Grundlagen der Kraftfahrzeugelektronik
von: Manfred Krüger
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2005
ISBN: 9783446400962
Sprache: Deutsch
267 Seiten, Download: 10733 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Vorwort | 5 | ||
Inhaltsverzeichnis | 7 | ||
1 Grundlagen der Schaltungstechnik fdr Kfz-Elektronik, Einleitung | 13 | ||
2 Elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen | 16 | ||
2.1 Elektronische Systeme im Motorraum | 16 | ||
2.2 Elektronische Systeme innerhalb der Fahrgastzelle | 17 | ||
2.3 Infotainment-Systeme | 17 | ||
2.4 Weitere Systeme | 18 | ||
2.5 Kommunikation mit externen Systemen außerhalb des Fahrzeuges (Telematik) | 19 | ||
2.5.1 Telematik-Infotainment-/Büro-Bereich | 20 | ||
2.5.2 Telematik-Navigationsbereich | 20 | ||
2.5.3 Telematik-Fahrsituationsbereich | 21 | ||
2.5.4 Telematik-Servicebereich | 21 | ||
2.5.5 Telematik-Inkasso-Bereich | 22 | ||
3 Umgebungsanforderungen im Kraftfahrzeug und die Auswirkungen auf die Elektronik | 23 | ||
3.1 Allgemeine Bemerkungen | 23 | ||
3.2 Definition von Umwelteinfldssen für Kraftfahrzeugelektronik | 25 | ||
3.3 Elektrische Anforderungen, Lastsituationen | 28 | ||
3.3.1 Allgemeines | 28 | ||
3.3.2 Betrieb an einer Gleichspannung | 28 | ||
3.3.3 Betrieb bei Überspannung | 30 | ||
3.3.4 Start mit erhöhter Spannung (Jump Start, nur 12-V-Systeme) | 30 | ||
3.3.5 Überlagerte Schwingung (Voltage Ripple Test) | 30 | ||
3.3.6 Langsamer Spannungseinbruch bzw. Spannungsanstieg | 32 | ||
3.3.7 Spannungseinbruch | 32 | ||
3.3.8 Verpolung | 34 | ||
3.3.9 Offene Last | 36 | ||
3.3.10 Kurzschluss | 36 | ||
3.3.11 Lastprüfung | 37 | ||
3.3.12 Schleichender Kurzschluss | 38 | ||
4 Elektromagnetische Verträglichkeit in der Kfz-Elektronik | 39 | ||
4.1 Allgemeines zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC) | 39 | ||
4.2 EMC-Anforderungen an die Kraftfahrzeugelektronik | 42 | ||
4.2.1 Leitungsgebundene Störaussendung im Zeitbereich | 43 | ||
4.2.2 Leitungsgebundene Störfestigkeit im Zeitbereich | 51 | ||
4.2.3 Allgemeine Betrachtung für die Anforderungen im Frequenzbereich | 51 | ||
4.2.4 Störaussendungen im Frequenzbereich | 52 | ||
4.2.5 Störfestigkeit im Frequenzbereich | 55 | ||
4.3 Elektrostatische Entladung (ESD) | 56 | ||
4.4 EMC-Prüfeinrichtungen in der Kraftfahrzeugtechnik | 58 | ||
4.4.1 Überprdfung leitungsgebundener Störimpulse im Zeitbereich | 59 | ||
4.4.2 ESD-Prdfeinrichtung | 61 | ||
4.4.3 Überprüfung gestrahlter Störaussendungen/Störfestigkeit | 62 | ||
4.4.4 Überprüfung leitungsgebundener Störabstrahlung/Störfestigkeit (Strom-Einkopplungszange) | 68 | ||
4.5 Verhalten von Bauelementen unter EMC-Einfluss | 69 | ||
4.5.1 Energiereiche Störimpulse auf Leitungen | 69 | ||
4.5.2 Gestrahlte Störeinflüsse | 71 | ||
4.6 Verbesserung des EMC-Verhaltens in einer Kfz-Elektronik | 72 | ||
5 Weitergehende Anforderungen an Kraftfahrzeugelektronik | 75 | ||
5.1 Mechanische Anforderungen | 75 | ||
5.1.1 Mechanische Schwingung | 75 | ||
5.1.2 Mechanischer Stoß | 77 | ||
5.1.3 Freier Fall | 77 | ||
5.2 Klimatische Anforderungen | 77 | ||
5.2.1 Temperatur-Wechselprüfung | 77 | ||
5.2.2 Temperatur-Schockprüfung | 79 | ||
5.2.3 Klima | 80 | ||
5.2.4 Salznebel-Prüfung | 81 | ||
5.2.5 Dichtigkeit gegen Wasser und Staub | 82 | ||
5.3 Chemische Anforderungen | 84 | ||
6 Grundlegende Methoden, Berechnungen und Sichtweisen für die Entwicklung von Kraftfahrzeugelektronik | 85 | ||
6.1 Entwicklungsphasen | 85 | ||
6.2 Musterphasen | 87 | ||
6.3 Schritte für die Entwicklung einer Kraftfahrzeugelektronik | 88 | ||
6.3.1 Strukturierung nach der Top-Down-Methode | 88 | ||
6.3.2 Schnittstellendefinition im Hardwarebereich | 89 | ||
6.3.3 Entwicklung einer Schaltung | 91 | ||
6.3.4 Anwendung von Simulationswerkzeugen | 92 | ||
6.3.5 Worst-Case-Rechnung | 92 | ||
7 Modularisierung und Realisation von Kraftfahrzeugelektronik | 101 | ||
7.1 Grundsätzlicher Aufbau der Kraftfahrzeugelektronik | 101 | ||
7.2 Stromversorgung | 103 | ||
7.2.1 Standard-Spannungsregler | 104 | ||
7.2.2 Ersatzschaltbild unter HF-Gesichtspunkten | 104 | ||
7.2.3 Spannungsregler für den Kraftfahrzeugeinsatz | 106 | ||
7.2.4 Beispiel einer kraftfahrzeugtauglichen Spannungsversorgung | 108 | ||
7.3 Funktionserzeugung | 110 | ||
7.3.1 Fest verdrahtete Logik (diskrete Hardware) | 111 | ||
7.3.2 Verwendung eines applikationsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC, integrierte Hardware) | 111 | ||
7.3.3 Verwendung eines programmierbaren Steuerwerkes (Firmware) | 113 | ||
7.3.4 Verwendung eines Mikrocontrollers ( l C, Software) | 114 | ||
7.4 Sensorik | 114 | ||
7.4.1 Digitaler Eingang mit Verbindung zur Betriebsspannung | 116 | ||
7.4.2 Digitaler Eingang ohne Verbindung zur Betriebsspannung | 120 | ||
7.4.3 Analoger Eingang mit Verbindung zur Betriebsspannung | 121 | ||
7.4.4 Analoger Eingang ohne Verbindung zur Betriebsspannung | 123 | ||
7.5 Aktuatorik | 125 | ||
7.5.1 Leistungsklassen | 125 | ||
7.5.2 Realisation | 126 | ||
7.5.3 Ansteuerung der Aktuatorik | 126 | ||
7.5.4 Grundfunktionen | 127 | ||
7.5.5 Analoge Leistungsregelung: Pulsweiten-Modulation (PWM) | 128 | ||
7.5.6 Erzeugung der Diagnoseinformationen | 133 | ||
7.5.7 Dynamische AbschaltvorgTnge der Aktuatorik | 136 | ||
7.5.8 Laststufen zur Ansteuerung der Aktuatorik, Low-Side-Schalter | 140 | ||
7.5.9 Laststufen zur Ansteuerung der Aktuatorik, High-Side-Schalter | 144 | ||
7.6 Kommunikation und Diagnose | 153 | ||
7.6.1 Diagnoseschnittstelle | 154 | ||
7.6.2 Kommunikation mit anderen Systemen innerhalb des Fahrzeuge | 161 | ||
7.7 Schnittstelle zur Anzeige (Funktionsblock 6) | 169 | ||
7.7.1 Ansteuerung einzelner Anzeigeelemente | 169 | ||
7.7.2 Anschluss von Displays | 171 | ||
8 Mikrocontroller in der Kraftfahrzeugelektronik | 173 | ||
8.1 Mikrocontroller, Hardware (Funktionsblock 2) | 174 | ||
8.1.1 Grundstruktur eines Mikrocontrollers | 174 | ||
8.1.2 Verwendung eines Mikrocontrollers (Prinzip) | 176 | ||
8.1.3 Startphase eines Mikrocontrollers | 178 | ||
8.2 Mikrocontroller, grundlegende Nberlegungen zur Software | 180 | ||
8.2.1 Dynamische Softwaregrundstruktur | 180 | ||
8.2.2 Erzeugung eines Watch-Dog-Signals | 182 | ||
8.2.3 Verarbeitung digitaler Signale | 185 | ||
8.2.4 Verarbeitung analoger Signale | 188 | ||
8.2.5 Betriebssysteme für Mikrocontroller | 190 | ||
8.3 Entwicklungswerkzeuge | 192 | ||
8.3.1 Ausführungsformen eines Mikrocontrollers | 192 | ||
8.3.2 Assembler/Compiler/IDE | 194 | ||
8.3.3 Überprdfung eines Mikrocontroller-Programms durch Einsatz eines Softwaresimulators | 196 | ||
8.3.4 In-Circuit-Emulator unter Verwendung des Original-Mikrocontrollers | 197 | ||
8.3.5 In-Circuit-Emulator unter Verwendung eines Bond-Out-Chips | 199 | ||
8.3.6 Kombinationsmethoden (Hardware in The Loop) | 200 | ||
8.4 Einbindung eines Mikrocontrollers in eine EMC-kritische Umgebung | 202 | ||
8.4.1 Hauptoszillator | 203 | ||
8.4.2 Versorgungsleitungen | 204 | ||
8.4.3 Ein-/Ausgangsleitungen | 205 | ||
8.4.4 Verwendung externer Speicher | 205 | ||
8.4.5 Layout | 206 | ||
9 Spezialthemen der Kfz-Hardwareentwicklung | 209 | ||
9.1 Verpolschutz | 209 | ||
9.1.1 Die Verpolschutzdiode | 209 | ||
9.1.2 Verpolschutz durch Abschmelzen einer Sicherung | 210 | ||
9.1.3 Inverser Betrieb eines N-Kanal-MOS-Power-Transistors | 211 | ||
9.1.4 Verpolung bei einem N-Kanal-MOS-Power-Transistor | 214 | ||
9.1.5 Verpolschutz durch einen invers betriebenen N-Kanal-MOS-Power-Transistor | 216 | ||
9.1.6 Verpolschutzrelais | 219 | ||
9.2 Grundsätzlicher Einfluss der nicht elektrischen Umgebungsbedingungen auf die Elektronik | 222 | ||
9.2.1 Temperatur | 222 | ||
9.2.2 Feuchtigkeit und Staub | 225 | ||
9.2.3 Mechanische Einflüsse | 226 | ||
9.3 End-Of-Line-(EOL)-Programmierung | 226 | ||
9.3.1 Verschiedene Abgleichverfahren | 227 | ||
9.3.2 Prinzip der End-Of-Line-Programmierung | 228 | ||
9.3.3 Beispiel fdr den Abgleich eines analogen Einganges eines Mikrocontrollers | 228 | ||
9.3.4 Korrektur des Temperaturverhaltens einer Kraftfahrzeugelektronik | 231 | ||
9.4 Informationsgehalte der Datenblätter elektronischer Bauelemente | 232 | ||
9.4.1 Deckblatt | 232 | ||
9.4.2 Typenaufschlüsselung | 232 | ||
9.4.3 Elektrische Daten | 232 | ||
9.4.4 Mechanische Daten | 233 | ||
9.4.5 Statistische Angaben | 233 | ||
9.4.6 Logistik | 233 | ||
9.4.7 Absolute Maximal-Werte (Absolut MaximumRatings) | 233 | ||
9.4.8 Elektrische Eigenschaften (Electrical Characteristics) | 234 | ||
9.5 Einige statistische Begriffe | 235 | ||
9.5.1 Maßzahlen | 235 | ||
9.5.2 Ausfallraten dber die Lebensdauer eines elektronischen Systems | 237 | ||
9.6 Serienbegleitende Prüfungen | 238 | ||
9.6.1 In-Circuit-Test (ICT) | 238 | ||
9.6.2 Endkontrolle bzw. Endprüfung | 238 | ||
9.6.3 Stichprobe | 239 | ||
9.6.4 Run-In | 239 | ||
9.6.5 Burn-In | 240 | ||
9.6.6 Serienbegleitende Requalifikation | 240 | ||
10 Tabellen und Übersichten | 242 | ||
10.1 Beispielhafter Entwicklungs-Ablaufplan fdr eine Komponente (Kraftfahrzeugelektronik) | 242 | ||
10.2 Musterphasen (Beispiel) | 244 | ||
10.3 IP-Code-Bestandteile nach DIN 40050-9 | 245 | ||
10.4 Widerstandsreihen | 247 | ||
10.5 Wichtige Klemmenbezeichnungen (Auszug aus DIN 72 552) | 249 | ||
10.6 Elektronische Bauteileabkürzungen | 252 | ||
10.7 ISO 7637, Schärfegrade, Übersicht | 253 | ||
Literaturverzeichnis | 254 | ||
Verweise auf Normen | 255 | ||
Verwendete Fachbegriffe | 257 | ||
Sachwortverzeichnis | 260 | ||
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