Connected Car & Co. Mehr als Kabel: Wie sieht das Bordnetz der Zukunft aus?

Von Bernd Jost *

Früher ein austauschbares Commodity-Produkt, heute eine zunehmend sicherheitskritische Komponente: Das automobile Bordnetz hat einen erheblichen Bedeutungswandel erfahren. Und diese Entwicklung ist noch längst nicht abgeschlossen.

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Die Zukunft des Kabelbaums: 
In modernen Autos stecken 
mehrere Kilometer Kabel.
Die Zukunft des Kabelbaums: 
In modernen Autos stecken 
mehrere Kilometer Kabel.
(Bild: DiIT)

Bordnetze haben eine steile Karriere hingelegt. Bestanden sie ursprünglich aus einigen wenigen Drähten zur Verbindung der Batterie mit dem Anlasser, haben sie inzwischen ein völlig anderes Gesicht. Heutige Bordnetze sind hochkomplexe Gebilde, bestehen aus Kabeln mit einer Gesamtlänge von mehreren km und können bis zu 60 kg wiegen.

Die Gründe für diese Entwicklung sind natürlich das elektrifizierte und autonom fahrende Auto und das Connected Car. Sie machen moderne Autos zu rollenden Netzwerken, die mit Fahrassistenzsystemen den Menschen beim Spurwechsel, Bremsen oder Einparken unterstützen, ihm durch autonomes Fahren gleich die gesamte Fahrzeugsteuerung abnehmen, und ihm digitale Services wie Car- und Ridesharing ermöglichen. Für die erforderliche Versorgung mit Daten und Strom braucht es dabei deutlich mehr als ein paar Drähte.

Multicore-Leitungen für Hochvolt-Bordnetze

Die elektrischen Antriebskonzepte verlangen dabei sogar nach speziellen Hochvolt­bordnetzen. Im Gegensatz zu 12-V-Netzen, die sich in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren finden, benötigen batterieelektrische Autos eine völlig andere Spannungsebene, um die erforderliche Energie zwischen Batterie- und Motorentechnik zu übertragen.

Derzeit weisen solche Hochvolt-Bordnetze Spannungen von 400 und 600 V auf, künftig werden sie bis 800 V und bei Fahrzeugen im Luxussegment sogar bis 1.000 V reichen. Dafür sind ganz neue Leitungen erforderlich.

Weisen beim herkömmlichen 12-V-Netz die meisten Leitungen Querschnitte von weniger als einen Qua­dratmillimeter auf, liegen sie bei Hochvolt-Bordnetzen bei circa 35 Qua­dratmillimetern. Zudem ist der Aufbau der erforderlichen Leitungen deutlich komplexer.

Ist ihr Großteil bislang einadrig, benötigen Elektroautos mehradrige Multi-Core-Leitungen. Aus Sicherheitsgründen müssen sie außerdem geschirmt sein, um Kopplungseffekte mit anderen elektrischen oder elektronischen Komponenten eines Fahrzeugs auszuschließen.

Bordnetz: Weitere Veränderungen stehen bevor

Der Siegeszug des elektrifizierten, selbstfahrenden und vernetzten Autos wird die Bordnetze weiter verändern. Die Fahrzeuge werden mit immer mehr elektrischen Bauteilen und Funktionen ausgestattet, die wiederum mehr Sensoren, Schalter und Leitungen benötigen. Zusätzlich wird das autonome Fahren aus Sicherheitsgründen verstärkt nach Redundanzen verlangen.

Kritische Funktionen müssen ähnlich wie bei einem Flugzeug mehrfach abgesichert werden. Nur dann ist gewährleistet, dass beim Ausfall eines Schalters oder Kontakts ein anderer einspringen und die Funktion aufrechterhalten kann. Die Bordnetze würden dadurch allerdings immer schwerer und chaotischer. Das würde sich nachteilig auf die Energieeffizienz der Autos auswirken und die Suche und Behebung von Fehlerursachen erschweren.

Anforderungen der Backbone-Topologie

Deshalb könnte es sein, dass Bordnetze eine komplett andere Architektur erhalten. Während sie heute noch alle Komponenten direkt miteinander verdrahten, ist für die Zukunft etwa eine so genannte Backbone-Topologie vorstellbar. Dabei würde dann der komplette Energie- und Kommunikationsfluss über eine zentrale Schicht aus Leitungen laufen, die beispielsweise im Boden des Fahrzeugs verbaut ist.

Diese Schicht kann dann mit einzelnen kleineren Kabelsätzen an die einzelnen Komponenten angeschlossen werden. Da sich die Komponenten auf diesem Weg ein gemeinsames Backbone teilen, könnten zahlreiche Verbindungen eingespart werden. Das Bordnetz wäre leichter und deutlich übersicht­licher.

Darüber hinaus könnte es sein, dass kundenspezifische Kabelbäume künftig überflüssig werden. Da die Endkunden, zumindest in Europa, ihre Autos in aller Regel individuell konfigurieren, handelt es sich bei Bordnetzen meist um kundenspezifische Kabelbäume (KSK). Praktisch jedes Bordnetz wird heute in Losgröße 1 gefertigt.

Setzt sich der Trend der Shared Mobility irgendwann auf breiter Front durch, könnte sich das grundlegend ändern. Dann stellen große Mobilitätsdienstleister vielleicht tausende identische Fahrzeuge bereit, die sämtliche denkbare Funktionen als Grundausstattung mitbringen.

Die einzelnen Fahrer haben dann die Möglichkeit, nach dem „Pay per Use“-Modell die von ihnen gewünschten Features gezielt freizuschalten; sei es der Allradantrieb für das Skiwochenende, ein bestimmtes Infotainment-System für den Mitfahrer oder eine verlängerte Akkulaufzeit für den Stau.

Bordnetze werden zu sicherheitskritischen Komponenten

Wohin die Reise am Ende auch immer gehen mag, eines steht fest: Bordnetze werden immer mehr zu sicherheitskritischen und qualitätsgetriebenen Komponenten. Auf ihre Hersteller werden deshalb ganz andere Anforderungen in Sachen Qualität, Dokumentation und Rückverfolgbarkeit seitens der OEM zukommen.

Diese Anforderungen werden sich nur durch weitere Digitalisierung erfüllen lassen. Die Bordnetzhersteller benötigen Softwarelösungen, die sie beim fließenden Übergang auf andere Herstellungsverfahren und Designs flexibel unterstützen und ihnen eine schnelle Reaktion auf geänderte Anforderungen ermöglichen – unabhängig davon, wo sie sich gerade in ihrem Transformationsprozess befinden.

* Bernd Jost ist Geschäftsführer von DiIT, Spezialist für integrierte Software­systeme in der Kabelsatzproduktion in Krailling.

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