Entwicklung einer Methodik zur simulationsbasierten Dimensionierung von Kfz-Bordnetzen

Abstract

Bedingt durch den stetigen Anstieg elektrischer Verbraucher, deren Leistung im Fahrzeug und der Elektrifizierung des Antriebsstrangs gewinnt die Dimensionierung des Kabelbaums immer mehr an Bedeutung. Die Verkabelung hat große Auswirkungen auf die elektrischen Funktionen, das Gewicht, den benötigten Einbauraum und die Kosten. Nur mit leistungsfähigen Methoden kann ein optimierter Kabelbaum mit minimalen Kosten unter gleichzeitiger Berücksichtigung der elektrischen Funktionen entwickelt werden. Insbesondere die Integration dynamischer Lasten mit hohen Spitzenströmen ist eine Herausforderung bei der Auslegung der Leitungen. Neue Ansätze für die Architektur, wie bei-spielsweise Mehrspannungsbordnetze, müssen untersucht werden. Die Einführung zusätzlicher Spannungsebenen (z. B. 48 V) für Hochleistungsverbraucher muss analysiert und bewertet werden. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, welche die Simulation unter besonderer Berücksichti-gung der Stromtragfähigkeit der Leitung und der Spannungsstabilität des Bordnetzes verwendet. Diese Methodik ermöglicht eine automatisierte Modellerstellung, Simulation und Optimierung des Bordnetzes auf Basis von Kabelbaumlisten. Zur Verifikation werden verschiedene Topologien simuliert und die Einsparpotentiale bewertet. Die entwickelte Methodik zeigt, wie Bordnetztopologien analysiert werden. Resultat der Optimierung sind die Parameter für die Leitungsquerschnitte, der Einbauraum für die Wandler und die Architektur. Zur Verifikation werden statische Quellen und Verbraucher verwendet. Die Methodik erlaubt zugleich das Beurteilen dynamischer Komponenten, wie auch das Erhöhen der Anzahl an Wandlern und das Verwenden verschiedener Spannungsebenen. Die Optimierung bietet die Möglichkeit simulationsbasiert beide Kriterien zu berücksichtigen. Neben den Leitungsquerschnitten werden der Einbauraum der Wandler und die Architektur als variable Pa-rameter gewählt. Die Analyse der verschiedenen Varianten erfolgt über verschiedene Bewertungs-funktionen, die jeweils spezifisch für die Leitungen und Wandler entwickelt werden. Durch den entwi-ckelten zweikriteriellen Evolutionären Algorithmus kann das Ergebnis als eine Pareto-Front dargestellt werden, die alle nicht dominierten Parametersätze berücksichtigt. Die optimale Variante wird bestimmt, indem beispielsweise die niedrigsten Anschaffungs- oder Betriebskosten berücksichtigt werden oder eine Kombination aus beiden als Optimierungsgrundlage dient.