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E-Book

Automobil-Sensorik 2

Systeme, Technologien und Applikationen

Verlag	Springer Vieweg
Erscheinungsjahr	2018
Seitenanzahl	323 Seiten
ISBN	9783662563106
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	69,99 EUR

Die Sensorik nimmt im Automobil einen bedeutenden und stark wachsenden Stellenwert ein. Im Zuge der rasanten Entwicklungen auf dem Gebiet der Fahrzeug-technik, wie Automatisiertes Fahren und E-Mobilität, sind immer genauere und robustere Sensorinformationen unabdingbar. Diese Informationen werden in komplexen Regelalgorithmen der Fahrzeugelektronik insbesondere zur Objekterkennung, Systemüberwachung, Motorsteuerung, Fahrstabilität, Sicherheits- und Komforterhöhung genutzt. Zur Generierung dieser Informationen gewinnen neben der Optimierung bekannter Sensorprinzipien zunehmend auch neue Sensorkonzepte und -technologien an Bedeutung. Die resultierenden Sensorsysteme unterliegen neben den hohen technischen Anforderungen auch immer höheren Ansprüchen hinsichtlich Kosten, Miniaturisierung, Qualität und Zuverlässigkeit.

In diesem Fachbuch sind Sensorprinzipien und -techno¬logien beschrieben, die den Trend aktueller Sensorentwicklungen für spezielle Fahrzeug-Anwendungsgebiete widerspiegeln. Der Schwerpunkt dieser Ausgabe liegt auf Sensorsystemen, die ihren Einsatz im Bereich Automatisiertes Fahren, Batterie-Zellüberwachung in Elektrofahrzeugen, Motorsteuerungen, Abgasregelungen, Klimatisierung und aktive Sicherheit im Automobil finden.

Dr.-Ing. Thomas Tille studierte Elektrotechnik an der Technischen Universität Berlin und promovierte an der Technischen Universität München auf dem Gebiet Integrierter Sensorauswerteschaltungen. Seit mehreren Jahren ist er im Bereich der Elektronik- und Sensorikentwicklung der BMW AG tätig.

Dr. Tille ist zudem Dozent für Mikroelektronik an der Technischen Universität München und leitet darüber hinaus Tagungen im Bereich Automobil-Sensorik.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Vorwort	5
Inhaltsübersicht	7
Inhaltsverzeichnis	9
Trends in der Automobil-Sensorik	17
1.1 Einleitung	17
1.2 Übersicht von Sensoren im Automobil	18
1.2.1 Anwendungen für Sensoren	18
1.2.2 Marktfaktoren	21
1.3 Impulse und Trends für Sensoren im Automobil	24
1.3.1 Sensoren für Autonomes Fahren	24
1.3.2 Sensoren für Intelligente Cockpits	26
1.4 Zusammenfassung	27
LiDAR-Sensorsystem für automatisiertes und autonomes Fahren	29
2.1 Einleitung	29
2.2 LiDAR	30
2.3 Messtechnik	32
2.3.1 Optische Distanzmessung	32
2.3.2 Messgenauigkeit	34
2.3.3 Digitale Datenverarbeitung	37
2.4 Integriertes Messsystem	43
2.4.1 Laserdioden	43
2.4.2 Fotodioden	43
2.4.3 Analog-Digital-Wandler	45
2.4.4 Signalkonditionierung der Fotodiode	45
2.4.5 Funktionale Sicherheit und Diagnose	47
2.4.6 Taktsystem	49
2.4.7 Lichtdatenerfassungs-Modul	49
Architektur des Messsystems	50
2.5 Zusammenfassung	52
Porösizierte Glaskeramik-Substrate für die Radarsensorik	55
3.1 Einleitung	55
3.2 Hochfrequenzradarsensoren	56
3.2.1 Aufbaukonzepte	58
3.2.2 Glaskeramische Mehrlagensubstrate	60
3.3 Porösizierte Glaskeramiksubstrate	61
3.3.1 Nasschemisches Ätzen	61
3.3.2 Hochfrequenzcharaktersierung	65
3.3.3 Eignung für Radarsensoren	70
3.4 Zusammenfassung und Ausblick	72
Optische Batteriesensorik für Elektro-Fahrzeuge	76
4.1 Einführung	76
4.2 Direkte optische Zustandserkennung	79
4.2.1 Beobachtung optischer Effekte	79
4.2.2 Messsystem für Laboruntersuchungen	81
4.2.3 Elektrodenanordnung in der Testzelle	83
4.2.4 Korrelation zwischen Ladung und Reflexion	84
4.3 Fasersensor für konventionelle Zellaufbauten	86
4.3.1 Aufbau und Funktionsweise	86
4.3.2 Experimentelle Fasersensoren in Batteriezellen	89
4.3.3 Messergebnisse mit Fasersensoren	90
4.3.4 Kalibrierung der Fasersensoren	90
4.4 Zusammenfassung	93
Impedanzsensorik für Batteriezellen in Elektro-Fahrzeugen	97
5.2 Stand der Technik Impedanzspektroskopie und Zellimpedanz	98
5.2.1 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)	98
5.2.2 Zellimpedanz	100
5.3 Sensitivitäten der Zellimpedanz und ableitbare Anwendungsfälle	102
5.3.1 Temperatur	103
5.3.2 Ladezustand (SOC)	105
5.3.3 Alterungszustand (SOH)	107
5.3.4 Druck	109
5.3.5 Strom	110
5.4 Impedanzsensor zur Temperaturmessung	111
5.4.1 Prozessgleichung und Unsicherheitseinflüsse	112
5.4.2 Wahl der optimalen Anregungsfrequenz fEIS	115
5.4.3 Messunsicherheitsbudget und Optimierung	118
5.5 Zusammenfassung	122
Integrierte Fluxgate-Sensoren zur Strommessung in Hybrid- und Elektrofahrzeugen	125
6.1 Einleitung	125
6.2 Technologieübersicht Stromsensoren	126
6.2.1 Hall-Sensoren	126
6.2.2 Shunt-Sensoren	128
6.2.3 Fluxgate-Sensoren mit Kern	129
6.3 Strommessung mittels Integrierter Fluxgate-Sensoren	131
6.3.1 Differentieller Fluxgate-Sensor	131
6.3.2 Integration des Fluxgate-Sensors	139
6.4 Zusammenfassung	143
Hoch integrierte Strom- und Positionssensoren für elektrische Antriebssysteme	145
7.1 Einleitung	145
7.2 Rotorlagesensorik	148
7.2.1 Sensorsysteme	148
7.2.2 Schnittstelle	150
7.3 Stromsensorik	165
7.3.1 Überblick Prinzipien zur Strommessung	165
7.3.2 Magnetische Stromsensoren	166
7.4 Zusammenfassung	173
GMR-basierter, störfeldrobuster Kurbelwellensensor für Hybridfahrzeuge	174
8.1 Einleitung	174
8.2 Fehlzündungserkennung	175
8.2.1 Fehlzündungserkennung mit Klopfsensor	176
8.2.2 Fehlzündungserkennung mit Drucksensor, Gassensor oder Drehmomentsensor	176
8.2.3 Fehlzündungserkennung mit einem hoch wiederholgenauen Kurbelwellensensor	176
8.2.4 Wiederholgenauigkeit von Kurbelwellensensoren	177
8.2.5 TLE5028C als Demonstrator für hohe Wiederholgenauigkeit	179
8.3 Stopp-Start-Anwendung	180
8.3.1 TLE5028C für fehlerfreie Stopp-Start-Applikation	182
8.3.2 Verifikation der Stopp-Start Applikation am Prüfstand	186
8.4 Backbias-Magnetdesign für GMR-Sensoren	187
8.4.1 Magnetkreisdesign als Herausforderung	187
8.4.2 Magnetkreisauslegung für GMR-Kurbelwellensensoren	189
8.5 Robustheit gegen magnetisches Streufeld	191
8.5.1 Erzeugung von Streufeldern aufgrund Elektrifizierung	191
8.5.2 Vermeidung von magnetischen Einflüssen auf das Sensornutzsignal	192
8.6 Zusammenfassung	192
Dynamische magnetoelastische Drehmomentsensorik für zukünftige Antriebsstrangregelung	196
9.1 Einleitung	196
9.2 Grundlagen der Magnetoelastik	198
9.2.1 Messprinzip	200
9.2.2 Sensorelektronik	200
9.2.3 Sensorparameter	202
9.2.4 Langzeitstabilität	207
9.3 Applikationsbeispiel Mitnehmerscheibe	209
9.3.1 Sensorinstallation	210
9.3.2 Sensoraufbau	211
9.3.3 Krafstoffqualität	213
9.3.4 Motorsteuerung	214
9.3.5 Getriebesteuerung	215
9.4 Applikationsbeispiel Hybridgetriebe	217
9.4.1 Anpassung des Kupplungs-Kiss-Punktes	218
9.4.2 Anpassung des Kupplungsmoments an Position	218
9.4.3 Drehmomentregelung beim Schlupfstart des Verbrennungsmotors	218
9.5 Zusammenfassung	219
Beladungsregelung eines NH3-SCR-Katalysator- Systems auf minimale NOx-Emissionen mittels Hochfrequenzsensorik	221
10.1 Einleitung	221
10.2 Grundlagen und Stand der Technik	223
10.2.1 Grundlagen des hochfrequenzbasierten Verfahrens	223
10.2.2 Prüfstandsuntersuchungen am SCR-Katalysator mit der Hochfrequenzmethode	223
10.3 Umsetzung am Motorprüfstand	226
10.3.1 Versuchsaufbau	226
10.3.2 Stationärbetrieb mit einem Fe-Zeolithen als SCR-Katalysator	228
10.3.3 Transienter Betrieb mit einem Cu-Zeolithen als SCR-Katalysator	229
10.4 Zusammenfassung	237
Miniaturisierter, thermisch gepulster VOC/CO2-Sensor zur Luftgütedetektion	241
11.1 Einleitung	241
11.2 Sensorprinzipien zur Detektion von CO2 und VOC	242
11.2.1 Photoakustisches Messprinzip zur CO2-Detektion	242
11.2.2 Metalloxid(MOX)-Gassensorelement zur Detektion von VOCs	245
11.3 Miniaturisierter VOC/CO2-Sensor	245
11.3.1 Aufbau und Funktionsweise	245
11.3.2 Technische Performance	249
11.4 Messergebnisse	250
11.4.1 Labortests	250
11.4.2 Praxistests: Luftqualitätsmessungen im Fahrzeuginnenraum	257
11.5 Zusammenfassung	261
Intelligente Innenraum-Temperatursensorik im Automobil	263
12.1 Einleitung	263
12.2 Messverfahren zur Ermittlung der Kabinentemperatur	264
12.2.1 Zwangsbelüftete Temperaturmessung	265
12.2.2 Messung der Infrarotstrahlung	265
12.2.3 Simulation der Kabinentemperatur	267
12.3 ITOS	269
-Sensorsystem	269
12.3.1 Sensorprinzip	269
12.3.2 Kompensation direkter Solarstrahlung	273
12.3.3 ITOS	274
-Algorithmus	274
12.3.4 Experimentelle Ergebnisse	275
12.3.5 Einbaulage und Bewertung	278
12.3.6 ITOS	279
mit LIN-Bus Interface	279
12.3.7 Intelligenter ITOS	281
12.3.8 Technische Daten	282
12.4 Zusammenfassung	284
Sichtweitensensor zur Optimierung der automatischen Lichtfunktionen im Automobil	286
13.1 Einleitung	286
13.1.1 Motivation	286
13.1.2 Funktionen des automatischen Fahrlichts	287
13.1.3 Definition Sichtweite	289
13.2 Sichtweitenerkennung - Stand der Technik	289
13.3 Sichtweitensensor	291
13.3.1 Funktionsprinzip	291
13.3.2 Aufbau	294
13.4 Experimentelle Ergebnisse	299
13.4.1 Messaufbau	299
13.4.2 Messergebnisse	302
13.5 Zusammenfassung und Ausblick	304
Sensorik für intelligente Steckverbinder im Automobil	306
14.1 Einleitung	306
14.2 Motivation und Innovationspotential	307
14.3 Anforderungen und Anwendungen intelligenter elektrische Steckverbinder	308
14.3.1 Definition	308
14.3.2 Anforderungen	308
14.3.3 Steckverbinder für Anwendungen in höheren Leistungsbereichen	310
14.4 Kontaktphysikalische Grundlagen	311
14.4.1 Engewiderstand und ruhender Kontakt	311
14.5 Sensorik	314
14.5.1 Stromsensorik	315
14.5.2 Temperatur-Sensorik	317
14.5.3 Intrinisch-inhärente Sensorik	318
14.6 Packaging-Technologie	319
14.7 Erwartete Degradationseffekte	321
14.8 Zusammenfassung	321

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