Da Fahrzeuge immer autonomer werden, müssen sich Energiesysteme von passiven Komponenten zu intelligenten Wächtern entwickeln. Die Fähigkeit, die Stromversorgung zu regulieren, zu überwachen und zu schützen, ist nicht länger optional – sie ist die Grundlage für Sicherheit und Leistung.

Im Jahr 2023 werden mehrere wichtige Trends die Automobilindustrie maßgeblich beeinflussen, insbesondere in den Bereichen Batteriemanagementsysteme (BMS), AUTOSAR-Standards und Gleichspannungswandler.

Batterie-Management-System (BMS)

Der BMS-Markt erlebte bemerkenswerte Fortschritte, insbesondere mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen (EVs) und Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs). Einer der wichtigsten Trends war die Entwicklung und Einführung von kabellosen BMS. Diese Innovation reduziert den Bedarf an umfangreicher Verkabelung, vereinfacht die Installation, senkt die Kosten und minimiert das Risiko von Verkabelungsfehlern.

AUTOSAR (Offene Systemarchitektur für die Automobilindustrie)

AUTOSAR dominiert weiterhin als wichtigster Softwarearchitektur-Standard im Automobilsektor. Im März 2023 lag der Schwerpunkt auf AUTOSAR Adaptive, das auf die Entwicklungsbedürfnisse von autonomen und vernetzten Fahrzeugen ausgerichtet ist. Diese Version unterstützt die komplexen Anforderungen moderner Fahrzeugsoftwaresysteme und verbessert die Flexibilität und Skalierbarkeit.

DC-DC-Wandler

DC/DC-Wandler in der Automobilindustrie haben mit der Integration der Siliziumkarbid (SiC)-Technologie erhebliche Verbesserungen erfahren. Dieser Fortschritt bietet eine höhere Effizienz und Zuverlässigkeit. Zu den wichtigsten Entwicklungen gehörten die Integration in Hochspannungssysteme und verbesserte Schnellschaltfähigkeiten, die zu einer besseren Effizienz der Stromumwandlung in Elektrofahrzeugen führen. Ein weiterer Schwerpunkt war die Nachhaltigkeit mit der Entwicklung umweltfreundlicher Wandler und fortschrittlicher digitaler Funktionen für eine bessere Überwachung und Steuerung. Die steigende Nachfrage aus den Schwellenländern, insbesondere aus dem asiatisch-pazifischen Raum, hat die Innovation und das Marktwachstum weiter vorangetrieben.

Der Kunde, ein führender Tier-1-Zulieferer, der für das hochgradig autonome Fahrzeugproduktionsprogramm eines renommierten deutschen OEMs arbeitet, benötigte ein DC-DC-Stromumwandlungssystem, das als ausfallsichere Backup-Stromquelle dienen konnte. Er benötigte einen Partner mit Fachwissen in den Bereichen Leistungselektroniksoftware, funktionale Sicherheit, Diagnose und Cybersicherheit.

Das Projekt war hochkomplex und umfasste mehr als 800 detaillierte Anforderungen in den Bereichen Leistungsregelung, Echtzeitdiagnose, funktionale Sicherheit und Cybersicherheit. Es musste die ASPICE Level 2 Zertifizierung erfüllen, um sicherzustellen, dass es den Industriestandards entsprach. Um ein zuverlässiges und ausfallsicheres Stromversorgungssystem zu liefern, entschied sich das Tier-1-Unternehmen für Acsia, da das Unternehmen über Fachwissen in den Bereichen Leistungselektroniksoftware, funktionale Sicherheit, Diagnose und Cybersicherheit verfügt.

Ein auf Zuverlässigkeit ausgelegtes System

Der 12V-DC-DC-Stromrichter wurde entwickelt, um kritische Betriebs- und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, wie z.B.:

• Intelligente Spannungsregulierung, die den Input von der primären Stromquelle aufnimmt, um die Stabilität zu erhalten.
• Verstärken und verwalten Sie den Energiefluss und sorgen Sie so für eine kontinuierliche und ununterbrochene Stromversorgung.
• Überwachen Sie Spannung, Strom und Temperatur in Echtzeit und erkennen Sie so potenzielle Ausfälle, bevor sie zu Störungen führen können.
• Integrieren Sie Cybersecurity-Schutzmaßnahmen zum Schutz vor externen Bedrohungen und unbefugtem Zugriff.
• Kommunizieren Sie nahtlos mit anderen Fahrzeugsystemen und sorgen Sie so für reibungslose Stromübergänge ohne Unterbrechung.

Um diese Anforderungen in ein funktionsfähiges, reales System zu verwandeln, setzte Acsia eine strukturierte Methodik ein, um die über 800 Anforderungen in eine funktionierende Systemarchitektur zu übersetzen. Dabei wurde jede Funktion in Hardware-, Software- und Betriebskomponenten zerlegt und kategorisiert, um die Übereinstimmung mit Sicherheit, Leistung und Compliance zu gewährleisten. Auf diese Weise wurde sichergestellt, dass jede Systemfunktion sorgfältig auf die ihr zugedachte Rolle abgebildet wurde, was die Implementierung effizient und vorhersehbar machte.

AUTOSAR-Integration

Ein entscheidender Faktor bei der Erfüllung dieser Anforderungen war die Integration des AUTOSAR-Basis-Software-Stacks. Acsia wurde aufgrund seiner umfassenden Erfahrung in den Bereichen AUTOSAR-Konfiguration, -Integration, -Testing und -Validierung sowie seiner Fähigkeit, Aufgaben im Bereich der funktionalen Sicherheit gemäß dem ASPICE V-Modell zu übernehmen, ausgewählt. Der Umfang umfasste:

• Ableitung der System- und Softwareanforderungen für das Tier-1-Produkt
• Integration des Vector Bootloaders mit Tier-1 Algorithmen
• Integration von OEM-spezifischen Anwendungssoftware-Komponenten in den AUTOSAR-Stack
• Entwicklung und Integration von Diagnosediensten auf der Grundlage von UDS (ISO 14229)
• Entwicklung und Integration von OBD-Funktionen unter Verwendung des OBD-on-UDS-Protokolls
• Entwicklung, Validierung und Ausführung von Software-Testfällen in Übereinstimmung mit den ASPICE-Standards
• Automatisierung von Softwaretests und Ausführung in einer HIL-Umgebung (Hardware-in-the-Loop)

Es wurde eine benutzerdefinierte Anwendungsschicht entwickelt, um die wichtigsten Steuerungsstrategien des DC-DC-Wandlers zu verwalten, einschließlich der Steuerung der Kondensatorvorladung und der Aktivierung des Boost-Modus auf der Grundlage der Eingaben des BMS. Diese Schichtenarchitektur gewährleistet Sicherheit, Rückverfolgbarkeit und Skalierbarkeit der Plattform.

Bei der Entwicklung eines DC-DC-Stromversorgungssystems geht es nicht nur um die Regulierung der Spannung – es erfordert Präzision, die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften und eine intelligente Fehlerbehandlung. Acsia hat dafür gesorgt, dass jeder Aspekt des Systems auf Stabilität, Sicherheit und Widerstandsfähigkeit ausgelegt ist.

Ausfallsichere Sicherheit

• Um die strengsten Sicherheitsstandards der Branche zu erfüllen, hat Acsia diese eingeführt:
• Eine intelligente Zustandsmaschine, die dynamisch Stromübergänge und Systemwiederherstellung verwaltet.
• ASIL-D (Hardware) und ASIL-B (Software) Sicherheitsmaßnahmen, die die Einhaltung der Normen für funktionale Sicherheit gewährleisten.
• End-to-End-Schutz (E2E) für die CAN-Kommunikation, der eine sichere und störungsfreie Datenübertragung garantiert.
• Die Memory Protection Unit (MPU) sichert kritische Prozesse ab, um unbeabsichtigte Ausfälle zu verhindern.
• Umfassende Sicherheitsbewertungen, einschließlich HAZOP (Hazard and Operability Analysis), um Risiken zu identifizieren und zu mindern.
• 99% Testautomatisierung, Beschleunigung der Validierung und Gewährleistung eines hohen Maßes an Systemzuverlässigkeit.

Diese Maßnahmen stellten sicher, dass das DC-DC-Stromversorgungssystem nicht nur betriebsbereit, sondern auch ausfallsicher war und setzten einen neuen Maßstab für intelligente Stromversorgungslösungen.

Vollständig einsatzbereit

• Acsia stellte sicher, dass das DC-DC-Stromversorgungssystem voll funktionsfähig, zertifizierbar und produktionsbereit war. Es erreichte die ASPICE Level 2-Zertifizierung im ersten Anlauf – ein Meilenstein nicht nur für den Lieferanten, sondern für die gesamte Branche – und wurde erfolgreich in die Plattform des OEMs integriert.
• Der Beitrag von Acsia ging über die typische Softwarelieferung hinaus. Das Team begann damit, jede Anforderung systematisch dem entsprechenden Teilsystem zuzuordnen, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit und eine strukturierte Implementierung zu gewährleisten. Das Design orientierte sich an Standards wie ISO 26262, MISRA und Cybersicherheitsprotokollen für die Automobilindustrie.

Innovation auf dem neuesten Stand

• Verwendung einer dynamischen State-Machine-Architektur, die Leistungsübergänge und Wiederherstellungsvorgänge in Echtzeit bewältigen kann.
• Es wurden Speicherschutzmaßnahmen eingeführt, um eine Prozessisolierung zu gewährleisten und unbeabsichtigte Ausfälle zu verhindern.
• Die Kommunikationsschicht des Systems wurde mit einem Ende-zu-Ende-Schutz entwickelt, um die Datenintegrität in CAN-Netzwerken zu gewährleisten.

Selbstbewusst, selbstschützend

• Um Ausfallsicherheit und Transparenz im großen Maßstab zu gewährleisten, implementierte Acsia einen hochautomatisierten Validierungsprozess, der MIL-, SIL- und HIL-Testumgebungen kombiniert.
• Außerdem wurden Mechanismen zur prädiktiven Diagnose und Fehlertoleranz integriert, die es dem System ermöglichen, Spannung, Strom und Temperatur kontinuierlich in Echtzeit zu überwachen und Anomalien zu erkennen, bevor sie den Betrieb stören können.

Mehr als nur ein Power Modul

Das System ist in der Lage:

• Echtzeit-Stromüberwachung und prädiktive Diagnose für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in unternehmenskritischen Anwendungen.
• Autonome Fehlererkennung und -behebung, bevor sie den Betrieb beeinträchtigen.
• Gewährleistung langfristiger Stabilität bei gleichzeitiger Einhaltung höchster Sicherheits- und Cybersicherheitsstandards.

Mit automatischer Fehlererkennung, sicherer Kommunikation und vorausschauender Diagnose setzt das System neue Maßstäbe für ein zuverlässiges Energiemanagement.

In einer Zeit, in der die Ausfallsicherheit der Stromversorgung von entscheidender Bedeutung ist, zeigt die Arbeit von Acsia an diesem Projekt, was möglich ist, wenn Software-Intelligenz auf Feinmechanik trifft.

Umfassende Kenntnisse der Vector Tools

Durch dieses Projekt erwarb das Acsia-Team ein umfassendes Verständnis der Vector-Tools wie VTestStudio, DaVinci Configurator und Developer, die für die Konfiguration und den Test AUTOSAR-konformer Systeme entscheidend sind. Dieses Wissen ist für zukünftige Projekte, die eine präzise und effiziente Software- und Hardware-Integration erfordern, von großer Bedeutung.

V Model Expertise

Das Projekt festigte Acsias Fähigkeit, die Stufen SYS.2 bis SYS.5 und SWE.1 bis SWE.6 des V-Modells zu bearbeiten. Dazu gehören die Systementwicklung, die Softwareentwicklung und die Sicherstellung, dass alle Komponenten die erforderlichen Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllen. Dieses Fachwissen ist für die Verwaltung komplexer Automobilprojekte, die mehrere Entwicklungsstufen und strenge Testprotokolle umfassen, unerlässlich.

Beherrschung der BMS-Architektur

Acsia demonstrierte seine Fähigkeit, Balancer-Modul-Projekte innerhalb der BMS-Architektur zu verwalten. Dabei handelt es sich um die komplizierte Aufgabe, die Zellenspannung innerhalb eines Batteriepacks auszugleichen, um eine optimale Leistung und Langlebigkeit der Batterie zu gewährleisten. Diese Fähigkeit ist besonders wichtig, da die Automobilindustrie weiterhin innovativ ist und immer fortschrittlichere und effizientere Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge entwickelt.