Modellierung und Bewertung hochzuverlässiger Energiebordnetz-Architekturen für sicherheitsrelevante Verbraucher in Kraftfahrzeugen

Um die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen, werden in Kraftfahrzeugen in zunehmendem Maße Systeme mit aktivem Eingriff in die Fahrzeugführung eingesetzt. Neben den etablierten Systemen, wie ABS oder ESP, führt die derzeitige Entwicklung auch auf so genannte X-by-Wire-Systeme ohne mechanische oder hydraulische Rückfallebene. Da ein Ausfall der Stromversorgung bei diesen Systemen zu lebensgefährlichen Situationen führen kann, wird die elektrische Energieversorgung zu einem sicherheitsrelevanten Infrastruktursystem.
Hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit lassen sich allein über deterministische Verfahren, wie Sicherheitsfaktoren oder Redundanzvorgaben, nicht erfüllen. Die Unzuverlässigkeit kann in sicherheitsrelevanten Systemen erhebliche Auswirkungen haben. Fehler sind aber nicht vollständig vermeidbar, da die Zuverlässigkeit jeder Komponente immer endlich ist. Zunehmend etablieren sich daher risikoorientierte probabilistische Anforderungen an sicherheitsrelevante Kfz-Systeme, die die Auswirkungen der Unzuverlässigkeit auf die Sicherheit quantitativ definieren.
Zur Gestaltung einer hochzuverlässigen elektrischen Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher ist es erforderlich, die Auswirkungen, die sich durch die endliche Zuverlässigkeit ergeben, frühzeitig zu analysieren. Die Zuverlässigkeitstheorie nutzt als Hilfsmittel zur Beschreibung und Quantifizierung der Zuverlässigkeitseigenschaften eines Systems probabilistische Methoden. Dabei gibt es kein Verfahren, das für alle Systeme oder Fragestellungen geeignet ist. Die Wahl der geeigneten Methode hängt von den Eigenschaften des zu untersuchenden Systems, den Randbedingungen und den zu klärenden Fragestellungen ab. Wie bei allen Arten der Modellierung lassen sich auch bei der modellbasierten Zuverlässigkeitsanalyse nur jene Systemeigenschaften untersuchen, die bei der Modellbildung berücksichtigt wurden. Abgestimmt auf die Eigenschaften des zu analysierenden Systems muss daher ein geeignetes Analysewerkzeug angewendet werden. Diese Arbeit untersucht die Anwendbarkeit der mathematischen Methoden der Zuverlässigkeitstheorie unter den besonderen Randbedingungen bei sicherheitsrelevanten Kraftfahrzeuganwendungen und unterzieht sie einer vergleichenden Bewertung. Die Methoden werden ausführlich diskutiert und Defizite aufgezeigt. Ausgehend von den Defiziten wird eine Modellierungs- und Bewertungsmethodik entwickelt, die die anforderungsgerechte Auslegung von hochzuverlässigen elektrischen Energiebordnetzen für Kraftfahrzeugsysteme mit hoher Sicherheitsrelevanz unterstützt.