Grundlagen der Kraftfahrzeugelektronik - Schaltungstechnik
von: Manfred Krüger
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2008
ISBN: 9783446418042
Sprache: Deutsch
286 Seiten, Download: 3522 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
Typ: A (einfacher Zugriff)
| Inhaltsverzeichnis | 10 | ||
| 1 Grundlagen der Schaltungstechnik für Kfz-Elektronik, Einleitung | 16 | ||
| 2 Elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen | 19 | ||
| 2.1 Elektronische Systeme im Motorraum | 19 | ||
| 2.2 Elektronische Systeme innerhalb der Fahrgastzelle | 20 | ||
| 2.3 Infotainment-Systeme | 20 | ||
| 2.4 Weitere Systeme | 21 | ||
| 2.5 Kommunikation mit externen Systemen außerhalb des Fahrzeuges (Telematik) | 22 | ||
| 2.5.1 Telematik-Infotainment-/Büro-Bereich | 23 | ||
| 2.5.2 Telematik-Navigationsbereich | 23 | ||
| 2.5.3 Telematik-Fahrsituationsbereich | 24 | ||
| 2.5.4 Telematik-Servicebereich | 24 | ||
| 2.5.5 Telematik-Inkasso-Bereich | 25 | ||
| 3 Umgebungsanforderungen im Kraftfahrzeug und die Auswirkungen auf die Elektronik | 26 | ||
| 3.1 Allgemeine Bemerkungen | 26 | ||
| 3.2 Definition von Umwelteinflssen für Kraftfahrzeugelektronik | 28 | ||
| 3.3 Elektrische Anforderungen, Lastsituationen | 31 | ||
| 3.3.1 Allgemeines | 31 | ||
| 3.3.2 Betrieb an einer Gleichspannung | 31 | ||
| 3.3.3 Betrieb bei berspannung | 33 | ||
| 3.3.4 Start mit erhöhter Spannung (Jump Start, nur 12-V-Systeme) | 33 | ||
| 3.3.5 berlagerte Schwingung (Voltage Ripple Test) | 33 | ||
| 3.3.6 Langsamer Spannungseinbruch bzw. Spannungsanstieg | 35 | ||
| 3.3.7 Spannungseinbruch | 35 | ||
| 3.3.8 Verpolung | 37 | ||
| 3.3.9 Offene Last | 39 | ||
| 3.3.10 Kurzschluss | 39 | ||
| 3.3.11 Lastprüfung | 40 | ||
| 3.3.12 Schleichender Kurzschluss | 41 | ||
| 4 Elektromagnetische Verträglichkeit in der Kfz-Elektronik | 42 | ||
| 4.1 Allgemeines zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC) | 42 | ||
| 4.2 EMC-Anforderungen an die Kraftfahrzeugelektronik | 45 | ||
| 4.2.1 Leitungsgebundene Störaussendung im Zeitbereich | 46 | ||
| 4.2.2 Leitungsgebundene Störfestigkeit im Zeitbereich | 54 | ||
| 4.2.3 Allgemeine Betrachtung für die Anforderungen im Frequenzbereich | 54 | ||
| 4.2.4 Störaussendungen im Frequenzbereich | 55 | ||
| 4.2.5 Störfestigkeit im Frequenzbereich | 58 | ||
| 4.3 Elektrostatische Entladung (ESD) | 59 | ||
| 4.4 EMC-Prüfeinrichtungen in der Kraftfahrzeugtechnik | 61 | ||
| 4.4.1 Überprüfung leitungsgebundener Störimpulse im Zeitbereich | 62 | ||
| 4.4.2 ESD-Prüfeinrichtung | 64 | ||
| 4.4.3 Überprüfung gestrahlter Störaussendungen/Störfestigkeit | 65 | ||
| 4.4.4 Überprfung leitungsgebundener Störabstrahlung/Störfestigkeit (Strom-Einkopplungszange) | 71 | ||
| 4.5 Verhalten von Bauelementen unter EMC-Einfluss | 72 | ||
| 4.5.1 Energiereiche Störimpulse auf Leitungen | 72 | ||
| 4.5.2 Gestrahlte Streinflüsse | 74 | ||
| 4.6 Verbesserung des EMC-Verhaltens in einer Kfz-Elektronik | 75 | ||
| 5 Weitergehende Anforderungen an Kraftfahrzeugelektronik | 78 | ||
| 5.1 Mechanische Anforderungen | 78 | ||
| 5.1.1 Mechanische Schwingung | 78 | ||
| 5.1.2 Mechanischer Stoß | 80 | ||
| 5.1.3 Freier Fall | 80 | ||
| 5.2 Klimatische Anforderungen | 80 | ||
| 5.2.1 Temperatur-Wechselprüfung | 80 | ||
| 5.2.2 Temperatur-Schockprüfung | 82 | ||
| 5.2.3 Klima | 83 | ||
| 5.2.4 Salznebel-Prüfung | 84 | ||
| 5.2.5 Dichtigkeit gegen Wasser und Staub | 85 | ||
| 5.3 Chemische Anforderungen | 87 | ||
| 6 Grundlegende Methoden, Berechnungen und Sichtweisen fr die Entwicklung von Kraftfahrzeugelektronik | 88 | ||
| 6.1 Entwicklungsphasen | 88 | ||
| 6.2 Musterphasen | 90 | ||
| 6.3 Schritte für die Entwicklung einer Kraftfahrzeugelektronik | 91 | ||
| 6.3.1 Strukturierung nach der Top-Down-Methode | 91 | ||
| 6.3.2 Schnittstellendefinition im Hardwarebereich | 92 | ||
| 6.3.3 Entwicklung einer Schaltung | 94 | ||
| 6.3.4 Anwendung von Simulationswerkzeugen | 95 | ||
| 6.3.5 Worst-Case-Rechnung | 95 | ||
| 7 Modularisierung und Realisation von Kraftfahrzeugelektronik | 104 | ||
| 7.1 Grundsätzlicher Aufbau der Kraftfahrzeugelektronik | 104 | ||
| 7.2 Stromversorgung (Funktionsblock 1) | 106 | ||
| 7.2.1 Standard-Spannungsregler | 107 | ||
| 7.2.2 Ersatzschaltbild unter HF-Gesichtspunkten | 107 | ||
| 7.2.3 Spannungsregler für den Kraftfahrzeugeinsatz | 109 | ||
| 7.2.4 Beispiel einer kraftfahrzeugtauglichen Spannungsversorgung | 111 | ||
| 7.3 Funktionserzeugung (Funktionsblock 2) | 113 | ||
| 7.3.1 Fest verdrahtete Logik (diskrete Hardware) | 114 | ||
| 7.3.2 Verwendung eines applikationsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC, integrierte Hardware) | 114 | ||
| 7.3.3 Verwendung eines programmierbaren Steuerwerkes (Firmware) | 116 | ||
| 7.3.4 Verwendung eines Mikrocontrollers (lC, Software) | 117 | ||
| 7.4 Sensorik (Funktionsblock 3) | 117 | ||
| 7.4.1 Digitaler Eingang mit Verbindung zur Betriebsspannung | 119 | ||
| 7.4.2 Digitaler Eingang ohne Verbindung zur Betriebsspannung | 123 | ||
| 7.4.3 Analoger Eingang mit Verbindung zur Betriebsspannung | 124 | ||
| 7.4.4 Analoger Eingang ohne Verbindung zur Betriebsspannung | 126 | ||
| 7.5 Aktuatorik (Funktionsblock 4) | 128 | ||
| 7.5.1 Leistungsklassen | 128 | ||
| 7.5.2 Realisation | 129 | ||
| 7.5.3 Ansteuerung der Aktuatorik | 129 | ||
| 7.5.4 Grundfunktionen | 130 | ||
| 7.5.5 Analoge Leistungsregelung: Pulsweiten-Modulation (PWM) | 131 | ||
| 7.5.6 Erzeugung der Diagnoseinformationen | 136 | ||
| 7.5.7 Dynamische Abschaltvorgnge der Aktuatorik | 139 | ||
| 7.5.8 Laststufen zur Ansteuerung der Aktuatorik, Low-Side-Schalter | 143 | ||
| 7.5.9 Laststufen zur Ansteuerung der Aktuatorik, High-Side-Schalter | 147 | ||
| 7.6 Kommunikation und Diagnose (Funktionsblock 5) | 156 | ||
| 7.7 Schnittstelle zur Anzeige (Funktionsblock 6) | 156 | ||
| 7.7.1 Ansteuerung einzelner Anzeigeelemente | 157 | ||
| 7.7.2 Anschluss von Displays | 159 | ||
| 8 Mikrocontroller in der Kraftfahrzeugelektronik | 161 | ||
| 8.1 Mikrocontroller, Hardware (Funktionsblock 2) | 162 | ||
| 8.1.1 Grundstruktur eines Mikrocontrollers | 162 | ||
| 8.1.2 Verwendung eines Mikrocontrollers (Prinzip) | 164 | ||
| 8.1.3 Startphase eines Mikrocontrollers | 166 | ||
| 8.2 Mikrocontroller, grundlegende Überlegungen zur Software | 168 | ||
| 8.2.1 Dynamische Softwaregrundstruktur | 168 | ||
| 8.2.2 Erzeugung eines Watch-Dog-Signals | 170 | ||
| 8.2.3 Verarbeitung digitaler Signale | 173 | ||
| 8.2.4 Verarbeitung analoger Signale | 176 | ||
| 8.2.5 Betriebssysteme für Mikrocontroller | 178 | ||
| 8.3 Entwicklungswerkzeuge | 180 | ||
| 8.3.1 Ausführungsformen eines Mikrocontrollers | 180 | ||
| 8.3.2 Assembler/Compiler/IDE | 182 | ||
| 8.3.3 Überprfung eines Mikrocontroller-Programms durch Einsatz eines Softwaresimulators | 184 | ||
| 8.3.4 In-Circuit-Emulator unter Verwendung des Original-Mikrocontrollers (In Circuit Debugger, ICD) | 185 | ||
| 8.3.5 In-Circuit-Emulator (ICE) unter Verwendung eines Bond-Out-Chips | 187 | ||
| 8.3.6 Kombinationsmethoden (Hardware in The Loop) | 188 | ||
| 8.4 Einbindung eines Mikrocontrollers in eine EMC-kritische Umgebung | 190 | ||
| 8.4.1 Hauptoszillator | 191 | ||
| 8.4.2 Versorgungsleitungen | 192 | ||
| 8.4.3 Ein-/Ausgangsleitungen | 193 | ||
| 8.4.4 Verwendung externer Speicher | 193 | ||
| 8.4.5 Layout | 194 | ||
| 9 Diagnoseschnittstelle und Kommunikation in Fahrzeugen | 197 | ||
| 9.1 Diagnoseschnittstelle | 199 | ||
| 9.1.1 K-(L)-Line | 200 | ||
| 9.1.2 Diagnose-CAN | 206 | ||
| 9.2 Kommunikation mit anderen Systemen innerhalb des Fahrzeuges | 207 | ||
| 9.2.1 Controller Area Network (CAN) | 208 | ||
| 9.2.2 Local Interconnect Network (LIN-Bus) | 212 | ||
| 9.2.3 Zeitsynchrone Sicherheitskommunikation | 213 | ||
| 9.3 Kommunikation im Entertainment-Bereich innerhalb des Fahrzeuges (MOST-Bus) | 218 | ||
| 9.4 Zusammenfassung und Ausblick | 220 | ||
| 9.4.1 Übersicht ber die Bussysteme | 220 | ||
| 9.4.2 Ausblick auf die Zukunft | 221 | ||
| 10 Spezialthemen der Kfz-Hardwareentwicklung | 224 | ||
| 10.1 Verpolschutz | 224 | ||
| 10.1.1 Die Verpolschutzdiode | 224 | ||
| 10.1.2 Verpolschutz durch Abschmelzen einer Sicherung | 225 | ||
| 10.1.3 Inverser Betrieb eines N-Kanal-MOS-Power-Transistors | 226 | ||
| 10.1.4 Verpolung bei einem N-Kanal-MOS-Power-Transistor | 229 | ||
| 10.1.5 Verpolschutz durch einen invers betriebenen N-Kanal-MOS-Power-Transistor | 231 | ||
| 10.1.6 Verpolschutzrelais | 234 | ||
| 10.2 Grundsätzlicher Einfluss der nicht elektrischen Umgebungsbedingungen auf die Elektronik | 237 | ||
| 10.2.1 Temperatur | 237 | ||
| 10.2.2 Feuchtigkeit und Staub | 240 | ||
| 10.2.3 Mechanische Einflüsse | 241 | ||
| 10.3 End-Of-Line-(EOL)-Programmierung | 241 | ||
| 10.3.1 Verschiedene Abgleichverfahren | 242 | ||
| 10.3.2 Prinzip der End-Of-Line-Programmierung | 243 | ||
| 10.3.3 Beispiel fr den Abgleich eines analogen Einganges eines Mikrocontrollers | 243 | ||
| 10.3.4 Korrektur des Temperaturverhaltens einer Kraftfahrzeugelektronik | 246 | ||
| 10.4 Informationsgehalte der Datenblätter elektronischer Bauelemente | 247 | ||
| 10.4.1 Deckblatt | 247 | ||
| 10.4.2 Typenaufschlüsselung | 247 | ||
| 10.4.3 Elektrische Daten | 247 | ||
| 10.4.4 Mechanische Daten | 248 | ||
| 10.4.5 Statistische Angaben | 248 | ||
| 10.4.6 Logistik | 248 | ||
| 10.4.7 Absolute Maximal-Werte (Absolut Maximum Ratings) | 248 | ||
| 10.4.8 Elektrische Eigenschaften (Electrical Characteristics) | 249 | ||
| 10.5 Einige statistische Begriffe | 250 | ||
| 10.5.1 Maßzahlen | 250 | ||
| 10.5.2 Ausfallraten ber die Lebensdauer eines elektronischen Systems | 252 | ||
| 10.6 Serienbegleitende Prüfungen | 253 | ||
| 10.6.1 In-Circuit-Test (ICT) | 253 | ||
| 10.6.2 Endkontrolle bzw. Endprüfung | 253 | ||
| 10.6.3 Stichprobe | 254 | ||
| 10.6.4 Run-In | 254 | ||
| 10.6.5 Burn-In | 255 | ||
| 10.6.6 Serienbegleitende Requalifikation | 256 | ||
| 11 Tabellen und Übersichten | 257 | ||
| 11.1 Beispielhafter Entwicklungs-Ablaufplan fr eine Komponente (Kraftfahrzeugelektronik) | 257 | ||
| 11.2 Musterphasen (Beispiel) | 259 | ||
| 11.3 IP-Code-Bestandteile nach DIN 40 050-9 | 260 | ||
| 11.4 Widerstandsreihen | 262 | ||
| 11.5 Wichtige Klemmenbezeichnungen (Auszug aus DIN 72 552) | 264 | ||
| 11.6 Elektronische Bauteileabkürzungen | 267 | ||
| 11.7 ISO 7637, Schärfegrade, bersicht | 268 | ||
| 11.8 Tabelle der ASCII-Codierung | 269 | ||
| Literaturverzeichnis | 270 | ||
| Verweise auf Normen | 271 | ||
| Verwendete Fachbegriffe | 273 | ||
| Sachwortverzeichnis | 276 | ||
| Mehr eBooks bei www.ciando.com | 0 |
