Wechselwirkung von Fahrzeugdynamik und Kfz-Bordnetz unter Berücksichtigung der Fahrzeugbeherrschbarkeit

Duisburg, Essen (2011), XVII, 159 S.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011
Abstract:
Die fortschreitende Elektrifizierung im Kraftfahrzeug stellt hohe Anforderungen an das klassische 14 V Bordnetz. Während das Bordnetz historisch zunächst dafür gedacht war, das Starten eines Fahrzeugs zu ermöglichen und während des Betriebs kleinere Verbraucher, wie etwa das Abblendlicht, zu betreiben, wurden in der näheren Vergangenheit eine Vielzahl weiterer elektrischer Verbraucher im Automobil eingeführt. Die zu Beginn dieses Jahrhunderts noch viel diskutierte Einführung eines 42 V Bordnetz ist mittlerweile kein Thema mehr. Das vorhandene 14 V Bordnetz ist allerdings nicht in der Lage, sämtliche Verbraucher eines Fahrzeugs gleichzeitig mit ausreichend elektrischer Energie zu versorgen. Dies führt zu einer erheblichen Zahl von Fahrzeugpannen aufgrund von Elektrik-/Elektronikfehlern. Zur Stabilisierung des Bordnetzes bei gleichzeitig voranschreitender Elektrifizierung werden verstärkt Energiemanagementsysteme eingesetzt, die die verknappte elektrische Leistung entsprechend verschiedener Kriterien optimal auf die vorhandenen Verbraucher im elektrischen Bordnetz eines Kfz verteilen sollen. Das im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte Energiemanagementsystem wendet aus der Literatur bekannte Ansätze auf den Spezialfall kurzzeitiger Hochleistungsverbraucher an. Hochleistungsverbraucher benötigen eine sehr hohe elektrische Leistung und zeichnen sich zudem durch teilweise große Leistungsgradienten aus. Diese Hochstromverbraucher sind darüber hinaus oftmals dadurch gekennzeichnet, dass sie neben diesen hohen Anforderungen an das elektrische Bordnetz direkt vom Fahrer wahrnehmbar sind. Sie sind damit in doppelter Hinsicht interessant. Eine Funktionsbewertung solcher Verbraucher sollte daher auch einen realen Fahrer einbinden. Zunächst durchgeführte Offline-Simulationen mit dem entwickelten Bordnetz- (management) modell zeigen beide Punkte am Beispiel der elektrischen Servolenkung (Electrical Power Steering, EPS) sehr deutlich. Die Bordnetzspannung sinkt in der Simulation ohne aktives Managementsystem bei definierten Testszenarien so weit ab, dass die EPS nicht mehr die optimale Lenkunterstützung bietet. Dies hat direkte Auswirkungen auf das erforderliche Handmoment des Fahrers. Das entwickelte Energiemanagementsystem kann in den verwendeten Szenarien dazu verwendet werden, die Bordnetzspannung so weit wie möglich zu stabilisieren. Dies führt zu einem deutlich reduzierten maximalen Handmoment. Die Ergebnisse zeigen allerdings auch, dass nicht für jedes Szenario ein im Normalfall übliches Handmoment gewährleistet werden kann. Daraus ergibt sich die Frage, wie die auftretenden Handmomente bewertet werden und ob diese ggf. zu sicherheitskritischen Situationen führen. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wird der hierfür entwickelte Fahrsimulator verwendet. Damit ist es möglich, den Fahrer in einem realistischen Umfeld zu beobachten und während eines Tests gleichzeitig Modellgrößen sowie probandenspezifische Werte aufzunehmen. Die deutliche Erhöhung des Handmoments (wie sie aufgrund der Bordnetzbelastung auftritt) wird im Simulator von den Probanden wahrgenommen und teilweise auch als sehr störend oder sogar gefährlich eingestuft. Die Messungen von Fahrzeuggrößen während der Studie im Simulator zeigen allerdings, dass sich die Spurführungsfähigkeit der Probanden durch eine plötzliche Erhöhung des Handmoments nicht verschlechtert.