Bordnetze und Leistungsmanagement

Herausforderung

Die zunehmende Elektrifizierung der Komponenten in zukünftigen Automobilen sorgt für eine große und hochdynamische Leistungsnachfrage im elektrischen Bordnetz. Elektrifizierte Antriebe in Hybrid- und Elektrofahrzeugen verstärken diesen Trend zusätzlich. Da die Komponenten des Bordnetzes aus Effizienzgründen nicht im selben Maße mitwachsen können, ist durch die großen Leistungsschwankungen die Bordnetzstabilität gefährdet. Unterspannungen können zu Funktionseinschränkungen oder sogar zum Ausfall von Steuergeräten führen.

Bei einem abrupten Brems- und Ausweichmanöver ergeben sich zum Beispiel allein von vier Fahrwerksregelsystemen Stromspitzen von über 175 A in wenigen Millisekunde, die in Extremfällen Spannungseinbrüche von bis zu 7,5 V verursachen (Abb. 1).

 

Ziele

Wir entwickeln ein intelligentes und prädiktives Leistungsmanagement, das es ermöglicht, Leistungsangebot und -nachfrage zu koordinieren und eine bestmögliche Erfüllung aller Funktionen zu gewährleisten. Insbesondere sollen vorhandene Leistungsreserven ausgeschöpft und kommende Leistungsspitzen prädiziert und somit das Bordnetz darauf vorbereitet werden. So soll die Bordnetz-Stabilität in allen Situationen erreicht werden.

Teilaspekte

Komplexitätsmanagement

Um die Komplexität der zahlreichen elektrischen Komponenten im Fahrzeug genauso wie die weit über hundert möglichen Eingangsgrößen des Prädiktionsmodells zu beherrschen, basiert das gesamte System auf den Methoden der Kybernetik. Dazu gehören zum Beispiel:

  • Komplexitätsreduktion durch Datenverdichtung
  • Trennung von Objekt- und Lenkungsebene
  • Hierarchisierung und Koppelung von Teilnetzen
  • Umweltkoppelung
  • Weiche Modellierung

Entwicklung eines Prädiktionsmodells

Aus den vorhandenen Sensor- und Navigationsdaten entwickeln wir eine prädiktive Fahrsituations- und Umwelterkennung. Die Beherrschung der dabei auftretenden Komplexität spielt eine wichtige Rolle, so dass durch die standardisierte Sensordatenfusion und Informationsverdichtung auch künftige Informationen wie Car-to-Car- oder Car-to-Infrastructure-Informationen leicht integriert werden können. Eine weiche Modellierung mit der Theorie der Linearen Partiellen Information ermöglicht auch Aussagen bei ungenauer oder unvollständiger Information.

Entwicklung eines Leistungsmanagement-Systems

Wir entwickeln ein kybernetisches Leistungsmanagement-System, das den aktuellen Zustand sowie die aktuelle Leistungsreserve des Bordnetzes erfasst und mit den prädizierten Anforderungen vergleicht. Wenn dabei eine Lücke detektiert wird, können präventiv geeignete Gegenmaßennahmen eingeleitet werden.

Wenn zum Beispiel von der Umweltkoppelung erkannt wird, dass das Fahrzeug bei Minusgraden auf einer engen Bergstraße unterwegs ist, ein eher sportlicher Fahrer am Steuer sitzt und in zwei Sekunden eine enge Kurve passiert wird, ist die Gefahr einer Leistungsspitze durch die Aktivierung mehrerer Fahrsicherheitssysteme wie ABS oder DSC sehr groß. Ein Leistungsmanagement könnte ohne spürbaren Sicherheits- oder Komfortverlust für die Insassen zum Beispiel kurzzeitig die Leistung unwichtiger Verbraucher degradieren, um so die Leistungsspitze abzufedern und die Bordnetzspannung stabilisieren.

Verifikation am Prüfstand

In unserem Bordnetzprüfstand simulieren wir ein reales Fahrzeug-Bordnetz in seiner Umgebung (Abb. 2), so dass alle Aspekte des Kabelbaums und des verteilten Energieversorgungsnetzes berücksichtigt werden. Fahrzyklen oder beliebige bei Testfahrten aufgezeichnete Fahrsituationen können am Prüfstand nachgefahren werden. Damit lassen sich die Managementmaßnahmen verifizieren und optimieren.

Nähere Informationen zum Aufbau des Prüfstandes finden Sie unter Bordnetz-Prüfstand.

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