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