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E-Book

Automobil-Sensorik 2

Systeme, Technologien und Applikationen

VerlagSpringer Vieweg
Erscheinungsjahr2018
Seitenanzahl323 Seiten
ISBN9783662563106
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis59,99 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
Vorwort5
Inhaltsübersicht7
Inhaltsverzeichnis9
Trends in der Automobil-Sensorik17
1.1 Einleitung17
1.2 Übersicht von Sensoren im Automobil18
1.2.1 Anwendungen für Sensoren18
1.2.2 Marktfaktoren21
1.3 Impulse und Trends für Sensoren im Automobil24
1.3.1 Sensoren für Autonomes Fahren24
1.3.2 Sensoren für Intelligente Cockpits26
1.4 Zusammenfassung27
LiDAR-Sensorsystem für automatisiertes und ­autonomes Fahren29
2.1 Einleitung29
2.2 LiDAR30
2.3 Messtechnik32
2.3.1 Optische Distanzmessung32
2.3.2 Messgenauigkeit34
2.3.3 Digitale Datenverarbeitung37
2.4 Integriertes Messsystem43
2.4.1 Laserdioden43
2.4.2 Fotodioden43
2.4.3 Analog-Digital-Wandler45
2.4.4 Signalkonditionierung der Fotodiode45
2.4.5 Funktionale Sicherheit und Diagnose47
2.4.6 Taktsystem49
2.4.7 Lichtdatenerfassungs-Modul49
Architektur des Messsystems50
2.5 Zusammenfassung52
Porösizierte Glaskeramik-Substrate für die ­Radarsensorik55
3.1 Einleitung55
3.2 Hochfrequenzradarsensoren56
3.2.1 Aufbaukonzepte58
3.2.2 Glaskeramische Mehrlagensubstrate60
3.3 Porösizierte Glaskeramiksubstrate61
3.3.1 Nasschemisches Ätzen61
3.3.2 Hochfrequenzcharaktersierung65
3.3.3 Eignung für Radarsensoren70
3.4 Zusammenfassung und Ausblick72
Optische Batteriesensorik für Elektro-Fahrzeuge76
4.1 Einführung76
4.2 Direkte optische Zustandserkennung79
4.2.1 Beobachtung optischer Effekte79
4.2.2 Messsystem für Laboruntersuchungen81
4.2.3 Elektrodenanordnung in der Testzelle83
4.2.4 Korrelation zwischen Ladung und Reflexion84
4.3 Fasersensor für konventionelle Zellaufbauten86
4.3.1 Aufbau und Funktionsweise86
4.3.2 Experimentelle Fasersensoren in Batteriezellen89
4.3.3 Messergebnisse mit Fasersensoren90
4.3.4 Kalibrierung der Fasersensoren90
4.4 Zusammenfassung93
Impedanzsensorik für Batteriezellen in ­Elektro-Fahrzeugen97
5.2 Stand der Technik Impedanzspektroskopie und Zellimpedanz98
5.2.1 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)98
5.2.2 Zellimpedanz100
5.3 Sensitivitäten der Zellimpedanz und ableitbare ­Anwendungsfälle102
5.3.1 Temperatur103
5.3.2 Ladezustand (SOC)105
5.3.3 Alterungszustand (SOH)107
5.3.4 Druck109
5.3.5 Strom110
5.4 Impedanzsensor zur Temperaturmessung111
5.4.1 Prozessgleichung und Unsicherheitseinflüsse112
5.4.2 Wahl der optimalen Anregungsfrequenz fEIS115
5.4.3 Messunsicherheitsbudget und Optimierung118
5.5 Zusammenfassung122
Integrierte Fluxgate-Sensoren zur Strommessung in Hybrid- und Elektrofahrzeugen125
6.1 Einleitung125
6.2 Technologieübersicht Stromsensoren126
6.2.1 Hall-Sensoren126
6.2.2 Shunt-Sensoren128
6.2.3 Fluxgate-Sensoren mit Kern129
6.3 Strommessung mittels Integrierter Fluxgate-Sensoren131
6.3.1 Differentieller Fluxgate-Sensor131
6.3.2 Integration des Fluxgate-Sensors139
6.4 Zusammenfassung143
Hoch integrierte Strom- und Positionssensoren für elektrische Antriebssysteme145
7.1 Einleitung145
7.2 Rotorlagesensorik148
7.2.1 Sensorsysteme148
7.2.2 Schnittstelle150
7.3 Stromsensorik165
7.3.1 Überblick Prinzipien zur Strommessung165
7.3.2 Magnetische Stromsensoren166
7.4 Zusammenfassung173
GMR-basierter, störfeldrobuster ­Kurbel­wellensensor für Hybridfahrzeuge174
8.1 Einleitung174
8.2 Fehlzündungserkennung175
8.2.1 Fehlzündungserkennung mit Klopfsensor176
8.2.2 Fehlzündungserkennung mit Drucksensor, Gassensor oder Drehmomentsensor176
8.2.3 Fehlzündungserkennung mit einem hoch wiederholgenauen Kurbelwellensensor176
8.2.4 Wiederholgenauigkeit von Kurbelwellensensoren177
8.2.5 TLE5028C als Demonstrator für hohe Wiederholgenauigkeit179
8.3 Stopp-Start-Anwendung180
8.3.1 TLE5028C für fehlerfreie Stopp-Start-Applikation182
8.3.2 Verifikation der Stopp-Start Applikation am Prüfstand186
8.4 Backbias-Magnetdesign für GMR-Sensoren187
8.4.1 Magnetkreisdesign als Herausforderung187
8.4.2 Magnetkreisauslegung für GMR-Kurbelwellensensoren189
8.5 Robustheit gegen magnetisches Streufeld191
8.5.1 Erzeugung von Streufeldern aufgrund Elektrifizierung191
8.5.2 Vermeidung von magnetischen Einflüssen auf das ­Sensornutzsignal192
8.6 Zusammenfassung192
Dynamische magnetoelastische Drehmoment­sensorik für zukünftige Antriebsstrangregelung196
9.1 Einleitung196
9.2 Grundlagen der Magnetoelastik198
9.2.1 Messprinzip200
9.2.2 Sensorelektronik200
9.2.3 Sensorparameter202
9.2.4 Langzeitstabilität207
9.3 Applikationsbeispiel Mitnehmerscheibe209
9.3.1 Sensorinstallation210
9.3.2 Sensoraufbau211
9.3.3 Krafstoffqualität213
9.3.4 Motorsteuerung214
9.3.5 Getriebesteuerung215
9.4 Applikationsbeispiel Hybridgetriebe217
9.4.1 Anpassung des Kupplungs-Kiss-Punktes218
9.4.2 Anpassung des Kupplungsmoments an Position218
9.4.3 Drehmomentregelung beim Schlupfstart des ­Verbrennungsmotors218
9.5 Zusammenfassung219
Beladungsregelung eines NH3-SCR-Katalysator- Systems auf minimale NOx-Emissionen mittels Hochfrequenzsensorik221
10.1 Einleitung221
10.2 Grundlagen und Stand der Technik223
10.2.1 Grundlagen des hochfrequenzbasierten Verfahrens223
10.2.2 Prüfstandsuntersuchungen am SCR-Katalysator mit der ­Hochfrequenzmethode223
10.3 Umsetzung am Motorprüfstand226
10.3.1 Versuchsaufbau226
10.3.2 Stationärbetrieb mit einem Fe-Zeolithen als SCR-Katalysator228
10.3.3 Transienter Betrieb mit einem Cu-Zeolithen als ­SCR-Katalysator229
10.4 Zusammenfassung237
Miniaturisierter, thermisch gepulster VOC/CO2-Sensor zur Luftgütedetektion241
11.1 Einleitung241
11.2 Sensorprinzipien zur Detektion von CO2 und VOC242
11.2.1 Photoakustisches Messprinzip zur CO2-Detektion242
11.2.2 Metalloxid(MOX)-Gassensorelement zur Detektion von VOCs245
11.3 Miniaturisierter VOC/CO2-Sensor245
11.3.1 Aufbau und Funktionsweise245
11.3.2 Technische Performance249
11.4 Messergebnisse250
11.4.1 Labortests250
11.4.2 Praxistests: Luftqualitätsmessungen im Fahrzeuginnenraum257
11.5 Zusammenfassung261
Intelligente Innenraum-Temperatursensorik im Automobil263
12.1 Einleitung263
12.2 Messverfahren zur Ermittlung der Kabinentemperatur264
12.2.1 Zwangsbelüftete Temperaturmessung265
12.2.2 Messung der Infrarotstrahlung265
12.2.3 Simulation der Kabinentemperatur267
12.3 ITOS269
-Sensorsystem269
12.3.1 Sensorprinzip269
12.3.2 Kompensation direkter Solarstrahlung273
12.3.3 ITOS274
-Algorithmus274
12.3.4 Experimentelle Ergebnisse275
12.3.5 Einbaulage und Bewertung278
12.3.6 ITOS279
mit LIN-Bus Interface279
12.3.7 Intelligenter ITOS281
12.3.8 Technische Daten282
12.4 Zusammenfassung284
Sichtweitensensor zur Optimierung der ­automatischen Lichtfunktionen im Automobil286
13.1 Einleitung286
13.1.1 Motivation286
13.1.2 Funktionen des automatischen Fahrlichts287
13.1.3 Definition Sichtweite289
13.2 Sichtweitenerkennung - Stand der Technik289
13.3 Sichtweitensensor291
13.3.1 Funktionsprinzip291
13.3.2 Aufbau294
13.4 Experimentelle Ergebnisse299
13.4.1 Messaufbau299
13.4.2 Messergebnisse302
13.5 Zusammenfassung und Ausblick304
Sensorik für intelligente Steckverbinder im ­Automobil306
14.1 Einleitung306
14.2 Motivation und Innovationspotential307
14.3 Anforderungen und Anwendungen intelligenter elektrische ­Steckverbinder308
14.3.1 Definition308
14.3.2 Anforderungen308
14.3.3 Steckverbinder für Anwendungen in höheren ­Leistungsbereichen310
14.4 Kontaktphysikalische Grundlagen311
14.4.1 Engewiderstand und ruhender Kontakt311
14.5 Sensorik314
14.5.1 Stromsensorik315
14.5.2 Temperatur-Sensorik317
14.5.3 Intrinisch-inhärente Sensorik318
14.6 Packaging-Technologie319
14.7 Erwartete Degradationseffekte321
14.8 Zusammenfassung321

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