Modellbasierte Design-Space-Exploration nicht-funktionaler Auslegungskriterien des Fahrzeugenergiebordnetzes

Diese Arbeit analysiert mit Hilfe einer modellbasierten Design Space Exploration (DSE) gleichzeitig den Einfluss mehrerer Freiheiten des Energieversorgungsnetzes auf die Bewertungskriterien Energieverbrauch und Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) unter Berücksichtigung der Spannungsstabilität als Randbedingung. Statt nur einzelne Aspekte des Energieversorgungsnetzes zu optimieren wird so ein Systemoptimum gesucht. Die betrachteten Freiheiten sind die Topologie des Energieversorgungsnetzes sowie die Anzahl, Kapazität und Position der integrierten Batterien. Sowohl die Auswahl der Freiheiten im Entwurf als auch die Erweiterung der Bewertungskriterien Gewicht und Stückkosten hin zu Energieverbrauch und TCO beruhen dabei auf den Ergebnissen eines Experteninterviews. Außerdem wird eine Änderung der Informations- und Kommunikationstechnik im Fahrzeug hin zu einer Plattform mit systemweiter Trennung von Funktion und Hardware, um der wachsenden Vernetzung, Datenmenge und neuen Anforderungen wie Erweiterbarkeit gerecht zu werden, als Randbedingung der Entwürfe vorausgesetzt. Der Vorteil der generischen DSE ist die Möglichkeit, die Modelle flexibel anpassen zu können, um neben den genannten Freiheiten auch verschiedene Fahrzeugmodelle, Antriebsvarianten, Verbraucherkonfigurationen, Umgebungsbedingungen oder Randbedingungen des Entwurfs zu untersuchen. Die Ergebnisse der DSE demonstrieren, dass eine Umgestaltung der etablierten Stern- hin zu einer Bustopologie mit zwei Batterien trotz der Zunahme des Gewichts und der Stückkosten den Energieverbrauch und damit die Betriebskosten eines Verbrennungsfahrzeugs deutlich senkt und deshalb die TCO betrachtet wirtschaftlich sinnvoll ist. Zusätzlich dazu erhöht die damit erreichte fail-operational Auslegung mittels zweier unabhängiger Energiequellen die Sicherheit des Energieversorgungsnetzes. Aufgrund der fehlenden Emissionsstrafen und Steuern sowie der höheren Effizienz des Antriebsstranges haben die Materialkosten im Elektrofahrzeug einen höheren Einfluss auf die TCO, weshalb eine Umgestaltung nur für hohe Laufleistungen oder eine durchweg hohe Last der Nebenverbraucher in einer deutlichen Kostenreduktion resultiert

Situationsbasiertes Scheduling von Echtzeit-Tasks in verteilten eingebetteten Systemen

Die Anforderungen an die verfügbare Rechenkapazität von Steuergeräten in der Automotive und Avionik-Domäne steigen kontinuierlich an. Dieser Anstieg ist auf die steigende Bedeutung von softwarebasierten Funktionen zurückzuführen, sowie auf die damit einhergehende steigende Anzahl und Komplexität der softwarebasierten Funktionen. In dieser Dissertation wird die Berücksichtigung der Situation (z. B. die geographische Position oder die Geschwindigkeit) als ein möglicher Ansatz beschrieben, um den steigenden Bedarf an Rechenkapazität der softwarebasierten Funktionen zu decken. Die benötigte Rechenkapazität einer softwarebasierten Funktion verändert sich in Abhängigkeit von der momentanen Situation. Durch die Berücksichtigung der Situation bei der Verteilung der Rechenkapazitäten entstehen freie Rechenkapazitäten, welche durch komplementäre softwarebasierte Funktion verwendet werden können. Die Zielsetzung dieser Dissertation ist es, eine situationsbasierte Verteilung der Rechenkapazität auf die softwarebasierten Funktionen des verteilen eingebetteten Systems zu erreichen.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Struktur der Arbeit 1.4 Zusammenfassung 2 Grundlagen 2.1 Situationsbasierte Systeme 2.2 Eingebettete verteilte Systeme 2.2.1 Architektur 2.2.2 Echtzeit-Tasks 2.2.3 Echtzeit-Scheduling 2.2.4 Echtzeit-Kommunikation 2.2.5 Steuergeräte der Zieldomänen 2.3 Prozessmigration in verteilten Systemen 2.3.1 Prozesssegmente 2.3.2 Möglichkeiten der Prozessmigration 2.4 Application checkpointing 2.5 Zusammenfassung 3 Stand der Forschung 3.1 Situationsbasiertes Scheduling für eingebettete verteilte Systeme 3.1.1 Semi-Statische Systeme 3.1.2 Dynamische Systeme 3.2 Situationsbasiertes Scheduling für Multi-Core Systeme 3.2.1 Situationen in HAMS 3.2.2 HAMS Architektur 3.2.3 Wissensdatenbank 3.3 Semi-Statische Netzwerkkonfiguration 3.4 Zusammenfassung 4 Situationsbasiertes Scheduling in verteilten eingebetteten Systemen 4.1 Analyse der Zielsetzung 4.2 Technische Ziele 4.3 SiVES-Sched Konzept 4.3.1 Erweiterter HAMS 4.3.2 Situations-Wissensdatenbank 4.3.3 TLS Master 4.3.4 Task-Migration 4.3.5 TLS Slave 4.3.6 Software Defined Network 4.3.7 TLS-KM 4.4 Zusammenfassung 5 Evaluation 5.1 Konzept der Evaluation 5.2 Evaluationsumgebung 5.2.1 Hardwareumgebung 5.2.2 Softwareumgebung 5.3 Rekonfiguration des verteilten eingebetteten Systems 5.3.1 Evaluation I: Erstellung der SWDB 5.3.2 Evaluation II: Durchführung der Rekonfiguration 5.3.3 Evaluation III: Dauer des kritischen Abschnitts 5.3.4 Evaluation IV: Vermeidung von Informationsverlust 5.4 Zusammenfassung 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Ergebnisse dieser Arbeit 6.1.1 Konzept 6.1.2 Evaluation 6.2 Ausblick 7 Appendix Literaturverzeichnis Nomenklatur Thesen Eigene Veröffentlichunge