Elektronische module beschermt zelfrijdende voertuigen tegen totale uitval elektrische systemen

Autonome elektrische voertuigen halen hun stroom uit twee bronnen: een hoogspanningsbatterij en een conventionele 12 volt batterij die het voertuig tijdens het stationair draaien of in situaties met 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 een storing heeft, bijvoorbeeld een kortsluiting?

Om te beschermen tegen totale uitval en daarmee een potentieel gevaarlijke situatie, hebben onderzoekers van het Fraunhofer Instituut IZM en partners een elektronische uitschakelinrichting ontwikkeld die dergelijke fouten in elektrische systemen van voertuigen kan isoleren. Deze module is al met succes getest in een BMW i3.

In de huidige elektrische systeemarchitecturen voor geautomatiseerde voertuigen is het standaard dat gebieden die worden getroffen door een storing worden geïsoleerd door middel van een beveiligingssysteem. Het betrokken onderdeel wordt bij een storing volledig uitgeschakeld. Voor volledig geautomatiseerde voertuigen is een dergelijke aanpak alleen haalbaar als er redundantie is voor alle componenten en het elektrische systeem. Dit is duur, verhoogt het gewicht en neemt ruimte in beslag, met name wat betreft het elektronische systeem.

In het HiBord-project hebben onderzoekers een ontkoppelingsapparaat ontwikkeld dat defecte componenten in het elektrische systeem aan boord uitschakelt, terwijl de stroomtoevoer naar veiligheidskritische componenten wordt gewaarborgd. Dit garandeert veilig rijden zonder de noodzaak om een ​​dubbel elektrisch systeem aan boord te installeren.

Uitgerust met 16 Mosfet-schakelaars, kan het apparaat tot 180 ampère stroom schakelen. Bij overschrijding van deze drempelwaarde gaat de elektrische schakelaar open en schakelt daarmee de stroom uit. Aangezien de Mosfet-schakelaars tot 300 ampère aankunnen en dus ver onder hun maximaal toelaatbare belasting werken, hebben ze bovendien een aanzienlijk langere levensduur dan conventionele oplossingen.

Zestig 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 wat betreft 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.

Passagiers in veiligheid brengen

Hoewel het klinkt als een besparingsmaatregel, betekent deze aanpak eigenlijk een aanzienlijke verbetering in termen van veiligheid voor autonoom rijden. Onderzoeksmedewerker Phillip Arnold: "In conventionele systemen kan elke onderspanning tijdens het rijden een plotselinge en ongecontroleerde uitval van de volledige elektronica aan boord veroorzaken, inclusief de rem- en stuursystemen. Dit vormt een onaanvaardbaar risico, met name bij 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 - bijvoorbeeld op de vluchtstrook van de snelweg of een parkeerplaats."