Kraftfahrzeugmechatronik

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1 Vorstellung eines Anwendungs-/Spezialisierungsfachs in der Technischen Kybernetik Kraftfahrzeugmechatronik Prof. Dr.-Ing. Hans-Christian Reuss Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrzeuge (IVK) Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 12 Tel. 0711/ Fax 0711/ Beratung: Dipl.-Ing. Christian Holzapfel Tel / [email protected] 13. Oktober 2015

2 Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik, Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Kooperation Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Universität Stuttgart Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart Stiftung, gegr Lehre Forschung Dienstleistungen für die Kfz-Industrie

3 Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik, Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Kunst der Mechatronik Das Wort Mechatronik steht für einen ganzheitlichen Ansatz der Entwicklung von integrierten Systemen, die aus mechanischen, elektronischen und informationstechnischen Komponenten bestehen. Mechatronik ist die Kunst, mechatronische Systeme zu entwickeln.

4 Quelle: VW Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik, Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Das Kraftfahrzeug ist ein eindrückliches Beispiel für ein mechatronisches System VW Phaeton Anzahl der Zuschnitte: 2110 Gesamtleitungslänge: 3860 m Gewicht des Kabelbaums: 64 kg

5 Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik, Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Ziel Dieses komplexe Gesamtsystem gilt es nach Kriterien wie Kosten, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Sicherheit, Kundennutzen, Umweltfreundlichkeit, Bauraum, Gewicht sowie Entwicklungszeit und Manpower zu optimieren.

6 Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik, Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Elektromobilität an IVK und FKFS Elektro-Fahrzeugflotte Antriebsstrangprüfstände Ganzheitlicher Ansatz Fahrsimulator Elektrotankstelle

7 Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Studiengang Fahrzeug- und Motorentechnik Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Stuttgarter Fahrsimulator RESEARCH IN MOTION Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart 13

8 Formula Student Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen Renn-Team and GreenTeam in 2015 Studiengang Fahrzeug- und Motorentechnik Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Conjoint Rollout at 24 April 2015 Rennteam: F GreenTeam: E Formula Student UK 3 rd place Formula Student Germany 2 nd place Formula Student Austria 7 th place Formula Student UK 21 st place Formula Student Germany 3 rd place Formula Student Austria 2 nd place

9 Anwendungsfach Kraftfahrzeugmechatronik für BSc der Technischen Kybernetik (12 ECTS / 8 SWS) Obligatorisch Dieses Fach ist zu belegen Dozent Benennung ECTS / SWS Turnus Reuss Kraftfahrzeugmechatronik I+II 6 / 4 WS/SS Wahlmöglichkeit Eines dieser beiden Fächer ist zu wählen Dozent Benennung ECTS / SWS Turnus Wiedemann Kraftfahrzeuge I+II 6 / 4 WS Bargende Grundlagen der Verbrennungsmotoren 6 / 4 WS Freiwillig Dozent Benennung ECTS / SWS Turnus Praktikumsversuche WS/SS Empfehlung für das Modul Grundlagen der Natur- und Ingenieurwissenschaften : Eine weitere Vertiefung der Elektrotechnik-Grundkenntnisse aus dem 2. Semester, z. B. mit der Vorlesung Einführung in die Elektrotechnik II, ist sinnvoll, aber nicht zwingend.

10 Spezialisierungsfach Kraftfahrzeugmechatronik für MSc der Technischen Kybernetik wahlweise als großes (18 ECTS / 12 SWS) oder kleines (12 ECTS / 8 SWS) Spezialisierungsfach Kernfächer (Es sind beide Kernfächer zu belegen, falls sie nicht anderweitig belegt wurden) Dozent Benennung ECTS / SWS Turnus Reuss Kraftfahrzeugmechatronik I+II 6 / 4 WS/SS Reuss Embedded Controller und Datennetze im KFZ 6 / 4 WS/SS Ergänzungsfächer Jedes Modul kann nur belegt werden, falls es nicht schon anderweitig belegt wurde. Dozent Benennung ECTS / SWS Turnus Wiedemann Kraftfahrzeuge I+II 6 / 4 WS Bargende Grundlagen der Verbrennungsmotoren 6 / 4 WS Verschiedene Spezielle Kapitel der KFZ-Mechatronik 6 / 4 WS/SS Weyrich Softwaretechnik II 6 / 4 SS Parspour Elektronikmotor 6 / 4 SS

11 Modulcontainer: Spezielle Kapitel der Kraftfahrzeugmechatronik Modulcontainer: Spezielle Kapitel der Kraftfahrzeugmechatronik Aus den folgenden Lehrveranstaltungen sind 6 ECTS / 4 SWS auszuwählen und in einem Übersichtsbogen darzustellen. Dozent Benennung ECTS / SWS Turnus Hettich Einführung in die KFZ-Systemtechnik 3 / 2 WS Hettich Qualität automobiler Elektroniksysteme 3 / 2 SS Noreikat Hybridantriebe 3 / 2 SS A. Friedrich Elektrochemische Energiespeicherung in Batterien 3 / 2 WS Raith Fahrzeugdiagnose 3 / 2 SS A. Müller Baukastenmanagement 3 / 2 WS

12 Inhalt: Kraftfahrzeugmechatronik I+II (Modul-Nr ) Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Kraftfahrzeugmechatronik I Vorlesung: Kraftfahrzeugspezifische Anforderungen an die Elektronik Bordnetz (Energiemanagement, Generator, Starter, Batterie, Licht) Motorelektronik (Zündung, Einspritzung) Getriebeelektronik Lenkung ABS, ASR, ESP, elektromechanische Bremse, Dämpfungsregelung, Reifendrucküberwachung Sicherheitssysteme (Airbag, Gurt, Alarmanlage, Wegfahrsperre) Komfortsysteme (Tempomat, Abstandsregelung, Klimaanlage) Kraftfahrzeugmechatronik II Vorlesung: Grundlagen mechatronischer Systeme (Steuerung/Regelung, diskrete Systeme, Echtzeitsysteme, eingebettete Systeme, vernetzte Systeme) Systemarchitektur und Fahrzeugentwicklungsprozesse Kernprozess zur Entwicklung von mechatronischen Systemen und Software (Schwerpunkt V- Modell) Kraftfahrzeugmechatronik II Übungen: Praktische Übungen: Modellierung, Simulation, Rapid Prototyping (Simulink); Festkommatransformation, Autocodegenerierung (TargetLink); Elektronik.

13 Inhalt: Embedded Controller und Datennetze im Kraftfahrzeug (Modul-Nr ) Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss Embedded Controller Vorlesung: Kraftfahrzeugspezifische Anforderungen an die Elektronik Embedded Controller: Mikrorechnertechnik: Eigenschaften von analogen und digitalen Signalen Struktur Mikrorechner: Aufbau eines Mikrorechners und dessen Komponenten (Speicher, Steuerwerk, Befehlssatz, Schnittstellen, ADC, DAC) Embedded Systems, Embedded Controller, Verschiedene Architekturen (Von Neumann, Harvard, Extended Harvard) Embedded Controller Übung: Praktische Programmierung von Mikrocontrollern mit der Programmiersprache C (Taskverwaltung, Ansteuerung eines Schrittmotors, CAN-Netzwerk) Datennetze im Kraftfahrzeug Vorlesung: Netztopologien: ISO-OSI Schichtenmodell, Schnittstellen, Buszugriffsverfahren, Fehlererkennung, Arbitration, Leitungscodes Verschiedene Bussysteme (CAN, Flexray, LIN), Vertiefung der einzelnen Bussysteme (Botschaftsaufbau, Fehlererkennung und Behandlung, Bitcodierung, Eigenschaften, Vor- und Nachteile) Datennetze im Kraftfahrzeug Übung: Praktische Nutzung eines Entwicklungsprogramms, Aufbau eines CAN-Netzwerkes

14 Inhalt: Einführung in die KFZ-Systemtechnik (Modul-Nr ) Hon. Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. E. h. G. Hettich Einführung in die KFZ-Systemtechnik Vorlesung: EE-Systeme im Kraftfahrzeug Definition Historie der Systeme Sensoren Aktuatoren Steuergeräte Stecker und Kabelbäume Bordnetz Bussysteme Systemarchitektur Elektrische Antriebe

15 Inhalt: Qualität automobiler Elektroniksysteme (Modul-Nr ) Hon. Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. E. h. G. Hettich Qualität automobiler Elektroniksysteme Vorlesung: Einführung in die Qualitätssicherung ISO/TS EFQM-Modell Qualität von EE Systemen in Kraftfahrzeugen V-Modell Lastenheft FMEA (failure mode effect analysis) SPC (statistical process control) Prozesse und Methoden Qualitätsbegriffe Fehlerlandschaft und Treiber Systemintegration Erfahrungstransfer

16 Inhalt: Hybridantriebe (Modul-Nr ) Prof. Dipl.-Ing. K.-E. Noreikat Hybridantriebe Vorlesung: Rahmenbedingungen und kraftfahrzeugspezifische Anforderungen an den hybriden Antriebsstrang im Kfz. Verschiedene Hybridantriebe (Parallel-, serieller und leistungsverzweigter Hybrid, Plug-In- Hybrid, Range Extender, Elektromobilität). Differenzierung des Hybrids in Start/Stopp-, Mikro-, Mild-, Full- und Power-Hybrid und dessen Bedeutung auf den baulichen Aufwand und die Kraftstoffeinsparung. Bedeutung der verschiedenen Kfz-Testzyklen auf die Auslegung der Hybridkomponenten und den Einfluss auf die Kraftstoff- und CO 2 -Minderung. Anforderungen an die Schlüsselkomponenten: Verbrennungsmotor, Elektromotor/Generator, Leistungselektronik, Hochvoltbatterie, Kühlung der Komponenten, Bordnetz, Steuerelektronik mit Hard- und Software (Energiemanagement und Thermomanagement). Rechnerische Simulation des Kraftstoffverbrauchs von Hybridfahrzeugen. Ausgeführte Hybridfahrzeuge.

17 Inhalt: Elektrochemische Energiespeicherung in Batterien (Modul-Nr ) Prof. Dr. rer.nat. A. Friedrich Elektrochemische Energiespeicherung in Batterien Vorlesung: Elektrochemische Thermodynamik und Kinetik Primärsysteme (Alkali-Mangan, Zink-Luft) Sekundärsysteme (Blei, Lithium-Ionen) Elektrofahrzeuge Hybridfahrzeuge Portable und stationäre Anwendungen Systemtechnik Sicherheitstechnik Herstellung und Entsorgung

18 Inhalt: Fahrzeugdiagnose (Modul-Nr ) Dr.-Ing. T. Raith Fahrzeugdiagnose Vorlesung: Historie der Fahrzeugdiagnose Wie hat sich die Fahrzeugdiagnose über die letzten vier S-Klasse-Generationen von Mercedes-Benz entwickelt? (Blinkcode, K-Line, OBD, Handheld-Tester, StarDiagnose, TeleDiagnose, Flashen, Codieren, ) Herausforderungen der Fahrzeugdiagnose Welche Rolle spielt die Diagnose im weltweiten Automobilmarkt? Wie kann die wachsende Komplexität des Fahrzeuges in Produktion und Service beherrscht werden? (EE-Architektur, Telematikdienste, Werkstattorientierung, Standardisierung, Gesetzgebung, ) Der Diagnoseprozess Wie wird der Kernprozess Diagnose über Entwicklung, Produktion und Service gestaltet und mit dem Fahrzeugentwicklungsprozess synchronisiert? (Meilensteine, Prozesssteuerung, Reifegradkontrolle, Analyse Feldgeschehen, ) Der Technologiestack Diagnose" Welche Diagnose-Standards & -Technologien werden in der Steuergerätesoftware, im Gesamtfahrzeug, im Tester und der IT-Infrastruktur eingesetzt? (Autosar, ASAM-Schnittstellen, ODX, UDS, ) Diagnose-Funktionen Wie bilden sich Funktionen mit Bezug zur Diagnose über die verschiedenen Schichten des Technologiestack ab? (Produktions- & Werkstattdiagnose, TeleDiagnose, e/b-call, Steuergeräteinbetriebnahme, )

19 Inhalt: Baukastenmanagement in der modernen Fahrzeugentwicklung Dipl.-Ing. A. Müller Baukastenmanagement in der modernen Fahrzeugentwicklung Vorlesung: Entwicklungshistorie und Stand der Technik Zielsetzung und Abgrenzung Fahrzeugentwicklungsprozess Fahrzeugdefinition Fahrzeugkonzeption, -bau- und -test mit den Grundlagen der Konstruktion, Simulation und Bewertung Ausblick und Entwicklungstrends