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E-Book

Automobil-Sensorik

Ausgewählte Sensorprinzipien und deren automobile Anwendung

VerlagSpringer Vieweg
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl366 Seiten
ISBN9783662489444
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis89,99 EUR
Die Sensorik nimmt im Automobil einen bedeutenden und wachsenden Stellenwert ein. Im Zuge der rasanten Entwicklungen auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik sind immer genauere und robustere Sensorinformationen unabdingbar. Diese Informationen werden in komplexen Regelalgorithmen der Fahrzeugelektronik insbesondere zur 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 hohen technischen Anforderungen auch immer höheren Ansprüchen hinsichtlich Kosten, Miniaturisierung, Qualität und Zuverlässigkeit.
In diesem Fachbuch sind Sensorprinzipien und -technologien beschrieben, die den Trend aktueller Sensorentwicklungen für spezielle Fahrzeug-Anwendungsgebiete widerspiegeln. Der Schwerpunkt dieser Ausgabe liegt auf Sensorsystemen, die ihren Einsatz im Bereich der Batterie-Zellüberwachung, Klimatisierung, Bedienfunktionen, Abgasregelungen, Motorsteuerungen und Fahrwerksdynamik im Automobil finden.  


Der Herausgeber
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
Vorwort5
Inhaltsübersicht7
Inhaltsverzeichnis10
Kapitel 1Integrierte Zell-Sensorik in Lithium-Ionen-Akkus für Elektround Hybridfahrzeuge19
1.1 Einleitung19
1.2 Stand der Technik20
1.2.1 Batteriemanagementsysteme20
1.2.2 Zustandsgrößen und Sensoren in Li-Ionen Zellen21
1.3 Integrierte Druckund Temperatursensorik32
1.3.1 Integrierte Drucksensoren auf Flexprint-Platinen32
1.3.2 Passivierung der Flexprintsensoren33
1.3.3 Optimierte Sensorik: Druck und Temperaturmessung34
1.3.4 Zellintegration35
1.3.5 Messergebnisse35
1.4 Zusammenfassung37
Literatur38
Kapitel 2Batterie-Zellensensoren mit drahtloser Kommunikation und verteilter Signalverarbeitung43
2.1 Einleitung43
2.1.1 Batteriemanagement: Stand der Technik43
2.1.2 Zellensensoren für jede Zelle44
2.1.3 Systemaufbau Batteriemanagement46
2.2 Der Zellensensor47
2.2.1 Modulare Funktionen des Zellensensors47
2.2.2 Funksynchronisierte Messung48
2.2.3 Erfassung von hochdynamischen Ereignissen50
2.2.4 Wake-Up-Funktion50
2.2.5 Ladungsbalancierung51
2.3 Elektrochemische Impedanzspektroskopie zur Batteriezustandsbestimmung52
2.3.1 Anregung im Ladeund Entladebetrieb53
2.3.2 Verteilte Signalverarbeitung im Frequenzbereich55
2.3.3 Ersparnis durch verteilte Signalverarbeitung56
2.4 Anwendung und Erprobung57
2.4.1 Erprobung der Sensormodule57
2.4.2 Erprobung der Impedanzspektroskopie58
2.5 Zusammenfassung und Ausblick59
Literatur60
Kapitel 3Chemoresistive CO2-Sensoren basierend auf Seltenerdoxycarbonat-beladenem Zinndioxid62
3.1 Einleitung62
3.2 Messverfahren64
3.2.1 Sensoraufbau64
3.2.2 Messaufbau für Widerstandsmessungen65
3.2.3 Messaufbau für Operando-Austrittsarbeitsmessungen65
3.3 Widerstandsmessungen67
3.1.1Temperaturabhängigkeit von La2O2CO367
3.3.2 Temperaturabhängigkeit von La2O2CO3 beladenem SnO267
3.4 Austrittsarbeitsmessungen69
3.4.1 Ergebnisse der Austrittsarbeitsübertragung69
3.4.2 Funktionsweise der Austrittsarbeitsübertragung71
3.5 Zusammenfassung73
Literatur73
Kapitel 4Photoakustischer Low-Cost CO2-Sensor für Automobilanwendungen76
4.1 Einleitung76
4.2 Messmethodik79
4.2.1 Theorie der Photoakustik80
4.2.2 Konzept des photoakustischen Sensorsystems81
4.3 Sensorsystem82
4.3.1 Mechanischer Aufbau und Komponenten82
4.3.2 Energieversorgung im Automobil87
4.4 Messergebnisse87
4.4.1 Charakterisierung im Labor87
4.4.2 Kalibration90
4.5 Zusammenfassung und Ausblick91
Literatur92
Kapitel 5NDIR- und photoakustische VOC/CO2-Sensoren zur Detektion der Luftqualität94
5.1 Einleitung94
5.2 Ausgewählte Gassensormessprinzipien zur Detektion von CO95
5.2.1 Funktionsprinzip optischer Gassensoren95
5.2.2 NDIR-Messprinzip zur Detektion von CO96
5.2.3 Photoakustisches Messprinzip zur Detektion von CO97
5.2.4 Metalloxid-Gassensorelemente zur Detektion von VOCs98
5.3 VOC/CO2-Sensorsysteme im Vergleich99
5.3.1 Aufbauvarianten und Funktion99
5.3.2 Vergleichende Laborunteruntersuchungen von NDIRund photoakustischem VOC/CO2-Sensor102
5.3.3 Praxistests106
5.4 Applikationspotenzial im Automotive-Bereich109
5.5 Zusammenfassung und Ausblick110
Literatur111
Kapitel 6Mikrowellengestützte Systeme zur Zustandserkennung von Abgaskatalysatoren und Abgaskltern im Überblick112
6.1 Einleitung112
6.2 Prinzip der mikrowellenbasierten Katalysator-Zustandserkennung114
6.3 Mikrowellenbasierte Katalysator-Zustandserkennung beim Dreiwegekatalysator115
6.4 Mikrowellenbasierte Katalysator-Zustandserkennung beim NH3-SCR-Katalysator120
6.5 Mikrowellenbasierte Katalysator-Zustandserkennung beimNOx-Speicherkatalysator124
6.6 Mikrowellenbasierte Zustandserkennung beim Diesel-Partikelfilter124
6.7 Zusammenfassung125
Literatur126
Kapitel 7Miniaturisierte Systeme zur mikrowellenbasierten Katalysatorüberwachung130
7.1 Einleitung130
7.2 Kommunikationssystembasierter Ansatz131
7.2.1 Beschreibung des Messprinzips131
7.2.2 Experimentelle Verifikation133
7.3 Reflektometer139
7.3.1 Prinzip und Aufbau139
7.3.2 Systemeigenschaften140
7.3.3 Systemleistung143
7.4 Zusammenfassung144
Literatur145
Kapitel 8Touch-Sensor-System für Dekor-integrierte HMI-Anwendungen im Automobil146
8.1 Einleitung146
8.2 Sensorprinzip147
8.2.1 Optischer Touch-Sensor148
8.2.2 Kapazitiver Touch-Sensor148
8.3 Sensorsystem154
8.3.1 Sensormodul154
8.3.2 3D-Funktionsoberfläche161
8.3.3 Performance161
8.4 Anwendung163
8.4.1 Dekor-Integration164
8.4.2 Human-Machine-Interface165
8.5 Zusammenfassung166
Literatur166
Kapitel 93D-Gestenerkennung für Multi-Touch Displays168
9.1 Einleitung168
9.1.1 Anwendungsgebiete169
9.2 Systeme zur Gestenerkennung170
9.3 Kapazitive Gestenerkennung172
9.3.1 E-Feld Sensorik173
9.3.2 Fazit175
9.4 Systemcharakterisierung175
9.5 Gestenerkennungssystem GestIC177
9.5.1 Signalverarbeitung GestIC179
9.5.2 Rohdaten und Gesten179
9.5.3 Statistische Klassifikation181
9.5.4 GestIC-Gestenportfolio183
9.6 2D-Multitouch, 3D-Gestenerkennung für Displays184
9.6.1 Technische Herausforderung184
9.6.2 2D-Multitouch-Erkennung185
9.6.3 2D/3D-Displays185
9.7 Zusammenfassung und Ausblick186
Literatur187
Kapitel 10Materialintegrierte Sensorik für Fahrzeug-Leichtbautechnik188
10.1 Einleitung188
10.2 Sensoren in Entwicklung und Produktion190
10.2.1 Fremdkörpereffekt191
10.2.2 Fließfrontüberwachung193
10.2.3 Überwachung des Aushärtungsprozesses199
10.3 Structural Health Monitoring201
10.3.1 Optische Verfahren202
10.3.2 Dielektrische Verfahren203
10.3.3 Akustische Verfahren203
10.4 Drahtlose Übertragung204
10.5 Zusammenfassung206
Literatur207
Kapitel 11MEMS Mobility-Sensoren für Bewegungserkennung214
11.1 Einleitung214
11.1.1 MEMS-Sensoren im Automobil215
11.1.2 MEMS-Sensoren in Konsumelektronik215
11.2 Anforderungen für MEMS im Automobil und in der Konsumelektronik215
11.2.1 Marktanforderungen für Automobil-MEMS216
11.2.2 Marktanforderungen für Konsumelektronik-MEMS216
11.2.3 Zusammenfassung der unterschiedlichen Marktanforderungen217
11.3 Mobility-Sensoren Konzept217
11.3.1 AEC-Q100 Qualifizierung218
11.3.2 Erweiterte Produktverfügbarkeit / erweitertes Endmessen218
11.4 Vorstellung Mobility-Sensoren219
11.4.1 MEMS-Inertialsensor SMI130219
11.4.2 SMG130221
11.4.3 SMA130221
11.5 Mögliche Automobil-Anwendungen223
11.5.1 Bank-Angle-Sensierung223
11.5.2 Alarmanlagen in Fahrzeugen224
11.5.3 Navigation224
11.5.4 Remote-Keyless-Entry-Systeme225
11.5.5 eCall225
11.6 Software226
11.6.1 Software für Konsumelektronikund Automobil-Sensoren226
11.6.2 Software für Mobility-Sensoren226
11.6.3 Linuxund Android-Softwarestruktur mit Mobility-Sensoren226
11.6.4 Ausblick für Software Anwendungen227
11.7 Zusammenfassung228
Literatur228
Kapitel 12Hoch performante Rotorlage-Sensorik für bürstenlose E-Maschinen in Hybridantrieben229
12.1 Einleitung229
12.2 Rotorpositionssensor231
12.2.1 Methoden zur Erfassung der Rotorposition231
12.3 In die Welle integriertes Sensorsystem238
12.3.1 Aufbau238
12.3.2 Optimierung bezüglich Genauigkeit239
12.3.3 Systemuntersuchung: Genauigkeit241
12.3.4 Systemuntersuchung: Störfeldrobustheit242
12.4 Rotorlage-Sensorik unter dem Aspekt funktionaler Sicherheit244
12.5 Zusammenfassung245
Literatur246
Kapitel 13Hochintegrierte Rotorlage-Sensoren für Elektro-Motoren247
13.1 Einleitung247
13.2 Technologien zur Rotorlage-Erfassung253
13.2.1 Resolver253
13.2.2 Wirbelstrom-Sensoren (Eddy-Current-Sensoren)255
13.2.3 Magnetische Sensoren256
13.2.4 360°-AMR-Encoder259
13.3 Vergleich auf Systemniveau262
13.3.1 Integration262
13.3.2 Magnetische Störfestigkeit265
13.3.3 Kosten266
13.3.4 Messgenauigkeit266
13.4 Zusammenfassung und Ausblick274
Literatur275
Kapitel 14Magnetoresistive Sensoren für Weg-, Winkel-, Stromund Feldmessung im Automobil276
14.1 Einleitung276
14.2 Anforderungen an Sensoren im Automobil277
14.3 Grundlagen magnetoresistiver Sensortechnologie278
14.3.1 AMR-Effekt280
14.3.2 GMR-Effekt284
14.3.3 TMR-Effekt285
14.4 Signalverarbeitung bei MR-Sensoren286
14.5 Vorteile und Nutzen von MR-Sensoren288
14.6 Anwendungsbeispiele291
14.6.1 Raddrehzahlsensor291
14.6.2 Drehmomentsensor für elektrische Lenkung293
14.6.3 Motorkommutierungssensor für Aktivlenkung295
14.6.4 Zahnsensormodul für Ventilwegmessung297
14.6.5 Geschwindigkeitssensor für E-Kompressor300
14.6.6 Winkelsensor für vollvariables Ventilsteuerungssystem301
14.6.7 Stromsensor für E-Sportwagen Umrichter302
14.6.8 Stromsensor für induktives Ladesystem für E-Fahrzeuge305
14.7 Zusammenfassung307
Literatur307
Kapitel 15Streufeld-immune Schaltkreise für magnetische Positionssensoren311
15.1 Einleitung311
15.2 Positionssensoren im Automobil312
15.2.1 Überblick312
15.2.2 Einfluss von Streufeldern auf magnetische Positionssensoren314
15.3 Messergebnisse326
15.4 Zusammenfassung328
Literatur328
Kapitel 16Induktiver Drehzahlsensor für Turbolader329
16.1 Einleitung329
16.2 Sensor-Technologie330
16.2.1 Funktionsprinzip330
16.2.2 Aufbau333
16.3 Vorteile der Turboladerdrehzahl-Erfassung334
16.3.1 Luftsystem von Verbrennungsmotoren334
16.3.2 Üblicher Überdrehzahlschutz / Toleranzeinfluss337
16.3.3 Erhöhung der Höhenreserve340
16.3.4 Erhöhung Drehmoment/Leistung und Downsizing-Potential341
16.3.5 Erweiterte Nutzung des Verdichterkennfeldes343
16.3.6 Ersatz anderer Sensoren344
16.4 Zusammenfassung345
Literatur346
Kapitel 17Piezoelektrische MEMS-Sensoren zur Viskositätsund Dichtebestimmung von technischen Flüssigkeiten347
17.1 Einleitung347
17.2 MEMS-Resonatoren in viskosen Flüssigkeiten348
17.3 Piezoelektrischer Effekt in MEMS-Resonatoren350
17.4 Herstellung der MEMS Sensoren357
17.5 Messungen in hochviskosen Flüssigkeiten358
17.6 Zusammenfassung und Ausblick364
Literatur364

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