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2014 | Buch

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Prädiktives Leistungsmanagement in Fahrzeugbordnetzen

verfasst von: Tom P. Kohler

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

​Die stark gestiegenen elektrischen Anforderungen in Fahrzeugbordnetzen können in kritischen Situationen die Spannungsstabilität gefährden. Auch ohne neue Komponenten gibt es jedoch noch Potenzial zur prädiktiven, aktiven Stabilisierung. In dem von Tom P. Kohler entwickelten System werden kritische Situationen unter Nutzung der in Fahrzeugen verfügbaren Informationen frühzeitig erkannt. Das Leistungsmanagement berechnet daraufhin die Auswirkungen auf das Bordnetz und führt geeignete Konditionierungsmaßnahmen durch. Die konsequente Anwendung kybernetischer Methoden ermöglicht, mit einem schlanken Managementsystem komplexe Bordnetze zu beherrschen. Lokale, autonome Funktionen und eine hierarchische Systemstruktur stellen ohne aufwendige Berechnungen sicher, dass immer die effektivsten Maßnahmen durchgeführt werden. Gleichzeitig sind damit ohne zeitkritische Kommunikation kurze Reaktionszeiten möglich. Das System wurde vom Autor auf einem Echtzeitrechner implementiert und an einem Bordnetzprüfstand erprobt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Kernaufgabe eines jeden elektrischen Energieversorgungsnetzes ist die sichere, zuverlässige und stabile Versorgung aller angeschlossenen Verbraucher mit elektrischer Energie. Dazu müssen Angebot und Nachfrage an jeder Stelle des Netzes zueinander im Gleichgewicht stehen. Dies gilt gleichermaßen für Verbund- oder Inselnetze zur Energieversorgung wie für elektrische Bordnetze von Eisenbahnen, Schiffen, Flugzeugen und Straßenfahrzeugen.
Tom P. Kohler
2. Energiebordnetze und Spannungsstabilität
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die relevanten Grundlagen zu Fahrzeugbordnetzen vorgestellt, sowie deren Spannungsverhalten und Stabilität diskutiert. Dabei stehen insbesondere folgende Fragen im Vordergrund:
  • Welche Komponenten gibt es in heutigen Fahrzeugbordnetzen und welche Bedeutung kommt ihnen im Bezug auf die Spannungsstabilität zu?
  • Wie stellen sich Spannungen im Bordnetz ein und wie kommt es zu kritischen Zuständen wie Spannungseinbrüchen?
  • In welchen Fahrsituationen und Umweltszenarien treten kritische Zustände auf?
  • Welche stabilisierenden Maßnahmen stehen zur Verfügung und könnten durch ein Leistungsmanagement eingeleitet werden?
Die in diesem Kapitel beschriebenen Zusammenhänge bilden die Grundlage für die Entwicklung des Leistungsmanagement-Systems und vor allem für die Komplexitätsreduktion im Rahmen der Modellbildung in Abschnitt 6.1.
Tom P. Kohler
3. Bordnetzprüfstand
Zusammenfassung
Ziel dieser Arbeit ist neben der Untersuchung der Spannungsstabilität in Fahrzeugbordnetzen die Verifikation des entwickelten Leistungsmanagement-Systems. Obgleich in [102, 145, 159, 278] Aspekte des Leistungsmanagements simulativ untersucht wurden, gibt es viele Argumente, die gegen eine Untersuchung mit den (damals verfügbaren) Simulationswerkzeugen sprechen:
  • Im Bordnetz gibt es eine Vielzahl an sich gegenseitig beeinflussenden Größen, die kaum komplett im Modell erfasst werden können. Zudem gestaltet sich die Modellbildung der Komponenten als schwierig.
Tom P. Kohler
4. Systementwurf
Zusammenfassung
Nachdem das Aufgabenspektrum eines Leistungsmanagements in Kapitel 2 beschrieben wurde, wird in diesem und den folgenden Kapiteln ein System entwickelt, das diese Aufgabe ausführen kann, den in Kapitel 1 definierten Anforderungen des mobilen Einsatzfelds genügt und gleichzeitig so allgemeingültig formuliert ist, dass es in beliebigen Bordnetzarchitekturen eingesetzt werden kann. In diesem Kapitel wird aus theoretischen Überlegungen ein kybernetischer Systementwurf für das Leistungsmanagement-System hergeleitet und dabei gezeigt, dass kybernetische Methoden geeignet sind, die oben genannten Punkte zu erfüllen.
Tom P. Kohler
5. Umweltkoppelung und Prädiktion
Zusammenfassung
Ziel der Prädiktion ist es, Spannungseinbrüche so früh vorherzusehen, dass dem Leistungsmanagement noch ausreichend Zeit bleibt, Gegenmaßnahmen zu planen, um das Bordnetz zu konditionieren. Zudem kann aus der kybernetischen Systemtheorie allgemein abgeleitet werden, dass komplexe Systeme ihre Ziele besser erreichen, wenn sie – zumindest in Teilen – prädiktiv arbeiten (siehe Kapitel 4). Gemäß den Zielen dieser Arbeit soll hierzu keine zusätzliche Sensorik verbaut, sondern die ohnehin im Fahrzeug vorhandene Information über Umwelt, Fahrzeug und Insassen verwendet werden.
Tom P. Kohler
6. Leistungsmanagement
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das kybernetische Leistungsmanagement entwickelt, das bei Vorhersage eines kritischen Szenarios aktiv wird und den prädizierten Einbrüchen möglichst wirkungsvolle Maßnahmen entgegen zu setzen versucht.
Tom P. Kohler
7. Implementierung und experimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das prädiktive Leistungsmanagement-System der Kapitel 4 bis 6 im Bordnetzprüfstand aus Kapitel 3 implementiert und dessen Funktionstüchtigkeit und Potenzial experimentell getestet.
Tom P. Kohler
8. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde ein auf kybernetischen Methoden basierendes Leistungsmanagement- System entwickelt, mit dem Ziel, die Spannung in Fahrzeugbordnetzen zu stabilisieren. Zunächst wurde gezeigt, dass unter anderem mit kurzzeitigen Verbraucherdegradierungen, Leistungserhöhungen des Generators oder der Unterstützung aus anderen Spannungsebenen eine Palette von Maßnahmen existiert, um Spannungseinbrüchen wirkungsvoll entgegenzuwirken. Es wurde nachgewiesen, dass ausreichend Potenzial vorhanden ist, Spannungseinbrüche durch sinnvolle Kombination der stabilisierenden Maßnahmen wirkungsvoll einzugrenzen, ohne dabei zusätzliche Komponenten verbauen zu müssen. Entscheidend für die Wirksamkeit von stabilisierenden Maßnahmen ist nicht nur deren Leistung, sondern genauso deren Einbauort im Bordnetz, von dem aus sie – genau wie Spannungseinbrüche – ihre Wirkung lokal entfalten.
Tom P. Kohler
Backmatter
Metadaten
Titel
Prädiktives Leistungsmanagement in Fahrzeugbordnetzen
verfasst von
Tom P. Kohler
Copyright-Jahr
2014
Electronic ISBN
978-3-658-05012-2
Print ISBN
978-3-658-05011-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-05012-2

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