Modellbasierte Analyse und Diagnose von Lichtbogenfehlern in 48 V Kfz-Bordnetzen

Zur Untersuchung der Beschaffenheit von Lichtbogenfehlern in 48 V Kfz-Bordnetzen und für die Simulation der elektrischen, und gegebenenfalls funktionalen, Auswirkungen wird in dieser Arbeit ein neues Lichtbogenmodell entworfen, welches die in dieser Arbeit analysierten und definierten Anforderungen an Lichtbogenmodelle für Simulationen in 48 V Kfz-Bordnetzen erfüllen kann. Dieses Lichtbogenmodell kann mit Modellen von Bordnetzen kombiniert und so für die Analyse von fehlerhaften Bordnetzen verwendet werden. Anhand einer exemplarischen Bordnetzauslegung wird demonstriert, dass bei geschickter Wahl der Bordnetzabschlüsse und Verkabelungselemente eine intrinsische Sicherheit gegen serielle Lichtbögen erreicht werden kann. Für parallele Lichtbögen wird ein Diagnoseverfahren vorgestellt, welches in der Lage ist, diese zu detektieren und zu klassifizieren. Es werden für verschiedene Konfigurationen Worstcase-Abschätzungen bezüglich der Verlustenergie und somit der maximalen Reaktionszeit von Diagnoseverfahren durchgeführt. Das modellbasierte Diagnoseverfahren wird abschließend zunächst theoretisch hergeleitet und an einem konkreten Beispiel im Labor und mittels einer mit dem neuen Lichtbogenmodell nachgebildeten Simulation angewendet, validiert und diskutiert

Skalierbarkeit einer Szenarien- und Template-basierten Simulation von Elektrik/Elektronik-Architekturen in reaktiven Umgebungen

Die Automobilindustrie befindet sich in einem Wandel. Zukünftige Fahrzeuge sind elektrisch, autonom, vernetzt, werden geteilt und regelmäßig aktualisiert. Die Auswirkung davon ist ein starkes Wachstum der Software in zukünftigen Fahrzeugen, das vor allem auf die Implementierung von autonomen Fahrerverhalten und herstellerspezifischen Betriebssystemen zurückzuführen ist. Zur sicheren Ausführung dieser Software werden leistungsstarke Zentralrechner benötigt. Daneben führen ein steigender Bedarf an Sicherheitsmechanismen gegen Cyberangriffe, der Einzug von Leistungselektronik und die notwendige Gewährleistung der Ausfallsicherheit zu einem Anstieg der Komplexität bei der Entwicklung von automobilen Elektrik/Elektronik-Architekturen (E/E-Architekturen). Im Bereich der Leistungselektronik liegt dies etwa an der benötigten Realisierung einer galvanischen Trennung zwischen Hochvolt- und Niedervoltnetz, um die Unversehrtheit der Insassen zu gewährleisten. Außerdem erfordert der Einsatz von permanenterregten Synchronmaschinen die sichere Auslegung und das Design entsprechender Schaltungen zur Ansteuerung. Cyberangriffe erfordern hingegen Mechanismen zur Abwehr und Gewährleistung der Informationssicherheit. Dazu zählen präventive Firewalls oder proaktive Angriffserkennungssysteme. Eine Ausfallsicherheit wird dagegen durch Komponenten- oder Informationsredundanz ermöglicht. Um entsprechende Ausfallmaßnahmen einzuleiten, kann zusätzlich die Implementierung eines entsprechenden Monitorings nötig sein. Im Zuge des Wandels wachsen die E/E-Architekturmodelle und weisen einen höheren Vernetzungsgrad auf. Dadurch haben E/E-Architekten mehr Designentscheidungen zu treffen, wobei Lösungen mehr Freiheitsgrade aufweisen und Auswirkungen schwieriger zu beurteilen sind. Jedoch müssen frühestmöglich im Entwicklungsprozess überprüfbar richtige Entscheidungen getroffen werden. Die Einführung frühzeitiger Tests in zukünftigen Zulassungsprozessen gibt dieser Anforderung ein weiteres Gewicht. In existierenden Arbeiten wurde gezeigt, dass eine in E/E-Architekturentwicklungswerkzeugen integrierte Simulationen einen Mehrwert für E/E-Architekten bei der frühzeitigen Findung von Designentscheidungen bietet. In dieser Arbeit werden dagegen die Grenzen der Skalierbarkeit einer solchen Simulation untersucht. Dies geschieht mithilfe von industriell relevanten Anwendungsfällen. Ein bestehender Ansatz zur automatisierten Synthese von Simulationsmodellen aus PREEvision-E/E-Architekturmodellen wird dabei unter Berücksichtigung der Anforderungen bei großmaßstäblichen Modellen erweitert und angepasst. Hierzu werden zunächst Simulatoren hinsichtlich ihrer Eignung für einen Einsatz im industriellen Umfeld untersucht. Dies erfolgt anhand in der Arbeit definierten Auswahlkriterien sowie mithilfe von synthetischen und skalierbaren Benchmarks. Im Anschluss werden Konzepte untersucht, welche die Erhöhung der Skalierbarkeit einer E/E-Architektursimulation adressieren. Zu den Aspekten der Skalierbarkeit gehören neben der Performanz auch die Anwendbarkeit und die Validierbarkeit, welche von der Emergenz generierter Modelle beeinflusst werden. Als Lösung werden in dieser Arbeit ausführbare Szenarienmodelle zur zustandsabhängigen Generierung von Stimuli und der reaktiven Evaluierung von Signalwerten verwendet. Durch deren Schnittstellen können gezielt die für einen Anwendungsfall relevanten Modellkomponenten der E/E-Architektur identifiziert werden, welche in Summe das sogenannte “System of Interest“ bilden. Auf diese Weise kann die Simulationsmodellgröße reduziert werden. Darüber hinaus werden parametrisierbare, pre-validierte und performanzoptimierte Teilmodelle, sogenannte „Templates“, bei der Generierung verwendet. Neben einer manuellen Zuweisung der Templates zu E/E-Architekturmodellkomponenten über die in dieser Arbeit verwendeten Template And Layer Integration Architecture (TALIA), haben spezifische Komponenten auf der Leistungssatzebene, wie Batterien, Stecker oder Kabel, bereits Standard-Templates zugewiesen. Simulationsmodelle können dadurch ohne manuelle Verhaltensmodellierung und zugehörige Validierung generiert werden. Damit Standard-Templates verwendet werden können, wird eine Hardware-zentrierte Abbildung verfolgt. Die physikalische E/E-Architektur aus der Realität bildet dabei die Grundlage für die generierten Simulationsmodelle. Softwaremodelle werden ergänzend über die Modelle der Steuergeräte bzw. ECUs integriert. Ebenso sind die Szenarienmodelle nach der Generierung ein Teil der Simulationsmodelle. Damit findet die Integration unterschiedlicher E/E-Architekturebenen statt, wodurch hybride Simulationsmodelle entstehen. Für die Evaluation werden Anwendungsfälle für Simulationen aus möglichen Designentscheidungsfragen abgeleitet und anhand definierter Kriterien für die weitere Betrachtung ausgewählt. Designentscheidungsfragen ergeben sich beim Technologieentscheid, der Dimensionierung von Komponente oder bei Optimierungen. Die Anwendungsfälle bestimmen das benötigte Testmodell, bestehend aus dem zu evaluierenden System of Interest und dem Prüfstandmodell, realisiert als Szenariomodell. Da das Testmodell die Basis des Simulationsmodells bildet und damit dessen Komplexität bestimmt, lässt sich anhand der Anwendungsfälle die Skalierbarkeit der E/E-Architektursimulation beurteilen. Insbesondere wird in dieser Arbeit der Einfluss emergenter Modelleigenschaften auf die Skalierbarkeit untersucht

Modulorientiertes Produktlinien Engineering für den modellbasierten Elektrik/Elektronik-Architekturentwurf

Heutzutage werden E/E-Architekturen modellbasiert entworfen, um in der Fahrzeugentwicklung frühzeitig den Reifegrad für die fahrzeugweite Vernetzung und Integration von Elektrik, Elektronik und Software abzusichern. Das methodische Konzept und die praktische Umsetzung durch das Modulorientierte Produktlinien Engineering ermöglicht eine Erhöhung der Modellierungseffizienz und der Modellqualität sowie eine Anwenderunterstützung für die Modellierung der komplexen E/E-Architekturmodelle

Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung im Kontext der Modellbildung technischer Systeme und einer Modellierungstechnik für Zielsystem und Objektsystem technischer Systeme in SysML auf Grundlage des ZHO-Prinzips = Basis definition of a common language of product engineering in the context of modeling of technical systems and a modeling technique for the systems of objectives and objects of technical systems on the basis of the ZHO-principle

Die Arbeit begegnet den Herausforderungen einer erfolgreichen Kommunikation in der fachdisziplinübergreifenden Zusammenarbeit durch eine Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung für den Kontext der Modellbildung technischer Systeme. Darauf basierend wird eine Modellierungstechnik als zentrales Werkzeug zur Handhabung der umfangreichen und heterogenen Daten und Informationen vorgestellt