Seminaraufgabe SoSe 2022: EHF Gruppe FKI

Seite für die Gruppe Fahrzeugkarosserie und Innenraum (FKI)

Autoren: Olga Ruhe; Christian Schwinne; Robert Leidig
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. M. Göbel

Abbildung. 1: Symbolbild der Seminaraufgabe

Einleitung

Im Fach „Systems Design Engineering“ aus dem Studiengang "Business and Systems Engineering" wird den Studierenden die strukturierte Entwicklung von komplexen Systemen näher beigebracht. Im Sommersemester 2022 wurde das Projekt zum Hauptthema „Energiehaushalt eines E-Fahrzeugs“ in drei Gruppen realisiert. Unsere Gruppe hat sich mit dem Unterthema „Fahrzeugkarosserie und Innenraum“ beschäftigt.

Die Komponente "Fahrzeugkarosserie und Innenraum" (FKI)

Die Komponente "Fahrzeugkarosserie und Innenraum" modelliert die .......

V-Modell

Abbildung. 2: V-Modell

Um eine einheitliche Umsetzung des Projekts zu gewährleisten, wird das V-Modell verwendet. Dieses kann in drei Hauptbereiche unterteilt werden:

• die Definitionsphase auf der linken Seite
• die Implementierung auf der Spitze des Modells
• die Test und Integrationsphase auf der rechten Seite

Der zunehmende Detaillierungsgrad der Definitionsphase wird durch die Schritte Anforderungsdefinition, funktionaler Systementwurf, technischer Systementwurf und Komponentenentwurf gewährleistet.

1. Anforderungsdefinition: Der erste Schritt des V-Modells besteht in der Zusammenfassung der Anforderungen an das Endprodukt. Hier wird die Frage geklärt was das Endprodukt können soll. Dies können sowohl technische Anforderungen sein (z.B. die Maße des Produkts, Leistungskennzahlen) als auch zum Beispiel optische (Farbe o.ä.). Alle Anforderungen werden in einem Lastenheft zusammengefasst und müssen abgenommen werden.
2. Funktionaler Systementwurf: Im Anschluss finden die ersten Überlegungen zur Umsetzung der Anforderungen statt. Dabei wird ein Gesamtsystem erstellt sowie weitere Projektdetails beschrieben (z.B. Projektorganisation).
3. Technischer Systementwurf: Der technische Systementwurf verfeinert den funktionalen. Hier wird das Gesamtsystem in einzelne Komponenten unterteilt. Des Weiteren werden die Ahängikeiten der Komponenten beschrieben als auch die einzelnen Schnittstellen.
4. Komponentenentwurf: Die unterste Detaillierungsebene bildet der Komponentenentwurf. In diesem Dokument wird die genaue Umsetzung erarbeitet und geplant. Wie kann die Komponente berechnet werden? Wie kann die Komponente entwickelt werden?
5. Implementierung: Nachdem das Projekt detailliert beschrieben ist kann die Entwicklung des Produkts durchgeführt werden. Hier werden alle geforderten Funktionen programmiert und/oder modelliert.

Bevor das Produkt freigegeben werden kann, werden drei Testphasen durchlaufen. Hierbei wird (wie in Abbildung XX zu erkennen) vom höchsten bis zum geringsten Detaillierungsgrad getestet.

6. Komponententest: Mit dem Komponententest werden die Funktionen auf der detailliertesten Anforderungsebene getestet (z.B. wurden Werte korrekt berechnet).
7. Integrationstest: Eine Ebene höher wird getestet, ob die Module gemeinsam funktionieren (Abhängigkeiten, Schnittstellen).
8. Systemtest: Hier wird das Gesamtsystem in einer optimalen Umgebung getestet. Dabei kann der Kunde entscheiden ob das Produkt den gewünschten Anforderungen entspricht.
9. Abnahme: Bevor das Produkt endgültig abgenommen wird, wird es in der finalen bzw. möglichst realistischen Umgebung getestet. Dabei sollten auch die Endnutzer bzw. Anwender das Produkt testen.

Werden alle Tests bestanden kann das Produkt erfolgreich abgenommen werden.

Anforderungsdefinition: Lastenheft

Die Anforderungsdefinition beinhaltet die Anforderungen an das Endprodukt des Projekts. In dem daraus entstehenden Lastenheft werden sowohl technische Anforderungen aufgeführt (z.B. die Größe der Fahrgastzelle) als auch Einflussfaktoren (z.B. Sonnenstrahlung) auf das Teilsystem. Zur Erstellung des Lastenhefts wird Microsoft Excel verwendet (Abbildung XX). Hierbei wird in der Typen Spalte zwischen Information (I) und Anforderung (A) unterschieden. Als Informationen werden Einflussfaktoren auf das System bezeichnet, welche bei der Entwicklung beachtet werden müssen. Die kann zum Beispiel der Einfluss der Scheiben der Fahrgastzelle auf die Dämmung sein. Anforderungen hingegen sind direkte Vorgaben an das System (z.B. Maße der Fahrgastzelle).

ID	Typ (I = Info, A = Anforderung)	Kapitel	Inhalt	Ersteller	Datum	Status Auftraggeber	Kommentar Auftraggeber
100	I	1	Dämmung	Leidig, Ruhe, Schwinne	27.04.2022
200	A		Dämmung gegen Hitze und Kälte [-20°C bis 40°C]/Durchschnittstemperatur 9,1°C (2021)	Leidig, Ruhe, Schwinne	27.04.2022		Akzeptiert

Funktionaler Systementwurf

Nachdem die Anforderungsdefinition abgenommen wurde, kann das System im funktionalen Systementwurf in Subkomponenten unterteilt werden. Für den Innenraum des Fahrzeugs sind dies:

• Thermischer Energiehaushalt: In dieser Komponente wird die Summe der Wärmeströme im Innenraum der Fahrgastzelle bestimmt, welcher sich unteranderem aus der Sonneneinstrahlung und dem Einfluss der Außentemperatur zusammensetzt.

• Klimatisierung: Mit dieser Komponente wird ein Innentemperaturregler simuliert sowie die benötigte elektrische Leistung berechnet.

• Nebenverbraucher: Diese Komponente berechnet die Leistungsaufnahme der Nebenverbraucher wie z.B. Beleuchtung, Steuergeräte und Infotaiement.

Komponentenspezifikation

Nebenverbraucher

Zu den Nebenverbrauchern zählen die Beleuchtung, die Steuergeräte sowie das Infotainment. Alle drei Werte wurden durch Parameter beschrieben.

• Beleuchtung: Die Beleuchtung besteht aus einem Parameter "PAR_FKI_P_Beleuchtung_f64" welcher den Wert für die Leistungsaufnahme der Beleuchtung angibt und einem Wharheitswert (Boolean) "PAR_EHF_Beleuchtung_Aktiv_bool" mit welchem beschrieben wird ob die Beleuchtung an oder ausgeschaltet wird. Der Paramter "PAR_FKI_P_Beleuchtung_f64" erhält im eingeschalteten Zusatnd den konstanten Wert 200 W und im ausgeschalteten Zusatnd den Wert 0 W.

• Steuergeräte: Auch die Leistungsaufnahme der Steuergeraäte wird durch einen konstanten Wert von 15 W beschrieben. Hierfür wird der Parameter "PAR_FKI_P_Steuergeraete_f64" verwendet.

• Infotainment: Die einzelnen Elemente des Infotainments (z.B. Radio, Navigation) werden zusammengefasst in einen Parameter "PAR_EHF_P_Weitere_Nebenverbraucher_f64".

Die drei Parameter werden addiert, wodurch eine Gesamtleistung der Nebenverbraucher entsteht. Diese wird im Ausgangswert "FKI_P_Nebenverbraucher_f64" gespeichert und an den FKI BUS weitergeleitet.

Entwicklung

Nebenverbraucher

Die nachfolgende Abbildung zeigt das Simulink Modell der Nebenverbraucher. Für die Beleuchtung wird ein Simulink Switch-Block verwendet. In Port 1 wird das Inputsignal "0" eingegeben, wodurch die Beleuchtung als "ausgeschaltet" angesehen wird. In Port 2 wird der Booleanparameter "PAR_FKI_P_Beleuchtung_f64" übermittelt, welcher überprüft ob die Beleuchtung eingeschaltet ist. Port 3 enthält den Parameter "PAR_FKI_P_Beleuchtung_f64" also den Wert der Leistungsaufnahme der eingeschalteten Beleuchtung. Dieser Wert der Leistungsaufnahme wird mit einem Simulink Sum-Block mit den Parametern "PAR_EHF_P_Weitere_Nebenverbraucher_f64" und "PAR_FKI_P_Steuergeraete_f64" verrechnet.

Abbildung X: Nebenverbraucher Modellierung

Komponententest

Der Komponententest für die Komponente "Fahrzeugkarosserie und Innenraum" wurde durch die Gruppe ANT (Andreas Mentrup und Christabelle Feunang) durchgeführt. Im Folgenden ist die Dokumentation der Tests zu sehen.

Integrationstest

Der Integrationstest war im Sommersemester 2022 kein Bestandteil der Aufgabe im Kurs "Systems Design Engineering".

Systemtest

Der Systemtest war im Sommersemester 2022 kein Bestandteil der Aufgabe im Kurs "Systems Design Engineering".

Abnahmetest

Der Abnahmetest war im Sommersemester 2022 kein Bestandteil der Aufgabe im Kurs "Systems Design Engineering".

Literaturverzeichnis

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→ zum Hauptartikel: Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2022: Energiehaushalt eines E-Fahrzeugs