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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
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F2016-VESA-009
Heutige E/E Topologien
Daten
Aktuelle Trends fördern neue Bordnetz-Topologien
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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
Standardisierung der
Anbindung der
Komponenten
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ADAS 1 ADAS 2
Kommunikation
F2016-VESA-009
Trends in der Bordnetzentwicklung
Powertrain- varianten
Gewichts-optimierung
Automatisierte Kabelbaum-
fertigung
Energie-management
Individualität
Dezentralisierung
Standardisierung der
Komponenten
Skalierbarkeit
Höhere Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit der Energieversorgung Fehlertoleranz
Automatisiertes Fahren
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F2016-VESA-009
Redundante Energieversorgung für Aktuatoren, Sensoren und ECUs gefordert!
Redundanzen für das automatisierte Fahren
Aktuatoren 1, Sensoren 1
Aktuatoren 2, Sensoren 2
Supply 1
Supply 2
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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
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F2016-VESA-009
Energieversorgungsring Von der Idee bis zur Integration
Simulation
Architektur Konzept
LabCar Test
2.Prototyp
1.Prototyp
Model Test
Sicherheitsanalyse
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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
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Validierung in LabCar Umgebung
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F2016-VESA-009
Summary Energieversorgungsring Aktueller Stand & Nächste Schritte
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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
Aktuatoren 1, Sensoren 1
Aktuatoren 2, Sensoren 2
Supply 1
Supply 2
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ADAS ECU 1
ADAS ECU 2
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Vollautomatisiertes Fahren erfordert zweite Recheneinheit!
Integrierte Datenverteilung Aktuelle Implementierungen
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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
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Wie sieht eine mögliche Anordnung im Fahrzeug aus?
Integrierte Datenverteilung Mögliche Implementierungen für Level 4
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Chassis & Safety
Powertrain Infotain-
ment
EPS 1
ESP 1
ADAS
USS Front
Cam Stereo
SRR Rear
Gateway
Zentrale Recheneinheit 1
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
Zentrale Recheneinheit 2
EPS 2
ESP 2
USS Rear
Cam Mono
SRR Front
LIDAR Rear
Gateway
LRR Front
Cam Rear Cam Mirror
Switch Switch
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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
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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
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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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