Innovative Analysemethode in der Entwicklung mechatronischer Systeme am Beispiel elektrifizierter Antriebsstränge

Zusammenfassung

Die zunehmende Elektrifizierung der Antriebsstränge in Kraftfahrzeugen wird durch den Wunsch nach alternativen Antriebsmechanismen und der Realisierung moderner Fahrzeugkonzepte getrieben. Aufgrund dieser Entwicklungstrends steigt auch die Bedeutung mechatronischer Systeme im Automobilbau. Gleichzeitig stellen die steigenden Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen für die Automobilhersteller und deren Zulieferer eine große Herausforderung bezüglich der Senkung des Ausfallrisikos bzw. Steigerung der Komponentenzuverlässigkeit dar. In diesem Zusammenhang müssen vor allem sicherheitskritische Aspekte in der Entwicklung mechatronischer Komponenten berücksichtigt werden. Die Vielzahl der technischen Eigenschaften und komplexen Zusammenhänge mechatronischer Systeme moderner Fahrzeuge erfordert innovative Analyse- und Bewertungsmethoden im Entwicklungsprozess. Den Stand der Technik bilden klassische Analysemethoden, wie beispielsweise die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) oder die Fehlerbaumanalyse (FTA).

Diese Methoden wurden zum Teil auf Basis klassischer Ansätze entwickelt, wie sie für mechanische Produkte gut geeignet sind. Die Anforderungen der Sicherheitsnormen können jedoch nur durch die Kombination verschiedener Analysetechniken erfüllt werden, was zu signifikanten Redundanzen und schlechter Effizienz führt. Daher bieten diese konventionellen Methoden keine zufriedenstellenden Lösungen für komplexe mechatronische Systeme. Ein moderner Entwicklungsprozess für mechatronische Komponenten erfordert neuartige, innovative Analysemethoden, um das Verhalten und die Fehlfunktionen der Systeme zu optimieren, gefährliche Situationen zu erkennen, deren Auswirkung zu bewerten, Abhilfemaßnahmen festzulegen und dadurch den Entwicklungsprozess insgesamt verbessern zu können.

Abstract

The increasing electrification of powertrains within automotive vehicles is driven by the demand of alternative drivetrains and modern vehicle concepts. Based on this development trend, mechatronic systems within automotive engineering are gaining more importance. Simultaneously, quality and safety requirements become very challenging for car manufacturers as well as car suppliers regarding the decrease of default risk and increase of component reliability. In this context, the safety-relevant aspects in the development of mechatronic systems have to be considered. The high number of technical properties and complex connections of mechatronics systems in the development of modern vehicles requires innovative analysis and valuation methods. Classical analysing methods, such as Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) and Fault Tree Analysis (FTA), represent the state of the art.

The aforementioned methods have been developed considering classical approaches and they suited for mechanical products in the past. However, the requirements of safety standards can only be fulfilled in combination with different analysis methods, which lead to redundancy and low efficiency. Therefore, conventional analysing methods do not provide satisfying solutions for complex mechatronic systems. A modern development process for mechatronic components requires a new, innovative analysis method to optimize the behaviour and fail functions within the system, to recognize hazardous situations, to evaluate their consequences, as well as to define measures to optimize the whole development process.