BMW Wasserstoff-Projekt

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1 BMW Wasserstoff-Projekt Entwicklung eines serienfähigen Tanksteuergeräts Tanksteuergerät für das BMW Wasserstoff 7er SILVER ATENA Your Partner in Electronics SILVER ATENA ist ein international führender unabhängiger Anbieter für die Entwicklung sicherheitskritischer Systeme in den Branchen Luft- und Raumfahrt, Automotive, Gasturbinen, Schienenfahrzeuge und Transport. Das Portfolio von SILVER ATENA deckt den kompletten Bereich der Systementwicklung in einem One- Stop-Shop ab. Das Leistungsangebot umfasst Entwicklungsleistungen in den Bereichen Systems Engineering, Software Engineering, Hardware Engineering, Safety Engineering, Real Time Simulation sowie eine Auswahl elektronischer Produkte, wie z. B. Testsysteme, Steuergeräte u.v.m. Umfassende Beratungsleistungen im System-, Process und Technology Consulting komplettieren das Portfolio der SILVER ATENA. Wegweisende Engineeringleistung das BMW Wasserstoffprojekt Eine Demonstration der Innovationsleistung von SILVER ATENA ist das Projekt Tanksteuergerät für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge im Auftrag der BMW Group. Zu den Entwicklungsaufgaben gehörte die Definition, Entwicklung und Fertigung der Steuergeräte-Prototypen. Die BMW Group profitiert dabei von Synergie-Effekten aus dem SILVER ATENA Kompetenzbereich Luftfahrt, die insbesondere bei der Entwicklung sicherheitskritischer Systeme überzeugende Vorteile bieten. Sämtliche Entwicklungsleistungen werden durch umfassende Engineering-Services komplettiert. Dieser Mehrwert sichert SILVER ATENA Kunden weitere entscheidende Vorteile im Wettbewerb. Führend in der Systementwicklung aller Kritikalitätsstufen SILVER ATENA setzt speziell in der Entwicklung von Systemen für sicherheitskritische Anwendungen immer wieder Maßstäbe und ist prädestiniert für ambitionierte Projekte wie das Tanksteuergerät für BMW CleanEnergy Fahrzeuge.

2 Der spezifische Kundennutzen liegt im ganzheitlichen Entwicklungsansatz von SILVER ATENA. Dieser umfasst alle Entwicklungsphasen vom Systementwurf bis zur Prototypenfertigung. Im Software- Engineering inklusive Software-Development ist SILVER ATENA ein führender Partner in der Autocode- Generierung für alle existierenden Sicherheitsstandards und Kritikalitätsstufen (SIL3 aus Matlab/Simulink). Dazu gehören geeignete Software-Entwicklungsprozesse, die Bereitstellung durchgängiger Test- und Simulationssysteme sowie Systemintegration und Qualifikation bis zur Serienanlaufbetreuung alles aus einer Hand, ohne kostentreibende Schnittstellenverluste. Dr. Jürgen Schneider, BMW Group, Leiter Steuergeräte Antrieb: Wir haben in SILVER ATENA einen kompetenten und zuverlässigen Partner in der sicherheitsgerichteten Entwicklung gefunden. Hardware-Architektur des Tanksteuergeräts Herausforderung für die Automobilindustrie: das Tanksteuergerät für Wasserstofffahrzeuge Für die Automobilindustrie bedeutet der Einsatz des Energieträgers Wasserstoff eine ganz neue Herausforderung. Besonders wenn der Wasserstoff in flüssiger Form (-253 C) als Energieträger im Auto unter Alltagsbedingungen nutzbar gemacht werden soll. Bei der Erfüllung der mit diesem zukunftsträchtigen Energieträger verbundenen Sicherheitsanforderungen leistet das neue Tanksteuergerät, das von SILVER ATENA bis zur Serienreife entwickelt wurde, einen entscheidenden Beitrag.

3 Die Aufgaben dieses Tanksteuergeräts sind die Regelung und Überwachung: der Betankung, der Bereitstellung von Wasserstoff zum Motor, des Energiemanagements vom Bordnetz, essenzieller Sicherheitsfunktionen wie Gaswarnung oder Boil-off Funktion. Zielvorgabe an SILVER ATENA war die Entwicklung eines Seriengerätes, mit dem der, wasserstoffbetriebene 7er BMW unter Alltagsbedingungen genutzt werden kann. Eine weitere Vorgabe der BMW Group ist die Erfüllung gängiger Sicherheitsnormen (SIL3 in Anlehnung an die IEC 61508). Dies entspricht der höchsten Anforderungsklasse in der Automobilindustrie. Kein Problem für SILVER ATENA: das Unternehmen kann durch die enge Zusammenarbeit mit der MTU Aero Engines auf jahrzehntelange Erfahrung mit sicherheitskritischen Systemen in der Luftfahrt verweisen. Darüber hinaus verfügen die SILVER ATENA Spezialisten über Know-how aus der Entwicklung von Triebwerkssteuergeräten (DECU, DECMU) für den Tornado und Eurofighter. Diese Geräte sind gemäß Luftfahrtnorm nach risk class 1 eingestuft. Inhaltlich entspricht dies einer IEC-Einstufung zwischen SIL3 und SIL4. Pionierleistung im Einsatz der automatischen Code-Generierung Für die Software-Entwicklung nach SIL3 präzisierte SILVER ATENA zuerst den allgemein formulierten Software-Standard (IEC Part 3(1)) durch Anforderungen aus dem in der Luftfahrt angewandten Entwicklungsstandard (RTCA DO 178B (2)). Diese nun ausformulierten Anforderungen sind SILVER ATENA s Vorgabe für die automatisch generierten Software-Codes. SILVER ATENA ist einer der ersten Lieferanten, der in der Automobilbranche die automatische Code- Generierung für SIL3-Software entwickelt und diese für sicherheitskritische Anwendungen im Automobilbau und in der Luftfahrt einsetzt. Die Vorteile für die BMW Group liegen auf der Hand: Der Einsatz von Code-Generatoren reduziert Fehlerquoten, maximiert die Qualität und spart gleichzeitig erhebliche Kosten durch den minimierten Entwicklungsaufwand. Ganzheitliche Systementwicklung mit konsequenter Kundennähe Die ganzheitliche Systementwicklung gehört zu den Stärken von SILVER ATENA. Für das Tanksteuergerät beinhaltete diese im Vorfeld: die Ableitung der Sicherheitsanforderungen an die Hard- und Software sowie die Festlegung eines Entwicklungskonzeptes mit den dazugehörigen Abnahmetests nach IEC und Lastenhefterstellungen. Die Abwicklung der Entwicklungsprozesse von Hard- und Software stützt sich auf das V-Modell, das eine Top Down Entwicklung und Bottom Up Verifikation vorschreibt und sich in der Systementwicklung bewährt hat. Dadurch gewährleistet SILVER ATENA eine vollständige Prozessabdeckung aller notwendigen Entwicklungsschritte, in denen neben Design und Umsetzung sämtliche Test-, Prüf- und Verifikationsmaßnahmen enthalten sind.

4 Durch die Bereitstellung der adäquaten Test- und Simulationssysteme kann SILVER ATENA Probleme im Ansatz vermeiden und die Entwicklungseffizienz in jeder Prozessphase steigern. Resultat: eine signifikante Qualitäts-, Zeit- und Kostenoptimierung während des gesamten Prozesses. Entwicklung nach dem V-Modell (siehe Grafik) Der Generierungspfad für die Entwicklung des Tanksteuergerätes beinhaltet die Schritte: Software-Design durch Offline-Simulation inklusive Funktionsoptimierung Design der Hardware mit Festlegung - der Architektur und der Funktionsverteilung einschließlich funktionsrelevanter Schnittstellen zur Software und zu externen Geräten - der mechanischen Vibrationsfestigkeit des Tanksteuergeräts Umfang der manuell generierten Software inklusive der durchzuführenden Tests und Testabdeckungsanalysen Fertigung der Hardware Auf dem Integrationspfad schließen sich an: funktionale Tests der Softwaremodule unter Berücksichtigung der geforderten Testabdeckung die Verknüpfung der manuell generierten mit der automatisch generierten Software die Integration der Software mit der Steuergerät-Hardware Engineering-Tests und Analysen des Steuergeräts bezüglich Verlustleistung, Bauteiletemperatur, Vibrationsfestigkeit, Spannungsversorgung etc. abschließende Systemintegration am HIL-Simulator (Hardware in the Loop), der die funktionale Umgebung des Tanksteuergerätes im Fahrzeug simuliert Systementwicklung nach dem V-Modell

5 Der Systemintegration des Tanksteuergeräts am HIL-Simulator folgen HIL-Tests mit zunehmend realen Komponenten, bis zu System-Qualifikationstests unter weitgehend realen Umweltbedingungen, inklusive der Systemverkabelung. Parallel dazu erfolgt die Analyse für den System-Sicherheitsnachweis (FMECA, FTA). Abschließend wird das Tanksteuergerät in das Wasserstofffahrzeug der BMW Group integriert und in realer Umgebung unter unterschiedlichen Umweltbedingungen und Extremsituationen inklusive Fehleraufschaltung getestet und optimiert. Als Serienfahrzeug in der BMW 7er-Reihe wird der Wasserstoffantrieb noch in der Laufzeit der aktuellen Modellgeneration an den Start gehen. Mit seiner Dynamik ist Freude am Fahren garantiert. Die Mobilität ist auch dann gewährleistet, wenn keine Wasserstoff-Tankstelle in der Nähe ist, da der Motor bivalent ausgelegt ist, also auch mit Benzin betrieben werden kann. Outsourcing auf höchstem Niveau Mit dem Wasserstoffprojekt für die BMW Group macht SILVER ATENA deutlich: das einzigartige Kompetenzpaket des Unternehmens ermöglicht es, in der gesamten Wertschöpfungskette neueste Erkenntnisse und auch unkonventionelle Lösungsansätze mit höchster Effizienz in innovative Engineering-Leistungen umzusetzen. Dabei qualifizieren sich die leistungsstarken Kompetenz-Teams von SILVER ATENA als optimale Kapazitätenerweiterung für den Auftraggeber: reaktionsschnell, hochflexibel und leistungsstark auf sämtlichen Stufen der Prozesskette. Besonders schätzen SILVER ATENA Kunden die kundennahe Projektabwicklung über den gesamten Entwicklungsprozess. Kompetenz in allen Bereichen Die konsequente Wahrnehmung des Gesamtprozesses sowie die Unterstützung durch differenzierte, prozessbegleitende Maßnahmen beschleunigen und optimieren jede einzelne Phase zwischen Idee und Realisierung in Effizienz, Qualität, Zeit und Kosten. Hinzu kommt: Aus dem Verbund mit den Partnern verfügt SILVER ATENA über ihr eigenes wegweisendes, technisches Equipment hinaus über die Ressourcen und Infrastruktur eines Großkonzerns. Zugleich bietet SILVER ATENA Flexibilität und das attraktive Kosten/Nutzen-Verhältnis eines Dienstleistungsunternehmens. Bei Bedarf unterstützt und entlastet SILVER ATENA die Projektleitung des Kunden in ihren organisatorischen Aufgaben. Besonderer Vorteil für den Kunden: die Kompetenz der SILVER ATENA Projektmanager in jeder Variante des Simultaneous Engineering. SILVER ATENA eröffnet Perspektiven, löst Probleme und realisiert Visionen Dr. Jürgen Schneider, BMW Group, Leiter Steuergeräte Antrieb: Das Team von SILVER ATENA Engineering trägt entscheidend zum Gelingen unseres Wasserstoffprojektes bei. Wir würden uns unter vergleichbaren Rahmenbedingungen wieder für SILVER ATENA entscheiden." SILVER ATENA Electronic Systems Engineering GmbH Dachauer Str München