MA – BigData vs. ECU

BigData vs. ECU – Untersuchungen zur Digitalisierung eines elektrischen Antriebes am Beispiel cloudbasierter Schaltadaption

Kurzzusammenfassung

Um im Zeitalter der Digitalisierung wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es auch in der Automobilindustrie essentiell neue Komponenten und Systeme zu ent- und bestehende Produkte weiterzuentwickeln. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird, in Kooperation mit der Firma Schaeffler und dem Lehrstuhl für elektrische Energietechnik, ein bestehender elektrischer Antrieb hinsichtlich seines Potentials zur Steigerung der Wertschöpfung durch die Digitalisierung untersucht. Der elektrische Antrieb ist ein Gesamtsystem, dass sich aus Elektromotor und Getriebe zusammensetzt. Auf Basis der verbauten, aber auch neuer Sensoren sollen Konzepte für datenbasierte Funktionen entwickelt und wissenschaftlich fundiert werden.
Neben der Darlegung der theoretischen Grundlagen für den Datentransport im Fahrzeug (Kommunikationsbussysteme), zwischen Fahrzeugen und zu einer Cloud (V2X-Kommunikation), werden ebenfalls verschiedene Werkzeuge der digitalen Signalverarbeitung aufgezeigt. Zusätzlich wird ein anforderungsgerechtes Konzept vorgestellt und umgesetzt, durch welches die Cloudanbindung eines Fahrzeuges realisiert wird. Damit kann die Basis für die Datenerfassung und den –transport gelegt werden, um diese für die Nutzung in neuen Funktionen verfügbar zu machen. Im Anschluss daran werden die häufigsten Schadensursachen bei Elektromotoren, Getrie-ben und Getriebeölen erarbeitet und auf den elektrischen Antrieb der Firma Schaeffler übertragen. Davon ausgehend wird ein System zur Überwachung des Gesundheitsstatus definiert, dass potentielle Fehler frühzeitig detektieren kann. Außerdem werden Empfehlungen für die nachträgliche Integration von Sensoren, sowie geeignete Signalverarbeitungstechniken gegeben. Darauf aufbauend werden im weiteren Verlauf Ideen und deren Umsetzung vorgestellt, welche zur Erfassung der Fahrzeugumwelt dienen. Diese werden durch Versuchsdaten verschiedener Fahrzeuge auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft. Nachfolgend wird als Werkzeug der Datenverwaltung der Inhalt und Nutzen eines digitalen Zwillings kurz erläutert. Um die erzeugten Datensätze zu nutzen wird eine Funktion vorgeschlagen, die auf Basis der Informationsanreicherung eine Schaltadaption des Getriebes vornimmt und hinsichtlich der Aspekte Sicherheit, Energieeffizienz und Individualisierung diverse Mehrwerte liefert. Diese Wertsteigerung wird durch verschiedene Simulationen und Berechnungen belegt. Nach Beendigung dieser Arbeit können tiefergehende Simulationen und Prototypen aufgebaut werden, um den Nutzen der wissenschaftlich belegten Konzeptideen im realen Fahrzeugumfeld zu prüfen.

Schlagwörter: Fahrzeugbus, V2X-Kommunikation, Digitalisierung, elektrische Antriebe, daten-basierte Funktionen, Getriebe, Health-Monitoring, Energetische Kartierung, Fahrbahnglätte, Schaltadaption

Abstract

Within the digital age – the automotive industry included, it is essential to develop new components and systems as well as existing products to remain competitive. In collaboration with Schaeffler and the Chair of Electrical Engineering this thesis should examine an existing electric drive with regard to the potential to raise the total value due to digitization. This electric drive is an entire system assembled by an electric motor and a transmission. Based on existing and new sensors, novel concepts for data based feature should be evolved and scientifically substantiated.
Besides the presentation of the theoretical foundations of the communication in and out of vehicles, miscellaneous tools for signal processing are elucidated. Additionally a new and requirement-justified concept for connecting a car to a cloud is introduced and implemented. This forms the basis for the acquisition and the transport of data, to ensure their availability for new functions. After that, frequent causes of damage at electric motors, transmission and transmission oil are identified und reflected on Schaeffler’s electric drive. On that basis, a new monitoring system is defined, to recognize potential faults early on. Furthermore recommendations for the retroactive integration of sensor, as well as suitable signal processing methods should be given. Building on this, new ideas and their realization for detecting the vehicle’s environment are presented. Their functionality is proven, by experimental data of various cars. Subsequently, the digital twin is elucidated to give a tool for managing data. An example, how generated data could be used is the transmission’s shift adaption by enhanced information. Due to this, additional benefits concerning the aspects safety, efficency and customization are provided. This increase in value is evidenced by miscellaneous simulations and calculations. Upon the completion of this thesis, it will be possible to build up deeper contemplation and prototypes, to prove the benefit promise of the scientifically based concepts in reallife vehicle environment.

Keywords: vehicle bus, v2x-communication, digitization, electric drive, data based features, transmission, Health-Monitoring, energetic mapping, slippery roads, shift adaption

Bearbeiter: Thomas Dellermann

Betreuer: Oliver Merk (Schaeffler);

Stefan Piepenbreier (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761572; Email: Stefan.Piepenbreier@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März