Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Automobilelektronik eignet sich bestens für das Studium und enthält eine topaktuelle und zugleich sehr praxisnahe Einführung in elektrische und elektronische Systeme im Automobil. Zunächst werden die benötigten Grundlagen aus den Gebieten Sensorik, Bussysteme, Betriebssysteme und Softwareentwicklung zusammengestellt. Danach werden wichtige elektronische Systeme im Automobil behandelt, wie Motor- und Getriebesteuerung, elektrische Energieversorgung, aktive und passive Sicherheitssysteme, Navigations- und Fahrerassistenzsysteme. Ebenso sind übergreifende Themen wie funktionale Sicherheit und Diagnose enthalten. In der 4. Auflage wurde die Steuerung von Otto- und Dieselmotoren in ein Kapitel zusammengefasst. Das Kapitel über Fahrerassistenzsysteme wurde grundlegend überarbeitet und um wesentliche neue Inhalte erweitert. Außerdem wurde das Kapitel über Diagnose verbessert und ergänzt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Bussysteme

Zusammenfassung
Während bis Ende der 1980er Jahre die elektronischen Systeme in Fahrzeugen aus einzelnen, nicht vernetzten Steuergeräten bestanden, markierte die Einführung des CAN-Busses im Antriebsbereich Anfang der 1990er Jahre den Beginn von neuen technischen Infrastrukturen [Gr1]. Kennzeichen dieser neuen Kommunikationsstrukturen war der Einsatz von digitalen Bussystemen, die neue Freiheitsgrade zur Realisierung von übergreifenden Funktionswelten schufen. Als Ergebnis dieser Entwicklung hat sich heute insbesondere der CAN-Bus als Standard- Kommunikationssystem in nahezu allen Fahrzeugklassen etabliert.
Konrad Reif

2. Echtzeitbetriebssysteme

Zusammenfassung
In den letzten Jahren hat sich die Automobilindustrie zu einem der wesentlichen Anwender von Echtzeitbetriebssystemen für eingebettete Systeme entwickelt. Relativ zeitig erkannten sowohl die Automobilhersteller als auch deren Zulieferer die Notwendigkeit, neben Hardwarestandards auch Standards für die verwendete Software festzulegen. Dies umfasst auch die Standardisierung der verwendeten Betriebssysteme. Dabei ist dem Zeitverhalten der Betriebssysteme die gebührende Aufmerksamkeit zu schenken.
Konrad Reif

3. Funktions- und Softwareentwicklung

Zusammenfassung
Ein wesentlicher Anteil der Innovationen in heutigen Fahrzeugkonzepten wird durch Funktionen dargestellt, die durch Software abgebildet werden. Dieser Tatbestand zeigt sich eindrucksvoll sowohl in dem stetig wachsenden Bedarf an Speicherplatz und Rechenzeit in Steuergeräten als auch in der steigenden Anzahl von komplexen und vernetzt wirkenden Funktionen. Als Beispiel sei etwa auf Fahrerassistenz- oder Telematik-Funktionalitäten verwiesen, die sich die Eigenschaften mehrerer Funktionsbereiche im Fahrzeug in Form einer intelligenten Verknüpfung zu Nutze machen.
Konrad Reif

4. Sensorik

Zusammenfassung
Dieses Kapitel führt in die Thematik „Sensorik im Auto“ ein. Zuerst werden die Grundbegriffe und fundamentale Eigenschaften von Sensoren erläutert. Anschließend werden die Anforderungen an die Sensoren diskutiert und auf die Partitionierung und Schnittstellen eingegangen. Im Hauptteil dieses Kapitels werden verschiedene Sensoren wie Winkel-, Drehzahl- und Beschleunigungssensoren vorgestellt.
Konrad Reif

5. Steuerung und Regelung von Otto- und Dieselmotoren

Zusammenfassung
Die Motorsteuerung beeinflusst gezielt das Motorverhalten. Zur elektronischen Steuerung eines Verbrennungsmotors müssen elektrische Sensorsignale erfasst und per Software verarbeitet sowie die größtenteils elektromechanischen Aktoren entsprechend angesteuert werden. Zu den Grundaufgaben der Motorsteuerung zählen Regelungs- und Steuerungsaufgaben, Überwachungsaufgaben, Diagnose und die Kommunikation mit anderen Steuergeräten oder einem Werkstatttester. Die elektronische Motorsteuerung beeinflusst somit Fahrdynamik, Komfort, Leistung, Emissionen und Kraftstoffverbrauch. Außerdem werden durch sie die Wartungs- und Betriebskosten, die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit sowie die Herstellungskosten eines Motors und damit auch eines Fahrzeugs entscheidend geprägt.
Konrad Reif

6. Getriebesteuerung

Zusammenfassung
Wesentliche Aufgabe der Steuerung automatischer Getriebe ist es, abhängig von verschiedenen Randbedingungen stets den richtigen Gang einzulegen, den Gangwechsel in allen Betriebspunkten und Sonderfällen möglichst komfortabel auszuführen, zusätzliche Bedieneingriffe des Fahrers richtig zu verarbeiten und dabei Fehlbedienungen sicher abzufangen.
Konrad Reif

7. Elektrische Energieversorgung

Zusammenfassung
Elektrische und elektronische Geräte können nur dann richtig arbeiten, wenn ihre Energieversorgung stabil ist. Bis zum heutigen Tag dient, von wenigen Ausnahmen abgesehen, in Kraftfahrzeugen ein Drehstromgenerator als Energiequelle und eine (oder mehrere) Batterie(n) als Energiepuffer und Energiespeicher.
Konrad Reif

8. Komfortelektronik

Zusammenfassung
Die Komfortelektronik steuert, regelt oder unterstützt Funktionen, die sowohl dem Fahrer als auch den Insassen den Aufenthalt in einem Kraftfahrzeug angenehmer gestalten. Auf diese Funktionen kann ohne weiteres verzichtet werden, ohne dass die primären Fahraufgaben (vgl. Tabelle 12.1) davon betroffen wären. Die primären Fahraufgaben sind unbedingt erforderlich, um Menschen mit dem Automobil zu jeder Tages- und Nachtzeit sicher von einem Ort zu einem anderen Ort zu bewegen.
Konrad Reif

9. Sicherheitsaspekte und funktionale Sicherheit

Zusammenfassung
Mögliche Fehlfunktionen elektronischer Steuergeräte in Kraftfahrzeugen können Sach- oder Personenschäden hervorrufen und müssen nach Möglichkeit ausgeschlossen werden. Um die Bedeutung dieser Sicherheitsaspekte einzuschätzen, muss man sich nur vor Augen führen, welche Funktionen inzwischen mit Hilfe elektronischer Steuergeräte realisiert werden. Systeme, die das Fahrverhalten gezielt beeinflussen, findet man z. B. in den Fahrzeugfunktionsbereichen Antrieb und aktive Sicherheit. Überall dort, wo ein elektronisches System direkt oder indirekt steuernd eingreift, muss überprüft werden, ob eine Fehlfunktion des Systems zur Gefährdung von Leben führen kann. Wichtig ist hier, dass dies nicht nur für die so genannten Sicherheitssysteme gilt (Airbag, ABS, Fahrdynamik-Regelung etc.), sondern auch für viele andere Systeme. Beispielsweise könnte ein Fehler in einem Motorsteuergerät das Fahrzeug plötzlich und unerwartet beschleunigen lassen – dennoch ist die eigentliche Motorsteuerung kein Sicherheitssystem. Bei der Entwicklung ist zusätzlich zur eigentlichen Funktionalität der Erkennung und Behandlung von Fehlern große Beachtung zu schenken.
Konrad Reif

10. Passive Sicherheit

Zusammenfassung
Die Phasen vor und nach einem Zusammenstoß eines Fahrzeugs mit einem Unfallgegner (siehe Bild 10-1) lassen sich in sieben Kategorien einordnen [Ba4]. Die normale Fahrsituation und die ersten drei kritischen Phasen vor einem Unfall werden der so genannten aktiven Sicherheit zugeordnet. Systeme, deren Funktionen in diesen ersten Phasen ablaufen, werden aktive Sicherheitssysteme genannt und in Kapitel 11 behandelt. Nach dem Zusammenstoß mit einem Verkehrsteilnehmer folgen drei weitere Phasen. Dafür im Fahrzeug integrierte Systeme werden der so genannten passiven Sicherheit zugeordnet und heißen passive Sicherheitssysteme . Sie sind Gegenstand des vorliegenden Kapitels. Beispiele von Sicherheitssystemen für die Phasen in Bild 10-1 sind in Tabelle 10.1 angegeben.
Konrad Reif

11. Fahrwerksregelsysteme und aktive Sicherheit

Zusammenfassung
Die maximal über einen Reifen übertragbare Kraft hängt von der maximalen Reibungszahl μh (Haftreibungszahl) zwischen Reifen und Fahrbahn ab. Die gewünschte Bremskraft wird durch den Druck auf das Bremspedal vorgegeben. Überschreitet man bei Steigerung des Bremsdrucks die maximale Haftkraft, so beginnt das Rad zu blockieren und man geht von der Haftreibung in die Gleitreibung über [Ri1]. Gleiten ist jedoch nicht erwünscht, da die Gleitreibungszahl μr geringer ist als die Haftreibungszahl μh und damit auch die übertragbaren Bremskräfte geringer sind. Zudem kann das gleitende Rad durch Störkräfte seitlich aus der Spur ausbrechen. Das Fahrzeug wird dadurch unkontrollierbar.
Konrad Reif

12. Fahrerassistenzsysteme

Zusammenfassung
Fahrerassistenzsysteme (FAS) steigern den Komfort im Fahrzeug und helfen dem Fahrer, Gefahrensituationen frühzeitig zu erkennen oder zu vermeiden. Der Fahrer kann das Fahrzeug zwar auch alleine bewegen, aber mit Assistenzsystemen wird es für ihn angenehmer und sicherer. Die Unfallvermeidung rückte dabei erst nach und nach in den Fokus; ursprünglich standen die Entlastung des Fahrers und die Reduktion der Betriebskosten im Mittelpunkt. So weist die Betriebsanleitung zum ersten Geschwindigkeitsregelsystem (Cruise Control CC, auch Tempomat genannt) speziell auf die Kraftstoffersparnis hin. Heute werden Fahrerassistenzsysteme gezielt nach den Erkenntnissen der Unfallforschung entwickelt.
Konrad Reif

13. Navigationssysteme

Zusammenfassung
Sowohl die Komplexität als auch der Umfang des Straßennetzwerks für Fahrzeuge ist in den letzten Jahrzehnten beträchtlich gewachsen. Dieses rapide Wachstum bedingt einen stetig ansteigenden Bedarf an Systemen, die Funktionen zur Navigation eines Automobils durch das Straßennetz ermöglichen. Ein Navigationssystem besteht aus Hard- und Software und ist unter Zuhilfenahme eines geographischen Ortungssystems und gegebenenfalls weiterer Sensoren bei der Erreichung eines gewünschten Ziels behilflich. Die grundlegenden Funktionalitäten eines Navigationssystems lassen sich in die folgenden drei Bereiche unterteilen:
1.
die Positionsbestimmung, d. h. die Berechnung des derzeitigen Standortes mit Hilfe von mathematischen Methoden aufgrund von Sensorsignalen,
 
2.
die Routenberechnung, d. h. die Berechnung einer Route von der derzeitigen Position zu einem vorgegebenen Ziel nach teilweise individuell wählbaren Kriterien,
 
3.
die Zielführung, d. h. die Leitung des Fahrers mit akustischen und visuellen Hinweisen entlang der berechneten Route.
 
Konrad Reif

14. Lichttechnik

Zusammenfassung
Aus dem Gesamtspektrum der elektromagnetischen Strahlung nach Bild 14-1, bei dem die Wellenlänge λ einen Bereich von 24 Zehnerpotenzen überdeckt, umfasst die optische Strahlung nur etwa 5 Dekaden von rund λ = 10 nm bis etwa λ = 1 mm. Das menschliche Auge nimmt aus diesem Bereich wiederum nur einen sehr kleinen Ausschnitt als Licht im Sinne von Farb- und Helligkeitseindrücken wahr.
Konrad Reif

15. Diagnose

Zusammenfassung
Der Begriff Diagnose stammt ursprünglich aus der Medizin und kann folgendermaßen definiert werden: Aus konkreten und mehr diffusen Symptomen des Patienten und der Krankheitsgeschichte erstellt der Arzt unter Zuhilfenahme seines Instrumentariums ein Zustandsbild des Patienten, um geeignete Maßnahmen zur Heilung einzuleiten. Die klassische Fahrzeugdiagnose definiert sich sehr ähnlich: Aus konkreten und diffusen Symptomen, die der Fahrer schildert, wird im Service unter Zuhilfenahme der Diagnosesysteme ein exaktes Fehlerbild erstellt und es werden geeignete Reparaturmaßnahmen eingeleitet.
Konrad Reif

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

    Bildnachweise