei der Auslösung zerstört und müssen danach manuell ausgetauscht werden. Deshalb sind sie im Fahrzeug stets gut zugänglich zu positionieren. Dadurch, dass moderne elektronische Sicherungen reversibel abschalten, sind sie wartungsfrei und können dezentral, auch an schwer zugänglichen Positionen platziert werden – eine Grundvoraussetzung für ein zonales und damit effizienteres Bordnetz.
Dank ihrer intelligenten Steuerung können für elektronische Stromverteiler verschiedenste Szenarien definiert werden. Je nach Fahrzeugfunktion und Schwere des Lastfalls kann die elektronische Sicherung den Verbraucher eigenständig wieder zuschalten oder dem Fahrer zumindest eine Grundversorgung der betroffenen Funktion gewährleisten, die eine Weiterfahrt ermöglicht. In einer Werkstatt kann der Lastfall dann präzise ausgelesen und der Stromverteiler wartungsarm wieder zurückgesetzt werden. „Das macht die elektronische Absicherung insbesondere für Verbraucher interessant, die von Relevanz für die Funktionale Sicherheit sind, wie etwa die Bremse und die Lenkung“, erklärt Thomas Kost.

Hybrider Stromverteiler kombiniert die Stärken von zwei Konzepten
Eine Alternative zum vollständig elektronischen Stromverteiler ist der hybride Stromverteiler. Diese in hohem Maße kosteneffiziente Hybridlösung kombiniert eine elektronische Sicherung mit einer auf der Platine verbauten konventionellen Sicherung. Die rückwirkenden Kanäle werden dabei mit elektronischen Sicherungen ausgerüstet, damit alle FuSi-relevanten Kanäle vor einer Rückwirkung geschützt sind. Bei allen kritischen Verbraucher hingegen wird im hybriden Ansatz von DRÄXLMAIER die Primärversorgung elektronisch und die Sekundärversorgung konventionell ausgeführt. Obgleich eine vollständige elektronische Absicherung schon heute möglich ist, bietet sich aus Gründen der Kosteneffizienz meist eine Kombination mit einer klassischen Sicherungsbox an. In dieser können alle Komfortverbraucher konventionell abgesichert werden.

Über alle Antriebsarten hinweg gewinnen elektronische Stromverteiler massiv an Bedeutung – allen voran in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. „Langfristig ist zu erwarten, dass viele Fahrzeuge vollständig elektronisch abgesichert sein werden“, so Thomas Kost. Dieser Ansatz erlaubt es zum Beispiel auch, dass bereits physisch integrierte Fahrzeugfunktionen „On Demand“ verfügbar sind und vom Fahrzeugnutzer auf Wunsch zugebucht und „freigeschaltet“ werden können. Ein weiterer bedeutender Vorteil ist aber auch, dass durch die Möglichkeit des aktiven Schaltens im jeweiligen Fahrzeugnutzungsmodus die höchste Energieeffizienz erreicht werden kann, indem nicht benötigte Verbraucher abgeschaltet werden können.

Auf dem Weg hin zum rein elektronisch abgesicherten Bordnetz sind aber erst einmal hybride Konzepte aus einem elektronischem Stromverteiler und konventionellen Sicherungsboxen eine smarte Lösung. Kombiniert mit einer modular ausgeführten  Schnittstellenausprägung sind diese Verteiler ein weiterer Enabler für die optimale Auslegung der Bordnetzstruktur.