Automotive Engineering I - Cheatsheet

Materialwissenschaften und deren Anwendung in Fahrzeugen

Definition:

Materialwissenschaften untersuchen die Eigenschaften und Anwendungen von Werkstoffen. In Fahrzeugen entscheidend zur Optimierung von Leistung, Gewicht und Sicherheit.

Details:

• Metalle: Hochfeste Stahle, Aluminium zur Gewichtseinsparung, Titan für Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
• Polymere: Leichter als Metalle, genutzt in Innenausstattung und Karosserieteilen.
• Komposite: Kombination von Materialen, wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) für hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht.
• Keramiken: Hitzebeständige Materialien, verwendet in Bremsbelägen und Motorenkomponenten.
• Simulation und Modellierung: Einsatz von Finite-Elemente-Methoden (FEM) zur Vorhersage von Materialverhalten unter Belastung.
• Umwelt- und Nachhaltigkeitsaspekte: Materialien für Recyclingfähigkeit und Reduzierung des CO2-Fußabdrucks.

Antriebssysteme und Getriebe: Funktionsweise und Optimierung

Definition:

Systeme zur Kraftübertragung vom Motor auf die Räder; Getriebe zur Anpassung der Drehzahlen und Drehmomente.

Details:

• Einordnung: Teil des Antriebsstrangs
• Arten: mechanisch, hydraulisch, elektrisch
• Getriebearten: Schaltgetriebe, Automatikgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe (DKG)
• Funktionsweise: Übersetzung von Drehmoment und Drehzahl ewline Formeln: ewline Leistung: \[P = T \cdot \omega\] ewline Übersetzungsverhältnis: \[i = \frac{n_{Antrieb}}{n_{Abtrieb}}\]
• Optimierung: Wirkungsgrad steigern, Reibungsverluste minimieren, Gewicht reduzieren
• Moderne Ansätze: Integration von Elektromotoren (Hybrid), adaptive Steuerung

Batterietechnologie und Energiemanagement in Elektrofahrzeugen

Definition:

Batterietechnologie und Energiemanagement in Elektrofahrzeugen beziehen sich auf die Technologien und Systeme, die zur Speicherung und effizienten Nutzung von elektrischer Energie in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Details:

• Batterietypen: Lithium-Ionen (am gebräuchlichsten), Festkörper, Lithium-Polymer.
• Wichtige Parameter: Energiedichte \((\text{Wh/kg})\), Leistungsdichte \((\text{W/kg})\), Zyklenfestigkeit.
• Energiemanagementsysteme (EMS): Überwachung und Steuerung der Batterieparameter, Temperaturmanagement, Balancing.
• Ladeinfrastruktur: AC- und DC-Laden, Schnellladen, Induktives Laden.
• Regenerative Bremssysteme zur Energierückgewinnung.
• Formel zur Berechnung der Reichweite: \(\text{Reichweite} = \frac{\text{Batteriekapazität} \times \text{Effizienz} }{\text{Energieverbrauch pro km}} \).

Steuergeräte und ihre Programmierung in der Fahrzeugelektronik

Definition:

Steuergeräte sind essentielle Komponenten in modernen Fahrzeugen zur Steuerung und Überwachung verschiedener Funktionen und Systeme. Programmierung dieser Geräte ermöglicht Anpassung und Optimierung der Fahrzeugleistung und -sicherheit.

Details:

• Verschiedene Typen: Motorsteuergerät (ECU), Getriebesteuergerät (TCU), Bremssteuergerät (BCU), usw.
• Programmiersprachen: C, C++ für Echtzeitsysteme
• Tools: CANoe, MATLAB/Simulink, Diagnosis über OBD-II
• Normen: AUTOSAR, ISO 26262 (Funktionale Sicherheit)
• Flashen: Prozedere der Softwareaktualisierung
• Sicherheitsaspekte: Verschlüsselung, Zugriffskontrollen

Fahrassistenzsysteme und Technologien des autonomen Fahrens

Definition:

Technologien und Systeme zur Unterstützung und Automatisierung von Fahrprozessen, von einfachen Assistenten bis hin zu komplett autonomen Fahrzeugen.

Details:

• Adaptiver Tempomat (ACC): Anpassung der Geschwindigkeit basierend auf dem vorausfahrenden Fahrzeug.
• Spurhalteassistent: Automatisiertes Lenken zur Spurhaltung.
• Totwinkelassistent: Überwachung und Warnung bei Fahrzeugen im toten Winkel.
• Parkassistent: Unterstützung beim Einparken.
• Notbremsassistent: Automatisches Bremsen bei erkannter Kollisionsgefahr.
• Sensoren: Kameras, Lidar, Radar und Ultraschallsensoren zur Umfelderfassung.
• Künstliche Intelligenz: Algorithmen zur Entscheidungsfindung und Umfeldinterpretation.
• Kommunikation: V2X-Technologien zum Austausch von Informationen mit anderen Fahrzeugen und der Infrastruktur.

Sicherheit und Cybersecurity in modernen Fahrzeugen

Definition:

Schutz von Fahrzeugen vor unbefugtem Zugriff und Angriffen auf elektronische Systeme und Netzwerke.

Details:

• Angriffsvektoren: OBD-II, Infotainmentsysteme, Telematik-Einheiten, drahtlose Schnittstellen
• Kritische Systeme: Fahrzeugsysteme (ECUs), Brems- und Lenksysteme
• Cybersecurity-Methoden: Verschlüsselung (z.B. AES), Zugriffskontrollen, sichere Software-Updates (Over-the-Air), Intrusion Detection Systeme (IDS)
• ISO/SAE 21434: Standard für Cybersecurity-Prozesse und Anforderungen in der Automobilindustrie
• Penetrationstests: Überprüfung der Sicherheit durch simulierte Angriffe
• V2X-Kommunikation: Absicherung der Fahrzeug-zu-Infrastruktur und Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation
• Risiken: Datenmanipulation, Diebstahl von Fahrzeugen, Spoofing von Sensoren

Integration von mechanischen, elektrischen und elektronischen Systemen

Definition:

Integration mechanischer, elektrischer und elektronischer Systeme: grundlegender Aspekt der Fahrzeugentwicklung, verbindet mechanische Komponenten mit elektronischen Steuerungen.

Details:

• Sicherstellung der Interoperabilität zwischen mechanischen und elektronischen Bauteilen.
• Erzeugung einer nahtlosen Kommunikation innerhalb des Fahrzeugsystems.
• Gängige Anwendungen: Antriebsstrangmanagement, Fahrwerkregelung, Fahrerassistenzsysteme (ADAS).
• Nützlich: Regelungstechnik, Signalverarbeitung, Steuerungsarchitekturen.
• Beispiel: elektrische Servolenkung kombiniert mechanische Lenkung mit elektrischem Antrieb und elektronischer Steuerung.
• Mathematische Modellierung und Simulation, wichtig für Systemdesign und Optimierung.

Fehlersuche und Diagnosemethoden in Fahrzeugen

Definition:

Fehlersuche und Diagnosemethoden beziehen sich auf die systematische Erkennung und Analyse von Fehlern und Störungen in Fahrzeugen, oft mithilfe digitaler Werkzeuge und Algorithmen.

Details:

• OBD-II: Standard für On-Board-Diagnosesysteme
• Fehlercodes: DTCs (Diagnostic Trouble Codes)
• Diagnoseschnittstellen: CAN-Bus, LIN-Bus
• Werkzeuge: Diagnosetester (z.B. Bosch KTS), OBD-Scanner
• Zustandsüberwachung: Echtzeit-Datenanalyse, Sensordaten
• Algorithmen zur Fehlerdetektion: Regelbasierte Systeme, Maschinelles Lernen
• Prozess: Fehlercode auslesen, Ursachenanalyse, Reparaturmaßnahmen