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Jedes Watt zählt

Intelligentes Energie- und Leistungs-Management für die Autos von morgen

27. Juli 2012, 11:14 Uhr | Von Hans-Ulrich Michel, Andreas Barthels und Gregor Walla

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Fortsetzung des Artikels von Teil 5

Wechselwirkungen gefährden die Bordnetzstabilität

Da die einzelnen Verbraucher im System wechselwirken und durch die Überlagerung aller Verbräuche ein Spannungseinbruch entstehen kann, ist eine enge Verbindung der Verbraucher mit einem übergeordneten Leistungs-Management wichtig. Dabei ist vor allem die Reaktionsgeschwindigkeit der Mechanismen, die für eine Stabilisierung verwendet werden, entscheidend.

Durch die steigende Anzahl der elektrischen Verbraucher wird es außerdem zunehmend schwierig, alle eventuell auftretenden Lastszenarien durch Kundenkomfortfunktionen und deren Einfluss auf die Spannungsstabilität zu berücksichtigen. Aus diesem Grund ist es essentiell, Stabilisierungsmechanismen zu entwickeln, die gleichzeitig zu einer Komplexitätsreduktion der zu betrachtenden Lastszenarien führen.

Um auch für künftige Fahrzeuggenerationen eine stabile Spannungsversorgung zu gewährleisten, sind neue Konzepte bei der Auslegung einer E/E-Architektur notwendig. Die modellbasierte Auslegung durch Simulation ist dabei der Grundstein. Dynamische Modelle von Energieerzeugern, Energiespeichern und den verschiedenen Verbrauchern sowie dem Kabelbaum spielen dabei die Schlüsselrolle.

Neben den eigentlichen Mechanismen zum Management von Energie und Leistung im Fahrzeug wird die energetische Partitionierung von Software- auf Hardware-Bausteine untersucht. Die verschiedenen Energiesparkonzepte haben das Ziel, lediglich die Fahrzeugfunktionen auszuführen, die in einem bestimmten Fahrzeugzustand notwendig sind. Nicht benötigte Funktionen sollen abgeschaltet und, wenn möglich, ganze Steuergeräte schlafen gelegt werden. Das Potential dieser Mechanismen hängt jedoch wesentlich von der Partitionierung der verschiedenen Fahrzeugfunktionen auf die Komponenten der Steuergeräte-Architektur ab.

Die heutige E/E-Fahrzeug-architektur ist über mehrere Fahrzeuggenerationen gewachsen; die Partitionierung erfolgte dabei weitgehend entsprechend der eigentlichen Funktion. Energetische Aspekte spielten lediglich eine untergeordnete Rolle. Dies führte dazu, dass ein komplexes Funktionsnetz entstanden ist, in dem die einzelnen Funktionskomponenten stark voneinander abhängen. Diese teilweise nicht notwendigen Abhängigkeiten der Funktionen und die Steuergeräte-übergreifende Vernetzung erschweren jedoch das bedarfsgerechte Degradieren bzw. Abschalten von Steuergeräten. Wird ein Steuergerät z.B. in einem bestimmten Fahrzeugzustand schlafen gelegt, werden alle darauf partitionierten Funktionskomponenten nicht mehr ausgeführt. Es dürfen daher also nur Funktionen auf diesem Steuergerät ausgeführt werden, die die Sicherheit und den Komfort für den Kunden in diesem Fahrzeugzustand nicht beeinträchtigen.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird ein Konzept erarbeitet, mit dem sich unterschiedliche Partitionierungen hinsichtlich energetischer Aspekte bewerten lassen können. Dazu wird ein auf Trace-Level-Simulation basierendes Evaluierungs-Framework entwickelt, mit dem aufgrund des beschriebenen Hard- und Software-Modells Aussagen über den Energieverbrauch, die Leistungsaufnahme und die Leistungsfähigkeit einer gegebenen Partitionierung gemacht werden können. Dies gibt dem Entwickler bereits in der frühen Phase der E/E-Architekturentwicklung die Möglichkeit, den Entwurfsraum zu untersuchen und unterschiedliche Partitionierungsalternativen zu vergleichen.