Automobil-Sensorik 2 (eBook)

Systeme, Technologien und Applikationen

Thomas Tille (Herausgeber)

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2018 | 1. Aufl. 2018
XVI, 312 Seiten
Springer Berlin Heidelberg (Verlag)
978-3-662-56310-6 (ISBN)

Infos

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.

   

Inhalt

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

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 29.3.2018
• Zusatzinfo: XVI, 312 S. 200 Abb.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Themenwelt: Technik ► Fahrzeugbau / Schiffbau
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Abgasregelung • Automobil • Autonomes Fahren • Bediensensorik • Bordnetzsensorik • E-Mobilität • Fahrerassistenzsensorik • Fahrwerkssensorik/-sensoren • Getriebesensorik • Klimasensorik • Mediensensorik • Motorsensorik • Sensoren • Sensorfusion • Sensorik • Sensorprinzip • Sensorsystem • Sicherheitssensorik
• ISBN-10: 3-662-56310-X / 366256310X
• ISBN-13: 978-3-662-56310-6 / 9783662563106