Effiziente modellbasierte Analyse der transienten Stabilität moderner Kfz-Energiebordnetze
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Date
2025
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Abstract
Durch zunehmend automatisierte Fahrfunktionen steigen die Anforderungen an die funktionale Sicherheit zukünftiger Fahrzeuge. Für sicherheitskritische Funktionen ist eine hochzuverlässige Energieversorgung notwendig, die auch im Falle eines Fehlers innerhalb des Systems aufrecht erhalten werden muss. Da bereits kurze Versorgungsunterbrechungen während des hochautomatisierten Fahrens kritische Auswirkungen haben können, muss die transiente Stabilität des Systems bereits während der Entwicklung analysiert und sichergestellt werden. Da hierzu simulative Untersuchungen notwendig sind, werden im Rahmen dieser Arbeit modellbasierte Methoden zur Analyse der transienten Stabilität von Kfz-Energiebordnetzen entwickelt.
Insbesondere Leitungsfehler und Schaltvorgänge, z. B. von Sicherungen, stellen relevante transiente Störquellen dar. Um diese simulieren zu können, werden geeignete Sicherungsmodelle entwickelt. Zur Quantifizierung der Bordnetzstabilität werden anschließend Bewertungskriterien definiert. Für umfassende Untersuchungen großer Systeme sind übliche transiente Simulationen jedoch aufgrund ihres Zeitaufwands nicht praktikabel.
In dieser Arbeit wird daher eine effiziente Vorselektionsmethode zur Identifikation potentiell kritischer Szenarien entwickelt. Durch Worst-Case-Abschätzungen und analytische Berechnungen im Zeit- und Frequenzbereich kann die Zahl der notwendigen transienten Simulationen stark reduziert werden. Werden auf diese Weise kritische Szenarien identifiziert, muss das System anschließend stabilisiert werden. Hierzu wird eine systematische Methode basierend auf Sensitivitäten im Frequenzbereich präsentiert. Die entwickelten Methoden werden in einem großen Beispielsystem validiert und erzielen eine Rechenzeitreduktion von etwa 99 % im Vergleich zu den üblichen transienten Simulationen.
Mit den entwickelten Methoden werden im Anschluss beispielhafte Fragestellungen untersucht. Insbesondere werden die Auswirkungen moderner elektronischer Sicherungen auf die transiente Stabilität diskutiert und mit konventionellen Schmelzsicherungen verglichen.
Description
Table of contents
Keywords
Simulation, Transiente Stabilität, Energiebordnetz, Kfz, eFuse
Subjects based on RSWK
Personenkraftwagen, Kraftfahrzeugelektrik