Handbuch Kraftfahrzeugelektronik - Grundlagen - Komponenten - Systeme - Anwendungen

Vorwort

Autorenverzeichnis

Firmen- und Institutionenverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Motor und Antriebsstrang

2.1 Motormanagement

2.1.1 Anforderungen

2.1.2 Funktionen

2.2 Getriebesteuerung

2.2.1 Getriebekonzepte

2.2.2 Funktionen und Software

2.3 Steuerungen für Motor und Getriebe

2.3.1 Konzeptionelle Gemeinsamkeiten bei Motor- und Getriebesteuerungen

2.3.2 Besonderheiten der Motorsteuergeräte-Hardware

2.3.3 Besonderheiten der Getriebeelektronik

2.3.4 Software

2.4 Getriebesteuerung im Nutzfahrzeug

2.5 Fahrzeug-Starter

2.5.1 Einleitung

2.5.2 Elektromotorische Grundlagen

2.5.3 Schaltungsarten

2.5.4 Starter für Personenkraftwagen

2.5.5 Starter für Nutzfahrzeuge

2.5.6 Schraubtrieb-Starter der Motorradtechnik

2.5.7 Startsteuerungen

2.6 Hybridantriebe

2.6.1 Motivation zur Entwicklung von Hybridantrieben

2.6.2 Hybride Antriebsstrukturen

2.6.3 Schlüsselkomponenten

2.6.4 Betriebsstrategie

2.6.5 Antriebsintegration

2.6.6 Fahrzeugbeispiele

2.6.7 Bewertung

2.7 Brennstoffzellen

2.7.1 Einführung

2.7.2 Polymer-Elektrolyt-Membran- Brennstoffzelle

2.7.3 Brennstoffzellensystem und -antrieb

2.7.4 Brennstoffzellen-Fahrzeuge

2.7.5 Ausblick

2.8 Simulation und Modellbildung in der Motorentechnik

2.8.1 Motorenentwicklungsprozess

2.8.2 Baugruppen des Motors

2.8.3 Berechnungsmethoden und Berechnungsaufgaben

2.8.4 Optimierung

3 Fahrwerksysteme

3.1 Physikalische Grundlagen zur Fahrdynamik-Regelung

3.2 Fahrdynamik-Regelung für Personenkraftwagen

3.2.1 Antriebs- und Bremsregelsysteme

3.2.2 Achsregelsysteme

3.2.3 Lenkungsregelsysteme

3.2.4 Integration von Fahrwerksregelsystemen

3.2.5 Steer-by-Wire

3.2.6 Brake-By-Wire

3.3 Fahrdynamikregelung für Nutzfahrzeuge

3.3.1 Nutzfahrzeug-Bremsanlage

3.3.2 Fahrdynamik-Regelung von Sattelzügen

3.4 Simulation von Fahrwerksystemen

3.4.1 Modellbildung

3.4.2 Reifen

3.4.3 Rad- und Achskinematik

3.4.4 Aufbaufederung

3.4.5 Lenksystem

3.4.6 Simulationsumgebung

4 Bordnetz und Vernetzung

4.1 Systemarchitekturen im Kraftfahrzeug

4.1.1 Einleitung

4.1.3 Gestaltungselemente einer Systemarchitektur

4.1.4 Software-Architekturen

4.1.5 Systemdesignprozess

4.1.6 Architekturbewertung

4.1.7 Zusammenfassung

4.2 Bussysteme, Vernetzungen, verteilte Systeme

4.2.1 Grundlagen der Datenkommunikation

4.2.2 ISO 9141-2 (K-Leitung)

4.2.3 SAE J1850

4.2.4 CAN

4.2.5 LIN

4.2.6 FlexRay und TTP

4.2.8 Gateway-Strategien

4.3 Fahrzeuggeneratoren

4.3.1 Einleitung

4.3.2 Aufbau eines Klauenpolgenerators

4.3.3 Generatorbauart-Varianten

4.3.4 Dreiphasenwechselspannung

4.3.5 Gleichrichtung der Dreiphasenwechselspannung

4.3.6 Spannungsregelung in herkömmlichen Systemen

4.3.7 Spezielle Schutzmaßnahmen

4.3.8 Generatorsysteme mit Mehrfunktionsregler

4.3.9 Busgesteuertes Generatorsystem

4.3.10 Leistungserhöhung durch Mittelpunktsdioden

4.3.11 Spannungsregelung bei Schwungmagnet-Generatoren

4.3.12 Diagnosemöglichkeiten der Kfz-Werkstatt

4.4 Starter-Generatoren

4.4.1 Der Micro-Hybrid

4.4.2 Der Mild-Hybrid

4.4.3 Elektrische Antriebe für Starter- Generatoren

4.4.4 Elektronik

4.4.5 Anforderungen an elektrische Energiespeicher

4.5 Batterien und Energiespeicher

4.5.1 Überblick: Rolle der Energiespeicher

4.5.2 Bleibatterie

4.5.3 Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren

4.5.4 Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren

4.5.6 Anwendung elektrochemischer Speicher in Kraftfahrzeugen

4.6 Energiemanagement

4.6.1 Übergeordnetes Energiemanagement

4.6.2 Elektrisches Energiemanagement

4.7 Simulation von Bordnetzen

4.7.1 Grundlagen der Bordnetz- Simulation

4.7.2 Methodenüberblick

4.7.3 Grundlagen von VHDL-AMS

4.7.4 Simulationsaufgaben

4.8 4 2-V-Bordnetz

4.8.1 Energienetz

4.8.2 Verbrauchersysteme

4.9 Entwicklungsprozess und Produktlebenszyklus

4.9.1 Einführung

4.9.2 Produktlebenszyklus

4.9.3 Systems Engineering

4.9.4 Software-Qualitätssicherung

4.9.5 Flashprozess in der Fahrzeugproduktion

5 Beleuchtung

5.1 Lichterzeugung und menschliche Wahrnehmung

5.1.1 Lichttechnische Größen und Einheiten

5.1.2 Künstliche Lichtquellen

5.1.3 Elektrische Versorgung und elektronische Ansteuerung

5.2 Mensch im Verkehr

5.2.1 Objekte im Verkehrsraum

5.2.2 Sehen, wahrnehmen und erkennen

5.2.3 Dynamische Phänomene

5.2.4 Sichtverhältnisse

5.2.5 Fahrzeug, Straße und Verkehr

5.2.6 Gesetzliche Zulassungsvorschriften

5.3 Scheinwerfer

5.3.1 Fahrzeuganbau und Funktion

5.3.2 Lichttechnischer Aufbau

5.3.3 Konstruktiver Aufbau

5.3.4 Qualität in Entwicklung und Produktion

5.3.5 Tag- und Nachtdesign

5.3.6 Adaptives Licht

5.3.7 LED-Scheinwerfer

5.4 Signalleuchten

5.4.1 Vorschriften zu Anbau und Funktionen

5.4.2 Konstruktiver Aufbau

5.4.3 Lichttechnische Konzepte

5.4.4 Formensprache

5.4.5 Signale mit höherem Informationsgehalt

5.5 Innenleuchten

5.5.1 Innenlicht auch während der Fahrt

5.5.2 Raumgestaltung mit Licht und Farbe

5.5.3 Lichtquellen für den Innenraum

5.5.4 Komfort durch Beleuchtung

5.5.5 Inszenierung durch intelligentes Innenlicht

6 Sicherheitssysteme

6.1 Passive Sicherheit

6.1.1 Einleitung

6.1.2 Die Rückhaltesysteme

6.1.3 Das vorausschauende Insassenschutzsystem

6.1.4 Überrollsensierung

6.1.5 Fußgängerschutz

6.2 Zugangs- und Fahrberechtigungssysteme

6.2.1 Systemfunktionen

6.2.2 Technik

7 Komfortsysteme

7.1 Einleitung

7.2 Bewegliche Dachsysteme

7.2.1 Schiebedächer

7.2.2 Cabriosysteme

7.3 Heiz- und Klimasysteme

7.3.1 Stand- und Zuheizsysteme

7.3.2 Steuergerätefunktionen

7.3.3 Klimasysteme in Nutzfahrzeugen und Bussen

8 Instrumentierung

8.1 Instrumente mit Zeigerantrieben

8.1.1 Drehmagnetquotienten-Messwerk

8.1.2 Schrittmotor-Messwerk

8.2 Digitale Anzeigegeräte

8.2.1 LCD-Aktivmatrix

8.2.2 Vakuum-Fluoreszenz-Display

8.2.3 Organic Light Emitting Diodes

8.3 Beleuchtung

8.3.1 Lichtquellen

8.3.2 Integration in das Instrument

8.4 Instrumentierungsaufbau

8.4.1 Head-up-Display

8.4.2 Bordmonitore

8.5 Bedienelemente

8.5.1 Zentrale Bedienkonzepte

9 Fahrerassistenzsysteme und Verkehr

9.1 Fahrerassistenzsysteme in Personenkraftwagen

9.1.1 Übersicht

9.1.2 Unfallursachen und daraus abgeleitete Fahrerassistenzsysteme

9.1.3 Kommunikation Fahrzeug-Fahrzeug und Fahrzeug-Infrastruktur

9.1.4 Sensoren für prädiktive Fahrerassistenzsysteme

9.1.3 Kommunikation Fahrzeug-Fahrzeug und Fahrzeug-Infrastruktur

9.1.4 Sensoren für prädiktive Fahrerassistenzsysteme

9.1.5 Rundumsichtsysteme, prädiktive Fahrerassistenzsysteme

9.2 Fahrerassistenzsysteme in Nutzfahrzeugen

9.2.1 Aktuelle Fahrerassistenzsysteme

9.2.2 In Entwicklung befindliche Fahrerassistenzsysteme

9.3 Verkehrsleitsysteme

9.3.1 Verkehrsentwicklung

9.3.2 Strategien der Verkehrsleitung

9.3.3 Technische Vorraussetzungen zur Verkehrsbeeinflussung

9.3.4 Mobilitätsmanagement

10 Telematik

10.1 Allgemeines

10.1.1 Begriffsbestimmung

10.1.2 Geschichtliche Entwicklung

10.1.3 Systemarchitektur im Fahrzeug

10.1.4 Systemarchitektur außerhalb des Fahrzeugs

10.1.5 Schwierigkeiten und Herausforderungen

10.1.6 Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine

10.1.7 Angebot und Nachfrage

10.2 Navigation

10.2.1 Geschichte und Marktentwicklung

10.2.2 Funktionsweise und Systemkomponenten

10.2.3 Navigation Services

10.3 Multimedia

10.3.1 Entwicklung und Stand der Technik

10.3.2 Multimedia-Architektur

10.3.3 Vernetzung interner Systeme

10.3.4 Vernetzung externer Systeme

11 Sensorik

11.1 Positions- und Winkelsensorik

11.1.1 Überblick und Messprinzipien

11.1.2 Klassifizierung

11.1.3 Anwendung

11.2 Mikrosensoren im Automobil

11.2.1 Einleitung

11.2.2 Mikrosystemtechnik

11.2.3 Sensoren im Automobil

11.2.4 Ausblick

12 Elektrische Aktorik

12.1 Einleitung

12.2 Kenngrößen von Aktoren

12.3 Elektromagnete

12.3.1 Elektrische Relais

12.3.2 Verriegelungsmagnete

12.4 Pyrotechnische Aktoren

12.5 Piezo-Aktoren

12.6 Thermische Aktoren

12.6.1 Peltierelemente

12.6.2 PTC-Heizer

12.6.3 Dehnstoffelemente

12.6.4 Bimetall-Schalter

12.6.5 Magnetschalter

13 Elektronik Hardware

13.1 Anforderungen

13.1.2 Umwelteinflüsse

13.1.3 Sicherheitssystemspezifische Methoden

13.2 Bauelemente

13.2.1 Leistungshalbleiter

13.2.2 Netzteilkomponenten

13.2.3 Mikrocontroller

13.2.4 Stecker und Kabel

14 Mechatronische Systeme

14.1 Einführung und Überblick

14.2 Mechatronische Systeme im Antrieb

14.2.1 Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie

14.2.2 Diesel-Einspritzsysteme

14.2.3 Mechatronische Getriebesteuerungen

14.3 Mechatronische Systeme im Komfortbereich

14.3.1 Integrierte mechatronische Auslegung einer Tür-Zuziehhilfe

14.3.2 Nutzung mechatronischer Synergiepotentiale bei Dachmodulen

14.3.3 Hardware-in-the-Loop-Simulation im Komfortbereich

15 Elektromagnetische Verträglichkeit

15.1 Motivation

15.1.1 Entwicklungstendenzen Automobil

15.1.2 EM-Systeme und Funktionen im Automobil

15.1.3 Betrachtung der EMV

15.2 Allgemeines zur EMV

15.2.1 Begriffe und Erläuterungen

15.2.2 EMV-Komplexität und Schutzziele im Kfz

15.2.3 EMV-Planung

15.2.4 Störquellen, Störsenken, Kopplungsmechanismen

15.2.5 Störmechanismen und Signale

15.2.6 EMV-Verbesserungsmaßnahmen

15.3 EMV im Fahrzeug

15.3.1 Elektronik und Steuergeräte

15.3.2 Mechatronik

15.3.3 Bordnetz und Kabelbaum

15.3.5 Gehäuse, Koppelelemente und weitere Systeme

15.3.6 Antennen

15.3.7 Zündanlagen

15.4 EMV-Simulation und Feldberechnung

15.4.1 Modellierung und Simulation

15.4.2 Elektromagnetische Felder und Wellen

15.4.3 Numerische Analyse elektromagnetischer Felder

15.4.4 Numerische Verfahren

15.4.5 Methoden und Werkzeuge

15.5 Messtechnik und Messmethoden

15.5.1 Komponenten- und Gesamtfahrzeugprüfung

15.5.2 Messplätze und Messräume

15.5.3 Nachbildung des Bordnetzes bei Komponentenmessungen

15.5.4 Störaussendungsmessungen

15.5.5 Störfestigkeitsprüfmethoden

15.6 Normen und Richtlinien

15.6.1 Gesetzliche Anforderungen für Fahrzeuge

15.6.2 Fahrzeugherstellerspezifische Vorschriften

16 Diagnose

16.1 Was verbirgt sich hinter dem Begriff Diagnose?

16.2 Aufgaben der Diagnose

16.2.1 Der Steuergerätelebenszyklus

16.2.2 Heutige Anwendungsfälle der Diagnose

16.2.3 Ein kurzer Blick ins Steuergerät

16.3 Diagnosekommunikation

16.3.1 Allgemeine Vorbemerkungen

16.3.2 Kommunikationswege im Fahrzeug

16.3.3 Grundlagen der Diagnosekommunikation

16.3.4 Diagnoseprotokolle und das ISO/OSI-Referenzmodell

16.3.5 Sicherheit der Diagnosekommunikation

16.3.6 Diagnoseprotokolle

16.4 Unified Diagnostic Services

16.4.1 Motivation

16.4.2 Sub-Function

16.4.3 Service-Parameter

16.4.4 Diagnosedienste der UDS-Norm

16.4.5 Zustandsautomaten am Beispiel UDS

16.4.6 Standardisierte Fehlercodes

16.4.7 Beispiel einer Diagnosesitzung mit Unified Diagnostic Services

16.5 On-Board-Diagnose

16.5.1 Historie

16.5.2 OBD-Funktionalität

16.5.3 Der OBD-Stecker

16.6 Datenaustauschformat und erweitertes V-Modell

16.6.1 Was ist ein Datenaustauschformat?

16.6.2 Motivation für einen Datenaustauschstandard

16.6.3 Anforderungen an ein standardisiertes Datenaustauschformat

16.6.4 Diagnoseprozesskette und erweitertes V-Modell

16.7 ODX-Überblick

16.7.1 Aufgaben

16.7.2 Historie des ASAM e.V.

16.7.3 Datenaustauschformate und -prozesse

16.7.5 Datenpool und Datenbasis

16.7.6 Autorensysteme

17 Software-Entwicklung

17.1 Entwicklungsprozesse, Methoden und Werkzeuge

17.1.1 Einleitung

17.1.2 Prozessstandards und Software-Qualitätsmodelle

17.1.3 Modellbasierte

17.1.4 Software-Komponenten und architekturbasierter Entwurf

17.2 Rapid Control Prototyping

17.2.1 Überblick

17.2.2 Fullpass

17.2.3 Bypassing

17.2.4 Mischformen von Fullpass und Bypassing

17.2.5 RCP in verteilten Systemen

17.3 Automatische Seriencode-Generierung

17.3.1 Motivation und Nutzen

17.3.2 Anforderungen und Werkzeugeigenschaften

17.3.3 Einbindung in den Entwicklungsprozess

17.3.4 Unterstützung relevanter Standards

17.3.5 Qualität und Support

17.4 Hardware-in-the-Loop-Simulation

17.4.1 Motivation und Nutzen

17.4.2 Rollenverteilung im Test von Steuergeräte-Software

17.4.3 Komponenten eines HIL-Simulators

17.4.4 Einbindung in den Elektronik-Entwicklungsprozess

17.5 Software-Testen

17.5.1 Grundbegriffe des Testens

17.5.2 Klassifikation der Testmethoden

17.5.4 Strukturelles Testen

17.5.5 Nichtfunktionales Testen

17.5.6 Formale Verifikation

17.5.7 Testen in der Funktionsentwicklung

17.5.8 Test von Steuergeräten

17.5.9 Testmanagement

17.6 Steuergeräte-Applikation

17.6.1 Einführung

17.6.2 Applikation von Motorsteuerungen

17.6.3 Software-Stand und Beschreibungsdateien für Steuergeräte

17.6.4 Mess- und Applikationssysteme

17.6.5 Ausblick in die Zukunft

Anhang

A Schaltzeichen und Schaltpläne

A 1 Einleitung

A 2 Klemmenbezeichnungen in der Kfz-Technik nach DIN 72552

A 3 Gerätekennzeichen nach DIN 40719-2 und DIN EN 61346-2

A 4 Schaltsymbole nach DIN EN 60617

A 5 Schaltpläne nach DIN 40719

B EMV-Normenübersicht für Fahrzeuge und Komponenten

Sachwortverzeichnis