Elektronik in der Fahrzeugtechnik (eBook)

Prof. Dr.-Ing. Kai Borgeest leitet das Labor für Fahrzeugmechatronik an der Hochschule Aschaffenburg.

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Einleitung 12
2 Bordelektrik 14
2.1 Bordnetz 14
2.2 Energiespeicher 20
2.3 Mehrspannungs-Bordnetz 27
2.4 Generatoren 29
2.5 Energiemanagement 31
2.6 Starter 33
2.7 Starter-Generatoren 34
2.8 Hybridfahrzeuge 35
3 Beispiel Elektronische Dieselsteuerung (EDC) 38
3.1 Aufgaben 39
3.2 Einspritzung 39
3.3 Drehzahlregelung 52
3.4 Regelung des Luftsystems 53
3.5 Abgasnachbehandlung 59
3.6 Thermomanagement 62
4 Bussysteme 64
4.1 Zuordnung von Funktionen zu Geräten 64
4.2 Kfz-Elektronik als LAN 66
4.3 CAN-Bus 69
4.4 Weitere Bussysteme 86
4.5 Praktisches Vorgehen 93
5 Hardware 96
5.1 Steuergeräteschaltungen 96
5.2 Elektromagnetische Verträglichkeit 127
5.3 Mechanische Anforderungen 143
5.4 Thermische Anforderungen 144
5.5 Chemische Anforderungen und Dichtigkeit 149
5.6 Anforderungen an den Umweltschutz 150
5.7 Aufbau- und Verbindungstechnik 151
6 Software 154
6.1 Architektur der Steuergeräte-Software 154
6.2 Echtzeit-Betriebssysteme 157
6.3 Steuer- und regelungstechnische Funktionen der Software 165
6.4 Diagnosefunktionen der Software 176
6.5 Entwicklung der Anwendungs-Software 191
7 Projekte, Prozesse und Produkte 210
7.1 Besonderheiten der Kfz-Branche 210
7.2 Stufen der Elektronik-Entwicklung 212
7.3 Projekte und Prozesse 214
7.4 Projekte in der Praxis 216
7.5 Projektphasen 217
7.5 Serienbetreuung 240
7.6 Product Lifecycle Management 243
7.7 Qualität 244
8 Sicherheit und Zuverlässigkeit 256
8.1 Ausfälle elektronischer Systeme 257
8.2 Ausfälle von Software 264
8.3 Methoden zur Analyse von Sicherheit und Zuverlässigkeit 265
8.4 Verbesserungsmaßnahmen 270
9 Anwendungen 275
9.1 Funktionsentwicklung am Beispiel Klimaregelung 275
9.2 Systeme im Antriebsstrang 280
9.3 Systeme für die Fahrdynamik und die aktive Sicherheit 285
9.4 Systeme für die passive Sicherheit 296
9.5 Fahrerassistenz- und Informationssysteme 298
9.6 Mensch-Maschine-Schnittstelle 307
9.7 Komfortsysteme 310
9.8 Unterhaltungselektronik 311
9.9 Diebstahlschutz 312
10 Selbstbau und Tuning 314
11 Zukunftstechnologien im Fahrzeug 316
11.1 Adaptronik 316
11.2 Nanotechnologie 318
11.3 Photonik 318
11.4 Weitere Zukunftsentwicklungen 319
A Abkürzungen 320
B Symbole in Formeln und Naturkonstanten 326
C Literaturverzeichnis 328
Sachwortverzeichnis 344

10 Selbstbau und Tuning (S. 303-304)

Für den Bastler wäre es sicher eine interessante Vorstellung, sich die Elektronik seines Fahrzeugs selber zu bauen oder auch nur zu verändern. Dieser Versuchung sind jedoch rechtliche, technische und auch Sicherheits-Grenzen gesetzt. Jedes im Straßenverkehr zugelassene Fahrzeug besitzt eine allgemeine Betriebserlaubnis gemäß [StVZO] §20, die dem Hersteller für den jeweiligen Fahrzeugtyp erteilt wurde. Durch Umbauten erlischt die Betriebserlaubnis und damit auch die Zulassung. Dies gilt keineswegs nur für Eingriffe in den Antrieb oder in Sicherheitssysteme, sondern auch für manch „harmlose" Bastelei, z. B. in Form von Lichteffekten, die den Fahrer oder andere Verkehrsteilnehmer ablenken können.

Das Führen eines nicht zugelassenen Fahrzeugs im öffentlichen Straßenverkehr ist nicht nur eine Ordnungswidrigkeit, sondern eine Straftat. Nach einem Umbau ist nach [StVZO] §21 eine Betriebserlaubnis für Einzelfahrzeuge zu beantragen. Diese ist gemessen an den Kosten, die bei der Anmeldung eines Serienfahrzeugs entstehen, teuer. Wer in Sicherheits- und Fahrdynamik-Systeme eingreift, sollte sehr genau wissen was er tut. Das System sollte so intensiv erprobt werden wie ein Serienprodukt.

Da dem durchschnittlichen Bastler nicht die Simulationssysteme und Teststrecken der Fahrzeughersteller und Zulieferer zur Verfügung stehen, sollte im Interesse der eigenen Sicherheit und der Sicherheit anderer von Basteleien in diesem Bereich abgesehen werden. Daneben wird der Bastler im Fahrzeug aber technisch sehr schnell an seine Grenzen stoßen. Während Serienprodukte von Teams aus Experten unterschiedlichster Richtung mit einem Aufwand von mehreren Mannjahren in entsprechend ausgestatteten Laboren entwickelt werden, muss der Selbstbauer Erfahrung in Leistungselektronik, elektromagnetischer Verträglichkeit, Mikrocontrollerprogrammierung und Fahrzeugtechnik nebst entsprechender Laborausrüstung mitbringen.

Diese Liste lässt sich in vielen Fällen noch verlängern. Selbst in Entwicklungsabteilungen wird der Tatendrang nicht selten z. B. durch eine störrische Wegfahrsperre aufgehalten, für die dann meist aus gutem Grunde keine Dokumentation erhältlich ist. Das alles heißt aber nicht zwangsläufig, dass Fahrzeuge für Selbstbauer oder gar Selbst- Entwickler eine Tabuzone sind. So sind einige Basteleien im Komfortbereich durchaus möglich und auch gegen einen selbst gebauten Drehzahlmesser ist nichts einzuwenden. Ein besonders dankbares Tätigkeitsfeld, zu dem vereinzelt auch in Elektronikzeitschriften und in der Hobby-Literatur Bauanleitungen veröffentlicht werden, ist die Test- und Diagnose-Elektronik [Elekto05, Elekto06, Elekto07, Schäff07].

Selbst Eingriffe in den Antriebsstrang sind möglich. Ein Beispiel ist der Einbau selbstgebauter Zündanlagen [Clarke05]. Damit diese ohne rechtliche Konsequenzen und ohne nachteilige Folgen für die Umwelt bleiben, sind Abgasmessungen auf einem Rollenprüfstand sowie eventuelle technische Gutachten zur OBD (Kapitel 6) erforderlich, um die Betriebserlaubnis für Einzelfahrzeuge zu bekommen. Wie sich Umbauten auf die Lebensdauer auswirken, weiß man eventuell nach einem frühzeitigen Motorschaden. Damit wird der Eingriff zwar sehr kostspielig, aber legal. Da Eingriffe in den Antriebsstrang auch technische Erfahrung und die entsprechende Ausrüstung erfordern, bieten zahlreiche Tuner Leistungssteigerungen als Dienstleistung an. Seriöse Tuner kümmern sich auch um sämtliche rechtliche Belange und man bekommt gegen einen entsprechenden Preis wieder ein zugelassenes Fahrzeug.