Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik im Automobil - Fahrzeugelektronik, Fahrzeugmechatronik
von: Hans-Jürgen Gevatter, Ulrich Grünhaupt
Springer-Verlag, 2005
ISBN: 9783540299806
Sprache: Deutsch
634 Seiten, Download: 14987 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
Typ: A (einfacher Zugriff)
Mehr zum Inhalt
Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik im Automobil - Fahrzeugelektronik, Fahrzeugmechatronik
| Vorwort | 5 | ||
| Autoren | 8 | ||
| Inhaltverzeichnis | 9 | ||
| Teil A Begriffe, Benennungen, Definitionen | 17 | ||
| 1 Mensch-Maschine-Interaktion bei der Fahrzeugführung | 19 | ||
| 1.1 Das System Fahrer-Fahrzeug | 19 | ||
| 1.2 Schwerpunkte der Fahrer-Fahrzeug-Interaktions gestaltung | 21 | ||
| 1.2.1 Informationsdarbietung | 21 | ||
| 1.2.2 Fahrerassistenzsysteme | 22 | ||
| 1.3 Entwicklungstendenzen | 23 | ||
| Literatur | 23 | ||
| 2 Mechatronik | 25 | ||
| 2.1 Mechatronik im Automobil | 25 | ||
| 2.2 Funktionale und Lokale Integration | 27 | ||
| 2.3 Beherrschung der System-Komplexität | 30 | ||
| 2.4 Beispiele für Mechatronische Systeme im Fahrzeug | 31 | ||
| 2.4.1 Fahrwerks- und Fahrassistenz-Systeme | 31 | ||
| 2.4.2 Mechatronische Systeme im Triebstrang | 33 | ||
| 2.4.3 Komfort- und Sicherheitssysteme im Innenraum | 35 | ||
| Literatur | 36 | ||
| 3 Regeln und Steuern | 39 | ||
| 3.1 Einleitung | 39 | ||
| 3.2 Regeln | 40 | ||
| 3.2.1 Definition und Grundstruktur | 40 | ||
| 3.2.2 Entwurf von Reglern | 41 | ||
| 3.2.3 Anforderungen an Regelkreise | 42 | ||
| 3.2.4 Der lineare Standardregelkreis | 42 | ||
| 3.2.5 Lineare Regler | 44 | ||
| 3.2.6 Nichtlineare Regler | 46 | ||
| 3.3 Steuern | 47 | ||
| 3.3.1 Definition und Grundstruktur | 47 | ||
| 3.3.2 Verknüpfungssteuerungen | 48 | ||
| 3.3.3 Ablaufsteuerungen | 49 | ||
| 3.3.4 Vergleich der Steuerungsarten | 51 | ||
| Literatur | 52 | ||
| 4 Hilfsenergiequellen | 53 | ||
| 4.1 Elektrische Hilfsenergie | 53 | ||
| 4.2 Hydraulische Hilfsenergie | 55 | ||
| 4.3 Pneumatische Hilfsenergie | 55 | ||
| 5 Gebiete der Automatisierungstechnik im Automobil | 57 | ||
| 5.1 Triebstrang | 57 | ||
| 5.2 Fahrwerk und Fahrassistenz | 61 | ||
| 5.3 Innenraum | 63 | ||
| 6 Umgebungsbedingungen und Einbauorte | 65 | ||
| 6.1 Qualität und Serienanforderung | 65 | ||
| 6.2 Einbauorte | 65 | ||
| 6.2 Abnahmetests | 66 | ||
| Teil B Sensoren | 68 | ||
| 1 Kraft, Drehmoment | 71 | ||
| Literatur | 72 | ||
| 2 Drucksensoren | 73 | ||
| Literatur | 78 | ||
| 3 Weg, Winkel, Position | 79 | ||
| Literatur | 85 | ||
| 4 Geschwindigkeit | 87 | ||
| Literatur | 89 | ||
| 5 Beschleunigung | 91 | ||
| Literatur | 92 | ||
| 6 Temperatur | 93 | ||
| Literatur | 96 | ||
| 7 Gassensorik | 97 | ||
| Literatur | 101 | ||
| 8 Betriebsstoffsensorik | 103 | ||
| Literatur | 104 | ||
| 9 GPS | 107 | ||
| 10 Optische Sensorik | 109 | ||
| Literatur | 113 | ||
| 11 Antennen | 115 | ||
| Literatur | 120 | ||
| Teil C Bauelemente für die Signal verarbeitung mit elektrischer und nichtelektrischer Hilfsenergie | 122 | ||
| 1 Elektrische Hilfsenergie | 123 | ||
| 1.1 Bipolartransistoren | 123 | ||
| 1.2 MOS-Feldeffekttransistoren | 127 | ||
| 1.3 Operationsverstärker (OPV) | 128 | ||
| 1.3.1 Grundschaltungen mit OPV | 129 | ||
| 1.4 Optoelektronische Bauelemente | 131 | ||
| 1.4.1 Lichttechnische Grundbegriffe | 131 | ||
| 1.4.2 Passive optische Bauelemente | 133 | ||
| 1.4.2.1 Berechnung optischer Elemente | 133 | ||
| 1.4.2.2 Optische Werkstoffe | 135 | ||
| 1.4.2.3 Linsen | 136 | ||
| 1.4.2.4 Lichtwellenleiter | 137 | ||
| 1.4.3 Strahlungssender | 139 | ||
| 1.4.3.1 Leuchtdioden | 139 | ||
| 1.4.3.2 Laserdioden | 139 | ||
| 1.4.4 Strahlungsempfänger | 140 | ||
| 1.4.4.1 Fotowiderstand | 140 | ||
| 1.4.4.2 Fotodiode | 140 | ||
| 1.4.4.3 Fototransistor | 140 | ||
| 1.5 Digitale Schaltungen | 141 | ||
| 1.5.1 Grundlegende Betrachtungen | 141 | ||
| 1.5.2 Schaltkreisfamilien und Schaltkreistechnologien | 143 | ||
| 1.5.3 Funktionen digitaler Bauelemente | 150 | ||
| 1.5.4 Anwendungsspezi. sche Schaltungen (ASIC) | 158 | ||
| 1.6 Analog-Digital-Umsetzer | 161 | ||
| 1.7 Digital-Analog-Umsetzer | 168 | ||
| 1.8 Aufbau- und Ver bindungstechnik | 171 | ||
| 1.8.1 Aufgaben der AVT | 171 | ||
| 1.8.2 Packungsebenen der AVT | 172 | ||
| 1.8.2.1 Bauelementebene | 172 | ||
| 1.8.2.2 Modulebene | 173 | ||
| 1.8.2.3 Mechatronik | 174 | ||
| 1.8.3 Baugruppentechnik | 174 | ||
| 1.8.3.1 Leiterplatten | 174 | ||
| 1.8.3.2 SMT Montagetechnik | 177 | ||
| 1.8.4 Hybride und Module | 180 | ||
| 1.8.4.1 Substrattechnologien | 180 | ||
| 1.8.4.2 Montagetechniken | 184 | ||
| 1.8.4.3 Kontaktierungstechniken | 187 | ||
| 1.8.4.4 Leistungsmodule | 191 | ||
| 1.8.5 Entwurf zuverlässiger AVT | 192 | ||
| 1.8.5.1 Fehlermechanismen | 192 | ||
| 1.8.5.2 Thermal Management | 194 | ||
| 1.8.5.3 Mechanische Belastungen | 196 | ||
| 1.8.5.4 Quali. zierungsstrategien | 199 | ||
| 1.8.5.5 AVT-Normen | 200 | ||
| 1.9 Kamerasysteme im Automobil | 201 | ||
| 1.9.1 Das sehende Fahrzeug | 201 | ||
| 1.9.2 Anforderungen an fahrzeugtaugliche Kameras | 203 | ||
| 1.9.3 Fahrerassistenz „Lane Departure Warning“ LDW | 206 | ||
| 1.9.3.1 Aufbau eines LDW-Systems | 207 | ||
| 1.9.3.2 Eigenschaften einer LDW-Kamera | 207 | ||
| 1.9.3.3 Auswertung der Fahrspurinformation | 209 | ||
| 1.9.3.4 Warnalgorithmus | 210 | ||
| 1.9.4 Fahrerassistenz „Night Vision“ | 210 | ||
| 1.9.4.1 Technologien für Nachtsichtsysteme | 210 | ||
| 1.9.4.2 Visualisierung des Unsichtbaren | 212 | ||
| 1.9.4.3 Leistungsfähigkeit eines NIR-Nachtsichtsystems | 213 | ||
| 1.9.5 Die dritte Dimension: 3D-Kameras | 216 | ||
| Literatur | 218 | ||
| 2 Nichtelektrische Hilfsenergie | 223 | ||
| 2.1 Hydraulische Signal- und Leistungsverstärker | 223 | ||
| 2.2 Elektro-hydraulische Umformer | 224 | ||
| 2.2.1 Elektromechanische Wandler | 225 | ||
| Teil D Aktoren für mechanische Verstellung | 235 | ||
| 1 Aktoren mit elektrischer Hilfsenergie | 237 | ||
| 1.1 BegriffsdeFInition | 237 | ||
| 1.2 Einleitung | 237 | ||
| 1.3 Allgemeine Beschreibung elektrischer Stellantriebe | 239 | ||
| 1.3.1 Hauptgrößen | 239 | ||
| 1.3.2 Störgrößen und Umgebungsbedingungen | 240 | ||
| 1.4 Auslegung von Stellantrieben unter Fahrzeugbedingungen | 241 | ||
| 1.4.1 Vorwiderstand | 241 | ||
| 1.4.2 Bordnetzspannung | 241 | ||
| 1.4.3 Leistungsgrenzen im Bordnetz | 242 | ||
| 1.5 Aktoren | 244 | ||
| 1.5.1 Elektromotorische Stellantriebe | 244 | ||
| 1.5.2 Getriebe | 250 | ||
| 1.5.3 Elektromagnete | 253 | ||
| 1.5.4 Piezo-Direktantriebe | 255 | ||
| 1.6 Ansteuer- und Steuerelektronik | 257 | ||
| Literatur | 264 | ||
| 2 Aktoren mit hydraulischer Hilfsenergie | 265 | ||
| 2.1 Aktoren mit hydraulischer Hilfsenergie für stetige Bewegungen | 265 | ||
| 2.2 Aktoren mit hydraulischer Hilfsenergie für absätzige Bewegungen | 271 | ||
| Literatur | 274 | ||
| Teil E Leistungsübertragung und -steuerung | 276 | ||
| 1 Elektrische Kontakte | 277 | ||
| 1.1 Ruhender Kontakt | 277 | ||
| 1.2 Schaltender Kontakt | 284 | ||
| 1.3 Kontaktwerkstoffe | 288 | ||
| Literatur | 293 | ||
| 2 Elektromechanische Relais | 295 | ||
| 2.1 Einsatzbereiche und Relaistypen | 296 | ||
| 2.2 Elektromagnetischer Relaisantrieb | 298 | ||
| 2.3 Schaltvorgänge von Relais | 303 | ||
| 2.4 Relaisausführungen | 305 | ||
| Literatur | 312 | ||
| 3 Mikromechanische Relais | 313 | ||
| 3.1 Schaltverhalten bei kleinen Kontaktkräften | 313 | ||
| 3.2 Spannungsfestigkeit | 315 | ||
| 3.3 Konzepte für Mikroantriebe | 316 | ||
| 3.4 Technologische Realisierungen von Mikrorelais | 320 | ||
| 3.5 Hochfrequenzschalter (RF MEMS) | 326 | ||
| Literatur | 327 | ||
| 4 Halbleiter-Relais | 331 | ||
| 4.1 Elektronische Schalter | 333 | ||
| 4.2 Halbleiter-Relais mit galvanischer Trennung | 336 | ||
| 4.3 Elektronische Lastrelais für Wechselstrom | 338 | ||
| Literatur | 339 | ||
| 5 Leistungselektronische Bauelemente | 341 | ||
| 5.1 Grundlagen der Leistungselektronik | 341 | ||
| 5.2 Bauelemente der Leistungselektronik | 348 | ||
| Literatur | 364 | ||
| Teil F Hilfsenergiequellen | 367 | ||
| 1 Elektrische Hilfsenergiequellen | 369 | ||
| Literatur | 373 | ||
| 2 Pneumatische Hilfsenergiequellen | 375 | ||
| Literatur | 376 | ||
| 3 Hydraulische Hilfsenegiequellen | 377 | ||
| Literatur | 380 | ||
| Teil G Anzeigegeräte und Bedienelemente | 382 | ||
| 1 Einleitung, Sehen und Bedienen | 383 | ||
| 1.1 Zentrale Anzeigegeräte, Primäranzeigen | 383 | ||
| 1.2 Sekundäre Anzeigegeräte, Sekundäranzeigen | 383 | ||
| 1.3 Eingabeelemente für den Fahrer | 384 | ||
| 2 Anzeigegeräte | 385 | ||
| 2.1 Analoge Anzeigegeräte | 385 | ||
| 2.2 Digitale Anzeigegeräte | 391 | ||
| 3 Integration der Anzeigegeräte ins Fahrzeug | 403 | ||
| 3.1 Einzel-Instrumente | 403 | ||
| 3.2 Kombinations-Instrumente | 403 | ||
| 3.3 Hybrid-Instrumente | 404 | ||
| 3.4 Frei kon. gurierbares Kombinations-Instrument | 404 | ||
| 3.5 Head-up-Display (HUD) | 405 | ||
| 4 Bedienelemente | 407 | ||
| 4.1 Ergonomie und kurzer Rückblick | 407 | ||
| 4.2 Einzelne Stellelemente im Umfeld des Kombinations-Instrumentes | 408 | ||
| 4.3 Automobile Schaltertechnik | 409 | ||
| 4.4 Zentrale Bedienkonzepte | 409 | ||
| Teil H Anwendungsbeispiele | 413 | ||
| 1 Triebstrang | 415 | ||
| 1.1. Elektronische Motorkontrolle | 415 | ||
| 1.2 Tiptronic | 422 | ||
| 1.3 Nebenaggreate | 426 | ||
| 1.4 Abgas | 428 | ||
| 1.5 Kühlwasser-Temperaturregelung | 432 | ||
| 1.6 Valvetronic | 435 | ||
| 1.7 Wartungsanzeigen | 440 | ||
| Literatur | 441 | ||
| 2 Fahrzeugbewegung | 443 | ||
| 2.1 Systemvernetzung im Fahrwerk | 443 | ||
| 2.2 Federung | 469 | ||
| 2.3 Reifendruck-Kontrolle | 478 | ||
| 2.4 Geschwindigkeits- und Distanzregelung | 480 | ||
| 2.5 Dynamische Stabilitäts-, Brems- und Traktionskontrolle | 486 | ||
| 2.6 Servolenkung | 488 | ||
| Literatur | 493 | ||
| 3 Innenraum | 497 | ||
| 3.1 Innenraum-Klimaregelung | 497 | ||
| 3.2 Navigationssysteme | 501 | ||
| 3.3 Zündschlüssel mit Funkfernbedienung | 506 | ||
| 3.4 Airbagsystem | 508 | ||
| 3.5 Sitzgurtstraffer | 513 | ||
| 3.6 Parkdistanzkontrolle | 514 | ||
| 3.7 Front- und Heckscheibenheizung | 516 | ||
| 3.8 Verkehrsnachrichtenempfang | 517 | ||
| 3.9 Zentral-Steuergerät | 518 | ||
| Literatur | 520 | ||
| Teil J Vernetzte Systeme im Automobil – Kommunikationsnetz und Datenverarbeitung | 523 | ||
| 1 Anforderungen | 525 | ||
| 2 Elektronische Steuergeräte | 527 | ||
| 2.1 Eingangsschaltung | 527 | ||
| 2.2 Logikteil zur Signalverarbeitung | 528 | ||
| 2.3 Ausgangsschaltung mit Stell- und Regelgrößen | 529 | ||
| 3 Architektur | 531 | ||
| Literatur | 531 | ||
| 4 CARTRONIC | 532 | ||
| 4.1 Vernetzte Teilsysteme | 532 | ||
| 4.2 Beispiele für vernetzte Teilsysteme im Fahrzeug | 532 | ||
| 4.3 Neue Anforderungen | 534 | ||
| 4.4 Das Konzept | 534 | ||
| 4.5 Strukturierung und Architektur | 535 | ||
| 4.6 Regeln der Funktionsarchitektur | 536 | ||
| 4.7 Anforderungsanalyse | 536 | ||
| 4.8 Strukturierungselemente | 537 | ||
| 4.9 Systeme, Teilsysteme und Komponenten | 537 | ||
| 4.10 Strukturierungsregeln | 538 | ||
| 4.11 Modellierungsregeln | 538 | ||
| 4.12 Typische Architekturmerkmale | 538 | ||
| 4.13 Der Produktentstehungsprozess | 539 | ||
| 4.14 Konsequenzen und Ausblick | 540 | ||
| Literatur | 540 | ||
| 5 Kommunikationsnetze | 541 | ||
| 5.1 Multimedia-Vernetzung | 542 | ||
| 5.2 Multiplexanwendungen für Karosserie und Innenraum | 542 | ||
| 5.3 Echtzeitanwendungen in Antriebstrang und Fahrzeugbewegung | 543 | ||
| 6 Controller Area Network (CAN) | 545 | ||
| 6.1 Buskonfiguration | 545 | ||
| 6.2 Adressierung | 546 | ||
| 6.3 Logische Buszustände | 546 | ||
| 6.4 Priorisierung | 546 | ||
| 6.5 Buszugriff | 546 | ||
| 6.6 Botschaftsformat | 547 | ||
| 6.7 Data Frame und Remote Frame | 548 | ||
| 6.8 Störungserkennung | 548 | ||
| 6.9 Störungsbehandlung | 549 | ||
| 6.10 Fehlereingrenzung | 549 | ||
| 6.11 Implementierung | 549 | ||
| 6.12 Standardisierung | 549 | ||
| 6.13 Erweiterung auf zeitbestimmte Systeme | 550 | ||
| Teil K Das Kommunikationssystem FlexRay - ein Überblick | 553 | ||
| Das Kommunikationssystem FlexRay – ein Überblick | 555 | ||
| CAN | 557 | ||
| Anforderungen an FlexRay als ein zukünftiges Kommunikationssystem | 559 | ||
| Technische Eigenschaften von FlexRay | 561 | ||
| Literatur | 572 | ||
| Allgemeines Abkürzungsverzeichnis | 573 | ||
| Sachverzeichnis | 651 |
