Schnellere und effizientere Entwicklung durch Simulation Simulation – die Zukunft der Bordnetz-Auslegung #####

Mit der Bordnetz-Simulationsumgebung ist eine schnelle und zuverlässige Bestimmung der Auswirkung auf die Ladebilanz und den Kraftstoffverbrauch bei Austausch oder Veränderung einzelner Komponenten im Fahrzeug möglich.

Schnellere und effizientere Entwicklung durch Simulation

Mit der Bordnetz-Simulationsumgebung ist eine schnelle und zuverlässige Bestimmung der Auswirkung auf die Ladebilanz und den Kraftstoffverbrauch bei Austausch oder Veränderung einzelner Komponenten im Fahrzeug möglich.

Die Anforderungen an ein elektrisches Fahrzeugbordnetz wachsen mit dem Wunsch nach mehr Sicherheit und Komfort stetig an. Mit jeder neuen Baureihe eines Fahrzeuges werden immer mehr elektrische Verbraucher als Serien- oder Sonderausstattung angeboten. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass jedes Jahr der Anteil an Fahrzeugpannen steigt, die durch allgemeine Elektronikprobleme verursacht werden [1]. Über 20 Prozent aller Pannen sind auf eine defekte oder entladene Batterie zurückzuführen. Neben der unangenehmen Eigenschaft, dass bei einer leeren Batterie ein Start aus eigener Kraft nicht mehr möglich ist, muss für die Versorgung der elektrischen Verbraucher ein nicht zu vernachlässigender Anteil an Kraftstoff verbrannt werden. Die Auswirkungen der einzelnen elektrischen Verbraucher auf die Batterieladebilanz sowie auf den Kraftstoffverbrauch und den damit verbunden CO2-Austoß können mit Bordnetz- Simulationen ohne den Aufbau von teuren Prototypen bestimmt werden.

Bordnetzauslegung – Planung und Dimensionierung

Durch die Einführung von Simulationstechniken kann den steigenden Anforderungen und dem zunehmenden Preisdruck in der Fahrzeugentwicklung entgegnet werden. Das an das V-Modell angelehnte Vorgehen des elektrischen Bordnetznetz-Entwicklungsprozesses ist in Bild 1 dargestellt. Im Zuge der Gesamtentwicklung wird dieses „V“ mehrfach durchlaufen (V-Zyklus). In diesen V-Zyklen verschieben sich je nach Projektfortschritt die Schwerpunkte. In der frühen Phase sind in erster Linie die Design-Aktivitäten bestimmend, in späten Phasen sind es die Testaktivitäten. Bei der Simulation wird anstatt eines realen Prototyps (orangfarbener Pfad) ein „virtueller Prototyp“ (weißer Pfad) aufgebaut. Der Vorteil ist, dass eine Änderung schnell und kostengünstig umgesetzt werden kann. Bei realen Prototypen ist eine kleine Änderung oft mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Zudem können in einer Simulation die für den Prozess kritischen Komponenten oft leichter identifiziert werden als in einem realen Bauteil. Wenn bereits bei der Erstellung des Modells auf ein robustes und leicht handhabbares Konzept geachtet wird, kann eine Analyse einzelner Bauteile oder des Gesamtsystems in einer frühen Entwicklungsphase vollzogen und eventuelle Probleme können vor dem Aufbau der ersten realen Baugruppe behoben werden. Aus diesem Grund werden Simulationen immer wichtiger bei der Entwicklung und Auslegung eines modernen Kraftfahrzeugs.

Bei dem Vergleich der Ergebnisse nach Aktivierung des elektrischen Energiemanagements (Bild 4) liegt der Kraftstoffverbrauch in der Simulation bei 8,06 l/100 km. Die Messungen haben in diesen Fall einen Verbrauch von 8,49 l/100 km ermittelt. Vergleicht man den eingesparten Kraftstoff, so stellt man fest, dass in der Simulation 0,21 l und in der Messung 0,2 l eingespart wurden. Diese Werte entsprechen einer prozentualen Einsparung von 2,5 % bzw. 2,3 %. Das Delta der Einsparung ist somit fast identisch.

Simulation spart Zeit und Kosten

Das Beispiel zeigt, dass sehr gute Ergebnisse mit der Simulation erreicht werden. Ein wichtiger Punkt für eine erfolgreiche Simulation ist der strukturierte Aufbau des Modells. Bei der Anwendung des V-Modells wird dieses Kriterium bereits erfüllt. Neben der Beherrschung der Komplexität und somit auch der Identifizierung von prozesskritischen Komponenten ist das primäre Ziel einer Simulation die Einsparung von Zeit und Kosten. Neben der quasi stationären Bordnetz-Simulation, welche ein wichtiges Hilfsmittel bei der Bewertung von Bordnetz- Auslegungen und elektrischen Energiemanagement- Funktionen ist, können bei der Bosch Engineering GmbH (www.bosch-engineering.de) auch dynamische Simulationen durchgeführt werden. Ein Beispiel für eine solche dynamische Simulation ist die Modellierung des Magnetkreises in einem Klauenpolgenerator [2].