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

Vorwort

Vorwort zur 2. Auflage

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Bordelektrik

2.1 Bordnetz

2.1.1 Leitungen und Kabelbäume

2.1.2 Verdrahtungspläne

2.1.3 Steckverbinder

2.1.4 Sicherungen

2.2 Energiespeicher

2.2.1 Bleiakkumulatoren

2.2.2 Nickel-Cadmium-Akkumulatoren

2.2.3 Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren

2.2.4 Li-Ionen-Akkumulatoren

2.2.5 Natrium-Schwefel-Akkumulatoren

2.2.6 Kondensatoren als Energiespeicher

2.2.7 Brennstoffzellen

2.2.8 Weitere Energiespeicher

2.3 Mehrspannungs-Bordnetz

2.4 Energiemanagement

3 Hybridantriebe und elektrische Antriebe

3.1 Elektrische Maschinen

3.1.1 Gleichstrommaschinen

3.1.2 Synchronmaschinen

3.1.3 Asynchronmaschinen

3.1.4 Umrichter

3.2 Lichtmaschine

3.3 Starter

3.4 Starter-Generatoren

3.5 Hybridfahrzeuge

3.6 Elektrofahrzeuge

3.6.1 Brennstoffzellen-Fahrzeuge

3.6.2 Fahrzeuge mit Aufladung am öffentlichen Netz

3.6.3 Solarfahrzeuge

4 Beispiel Elektronische Dieselsteuerung (EDC)

4.1 Aufgaben

4.2 Einspritzung

4.2.1 Winkeluhr

4.2.2 Berechnung der Einspritzmenge

4.2.3 Berechnung des Spritzbeginns

4.2.4 Ansteuerung des Einspritzsystems

4.2.5 Ansteuerung der Injektoren

4.2.5.1 Injektoren mit Magnetventil

4.2.5.2 Piezo-Injektoren

4.2.6 Regelung des Raildrucks

4.3 Drehzahlregelung

4.4 Regelung des Luftsystems

4.4.1 Abgasrückführung

4.4.1.1 Sensorik

4.4.1.2 Aktorik

4.4.2 Aufladung

4.4.2.1 Sensorik

4.4.2.2 Aktorik

4.5 Abgasnachbehandlung

4.5.1 Partikelfilter

4.5.1.1 Ladungserkennung

4.5.1.2 Regeneration

4.5.2 Stickoxid-Filter

4.5.2.1 Speicherkatalysator

4.5.2.2 Selektive katalytische Reduktion

4.5.3 Lambda-Sonde

4.5.4 NOX-Sonde

4.5.5 Ruß-Sensoren

4.6 Thermomanagement

5 Bussysteme

5.1 Zuordnung von Funktionen zu Geräten

5.2 Kfz-Elektronik als LAN

5.3 CAN-Bus

5.3.1 Physikalische Schicht des CAN

5.3.1.1 Spannungspegel und Störsicherheit

5.3.1.2 Wellenwiderstand und Abschluss

5.3.1.3 Verbindung von Steuergeräten

5.3.1.4 Zeitlicher Ablauf und Synchronisation

5.3.1.4.1 Zulässige Oszillatortoleranzen

5.3.1.4.2 Berechnungsbeispiel zur Synchronisation

5.3.2 Sicherungsschicht des CAN

5.3.2.1 Medium Access Control

5.3.2.2 Logic Link Control

5.3.2.3 Fehlerbehandlung

5.3.2.3.1 Fehlererkennung

5.3.2.3.2 Fehlermeldung durch Error Frames

5.3.2.3.3 Begrenzung von Fehlerfolgen

5.3.3 Beispiele für aufgesetzte Protokollschichten

5.3.3.1 J1939

5.3.3.2 Transportprotokolle

5.3.3.3 Bosch MCNet

5.4 Weitere Bussysteme

5.4.1 LIN

5.4.2 Zeitgesteuerte Bussysteme (Byteflight, TTCAN, TTP, FlexRay)

5.4.2.1 Byteflight

5.4.2.2 TTCAN

5.4.2.3 TTP

5.4.2.4 FlexRay

5.4.3 Busse für Rückhaltesysteme

5.4.4 Busse für Multimedia-Anwendungen

5.4.4.1 MOST

5.4.4.2 IDB1394

5.4.5 Drahtlose Netze

5.5 Praktisches Vorgehen

6 Hardware

6.1 Steuergeräteschaltungen

6.1.1 Rechnerkern

6.1.1.1 Mikrocontroller

6.1.1.2 Speicher

6.1.1.3 Spannungsversorgung des Rechnerkerns

6.1.1.4 Takterzeugung

6.1.1.5 Überwachung

6.1.1.6 Interne Busse

6.1.1.7 Programmierbare Logik, ASIC und ASSP

6.1.2 Sensorik

6.1.3 Auswertung von Sensorsignalen

6.1.3.1 Schaltende Sensoren

6.1.3.2 Ohmsche Sensoren

6.1.3.3 Kapazitive und induktive Sensoren

6.1.3.4 Aktive Sensoren

6.1.3.5 Analog-/Digitalwandlung

6.1.3.5.1 Zubehör für AD-Wandler

6.1.3.6 Sensoren mit integrierter Elektronik

6.1.4 Ansteuerung der Aktoren

6.1.4.1 Digital-/Analog-Wandlung

6.1.4.2 Leistungshalbleiter

6.1.4.3 Ansteuerschaltungen

6.1.4.4 Endstufenüberwachung

6.1.5 Spannungswandler

6.2 Elektromagnetische Verträglichkeit

6.2.1 Störquellen und Störsenken

6.2.2 Kopplungsmechanismen

6.2.2.1 Kopplung über Felder

6.2.2.1.1 Kapazitive Kopplung

6.2.2.1.2 Induktive Kopplung

6.2.2.1.3 Elektromagnetische Kopplung

6.2.2.2 Kopplung über Leitungen

6.2.2.3 Elektrostatische Entladungen

6.2.3 EMV-Normen und Gesetzgebung

6.2.3.1 Abstrahlung/Einstrahlung

6.2.3.1.1 Normen zur Störaussendung

6.2.3.1.2 Normen zur Einstrahlfestigkeit

6.2.3.2 Leitungsgeführte Störungen

6.2.3.2.1 DIN 40839, ISO 7637, ISO 16750-2

6.2.3.2.2 AGN/E 01/2000

6.2.3.3 Elektrostatische Entladungen

6.2.4 Maßnahmen zur Sicherstellung der EMV

6.2.4.1 Spannungsversorgung und Massung

6.2.4.2 Verdrillung, Abschirmung und Verlegung von Leitungen

6.2.4.3 Abschirmung von Geräten

6.2.4.4 Signalübertragung

6.2.4.5 Filterung und Schutz vor Überspannungen

6.2.5 Simulation in der EMV

6.2.6 EMV-Mess- und Prüftechnik

6.2.6.1 Nachbildung und Messung feldgeführter Störungen

6.2.6.2 Nachbildung und Messung leitungsgeführter Störungen

6.3 Mechanische Anforderungen

6.4 Thermische Anforderungen

6.5 Chemische Anforderungen und Dichtigkeit

6.6 Anforderungen an den Umweltschutz

6.7 Akustische Anforderungen

6.8 Aufbau- und Verbindungstechnik

7 Software

7.1 Architektur der Steuergeräte-Software

7.2 Echtzeit-Betriebssysteme

7.2.1 Aufgaben eines Echtzeit-Betriebssystems

7.2.1.1 Zuteilung von Rechenzeit

7.2.1.2 Hardwareabstraktion

7.2.1.3 Programmierschnittstelle

7.2.1.4 Software-Überwachung

7.2.2 OSEK/VDX

7.2.2.1 OSEK OS/OSTime

7.2.2.2 OSEK COM

7.2.2.3 OSEK NM

7.2.2.4 Weitere Merkmale

7.2.3 AUTOSAR

7.3 Steuer- und regelungstechnische Funktionen der Software

7.3.1 Steuerungen

7.3.2 PI- und PID-Regler

7.3.3 Modellbasierte Regler

7.3.3.1 Zustandsregler

7.3.3.2 Beobachter

7.3.3.3 Prädiktoren

7.4 Diagnosefunktionen der Software

7.4.1 Erkennung und Behandlung von Fehlern

7.4.2 Entprellung und Heilung von Fehlern

7.4.3 Fehlerspeicher-Management

7.4.4 Kommunikation zwischen Steuergerät und Tester

7.4.5 On-Board-Diagnose (OBD)

7.4.6 Programmierung über die Diagnose-Schnittstelle

7.4.7 ODX

7.5 Entwicklung der Anwendungs-Software

7.5.1 Programmierung

7.5.1.1 Modellbasierte Softwareentwicklung

7.5.1.2 Konfigurationsmanagement

7.5.2 Bypass

7.5.3 Datensatz und Applikation

7.5.3.1 Design of Experiments (DoE)

7.5.3.2 Applikationsprotokolle

7.5.3.2.1 CCP

7.5.3.2.2 XCP

7.5.3.3 Label-Datenbanken

7.5.4 Softwaretests

7.5.4.1 Modultest

7.5.4.2 Integrationstest

7.5.4.3 Systemtest

7.5.4.3.1 Hardware in the Loop

7.5.4.4 Akzeptanztest

7.5.5 Flash-Programmierung

8 Projekte, Prozesse und Produkte

8.1 Besonderheiten der Kfz-Branche

8.2 Stufen der Elektronik-Entwicklung

8.3 Projekte und Prozesse

8.4 Projekte in der Praxis

8.5 Projektphasen

8.5.1 Akquisitionsphase

8.5.1.1 Kostenschätzung

8.5.2 Planungsphase

8.5.2.1 Teambildung

8.5.2.2 Terminplanung

8.5.2.3 Kostenplanung

8.5.2.4 Vorgehensmodelle

8.5.2.4.1 Wasserfallmodell/Sashimi-Modell

8.5.2.4.2 V-Modell/V-Modell XT

8.5.2.4.3 Nebenläufiges Modell

8.5.2.4.4 Objektorientiertes Modell

8.5.2.4.5 Spiralmodell

8.5.2.4.6 Prototypenmodell

8.5.2.4.7 Evolutionäres Modell

8.5.2.4.8 Inkrementelles Modell

8.5.2.4.9 Timebox

8.5.2.4.10 Agile Modelle

8.5.2.4.11 Open Source

8.5.2.4.12 Vergleich der Vorgehensmodelle

8.5.2.5 Anforderungen und Spezifikation

8.5.2.6 Projekthandbuch

8.5.3 Entwicklungsphase

8.5.3.1 Änderungsmanagement

8.6 Product Lifecycle Management

8.7 Architekturbasierte Entwicklung

8.8 Serienbetreuung

8.8.1 Serienbetreuung durch die Entwicklung

8.8.2 Produktion

8.8.3 Service

8.9 Qualität

8.9.1 Qualitätsmanagement

8.9.1.1 Qualitätsregelkreis im Großen: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess

8.9.1.2 Qualitätsregelkreis im Kleinen: Reviews

8.9.2 Qualitätsstandards

8.9.2.1 ISO 9000

8.9.2.2 ISO/TS16949

8.9.2.3 Reifegrade von Prozessen

8.9.2.3.1 CMM(I)

8.9.2.3.2 SPICE

9 Sicherheit und Zuverlässigkeit

9.1 Ausfälle elektronischer Systeme

9.1.1 Alterung und Ausfall elektronischer Bauelemente

9.1.1.1 Alterung passiver Bauelemente

9.1.1.2 Alterung aktiver Bauelemente

9.1.1.3 Alterung elektromechanischer Bauelemente

9.1.1.4 Alterung von Sensoren

9.1.1.5 Alterung von Aktoren

9.2 Ausfälle von Software

9.3 Methoden zur Analyse von Sicherheit und Zuverlässigkeit

9.3.1 FMEA

9.3.2 Fehlerbaumanalyse

9.3.3 Ereignisfolgenanalyse

9.4 Verbesserungsmaßnahmen

9.4.1 Qualifizierung von Bauelementen

9.4.2 Überwachung und Diagnose

9.4.3 Komplexität und Redundanz

10 Anwendungen

10.1 Funktionsentwicklung am Beispiel Klimaregelung

10.1.1 Prinzip der Klimaregelung

10.1.2 Struktur der Klimaregelung (Beispiel)

10.1.3 Funktionsentwicklung im Klimasteuergerät (Beispiel)

10.2 Systeme im Antriebsstrang

10.2.1 Motorsteuergeräte (Otto)

10.2.1.1 Zündung

10.2.1.2 Lambda-Regelung

10.2.2 Steuergeräte für variable Nockenwellen

10.2.3 Getriebesteuergeräte

10.2.4 Kupplungssteuergeräte

10.2.5 Elektronische Differenzialsperre

10.3 Systeme für die Fahrdynamik und die aktive Sicherheit

10.3.1 Längsdynamik und Bremsen

10.3.1.1 Schlupfregelung

10.3.1.2 Geschwindigkeits- und Abstandsregelung

10.3.1.3 Bremsassistenten und Brake-by-Wire

10.3.1.4 Parkbremse und Anfahrhilfe

10.3.2 Querdynamik, Lenkung und ESP

10.3.2.1 Lenksysteme

10.3.2.2 ESP

10.3.2.3 Sturzregelung

10.3.3 Vertikaldynamik

10.3.4 Reifenüberwachung

10.4 Systeme für die passive Sicherheit

10.4.1 Airbag

10.4.2 Gurtstraffer

10.4.3 Fußgängerschutz

10.5 Fahrerassistenz- und Informationssysteme

10.5.1 Spurhalte- und Spurwechselassistenten

10.5.2 Einparkhilfen

10.5.3 Navigationssysteme

10.5.4 Telematik

10.5.5 Scheibenreinigungssysteme

10.5.6 Beleuchtung

10.5.7 Nachtsichtsysteme

10.6 Mensch-Maschine-Schnittstelle

10.7 Komfortsysteme

10.8 Unterhaltungselektronik

10.9 Diebstahlschutz

11 Selbstbau und Tuning

12 Zukunftstechnologien im Fahrzeug

12.1 Adaptronik

12.1.1 Beispiel Motorlagerung

12.1.2 Beispiel Strukturversteifung mit Memory-Metallen

12.2 Nanotechnologie

12.3 Photonik

12.4 Weitere Zukunftsentwicklungen

A Abkürzungen

B Symbole in Formeln und Naturkonstanten

C Literaturverzeichnis

Sachwortverzeichnis