Energiemanagement in Fahrzeugen mit alternativen Antrieben

Lange, Stephan; Schimanski, Michell

Die Automobilindustrie wird in den nächsten Jahren mit vielen Herausforderungen wie zum Beispiel strengeren Abgasnormen und steigenden Ölpreisen konfrontiert. Um sich den Herausforderungen zu stellen, werden zurzeit Fahrzeuge mit alternativen Antrieben entwickelt und auf dem Markt platziert. Um weiterhin einen sicheren und effizienten Betrieb der elektrischen Komponenten zu gewährleisten, ist die Einführung eines ganzheitlichen Energiemanagements notwendig. Es umfasst dabei alle planenden, steuernden und vorausschauenden Maßnahmen. Im ersten Teil der Arbeit wird ein neuartiges Systemkonzept vorgestellt, das mittels interner Fahrzeuginformationen online eine Prognose vorausliegender Fahrsituationen wie z.B. Geschwindigkeits- und Höhenprofile vornehmen kann. Darauf aufbauend kann die Betriebsstrategie den zukünftigen Leistungs- bzw. Energiebedarf des Fahrzeugs berechnen und Steuerbefehle einleiten, um einen effizienteren Fahrbetrieb zu ermöglichen. Die Grundlage dieses Systemkonzeptes ist die Erkennung von Fahrstrecken anhand charakteristischer Lenkradwinkelinformationen und das Anlegen einer Historiendatenbank für die gefahrenen Strecken mit den jeweiligen Geschwindigkeits- und Höhenprofilen. Ausgehend von einer umfassenden Bordnetzanalyse werden im zweiten Teil der Arbeit verschiedene Auswirkungen auf den Entwicklungsprozess für die Dimensionierung der Bordnetzenergieversorgung diskutiert. Hieraus resultiert die Notwendigkeit, eine Toolkette zu entwickeln, welche auf Simulationen basiert. Diese besteht aus kommerziellen Simulationstools und der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Software Avanti (Advanced Analysis Tool and Simulation Interface). Avanti ermöglicht eine automatisierte und optimale Vorgehensweise bei der Dimensionierung unter Berücksichtigung verschiedener Steuerungsalgorithmen. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Toolkette ist dabei die Einbindung einer in VHDL-AMS entwickelten und verifizierten Modellbibliothek für die Bordnetzkomponenten.

Within the next few years, the automotive industry will be confronted with many challenges, as for example stricter emission standards and increasing oil prices. To meet the challenges, alternative drive concepts are currently being developed and placed in the market. To ensure a secure and efficient operation of the electric components, the introduction of an integrated energy management is required. It comprises all planning, controlling and predictive measures. The first part of this dissertation presents a new system concept, which can make an online prognosis of expected driving situations, such as speed and altitude profiles by means of internal vehicle information during an operating cycle. Based on this the control strategy can calculate the future power requirement of the vehicle and initiate control commands to enable a more efficient driving. The basis of this system concept is the recognition of routes with characteristic steering angle information and the creation of a history database for the routes driven with the respective vehicle speeds and altitudes. On the basis of an extensive analysis of the vehicle's electrical system in the second part of the dissertation, different effects on the development process for dimensioning the electrical system power supply are discussed. From this follows the necessity to develop a tool chain based on simulations. The tool chain consists of commercial simulation tools and the software Avanti (Advanced Analysis Tool and Simulation Interface) which is developed within the scope of the dissertation. Avanti enables an automated and optimal procedure when dimensioning the vehicle's electrical system in consideration of different control algorithms. A substantial part of this tool chain is the integration of a verified VHDL-AMS model library for the electrical system components.

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Lange, Stephan / Schimanski, Michell: Energiemanagement in Fahrzeugen mit alternativen Antrieben. 2006.

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