Ausfallsicheres und effizientes elektrisches Antriebssystem für Robotertaxis (AnRox); Teilvorhaben: Ausfallsichere Leistungselektronik für Antriebssysteme in Robotertaxis

Abstract

Aus Anwender- und Betreibersicht entstehen neue Anforderungen an Antriebssysteme von automatisierten Fahrzeugen, die insbesondere die Ausfallsicherheit umfassen. Das Teilvorhaben der Siemens AG adressiert diesen stark wachsenden Markt und hat sich zum Ziel gesetzt, intelligente fehleroperable Antriebssysteme für zukünftige automatisierte Fahrzeuge zu erforschen. An der Leitanwendung Robotertaxis wurden konkrete Lösungen erarbeitet und validiert, bei denen Mehraufwände für die Ausfallsicherheit minimiert und durch einen erhöhten sensorbasierten Nutzen kompensiert werden. Neue Freiheitsgrade von Mehrmotorenantrieben und intelligenten Fehlererkennungs- und Behandlungsstrategien sowie sensorbasierte Lebensdauervorhersagen wurden systematisch erforscht. Die geleisteten Arbeiten unterstützen direkt die Einführung des automatisierten Fahrens mit Fokus auf zukunftsfähige Antriebslösungen als Basis für sicheren Betrieb, hohe Nutzerakzeptanz sowie wirtschaftliche Geschäftsmodelle. Es wurden SiC-MOS-Bauteile als Halbleiter für das Leistungsteil im Hinblick auf die geforderte Zuverlässigkeit gewählt und ausfallsichere Umrichtertopologien für den Antrieb untersucht und bewertet. Zur Erhöhung der Ausfallsicherheit kommt im Projekt eine sensorbasierte Überwachungsmethodik zum Einsatz. Hierzu wurden passende Sensorkonzepte (Temperatursensoren) erforscht und in den Aufbauten integriert. AVT-Konzepte wurden in Hinblick auf ihre Ausfallsicherheit und Funktionsintegration untersucht und bewertet. Für das ausgewählte planare AVT-Konzept wurde ein Modullayout speziell für die neue ausfallsichere Antriebstopologie erstellt und Muster aufgebaut. Die Sensorik wurde ebenfalls im Leistungsmodul integriert und zusammen mit der zuverlässigen planaren AVT getestet. Datei-Upload durch TIB From the user's and operator's point of view, new requirements arise for drive systems of automated vehicles, which include reliability. The sub-project of Siemens AG addresses this rapidly growing market and has set itself the goal of researching intelligent fail-operable drive systems for future automated vehicles. Concrete solutions were developed and validated in the lead application of robot taxis, in which additional costs for reliability and fail safe operation are minimized and compensated for by increased sensor-based benefits. New degrees of freedom of multi-motor drives and intelligent fault detection and failure strategies as well as sensor-based lifetime prediction were systematically investigated. The work carried out directly supports the introduction of automated driving with a focus on future-proof drive solutions as the basis for safe operation, high user acceptance and economic business models. SiC-MOS components were selected as semiconductors for the power module with regard to the required reliability and fail-safe converter topologies for the drive were investigated and evaluated. To increase reliability, a sensor-based monitoring methodology is used in the project. For this purpose, suitable sensor concepts (temperature sensors) were investigated and integrated into the power module. Packaging concepts were examined and evaluated with regard to their reliability and functional integration. For the selected planar packaging concept, a power module layout was created specifically for the new fail-safe drive topology and samples were built. The sensor technology was also integrated into the power module and tested together with the reliable planar packaging technology.