Fedélzeti hálózat

Fedélzeti hálózat

közúti járművekhez, motiváció és innováció

1996. februárAz AUDI, BMW, MERCEDES BENZ, OPEL, PORSCHE, VW cégek kezdeményezése:Az autóipar 2005-re megígérte a vevőknek, hogy az 1990-es évet alapul véve a CO2-kibocsátást 25 %-al csökkenti. Ez az üzemanyag-fogyasztás 70 %-os csökkentését jelenti, amit az autóipar 3 l/100 km-es fogyasztással definiált.A járművek energiaszükségletét próbapadon határozzák meg, ahol a villamos fogyasztók nem üzemelnek.Normál üzemben azonban a villamos fogyasztók akár 1,5 l/100 km többletfogyasztást okozhatnak.Megoldás: Olyan fedélzeti architektúra kialakítása, ami a fogyasztók teljesítmény-kihasználásának optimalizálása mellett a villamos energia előállításának és elosztásának a hatásfokát is megjavítja olyan mértékben, hogy minimális üzemanyag-felhasználás ellenére minden fogyasztó biztonságos üzeme teljesíthető legyen.

Tartalom

Mit jelent SCI-WORX (volt Sican)?

Fedélzeti hálózati architektúra

A 42 V-os hálózat motivációja

Jövőbeni energiaellátó rendszerek

Elektromos/elektronikus rendszerek és

komponensei a 42 V-os hálózathoz

Energiamenedzsment

A 42 V-os fedélzeti hálózat szabványosítása

42 V már nem utópia

12 V 36 , hanem 42 V

Villamos működtetések verseny és gazdaságossági okokból

14 V esetén nagy áramok, nagy veszteségek (Pv=RxI2)

Innovatív megoldások lehetősége( EVT, EMB, ISAD, stb.)

Hálózat egyre bonyolultabb (energiatakarékosság, működőképesség garantálása, energiamenedzsment

Villamos rendszerek csak működéskor fogyasztanak

Egyszerűen programozhatók, vezérelhetők, szabályozhatók

Egyszerűsödik a szerelés

Növekszik az elhelyezés rugalmassága

Recycling könnyebb, nincs pl. hidraulikaolaj

Méretezés a tényleges igényre (pl. vízszivattyú, klímakompresszor)

EMB, Steer by Wire kiegészítő funkciói szoftveresen megoldhatók (ABS, ESP, ASC)

Folyamatok próbaállomáson szimulálhatók, járműre jellemző tulajdonságok szoftveresen beállíthatók (pl. egyéni kormányjellemzők)

Helymegtakarítás, zajcsökkentés, rugalmas elhelyezés az új megoldásokkal

Egy 42 V-os fedélzeti hálózat motivációi

Tegnap

Ma

Holnap

6 kW közepes teljesítmény, csúcsban 20 kW-ig

40 vezeték, 60 érintkező

1900 vezeték, 3800 érintkező

3 km vezeték, 40 kg

> 100 villamos motor, μCs

+ „X-by-WIRE”, EVT, KSG, ??

+ vill. Szivattyúk, klimakompr. ??

+ támogató rendszerek, infotainment, ??


Egyenértékek:

?? Miért kell több villamosság/elektronika ??


Villamos motoros hajtások előnyei

Energia csak „szükség esetén” (szervo, ABS, szivattyúk)

Mechanikus kapcsolatok elmaradása (költség, zaj, súrlódás)

Egyszerűbb elhelyezés és szerelés (pl.: kormányzás)

„Egyszerű” vezérelhetőség és szabályozhatóság (programozás)

Fejlesztési költségek és idő csökkentése

Hidraulika elhagyása (recycling)

Asszisztens rendsz.-hez kedvezőbb (pl.: korm. beavatkozás)

Komfortjellemzők javulása (memória)


Példák

Jármű + („X-by-Wire”, EVT, KSG, Vill.-szivattyúk/

-szellőzők, Vill.-klíma

egyenlő

Jármű – (kormányoszlop, kapcsoló rudazat, mech.

pedálok, hidraulika, vezértengely(ek),

vezérműlánc/fogasszíjak,

ékszíjak, önindító, lendítőkerék)


Energiaáramok az automobilban

Tankolt energia

Továbbítási energia

Hőenergia

Jármű

ZajenergiaVillamos energia

x U x I x t

100 W villamos energia 50 kg-nak felel meg

Hagyományos generátorok hatásfoka kb. 50 % (fordulatszámfüggő)

Azonos teljesítmény esetén 1/3-ad áram

1/9-ed, vagy 1/3-ad vezetékkereszt-metszet esetén 1/3-ad veszteség

Vezetékkeresztmetszet növelés súlynövekedést és szerelési problémákat okoz a térfogat-növekedés és a nagyobb merevség miatt


Villamos fogyasztók teljesítményei és bekapcsolási idői

villamos teljesítmény

Bekapcsolási idő

Aktív futómű

EMB

Katalizátorfűtés

FékekShift-by-wire

Indítómotor


14 V-os fedélzeti hálózat megtartása

42 V-os fedélzeti hálózat bevezetése

Veszteségek a vezetékekben (vezetékkeresztmetszetek)

Szerelési/súly-problémák(vezetékek, akkumulátor)

E-rendszerek (fék, EVT nem lehetségesek)

Áram 1/3, veszteségek 1/9, nem kell érintésvédelem

Csökk. Vezeték-ker. metszetek (fóliavezetők, súly)

„X-by-WIRE”, EVT, E-kat lehetséges

KSG bevezetése (start-stop-rendszerek)

Félvezetőköltségek jelentős csökkenése

Veszteségek a vezetékekben (vezeték-keresztmetszetek)

Szerelési/súly-problémák(vezetékek, akkumulátor)

E-rendszerek (fék, EVT nem lehetségesek)

A 6(7) V-ról a 12(14) V-ra történő átálláskor a félvezető-technológia nem volt téma

Ma ez a a jármű „agyának” alapja, a mikroelektronika

A mikroelektronika teszi lehetővé, hogy pl. a motor tartalékai kihasználjuk

Félvezetők a működtető és biztonsági áramkörökben

Méginkább a komfort és informatikai rendszerekben

Kb. 80 V-ig kevésbé a feszültség, inkább az áram a döntő

Nagy áramok nagy veszteséget, nagy melegedést okoznak, ami nagy méreteket és hűtőfelületet követel meg

Pl. egy teljesítmény FET 42 V-nál 20 % felület mellett képes azonos teljesítmény kapcsolására

Az előbbi nagyobb integráltságot tesz lehetővé

Félvezető kapcsolók alkalmazása lehetséges

Szabványok szerint 42 V esetén 400 ms-ig 300 V zavarfeszültség megengedett

Ez megsemmisítené az előbbieket, vagy drága védelmi áramköröket követelne meg

Jármű esetében a zavarfeszültséget 4000 ms-ra és 58 V-ra korlátozták

A 42 V és a rögzített csúcsfeszültségek nem igénylik az érintésvédelmet


félvezetőkAutóipar: legnagyobb növekedési ráta 1999-ben

Villamosság/elektronika 2005-ben az értékteremtés kb. 30 %-a

Félvezetőeszközök és (mikro-) elektronika növekvő költségei

42 V: a félvezetők felületének 20 %-ra csökkenése

Trend: rendszer-egy csip-en

Feszültségkorlátozás szükséges (terhelés megszüntetés)

Azonnali átállás nem képzelhető el

Izzólámpák 42 V-al nem üzemeltethetők

Alternatív fényforrások: xenon-lámpa, fénycső, LED, stb.

Megoldás lehetne a helyi DC/DC átalakító, de drága

Érintettek a információs és szórakoztató elektronikai eszközök

Nem szabad megfeledkezni a „bikázás”-ról sem

Átmeneti megoldás a két feszültségű hálózat

A 14-ről 42 V-ra történő lépcsőzetes átállás elsősorban gazdasági és gyakorlati előnyöket rejt

Először a nagyteljesítményű fogyasztók kerülnek a 42 V-os rendszerbe

Korábbi izzólámpák használhatók

Idegen indítási segítség megoldott (ha az indítómotor 42 V-os, akkor DC/DC átalakító kell)

A 42 V-os akkut védeni kell, nehogy azzal hozzanak létre párhuzamos kapcsolatot (kivezetések zárlatvédelme is fontos)

A biztonság miatt is szükséges a második akku

A két feszültségű rendszer bonyolult

Rövidzár lehet a két feszültségszint között is (a kisebb áram miatt a 14 V-os biztosíték nem szólal meg, a különálló kábalköteg nem realizálható)

Várhatóan 2005-ben jelennek meg az első járművek

Kezdetben költségnövekedés, emiatt a bevezetés a „felső” kategóriában várható

Mikor lesz nyereséges az átállás?


Átállás a 42 V-os fedélzeti hálózatra

Hirtelen átállás problematikus:A fogyasztók nagy száma, különösen az

Izzólámpák (PWM?)

Információs és szórakoztató elektronika

Idegen indításMigráció szükséges

Megoldás: 14V/42V-kétfeszültségű fedélzeti hálózat


Még megválaszolandó kérdések:

Architektúra

Rövidzárvédelem 14 V 42 V

Póluscserevédelem

Extra költségek (Renault: kb. 100 EU)„Break-Even”-pont

Logisztika

Ki fizeti ??


Az előnyök összefoglalása

Azonos aktorteljesítménynél kisebb terhelőáram

Kisebb vezeték-veszteségek, kisebb keresztmetszetek

Nagyobb aktor-hatásfok

Kisebb félvezetőköltségek azonos kapcsolási telj.-re

Rendszermegoldások egy-chip-megoldásként

A villamos veszteségek csökkenése következtében üzemanyag megtakarítás


Új funkciók egyszerűbb megvalósíthatósága

A fejlesztés javítása és gyorsítása

A szerelés, karbantartás és recycling egyszerűsödése

Az el. hajtások „multifunkcionalitása” következtében az azonos részek részesedésének növekedése

Mechanikus kapcsolatok elmaradása

Időhorizont:

Documents

Fedélzeti hálózat