Funktionale Sicherheit
Eine ganze Branche unter Strom
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
State-of-the-Art-Steuergeräteentwicklung
Die generischen Sicherheitssteuergeräte von TTTech entsprechen den Anforderungen aller industrieüblichen Sicherheitsstandards und sind für den Einsatz in unterschiedlichen Bereichen geeignet. Im Rahmen der Produkt-entwicklung werden an sämtlichen Elektronikkomponenten Reviews von Schaltung und Layout, Code Reviews, systematische Tests aller Anforderungen, die Ausführung von Software-Modul-Tests und Integrationstests sowie EMV- und Umwelttests durchgeführt. Zusätzlich werden alle Steuergeräte in den finalen Schritten der Produktion durch ein hochautomatisiertes End-of-Line-Testsystem überprüft, um den erforderlichen Sicherheits-Level aller ausgelieferten Produkte zu gewährleisten.
Variabler Einsatz des Steuergeräts HY-TTC 90
Finden die in ISO 26262 definierten Prozesse auf den elektrischen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs Anwendung, folgen daraus sehr konkrete Anforderungen an die Auslegung des Systems. Die Einhaltung der normgerecht abgeleiteten, systemspezifischen Sicherheitsziele macht eine hohe Eigensicherheit der einzelnen Komponenten erforderlich. Auch im Fehlerfall darf keine Gefahr vom elektrischen Antriebsstrang ausgehen
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Mit HY-TTC 90 (Bild 1) hat TTTech ein multifunktionales Steuergerät für den Bereich elektronischer Steuerungen sicherheitsrelevanter Funktionen konzipiert. Die Architektur entspricht Sicherheits-Level (SIL) 2 gemäß der Norm IEC 61508 oder dem Leistungs-Level (PL) d der ISO 13849. Im Rahmen der Entwicklung einer neuen Generation des hydrostatischen Antriebs im Off-Highway-Bereich wurde HY-TTC 90 erstmalig in einer sicherheitsrelevanten Serienanwendung eingesetzt.
Im Automobilbereich wird HY-TTC 90 in verschiedenen sicherheitsrelevanten Applikationen – vor allem in Elektrofahrzeugen – verwendet, wobei das Steuergerät unterschiedliche Funktionen übernehmen kann.
Ebenfalls basierend auf dem HY-TTC 90 wurde mit der Torque Supervising Unit (TSU) eine Add-on-Überwachungseinheit entwickelt. Diese ermittelt und überwacht kontinuierlich das tatsächlich erzeugte Drehmoment, indem sie die elektrischen Signale verschiedener Einzelkomponenten im Antriebsstrang auswertet. Im Fehlerfall überführt die TSU das Gesamtsystem in einen sicheren Zustand. Dieses Konzept ermöglicht eine schnelle und günstige Umsetzung der systemspezifischen Sicherheitsanforderungen bereits in der Prototypenphase, weil Komponenten wie Antriebssteuergeräte und Leistungselektronik nicht zwangsläufig neu entwickelt werden müssen, um den Anforderungen von ISO 26262 gerecht zu werden. Die TSU wird bereits in einer Flotte von mehr als hundert Elektrofahrzeugen eingesetzt.
Sicherheit im Fokus
Die Akasol Engineering GmbH, Gewinner des eCarTec Awards 2010, hat sich für eine Erweiterung ihres Batteriesystems auf Basis eigener integrierter Module für HY-TTC 90 als zusätzliche Sicherheitskomponente entschieden. Das Sicherheitssteuergerät wird als Batteriemanagementsystem- (BMS-) Master im Batteriekonzept verwendet, das die übergeordnete Batteriesteuerung sowie die Überwachung aller sicherheitsrelevanten Funktionen übernimmt. Im Weiteren wird das thermische System der Batterie, das eine extrem kompakte Bauweise bei hoher Leistungsfähigkeit beinhaltet, angesteuert.
Eine vergleichbare Lösung kommt auch bei den Batteriepacks der paragon AG zum Tragen. Sie basieren auf einem Baukastensystem, das aus Modulen mit jeweils 64 Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen und autarkem Batteriemanagementsystem besteht. Die Module werden in einem speziellen Gehäuse mit Thermo-Management und übergeordneter Steuerung geliefert, für die das Sicherheitssteuergerät der TTTech zum Einsatz kommt.
Der bereits seit 2012 für Kunden verfügbare Mercedes-Benz Vito E-Cell setzt bei seinem Elektroantrieb – einer Lithium-Ionen-Traktionsbatterie – ebenfalls auf eine Sicherheitslösung der TTTech Automotive GmbH. Konkret wird hier ein Sicherheitssteuergerät, das robuste und leistungsstarke HY-TTC 94, zur Kontrolle des Torque Vectoring eingesetzt.
Für die auf E-Antriebe spezialisierte Tochter von American Axle & Manufacturing Holdings Inc. (AAM), die e-AAMTM in Schweden, wurde ebenfalls ein Prototyp für ein Sicherheitssteuergerät zur Kontrolle des elektrischen Antriebsstrangs entwickelt. Neben der reinen Überwachungsfunktion beherbergt die Plattform außerdem die Steuerungs-Software für das Achsgetriebe samt Torque Vectoring.
Maßgeschneiderte Lösung
Eine kundenspezifische, spezialisierte Hardware-Variante des Steuergeräts HY-TTC 90 entstand in Form der Inverter Safety Unit (ISU). Diese ist unter Beibehaltung des XC2287M- und HC908-Rechnerkerns als integraler Bestandteil des 106-kW-Umrichters DMC524 der Brusa Elektronik AG konzipiert. Die in das Gehäuse des Inverters integrierte ISU verfügt über spezielle Sensorik und Algorithmen zur Ermittlung des Ist-Moments und zur unabhängigen Detektion von Fehlern, die zur Verletzung von Sicherheitszielen führen könnten. Bei unzulässiger Abweichung zwischen Soll- und Ist-Moment wird der sichere Zustand des elektrischen Antriebsstrangs über innenliegende und externe Abschaltpfade eingenommen. Diese nach ISO/DIS 26262 ASIL C entwickelte Lösung kommt in der Elektrofahrzeugvariante des Volvo C30 in Serie zum Einsatz.
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- ASIL-D-Plattformsteuergerät für E-Antriebsstrang
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