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INFORMATIK ▪ CONSULTING ▪ SYSTEMS AG
Vorlesung Automotive Software-Engineering
Technische Universität DresdenFakultät InformatikProfessur Softwaretechnologie
Sommersemester 2011
Dr. rer. nat. Bernhard Hohlfeld
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011 2
Motivation und Überblick
Die Automobilbranche
Das Automobil
Die Automobilherstellung
E/E-Entwicklung
SW-Entwicklung
Normen und
Standards
Beispiele aus der Praxis
Automotive Systems Engineering
Automotive Elektrik/Elektronik-Entwicklung
Ziel: Darstellung einiger Randbedingungen der Elektrik/Elektronik-Entwicklung für eingebettete Systeme speziell im Automobil
Schwerpunkt:ECU oriented Process Steps(mit Rückwirkung auf die System-und SW-orientierten Schritte)
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
E/E-Entwicklung
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
5. E/E-Entwicklung
1. Halbleitertechnologie
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil
4. Kabelbaum und Energiebordnetze
5. Bussysteme im Automobil
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
5. E/E-Entwicklung
1. Halbleitertechnologie
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil
4. Kabelbaum und Energiebordnetze
5. Bussysteme im Automobil
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Halbleitertechnologie
Mehr Funktionen zu geringeren Kosten
Halbeitertechnologie
Für den Automobilhersteller
• Kompaktere und kleinere Baugruppen
• Intelligente Baugruppen
• Geringere Kosten
• Diagnose- und Fehleranalyse
• Reduzierung des Gewichts
• Reduzierung der Verlustleistung
Für den Autofahrer
• Mehr Funktionalität
• Mehr Sicherheit
• Mehr Komfort
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Halbleitertechnologie
Mehr Funktionen zu geringeren Kosten
Halbeitertechnologie
Für den Automobilhersteller
• Kompaktere und kleinere Baugruppen
• Intelligente Baugruppen
• Geringere Kosten
• Diagnose- und Fehleranalyse
• Reduzierung des Gewichts
• Reduzierung der Verlustleistung
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
Für den Autofahrer
• Mehr Funktionalität
• Mehr Sicherheit
• Mehr Komfort
Senkung des Schadstoffausstoßes
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Halbleitertechnologie
Beispiele für Module
Türsteuerung Fensterheber
Türverriegelung
Kindersicherung
Spiegelheizung
usw.
Mit Halbleitern (HL) Kostenersparnis von 40%
Steigerung der Funktionalität um 140%
Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung
Mit Kostenersparnis von 40% gegenüber den auf elektromechanischen Relais basierenden Modulen
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Halbleitertechnologie
Vorteile eines Moduls (Steuergeräts) mit Halbleitertechnologie Unempfindlichkeit gegen Vibrationen u. Stöße
Komplexe Funktionalität möglich
Geringes Gewicht
Kein Verschleiß von Schaltern
Probleme der HL-Technologie Temperatur
ESD (Electrostatic Discharge)
Teurer als mechanische Schalter (Relais)
Automotive-typische Spannungen problematisch
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Elektrostatische Entladung
Elektrostatische Entladung (engl. electrostatic discharge, kurz ESD) ist ein durch große Potenzialdifferenz in einem elektrisch isolierenden Material entstehender Funke oder Durchschlag, der einen sehr kurzen hohen elektrischen Stromimpuls verursacht.
Ursache der Potenzialdifferenz ist meist eine Aufladung durch Reibungselektrizität.
Produktionsmaschinen für elektrisch isolierende Endloserzeugnisse sowie der Umgang mit isolierenden Schüttgütern erfordert besondere Sicherheitsmaßnahmen gegen elektrostatische Aufladung.
Reibungselektrizität tritt z. B. auch beim Laufen über einen Teppichboden auf, wobei ein Mensch auf ca. 30.000 V aufgeladen werden kann. Auch Bewegen auf einem Stuhl kann Aufladungen erzeugen, Kunststoffgriffe von Werkzeugen können elektrostatische Potentialunterschiede verursachen, die empfindliche Bauteile gefährden.
Symbol für eine ESD-Schutzkomponente(links) und Gefahrenzeichen für ESD-gefährdete Bauteile (rechts)
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5. E/E-Entwicklung
1. Halbleitertechnologie
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil
4. Kabelbaum und Energiebordnetze
5. Bussysteme im Automobil
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5. E/E-Entwicklung
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)1. Störfestigkeit und Störemission
2. EMV vernetzter E/E-Systeme
3. Entwicklungsprozess
4. Komponentenprüfungen
5. Fahrzeugprüfungen
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Störfestigkeit und Störemission
Definition von elektromagnetischer Verträglichkeit
Laut dem deutschen Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG) (§2.9) ist elektromagnetische Verträglichkeit die Fähigkeit eines Gerätes, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für andere in dieser Umwelt vorhandene Geräte unannehmbar wären, wobei nach §2.3 des EMVG Geräte alle elektrischen und elktronischen Apparate, Systeme, Anlagen und Netze, die elektrische oder elektronische Bauteile enthalten, sind (engl.: EMC=Electromagnetic Compatibility)
Elektromagnetische Strahlungen werden von jedem elektrischen oder elektronischem Gerät ausgesendet. (Störquellen)
Durch von außen einwirkende elektromagne-tische Störungen kann jedes elektrische oder elektronische Gerät in seiner Funktion beeinträchtigt oder gar beschädigt werden. (Störsenken)
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Extreme Umweltbedingungen (mechanische Beanspruchung, Verbauraum, Temperatur, etc.)
Was hat das mit Softwareentwicklung zu tun?
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Extreme Umweltbedingungen (mechanische Beanspruchung, Verbauraum, Temperatur, etc.)
Was hat das mit Softwareentwicklung zu tun?
14
EMV
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
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EMV
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Störfestigkeit und Störemission
Störsenken Funkempfänger
Fernseher
Radio
Consumer-Elektronik
EDV-Anlagen
Sensoren
Motorelektronik
Fahrdynamik
Airbag
Medizinelektronik
Herzschrittmacher
Störquellen Zündanlagen
E-Motoren
Leistungselektronik (z.B. ICE)
Sendeanlagen
UKW-Sender
Mobilfunktelefone
Leuchtstofflampen
Portable Electronic Devices (PED)
Tragbarer CD-Spieler
LapTop
PDA
iPod
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Störfestigkeit und Störemission
EMV-Prüfung Messung der vom Prüfling ausgesandten elektromagnetischen Störungen
Prüfung der Festigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen bezogen auf den vorgesehenen Einsatzort
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Störfestigkeit und Störemission
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Störfestigkeit und Störemission
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
5. E/E-Entwicklung
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)1. Störfestigkeit und Störemission
2. EMV vernetzter E/E-Systeme
3. Entwicklungsprozess
4. Komponentenprüfungen
5. Fahrzeugprüfungen
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EMV-Bereiche für die Auslegung der elektrischen und elektronischen Systeme für das Kfz (1)
Sender und Empfänger Störeinstrahlung
Keine Funktionsstörungen durch leistungsstarke Rundfunksender
Störausstrahlung
Keine Störung von ortsfestem Funkempfang durch den Betrieb eines Fahrzeugs
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EMV-Bereiche für die Auslegung der elektrischen und elektronischen Systeme für das Kfz (2)
E/E-Komponente
Die Rückwirkung (impulsförmige Signale u.a. Störsignale) durch verschiedene E/E-Komponenten, die im Fahrzeug in enger räumlicher Nähe zueinander eingebaut und aus einem gemeinsamen Bordnetz versorgt werden, darf untereinander nicht zu unzulässigen Fehlfunktionen führen
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EMV-Bereiche für die Auslegung der elektrischen und elektronischen Systeme für das Kfz (3)
Bordnetzelektronik
Da periodisch auftretende Schaltvorgänge und vor allem Taktsignale von µC in den Empfangsgeräten der mobilen Kommunikation Störungen hervorrufen können, muss die Störaussendung der Bordnetzelektronik begrenzt werden
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5. E/E-Entwicklung
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)1. Störfestigkeit und Störemission
2. EMV vernetzter E/E-Systeme
3. Entwicklungsprozess
4. Komponentenprüfungen
5. Fahrzeugprüfungen
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
EntwicklungsprozessEMV-Aktivitäten in der Produktentwicklung
Konzeptphase: Klärung und Analyse des Einsatzbereiches und der Einsatzbedingungen
Identifikation der anzuwendenden Normen
Lastenheft: Festlegung der EMV-Anforderungen mit Prüf- und Nachweisbedingungen seitens OEM
Pflichtenheft: Seitens Zulieferers zu erfüllende EMV-Anforderungen
Produktentwicklung EMV-gerechter Entwurf (Baugruppen und Gerät)
Durchführung von Messungen (Komponenten- und Fahrzeugprüfungen)
Zertifizierung
Produktpflege Sicherstellung von EMV bei Änderungen und Bauteilersatz
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EntwicklungsprozessEMV-Aktivitäten in der Produktentwicklung
Konzeptphase: Klärung und Analyse des Einsatzbereiches und der Einsatzbedingungen
Identifikation der anzuwendenden Normen
Lastenheft: Festlegung der EMV-Anforderungen mit Prüf- und Nachweisbedingungen seitens OEM
Pflichtenheft: Seitens Zulieferers zu erfüllende EMV-Anforderungen
Produktentwicklung EMV-gerechter Entwurf (Baugruppen und Gerät)
Durchführung von Messungen (Komponenten- und Fahrzeugprüfungen)
Zertifizierung
Produktpflege Sicherstellung von EMV bei Änderungen und Bauteilersatz
25
Gilt sinngemäss auch für andere Aktivitäten in der Produktentwicklung
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Konzept Lastenheft Pflichtenheft Produktentwicklung Produktpflege
Anpassung
EMV im Entwicklungsprozess
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Konzept Lastenheft Pflichtenheft Produktentwicklung Produktpflege
Anpassung
EMV im Entwicklungsprozess
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Technische Details, siehe Unterlagen auf der Vorlesungsseite
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Entwicklungsprozess
Geräte- und Komponentenentwicklung Festlegung der Prüfnormen gemäß Einsatzspektrum
Definition notwendiger globaler EMV-Massnahmen
Massekonzept
Gehäuseabschirmung
Kabelschirmung
Kabelverlegung
Entstörbauteile
Erstellung von EMV-Lastenhefte
Durchführung entwicklungsbegleitender EMV-Tests
Abnahmeprüfung
X
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer
Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
27
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer
Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
27
EMV
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer
Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
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EMVEMV
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer
Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
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EMVEMVEMV
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Baugruppenverantwortlicher Türe
Ansprechpartner Baugruppenverantwortlicher Karosserie
Baugruppenverantwortlicher Sitze
Baugruppenverantwortlicher Kombi-Instrument
Baugruppenverantwortlicher Blinker
Baugruppenverantwortlicher Mittelkonsole
Baugruppenverantwortlicher Soundsystem
Baugruppenverantwortlicher Seitenairbag
Verantwortlicher Passive Sicherheit
Verantwortlicher EMV
Verantwortlicher Verkabelung
Verantwortlicher Vernetzung
Verantwortlicher Telematik
Zulieferer
Schliesssystem
Scheiben
Fensterheber
Aussenspiegel
Türsteuergerät
Schalter
Schnittstellen Mechanik
Energie
Information
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EMVEMVEMVEMV
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Entwicklungsprozess
Leiterplattenentwicklung Auswahl EMV-gerechter Elektronikbauteile
EMV-Maßnahmen in der Schaltung
Bauteileplatzierung auf dem Layout
EMV-gerechter Lagenaufbau
EMV-gerechtes Versorgungssystem
EMV-gerechte Leiterplattenentflechtung
Erstellen von EMV-Lastenheften
Durchführung entwicklungsbegleitender EMV-Tests
X
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Entwicklungsprozess
Aufbau von EMV-Filtern Netzfilter
Entstörung von induktiven Leistungskomponenten
Begrenzung der Flankensteilheit bei PWM-Signalen (PWM = Pulsweitenmodulation)
Begrenzung der Flankensteilheit von Kommunikations-Bussen
EMV bei Serienprodukten Serienüberwachung
Vorortmessungen
Entstörmaßnahmen
X
Die Pulsweitenmodulation (PWM) (auch Unterschwingungsverfahren) ist eine Modulationsart, bei der eine technische Größe (z. B. elektrischer Strom) zwischen zwei Werten wechselt. Dabei wird das Tastverhältnis bei konstanter Frequenz moduliert. Ein PWM-Signal wird allgemein über einen Tiefpass demoduliert. Die resultierende demodulierte technische Größe entspricht dem arithmetischen Mittelwert und damit der mittleren Höhe der Fläche unter der modulierten Größe, mathematisch bestimmt aus dem Integral über eine ganze Zahl von Perioden, geteilt durch die Dauer der Integration (Integralrechnung).PWM ist auch unter Pulsbreitenmodulation (PBM) und Pulsdauermodulation (PDM) bekannt.Ein anschauliches Beispiel für diese Modulationsart ist ein Schalter, mit dem man eine Heizung ständig ein- und ausschaltet. Je länger die Einschaltzeit gegenüber der Ausschaltzeit ist, umso höher die mittlere Heizleistung. Die Temperatur der Heizung kann nur vergleichsweise langsam dem Ein- und Ausschaltvorgang folgen und ergibt so das notwendige Tiefpassverhalten zur Demodulation.
PWM-Signal mit einem Tastverhältnis t1 / T = 0,25 = 25 %
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Pulsweitenmodulation (PWM)
X
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Entwicklungsprozess
Komponentenprüfung Ziel der Komponentenprüfung ist es, eine Vorqualifikation der Komponenten vorzunehmen und zwar bereits zu
einem Zeitpunkt, zu dem noch keine Fahrzeuge verfügbar sind.
Fahrzeugprüfung Entscheidend für eine EMV-Freigabe ist die Fahrzeugprüfung. Zur Fahrzeugprüfung werden nur Komponenten
zugelassen, die sich entsprechend den Vorgaben des Komponentenprüfverfahrens qualifiziert haben.
Freigabe Eine Freigabe erfolgt, wenn sowohl die Komponentenmessungen (Qualifikationsbericht) als auch die
Fahrzeugmessungen positiv abgeschlossen sind.
X
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5. E/E-Entwicklung
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)1. Störfestigkeit und Störemission
2. EMV vernetzter E/E-Systeme
3. Entwicklungsprozess
4. Komponentenprüfungen
5. Fahrzeugprüfungen
X
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Komponentenprüfungen: Störfestigkeit
Einstrahlung
Der Prüfling wird in der Zelle im Frequenzbereich von 1MHz ... 200MHz eingestrahlt.
X
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5. E/E-Entwicklung
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)1. Störfestigkeit und Störemission
2. EMV vernetzter E/E-Systeme
3. Entwicklungsprozess
4. Komponentenprüfungen
5. Fahrzeugprüfungen
X
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Fahrzeugprüfungen: Störemission
Funkstörungen
Vom Fahrzeug werden schmal- und breitbandige Störungen ausgesendet
• Meßbereich laut Kraftfahrzeugrichtlinie: 30 Mhz – 1 GHz
• Zunehmende Relevanz größerer Bandbreite: z.B. 30kHz – 3 GHz (BMW GS)
• Quellen breitbandiger Störungen:
• Zündanlage
• Elektrische Antriebe
• Leistungskomponenten und -schalter
• Quellen schmalbandiger Störungen:
• Mikrocontroller
• Netzwerke (CAN)
• Funksysteme (Handy, Bluetooth)
X
Virtuelle Vorlesung – Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – UE3: Störquellen und Antennen© Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler
Fachhochschule Aschaffenburg
Seite 1 / 8
0. InhaltIn dieser Vorlesung werden Sie lernen was man unter Störquellen verstehtund wie man sie systematisieren kann. Sie werden damit in der Lage sein,vorhandene Störquellen einer genaueren Analyse zu unterziehen. Weiterhinwerden Sie wissen, wie sich Felder im Raum zueinander Verhalten und wiesie von Antennen in Spannungen umgesetzt werden.
1. Störquellen
1.1 Überblick über Störquellen und wichtigeBegriffe
Jede Art von Störung – sei sie biologisch, mechanisch oder elektro-technisch – basiert auf dem gleichen Prinzip: Ein „Verursacher“ beeinflusstein „Opfer“ in störender bzw. unzulässiger Art und Weise über einenbestimmten Mechanismus. Auf dem Gebiet der elektromagnetischenVerträglichkeit verwendet man für den Störer den Begriff „Störquelle“.
Bevor wir eine Systematisierung dieser Störquellen vornehmen,definieren wir einige Begriffe, die wir zur Beschreibung von Störungenheranziehen können:
! Unter Rauschen versteht man einen nichtperiodischen Vorgang.Dieser ist nur statistisch beschreibbar und Einzelereignisse könnennicht erfasst werden.
! Eine intermittierende Störgröße tritt in Form von nichtperiodischenImpulsen auf. Eine intermittierende Störung ist dem Rauschen sehrähnlich.
Bild 1: Zusammenhang zwischen Störquelle, Kopplung und Störsenke
Bild 2: Schmal- und breitbandige Störer
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Fahrzeugprüfungen: Störemission
Messung der Störemission in einem Absorberraum
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Fahrzeugprüfungen: Störfestigkeit
Einstrahlung
Die Antenneneinstrahlung-Prüfung ist im Frequenzbereich von 20MHz ... 18GHz anwendbar (in begründeten Fällen kann die obere Prüffrequenz bis auf 1GHz herabgesetzt werden)
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
TLS steht für
Flughafen Toulouse-Blagnac in Frankreich (IATA-Code)
Suzuki TL1000 in der S-Version, ein Motorrad von Suzuki
Target Level of Safety, Grenzwerte in der Risikoanalyse
Technische Lieferbedingungen für Streckenstationen (von der Bundesanstalt für Straßenwesen herausgegebene Richtlinie)
Teilleistungsschwäche, z. B. Legasthenie oder Dyskalkulie
Third Level Support im IT-Management
Thread-local storage in der Informatik
Thüringer Landesamt für Statistik
Thüringer Landessternwarte Tautenburg
Times Literary Supplement, eine britische Literaturzeitschrift
Timor Leste, offizieller Name von Osttimor, als Länderkürzel nach ISO 3166
Total Least Squares, eine Erweiterung der Methode der kleinsten Quadrate
Transport Layer Security, ein Protokoll zur Verschlüsselung von Datenübertragungen im Internet
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011 X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011 X
TLS
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Straßenfahrzeuge
Straßenfahrzeuge - Fahrzeugprüfverfahren für elektrische Störungen durch schmalbandige gestrahlte elektromagnetische Energie - Teil 2: Störstrahlungsquellen außerhalb des Fahrzeugs (ISO/DIS 11451-2:1999)
Beginn des Projekts 2002-10-01Geplante Dokumentnummer DIN ISO 11451-2Kurzreferat Das Vorhaben beschreibt Verfahren mit einer Störstrahlungsquelle außerhalb des Fahrzeugs zur Prüfung von Personenkraftwagen (PKW) und Nutzfahrzeugen; die spezifizierten Fahrzeugprüfverfahren sind unabhängig vom Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Ottomotor, Dieselmotor, Elektromotor). Die in diesem Teil der DIN ISO 11451 berücksichtigten elektromagnetischen Störgrößen beschränken sich auf kontinuierliche schmalbandige elektromagnetische Felder. Für die Prüfung werden die Prüfbedingungen, die Prüfeinrichtung (Absoberkammer oder Übertragungsleitungssystem (en: TLS)) sowie die Prüfausrüstung und die Durchführung der Prüfung festgelegt. Festlegungen zur Funktionszustands-Klassifizierung werden im Anhang A gegeben.Zuständiges nationales Arbeitsgremium DKE/UK 767.13 Elektromagnetische Verträglichkeit, Fahrzeuge
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Straßenfahrzeuge
Straßenfahrzeuge - Fahrzeugprüfverfahren für elektrische Störungen durch schmalbandige gestrahlte elektromagnetische Energie - Teil 2: Störstrahlungsquellen außerhalb des Fahrzeugs (ISO/DIS 11451-2:1999)
Beginn des Projekts 2002-10-01Geplante Dokumentnummer DIN ISO 11451-2Kurzreferat Das Vorhaben beschreibt Verfahren mit einer Störstrahlungsquelle außerhalb des Fahrzeugs zur Prüfung von Personenkraftwagen (PKW) und Nutzfahrzeugen; die spezifizierten Fahrzeugprüfverfahren sind unabhängig vom Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Ottomotor, Dieselmotor, Elektromotor). Die in diesem Teil der DIN ISO 11451 berücksichtigten elektromagnetischen Störgrößen beschränken sich auf kontinuierliche schmalbandige elektromagnetische Felder. Für die Prüfung werden die Prüfbedingungen, die Prüfeinrichtung (Absoberkammer oder Übertragungsleitungssystem (en: TLS)) sowie die Prüfausrüstung und die Durchführung der Prüfung festgelegt. Festlegungen zur Funktionszustands-Klassifizierung werden im Anhang A gegeben.Zuständiges nationales Arbeitsgremium DKE/UK 767.13 Elektromagnetische Verträglichkeit, Fahrzeuge
X
EMV
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Road vehicles
Road vehicles - Vehicle test methods for electrical disturbances by narrowband radiated electromagnetic energy - Part 2: Off-vehicle radiation source (ISO/DIS 11451-2:1999)Project begin 2002-10-01Planned document number DIN ISO 11451-2Abstract The project specifies off-vehicle radiation source test methods and procedures for testing passenger cars and commercial vehicles regardless of the propulsion system (e.g. spark-ignition engine, diesel engine, electric motor). The electromagnetic disturbances considered in this part of ISO 11451 are limited to continuous narrowband electromagnetic fields. For the test the test conditions, the test equipment (absorber lined shielded enclosure, transmission line system (TLS)) and instrumentation and the test procedure are specified. Requirements concerning the function performance status classification are given in annex A.Responsible Committee DKE/UK 767.13 Elektromagnetische Verträglichkeit, Fahrzeuge
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Road vehicles
Road vehicles - Vehicle test methods for electrical disturbances by narrowband radiated electromagnetic energy - Part 2: Off-vehicle radiation source (ISO/DIS 11451-2:1999)Project begin 2002-10-01Planned document number DIN ISO 11451-2Abstract The project specifies off-vehicle radiation source test methods and procedures for testing passenger cars and commercial vehicles regardless of the propulsion system (e.g. spark-ignition engine, diesel engine, electric motor). The electromagnetic disturbances considered in this part of ISO 11451 are limited to continuous narrowband electromagnetic fields. For the test the test conditions, the test equipment (absorber lined shielded enclosure, transmission line system (TLS)) and instrumentation and the test procedure are specified. Requirements concerning the function performance status classification are given in annex A.Responsible Committee DKE/UK 767.13 Elektromagnetische Verträglichkeit, Fahrzeuge
X
EMV
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Fahrzeugprüfungen: Störfestigkeit
Elektrostatische Entladung (ESD)
Entladepunkte sind alle vom Benutzer berührbare Stellen des Prüflings selbst und der damit verbundenen Komponenten (z.B. Gehäuse, Stecker, Schalter, Kabel, Diagnoseleitung, etc.)
ESD-Anforderungen
Bei allen Prüfständen muss das Gerät während und nach der Beaufschlagung mit den Prüfparameternalle Funktionen wie vorgegeben erfüllen.
X
Prüfaufbau: ESD-Fahrzeugprüfung nachISO/TR 10605
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5. E/E-Entwicklung
1. Halbleitertechnologie
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil
4. Kabelbaum und Energiebordnetze
5. Bussysteme im Automobil
28
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5. E/E-Entwicklung
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil1. Was ist Mechatronik ?
2. Mechatronik: Komponenten und Anwendungen im Automobil
29
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Mechatronik
MethodikSpezifikationEntwurfTest
KomponentenSensorenAktoren Mechanische KomponentenInformationsverarbeitende Komponenten
SystemeModellierungSimulationRegelungOptimierung
M eth od ikSys
tem
e
Ko
mp
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M asch in e nb auEle
ktro
tech
nik
Inform
atik
Anwendungen
GrundlagenMathematik InformatikPhysikMechanikElektotechnik
30
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Teilgebiete der Mechatronik
Sensorik
Informationsverarbeitung
Aktorik
Steuerungstechnik
Regelungstechnik
Simulationstechnik
Robotik
31
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Mechatronik – Beispiele der einzelnen Teilgebiete
32
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5. E/E-Entwicklung
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil1. Was ist Mechatronik ?
2. Mechatronik: Komponenten und Anwendungen im Automobil
33
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4. Das Automobil
1. Domänen1. Antriebsstrang
2. Fahrwerk
3. Karosserie
4. Multi-Media
5. Domänenübergreifende Systeme
6. Entwicklungen und Verschiebungen
2. x-by-wire: Technologien und Anwendungen1. x-by-wire-Technik
2. x-by-wire-Technik: Elektrische Bremsen
3. x-by-wire heute
4. x-by-wire: Warum eigentlich?
3. Lastkraftwagen (LKW)
4. Landmaschinen
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Mechatronik-Komponenten in der Karosserie
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Mechatronik-Komponenten in der Karosserie
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Mechatronik-Komponenten für KarosserieInterieur und Komfort
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Mechatronik-Komponenten für KarosserieInterieur und Komfort
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Mechatronik-Komponenten für KarosseriePassive Sicherheitssysteme
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Mechatronik-Komponenten für Karosserie Passive Sicherheitssysteme
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Mechatronik-Komponenten für den Antriebsstrang
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Mechatronik-Komponenten für das Fahrwerk
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Mechatronik-Anwendungen im AutomobilX-by-Wire-Technik
43
Throttle-by-Wire: Elektrisches Gaspedal Sensor am Gaspedal erfasst Signal des Fahrers.
Aktor steuert Drosselklappe
Gaszug entfällt
Shift-by-Wire: Elektrische Schaltung Gangwechsel wird durch Aktor im Getriebe
ausgelöst
Schaltgestänge entfällt
Brake-by-Wire: Elektrische Bremse Elektromechanische Bremse wird durch Signal
angesteuert
Bremsleitungen entfallen
Steer-by-Wire: Elektrische Lenkung Lenkwinkelsensor erfasst das Steuersignal des
Fahrers, Räder werden durch Aktor gelenkt
Lenkmechanismus entfällt
Lenkrad kann durch Joystick ersetzt werden
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Mechatronik-Anwendungen im Automobil
44
Sensorik
Informations-verarbeitung
Aktorik
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5. E/E-Entwicklung
1. Halbleitertechnologie
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil
4. Kabelbaum und Energiebordnetze
5. Bussysteme im Automobil
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5. E/E-Entwicklung
4. Kabelbaum und Energiebordnetze1. Bordnetz und Kabelbaum
2. 42V-Bordnetz und 2 SpBN
3. Alternative Energieversorgung für E/E-Komponenten
4. Energiebordnetze - Zukunft
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Bordnetz und Kabelbaum
Der Kabelbaum eines modernen Fahrzeugs besteht aus drei funktionalen Gruppen:
1. Elektrische Energieversorgung (Energiebordnetz)
2. Informationstechnische Verbindung zwischen den Systemen (Bussysteme)
3. HF-Verbindungen von den Antennen zu den Endgeräten
47
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Bordnetz und Kabelbaum
Die Topologie ergibt sich aus Optimierungszielen:
1. Kosten
2. Gewicht
3. Montagefreundlichkeit
4. Betriebssicherheit
Das physikalische Bordnetz zählt zu den aufwändigsten, teuersten und schwersten Komponenten in modernen KFZ.
Beispiel BMW 5er Modelljahr 2003 Länge 7,3 km
Masse 55 kg
48
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Bordnetz und Kabelbaum
Aus der Kosten- und Gewichtssicht rangiert der Kabelbaum bei modernen PKW auf Platz 3 nach Motor und Karosserie
Das Kabelbaumdesign wird sehr früh im Produktenstehungsprozeß festgelegt. Änderungen sind nur mit sehr großem Aufwand möglich. Modellvarianten werden in der Regel nicht oder nur in kleinen Details (Zündkabelbaum etc.) realisiert.
Der Kabelbaum hat starken Einfluß auf Performance von Leistungskomponenten, Betriebssicherheit von Steuergeräten, Effizienz der Buskommunikation und EMV-Immission z.B. bei Infotainment-Systemen.
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5. E/E-Entwicklung
4. Kabelbaum und Energiebordnetze1. Bordnetz und Kabelbaum
2. 42V-Bordnetz und 2 SpBN
3. Alternative Energieversorgung für E/E-Komponenten
4. Energiebordnetze - Zukunft
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42V-Bordnetz und 2SpBN (2 Spannungsbordnetz)
Gestern Wenige und einfache Systeme
Zündung
Scheibenwischer
Blinker
Licht
Gesamtleistung <100W
Heute Umfangreiche Komfort- und Sicherheitssysteme
Sitzheizung
Sitzverstellung
Aktivlenkung
Verbrauchs/Immisionsreduzierung
Katalysatorheizung
Gesamtleistung >6kW
Morgen x-by-Wire
Throttle-by-Wire: Elektrisches Gaspedal
Shift-by-Wire: Elektrische Schaltung
Brake-by-Wire: Elektrische Bremse
Steer-by-Wire: Elektrische Lenkung
Erweiterung der Komfortfunktionen
Gesamtleistung: ???
51
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42V-Bordnetz und 2SpBN
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
42V-Bordnetz und 2SpBN
Gründe für 42V-Bordnetz
Leitungsverluste (Strom 1/3, Verluste 1/9) Energieeinsparung
Reduzierte Leitungsquerschnitte Gewichtsersparnis
Möglichkeit für neue Systeme E-Kat
Aktivlenkung
Realisierung bekannter Funktionen als elektrische Systeme Reduktion
TTM
Entwicklungskosten
Erhöhung Gleichteileanteil
Grundlage für hybridelektrische Antriebskonzepte
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42V-Bordnetz und 2SpBN
Übergang zum 42V-Bordnetz
Abrupter Übergang problematisch: Verfügbarkeit von HL-Komponenten
Gängige Prozesse ergeben Spannungsfestigkeit bis ~48V:
Zu wenig für 42V-BN
Viele Komponenten zu teuer aus Stückzahlgründen
Sicherungen
Steckverbinder
Fremdstart problematisch
Weiche Migration erforderlich 14V/42V-Zweispannungsbordnetz (2SpBN)
Siehe auch:
x-by-wire-Entwicklungen x-by-wire: Warum eigentlich?
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Basisbordnetz (12V) mit Erweiterung auf 24V
Quelle: [Meitinger]
Siehe auch:Kabelbaum und Energiebordnetze42V-Bordnetz und 2 SpBN
55
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
42V-Bordnetz und 2SpBN
42V-Technologie: Probleme und offene Fragen
Technik Mangelnde Entwicklungserfahrung
EMV
Stabilität
Design
Lichtbogenproblematik
Logistik und Preis Steckverbinder
Sicherungen
Leistungshalbleiter
Logikbausteine
Organisation Ausstattung/Umschulung von Fertigung und Vertrieb/Service
Parallele Fertigung von alter und neuer Technologie
56
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
5. E/E-Entwicklung
4. Kabelbaum und Energiebordnetze1. Bordnetz und Kabelbaum
2. 42V-Bordnetz und 2 SpBN
3. Alternative Energieversorgung für E/E-Komponenten
4. Energiebordnetze - Zukunft
57
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Alternative Energieversorgung für E-E-Komponenten
58
SOC = engl. Abkürzung für State of Charge = Ladezustand Batterie
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Alternative Energieversorgung für E-E-Komponenten
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Alternative Energieversorgung für E-E-Komponenten
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Alternative Energieversorgung für E-E-Komponenten
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Alternative Energieversorgung für E-E-Komponenten
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Vorteile der Brennstoffzelle Strom und Wärme nutzbar
Saubere Abgase
Möglichkeit von langfristig großer elektrischer und thermodynamischer Leistung ohne Motorlauf
Standklima
mobile office
Nachteile der Brennstoffzelle: Kosten
Wasserstoff
Herstellung
Verfügbarkeit
Lagerung (Tankstelle)
Speicherung (Fahrzeug)
Gesamtenergiebilanz betrachten!
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
5. E/E-Entwicklung
4. Kabelbaum und Energiebordnetze1. Bordnetz und Kabelbaum
2. 42V-Bordnetz und 2 SpBN
3. Alternative Energieversorgung für E/E-Komponenten
4. Energiebordnetze - Zukunft
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Energiebordnetze - Zukunft
Kernelemente: 2-Spannungsbordnetz
Li-Polymerbatterien 12V und 36V
Kurbelwellen-Starter-Generator
APU: Brennstoffzelle
Hilfstriebwerk (engl. auxiliary power unit, APU)
Elektromechanische Bremse
„Brake-by-Wire“
Elektrischer Ventiltrieb
„Throttle-by-wire“
64
Elektromechanische. Bremse
Kurbelwellen-Starter-Generator
Elektrischer Ventiltrieb
Brennstoffzellen-APU
Batterie 12V
Batterie 36V
Powermanagement
SuperCAPs
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Supercap statt Akku: Neue Hochleistungs-Energie-puffer machen Brennstoffzellenautos wirtschaftlicher (1)
http://www.innovations-report.de/html/berichte/energie_elektrotechnik/bericht-30605.html
Für den Einbau in den Brennstoffzellen-Bora verbanden die Schweizer Entwickler je 140 Supercaps zu zwei Modulen, die sie unter der Motorhaube und unter dem Rücksitz platzierten. Foto: psi
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Supercap statt Akku: Neue Hochleistungs-Energie-puffer machen Brennstoffzellenautos wirtschaftlicher (2)
Supercaps sollen künftige Brennstoffzellenautos wirtschaftlicher machen und deren Fahrleistungen verbessern: Die Hochleistungs-Kondensatoren werden mit überschüssiger Energie oder mit der beim Abbremsen des Fahrzeugs freiwerdenden Energie aufgeladen. Beim Beschleunigen bringt der Energieschub aus den Supercaps zusätzliche Leistung. Anders als Akkus unterliegen solche Kondensatoren jedoch keinem Verschleiß.
Die Motoren gewöhnlicher Autos mit Verbrennungsmotor sind etwa um den Faktor zwei überdimensioniert: Die maximale Motorleistung wird nur während eines Bruchteils der Betriebszeit benötigt, etwa beim Beschleunigen aus dem Stand oder bei einem Überholmanöver. Den größten Teil der Zeit, beispielsweise beim "Mitschwimmen" im dichten Verkehr oder bei der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Bundesstraße, würde ein Motor mit wesentlich geringerer Leistung völlig ausreichen. Überdimensionierte Motoren sind jedoch nicht nur teurer und schwerer, sie verbrauchen insgesamt auch mehr Kraftstoff, da der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors im unteren Bereich seiner Leistungskurve deutlich geringer ist.
X
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Porsche-Beispiel, siehe SPIEGEL
X
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5. E/E-Entwicklung
1. Halbleitertechnologie
2. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
3. Mechatronik-Entwicklungen im Automobil
4. Kabelbaum und Energiebordnetze
5. Bussysteme im Automobil
65
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5. E/E-Entwicklung
5. Bussysteme im Automobil1. Einleitung und Anforderungen
2. Fehlersicherheit und Codierung
3. Zeitverhalten
4. Topologien
5. Protokolle und Bussysteme
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Einleitung und Anforderungen
Früher: Geringer Umfang der E/E-Systeme im Fahrzeug
Übertragung der Informationen über dedizierte Leitungen
Schalter -> SG
Sensor -> SG
SG -> Aktor
SG <-> SG
Heute Ständig steigende Anzahl von Steuergeräten, Sensoren, elektromechanischen Aktuatoren und Bedienelementen
Gestiegener Informationsaustausch zwischen verschiedenen Steuergeräten und Teilsystemen
Verkabelung über einzelne Kabel stößt an Grenzen bzgl. Bauraum, Gewicht, Anschlußzahl und Kosten
Lösung Bussysteme im Automobil
67
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011 68
Türsteuerung: Steuergeräte, Aktoren, SensorenStruktur und Vernetzung
Funktion “Tür entriegeln”
Von aussen über Funkschlüssel (1)
Von innen über Schalter (2)
Von innen über Airbagsensor (3)
Funktion “Tür verriegeln”
Von aussen über Funkschlüssel (1)
Von innen über Schalter (4)
Von innen zeitgesteuert (5)
Von innen geschwindigkeitsgesteuert (6)
Komfortfunktionen
Ein- und Ausschalten der Geschwindigkeitsgesteuerung (7)
Anzeige des Verriegelungszustands im Display (8)
–
Schliess-mechanismus
Schlüssel
Airbag-Sensor
Kombi-Instrument
Empfänger
Schalter
TürsteuergerätTSG
Geschw.-Sensor
Multifunktions-lenkrad
HU Display
Ausserdem Kabel fürSpiegel, Blinker, Lautsprecher und Seitenairbag
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Einleitung und Anforderungen
69
Hardware Layer Topologie, Übertragungsmedium
Transferrate Brutto- und Nettotransferrate
Zeitverhalten Synchron (deterministisch) vs. Asynchron
Fehlererkennung Hamming-Distanz, Busmonitoring, ACK
Ausfallsicherheit Auswirkung ausgefallener oder störender ECUs, Redundanz
Kosten Hardware- und Softwarekosten, Lizenzgebühren
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5. E/E-Entwicklung
5. Bussysteme im Automobil1. Einleitung und Anforderungen
2. Fehlersicherheit und Codierung
3. Zeitverhalten
4. Topologien
5. Protokolle und Bussysteme
70
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Fehlersicherheit und Codierung - Verfahren
Parity: XOR aller Bits der Nachricht wird als Paritybit angehängt
Bandbreitenbedarf: 1 Bit unabhängig von der Wortlänge
Hammingdistanz: 2 -> erkennt nur einfache Fehler
Checksum: Quersumme aller Bits des Wortes wird angehängt
Bandbreitenbedarf: log2(n) Bits
Empfindlich gegen systematische Fehler (Zahlendreher etc.)
Zyklische Codes: Verwendet nichtlineare Eigenschaften bestimmter mathematischer Gruppen (Ideale) zur Optimierung des
Verhältnisses von Hammingdistanz zu Bandbreitenbedarf
Unempfindlich gegen die meisten statistischen und systematischen Fehler
71
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Fehlersicherheit und Codierung - Anforderungen
Sprache / Telefon Verlust von Datenpaketen Unkritisch
Verzögerung Kritisch
email Verlust von Datenpaketen Kritisch
Verzögerung Unkritisch
Motorsteuerung Verlust von Datenpaketen Kritisch
Verzögerung Kritisch
Steer by Wire Verlust von Datenpaketen Kritisch!!
Verzögerung Kritisch!!
72
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5. E/E-Entwicklung
5. Bussysteme im Automobil1. Einleitung und Anforderungen
2. Fehlersicherheit und Codierung
3. Zeitverhalten
4. Topologien
5. Protokolle und Bussysteme
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Zeitverhalten - asynchron
Bei inaktivem Bus (idle) kann jeder Teilnehmer durch Senden des dominanten Start-Bit Kommunikation beginnen
Beginnen 2 oder mehr Teilnehmer gleichzeitig einen Sendeversuch, wird über das ID-Feld eine Arbitrierung durchgeführt Flexible Bandbreitennutzung
Versenden von Nachrichten in bestimmter Zeit kann nicht garantiert werden
74
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Zeitverhalten - synchron
Ein Busmaster synchronisiert alle Teilnehmer durch Senden eines Synchronisationssignals (SYNC-Puls)
Innerhalb eines Zyklus gibt es für bestimmte (hochpriore) Nachrichten-IDs festgelegte Zeitfenster, in denen deren Übertragung garantiert wird.
Freibleibende Zeit kann für asynchrone (niederpriore) Nachrichten genutzt werden Deterministisches Verhalten und flexible Bandbreitennutzung
Bedarf für dedizierten Busmaster, inflexible Struktur für die Auslegung niederpriorer/hochpriorer Nachrichten
75
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5. E/E-Entwicklung
5. Bussysteme im Automobil1. Einleitung und Anforderungen
2. Fehlersicherheit und Codierung
3. Zeitverhalten
4. Topologien
5. Protokolle und Bussysteme
76
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Bei direkter Verbindung sind für 6 SGe 15 Leitungen und 30 Transceiver notwendig
Keine Probleme mit Deterministik
Datenmanagement im SG sehr aufwändig Anwendung lediglich für Point-to-Point-Verbindung
Nicht benutzbar für große Systeme (Gewicht, Kosten, Datenmanagement)
Topologien - Direkte Verbindung
77
SG 1
SG 2
SG 4
SG 3
SG 6
SG 5
Im Ring sind für 6 SGe 6 Leitungen und 12 Single Ended Transceiver notwendig
Protokollstruktur z.B. durch Tokens, gewährleistet hohe Performance, aber Einbrüche der Übertragung bei Verlust des Tokens
Busmaster notwendig, aber Backup durch beliebiges anderes SG möglich
Gewährleistung der Kommunikation bei Ausfall der Transceiver eines SG schwierig Hervorragend für Breitband-Datendienste (Infotainment)
Nicht geeignet für sicherheitskritische Anwendungen
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Topologien - Ring
78
SG 1
SG 2
SG 4
SG 3
SG 6
SG 5
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Beim Bus ist für 6 SGe „eine große Leitung“ und 6 bidirektionale Transceiver notwendig
Aushandlung der Kommunikation über nichtdeterministische Arbitrierung oder aufwändige und bandbreitenintensive Protokolle
Ausfall eines SGes beeinträchtigt Kommunikation nicht
Kostengünstig und (bei niedriger Bandbreite) unkompliziert Einsatz für sicherheitskritische Systeme erfordert spezielles Protokoll
Nettobandbreite ungeeignet für datenintensive Dienste
Topologien - Bus
79
SG 1
SG 4
SG 5 SG 3
SG 2SG 6
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Im Stern sind für 6 SGe 5 Leitungen und 10 bidirektionale Transceiver notwendig
Zentrales SG kann effektiv Netzmanagement betreiben (Fehlerbehandlung etc.)
Mit zentralem SG steht und fällt das System, ansonsten extrem ausfallsicher!
Protokolle können je nach Anforderung als Point-to-Point oder Bus gefahren werden Je nach Protokoll für alle Anwendungen geeignet
Abhängigkeit von zentralem SG erfordert spezielle Maßnahmen: Ausfallsicherheit
Topologien - Stern
80
SG 1
SG 2
SG 3
SG 6
SG 5SG 4
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5. E/E-Entwicklung
5. Bussysteme im Automobil1. Einleitung und Anforderungen
2. Fehlersicherheit und Codierung
3. Zeitverhalten
4. Topologien
5. Protokolle und Bussysteme
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siehe Reif, Elektronik
X
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Bussysteme im KFZ - ÜberblickQuelle: Vector Informatik GmbH
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CAN Lowspeed Bus
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CAN Highspeed Bus
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Protokolle und Bussysteme: CAN (Controller Area Network)
Entwickelt von Bosch und Intel 1981
ISO/OSI-Standard
Eigenschaften: Bandbreite bis 150 kbit/s, mit Terminierung bis 500 kbit/s (PT-CAN)
Asynchroner Betrieb ohne Busmaster mit Arbitrierung
Variante für Synchronbetrieb: TTCAN (time triggered CAN)
Physical Layer: Bus, twisted pair
Fehlererkennung: CRC-16, d=6
Große Zahl von Systemkomponenten verfügbar (Transceiver, Controller) Geeignet für allgemeine, nichtkritische Anwendungen (Karosserie, Komfortsysteme)
Nicht geeignet für Multimedia, x-by-Wire, Sicherheitssysteme
http://www.can-cia.org/
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LIN Local Interconnect Network
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Protokolle und Bussysteme: LIN (Local Interconnect Bus)
Entwickelt von internationalem OEM-Konsortium
Nichtkommerziell
Eigenschaften: Bandbreite 19.2 kbit/s
Synchroner Master/Slave-Betrieb, optimierbar für P2P
Physical Layer: Bus, twisted pair
Fehlererkennung: inverted mod256-Checksum
Mit gängigen Line Drivers realisierbar: kostengünstig
Flexible, kostengünstige und hinreichend sichere Lösung für alle wenig datenintensiven Kommunikationsdienste und Point2Point-Verbindungen Intelligente Sensoren
Backupleitungen
Diagnoseschnittstellen
http://www.lin-subbus.org/
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MOST
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Protokolle und Bussysteme: MOST (Media Orientated System Transport)
Entwickelt von BMW, DaimlerChrysler, Harman, OASIS seit 1998
ISO/OSI-Standard, frei
Eigenschaften: Bandbreite 24.8 Mbit/s
Asynchroner und synchroner Betrieb mit Busmaster
Physical Layer: Stern, Kette, Ring (in praxi: Ring), Lichtwellenleiter
Fehlererkennung: CRC-16, d=6
Geeignet für datenintensive Infotainment-Dienste
Nicht geeignet für x-by-Wire, Sicherheitssysteme
http://www.mostcooperation.com/home/index.html
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FlexRay
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Protokolle und Bussysteme: FlexRay
Entwickelt von BMW, DaimlerChrysler & div. HL-Herstellern seit 1999
Nichtkommerziell, frei
Eigenschaften: Bandbreite bis 10 Mbit/s
Asynchroner und synchroner Betrieb mit Busmaster
Physical Layer: beliebige Topologie, beliebiges Medium
Redundante Systemauslegung möglich
Fehlererkennung: CRC-16, d=6
Geeignet für sicherheitskritische Anwendungen (x-by-Wire)
Für Multimedia u.U. Bandbreite zu niedrig
http://www.flexray.com/
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Protokolle und Bussysteme: Beispiele
Audi A2, Modelljahr 2002
Powertrain: Highspeed-CAN
Innenraum/Karosserie: Lowspeed-CAN
Display/MMI: Lowspeed-CAN
Unabhängiger Diagnosebus
Gateway: Kombi Motor-CAN
Innenraum-CAN
Display-CAN
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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Protokolle und Bussysteme: Beispiele
BMW 7er, Modelljahr 2001 (E65)
Powertrain: Highspeed-CAN
Karosserie und Peripherie: Lowspeed-CAN
Infotainment: MOST
Passive Sicherheit: byteflight
Motor: Highspeed-CAN (nicht gezeigt)
Diagnose: K-Line
Backups: K-Line Airbag-Telefon, Blinkerhebel-LSZ,
Gangwahl-EGS, DSC-ABS,...)
Gateways ZGM (byteflight, K-CAN, PT-CAN, Diagnose)
DME (PT-CAN, LoCAN)
MMI (K-CAN, MOST)
Kombi (K-CAN, MOST)
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S. Esch, B. Lang: Elektronik- und Vernetzungsarchitektur mit gesteigerter Leistungsfähigkeit Sonderausgabe von ATZ und MTZ, Juni 2008
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Elektronik- und Vernetzungs-architektur mit gesteigerter Leistungsfähigkeit Den neuen Audi Q5 zeichnet eine hohe Anzahl an unterschiedlichsten elektrischen Funktionen aus. Die gewählte Elek-tronikarchitektur unterstützt sowohl eine kosteneffiziente Basisausstattung als auch die umfangreichen Sonderausstat-tungen. Das verwendete Architekturkonzept ist eine evolutionäre Weiterentwicklung des mit den Fahrzeugen Audi A8 und Audi A3 erstmalig eingeführten zentralen Vernetzungskonzeptes. Die ständig steigende Anzahl der Funktionen er-streckt sich mehr und mehr über alle Funktionsbereiche und Busdomänen. In der Vergangenheit konzentrierten sich die Funktionserweiterungen vorwiegend auf den Bereich der Karosserieelektronik und der Infotainmentsysteme. Im Fahr-zeugprojekt Audi Q5 zeigte sich zusätzlich die Notwendigkeit der stärkeren Vernetzung aller Funktionsbereiche.
AUDI Q5
Audi Q5194
Elektrik/Elektronik | Architektur
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Zunahme der vernetzten Funktionen: Beispiel Audi
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1 Einleitung
Neue Komfortfunktionen, wie Keyless-Entry/-Go, innovative Fahrwerkregelsys-teme, Infotainmentkomponenten mit MOST-Vernetzung und der rasante An-stieg der Fahrerassistenzsysteme stellen neue Anforderungen an die Vernetzungs-architektur, Bild 1. Darüber hinaus bietet der Audi Q5 eine hohe Vielzahl an Aus-stattungsvarianten mit einer sehr groß-en Funktionsspanne zwischen den Basis- und den Topausstattungen. Diese funktio-nalen Anforderungen werden durch An-forderungen hinsichtlich Qualität, Test-barkeit, Diagnostizierbarkeit und Defini-tion eines fahrzeugübergreifenden Elek-tronikbaukastens ergänzt. Die Realisie-rung dieser Eigenschaften bedingt eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Vernetzungsarchitektur. Aus diesem Grund gilt der Auswahl und Spezifika-tion der Bussysteme und ihrer Fähig-keiten ein besonderes Augenmerk.
2 Standardisierung ermöglicht fahrzeugübergreifenden Einsatz von Systemen
In der Vergangenheit bestand die ty-pische Fahrzeugvernetzung aus einem oder mehreren Haupt-Bussystemen – in der Regel CAN – und den daran ange-schlossenen Steuergeräten und System-komponenten. Diese Bussysteme wurden
von den Vernetzungsabteilungen der OEMs betreut und im Rahmen der Frei-gabeuntersuchungen auf Einhaltung der Spezifikationen überprüft. Die lokalen Schnittstellen und Verbindungen inner-halb der Systemkomponenten sind dabei von den Systemlieferanten eigenständig entwickelt worden.
Durch die fortschreitende Integration und den gleichzeitigen strikten Einsatz des Baukastengedankens ergeben sich im Audi Q5 besondere Anforderungen. Der fahrzeugübergreifende Einsatz von Haupt- und Subkomponenten erzwingt die Standardisierung der lokalen Schnitt-stellen. Dies ermöglicht zum Beispiel den Einsatz einer elektrischen Schiebe-dachsteuerung (Subkomponente) in mehreren Fahrzeugen. Die Hauptkompo-nente bleibt hierbei auch bei einer me-chanischen Änderung des Schiebedaches unverändert. Zusätzlich können beide Komponenten unabhängig voneinander weiterentwickelt beziehungsweise er-setzt werden.
Aufgrund dieser Vorteile kommen zu-künftig in allen Audi-Fahrzeugbaureihen nur noch standardisierte Schnittstellen zum Einsatz. Die kommerziellen und technischen Anforderungen (Basiskos-ten, Datenübertragungsrate, Kommuni-kationstechnik) bedingen den Einsatz verschiedener Bussysteme:– LIN: 9,6 / 19,2 Kbit/s– CAN: 100 / 500 Kbit/s– MOST: 21 Mbit/s.
Die Autoren
Dipl.-Ing. (FH) Stephan Eschist Leiter der Fahrzeug-vernetzung bei der AUDI AG in Ingolstadt.
Dipl.-Ing. (FH) Bardo Langist zuständig für Fahr-zeugarchitekturen bei der AUDI AG in Ingol-stadt.
Bild 1: Entwicklung der Funktions-umfänge, aufgeteilt nach Fahrzeug-domänen
Sonderausgabe von ATZ und MTZ I Juni 2008 195
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Im Infotainment-Bereich vereint der neue Audi Q5 Elemente des Audi A3 (CAN) und des A8 (MOST)
102
2.2 Netzwerkmanagement für CAN-HighspeedAn einem weckfähigen CAN-Highspeed-Bussystem sind die Steuergeräte dauer-haft über die Kl.30 versorgt. Zur Sicher-stellung eines robusten Wakeup-/Sleep-verhaltens ist die Verwendung eines ge-eigneten Netzwerkmanagements not-wendig. Erste Untersuchungen zeigten, dass das im Elektronikbaukasten vorhan-dene OSEK-Netzwerkmanagement nicht eingesetzt werden konnte. Für das neue Managementsystem wurden folgende Prämissen ausgearbeitet:– Weckfähigkeit ohne diskrete Wecklei-
tungen– Konzentration auf notwendige Funk-
tion (Koordination Wakeup/Power-down)
– Verwendung in sowohl interruptba-sierten als auch pollingbasierten Steu-ergeräten
– Unterstützung des busübergreifenden Weckens
– Unterstützung von erweiterten Statu-sinformationen.
Zur Umsetzung der Weckfähigkeit müs-sen spezielle weckfähige CAN-Transcei-ver eingesetzt werden. Durch einen digi-talen Ausgang können diese den Span-nungsregler eines Steuergerätes aktivie-ren. Zur Sicherstellung der Kompatibili-
tät wurden mehrere CAN-Highspeed-Transceiver hinsichtlich Funktion und EMV-Stabilität qualifiziert.
Des Weiteren ist ein einfacher und überschaubarer Software-Mechanismus notwendig. Dieser koordiniert das Auf-wachen beim Empfang von CAN-Bot-schaften, die Aufrechterhaltung der Buskommunikation und das anschlie-ßend gleichzeitige Herunterfahren des Bussystems. Hierzu wurde das neue Netzwerkmanagement High (NM High) entwickelt. Dieses basiert auf einem we-sentlich einfacheren Algorithmus als das aus dem Low-Speed-Bereich bekann-te OSEK-Netzwerkmanagement. Neben den Funktionsvorteilen konnten da-durch erhebliche Ressourceneinspa-rungen beim Speicherbedarf der Stan-dard-Software erzielt werden. Diese Software-Spezifikation wurde von Audi in Autosar eingebracht und darin stan-dardisiert. Die Funktionsweise des NM High ist in Bild 2 dargestellt. Durch die Abbildung der NM-Zustände und der NM-Übergänge in den Datenbytes des NM High ist eine Analyse der einzelnen Steuergeräte während des Fahrzeugbe-triebs sehr einfach möglich. Das kom-plette Verhalten bei Wakeup oder auch Sleep kann damit lückenlos analysiert werden.
3 Vernetzungsarchitektur: Revolution oder Evolution?
Mit dem in den Fahrzeugen Audi A8 und A3 eingeführten zentralen Architektur-konzept steht eine Vernetzungsarchitek-tur zur Verfügung, welche bereits viele Anforderungen erfüllt: sowohl A-Klassen-fahrzeuge (Audi A3), als auch hochausge-stattete C- und D-Klassenfahrzeuge (Audi A6 und A8) lassen sich mit sehr guter Qualität und hoher Kosteneffizienz reali-sieren.
Im Audi A3 kommen ausschließlich Infotainmentsysteme auf Basis der CAN-Bustechnologie zum Einsatz, im Audi A8 kommunizieren die Infotainment-systeme auf Basis der MOST-Technolo-gie, Bild 3. Im Audi Q5 sollten beide Sys-temvarianten, CAN und MOST ermög-licht werden.
Des Weiteren musste das im Audi A8 bereits vorhandene Bussystem für die Fahrerassistenzsysteme eingesetzt wer-den. Zusätzlich wurde ein Konzept zur kostengünstigen Darstellung eines Basis-umfangs analog Audi A3 notwendig. Die Abdeckung dieser Variantenvielfalt er-forderte die Entwicklung einer hochska-lierbaren Architektur. Zu Beginn der Konzeptuntersuchungen standen zwei Architekturansätze zur Auswahl. Eine
Bild 3: Im Infotainment-Bereich vereint der neue Audi Q5-Elemente des Audi A3 (CAN) und des A8 (MOST)
Sonderausgabe von ATZ und MTZ I Juni 2008 197
Im Audi A3 kommen ausschließlich Infotainmentsysteme auf Basis der CAN- Bustechnologie zum Einsatz, im Audi A8 kommunizieren die Infotainmentsysteme auf Basis der MOST-Technologie. Im Audi Q5 sollten beide Systemvarianten, CAN und MOST ermöglicht werden.
Dr. Bernhard Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, Fakultät Informatik, Sommersemester 2011
Der Audi Q5 zeigt eine Elektronik-Gesamtarchitektur wie im Oberklasse-Segment
Des Weiteren musste das im Audi A8 bereits vorhandene Bussystem für die Fahrerassistenzsysteme eingesetzt werden. Zusätzlich wurde ein Konzept zur kostengünstigen Darstellung eines Basisumfangs analog Audi A3 notwendig. Die Abdeckung dieser Variantenvielfalt erforderte die Entwicklung einer hochskalierbaren Architektur.
103
Möglichkeit war die komplette Neuent-wicklung der Fahrzeugarchitektur, alter-nativ eine Optimierung der vorhande-nen, bewährten, zentralen Fahrzeugar-chitektur. Die Konzeptuntersuchungen wurden durch zusätzliche Analysen er-gänzt, wobei die Schwerpunkte auf den nachfolgenden Themen lagen:– Funktionsverbesserung– Kostenoptimierung– Qualitätssteigerung.
3.1 Integration des EnergiemanagementsDie Integration des Energiemanage-ments stellte sich als eine wesentliche Optimierungsmöglichkeit heraus. Durch die Zusammenlegung von Gateway-Steu-ergerät und Energiemanagement wurde eine deutliche Kosteneinsparung reali-siert. Neben den finanziellen Vorteilen können durch diese Integration deut-liche Verbesserungen hinsichtlich Dia-gnose und Funktionsqualität erzielt wer-den. Durch die Verknüpfung der globa-len Bus- und Steuergerätzustände im
Gateway und der Stromverbrauchswerte des Energiemanagements entstand ein neues Konzept. Dies ermöglicht die zen-trale Überwachung des Fahrzeugzustan-des und liefert detaillierte Informationen zur Fehleranalyse.
3.2 Architekturauslegung über FahrzeuglebenszyklusDurch den Einsatz neuer Funktionen (zum Beispiel Fahrwerkregelsysteme) steigt der Kommunikationsbedarf einer Fahrzeugbaureihe innerhalb des Produk-tionszeitraums stetig an. Die besondere Herausforderung bei der Architekturaus-legung besteht darin, die Funktionen und Steuergeräte so zu verteilen, dass die Kommunikationsbusse noch genügend Reserven für Funktionserweiterungen haben.
Eine detaillierte Analyse der geplanten Fahrwerksregelsysteme ergab einen ho-hen Kommunikationsbedarf zwischen diesen Systemen. Ohne zusätzliche Maß-nahmen wäre der Spielraum für zukünf-
tige Funktionserweiterungen sehr stark eingeschränkt. Durch die Einführung eines CAN-Subbussystems konnten die Spezifikationsgrenzen der Busbelastung eingehalten werden. Durch die evolutio-näre Weiterentwicklung der bestehen-den zentralen Vernetzungsarchitektur ergibt sich eine skalierbare und effizi-ente Gesamtarchitektur, welche sowohl der Kosteneffektivität als auch der Funk-tionsvarianz Rechnung trägt, Bild 4.
Bild 4: Der Audi Q5 zeigt eine Elektronik-Gesamtarchitektur wie im Oberklasse-Segment
AUDI Q5
Audi Q5198
Elektrik/Elektronik | Architektur
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Datenkommunikationsbordnetz des BMW F01/F02
Quelle: F. Burgdorf: Eine kunden- und lebenszyklusorientierte Produktfamilienabsicherung für die Automobilindustrie, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, 2010.
104
Abbildung 2.3: Datenkommunikationsbordnetz des BMW F01/F02.
Der CAN-Bus bietet durch dessen potentialfreie Übertragung mit Differenzsignalen
über verdrillte Kupferkabel eine störsichere Netzwerkumgebung. Die Datenüber-
tragung funktioniert asynchron und seriell, es entstehen nur verhältnismäßig ge-
ringe Verluste bei der bitweisen Arbitrierung auf Identifier-Basis mit dem Carrier
Sense Multiple Access / Collision Resolution (CSMA/CR)-Verfahren und entspre-
chender Priorisierung. Durch die asynchrone Übertragung ist das Zeitverhalten des
Protokolls nicht garantierbar, weiterhin ist die Datenrate auf maximal 1 MBit/secbegrenzt [Ets01].
Das MOST-Protokoll wurde mit einer maximalen Datenrate von 24, 8 MBit/sec spezi-
ell für die Audio- und Videoübertragung entwickelt. Die Datenübertragung erfolgt
bitseriell und optisch über Glasfaserleitungen. Die verfügbare Bandbreite ist dabei
in einen synchronen, einen asynchronen sowie in einen Kontrollteil aufgeteilt. Der
synchrone Teil dient der eigentlichen Datenübertragung der Teilnehmer in den für
sie vorgegebenen Zeitslots. Der asynchrone Teil ermöglicht zusätzlich eine ereignisge-
steuerte Datenübermittlung, der Kontrollteil ist für entsprechende Kontrollbefehle
reserviert [Grz07]. Bei der BMW Group stellt ein Ring die MOST-Topologie dar, die
Kommunikation erfolgt nach dem Single-Master-Prinzip.
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