Das von der Robert Bosch GmbH geleitete Projekt AutoDrive, das am 30. Juli 2021 vorgestellt wurde, konzentrierte sich auf die Erforschung und Entwicklung eines fehlertoleranten Antriebsstrangs für ein vollständig autonomes Shuttle, das mit einer 48-Volt-Elektroarchitektur arbeitet. Das Hauptziel bestand darin, das traditionelle Fail-Safe-Paradigma – bei dem ein Fahrzeug im Falle eines Fehlers sofort anhält – durch ein Fail-Operational-Konzept zu ersetzen, das es dem Fahrzeug ermöglicht, den sicheren Betrieb fortzusetzen, selbst wenn eine einzelne Komponente ausfällt. Diese Umstellung ist für autonome Fahrzeuge der SAE-Stufe 5 unerlässlich, die für den Betrieb ohne Eingreifen des Fahrers ausgelegt sind und sich daher nicht auf einen einfachen Notstopp verlassen können, um die Sicherheit zu gewährleisten.

Um dies zu erreichen, hat das Team ein umfassendes prädiktives Diagnosesystem für mechanische Fehler entwickelt. Durch die Integration von Echtzeit-Sensordaten mit fortschrittlichen Algorithmen zur Fehlervorhersage kann das System Ausfälle in kritischen Komponenten wie dem Getriebe und dem Elektromotor vorhersehen, bevor sie sich als katastrophale Ereignisse manifestieren. Das Diagnosemodul fließt in eine hierarchische Sicherheitsarchitektur ein, die kaskadenförmig von der Fahrzeugebene bis hinunter zu den einzelnen Subsystemen reicht und gewährleistet, dass Sicherheitsentscheidungen mit der richtigen Granularität getroffen werden.

Zur Unterstützung der Design- und Zuverlässigkeitsanalyse wurde ein generisches Modell des Antriebsstrangs erstellt. Dieses Modell erfasst die elektrischen, mechanischen und thermischen Wechselwirkungen innerhalb der 48-Volt-Architektur und ermöglicht die Simulation von Fehlerszenarien und die Bewertung ihrer Auswirkungen auf die Fahrzeugleistung. Anhand dieses Modells entwickelte das Team ein fehlertolerantes Getriebe, das bei einem Lagerausfall das Drehmoment umverteilen kann, und ein elektrisches Antriebssystem, das seinen Energiefluss neu konfigurieren kann, um den Antrieb aufrechtzuerhalten, wenn eine Motorphase ausfällt. Ein begleitendes Design-Tool wurde entwickelt, um die Auswahl der fehlertoleranten Komponenten zu automatisieren und die Kompromisse zwischen Sicherheit, Gewicht und Kosten zu bewerten.

Auch die Strategien für das Energie- und Leistungsmanagement wurden verfeinert. Das System kann die Batterienutzung und die regenerativen Bremsprofile dynamisch anpassen, um die geringere Energieverfügbarkeit im Fehlerfall zu kompensieren und so die Reichweite zu erhalten und sicherzustellen, dass kritische Sicherheitsfunktionen weiterhin mit Strom versorgt werden. Die Gesamtarchitektur wurde auf einer speziellen Teststrecke auf dem Bosch-Forschungscampus in Renningen validiert, wo das Shuttle den autonomen Betrieb unter simulierten Fehlerszenarien demonstrierte und damit die Machbarkeit des Fail-Operational-Ansatzes bestätigte.

Über die technischen Errungenschaften hinaus hat das Projekt einen soliden Rahmen für die Zusammenarbeit geschaffen. Der Bosch-Geschäftsbereich Powertrain Solutions arbeitete eng mit seinen Forschungslabors zusammen, um sicherzustellen, dass die Erkenntnisse aus der Studie auf die Produktionslinien übertragen werden konnten. Das Projekt war in Lieferketten und Arbeitspakete gegliedert, die klare Schnittstellen zwischen den Partnern und eine effiziente Fortschrittsverfolgung ermöglichten. Das Projekt lief von 2019 bis 2021 und endete mit dem Abschlussbericht und dem Einsatz des Demonstrators. Die Finanzierung erfolgte im Rahmen des deutschen Bundesforschungsprogramms unter der Projektnummer PT-463/2019/038. Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit akademischen und industriellen Partnern durchgeführt, wobei die Namen der Partner in diesem Bericht nicht genannt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass AutoDrive einen validierten, fehlertoleranten 48-Volt-Antriebsstrang geliefert hat, der prädiktive Diagnostik, generische Modellierung und adaptives Energiemanagement integriert und damit die Sicherheit und Zuverlässigkeit von vollständig autonomen Shuttles verbessert. Die kooperative Struktur des Projekts und die Anpassung an die Produktionsprozesse der Industrie machen es zu einem wichtigen Schritt auf dem Weg zum kommerziellen Einsatz von autonomen Fahrzeugen der Stufe 5.