Elektronik in der Fahrzeugtechnik - Hardware, Software, Systeme und Projektmanagement

von: Kai Borgeest

Vieweg+Teubner (GWV), 2010

ISBN: 9783834893376

Sprache: Deutsch

399 Seiten, Download: 4502 KB

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Elektronik in der Fahrzeugtechnik - Hardware, Software, Systeme und Projektmanagement

	Vorwort	5
	Vorwort zur 2. Auflage	6
	Inhaltsverzeichnis	7
	1 Einleitung	11
	2 Bordelektrik	14
	2.1 Bordnetz	14
	2.1.1 Leitungen und Kabelbäume	15
	2.1.2 Verdrahtungspläne	17
	2.1.3 Steckverbinder	18
	2.1.4 Sicherungen	19
	2.2 Energiespeicher	20
	2.2.1 Bleiakkumulatoren	22
	2.2.2 Nickel-Cadmium-Akkumulatoren	23
	2.2.3 Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren	23
	2.2.4 Li-Ionen-Akkumulatoren	23
	2.2.5 Natrium-Schwefel-Akkumulatoren	24
	2.2.6 Kondensatoren als Energiespeicher	24
	2.2.7 Brennstoffzellen	26
	2.2.8 Weitere Energiespeicher	28
	2.3 Mehrspannungs-Bordnetz	28
	2.4 Energiemanagement	30
	3 Hybridantriebe und elektrische Antriebe	32
	3.1 Elektrische Maschinen	32
	3.1.1 Gleichstrommaschinen	33
	3.1.2 Synchronmaschinen	35
	3.1.3 Asynchronmaschinen	36
	3.1.4 Umrichter	37
	3.2 Lichtmaschine	38
	3.3 Starter	41
	3.4 Starter-Generatoren	42
	3.5 Hybridfahrzeuge	43
	3.6 Elektrofahrzeuge	46
	3.6.1 Brennstoffzellen-Fahrzeuge	48
	3.6.2 Fahrzeuge mit Aufladung am öffentlichen Netz	48
	3.6.3 Solarfahrzeuge	49
	4 Beispiel Elektronische Dieselsteuerung (EDC)	50
	4.1 Aufgaben	51
	4.2 Einspritzung	51
	4.2.1 Winkeluhr	52
	4.2.2 Berechnung der Einspritzmenge	55
	4.2.3 Berechnung des Spritzbeginns	56
	4.2.4 Ansteuerung des Einspritzsystems	57
	4.2.5 Ansteuerung der Injektoren	58
	4.2.5.1 Injektoren mit Magnetventil	58
	4.2.5.2 Piezo-Injektoren	61
	4.2.6 Regelung des Raildrucks	64
	4.3 Drehzahlregelung	65
	4.4 Regelung des Luftsystems	66
	4.4.1 Abgasrückführung	67
	4.4.1.1 Sensorik	70
	4.4.1.2 Aktorik	71
	4.4.2 Aufladung	72
	4.4.2.1 Sensorik	72
	4.4.2.2 Aktorik	73
	4.5 Abgasnachbehandlung	74
	4.5.1 Partikelfilter	75
	4.5.1.1 Ladungserkennung	75
	4.5.1.2 Regeneration	76
	4.5.2 Stickoxid-Filter	77
	4.5.2.1 Speicherkatalysator	77
	4.5.2.2 Selektive katalytische Reduktion	77
	4.5.3 Lambda-Sonde	79
	4.5.4 NOX-Sonde	80
	4.5.5 Ruß-Sensoren	81
	4.6 Thermomanagement	81
	5 Bussysteme	84
	5.1 Zuordnung von Funktionen zu Geräten	84
	5.2 Kfz-Elektronik als LAN	86
	5.3 CAN-Bus	89
	5.3.1 Physikalische Schicht des CAN	91
	5.3.1.1 Spannungspegel und Störsicherheit	91
	5.3.1.2 Wellenwiderstand und Abschluss	93
	5.3.1.3 Verbindung von Steuergeräten	94
	5.3.1.4 Zeitlicher Ablauf und Synchronisation	96
	5.3.1.4.1 Zulässige Oszillatortoleranzen	98
	5.3.1.4.2 Berechnungsbeispiel zur Synchronisation	99
	5.3.2 Sicherungsschicht des CAN	101
	5.3.2.1 Medium Access Control	102
	5.3.2.2 Logic Link Control	105
	5.3.2.3 Fehlerbehandlung	106
	5.3.2.3.1 Fehlererkennung	106
	5.3.2.3.2 Fehlermeldung durch Error Frames	107
	5.3.2.3.3 Begrenzung von Fehlerfolgen	107
	5.3.3 Beispiele für aufgesetzte Protokollschichten	109
	5.3.3.1 J1939	109
	5.3.3.2 Transportprotokolle	109
	5.3.3.3 Bosch MCNet	109
	5.4 Weitere Bussysteme	110
	5.4.1 LIN	110
	5.4.2 Zeitgesteuerte Bussysteme (Byteflight, TTCAN, TTP, FlexRay)	112
	5.4.2.1 Byteflight	113
	5.4.2.2 TTCAN	113
	5.4.2.3 TTP	114
	5.4.2.4 FlexRay	114
	5.4.3 Busse für Rückhaltesysteme	116
	5.4.4 Busse für Multimedia-Anwendungen	117
	5.4.4.1 MOST	117
	5.4.4.2 IDB1394	118
	5.4.5 Drahtlose Netze	118
	5.5 Praktisches Vorgehen	119
	6 Hardware	122
	6.1 Steuergeräteschaltungen	122
	6.1.1 Rechnerkern	123
	6.1.1.1 Mikrocontroller	125
	6.1.1.2 Speicher	126
	6.1.1.3 Spannungsversorgung des Rechnerkerns	128
	6.1.1.4 Takterzeugung	128
	6.1.1.5 Überwachung	129
	6.1.1.6 Interne Busse	129
	6.1.1.7 Programmierbare Logik, ASIC und ASSP	130
	6.1.2 Sensorik	133
	6.1.3 Auswertung von Sensorsignalen	136
	6.1.3.1 Schaltende Sensoren	136
	6.1.3.2 Ohmsche Sensoren	137
	6.1.3.3 Kapazitive und induktive Sensoren	138
	6.1.3.4 Aktive Sensoren	139
	6.1.3.5 Analog-/Digitalwandlung	139
	6.1.3.5.1 Zubehör für AD-Wandler	141
	6.1.3.6 Sensoren mit integrierter Elektronik	141
	6.1.4 Ansteuerung der Aktoren	143
	6.1.4.1 Digital-/Analog-Wandlung	144
	6.1.4.2 Leistungshalbleiter	146
	6.1.4.3 Ansteuerschaltungen	147
	6.1.4.4 Endstufenüberwachung	152
	6.1.5 Spannungswandler	153
	6.2 Elektromagnetische Verträglichkeit	155
	6.2.1 Störquellen und Störsenken	156
	6.2.2 Kopplungsmechanismen	157
	6.2.2.1 Kopplung über Felder	157
	6.2.2.1.1 Kapazitive Kopplung	157
	6.2.2.1.2 Induktive Kopplung	158
	6.2.2.1.3 Elektromagnetische Kopplung	159
	6.2.2.2 Kopplung über Leitungen	159
	6.2.2.3 Elektrostatische Entladungen	161
	6.2.3 EMV-Normen und Gesetzgebung	162
	6.2.3.1 Abstrahlung/Einstrahlung	163
	6.2.3.1.1 Normen zur Störaussendung	163
	6.2.3.1.2 Normen zur Einstrahlfestigkeit	164
	6.2.3.2 Leitungsgeführte Störungen	165
	6.2.3.2.1 DIN 40839, ISO 7637, ISO 16750-2	165
	6.2.3.2.2 AGN/E 01/2000	168
	6.2.3.3 Elektrostatische Entladungen	169
	6.2.4 Maßnahmen zur Sicherstellung der EMV	169
	6.2.4.1 Spannungsversorgung und Massung	169
	6.2.4.2 Verdrillung, Abschirmung und Verlegung von Leitungen	170
	6.2.4.3 Abschirmung von Geräten	170
	6.2.4.4 Signalübertragung	172
	6.2.4.5 Filterung und Schutz vor Überspannungen	172
	6.2.5 Simulation in der EMV	173
	6.2.6 EMV-Mess- und Prüftechnik	174
	6.2.6.1 Nachbildung und Messung feldgeführter Störungen	174
	6.2.6.2 Nachbildung und Messung leitungsgeführter Störungen	177
	6.3 Mechanische Anforderungen	177
	6.4 Thermische Anforderungen	178
	6.5 Chemische Anforderungen und Dichtigkeit	183
	6.6 Anforderungen an den Umweltschutz	184
	6.7 Akustische Anforderungen	185
	6.8 Aufbau- und Verbindungstechnik	186
	7 Software	188
	7.1 Architektur der Steuergeräte-Software	188
	7.2 Echtzeit-Betriebssysteme	191
	7.2.1 Aufgaben eines Echtzeit-Betriebssystems	191
	7.2.1.1 Zuteilung von Rechenzeit	191
	7.2.1.2 Hardwareabstraktion	193
	7.2.1.3 Programmierschnittstelle	193
	7.2.1.4 Software-Überwachung	193
	7.2.2 OSEK/VDX	194
	7.2.2.1 OSEK OS/OSTime	195
	7.2.2.2 OSEK COM	196
	7.2.2.3 OSEK NM	196
	7.2.2.4 Weitere Merkmale	197
	7.2.3 AUTOSAR	197
	7.3 Steuer- und regelungstechnische Funktionen der Software	199
	7.3.1 Steuerungen	199
	7.3.2 PI- und PID-Regler	201
	7.3.3 Modellbasierte Regler	205
	7.3.3.1 Zustandsregler	209
	7.3.3.2 Beobachter	210
	7.3.3.3 Prädiktoren	211
	7.4 Diagnosefunktionen der Software	211
	7.4.1 Erkennung und Behandlung von Fehlern	213
	7.4.2 Entprellung und Heilung von Fehlern	214
	7.4.3 Fehlerspeicher-Management	215
	7.4.4 Kommunikation zwischen Steuergerät und Tester	215
	7.4.5 On-Board-Diagnose (OBD)	221
	7.4.6 Programmierung über die Diagnose-Schnittstelle	224
	7.4.7 ODX	225
	7.5 Entwicklung der Anwendungs-Software	226
	7.5.1 Programmierung	226
	7.5.1.1 Modellbasierte Softwareentwicklung	227
	7.5.1.2 Konfigurationsmanagement	228
	7.5.2 Bypass	229
	7.5.3 Datensatz und Applikation	229
	7.5.3.1 Design of Experiments (DoE)	232
	7.5.3.2 Applikationsprotokolle	232
	7.5.3.2.1 CCP	233
	7.5.3.2.2 XCP	233
	7.5.3.3 Label-Datenbanken	234
	7.5.4 Softwaretests	235
	7.5.4.1 Modultest	236
	7.5.4.2 Integrationstest	237
	7.5.4.3 Systemtest	238
	7.5.4.3.1 Hardware in the Loop	239
	7.5.4.4 Akzeptanztest	242
	7.5.5 Flash-Programmierung	242
	8 Projekte, Prozesse und Produkte	246
	8.1 Besonderheiten der Kfz-Branche	246
	8.2 Stufen der Elektronik-Entwicklung	248
	8.3 Projekte und Prozesse	250
	8.4 Projekte in der Praxis	252
	8.5 Projektphasen	253
	8.5.1 Akquisitionsphase	253
	8.5.1.1 Kostenschätzung	255
	8.5.2 Planungsphase	256
	8.5.2.1 Teambildung	256
	8.5.2.2 Terminplanung	257
	8.5.2.3 Kostenplanung	259
	8.5.2.4 Vorgehensmodelle	259
	8.5.2.4.1 Wasserfallmodell/Sashimi-Modell	260
	8.5.2.4.2 V-Modell/V-Modell XT	261
	8.5.2.4.3 Nebenläufiges Modell	263
	8.5.2.4.4 Objektorientiertes Modell	263
	8.5.2.4.5 Spiralmodell	264
	8.5.2.4.6 Prototypenmodell	264
	8.5.2.4.7 Evolutionäres Modell	265
	8.5.2.4.8 Inkrementelles Modell	265
	8.5.2.4.9 Timebox	266
	8.5.2.4.10 Agile Modelle	266
	8.5.2.4.11 Open Source	268
	8.5.2.4.12 Vergleich der Vorgehensmodelle	268
	8.5.2.5 Anforderungen und Spezifikation	268
	8.5.2.6 Projekthandbuch	272
	8.5.3 Entwicklungsphase	272
	8.5.3.1 Änderungsmanagement	274
	8.6 Product Lifecycle Management	276
	8.7 Architekturbasierte Entwicklung	277
	8.8 Serienbetreuung	278
	8.8.1 Serienbetreuung durch die Entwicklung	278
	8.8.2 Produktion	278
	8.8.3 Service	280
	8.9 Qualität	281
	8.9.1 Qualitätsmanagement	283
	8.9.1.1 Qualitätsregelkreis im Großen: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess	286
	8.9.1.2 Qualitätsregelkreis im Kleinen: Reviews	286
	8.9.2 Qualitätsstandards	287
	8.9.2.1 ISO 9000	288
	8.9.2.2 ISO/TS16949	289
	8.9.2.3 Reifegrade von Prozessen	289
	8.9.2.3.1 CMM(I)	290
	8.9.2.3.2 SPICE	291
	9 Sicherheit und Zuverlässigkeit	292
	9.1 Ausfälle elektronischer Systeme	293
	9.1.1 Alterung und Ausfall elektronischer Bauelemente	295
	9.1.1.1 Alterung passiver Bauelemente	296
	9.1.1.2 Alterung aktiver Bauelemente	297
	9.1.1.3 Alterung elektromechanischer Bauelemente	298
	9.1.1.4 Alterung von Sensoren	299
	9.1.1.5 Alterung von Aktoren	300
	9.2 Ausfälle von Software	300
	9.3 Methoden zur Analyse von Sicherheit und Zuverlässigkeit	301
	9.3.1 FMEA	301
	9.3.2 Fehlerbaumanalyse	303
	9.3.3 Ereignisfolgenanalyse	305
	9.4 Verbesserungsmaßnahmen	306
	9.4.1 Qualifizierung von Bauelementen	306
	9.4.2 Überwachung und Diagnose	307
	9.4.3 Komplexität und Redundanz	307
	10 Anwendungen	310
	10.1 Funktionsentwicklung am Beispiel Klimaregelung	310
	10.1.1 Prinzip der Klimaregelung	310
	10.1.2 Struktur der Klimaregelung (Beispiel)	311
	10.1.3 Funktionsentwicklung im Klimasteuergerät (Beispiel)	312
	10.2 Systeme im Antriebsstrang	314
	10.2.1 Motorsteuergeräte (Otto)	315
	10.2.1.1 Zündung	315
	10.2.1.2 Lambda-Regelung	317
	10.2.2 Steuergeräte für variable Nockenwellen	317
	10.2.3 Getriebesteuergeräte	320
	10.2.4 Kupplungssteuergeräte	321
	10.2.5 Elektronische Differenzialsperre	321
	10.3 Systeme für die Fahrdynamik und die aktive Sicherheit	322
	10.3.1 Längsdynamik und Bremsen	323
	10.3.1.1 Schlupfregelung	323
	10.3.1.2 Geschwindigkeits- und Abstandsregelung	324
	10.3.1.3 Bremsassistenten und Brake-by-Wire	325
	10.3.1.4 Parkbremse und Anfahrhilfe	327
	10.3.2 Querdynamik, Lenkung und ESP	327
	10.3.2.1 Lenksysteme	327
	10.3.2.2 ESP	327
	10.3.2.3 Sturzregelung	330
	10.3.3 Vertikaldynamik	330
	10.3.4 Reifenüberwachung	332
	10.4 Systeme für die passive Sicherheit	333
	10.4.1 Airbag	333
	10.4.2 Gurtstraffer	335
	10.4.3 Fußgängerschutz	335
	10.5 Fahrerassistenz- und Informationssysteme	335
	10.5.1 Spurhalte- und Spurwechselassistenten	335
	10.5.2 Einparkhilfen	336
	10.5.3 Navigationssysteme	336
	10.5.4 Telematik	339
	10.5.5 Scheibenreinigungssysteme	342
	10.5.6 Beleuchtung	342
	10.5.7 Nachtsichtsysteme	344
	10.6 Mensch-Maschine-Schnittstelle	345
	10.7 Komfortsysteme	348
	10.8 Unterhaltungselektronik	349
	10.9 Diebstahlschutz	350
	11 Selbstbau und Tuning	352
	12 Zukunftstechnologien im Fahrzeug	354
	12.1 Adaptronik	354
	12.1.1 Beispiel Motorlagerung	355
	12.1.2 Beispiel Strukturversteifung mit Memory-Metallen	357
	12.2 Nanotechnologie	357
	12.3 Photonik	357
	12.4 Weitere Zukunftsentwicklungen	358
	A Abkürzungen	359
	B Symbole in Formeln und Naturkonstanten	366
	C Literaturverzeichnis	368
	Sachwortverzeichnis	386

Elektronik in der Fahrzeugtechnik - Hardware, Software, Systeme und Projektmanagement

von: Kai Borgeest

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