BORDNETZAUSLEGUNG MIT EINEM SIMULATIONSWERKZEUG VON DER ANFORDERUNG BIS ZUR SERIEDurch die steigende Vernetzung im Fahrzeug und darber hinaus mit dem Internet wchst die Komplexitt

der elektrischen und elektronischen Systeme, Komponenten und Funktionen. Um diese zu beherrschen,

ist die Bordnetzentwicklung mittels Simulation bereits heute ein wichtiges Instrument, um leistungsstarke und

ausfallsichere Bordnetze auszulegen. Bosch Engineering untersttzt die Bordnetzauslegung von der

Anforderung bis zur Serie mit einem leistungsstarken Simulationstool, das sich jetzt auch fr Elektro- und

Hybridantriebsentwicklungen eignet.

ENTWICKLUNG BORDNETZ

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BORDNETZAUSLEGUNG DURCH SIMULATION

Die Zahl elektrischer und elektronischer Komponenten und Systeme im Auto sowie deren Vernetzung wchst stetig. Das erhht die Komplexitt im Gesamt-verbund Fahrzeug. Diese Komplexitt muss beherrscht werden, und das opti-male Auslegen und Steuern komplexer Bordnetze und Fahrzeugsysteme wird zur wichtigen Kompetenz in der Fahr-zeugentwicklung. Die Bosch Engineering GmbH setzt hierfr unter anderem auf die Bordnetzauslegung durch Simulation ber die gesamte Prozesskette einer Fahrzeugentwicklung und ber System-grenzen hinaus: vom Antriebsstrang und effizienten Nebenaggregaten bis hin zu Sicherheits-, Assistenz- und Komfort-systemen sowie deren Zusammenwirken im Gesamtfahrzeug. Die Bordnetz-auslegung durch Simulation basiert auf einer neuen leistungsfhigen Software. Diese kann sowohl fr die Bordnetz-entwicklung eines konventionellen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, fr Motoren mit alternativen Kraftstoffen als auch fr die Antriebsstrang-entwicklung von Elektro- und Hybrid-fahrzeugen eingesetzt werden.

BORDNETZSIMULATION IM V-MODELL

Bei der Auslegung von Fahrzeugbordnet-zen wird als Grundlage das 1979 vorge-stellte V-Modell verwendet, das auf dem Wasserfallmodell basiert. Im V-Modell wird der Bordnetz-Entwicklungsprozess V-frmig durchlaufen, . Jeder Entwicklungs zyklus im V-Modell beginnt mit der Definition der Anforde-rungen, gefolgt von einer Konzept- und

Layoutphase. In dieser wird die grundle-gende Architektur fr das sptere Bord-netz definiert. Im Anschluss folgen die Auswahl konkreter Komponenten und die Definition der Anforderungen an die Funktionen fr Energie- und Fahrzeug-Managementsysteme. Sind alle Anforde-rungen, Funktionen und Komponenten definiert, ist das Design des Bordnetzes festgelegt und wird freigegeben. Es folgt eine Modell- und Systemverifikation mit zahlreichen Messungen und Simulatio-nen. In einem letzten Schritt vor der Serienfreigabe werden typische Use Case- und spezielle Worst Case-Sze-narien validiert.

Die Bordnetzauslegung durch Simula-tion untersttzt die Fahrzeugentwick-lung besonders effektiv, wenn ein Simu-lationswerkzeug eingesetzt wird, das alle Entwicklungsprozesse abdeckt. In der Vergangenheit wurden vielfach Simulationswerkzeuge genutzt, die bei-spielsweise die Bordnetzauslegung wh-rend der ersten Schritte im V-Modell untersttzten, jedoch nicht die notwe-nige Detaillierung fr alle Prozess-schritte bis zur Serienfreigabe enthielten. Wiederum andere Softwareprodukte hat-ten ihren Schwerpunkt in der zweiten Hlfte des V-Modells und konnten ber-wiegend fr Detailsimulationen, umfangreiche Tests und Verifikationen angewendet werden. Moderne Simulati-onswerkzeuge knnen heute von der Anforderung bis zur Serienfreigabe ent-lang des gesamten V-Modell eingesetzt werden. Sie erfllen somit einerseits den Kundenwunsch, grobe Systemauslegun-gen in kurzer Zeit und ohne aufwndige Messungen der finalen Komponenten zu erstellen. Andererseits kann jeder Kunde mit ihnen spezifische und detaillierte Simulationen seiner gewnschten Archi-

AUTOREN

ROMAN LAHMEYERist Teamleiter fr Simulation bei der

Bosch Engineering GmbH in Abstatt.

CHRISTOPH PREHList Projektleiter fr Bordnetz-

simulation bei der Bosch Engineering GmbH in Abstatt.

DONGDAO ZHANGist Ingenieur fr System entwicklung

bei der Bosch Engineering GmbH in Abstatt.

Bordnetzauslegung mit dem V-Modell

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tektur bis zur Freigabe fr die Serie vornehmen.

EIN TOOL VON DER ANFORDERUNG BIS ZUR SERIE

Bosch Engineering hat ein neues und erweitertes Werkzeug fr die Bordnetz-auslegung entwickelt, das die Kriterien

nach einer ganzheitlichen Untersttzung entlang aller Prozessschritte im V-Modell erfllt, . Der Anwender definiert zunchst seine Anforderungen an das Bordnetz und whlt Komponenten aus, die aufgrund von Gewicht, Bauraum und Leistungskategorie fr seine gewnschte Bordnetzarchitektur geeignet sind. Dafr verfgt das Simulationswerkzeug ber

fest hinterlegte und modular aufgebaute Parameterstze von speziell ermittelten Sttzpunktparametern. Diese knnen durch Skalierung der jeweils hinterlegten Parameterstze beliebig angepasst wer-den. Beispielsweise kann die Generator-gre in Schritten von jeweils 10 A aus-gewhlt werden. Mit diesem Vorgehen ist ein schnelles und einfaches Design des

bersicht der Software fr die Bordnetzauslegung

ENTWICKLUNG BORDNETZ

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Bordnetzes mglich. Nach der groben Bordnetzauslegung erhht sich der Detaillierungsgrad. Die einzubauenden Komponenten und Teilsysteme werden schrittweise konkretisiert, und die gege-benenfalls vorhandene elektrische Ener-giemanagement-Funktion (EEM) wird getestet. Per Mausklick lassen sich dafr die bisher skalierten Parameter der virtu-ellen Komponenten gegen genaue Para-meter realer Komponenten austauschen und im Bordnetzmodell einsetzen. Dafr verfgt die Software ber eine umfang-reiche Modellbibliothek mit Parameter-stzen fr Komponenten unterschiedli-cher Gren und Hersteller. Wahlweise knnen auch die Datenstze neuer Kom-ponenten durch zum Beispiel Prf-standsmessungen bestimmt werden. Sind alle Komponenten definiert, lassen sich verschiedene Bordnetzkonfiguratio-nen mit dem Simulationswerkzeug bewerten und vergleichen sowie Betriebsstrategien und Systemfunktionen entwickeln.

FUNKTIONEN DES SIMULATIONSWERKZEUGS

Neben der Auswahl der optimalen Bord-netzkomponenten, zum Beispiel Batterie und Generator, kann mit der Bordnetz-simulation die Ladebilanz simuliert und verbessert werden. Ziel ist es, durch die Komponentenauswahl ein stabiles Bord-netz mit positiver oder ausgeglichener Ladebilanz zu entwickeln. Das Simulati-onsmodell ermittelt dafr den Kraftstoff-verbrauch des Fahrzeugs. Diese Informa-tion wird beispielsweise fr die Bewer-tung von EEM-Funktionen genutzt. Die Berechnungen des Kraftstoffverbrauchs beruhen entweder auf Prfstandsmes-sungen oder auf Applikationsdaten der Motorsteuerung. In beiden Fllen sind im Simulationsmodell alle erforderlichen Funktionen hinterlegt, beispielsweise ein erhhter Kraftstoffverbrauch bei Motor-warmlauf. Dafr sind die Parameter fr Verbrennungsmotor-, Batterie- und ver-schiedene Verbrauchermodelle tempera-turabhngig integrierbar.

In der Bordnetzsimulation knnen die elektrischen Verbrauchermodelle wahl-weise als passive oder aktive Verbrau-cher hinterlegt werden. Bei passiven Ver-brauchern whlt der Anwender beim Start der Simulation, ob diese aktiviert oder deaktiviert sind, sowie deren ent-sprechende Verbrauchswerte. Ein typi-

scher passiver Verbraucher ist der Schei-benwischer. Da die Simulation keinen zeitlich begrenzten Niederschlag abbil-den kann, aktiviert oder deaktiviert der Anwender den Scheibenwischer vor der Simulation. Dies ist erforderlich, da das Modell in wesentlichen Teilen als Rck-wrtssimulation arbeitet. Das bedeutet, das Modell reagiert nicht auf einen Fahr-

wunsch, sondern auf die hinterlegten Zyklen (Geschwindigkeit, Ein-/Aus-schaltzeiten). Diese Zyklen sind frei pro-grammierbar und knnen zum Beispiel aus vorherigen Messungen bernommen oder synthetisch generiert werden.

Verbraucher wie der Motorlfter wer-den meist als aktive Verbraucher in der Bordnetzsimulation hinterlegt. Steigt die

04I2013 8. Jahrgang

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