Industriearbeitskreis Bordnetze

Stabilität und Zuverlässigkeit im automobilen Bordnetz

Nachbericht

Trends in Entwicklung und Fertigung von Bordnetzen
Simulation, Materialien, Verbindungstechniken, Automatisierung
Toyota als Vorreiter mit dünnem 0,13 mm² Kabelquerschnitt in Serie
Magnet der Bordnetz-Community mit 220 Teilnehmer bei Audi in Ingolstadt

Globale Trends und Kundenwünsche, gesetzliche Regelungen und wirtschaftlichen Entwicklungen haben entscheidenden Einfluss auf die Modellpolitik der Automobilhersteller. Trotz der großen öffentlichen Beachtung von Hybridsystemen und Elektroauto werden die Verbrennungsmotoren auch in den kommenden Jahren die dominierende Antriebstechnik darstellen.
Rund 90 % zukünftiger Innovationen im Automobil werden auf Elektronik beruhen. Zielsetzungen sind u. a. die Integration weiterer Fahrerassistenzfunktionen zur Erhöhung von Sicherheit und Komfort aber auch ein verbessertes Energiemanagement für Motor und Hilfsaggregate. Vor diesem Hintergrund ist die evolutionäre Weiterentwicklung des Bordnetzes eine der großen Chancen und Herausforderungen von morgen. Die Projektaktivitäten konzentrieren sich dabei auf Zeit-, Gewichts- und Kosteneinsparung, auf Stabilität im Entwicklungsprozess und auf zunehmende Automatisierung in der Fertigung.

220 Teilnehmer und 13 Aussteller aus dem gesamten Bundesgebiet und angrenzenden Ländern im restlos ausgebuchten museum mobile der Audi AG in Ingolstadt spiegeln das große Interesse an der Thematik „Stabilität und Zuverlässigkeit im automobilen Bordnetz“ wider.

Gesamtbetrachtung des Bordnetzes

Zum Themenfeld „Optimierung der E/E-Architektur“ zeigte Reinhard Prechler, Leiter Entwicklung Bordnetze A/D-Reihe der Audi AG, vier relevante Handlungsfelder bezüglich aktueller Entwicklungen und zukünftiger Herausforderungen auf:

Technologie: Alternativen zu Kupferleitungen, z. B. Aluminium; neue Verbindungstechniken für alternative Materialien sowie für reduzierte Leitungsquerschnitte
Topologie: Integration komplexer Kabelsätze in verschiedene Modellreihen bis hin zum Variantenmanagement bei nachträglich veränderten Bauräumen,
Entwicklungsprozess: Methoden und Tools für Stabilität im Entwicklungsprozess, Reduzierung der Entwicklungszeit
Produkt Bordnetz: Prozesssicherheit und Erhöhung der Qualität, zunehmende Automatisierung in der Fertigung

Durch den Einsatz neuer Materialien wie Aluminium und durch Reduzierung der Kabelquerschnitte soll das Gewicht der Kabelsätze weiter verringert werden. Dies betrifft insbesondere Energieversorgungsleitungen mit großen Querschnitten und die große Anzahl von Signalleitungen mit geringen Querschnitten. Hierüfr wird auch an Änderungen und Erweiterungen der bisherigen Standards gearbeitet. Mit der Gewichtseinsparung einhergehend wird auch eine Reduzierung der Kosten verfolgt. In diesem Zusammenhang ist die Preisentwicklung von Rohstoffen besonders zu berücksichtigen.
Das Variantenmanagement des Bordnetzes soll in Zukunft über einen durchgängig integrierten virtuellen Entwicklungsprozess gewährleistet werden, der für den gesamten VW-Konzern gültig ist. Dies ist von besonderer Bedeutung denn Audi will bis zum Jahr 2015 40 neue Derivate am Markt präsentieren. Audi plant, dabei die Aufgaben neu zu verteilen: So sollen die entsprechenden Neuentwicklungen beim OEM Audi erfolgen, die Serienbetreuung hingegen vermehrt an die Zulieferer ausgelagert werden.

Stabilität des Entwicklungsprozess – Strategien und Tools

Im Automobil wird ein stabiles Datennetz - insbesondere im Zusammenhang mit der steigenden Zahl von Sicherheitssystemen – von wachsender Bedeutung sein. Neue Überlegungen zur Vernetzung komplexer Funktionen bei der Umstellung von bislang ereignisgesteuerten in künftig zeitgesteuerte Bussysteme für sicherheitsrelevante Funktionen präsentierte Dr. Kay Werthschulte, Center of Competence, Systemkonzepte Automotive, ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH, Fürstenfeldbruck. Das Konzept beruht auf dem Transfer der in der Informationstechnik etablierten dienstorientierten Kommunikation in den Automobilsektor. Der neue Ansatz liegt in einer Änderung der signal- und daten-orientierten Betrachtungsweise hin zur Auslegung auf Funktionen und deren Vernetzung über einen zentralen Servicemanager. Damit können einzelne Systeme nahezu unabhängig voneinander weiterentwickelt werden. Dies ermöglicht unter anderem eine höhere Flexibilität bei der Verwaltung von Signalkatalogen bei geänderten Anforderungen.
Im Entwicklungsprozess gewinnen die modellbasierte Konzeption und die Simulation der E/E-Architektur zunehmend an Bedeutung. So kann bereits im Vorfeld der Kabelbaumauslegung dessen Design optimiert werden.

Eine Methode zur frühzeitigen Sicherung der Stabilität im Entwicklungsprozess des Kabelbaumes zeigte Götz Roderer, Director Central Engineering, S-Y Systems Technologies Europe, Regensburg. Mit Datenmodellen der Komponenten kann die Systemeigenschaft des gesamten Bordnetzes mit Hilfe von Metriken beurteilt werden. Voraussetzung ist allerdings das Vorliegen von vollständigen und konsistenten Datensätzen für die beteiligten Entwicklungspartner.
Markus Kühl, Geschäftsführer der aquintos GmbH, Karlsruhe, präsentierte ein gemeinsam mit der Daimler AG entwickeltes leistungsfähiges Software-Tool, das auf der globalen Optimierung der E/E-Architektur beruht: Dabei wird von einer komponentenorientierten Bewertung zu einem funktionsorientierten Design übergegangen. Analog zu den Ausführungen von Dr. Werthschulte ist dies ein Ansatz, der wachsenden Komplexität des Bordnetzes zu begegnen. Die Konzeption und Bewertung erfolgt dabei über verschiedene Ebenen. Absolute Datenkonsistenz ist gewährleistet: von der Spezifikationen der Komponenten- und Funktionsebene über Schalt- und Stromlaufpläne bis zur physikalischen Topologie des Bordnetzes.

Aspekte der thermischen Simulation zur Auslegung von Sicherungen und Sicherungsboxen erläuterte Dr. Jürgen Engbring, Projektleiter Hybridtechnologie, LEONI Bordnetz-Systeme, Kitzingen. Er beschrieb die Optimierung von Dimensionierung und Anschlussbelegung der Sicherungsbox. Entscheidend ist dabei die Auswahl der maßgebenden Materialparameter, um die Komplexität der Simulation in Grenzen zu halten.

Fertigungsprozess und Automatisierung: Miniaturisierung, Werkstoffe, Verbindungen

Die Möglichkeiten und Grenzen der Miniaturisierung und der weiteren Automatisierung der Fertigung sind in Zusammenhang mit Qualität sowie Lohn- und Transportkosten zu betrachten. Maria Vidal, Product Engineering Supervisor, Delphi Deutschland, zeigte auf, dass derzeit ca. 90 % des Kabelsatzfertigungsprozesses auf manuelle Montage ausgelegt sind. Die Verringerung der Leitungsquerschnitte und die Miniaturisierung der angeschlossenen Stecker und Komponenten erschweren zunehmend das manuelle Handling der Komponenten und führen zu höheren Fehler- und Ausschussraten. Einen Lösungsansatz zur Erreichung der Qualitätsziele bietet ein höherer Automatisierungsgrad. Allerdings ist die mangelnde Standardisierung der Stecker und Komponenten eine große Hürde. „Die vielen unterschiedlichen Spezifikationen haben erhöhte Kosten bei der Entwicklung und Fertigung zur Folge, die nicht an den Endverbraucher weitergegeben werden können und eine weiter fortschreitende Automatisierung erschweren,“ so Frau Vidal. Sie unterbreitete den Vorschlag, einen diesbezüglichen Arbeitskreis einzurichten. Der Cluster Automotive wird diese Überlegungen aufgreifen.

Die Auto-Kabel Management GmbH aus Mönchengladbach-Rheindahlen hat einen wesentlichen Schritt zur Automatisierung im Bereich hochstromiger Kabel bereits vollzogen: Das Unternehmen kann Aluminium-Kabel je nach Dicke mit verschiedenen Schweißtechniken mit dem Anschlußkontakt verbinden. Ziel ist, den Einsatzbereich der Technologien auf noch dünnere Leitungsquerschnitte auszuweiten. Dr. Jens Dören, Leiter Prozessplanung/Industrial Engineering, sieht durch zunehmende Automatisierung noch erhebliche Potenziale insbesondere hinsichtlich der Verwendung von Aluminium im Kabelsatz.

Einen hervorragenden Abschluss des Kooperationsforums bot Nikolaus Pfister, Technischer Geschäftsführer des Werkes Nitra der Sumitomo Electric Bordnetze GmbH, Slowakei. Er stellte umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten seines Hauses vor, deren Ziel neue Leitungen mit einem Querschnitt von 0,13 mm2 waren. Die Lösung sind zugfeste Kupferleitungen mit Edelstahlkern, die in Verbindung mit einem neuen Crimp-Prozess die Anforderungen von Toyota erfüllen und dort bereits in Serie eingebaut werden. Anpassungen dieser Materialkombination hinsichtlich erhöhter Zugfestigkeit für deutsche Hersteller sind bereits in Diskussion.

All diese Weiterentwicklungen im klassischen Bordnetz haben uneingeschränkte Bedeutung auch für Hybrid-Systeme und Elektrofahrzeuge, bei denen durch einen zusätzlichen separaten Hochspannungsteil neue Herausforderungen zu bewältigen sind.

Die Dynamik der Bordnetzentwicklung lässt bereits heute ein spannendes Kooperationsforum „Industriearbeitskreis Bordnetze 2009“ bei BMW in München erwarten .

Ansprechpartner:
Dr. Andreas Böhm