FuE-Projekt: Elektronisches Längs- und Querführungssystem für automatisierte Fahrmanöver

Motivation
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Elektrisch angetriebene Fahrzeuge können gegenüber konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmaschinen bei automatisierten Fahrfunktionen, die deutlich über den Stand der Technik wie bspw. Einpark- oder Überholassistenten hinausgehen, spezifische Vor-teile bieten und durch ihre Leistungsfähigkeit überzeugen.

 

Ziele und Vorgehen
Das Projekt OmniSteer geht mit seiner Zielsetzung hinsichtlich neuartiger, automatisierter Fahrmanöver deutlich weiter als heutige Systeme. Durch die Integration des elektrischen Antriebs in die einzelnen Räder ergeben sich Vorteile, die bisher nicht realisiert werden konnten. Fahrmanöver in beengten Situationen werden so zeitlich wie auch energetisch effizienter. Beispielsweise im Zustelldienst kann der Zeit- und Energiebedarf deutlich reduziert werden, da sogar kontinuierlich aus der Fahrt heraus ein Einparken quer zur Fahrrichtung möglich ist (ominidirektional) und somit kleinste Parklücken effizient genutzt werden können.

Erst die Radintegration des elektrischen Antriebsstranges ermöglicht diese Innovation. Im Projekt entsteht ein verkleinertes Demonstrationsfahrzeug, das schnell und kostengünstig umgesetzt werden kann. Das Fahrzeug kann mit Sensoren das Umfeld erkennen, den bestmöglichen Fahrweg errechnen und dann Manöver eigenständig ausführen. Der Fahrer wird den Vorgang mit Hilfe einer eigens entwickelten Anzeige im Fahrzeug nachvollziehen können und behält so jederzeit die Kontrolle über das Fahrzeug.

Innovationen und Perspektiven
Die neuartige Kombination aus einzeln elektrisch angetriebenen und lenkbaren Rädern führt zu völlig neuen automatisierten Fahrfunktionen, welche die Manövrierfähigkeit und somit das Leistungsspektrum von Fahrzeugen erhöht. Darüber hinaus werden Energie- und somit die Betriebskosten gesenkt. Mit innovativen Fahrzeugen, die neue automatisierte Fahrfunktionen für den mobilen Menschen nutzbar wird die Position Deutschlands als Leitanbieter für E-Fahrzeuge gestärkt.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg ist die Firma SCHAEFFLER beteiligt.

FuE-Projekt: Hocheffiziente und skalierbare Elektronikbausteine für Antrie-be von Elektrofahrzeugen

Motivation
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu innovativen Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Die benötigte hochkomplexe Leistungselektronik muss derzeit für Fahrzeuge unterschiedlicher Leistungsklassen jeweils neu entwickelt werden. Ein skalierbares, breiter einsetzbares Baukastensystem, das zugleich auf neuen Halbleiterbauelementen gesteigerter Leistung aufbaut, kann erhebliche Vorteile für eine leistungsgesteigerte und kosteneffiziente Elektromobilität erschließen.

 

Ziele und Vorgehen
Im Projekt HoskA sollen neue Komponenten für skalierbare Umrichterbausteine für den Einsatz in Antrieben von Elektrofahrzeugen entwickelt werden. Diese erlauben es, höchste Wirkungsgrade sowie eine Leistungssteigerung deutlich über dem heutigen Stand der Technik zu erreichen. Realisiert wird dies durch den Einsatz von schnellschaltenden Halbleitern sowie neuartiger niederinduktiver Chip-Kontaktierungs-Technologie auf Folien-Basis und hochfrequenter Kondensatoren. So wird es möglich, höhere Fahrzeug-Bordnetzspannungen und damit eine Reduktion der Ströme und der Wärmeverluste zu realisieren. Die Kombination der Entwicklungen wird zu einer weiteren Effizienzsteigerung im Antrieb beitragen.

 

Innovationen und Perspektiven
Durch die Flexibilität des Baukastens kann die benötigte Elektronik schnell und kostengünstig an neue Anwendungen angepasst werden. Der entwickelte leistungsgesteigerte Umrichter kann sowohl in Elektrofahrzeugen als auch darüber hinaus in Anwendungen wie z. B. einem luftgelagerten Brennstoffzellen-Kompressor mit integrierter Leis-tungselektronik zum Einsatz kommen.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg sind das Fraunhofer IISB und die Firma SEMIKRON beteiligt.

FuE-Projekt: Elektroniksysteme für die Sensordatenfusion beim automatisierten elektrischen Fahren

Motivation
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu innovativen Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, vernetztes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beträge. Eine konkrete Herausforderung ist es dabei, Daten zum Fahrzeugum-feld aus unterschiedlichen Quellen in einem zentralen Steuergerät im Fahrzeug zu einem digitalen Modell der Umgebung zu verschmelzen, um verschiedene automatisierte Fahrfunktionen zu ermöglichen.

Ziele und Vorgehen
Im Projekt OFP wird ein neuartiges elektronisches Steuergerät für automatisierte Fahrzeuge entwickelt, das Daten aller derzeit gängigen Automobilsensoren über offene Schnittstellen einlesen und komplexe Sensordatenfusionen durchführen kann. Damit ist das System in der Lage, verschiedene Fahrfunktionen von Fahrerassistenz bis zum hochautomatisierten Fahren zu unterstützen bzw. komplett auszuführen. Die zu entwickelnde Hardware sowie darin eingebettete Algorithmen fusionieren die Daten aus Kameras, Radarsensoren, digitalen Karten und aus der drahtlosen Fahrzeugkommunikation zu einem dreidimensionalen Umgebungsmodell und übernehmen die Planung der Fahrzeugbewegung. Sie genügen dabei den hohen Sicherheitsanforderungen des Automobilsektors. Im Projekt wird als beispielhafte Anwendung das autonome, induktive Laden und anschließende Umparken von Elektrofahrzeugen auf einem Parkplatz technisch umgesetzt.

 

Innovationen und Perspektiven
Die entwickelte Fusionsplattform vereint neuartige, bisher nicht verfügbare Sicherheitsfunktionen mit rechenstarken Prozessoren. Aufgrund ihrer offenen Schnittstellen wird sie allen OEM und Zulieferern zur Entwicklung automatisierter Fahrfunktionen zur Verfügung stehen. Die damit ermöglichten hohen Stückzahlen sowie die Verwendung gängiger Sensorik erlauben eine kostengünstigere Umsetzung verschiedener automatisierter Fahrfunktionen. Zudem wird die Plattform Forschern und Entwicklern in Hochschulen, Instituten und Industrie als Referenzarchitektur zur Integration neuer Hard- und Software im Kontext des automatisierten Fahrens die-nen. Damit trägt OFP dazu bei, die führende Rolle der deutschen Forschung und Industrie im Automobilbereich weiter auszubauen.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg ist die Firma Elektrobit beteiligt.

FuE-Projekt: Automatisch rekonfigurierbare Aktoriksteuerungen für aus-fallsichere automatisierte Fahrfunktionen

Motivation
Das automatisierte und vernetzte Fahren ist ein wesentlicher Bestandteil einer zukünftigen intelligenten und nachhaltigen Mobilität. Die Umsetzung automatisierter Fahrfunktionen hängt insbesondere auch von technologischen Fortschritten bei Elektronik und Sensorik ab. Dabei müssen nicht nur die einzelnen Komponenten, sondern das Gesamtsystem so ausfallsicher gemacht werden, dass jederzeit eine sichere Fahrt gewährleistet wird. Da beim vollautomatisierten Fahren auch im Fehlerfall der Mensch nicht mehr eingreift, muss das System bei unvorhergesehenen Ereignissen reagieren können und stets stabil bleiben.

 

Ziele und Vorgehen
Ein möglicher Lösungsweg für einen unterbrechungsfreien Fahrbetrieb wäre eine Verdopplung aller elektrisch/elektronischen Komponenten. Falls eine Komponente ausfällt, wäre dafür eine baugleiche vorhanden, die notfalls genutzt werden könnte. Da dies allerdings weder wirtschaftlich noch technisch effizient ist, werden innerhalb des Projektes AutoKonf Sicherheitslösungen erarbeitet, die durch ein redundantes, generisches Steuergerät erlangt werden. Fällt das für die Lenkungs- oder Bremsfunktion zuständige Steuergerät aus, übernimmt das überzählige generische Steuergerät die jeweilige Aufgabe und kann das Fahrzeug sicher führen. Damit das redundante Steuergerät die Aufgaben der Lenkung- oder Bremssteuerung übernehmen kann, werden im Projekt Elektroniksysteme entwickelt mit denen u.a. die Signalverteilung und Stromversorgung dynamisch geändert werden.

 

Innovationen und Perspektiven
Durch das neue Konzept wird bei gleichbleibender Sicherheit die Komplexität der elektronischen und elektrischen Systeme für das automatisierte Fahren erheblich reduziert und die Fahrzeuge insgesamt günstiger.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus Nordbayern sind die Firmen intedis und LEONI beteiligt.

FuE-Projekt: Galliumnitridbasierte Leistungselektronikmodule für effiziente Elektromobilität

Motivation
Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie für die Energieeffizienz. Sie kommt vor allem in Branchen zum Einsatz, in denen Deutschland besondere Stärken hat: etwa in der Automobilindustrie, im Energiesektor und im Maschinen- und Anlagenbau. Innovationen auf Basis neuer Halbleitermaterialien bereiten jetzt den Weg zu Leistungselektroniksystemen der nächsten Generation mit gesteigerter Leistung, Effizienz und Robustheit. Darüber hinaus ermöglichen die neuen Halbleitermaterialien besonders kompakte Bauformen und niedrige Verlustleistungen, wodurch gänzlich neue Anwendungsszenarien erschlossen werden.

Ziele und Vorgehen
Im Vorhaben sollen wesentliche technologische Aspekte der Halbleiter-, Modul-, und Umrichter-entwicklung auf Galliumnitrid-Basis verbessert werden. Diese Entwicklungen sollen das Wide-Band-Gap-Material (Halbleiter mit großer Bandlücke) für die Leistungselektronik in der Elektromobilität verfügbar machen und höhere Arbeitstemperaturen ermöglichen. Schwerpunkt des Vorhabens ist es, einen niederinduktiven und hochintegrierten Umrichter zu entwickeln, der bei großer Zuverlässigkeit einen höheren Wirkungsgrad sowie eine höhere Leistungsdichte aufweist. Die Ergebnisse werden in einem Demonstrator veranschaulicht.

Innovationen und Perspektiven
Mit dem Umrichter, der auf schnellschaltender Galliumnitrid-Leistungselektronik basiert, stehen dann zuverlässige Bauelemente für die Elektromobilität zur Verfügung. Diese effiziente und kostengünstige Leistungselektronik steigert den Wirkungsgrad und reduziert die Schaltverluste, das Volumen und das Gewicht von Umrichtern. Die Erkenntnisse und Entwicklungen können in Zukunft in Nutzfahrzeugen, der Bahntechnik, der Luftfahrt sowie in der Lade-Infrastruktur für die Elektromobilität zum Einsatz kommen.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus Nürnberg ist die Firma SEMIKRON beteiligt.

FuE-Projekt: Hochzuverlässige und intelligente Bordnetztopologien für automatisierte Fahrzeuge

Motivation
Das automatisierte und vernetzte Fahren ist ein wesentlicher Bestandteil einer zukünftigen intelligenten und nachhaltigen Mobilität. Die Umsetzung automatisierter Fahrfunktionen hängt insbesondere auch von technologischen Fortschritten bei Elektronik und Sensorik ab. Dabei müssen nicht nur die einzelnen Komponenten, sondern das Gesamtsystem so ausfallsicher gemacht werden, dass jederzeit eine sichere Fahrt gewährleistet wird. Da beim vollautomatisierten Fahren auch im Fehlerfall der Mensch nicht mehr eingreift, muss das System bei unvorhergesehenen Ereignissen reagieren können und stets stabil bleiben.

 

Ziele und Vorgehen
Das Projekt HiBord erforscht zukünftige Bordnetztopologien für den Einsatz in hoch- und vollautomatisierten Fahrzeugen. Bordnetztopologien stellen die energetische, logische und räumliche Anordnung aller elektronischen Bauteile sowie deren Zusammenwirken im Fahrzeug dar. Um den Aufbau von vollständig redundanten Systemen zu vermeiden, soll ein intelligenter Verbund aller elektronischen Komponenten eine sehr hohe Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz des Bordnetzes ermöglichen. Die technischen Zielsetzungen umfassen dabei die dynamische Umleitung von Energieflüssen durch intelligente Schnittstellen, aktive dezentrale Energiespeicher zur kurzzeitigen Spannungsversorgung sicherheitskritischer Komponenten, Fehlerdetektion und Zustandsüberwachung der Kabel und Steckkontakte sowie Sof-ware- und Entwicklungswerkzeuge zum Entwurf intelligenter Bordnetzsysteme.

 

Innovationen und Perspektiven
Durch das intelligente Bordnetz können im Fehlerfall während der Fahrt automatische Fahrfunktionen gewährleistet werden, die das Fahrzeug in einen sicheren Zustand bringen. Dadurch wird die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Nutzerakzeptanz von automatisierten Fahrzeugen maßgeblich gesteigert.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg sind das Fraunhofer IISB und die Smart Cable GmbH beteiligt.

FuE-Projekt: Modulare Leistungselektronik auf Siliziumcarbid-Basis für Hochspannungsanwendungen

Auf Siliziumcarbid-Basis entwickelte Umrichter werden in zuver-lässigen und robusten Komponenten der Bahn- und Energie-technik angewendet© den-belitsky – Fotolia.com

 

Motivation
Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie für die Energieeffizienz. Leistungselektronik kommt vor allem in Branchen zum Einsatz, in denen Deutschland besondere Stärken hat: etwa in der Automobilindustrie, im Energiesektor und im Maschinen- und Anlagenbau. Innovationen auf Basis neuer Halbleitermaterialien bereiten jetzt den Weg zu Leistungselektroniksystemen der nächsten Generation mit gesteigerter Leistung, Effizienz und Robustheit. Darüber hinaus ermöglichen die neuen Halbleitermaterialien besonders kompakte Bauformen und niedrige Verlustleistungen, wodurch gänzlich neue Anwendungsszenarien erschlossen werden.

 

Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hochkompakten, niederinduktiven und skalierbaren Leistungselektronik-Baugruppe auf Siliziumcarbid-Basis für effiziente Hochspannungsanwendungen. Dafür wird ein Konsortium entlang der kompletten Wertschöpfungskette Kondensatoren entwickeln, deren Materialien und Bauformen für die Anforderungen der neuen Hochvolt-Siliziumcarbid-Technologie geeignet sind. Die zu erfor-schenden Bauelemente sollen mit höheren Betriebsspannungen umgehen können und über geringere Einschaltwiderstände und kürzere Schaltzeiten verfügen. Außerdem sind sie auch für den Betrieb bei höheren Temperaturen geeignet. Die Ergebnisse werden in zwei Demonstratoren veranschaulicht. Die zu entwickelnden Umrichter arbeiten zuverlässiger, länger und effizienter als bisherige Baugruppen.

 

Innovationen und Perspektiven
Zum Projektende steht eine miniaturisierte, 10-15-fach schneller schaltende und für unterschiedliche Leistungs- und Spannungsklassen leicht skalierbare Leistungselektronik-Baugruppe für Umrichter zur Verfügung, die u.a. in der Bahn- und Energietechnik angewendet werden kann. Die Elemente eignen sich beispielsweise als aktive Netzfilter zur Stabilisierung des Verteilernetzes, um somit das richtige Spannungsniveau in Ortsnetzen zu sichern. Sie ermöglichen die Reduktion von Schaltverlusten, steigern den Wirkungsgrad und reduzieren das Volumen, den Preis und das Gewicht der Leistungsbaugruppen signifikant. Das Vorhaben bringt dadurch die Elektromobilität und die Energiewende voran.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg ist die Firma SEMIKRON beteiligt.

FuE-Projekt: Hocheffiziente, langlebige und kompakte Leistungselektronik mit Galliumnitrid-Bauelementen für die Elektromobilität der Zukunft

Motivation
Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie für die Energieeffizienz. Sie kommt vor allem in Branchen zum Einsatz, in denen Deutschland besondere Stärken hat: etwa in der Automobilindustrie, im Energiesektor und im Maschinen- und Anlagenbau. Innovationen auf Basis neuer Halbleitermaterialien bereiten jetzt den Weg zu Leistungselektroniksystemen der nächsten Generation mit gesteigerter Leistung, Effizienz und Robustheit. Darüber hinaus ermöglichen die neuen Halbleitermaterialien besonders kompakte Bauformen und niedrige Verlustleistungen, wodurch gänzlich neue Anwendungsszenarien erschlossen werden.

Ziele und Vorgehen
Im Projekt sollen die Grundlagen hochdynamischer, kompakter Gleichspannungswandler für das Bordnetz von Elektrofahrzeugen mit höheren Leistungsdichten und geringeren Verlusten erforscht werden. Für dort eingebaute Wandler werden neuartige Schaltkreise und geeignete Regelungsansätze entwickelt, die die Vorteile der neuen Halbleitermaterialien für schnelle Schalter besonders gut ausnutzen. Zur Entwicklung höchstkompakter Komponenten werden die dominanten Einflussgrößen auf Verluste und Entwärmung erforscht und optimiert. Mit einer rechnergestützten Optimierung werden sowohl das Bauvolumen als auch die Störungen durch elektrische oder elektromagnetische Effekte reduziert. Der Nachweis erfolgt durch Aufbau von Ergebnisdemonstratoren und Funktionsmustern.

Innovationen und Perspektiven
Das Projekt wird zu effizienten Komponenten und neuartigen Gerätekonzepten für Wandler in Elektrofahrzeugen führen. Durch die industrielle Umsetzung kann ein wesentlicher Beitrag zu kostengünstigen, effizienten, leichten und kompakten elektrischen Fahrzeugen geleistet werden.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg ist das Fraunhofer IISB beteiligt.

FuE Projekt: Induktive Komponenten für die Leistungselektronik der Zukunft Auto mit Stecker

Besonders in mobilen Anwendungen wie der Elektromobilität bietet kompakte und leichte Leistungselektronik große Vorteile.

 

Motivation
Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie für die Energieeffizienz. Leistungselektronik kommt vor allem in Branchen zum Einsatz, in denen Deutschland besondere Stärken hat: etwa in der Automobilindustrie, im Energiesektor und im Maschinen- und Anlagenbau. Innovationen auf Basis neuer Halbleitermaterialien bereiten jetzt den Weg zu Leistungselektroniksystemen der nächsten Generation mit gesteigerter Leistung, Effizienz und Robustheit. Darüber hinaus ermöglichen die neuen Halbleitermaterialien besonders kompakte Bauformen und niedrige Verlustleistungen, wodurch gänzlich neue Anwendungsszenarien erschlossen werden.
Ziele und Vorgehen

In Elektroautos spielt Leistungselektronik eine zentrale Rolle. Mit neuen Halbleitermaterialien werden hier bereits enorme Fortschritte bei Effizienz und Platzbedarf erzielt. Aktuell stehen vor allem die induktiven Bauelemente (Spulen) einer weiteren Miniaturisierung entgegen. Im Vorhaben werden deshalb neue, hochfrequenztaugliche Spulen für Transformatoren und Filter erforscht. Die Technologie soll anhand eines Schnellladegerätes für zukünftige Elektrofahrzeuge mit erhöhter Batteriespannung demonstriert werden. Dieses soll sehr kompakt (5 l Volumen) und leicht (5 kg) ausgeführt werden, die Leistungsdichte soll sich so in etwa verdreifachen. Damit lässt sich das Gerät leicht entnehmen und einsetzen und muss nur noch bei langen Fahrten mit Bedarf fürs Schnelladen mitgenommen werden.
Innovationen und Perspektiven

Der Einsatz neuartiger Leistungselektronik mit verbesserten induktiven Bauelementen kann die Systemeigenschaften zukünftiger Produkte deutlich steigern und die Elektromobilität attraktiver machen. Hierbei sind Bauraumbedarf, Kosten und Funktionalität ein Alleinstellungsmerkmal und stär-ken damit den Wirtschaftsstandort Deutschland.

Source: www.elektronikforschung.de

Partner aus der Metropolregion Nürnberg ist das Fraunhofer IISB.

FuE-Projekt: PARallele Implementierungs-Strategien für das Hochautomatisierte Fahren

Motivation
Das automatisierte und vernetzte Fahren ist ein wesentlicher Bestandteil einer zukünftigen intelligenten und nachhaltigen Mobilität. Die Umsetzung vollautomatisierter Fahrfunktionen hängt insbesondere auch von technologischen Fortschritten bei Elektronik und Sensorik ab. Zur zuverlässigen Einschätzung der Fahr- und Verkehrssituation müssen dabei die Daten verschiedener Sensoren kombiniert und zu einem detaillierten Umgebungs-bild zusammengefügt werden. Die hierfür notwendigen komplexen Algorithmen sind rechenintensiv und stellen hohe Anforderungen an die zur Daten-verarbeitung nötige Hardware.

 

Ziele und Vorgehen
Ziel des Projektes PARIS ist eine neuartige Hardwareplattform, die eine effiziente Sensorsignalverarbeitung in hochautomatisierten Fahrzeugen in Echtzeit erlaubt. Zu diesem Zweck wird eine Multiprozessor-Plattform mit optimierten Prozessorkernen entwickelt. Dort werden rechenintensive, selbstlernende Algorithmen zur Sensorfusion abgebildet, um den Anforderungen komplexer urbaner Verkehrssituationen gerecht zu werden. Die Algorithmen werden in Basisoperationen zerlegt, die auf den Prozessorkernen der Plattform parallel ausgeführt werden. Dieser Ansatz ermöglicht Echtzeitfähigkeit und Effizienz, erfordert jedoch neue Programmier- und Verifikationsmethoden, die zum Teil auf Virtual-Prototyping basieren. Zum Abschluss werden die erarbeiteten und implemen-tierten Algorithmen in einem Versuchsfahrzeug in realen Fahrsituationen demonstriert und erprobt.

 

Innovationen und Perspektiven
Die im Vorhaben erforschten algorithmischen Ansätze stellen eine wichtige Basis für die Rekonstruktion und Interpretation hochkomplexer Verkehrssituationen dar. Aufgrund der hohen Rechenintensität ist deren Ausführung auf konventionellen Hardwareplattformen nicht in Echtzeit möglich. Die neuartige parallele Plattform weist den Weg für zukünftige hochleistungsfähige Systeme für das automatisierte Fahren.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg ist die Firma Elektrobit aus Erlangen Projektpartner.