Der Tesla Cybertruck revolutionierte die Automobilindustrie mit seinem bahnbrechenden 48-V-Bordnetz und Steer-by-Wire.Natürlich wären solche transformativen Fortschritte ohne eine neue Art der Verkabelung von Kabelbäumen und eine neue Änderung der Kommunikationsmethoden nicht möglich gewesen.
Tesla Motors hat kürzlich ein Patent angemeldet und nimmt Kabelbäume erneut ins Visier.
Cybertruck sieht möglicherweise etwas langweilig aus und fühlt sich weniger gut an, als Musk zuvor gesagt hat. Die fortschrittlichen Technologien von Cybertruck enttäuschen jedoch nicht.
Eines davon ist das erstmals in einem Serienfahrzeug eingesetzte 48-V-Niedervolt-Bordnetz. Tesla hat seine elektrische Architektur durch erhebliche Verbesserungen verbessert und vereinfacht, was es ihm ermöglichen wird, die nächste Generation von Elektrofahrzeugen zu günstigeren Kosten zu bauen.
Tesla gab bekannt, dass die Verkabelungsarchitektur des Cybertrucks im Vergleich zu früheren Tesla-Elektrofahrzeugen deutlich vereinfacht wird. Tesla erreichte dies durch den Einsatz mehrerer lokaler Controller, die an einen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus angeschlossen waren, anstatt jede elektrische Komponente an einen zentralen Controller anzuschließen.
Um diese Situation zu verstehen, ist es notwendig, über traditionelle Fahrzeuge zu sprechen.
Typischerweise muss jeder Sensor und jede elektrische Komponente in einem Fahrzeug an eine zentrale Steuerung und ein Niederspannungssystem zur Stromversorgung angeschlossen werden. Manchmal bedeutet dies, dass komplexe Teile viele Drähte erfordern. Nehmen wir als Beispiel eine Autotür. Es kann Sensoren enthalten, die dem Computer des Fahrzeugs signalisieren, dass das Fahrzeug geöffnet, geschlossen oder geneigt ist. Das Gleiche gilt für Fenster, die über Schaltflächen zum Öffnen und Schließen verfügen. Diese Schalter sind mit den Bedienelementen des Fahrzeugs verbunden, die wiederum mit Fensterantrieben zum Absenken oder Anheben des Glases verbunden sind.
An dieser Stelle fügen wir Lautsprecher, Airbags, Kameras hinzu …… Und Sie werden verstehen, warum Kabelbäume so verwirrend sind. Die Kabel in modernen Fahrzeugen erstrecken sich über Tausende von Metern, was die Komplexität, die Kosten und das Gewicht erhöht. Erschwerend kommt hinzu, dass der Bau und die Installation im Grunde genommen von Hand erfolgt. Dies sind teure und zeitaufwändige Prozesse, die Tesla eliminieren möchte.
Aus diesem Grund entstand die Idee der verteilten Steuerungen. Anstelle einer zentralen Einheit wird das Fahrzeug mit vielen lokalen Steuerungen für verschiedene Funktionen ausgestattet.
Verteilte Controller
Beispielsweise sind Türsteuerungen dafür verantwortlich, Fenster, Lautsprecher, Lichter, Spiegel usw. und andere Komponenten elektrisch zu versorgen, bevor sie funktionieren können. In diesem Fall wären die Drähte kurz und könnten alle in der Türbaugruppe enthalten sein.
Die Tür wäre dann mit nur zwei Drähten an den Datenbus des Fahrzeugs angeschlossen, der auch die elektrischen Komponenten mit Strom versorgt. Die gesamte Komplexität der Tür kann mit nur zwei Drähten realisiert werden, während für ein herkömmliches Auto ein Dutzend oder mehr erforderlich wären, was Tesla mit dem Cybertruck getan hat.
Der Elektro-Pickup nutzt ein Steer-by-Wire-System, das einen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus (mit geringer Latenz) benötigt, um Lenkradbewegungen in Echtzeit an die Räder des Cybertrucks zu übertragen. Aus diesem Grund ist der in den meisten modernen Autos verwendete CAN-Bus nicht ausreichend: Er weist einen geringen Datendurchsatz (ca. 1 Mbit/s) und eine hohe Latenz auf. Stattdessen verwendet Tesla eine Version der Gigabit-Ethernet-Architektur mit Power over Ethernet und nutzt dieselben Datenleitungen zur Stromversorgung der Komponenten.
Das Datennetzwerk, das Tesla im Cybertruck nutzt, hat eine Latenz von nur einer halben Millisekunde, perfekt für Blinker. Es bietet außerdem genügend Bandbreite, damit die verschiedenen Controller in Echtzeit kommunizieren und als Einheit arbeiten können. Tesla erhielt im vergangenen Dezember ein Patent für dieses Kommunikationssystem, und Cybertruck nutzt es voll aus. Allerdings hat Tesla noch ein weiteres Ass im Ärmel, das zur Rationalisierung der Produktion beitragen könnte. Es ist von entscheidender Bedeutung für Teslas 25.000 US-Dollar teures Elektroauto, dessen Markteinführung im Jahr 2025 geplant ist.
Modulares Verkabelungssystem
Laut einer aktuellen Patentanmeldung mit dem Titel „Wiring System Architecture“ hat Tesla ein modulares Verkabelungssystem entwickelt, das die Herstellung erheblich vereinfacht. Dazu gehören die Backbone-Verkabelung für Strom und Daten und die EMI-Abschirmung zur Begrenzung von Störungen. Das Beste daran ist, dass diese modulare Verkabelung leitfähige Beschichtungen und Klebstoffe auf der Karosserie umfasst, was die Robotermontage und Teslas neuen Herstellungsprozess für unverpackte Fahrzeuge unterstützt.
Den in der Patentanmeldung enthaltenen Grafiken zufolge macht das modulare Verkabelungssystem Kabel überflüssig und Komponenten werden dank proprietärer Steckverbinder einrasten. Außerdem ist es flach, sodass die Drähte nicht hervorstehen oder gar sichtbar sind. Im Gegensatz zu Kabelbäumen, die manuell von Arbeitern an einer Produktionslinie installiert werden müssen, eignet sich die Installation eines modularen Verkabelungssystems besser für die Automatisierung.
Im Gegensatz dazu sind die Steckverbinder eines Flachkabelsystems in jeder Automobilkomponente enthalten, von Strukturplatten bis hin zu komplexeren Baugruppen wie Türen. Zum Einbau dieser Komponenten gehört auch das Herstellen der notwendigen Verbindungen, ähnlich wie beim Zusammenkleben von Legos. Dies reduziert Produktionszeit und -kosten.
Ich bin mir nicht sicher, ob Cybertruck über diese Art von Verkabelung verfügt, obwohl er sicherlich einen Gigabyte-Ethernet-Bus in Automobilqualität anstelle eines CAN-Busses verwendet. Jedoch,Die beiden Systeme arbeiten nahtlos zusammen und bieten bei gemeinsamer Nutzung einen doppelten Nutzen.
Teslas geplantes Low-Cost-Modell wird wahrscheinlich keine Steer-by-Wire- oder andere exotische Komponenten verwenden, aber es wird sicherlich ein schnelles Kommunikations-Backbone und ein modulares Verkabelungssystem wie das im Patent beschriebene benötigen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. Dezember 2023