Vorwort | 6 |
Autorenverzeichnis | 8 |
Firmen- und Institutionenverzeichnis | 13 |
Inhaltsverzeichnis | 16 |
1 Einleitung | 32 |
2 Motor und Antriebsstrang | 36 |
2.1 Motormanagement | 36 |
2.1.1 Anforderungen | 36 |
2.1.2 Funktionen | 39 |
2.2 Getriebesteuerung | 60 |
2.2.1 Getriebekonzepte | 60 |
2.2.2 Funktionen und Software | 64 |
2.3 Steuerungen für Motor und Getriebe | 70 |
2.3.1 Konzeptionelle Gemeinsamkeiten bei Motor- und Getriebesteuerungen | 70 |
2.3.2 Besonderheiten der Motorsteuergeräte-Hardware | 77 |
2.3.3 Besonderheiten der Getriebeelektronik | 80 |
2.3.4 Software | 83 |
2.4 Getriebesteuerung im Nutzfahrzeug | 89 |
2.5 Fahrzeug-Starter | 97 |
2.5.1 Einleitung | 97 |
2.5.2 Elektromotorische Grundlagen | 98 |
2.5.3 Schaltungsarten | 99 |
2.5.4 Starter für Personenkraftwagen | 101 |
2.5.5 Starter für Nutzfahrzeuge | 105 |
2.5.6 Schraubtrieb-Starter der Motorradtechnik | 107 |
2.5.7 Startsteuerungen | 107 |
2.6 Hybridantriebe | 108 |
2.6.1 Motivation zur Entwicklung von Hybridantrieben | 108 |
2.6.2 Hybride Antriebsstrukturen | 111 |
2.6.3 Schlüsselkomponenten | 113 |
2.6.4 Betriebsstrategie | 115 |
2.6.5 Antriebsintegration | 117 |
2.6.6 Fahrzeugbeispiele | 118 |
2.6.7 Bewertung | 119 |
2.7 Brennstoffzellen | 120 |
2.7.1 Einführung | 120 |
2.7.2 Polymer-Elektrolyt-Membran- Brennstoffzelle | 122 |
2.7.3 Brennstoffzellensystem und -antrieb | 125 |
2.7.4 Brennstoffzellen-Fahrzeuge | 130 |
2.7.5 Ausblick | 134 |
2.8 Simulation und Modellbildung in der Motorentechnik | 134 |
2.8.1 Motorenentwicklungsprozess | 135 |
2.8.2 Baugruppen des Motors | 136 |
2.8.3 Berechnungsmethoden und Berechnungsaufgaben | 136 |
2.8.4 Optimierung | 141 |
3 Fahrwerksysteme | 144 |
3.1 Physikalische Grundlagen zur Fahrdynamik-Regelung | 144 |
3.2 Fahrdynamik-Regelung für Personenkraftwagen | 146 |
3.2.1 Antriebs- und Bremsregelsysteme | 147 |
3.2.2 Achsregelsysteme | 160 |
3.2.3 Lenkungsregelsysteme | 165 |
3.2.4 Integration von Fahrwerksregelsystemen | 173 |
3.2.5 Steer-by-Wire | 176 |
3.2.6 Brake-By-Wire | 183 |
3.3 Fahrdynamikregelung für Nutzfahrzeuge | 191 |
3.3.1 Nutzfahrzeug-Bremsanlage | 191 |
3.3.2 Fahrdynamik-Regelung von Sattelzügen | 196 |
3.4 Simulation von Fahrwerksystemen | 200 |
3.4.1 Modellbildung | 200 |
3.4.2 Reifen | 201 |
3.4.3 Rad- und Achskinematik | 203 |
3.4.4 Aufbaufederung | 205 |
3.4.5 Lenksystem | 207 |
3.4.6 Simulationsumgebung | 209 |
4 Bordnetz und Vernetzung | 211 |
4.1 Systemarchitekturen im Kraftfahrzeug | 211 |
4.1.1 Einleitung | 211 |
4.1.3 Gestaltungselemente einer Systemarchitektur | 213 |
4.1.4 Software-Architekturen | 219 |
4.1.5 Systemdesignprozess | 221 |
4.1.6 Architekturbewertung | 229 |
4.1.7 Zusammenfassung | 229 |
4.2 Bussysteme, Vernetzungen, verteilte Systeme | 230 |
4.2.1 Grundlagen der Datenkommunikation | 230 |
4.2.2 ISO 9141-2 (K-Leitung) | 236 |
4.2.3 SAE J1850 | 238 |
4.2.4 CAN | 238 |
4.2.5 LIN | 246 |
4.2.6 FlexRay und TTP | 251 |
4.2.8 Gateway-Strategien | 261 |
4.3 Fahrzeuggeneratoren | 263 |
4.3.1 Einleitung | 263 |
4.3.2 Aufbau eines Klauenpolgenerators | 263 |
4.3.3 Generatorbauart-Varianten | 266 |
4.3.4 Dreiphasenwechselspannung | 267 |
4.3.5 Gleichrichtung der Dreiphasenwechselspannung | 268 |
4.3.6 Spannungsregelung in herkömmlichen Systemen | 270 |
4.3.7 Spezielle Schutzmaßnahmen | 273 |
4.3.8 Generatorsysteme mit Mehrfunktionsregler | 273 |
4.3.9 Busgesteuertes Generatorsystem | 275 |
4.3.10 Leistungserhöhung durch Mittelpunktsdioden | 276 |
4.3.11 Spannungsregelung bei Schwungmagnet-Generatoren | 277 |
4.3.12 Diagnosemöglichkeiten der Kfz-Werkstatt | 277 |
4.4 Starter-Generatoren | 278 |
4.4.1 Der Micro-Hybrid | 278 |
4.4.2 Der Mild-Hybrid | 279 |
4.4.3 Elektrische Antriebe für Starter- Generatoren | 280 |
4.4.4 Elektronik | 282 |
4.4.5 Anforderungen an elektrische Energiespeicher | 283 |
4.5 Batterien und Energiespeicher | 283 |
4.5.1 Überblick: Rolle der Energiespeicher | 283 |
4.5.2 Bleibatterie | 284 |
4.5.3 Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren | 295 |
4.5.4 Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren | 297 |
4.5.6 Anwendung elektrochemischer Speicher in Kraftfahrzeugen | 310 |
4.6 Energiemanagement | 315 |
4.6.1 Übergeordnetes Energiemanagement | 319 |
4.6.2 Elektrisches Energiemanagement | 320 |
4.7 Simulation von Bordnetzen | 325 |
4.7.1 Grundlagen der Bordnetz- Simulation | 325 |
4.7.2 Methodenüberblick | 325 |
4.7.3 Grundlagen von VHDL-AMS | 326 |
4.7.4 Simulationsaufgaben | 329 |
4.8 4 2-V-Bordnetz | 337 |
4.8.1 Energienetz | 339 |
4.8.2 Verbrauchersysteme | 344 |
4.9 Entwicklungsprozess und Produktlebenszyklus | 345 |
4.9.1 Einführung | 345 |
4.9.2 Produktlebenszyklus | 346 |
4.9.3 Systems Engineering | 346 |
4.9.4 Software-Qualitätssicherung | 348 |
4.9.5 Flashprozess in der Fahrzeugproduktion | 350 |
5 Beleuchtung | 351 |
5.1 Lichterzeugung und menschliche Wahrnehmung | 351 |
5.1.1 Lichttechnische Größen und Einheiten | 352 |
5.1.2 Künstliche Lichtquellen | 353 |
5.1.3 Elektrische Versorgung und elektronische Ansteuerung | 357 |
5.2 Mensch im Verkehr | 358 |
5.2.1 Objekte im Verkehrsraum | 359 |
5.2.2 Sehen, wahrnehmen und erkennen | 360 |
5.2.3 Dynamische Phänomene | 361 |
5.2.4 Sichtverhältnisse | 361 |
5.2.5 Fahrzeug, Straße und Verkehr | 362 |
5.2.6 Gesetzliche Zulassungsvorschriften | 364 |
5.3 Scheinwerfer | 365 |
5.3.1 Fahrzeuganbau und Funktion | 365 |
5.3.2 Lichttechnischer Aufbau | 367 |
5.3.3 Konstruktiver Aufbau | 370 |
5.3.4 Qualität in Entwicklung und Produktion | 373 |
5.3.5 Tag- und Nachtdesign | 374 |
5.3.6 Adaptives Licht | 374 |
5.3.7 LED-Scheinwerfer | 376 |
5.4 Signalleuchten | 377 |
5.4.1 Vorschriften zu Anbau und Funktionen | 377 |
5.4.2 Konstruktiver Aufbau | 378 |
5.4.3 Lichttechnische Konzepte | 379 |
5.4.4 Formensprache | 380 |
5.4.5 Signale mit höherem Informationsgehalt | 382 |
5.5 Innenleuchten | 383 |
5.5.1 Innenlicht auch während der Fahrt | 383 |
5.5.2 Raumgestaltung mit Licht und Farbe | 385 |
5.5.3 Lichtquellen für den Innenraum | 385 |
5.5.4 Komfort durch Beleuchtung | 386 |
5.5.5 Inszenierung durch intelligentes Innenlicht | 390 |
6 Sicherheitssysteme | 392 |
6.1 Passive Sicherheit | 392 |
6.1.1 Einleitung | 392 |
6.1.2 Die Rückhaltesysteme | 392 |
6.1.3 Das vorausschauende Insassenschutzsystem | 401 |
6.1.4 Überrollsensierung | 401 |
6.1.5 Fußgängerschutz | 402 |
6.2 Zugangs- und Fahrberechtigungssysteme | 404 |
6.2.1 Systemfunktionen | 405 |
6.2.2 Technik | 407 |
7 Komfortsysteme | 415 |
7.1 Einleitung | 415 |
7.2 Bewegliche Dachsysteme | 415 |
7.2.1 Schiebedächer | 415 |
7.2.2 Cabriosysteme | 419 |
7.3 Heiz- und Klimasysteme | 422 |
7.3.1 Stand- und Zuheizsysteme | 423 |
7.3.2 Steuergerätefunktionen | 423 |
7.3.3 Klimasysteme in Nutzfahrzeugen und Bussen | 427 |
8 Instrumentierung | 429 |
8.1 Instrumente mit Zeigerantrieben | 430 |
8.1.1 Drehmagnetquotienten-Messwerk | 431 |
8.1.2 Schrittmotor-Messwerk | 431 |
8.2 Digitale Anzeigegeräte | 431 |
8.2.1 LCD-Aktivmatrix | 432 |
8.2.2 Vakuum-Fluoreszenz-Display | 432 |
8.2.3 Organic Light Emitting Diodes | 432 |
8.3 Beleuchtung | 433 |
8.3.1 Lichtquellen | 433 |
8.3.2 Integration in das Instrument | 434 |
8.4 Instrumentierungsaufbau | 434 |
8.4.1 Head-up-Display | 435 |
8.4.2 Bordmonitore | 436 |
8.5 Bedienelemente | 436 |
8.5.1 Zentrale Bedienkonzepte | 437 |
9 Fahrerassistenzsysteme und Verkehr | 439 |
9.1 Fahrerassistenzsysteme in Personenkraftwagen | 439 |
9.1.1 Übersicht | 439 |
9.1.2 Unfallursachen und daraus abgeleitete Fahrerassistenzsysteme | 440 |
9.1.3 Kommunikation Fahrzeug-Fahrzeug und Fahrzeug-Infrastruktur | 442 |
9.1.4 Sensoren für prädiktive Fahrerassistenzsysteme | 442 |
9.1.3 Kommunikation Fahrzeug-Fahrzeug und Fahrzeug-Infrastruktur | 442 |
9.1.4 Sensoren für prädiktive Fahrerassistenzsysteme | 442 |
9.1.5 Rundumsichtsysteme, prädiktive Fahrerassistenzsysteme | 458 |
9.2 Fahrerassistenzsysteme in Nutzfahrzeugen | 471 |
9.2.1 Aktuelle Fahrerassistenzsysteme | 471 |
9.2.2 In Entwicklung befindliche Fahrerassistenzsysteme | 476 |
9.3 Verkehrsleitsysteme | 478 |
9.3.1 Verkehrsentwicklung | 478 |
9.3.2 Strategien der Verkehrsleitung | 479 |
9.3.3 Technische Vorraussetzungen zur Verkehrsbeeinflussung | 481 |
9.3.4 Mobilitätsmanagement | 487 |
10 Telematik | 490 |
10.1 Allgemeines | 490 |
10.1.1 Begriffsbestimmung | 490 |
10.1.2 Geschichtliche Entwicklung | 491 |
10.1.3 Systemarchitektur im Fahrzeug | 492 |
10.1.4 Systemarchitektur außerhalb des Fahrzeugs | 492 |
10.1.5 Schwierigkeiten und Herausforderungen | 493 |
10.1.6 Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine | 494 |
10.1.7 Angebot und Nachfrage | 495 |
10.2 Navigation | 495 |
10.2.1 Geschichte und Marktentwicklung | 495 |
10.2.2 Funktionsweise und Systemkomponenten | 496 |
10.2.3 Navigation Services | 509 |
10.3 Multimedia | 511 |
10.3.1 Entwicklung und Stand der Technik | 511 |
10.3.2 Multimedia-Architektur | 515 |
10.3.3 Vernetzung interner Systeme | 516 |
10.3.4 Vernetzung externer Systeme | 517 |
11 Sensorik | 521 |
11.1 Positions- und Winkelsensorik | 521 |
11.1.1 Überblick und Messprinzipien | 521 |
11.1.2 Klassifizierung | 523 |
11.1.3 Anwendung | 532 |
11.2 Mikrosensoren im Automobil | 537 |
11.2.1 Einleitung | 537 |
11.2.2 Mikrosystemtechnik | 537 |
11.2.3 Sensoren im Automobil | 541 |
11.2.4 Ausblick | 546 |
12 Elektrische Aktorik | 549 |
12.1 Einleitung | 549 |
12.2 Kenngrößen von Aktoren | 549 |
12.3 Elektromagnete | 551 |
12.3.1 Elektrische Relais | 552 |
12.3.2 Verriegelungsmagnete | 552 |
12.4 Pyrotechnische Aktoren | 556 |
12.5 Piezo-Aktoren | 557 |
12.6 Thermische Aktoren | 558 |
12.6.1 Peltierelemente | 558 |
12.6.2 PTC-Heizer | 558 |
12.6.3 Dehnstoffelemente | 559 |
12.6.4 Bimetall-Schalter | 560 |
12.6.5 Magnetschalter | 560 |
13 Elektronik Hardware | 561 |
13.1 Anforderungen | 561 |
13.1.2 Umwelteinflüsse | 562 |
13.1.3 Sicherheitssystemspezifische Methoden | 564 |
13.2 Bauelemente | 569 |
13.2.1 Leistungshalbleiter | 569 |
13.2.2 Netzteilkomponenten | 569 |
13.2.3 Mikrocontroller | 570 |
13.2.4 Stecker und Kabel | 576 |
14 Mechatronische Systeme | 577 |
14.1 Einführung und Überblick | 577 |
14.2 Mechatronische Systeme im Antrieb | 580 |
14.2.1 Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie | 580 |
14.2.2 Diesel-Einspritzsysteme | 582 |
14.2.3 Mechatronische Getriebesteuerungen | 582 |
14.3 Mechatronische Systeme im Komfortbereich | 585 |
14.3.1 Integrierte mechatronische Auslegung einer Tür-Zuziehhilfe | 585 |
14.3.2 Nutzung mechatronischer Synergiepotentiale bei Dachmodulen | 592 |
14.3.3 Hardware-in-the-Loop-Simulation im Komfortbereich | 595 |
15 Elektromagnetische Verträglichkeit | 600 |
15.1 Motivation | 600 |
15.1.1 Entwicklungstendenzen Automobil | 600 |
15.1.2 EM-Systeme und Funktionen im Automobil | 600 |
15.1.3 Betrachtung der EMV | 600 |
15.2 Allgemeines zur EMV | 601 |
15.2.1 Begriffe und Erläuterungen | 601 |
15.2.2 EMV-Komplexität und Schutzziele im Kfz | 602 |
15.2.3 EMV-Planung | 603 |
15.2.4 Störquellen, Störsenken, Kopplungsmechanismen | 603 |
15.2.5 Störmechanismen und Signale | 607 |
15.2.6 EMV-Verbesserungsmaßnahmen | 608 |
15.3 EMV im Fahrzeug | 608 |
15.3.1 Elektronik und Steuergeräte | 610 |
15.3.2 Mechatronik | 611 |
15.3.3 Bordnetz und Kabelbaum | 612 |
15.3.5 Gehäuse, Koppelelemente und weitere Systeme | 613 |
15.3.6 Antennen | 614 |
15.3.7 Zündanlagen | 615 |
15.4 EMV-Simulation und Feldberechnung | 616 |
15.4.1 Modellierung und Simulation | 617 |
15.4.2 Elektromagnetische Felder und Wellen | 617 |
15.4.3 Numerische Analyse elektromagnetischer Felder | 618 |
15.4.4 Numerische Verfahren | 619 |
15.4.5 Methoden und Werkzeuge | 620 |
15.5 Messtechnik und Messmethoden | 620 |
15.5.1 Komponenten- und Gesamtfahrzeugprüfung | 621 |
15.5.2 Messplätze und Messräume | 622 |
15.5.3 Nachbildung des Bordnetzes bei Komponentenmessungen | 624 |
15.5.4 Störaussendungsmessungen | 624 |
15.5.5 Störfestigkeitsprüfmethoden | 627 |
15.6 Normen und Richtlinien | 636 |
15.6.1 Gesetzliche Anforderungen für Fahrzeuge | 636 |
15.6.2 Fahrzeugherstellerspezifische Vorschriften | 639 |
16 Diagnose | 640 |
16.1 Was verbirgt sich hinter dem Begriff Diagnose? | 640 |
16.2 Aufgaben der Diagnose | 642 |
16.2.1 Der Steuergerätelebenszyklus | 642 |
16.2.2 Heutige Anwendungsfälle der Diagnose | 643 |
16.2.3 Ein kurzer Blick ins Steuergerät | 644 |
16.3 Diagnosekommunikation | 646 |
16.3.1 Allgemeine Vorbemerkungen | 646 |
16.3.2 Kommunikationswege im Fahrzeug | 647 |
16.3.3 Grundlagen der Diagnosekommunikation | 648 |
16.3.4 Diagnoseprotokolle und das ISO/OSI-Referenzmodell | 652 |
16.3.5 Sicherheit der Diagnosekommunikation | 658 |
16.3.6 Diagnoseprotokolle | 659 |
16.4 Unified Diagnostic Services | 663 |
16.4.1 Motivation | 663 |
16.4.2 Sub-Function | 663 |
16.4.3 Service-Parameter | 664 |
16.4.4 Diagnosedienste der UDS-Norm | 664 |
16.4.5 Zustandsautomaten am Beispiel UDS | 664 |
16.4.6 Standardisierte Fehlercodes | 666 |
16.4.7 Beispiel einer Diagnosesitzung mit Unified Diagnostic Services | 666 |
16.5 On-Board-Diagnose | 667 |
16.5.1 Historie | 667 |
16.5.2 OBD-Funktionalität | 667 |
16.5.3 Der OBD-Stecker | 668 |
16.6 Datenaustauschformat und erweitertes V-Modell | 669 |
16.6.1 Was ist ein Datenaustauschformat? | 669 |
16.6.2 Motivation für einen Datenaustauschstandard | 669 |
16.6.3 Anforderungen an ein standardisiertes Datenaustauschformat | 670 |
16.6.4 Diagnoseprozesskette und erweitertes V-Modell | 670 |
16.7 ODX-Überblick | 671 |
16.7.1 Aufgaben | 671 |
16.7.2 Historie des ASAM e.V. | 671 |
16.7.3 Datenaustauschformate und -prozesse | 673 |
16.7.5 Datenpool und Datenbasis | 680 |
16.7.6 Autorensysteme | 680 |
17 Software-Entwicklung | 682 |
17.1 Entwicklungsprozesse, Methoden und Werkzeuge | 682 |
17.1.1 Einleitung | 682 |
17.1.2 Prozessstandards und Software-Qualitätsmodelle | 682 |
17.1.3 Modellbasierte | 685 |
17.1.4 Software-Komponenten und architekturbasierter Entwurf | 686 |
17.2 Rapid Control Prototyping | 687 |
17.2.1 Überblick | 687 |
17.2.2 Fullpass | 689 |
17.2.3 Bypassing | 690 |
17.2.4 Mischformen von Fullpass und Bypassing | 693 |
17.2.5 RCP in verteilten Systemen | 693 |
17.3 Automatische Seriencode-Generierung | 693 |
17.3.1 Motivation und Nutzen | 693 |
17.3.2 Anforderungen und Werkzeugeigenschaften | 694 |
17.3.3 Einbindung in den Entwicklungsprozess | 695 |
17.3.4 Unterstützung relevanter Standards | 696 |
17.3.5 Qualität und Support | 698 |
17.4 Hardware-in-the-Loop-Simulation | 698 |
17.4.1 Motivation und Nutzen | 698 |
17.4.2 Rollenverteilung im Test von Steuergeräte-Software | 699 |
17.4.3 Komponenten eines HIL-Simulators | 701 |
17.4.4 Einbindung in den Elektronik-Entwicklungsprozess | 704 |
17.5 Software-Testen | 706 |
17.5.1 Grundbegriffe des Testens | 706 |
17.5.2 Klassifikation der Testmethoden | 706 |
17.5.4 Strukturelles Testen | 708 |
17.5.5 Nichtfunktionales Testen | 708 |
17.5.6 Formale Verifikation | 709 |
17.5.7 Testen in der Funktionsentwicklung | 709 |
17.5.8 Test von Steuergeräten | 709 |
17.5.9 Testmanagement | 710 |
17.6 Steuergeräte-Applikation | 710 |
17.6.1 Einführung | 710 |
17.6.2 Applikation von Motorsteuerungen | 711 |
17.6.3 Software-Stand und Beschreibungsdateien für Steuergeräte | 711 |
17.6.4 Mess- und Applikationssysteme | 712 |
17.6.5 Ausblick in die Zukunft | 714 |
Anhang | 716 |
A Schaltzeichen und Schaltpläne | 716 |
A 1 Einleitung | 716 |
A 2 Klemmenbezeichnungen in der Kfz-Technik nach DIN 72552 | 717 |
A 3 Gerätekennzeichen nach DIN 40719-2 und DIN EN 61346-2 | 720 |
A 4 Schaltsymbole nach DIN EN 60617 | 721 |
A 5 Schaltpläne nach DIN 40719 | 723 |
B EMV-Normenübersicht für Fahrzeuge und Komponenten | 726 |
Sachwortverzeichnis | 728 |