1 Bordnetz 1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände

1 Bordnetz 1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände
1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz Grundlagen Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge Überprüfen und Optimieren der Elektrizitätsmengenbilanz Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen 1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Controller Area Network (CAN) Weitere Bussysteme Stand 2018

Schaltplan um 1910 1 Bordnetz
DgG004.doc Quelle: Ernst Buddenberg, Lippstädter Spuren, Die Westfälische Metall-Industrie Aktien-Gesellschaft Lippstadt, Heimatbund Lippstadt e.V., 1988 Seite 55 Schaltplan um 1910 Quelle: Ernst Buddenberg, Lippstädter Spuren, Die Westfälische Metall-Industrie Aktien-Gesellschaft Lippstadt, Heimatbund Lippstadt e.V., 1988

Schaltplan dreißiger Jahre
1 Bordnetz DgG005.doc Schaltplan dreißiger Jahre

Schaltplan vierziger Jahre
1 Bordnetz DgG009.doc Schaltplan vierziger Jahre

Schaltplan Golf A3 (um 1990) 1 Bordnetz
Großschaltplan (nicht im Rechner)

1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne
1 Bordnetz 1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände 1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz Grundlagen Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge Überprüfen und Optimieren der Elektrizitätsmengenbilanz Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen 1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Controller Area Network (CAN) Weitere Bussysteme

Kleinste Bausteine eines Schaltplanes in vereinfachter Darstellung funktioneller Zusammenhänge von elektr. Bauteilen und Systemen. Übereinstimmung mit allgem. Darstellungsformen der Elektrotechnik (wenn möglich) als Schaltzeichenelement oder als Geräteschaltzeichen mit Symbolen, mathematischen. Zeichen, Formelzeichen, symbolische Kennlinien. Grundregeln: Schaltzeichen werden im allg. im Grundzustand, d.h. ohne Einwirken einer physikalischen Größe dargestellt. Übersichtliche Darstellung, Drehungen um 90°, 180° oder 270° möglich. Wirkungsrichtung der Stromwege von links nach rechts und von oben nach unten. Geradlinige (möglichst) kreuzungsfreie Linienführung, durchgezogene Linien. Anschlüsse der Verbindungsleitungen frei wählbar (außer bei Verwechslungsgefahr: ). Darstellung mechanischer Wirkverbindungen durch Strichlinie oder Doppelstriche, bei Betätigung der Bewegungsrichtung folgend. Dg158.doc

Dg058.doc Quelle: Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Quelle: Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch

Übersichtsschaltpläne: Vereinfachte Darstellung einer Anlage, keine Schaltungsdetails (Anschlüsse, Klemmen, Verbindungsleitungen). Meist nur einpolige Darstellung mit Geräteschaltzeichen. Stromlaufpläne: Ausführliche und vollständige Darstellung einer Schaltung mit allen Strompfaden. Wenn erforderlich, in funktionelle Einheiten / Abschnitte zerlegt. Mindestumfang: Schaltung, Gerätekennzeichnung, Anschlussbezeichnungen. Weitere Angaben: Messpunkte, Hinweise für Fehlersuche, Wartung, Austausch, Leitungsquerschnitte, Leitungsfarben, Bezeichnungen von Massepunkten / Massesträngen, Verweise auf Weiterführungen von Leitungen in anderen Schaltungsabschnitten und die Fortsetzung des Stromlaufplanes. Dg160.doc Anschlusspläne/Leitungsverlegepläne/Zusammenbaupläne: Ausführliche technologisch orientierte Darstellung für Herstellung, Montage und Anschluss von Schaltungsteilen und Verbindungsleitungen ohne Rücksicht auf funktionelle Zusammenhänge  für Schaltungsbeschreibung nur bedingt geeignet. Enthalten technologische Hinweise, Normteillisten, Verdrahtungsvarianten usw.

Dg060c.doc Quelle: Bosch, Kraftfahrzeugelektronik Übersichts- Schaltplan Motronic- Streuergerät Quelle: Bosch, Kraftfahrzeugelektronik

Bordnetz_Schaltpl\SCHALT4c.cdr

Zusammenbauplan kee_bn/imag_bnelss1/bnelss1_9.gif und kee_bn/imag_bnelss1/bnelss1_10.gif Quelle: VW - Werksunterlagen Leitungsverlegeplan Quelle: VW - Werksunterlagen

Geräte: Werden durch Geräteschaltzeichen dargestellt und durch Buchstaben-Ziffern-Kombinationen eindeutig ausgewiesen. Keine einheitlichen Bezeichnungsregeln  Legende erforderlich. Kontakte/Steckverbindungen: Kennzeichnen einen Bauteilanschluss (nicht genormt). Klemmen: Historisch gewachsene Zuordnung zwischen Klemmenbezeichnung und funktioneller Bedeutung eines Anschlusses  Normung, Austauschbarkeit. Durch Elektronik sehr viele neue Funktionen  konsequente Weiterführung der Klemmenbezeichnungen nicht mehr möglich. Dg161.doc Leitungen: Angabe von Nennquerschnitt und Farbe der Isolierung (Grundfarbe bzw. Grundfarbe + Kennfarbe). Historisch gewachsene Farbzuordnung der Leitungsführung nur für wenige (schon länger im Kfz vorhandene) elektrische Baugruppen vorgeschrieben.

Klemmenbezeichnung in Kraftfahrzeugen (DIN Auszug) Klemmenbezeichnung Bedeutung / Funktion 1 Klemme an Zündspule (Niederspannung) Klemme am Zündverteiler / Unterbrecher bzw. am Zündsteuergerät 4 Klemme an Zündspule (Hochspannung) 15 Ausgangsklemme am Zündschalter/Fahrtschalter/Lichtzündschalter (für Zündung und Tagverbraucher - "geschaltetes Plus" ) 30 Eingangsklemme direkt von Batterie-Plus 31 Klemme für Rückleitung direkt zu Batterie-Minus oder Masse 40 Plusleitung 48 V (VDA u.a. 2012) 41 Masserückleitung 48 V (VDA u.a. 2012) 49 Blinkgeber - Eingang 49a Blinkgeber - Ausgang 50 Startersteuerung 56 Ausgangsklemme am Lichtschalter und Eingangsklemme am Abblendlichtschalter 56a Ausgangsklemme am Abblendlichtschalter für Fernlicht und Fernlichtkontrollleuchte 56b Ausgangsklemme am Abblendlichtschalter für Abblendlicht 58 Ausgangsklemme am Lichtschalter für Begrenzungsleuchten, Schlussleuchten, Kennzeichenleuchten und Instrumentenbeleuchtung 61 Ausgangsklemme an Regler oder Generator für Ladekontrollleuchte B+ Klemme für Batterie-Plus am Regler/Drehstromgenerator B- Klemme für Batterie-Minus am Regler/Drehstromgenerator D+ Klemme für Dynamo-Plus zwischen Generator und Regler D- Klemme für Dynamo-Minus zwischen Generator und Regler DF Klemme für Dynamo-Feld zwischen Generator und Regler L R Am Blinkschalter Ausgangsklemme für Blinkleuchten links bzw. rechts Dg057.doc

Leitungsfarben (DIN 47002): Farbe Kürzel blau bl grün gn schwarz sw braun br orange or türkis tk gelb ge rosa rs violett (lila) vi (li) grau gr rot rt weiß ws Farbkennzeichnung Kraftfahrzeugbau (DIN 72551, Blatt 4 - Auszug) 12 Grundfarben, kombinierbar mit jeweils einer Kennfarbe (z.B. längs laufende Farbstriche) Leitung Grundfarbe Kennfarbe von nach Batterie Starter sw - Masse Lichtmaschine rt Schaltkasten Lichtschalter Zündschalter Zündspule Zündverteiler/Unterbrecher gn Sicherung Hauptscheinwerfer ws Abblendlicht ge Kennzeichen-, Schluss- und Begrenzungsleuchten (links) gr Kennzeichen-, Schluss- und Begrenzungsleuchten (rechts) Schalter für Fahrtrichtungsanzeige Blinkleuchte links Blinkleuchte rechts Kontrollampen/ Anzeigeinstrumente Fernlicht Öldruck Kraftstoff bl sämtliche Verbraucher br

ADAC-Schaltpläne Motormanagement
1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne - ADAC-Schaltpläne Motormanagement ADAC-Schaltpläne Motormanagement ADAC-Schaltpläne Motormanagement mit den wichtigsten Angaben zur Fehlersuche

1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne - ADAC-Schaltpläne Motormanagement
ADAC_Schaltpläne\VW_1,8_ke_jetronik2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\VW_1,6_1,8_Mono2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\VW_2,0_digifant2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\Alfa_TwinSpark_2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\Fiat_1,7_MPI_2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\BMW_2,0-2,8_2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\VW_1,9D_neu2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\VW_1,9D_PD2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

ADAC_Schaltpläne\MB_A160_u_A170_CDI_2.gif Quelle: ADAC-Schaltpläne Quelle: ADAC

1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz Grundlagen Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge Überprüfen und Optimieren der Elektrizitätsmengenbilanz Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen 1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Controller Area Network (CAN) Weitere Bussysteme

Fragestellung im Bordnetz:
1.2 Leitungswiderstände Fragestellung im Bordnetz: Welcher Querschnitt muss für eine Leitung gewählt werden, damit ein zulässiger Spannungsabfall ΔU nicht überschritten wird?

1.2 Leitungswiderstände * * Dg162.doc Quelle: Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Zulässiger Spannungsabfall (nach Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch) * Bem.: 12 V bzw. 24 V beziehen sich auf die Nominalspannung (Batterie-Nennspannung). Meist beträgt die Bordnetzspannung aber 14 V bzw. 28 V (Generatorspannung).

Fragestellung im Bordnetz:
1.2 Leitungswiderstände Fragestellung im Bordnetz: Welcher Querschnitt muss für eine Leitung gewählt werden, damit ein zulässiger Spannungsabfall ΔU nicht überschritten wird?  Erforderlichen Leiterquerschnitt berechnen. Dann nächst größeren Leiterquerschnitt aus der Normenreihe für Leiterquerschnitte wählen. (Dabei zulässigen Dauerstrom und Erwärmung im Kabelbaum/Motorraum sowie Art der Verlegung - Einzelleitung oder Kabelbaum - beachten.)

1.2 Leitungswiderstände Nennquerschnitt in mm2 0,25 0,34 0,5 0,75 1 1,5 2,5 4 6 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 30 °C und T Kabel bis 90 °C 5 8 12 15 19 24 32 42 54 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 50 °C und T Kabel bis 70 °C 3,5 5,7 8,5 10,6 13,5 17 22,7 29,8 38,3 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 70 °C und T Kabel bis 90 °C 2,9 4,6 7 8,7 11 13,9 18,6 24,4 31,3 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 85 °C und T Kabel bis 90 °C 2,3 4,4 5,5 9,3 12,1 15,7 Nennquerschnitt in mm2 10 16 25 35 50 70 95 120 150 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 30 °C und T Kabel bis 90 °C 73 98 129 158 198 245 292 344 391 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 50 °C und T Kabel bis 70 °C 51,8 69,6 91,6 112 140 174 207 244 278 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 70 °C und T Kabel bis 90 °C 42,3 56,8 74,8 115 142 169 200 227 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 85 °C und T Kabel bis 90 °C 21,2 28,4 37,4 45,8 57,4 71,1 84,7 99,8 113 Dg163.doc Quelle: DIN ISO 6722 Teil 3, DIN VDE 0298 Teil 4, Bei BMW 0,17mm² seit 2014 im Einsatz (aber mit Problemen bei der Handhabung in der Produktion) und 0,13 mm² in Vorbereitung. Normenreihe für Leiterquerschnitte (nach DIN ISO 6722 Teil 3, DIN VDE 0298 Teil 4)

Anzahl der Leitungen in einem Kabelbaum 1 5 7 10 14 19 24 40 61
1.2 Leitungswiderstände Reduktion in Abhängigkeit von der Anzahl der Leitungen in einem Kabelbaum (nach DIN VDE 0298 Teil 4) Anzahl der Leitungen in einem Kabelbaum 1 5 7 10 14 19 24 40 61 Reduktionsfaktor (Luftverlegung) 1,0 0,75 0,65 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 Für Leitungen mit spezieller Isolierung (z.B. Silikonmantel) sind höhere Umgebungstemperaturen (z.B. bis 175 °C) möglich, wobei für Temperaturen bis 150 °C der Reduktionsfaktor 1,0 gilt. Dg163.doc Quelle: DIN ISO 6722 Teil 3, DIN VDE 0298 Teil 4

Leitungslänge lLtg = 2 m, Nennleistung Pnom = 60 W bei Unom = 12 V,
1.2 Leitungswiderstände Beispiel: Eine Leitung für das Fernlicht (ein Scheinwerfer) soll berechnet werden. Leitungslänge lLtg = 2 m, Nennleistung Pnom = 60 W bei Unom = 12 V, max. Generatorspannung UG max = 14,2 V ges.: erforderlicher Leiterquerschnitt 1. Schritt – Ermitteln der zulässigen Spannungsabfälle in der Leitung ΔULtg und insgesamt ΔUtot aus Tabelle:

1.2 Leitungswiderstände Dg162.doc Quelle: Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Zulässiger Spannungsabfall (nach Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch)

1.2 Leitungswiderstände Beispiel: Eine Leitung für das Fernlicht (ein Scheinwerfer) soll berechnet werden. Leitungslänge lLtg = 2 m, Nennleistung Pnom = 60 W bei Unom = 12 V, max. Generatorspannung UG max = 14,2 V ges.: erforderlicher Leiterquerschnitt 1. Schritt – Ermitteln der zulässigen Spannungsabfälle in der Leitung ΔULtg und insgesamt ΔUtot aus Tabelle: → ∆𝑼 𝑳𝒕𝒈 =𝟎,𝟑 𝑽 und ∆𝑼 𝒕𝒐𝒕 =𝟎,𝟔 𝐕 2. Schritt – Berechnen des Leiterstromes IV: 𝑰 𝑽 ≈ 𝑷 𝒏𝒐𝒎 𝑼 𝒏𝒐𝒎 ∙ 𝑼 𝑮_𝒎𝒂𝒙 𝑼 𝒏𝒐𝒎 = 𝟔𝟎 𝑾 𝟏𝟐 𝑽 ∙ 𝟏𝟒,𝟐 𝑽 𝟏𝟐 𝑽 =𝟓,𝟗𝟐 𝑨 3. Schritt – Berechnen des erforderlichen Leiterquerschnittes Aq: 𝑨 𝒒 = 𝝆∙ 𝒍 𝑳𝒕𝒈 ∙ 𝑰 𝑽 ∆𝑼 𝑳𝒕𝒈 =𝟎,𝟎𝟏𝟖 𝜴𝒎𝒎 𝟐 𝒎 ∙𝟐 𝒎∙ 𝟓,𝟗𝟐 𝑨 𝟎,𝟑 𝑽 =𝟎,𝟕𝟏 𝒎𝒎 𝟐 4. Schritt – Heraussuchen des nächst größeren Leiterquerschnittes unter Berücksichtigung des zulässigen Dauerstromes und der Randbedingungen aus Tabelle: → 𝑨 𝒒 =𝟎,𝟕𝟓 𝒎𝒎 𝟐 bei ≤ 5 Leitungen und ausreichender Festigkeit 𝑨 𝒒 =𝟏,𝟎𝟎 𝒎𝒎 𝟐 bei ≤ 10 Leitungen

1.2 Leitungswiderstände Nennquerschnitt in mm2 0,25 0,34 0,5 0,75 1 1,5 2,5 4 6 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 30 °C und T Kabel bis 90 °C 5 8 12 15 19 24 32 42 54 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 50 °C und T Kabel bis 70 °C 3,5 5,7 8,5 10,6 13,5 17 22,7 29,8 38,3 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 70 °C und T Kabel bis 90 °C 2,9 4,6 7 8,7 11 13,9 18,6 24,4 31,3 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 85 °C und T Kabel bis 90 °C 2,3 4,4 5,5 9,3 12,1 15,7 Nennquerschnitt in mm2 10 16 25 35 50 70 95 120 150 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 30 °C und T Kabel bis 90 °C 73 98 129 158 198 245 292 344 391 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 50 °C und T Kabel bis 70 °C 51,8 69,6 91,6 112 140 174 207 244 278 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 70 °C und T Kabel bis 90 °C 42,3 56,8 74,8 115 142 169 200 227 zulässiger Dauerstrom in A bei T Umg. 85 °C und T Kabel bis 90 °C 21,2 28,4 37,4 45,8 57,4 71,1 84,7 99,8 113 Dg163.doc Quelle: DIN ISO 6722 Teil 3, DIN VDE 0298 Teil 4 Normenreihe für Leiterquerschnitte (nach DIN ISO 6722 Teil 3, DIN VDE 0298 Teil 4)

Anzahl der Leitungen in einem Kabelbaum 1 5 7 10 14 19 24 40 61
1.2 Leitungswiderstände Reduktion in Abhängigkeit von der Anzahl der Leitungen in einem Kabelbaum (nach DIN VDE 0298 Teil 4) Anzahl der Leitungen in einem Kabelbaum 1 5 7 10 14 19 24 40 61 Reduktionsfaktor (Luftverlegung) 1,0 0,75 0,65 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 Dg163.doc Quelle: DIN ISO 6722 Teil 3, DIN VDE 0298 Teil 4

1.2 Leitungswiderstände Beispiel: Eine Leitung für das Fernlicht (ein Scheinwerfer) soll berechnet werden. Leitungslänge lLtg = 2 m, Nennleistung Pnom = 60 W bei Unom = 12 V, max. Generatorspannung UG max = 14,2 V ges.: erforderlicher Leiterquerschnitt 5. Schritt – Überprüfen, ob Gesamtspannungsabfall eingehalten wird:  nachmessen. Bei Kurzzeitbetrieb: Stromdichte Jmax ≤ 30 A/mm2

1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung
1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände 1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz Grundlagen Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge Überprüfen und Optimieren der Elektrizitätsmengenbilanz Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen 1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Controller Area Network (CAN) Weitere Bussysteme

1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung
Dg031.cdr ca. 5% Kraftstoffverbrauch für Elektroenergie-Versorgung ca. 10% Kraftstoffverbrauch für Transport elektrischer Komponenten ca. 15% Gesamtkraftstoffverbrauch für Kfz-Elektrik/Elektronik Bei einem jährlichen Verbrauch Otto- und Dieselkraftstoffe von 66 Mrd. Liter entfallen rund 10 Mrd. Liter auf Kfz-Elektrik/Elektronik.

Nennleistung aller Generatoren in deutschen Kfz: 60 – 70 GW Dg031.cdr Forum Bordnetzarchitektur (1995): Eine Einsparung der Fahrzeugmasse um 100 Kg bewirkt eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um ca. 0,3 Liter pro 100 km. Im Stadtzyklus werden zum Erzeugen von 1000 W elektrischer Leistung etwa 1,7 Liter Kraftstoff pro 100 km benötigt. Die Einsparung von 175 W elektrischer Leistung hat den gleichen Effekt wie die Reduzierung der Fahrzeugmasse um 100 Kg.

Anteilige Herstellungskosten für Komponenten der Fahrzeug- Elektrik/Elektronik an einem PKW Dg168.cdr Leistungsbedarf für PKW der Oberklasse (ohne Hybrid-Fahrzeuge)

M S G Starter Batterie Generator Verteilung lichttechn., induktive, ohmsche u. elektron. (12 V) (12 V) (14 V) Verbraucher ( V) Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr Grundstruktur des heutigen Elektroenergiesystems

1.3.1.1 Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz

1.3.1.1 E-Bilanz - Ermittlung der Verbraucherelektrizitätsmenge
Optimieren der erforderlichen Generatorleistung und der erforderlichen Batteriekapazität nach dem Leistungsbedarf der Verbraucher.

Beispiele für Verbraucher im Kraftfahrzeug
E-Bilanz - Grundlagen ständig eingeschaltete Verbraucher längere Zeit kürzere Zeit Motormanagement - Zündung Einspritzung - Steuergerät elektrische Zusatzheizungen Scheiben Sitz Blink- und Bremsleuchten elektrische Kraftstoffpumpe Beleuchtungseinrichtungen elektrischer Motorlüfter Steuergeräte für Getriebeelektronik Fahrwerkselektronik Sicherheitselektronik Belüftungs- und Klimaanlagen Sonderausstattungen (Spezialfahrzeuge) Glühkerzen (Dieselfahrz.) Ansaugluftvorwärmung beheizter Katalysator Komfortelektronik Getriebe-, Fahrwerks- und Sicherheitselektronik Systeme der Verkehrsinformatik Bordcomputer Fahrtenschreiber Navigationssysteme Warnsysteme Audio/Video Telefon (Bereitschaft) Funksysteme (Bereitschaft) Telefon/Funk (aktiv) Starter Dg032.doc Beispiele für Verbraucher im Kraftfahrzeug

IG > IV  Batterieladung
E-Bilanz - Grundlagen IG > IV  Batterieladung möglich IG < IV  Batterie wird entladen Dg033a.doc om Strom-Drehzahl-Kennlinien eines Drehstromgenerators (für UG = konst.) mit Verbraucherstrom

Elektroenergiebilanz - Elektrizitätsmengenbilanz
E-Bilanz - Grundlagen Elektr_Masch\Ewaage.cdr Elektroenergiebilanz - Elektrizitätsmengenbilanz

Optimieren der erforderlichen Generatorleistung und der erforderlichen
E-Bilanz - Grundlagen Optimieren der erforderlichen Generatorleistung und der erforderlichen Batteriekapazität nach dem Leistungsbedarf der Verbraucher. Verbraucher entnehmen dem Elektroenergiesystem elektrische Arbeit, 𝑾 𝑽 = 𝑼 𝑩 ∙ 𝑰 𝑽 ∙𝒕 die durch den Generator aufgebracht werden muss. 𝑾 𝑮 = 𝑼 𝑩 ∙ 𝑰 𝑮 ∙𝒕 Es gilt also: 𝑾 𝑮 = 𝑾 𝑽 Elektroenergiebilanz bzw. aufgrund nahezu konstanter Bordspannung: 𝑰 𝑮 ∙𝒕= 𝑰 𝑽 ∙𝒕 𝑸 𝑮 = 𝑸 𝑽 Elektrizitätsmengenbilanz

1.3.1.1 E-Bilanz - Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge

Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge durch Summieren aller Einzelverbräuche über einen repräsentativen Zeitraum (Fahrzyklus).

Stromauf-nahme [A] Einschalt-dauer [h] Gleichzeitig-keitsfaktor Elektrizitäts-menge [Ah] Motormanagement - Zündung Einspritzung Steuergerät Kraftstoffpumpe 4 8 1 5 Scheinwerfer andere Beleuchtungseinr. Heckscheibenheizung Sitzheizung Scheibenwischer Radio Gebläse Heizung/Lüftung elektr. Ansaugluftvorwärm. 10 3 6 20 0,5 0,3 1,2 3,6 12 Blink- und Bremsleuchten elektr. beheizter Katalysator Motorlüfter 7 160 15 0,2 0,01 0,4 2,5 1,4 Parklicht Starter (Normalbetrieb) / Start-Stopp-Anlage 200 / 200 0,1 5 / 50 Gesamtelektrizitätsmenge 83,6 / 128,6 Dg036.doc Verbraucherelektrizitätsmenge

Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge durch Summieren aller Einzelverbräuche über einen repräsentativen Zeitraum (Fahrzyklus). 𝑸 𝑽 = 𝒋=𝟏 𝒎 𝑰 𝑽 𝒋 ∙ 𝒕 𝒋 ∙ 𝑿 𝑮𝒍𝒛 𝒋 mit XGlz j = Gleichzeitigkeitsfaktor wegen Batteriewirkungsgrad IV j = Einzelverbraucherstrom tj = Einschaltdauer im Fahrzyklus

1.3.1.1 E-Bilanz - Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge

Dg034.doc Klassenfahrzeitdauer (absolut)/Klassenhäufigkeit (relativ)

[Std.] 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 000 - 500 501 1000 1001 1500 1501 2000 2001 2500 2501 3000 3001 3500 3501 4000 4001 4500 4501 5000 5001 5500 5501 6000 0,03 0,17 0,14 0,07 0,01 t k K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12 Stadtfahrt Dg034.doc Klassenfahrzeitdauer (absolut)/Klassenhäufigkeit (relativ)

[Std.] 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 000 - 500 501 1000 1001 1500 1501 2000 2001 2500 2501 3000 3001 3500 3501 4000 4001 4500 4501 5000 5001 5500 5501 6000 0,23 0,03 0,17 0,14 0,07 0,01 t k K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12 Stadtfahrt mit Start-Stopp 0,02 Dg034.doc Klassenfahrzeitdauer (absolut)/Klassenhäufigkeit (relativ)

1. Schritt – Bilden von Motordrehzahlklassen und Summieren der während der Gesamtfahrzeit (Fahrzyklus) in den jeweiligen Drehzahlklassen verbrachten Zeitanteile  Klassenzeitdauer bzw. Klassenhäufigkeit.

Dg033c.doc Strom-Drehzahl-Kennlinien eines Drehstromgenerators (für UG = konst.) normiert auf Motordrehzahlen und gemittelt in jeder Drehzahlklasse

1. Schritt – Bilden von Motordrehzahlklassen und Summieren der während der Gesamtfahrzeit (Fahrzyklus) in den jeweiligen Drehzahlklassen verbrachten Zeitanteile  Klassenzeitdauer bzw. Klassenhäufigkeit. 2. Schritt – Normieren der Generatorkennlinie auf Motordrehzahlklassen und Bilden eines gemittelten maximalen Generatorstromes für jede Motordrehzahlklasse. 3. Schritt – Kombination Klassenzeitdauer (Fahrzeitanteile) mit normierter Generatorkennlinie  Teilelektrizitätsmengen.

Stadtfahrt ohne Start-Stopp 6.000 3.500 1.000 25% 22% 19% 16% 13% 10% 7% 4% 1% 20 40 60 80 100 Imax Dg032.doc K12 Drehzahl- klassen Fahrzeit- anteile K1 Generator-Gesamtelektrizitätsmenge

1. Schritt – Bilden von Motordrehzahlklassen und Summieren der während der Gesamtfahrzeit (Fahrzyklus) in den jeweiligen Drehzahlklassen verbrachten Zeitanteile  Klassenzeitdauer bzw. Klassenhäufigkeit. 2. Schritt – Normieren der Generatorkennlinie auf Motordrehzahlklassen und Bilden eines gemittelten maximalen Generatorstromes für jede Motordrehzahlklasse. 3. Schritt – Kombination Klassenzeitdauer (Fahrzeitanteile) mit normierter Generatorkennlinie  Teilelektrizitätsmengen. 4. Schritt – Summieren aller Teilelektrizitätsmengen zur Gesamtelektrizitätsmenge, die vom Generator bei Bedarf im Verlauf der Gesamtfahrzeit abgegeben werden könnte. 𝑸 𝑮 = 𝒌=𝟏 𝒏 𝑸 𝑮 𝒌 = 𝒌=𝟏 𝒏 𝑰 𝑮 𝒌 ∙ 𝒕 𝒌 mit 𝑰 G k = gemittelter Generatorstrom in der Drehzahlklasse tk = Fahrzeitanteil

1.3.1.1 E-Bilanz - Überprüfen und Optimieren

1.3.1.1 E-Bilanz - Überprüfen und Optimieren
Generatorgröße so wählen, dass QG  1,1  QV

1.3.1.2 Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes

Dg168.cdr Leistungsbedarf für PKW der Oberklasse (ohne Hybrid-Fahrzeuge)

Dg262.cdr Quelle: BMW Stromstärken und Elektrizitätsmengen im 14 V Bordnetz um Jahrtausendwende Quelle: BMW 2000

Dg263.cdr Quelle: BMW Anforderungen an die Stromversorgung im Kraftfahrzeug Quelle: BMW 2002

Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr BMW – Efficient Dynamics: Neuerungen im elektrischen Bordnetz Quelle: BMW 2007

Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Anforderungen an das Bordnetz durch Auto Start Stopp Funktion (ASSF): 1. Gewährleistung der ASSF-Verfügbarkeit auch bei erhöhtem Energie- durchsatz in Motor-Stopp-Phasen. 2. Verfügbarkeit der notwendigen und gewünschten Kundenfunktionen während des ASSF-Starts, d.h. höhere Anforderungen als beim Kaltstart. Quelle: BMW 2007

Auswirkungen auf das Bordnetz
Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Auswirkungen auf das Bordnetz Quelle: BMW 2007

Negative Auswirkungen des Motorstarts vermeiden entweder durch - Befähigung der Steuergeräte, mit geringeren Versorgungsspannungen auszukommen (z.B. 8,5 V); oder durch - Vermeidung von größeren Spannungseinbrüchen an sensiblen Steuergeräten durch Spannungsstabilisierung. Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Quelle: BMW 2007

Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr  Einsatz zyklenfesterer Batterien, z. B. sog. - Absorbent Glas Material (AGM) – Batterien - Enhanced Flooded Battery (EFB/AFB/ECB) Quelle: BMW 2007

Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Bremsenergierückgewinnung (BER) Quelle: BMW 2007

Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Vorschlag BMW: Vereinheitlichung und Spezifizierung der Bereiche für die Bordspannung. Quelle: BMW 2007

Ladestrategien „starres“ Bordnetz „nachgiebiges“ Bordnetz vs. UB = 12 – 14 V UB = 9 – 16 V Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Ziel: Ladezustand der Batterie 100%. (Ist die Batterie voll geladen, kann keine weitere rekuperierte Energie aufgenommen werden.) Ziel: Ladezustand der Batterie zwischen 80 u. 100%. (D.h. 20 % Rekuperations- reserve.) Quelle: BMW 2007

UGmax (ca.16 V) UqB (ca.12 V) Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Bremsenergierückgewinnung (BER) - typische Spannungs- und Stromverläufe Quelle: BMW 2007

1.3.1.3 Mehrspannungsbordnetze
Vorschlag BMW: Ausschöpfen und Erweitern des Funktionsbereiches für eine Bordnetzspannung zwischen 9 und 16 V durch folgende Maßnahmen: Stabilisierung des Motor-Start-Stopp-Spannungseinbruches durch zentrale Spannungswandler und dezentrale Stützung von Steuergeräten; Erkennen des Batteriezustandes durch flächendeckenden Einsatz des intelligenten Batteriesensors IBS; - Verbesserung der Batterielebensdauer durch zyklenfestere Batterien; - Einsatz von Ultracaps zur weiteren Stabilisierung des Bordnetzes, Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Quelle: BMW 2007

Integration von Hochstromverbrauchern wie z. B. der elektrischen Aktivlenkung oder erweitertem riemengetriebenen Starter-Generator durch Erhöhung der Bordspannung in Teilbereichen des Bordnetzes auf 20 bis 30 V. (Anmerkung: Warum nur auf 20 bis 30 V und nicht auf höhere Spannungen? Antwort: Um Synergieeffekte zu bestehenden LKW- und Bus-Bordnetzen zu erreichen.) Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Quelle: BMW 2007

BM S G V 9 - 16 V Starter Batterie Generator Bordnetz- Verbraucher
1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung V BM IBS S G V Starter Batterie Generator Bordnetz Verbraucher (12 V) (12 V) (9-16 V) management ( V) Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr IBS = intelligenter Batteriesensor Grundstruktur des heutigen Elektroenergiesystems mit variabler Bordspannung, Start-Stop-System und geringem Rekuperationseffekt (Mikro-Hybrid-Funktion)

Motormanagement (Ottomot.) Motormanagemen (CR-Diesel) Motor-Kühllüfter elektr.-mech. Lenkung ABS/ESP Frontscheibenheizung Heckscheibenheizung Sitzheizung Beleuchtung Multimedia elektr. Wasserpumpe Wankstabilisierung elektr. Zuheizer elektr. Klimakompressor elektr. Katalysatorheizung elektr.-mech. Turbolader elektr.-mech. Bremse elektr.-mech. E/A-Ventile (Riemen-)Starter-Generat. sonstige 350 1.000 800 400 850 50 1.200 180 250 50 300 50 150 130 200 1.000 900 1.100 440 4.000 1800 4.500 1600 3.000 250 zum Teil nach ATZ extra 04/ Volt 6 kW 900 2.000 200 2.400 800 6 – 20 kW ? 500 400 Maximalleistung Durchschnittsleistung [W] Elektrische Verbraucher im Kfz (einschließlich Mild-Hybridfahrzeuge)

Drehstromgenerator 2005 flüssigkeitsgekühlt UG = V IG max= A PG max=2.100 W Dg256.cdr Quelle: Bosch Drehstromgenerator 2015 luftgekühlt UG = V IG max= A PG max=3.500 W Quelle: Bosch 2005/2015

Motormanagement (Ottomot.) Motormanagemen (CR-Diesel) Motor-Kühllüfter* elektr.-mech. Lenkung* ABS/ESP* Frontscheibenheizung* Heckscheibenheizung Sitzheizung Beleuchtung Multimedia elektr. Wasserpumpe** Wankstabilisierung** elektr. Zuheizer** elektr. Klimakompressor** elektr. Katalysatorheizung** elektr.-mech. Turbolader** elektr.-mech. Bremse** elektr.-mech. E/A-Ventile** (Riemen-)Starter-Generat.** sonstige * 14  48 V ** nur 48 V 350 1.000 800 400 850 50 1.200 180 250 50 300 50 150 130 200 1.000 900 1.100 440 4.000 1800 4.500 1600 3.000 250 zum Teil nach ATZ extra 04/ Volt 6 kW 900 2.000 200 2.400 800 6 – 20 kW ? 500 400 Maximalleistung Durchschnittsleistung [W] Elektrische Verbraucher im Kfz (einschließlich Mild-Hybridfahrzeuge)

Bordnetzspannung 42 V - 1990er Jahre - internationales Konsortium - Plan: vollständige Umstellung der Bordnetzspannung in Pkw und Nkw auf 42 V. - Entwurf Normung Januar 2000 Aber: Probleme überwogen Vorteile (Die Zeit war noch nicht reif…) - Keine vollständige Umstellung von 14 V auf 42 V in einem Schritt möglich.  Für Übergangszeitraum Doppelspannungssystem  mehr Leitungen und Steckverbinder  höhere Kosten Dg265a.cdr - Parallelität der Doppelspannung  größere Risiken bei Kurzschlüssen und Werkstattarbeiten. - Technische Probleme durch höhere Spannung bei (einfachen) Elektromotoren mit mechan. Kommutierung (stärkere Funkenbildung  höherer Verschleiß). - Damalige Beleuchtungseinrichtungen (Glühlampen) für höhere Spannung ungeeignet. - 42 V Bordnetz kam trotz technischer Notwendigkeit nicht zur Einführung.

Bordnetzspannung 42 V 𝑛= 𝑈 𝑞𝐴 𝑘∙Φ 𝑀=𝑘∙Φ∙𝐼 𝑘 ~ 𝑁 Bei unverändertem Magnetkreis: 𝑁 42 =3∙ 𝑁 14 → 𝑈 𝑞𝐴 42 =3∙ 𝑈 𝑞𝐴 14 → 𝑛 42 = 𝑛 14 𝐼 42 = 1 3 𝐼 14 → 𝑀 42 = 𝑀 14 𝐴 𝑞 42 = 1 3 𝐴 𝑞 14 und  Leiterquerschnitt Dg264.cdr D.h., das Kupfervolumen bleibt gleich. Umstellung von 14 V auf 42 V bei Kleinmotoren

Bordnetzspannung 42 V Dg258.cdr Quelle: Infineon Systemvorteile beim Übergang von 14 V auf 42 V Bordnetzspannung Quelle: Infineon

Bordnetzspannung 42 V Dg257.cdr Quelle: BMW Versuchsmotor mit Komponenten des 42 V Bordnetzes Kurbelwellen-Starter-Generator (KSG) Elektromagnetischer Ventiltrieb (EVT) Quelle: BMW 2000

S G V V BM Zweispannungsbordnetz 14 V / 48 V 9 - 16 V 48 V 48 V 9-16 V
Mehrspannungsbordnetze Zweispannungsbordnetz 14 V / 48 V V 9–16 V 48 V 48 V BM 9-16 V HL IBS S G V V Starter Batterie Generator Bordnetz Verbraucher DC/DC Hochleistungs- (12 V) (12 V) (9-16 V) management ( V) Wandler verbraucher (48 V) Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - Einige neuere Aktuatoren wurden bereits für 48 V ausgelegt (z.B. elektr. Frontscheibenheizung, elektr. beheizter Katalysator, elektr.-mech. Turbolader). Elektroenergiesystem mit Gleichspannungs-Hochsetzwandler zum Betreiben einiger 48 V Komponenten (Zwischenlösung)

Berührungsschutzbereich Überspannungsbereich Sicherheitsreserve U48shprotect Überspannungsschutz Eintrag Fehlerspeicher oberer Betriebsbereich mit Funktionseinschränkungen U48r U48max, high, limited U48max, unlimited für Kalibrierung und Rückspeiseenergie U48n Betriebsbereich ohne Funktionseinschränkungen normaler Arbeitsbereich hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhjjjjjj U48min, unlimited zeitweiliger Arbeitsbereich, Gegenmaßnahmen erforderlich unterer Betriebsbereich mit Funktionseinschränkungen U48min, low, limited Unterspannungsbereich Eintrag Fehlerspeicher U48stoprotect Dg265b.cdr neg. Spannungen nicht erlaubt Bordnetzspannung 48 V (VDA Empfehlung 320) Quelle: ATZ elektronik 01/2012

V V BM 14V BM 48V Zweispannungsbordnetz 14 V / 48 V 14 V 14 V 48 V
Mehrspannungsbordnetze Zweispannungsbordnetz 14 V / 48 V 14 V BM 14V 48 V 14 V BM 48V 48 V HL S G B V V Verbraucher BN-Man. DC/DC- Starter/Gen. BN-Man. Batt. Hochleistungs- (14 V) (14 V) Wandler Booster (48 V) (48 V) verbraucher (48 V) Masseverbindung 14 V - 48 V Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - Die höhere Leistung im 48 V Bordnetz ermöglicht Mild-Hybrid-Funktionen. - Starter-Generator-Maschine mit Steuerungs- und Leistungselektronik - 48 V Batterie mit Batteriemanagement Modernes 48 V Elektroenergiesystem mit Gleichspannungs-Abwärtswandler zum Betreiben von 14 V Komponenten

V V BM 14V BM 48V Zweispannungsbordnetz 14 V / 48 V 14 V 48 V 14 V
Mehrspannungsbordnetze Zweispannungsbordnetz 14 V / 48 V 14 V BM 14V 48 V 14 V BM 48V 48 V ~ 48 V HL S G B V V Stützbat. Verbraucher BN-Man. DC/DC- Starter/Gen. BN-Man. Batt. Hochl Ladegerät (12 V) (14 V) (14 V) Wandler Booster (48 V) (48 V) verbr.(48 V) 230/400 V ~ Masseverbindung 14 V - 48 V Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - Optional mit Stützbatterie im 14 V Bordnetz (Redundanz für sicherheitskritische Anwendungen). - Optional mit Plug-In-Funktionalität (und größerer Batteriekapazität). Modernes 48 V Elektroenergiesystem mit bidirektionalem Gleichspannungswandler zum Betreiben von 14 V Komponenten

Renault Scénic als Mild-Hybrid-Fahrzeug auf 48 V Basis. Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr Wassergekühlter Riemen-Starter-Generator Pnom = 6 kW / Pmax = 15 kW, Md max = 150 Nm an der Kurbelwelle und Li-Ionen-Batterie mit 500 Wh

V V BM 14V BM HV Zweispannungsbordnetz 14 V /Hochvolt 14 V 14 V HV HV
Mehrspannungsbordnetze Zweispannungsbordnetz 14 V /Hochvolt 14 V BM 14V 14 V HV BM HV HV ~ HV HL S G A V V Stützbat. Verbraucher BN-Man. DC/DC- Starter/Gen. BN-Man. Batt. Hochl Ladegerät (12 V) (14 V) (14 V) Wandler Antrieb (HV) (HV) verbr.(HV) /400 V ~ Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - Sowohl Plus- als auch Minusspannung sind gegen Fahrzeugmasse isoliert. - Hochvoltbereich gesetzlich ab 60 V Gleichspannung bzw. 30 V Wechselspannung - HV-Spannungen typisch zwischen 200 V und 800 V - häufig als sog. Plug-In Systeme ausgeführt Modernes Hochvolt (HV) Elektroenergiesystem mit bidirektionalem Gleichspannungswandler zum Betreiben von 14 V Komponenten

TOYOTA Prius I (1997) TOYOTA Prius IV (2016) (auch als Plug-In-Hybrid mit ca. 50 km elektr. Reichweite) Antrieb: Benzinmotor 44/53 kW (58/72 PS), Elektromotor 30/33 kW (40/44 PS) Elektrischer Speicher: Nickel-Metallhydrid-Batterien 1,8 kWh HV-Spannung: 274 V Normverbrauch: 3,6 l/100 km Antrieb: Benzinmotor 53 kW (72 PS), Elektromotor 23 kW (31 PS) Elektrischer Speicher: Lithium-Ionen-Batterie 4,4 kWh HV-Spannung: 207 V Normverbrauch: 3,0 (1,0) l/100 km Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr Quelle: TOYOTA

konvent. Bordnetz Bordnetzerweiterung Niedervolt Hochvolt 9 – 16 V (14 V) 48 V 200 V V Mikro- hybrid Mildhybid Vollhybrid 20-54V Plug-In-Hybird Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Elektrofahrzeug Spannungsbereiche nach Anforderungen an das Bordnetz in den nächsten Jahren.

1.3.1.4 Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen
1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände 1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz Grundlagen Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge Überprüfen und Optimieren der Elektrizitätsmengenbilanz Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen 1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Controller Area Network (CAN) Weitere Bussysteme Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr

BM V V V V IBS S G Einzelfehler: - Kurzschluss nach Masse  Schutz durch Sicherung - Masseabriss * Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - Plusabriss * - Kurzschluss zwischen zwei Plusleitungen * * Keine Schädigungen möglich, nur fehlerhafte Funktionen allerdings können bei höheren Spannungen Lichtbogen entstehen.  Fehler im Einspannungsbordnetz (14 V) sind verhältnismäßig unproblematisch. Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Einspannungsbordnetzen

BM 14V 48 V 14 V BM 48V 14 V 48 V S G B V ! µC V Problem: beide Bordnetzspannungen liegen im gleichen (Steuer-)Gerät an. - Einfachfehler können bereits zum Kurzschluss zwischen Plus-Spannungen führen. Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr  Schäden im 14 V Bordnetz wahrscheinlich. Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Zweispannungsbordnetzen

BM 14V 48 V 14 V BM 48V 14 V 48 V S G B V ! µC V Problem: beide Bordnetzspannungen liegen im gleichen (Steuer-)Gerät an. - Einfachfehler können bereits zum Kurzschluss zwischen Plus-Spannungen führen.  Schäden im 14 V Bordnetz wahrscheinlich. Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - Auch ein einfacher Masseabriss am Steuergerät führt durch Umpolung der 14 V Komponente mindestens zu deren Ausfall. - Darüber hinaus können bereits im 48 V Bordnetz beim Öffnen von Stromkreisen unter Last gefährliche Lichtbogen entstehen.  Vielfältige Fehlermöglichkeiten mit teilweise gravierenden Auswirkungen in Mehrspannungsbordnetzen. Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Zweispannungsbordnetzen

BM 14V 48 V 14 V BM 48V 14 V 48 V S G B V µC V Problem: beide Bordnetzspannungen liegen im gleichen (Steuer-)Gerät an. Maßnahmen: - räumliche und Potenzialtrennung zwischen beiden Spannungsebenen Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr - ebenso getrennte Masseanschlüsse - Beide Massepotenziale (theoretisch = 0, praktisch ≠ 0) werden nur an einer zentralen Stelle im Fahrzeug miteinander verbunden. - Grundsätzlich sollen Einzelfehler im Bereich der höheren Bordspannung nicht zur Beeinträchtigung von Baugruppen im Bereich der niedrigeren Bordsp. führen. Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Zweispannungsbordnetzen

Zweispannungsbordnetz 14 V /Hochvolt 14 V BM 14V 14 V HV BM HV HV HL S G A V V Warum darf ein HV-Netz nicht mit Fahrzeugmasse verbunden sein?  Damit ein Einfachfehler nicht zum Stromschlag führen kann. Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Zweispannungsbordnetzen

Zweispannungsbordnetz 14 V /Hochvolt 14 V BM 14V HV 14 V BM HV HV Iso- wächter HL S G A V V Warum darf ein HV-Netz nicht mit Fahrzeugmasse verbunden sein?  Damit ein Einfachfehler nicht zum Stromschlag führen kann. Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr Dennoch werden sog. Isolationswächter eingesetzt, um Einfachfehler erkennen zu können. Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Zweispannungsbordnetzen

Zweispannungsbordnetz 14 V /Hochvolt 14 V BM 14V 14 V HV BM HV ~ HV HV R C D PE Iso- wächter HL S G A V V Warum darf ein HV-Netz nicht mit Fahrzeugmasse verbunden sein?  Damit ein Einfachfehler nicht zum Stromschlag führen kann. Dg186.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz2.cdr Dennoch werden sog. Isolationswächter eingesetzt, um Einfachfehler erkennen zu können. Beim externen Laden (Plug-In) wird jedoch die Fahrzeugmasse mit der sog. „Wassererde“, d.h. mit dem PE-Leiter* der Ladeinfrastruktur verbunden (Schutzerdung), mittels RCD** überwacht und ggf. der Ladevorgang durch Trennen der elektr. Verbindung unterbrochen. * PE = Protective Earth (dt. Schutzerdung) ** RCD = Residual Current (Protektive) Device (dt. Fehlerstrom-(FI-)Schutzschalter) Fehlermöglichkeiten und Schutzmaßnahmen in Zweispannungsbordnetzen

Körperwiderstand = Hautwiderstand + Körperinnenwiderstand Hautwiderstand ca. 0 Ω (Durchbruch) … 100 Ω (feuchte Haut) … 10 kΩ (trockene Haut) Körperinnenwiderstand (Beispiele): Hand – Hand ca Ω HV Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Gefahren des elektr. Stroms

Körperwiderstand = Hautwiderstand + Körperinnenwiderstand Hautwiderstand ca. 0 Ω (Durchbruch) … 100 Ω (feuchte Haut) … 10 kΩ (trockene Haut) Körperinnenwiderstand (Beispiele): Hand – Hand ca Ω Hand – ein Fuß ca Ω Hand – Füße ca 700 Ω Unter Umständen auch geringer! HV Stromstärken (DC)  Körperreaktionen: (nach IEC-Report 479-1) - unter 2 mA  keine Reaktionen - 2 mA … 30 mA (> 2s) bzw. 200 mA (< 10 ms)  spürbar, jedoch ohne physiologische Effekte - 30 mA … 120 mA (> 0,3 s) bzw. 500 mA (< 10 ms)  reversible Einflüsse auf Herzrhythmus, keine organischen Schäden Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr - ab 120 mA  z.T. schwere Verbrennungen, Blendungen (Lichtbögen) Herzkammerflimmern, Schockreaktionen, Verkrampfungen, Schreckreaktionen Ab wann ist eine Berührungsspannung mit Körperdurchströmung gefährlich? Gefahren des elektr. Stroms

Körperwiderstand = Hautwiderstand + Körperinnenwiderstand Hautwiderstand ca. 0 Ω (Durchbruch) … 100 Ω (feuchte Haut) … 10 kΩ (trockene Haut) Körperinnenwiderstand (Beispiele): Hand – Hand ca Ω Hand – ein Fuß ca Ω Hand – Füße ca 700 Ω Unter Umständen auch geringer! HV Stromstärken (DC)  Körperreaktionen: (nach IEC-Report 479-1) - 30 mA … 120 mA (> 0,3 s) bzw. 500 mA (< 10 ms)  reversible Einflüsse auf Herzrhythmus, keine organischen Schäden 𝑈= 𝑅 𝐾ö𝑟𝑝𝑒𝑟 ∙𝐼 =1000 Ω∙30 𝑚𝐴=30 𝑉 bzw Ω∙120 𝑚𝐴=120 𝑉 Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr  Festlegung der DIN VDE (Schutz gegen elektrischen Schlag): Kleinspannungen bis 120 V (DC) bzw. 50 V (AC - 𝑈 𝑒𝑓𝑓 ) gelten als ungefährlich. Gefahren des elektr. Stroms

Aber nach ECE-Regelung 100 gelten für Elektro- und Hybridfahrzeuge folgende Spannungsbereiche: Spannungsklasse A (Low Voltage): Spannungen bis 60 V (DC) bzw. 30 V (AC – 𝑈 𝑒𝑓𝑓 ) gelten als ungefährlich.  Arbeiten an Niedervolt-Bordnetzen (14 V / 48 V) dürfen durch (Fach-)Personal ohne Einschränkungen durchgeführt werden. Spannungsklasse B (High Voltage): Spannungen ab 60 V bis V (DC) bzw. ab 30 V bis V (AC - 𝑈 𝑒𝑓𝑓 )  Arbeiten an Fahrzeugen mit HV-Netzen dürfen nur nach besonderen Schulungsmaßnahmen durchgeführt werden. (Näheres regelt die Deutsche Gesetzlichen Unfallversicherung - DGUV Information ) Je nach Vorkenntnissen und Schulungsumfang werden entweder Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr - Fachkundige für Hochvolt-(HV-)Systeme oder - Elektrotechnisch unterwiesene Personen für Hochvolt-eigensichere Systeme in Fahrzeugen ausgebildet. Notwendige Qualifikationen im Hochvoltbereich

Vor Beginn der Arbeiten HV-Fahrzeugen sind immer folgende Sicherheitsregeln zu beachten: 1. Freischalten 2. Gegen Wiedereinschalten sichern 3. Spannungsfreiheit feststellen 4. Erden und Kurzschließen * Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr 5. Benachbarte spannungsführende Teile abdecken oder abschranken * * Bei Spannungen bis 1500 V (DC) bzw V (AC) müssen die Punkte 4 und 5 nicht durchgeführt werden, sind aber bei mehreren Spannungsquellen (z.B. Batterien, Brennstoffzellen, Stützkondensatoren) angeraten. Die fünf Sicherheitsregeln nach DIN VDE 0105 Quelle: BMW und DGVU/TAK „Handbuch zur Schulung von Fachkundigen für Arbeiten an HV-eigensicheren Systemen“

Achtung - Eigensicherheit steht an erster Stelle! 1. Ruhe bewahren (soweit möglich) – Überblick verschaffen. 2. Stromquelle abschalten. Ist dies nicht möglich, Verunfallten mittels isolierender Hilfsmittel aus der Gefahrenzone bergen. 3. Notruf absetzen. 4a. Ist der Verunfallte ansprechbar, d.h. noch bei Bewusstsein, in stabile (Seiten-)Lage bringen. 4b. Bei Bewusstlosigkeit Wiederbelebungsmaßnahmen durchführen. oder kräftige Herzdruckmassage – 30 x und Atemspende 2 x im ständigen Wechsel 5. Maßnahmen fortsetzen bis Rettungsdienst übernimmt. Dg187b.doc bzw. Bordnetz_Schaltpl/bnetz4.cdr Nochmals Achtung: Bei Elektrounfällen in Zusammenhang mit Mittel- oder Hochspannungen (>1500 V DC bzw. >1000 V AC) Verunfalltem nicht nähern, auf keinen Fall berühren! Aber schnellstens Notruf absetzen und (wenn möglich) Spannung abschalten. Erste Hilfe Maßnahmen bei Unfällen im HV-Bereich

1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme

Dg126.cdr Steuer- und Regelfunktionen im Kraftfahrzeug

und Regelkreis nach Dg125.cdr Steuerkette

Bordnetz_Schaltpl\infofluss.cdr Informationsfluss in Steuer- und Regelprozesses

Dg166.cdr Elektrische Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in einem PKW

Schneidklemmenverbindung Kabel - Platine Bordnetz_Schaltpl\sk_verbinder1.gif und sk_verbinder2.gif Schneidklemmenverbindung Kabel - Kabel Ring-Multiplexsystem

Dg211.cdr Quelle: DC Logische Netzwerkarchitektur Mercedes-Benz S-Klasse (1998) Quelle: DC AG

Vernetzung Steuergeräte Golf 5 (2004)
1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Fahrzeug- stecker Motor- SG Getriebe- SG Wählö hebel Bremsen- SG Allrad- SG CAN Diagn. CAN Antrieb Zugangs- System Airbag- SG dynam. LWR Kombi Lenkhilfe … Kombi-CAN Zentral- einheit Bordnetz- SG Einpark- hilfe CAN Komfort Tel./Int.- box Anhänger- SG Sond.fzg- SG Verdeck- SG PTC-Heiz.- SG … Quelle: VW DSP Klima- SG Tür-SG Beifahrer Sitz Fahrer Speicher Sitz Beif. Speicher Tür-SG Fahrer TV- tuner CAN Infotainment Stand- heizung Komfort- SG Tür-SG hi. links Tür-SG hi. rechts … LIN Vernetzung Steuergeräte Golf 5 (2004) IRÜ Sounder NGS Quelle: VW

Der Informationsaustausch über Bussysteme findet in digitaler Form statt. Dabei muss die Auflösung der Datenwörter den Genauigkeitsanforderungen entsprechen. Geringste Anforderungen bestehen bei Temperaturmessgrößen - zulässig sind Fehler bis 5 %, d.h. 1/20 vom Messbereich.  Der Messbereich muss in mind. 20 Stufen bzw. Schritte aufgeteilt werden. Um diese 20 Stufen zu kodieren, sind 5 Bit erforderlich (24=16, 25=32). Höchste Anforderungen bei kurbelwinkelbezogenen Größen. Hier wird mit Auflösungen bis 0,1 ° KW gearbeitet, d.h. 1/3600 einer Vollumdrehung.  Der Messbereich muss in mind Stufen bzw. Schritte aufgeteilt werden. Um diese 3600 Stufen zu kodieren, sind 12 Bit erforderlich (211=2048, 212= 4096).  Kfz-spezifisch notwendige Datenwortbreiten zwischen 5 und 12 Bit. Da Datenübertragung und Weiterverarbeitung in Mikrocontrollern auf der Basis von Bytes erfolgt, liegen die tatsächlichen Datenwortbreiten bei 8 oder 16 Bit. (Bemerkung: noch höhere Auflösungen bestehen im Multimediabereich. Z.B. wird bei CDs pro Kanal mit 16 Bit gearbeitet, d.h. mit jeweils Teilschritten.)

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender 0 I I I I Schieberegister Sender 0 I I I I Empfänger Schieberegister Empfänger 0 I I I I Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich.

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I I 0 Schieberegister I Schieberegister 0 I I I I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich.

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I I 0 Schieberegister Schieberegister 0 I I I I I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich. Übertragungszeit: 1 Takt

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I I Schieberegister Schieberegister 0 I I I I I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich.

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I I Schieberegister Schieberegister 0 I I I I 0 I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich. Übertragungszeit: 2 Takte

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I Schieberegister I Schieberegister 0 I I I I 0 I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich.

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I Schieberegister Schieberegister 0 I I I I I I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich. Übertragungszeit: 3 Takte

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I Schieberegister 0 0 I I 0 Schieberegister 0 I I I I I I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich.

Die Übertragung digitaler Daten vom Sender zum Empfänger kann grundsätzlich parallel oder seriell erfolgen. Sender Sender 0 I I I I 0 I I I I Schieberegister Schieberegister 0 I I I I 0 I I I I Empfänger Empfänger Übertragungszeit: 1 Takt aber 8 Leitungen erforderlich. Übertragungszeit: 8 Takte aber nur 1 Leitung erforderlich. In Kfz räumlich ausgedehnte Netze  serielle Datenübertragung.

1.3.2.1 Controller Area Network (CAN)

1.3.2.1 Contoller Area Network (CAN)
Grundzüge der Systemarchitektur: - Modularität, Flexibilität, Erweiterungsmöglichkeiten  offene Netzstruktur; - lineare Busstruktur mit theoretisch beliebig vielen Busteilnehmern; - alle Busteilnehmer sind gleichberechtigt (Multi-Master-Konzept)  Selbstüberwachung der an das Bussystem angeschlossenen Stationen und ggf. Eigenabschaltung ohne Netzbeeinflussung; - keine Empfängeradressierung  übertragene Daten stehen allen Busteilnehmern zur Verfügung  Inhaltskennzeichung erforderlich; - geringe Latenzzeiten (d.h. wie lange muss eine Station warten, um wichtige Daten senden zu können)  priorisierte Datenübertragung; Dg211.cdr Quelle: DC - hohe Sicherheit bei der Datenintegrität und netzweite Datenkonsitenz; - geringe Restfehlerwahrscheinlichkeit durch umfangreiche Maßnahmen zur Fehlererkennung.

Eigenschaften: - Highspeed CAN (Can C) maximale Datenrate: 1 Mbit/s mit Ausdehnung bis 40 m, übliche Datenrate jedoch 500 KBit/s mit bis zu 100 m Leitungslänge; - Lowspeed CAN (Can B) maximale Datenrate: 125 Kbit/s mit bis zu 500 m; - Priorisierte inhaltsgekennzeichnete (d.h. nicht adressierte) Datenübertragung als sog. Botschaften/Nachrichten mit 0 bis 8 Byte (0 bis 64 Bit) für die Übertragung von Informationen und 46 Bits (im Standardformat) bzw. 65 Bits (im erweiterten Format) zur Organisation und Absicherung der Übertragung.  Gesamtlänge einer Botschaft: ca. 110 Bit (ca. 130 Bit im erw. Format); - zerstörungsfreies Buszugriffsverfahren; - flexible Konfiguration mit theoretisch beliebig vielen Teilnehmern; - kostengünstig durch verdrillte Zweidrahtleitung; Dg211.cdr Quelle: DC - Fehlererkennung und –signalisierung; - Selbstüberwachung der angeschlossenen Stationen mit Behandlung sporadischer Fehler und Abschaltung bei Dauerfehlern; - Umfangreiche Maßnahmen zur Fehlererkennung, Fehlersignalisierung und Wiederholung von Botschaften senken Restfehlerwahrscheinlichkeit auf pro Nachricht. ( Über gesamte Lebensdauer eines Pkw (4.000 Std.) treten nur 10-2 unerkannte Fehler im System auf.)

Dg211.cdr Quelle: DC Steuergerätekopplung über das CAN Bussystem

CAN Standard im OSI Schichtenmodell
Controller Area Network (CAN) Prozess OSI Schichten (Open Systems Interconnection) CAN Spezifizierung Steuergerät z.B. für - Motor - Getriebe - ESP usw. 7. Anwendungsschicht (Application Layer) Benutzerebene Schnittstelle zur Anwendung 6. Darstellungsschicht (Presentation Layer) 5. Kommunikations- Steuerungsschicht (Session Layer) Schichten 3 bis 6 aus Gründen der Echtzeit- fähigkeit und wegen des hohen Implemen- tierungsaufwandes nicht realisiert. Mikrocontroller 4. Transportschicht (Transport Layer) 3. Vermittlungsschicht (Network Layer) Dg211.cdr Quelle: DC CAN Controller 2. Sicherungsschicht (Data Link Layer) Protokollebene 1. Bitübertragungsschicht (Physical Layer) Schnittstelle zum Übertragungsmedium CAN Tranceiver differentielle Zweidrahtleitung CANH CANL CAN Standard im OSI Schichtenmodell Nach DIN-ISO 7498 (Kommunikation offener Systeme)

Header Payload Trailer Dg211.cdr Quelle: DC CAN Botschaftsrahmen (Standardformat)

Dg211.cdr Quelle: DC CAN Botschaftsrahmen (Standardformat)

Tranceiver CAN Tranceiver CAN Tranceiver Busleitung SOF Identifier high = rezessiv low = dominant Dg211.cdr Quelle: DC Bitweise Arbitrierung/Busvergabe am Beispiel einer Eindrahtleitung (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

Tranceiver CAN Tranceiver CAN Tranceiver Busleitung SOF Identifier high = rezessiv low = dominant CAN 1 sendet ein rezessives Bit (high), bemerkt den Unterschied zum Bussignal, das sich aus den dominanten Bits (low) von CAN 2 und CAN 3 ergibt Dg211.cdr Quelle: DC Bitweise Arbitrierung/Busvergabe am Beispiel einer Eindrahtleitung (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

Tranceiver CAN Tranceiver CAN Tranceiver Busleitung SOF Identifier high = rezessiv low = dominant CAN 1 sendet ein rezessives Bit (high), bemerkt den Unterschied zum Bussignal, das sich aus den dominanten Bits (low) von CAN 2 und CAN 3 ergibt und wird inaktiv, d.h. CAN 1 verliert die Busbelegung. Dg211.cdr Quelle: DC Bitweise Arbitrierung/Busvergabe am Beispiel einer Eindrahtleitung (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

Tranceiver CAN Tranceiver CAN Tranceiver Busleitung SOF Identifier high = rezessiv low = dominant CAN 3 möchte ein high-Bit senden, CAN 2 erzwingt jedoch ein low-Bit auf dem Bus  CAN 3 verliert ebenfalls die Busbelegung. Dg211.cdr Quelle: DC CAN 1 verliert Busbelegung Bitweise Arbitrierung/Busvergabe am Beispiel einer Eindrahtleitung (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

Tranceiver CAN Tranceiver CAN Tranceiver Busleitung SOF Identifier high = rezessiv low = dominant CAN 2 bleibt aufgrund der meisten dominanten Bits im Identifier „Sieger“ bei der Busbelegung und kann nun ungestört den Rest der Botschaft übertragen. Dg211.cdr Quelle: DC CAN 3 verliert Busbelegung CAN 1 verliert Busbelegung Bitweise Arbitrierung/Busvergabe am Beispiel einer Eindrahtleitung (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

SoF 11 Bit Identifier (Standardformat) RTR Remote Transmission Bit IDE Identifier Extension Bit (erstes Bit im Steuerfeld) IDE Reservebit (erstes Bit im Steuerfeld) SoF 11 Bit Identifier (wie Standardformat) SRR Substitute RTR IDE weitere 18 Bit (erweitertes Format) RTR Dg211.cdr Quelle: DC Standardformat mit 11 Bit  211 = Identifier erweitertes Format mit 29 Bit  229 = Identifier CAN Botschaftsrahmen - Identifier

Synchronisation der Stationen SoF Abtasten der Information Dg211.cdr Quelle: DC CAN Botschaftsrahmen - Bitstuffing

fehlende Synchronisation der Stationen bei aufeinanderfolgenden gleichen Bits SoF Abtasten der Information fehlerhaft durch unterschiedliche Taktfrequenzen Sender/Empfänger Dg211.cdr Quelle: DC CAN Botschaftsrahmen - Bitstuffing

Synchronisation der Stationen durch Stuffing-Bits, eingefügt vom Sender nach fünf gleichen Bits. SB SB SB SB SoF Abtasten der Information in der Zeitmitte der Bits beim Sender gewährleistet. Stuffing-Bits werden beim Empfänger wieder herausgefiltert (Destuffing). Dg211.cdr Quelle: DC Außerdem können Leitungsstörungen erkannt werden. CAN Botschaftsrahmen - Bitstuffing

Absicherung aller vorausgegangenen Bits durch eine „Prüfsumme“ mithilfe eines Cyclic Redundancy Check (zyklische Redundanzprüfung).  Sehr sicheres Verfahren mit äußerst geringer Restfehlerwahrscheinlichkeit. Dg211.cdr Quelle: DC CAN Botschaftsrahmen – CRC Sequenz

- Alle Stationen des Busses überprüfen ständig die Einhaltung des Datenrahmens. Erkennt eine Station einen Fehler, so unterbricht sie durch Senden eines Error-Frames die laufende Übertragung. Ein Error-Frame besteht unter Verletzung der Stuffing-Regel aus sechs aufeinanderfolgenden dominanten Bits (0), was sowohl die sendende als auch alle anderen Stationen erkennen. Die sendende Station bricht die Übertragung ab und versucht es später erneut. - In allen Stationen ist ein Fehlermechanismus zur Selbstüberwachung implementiert. Erkennt eine Station einen Fehler zuerst, so wird ein Fehlerbit gesetzt und ein Fehler- Zähler hochgezählt. Bei Erreichen einer ersten Fehlerschwelle schaltet sich die Station passiv, d.h. sie sendet nicht mehr (auch keine Fehler-Frames). Bei Erreichen einer zweiten Fehlerschwelle wird die Station komplett inaktiv. Dg211.cdr Quelle: DC CAN Botschaftsrahmen - Fehlerbehandlung

CAN Probleme: - Der CAN-Bus ist für hoch priorisierte Botschaften prinzipiell echtzeitfähig, aber nur bei geringer bis mittlerer Busauslastung und wenn alle Stationen ordnungsgemäß arbeiten. - Bei hoher Buslast oder bei einer fehlerhaften Station (bubbling idiot) kann die Übertragung wichtiger Informationen innerhalb eines Zeitrasters nicht mehr gewährleistet werden, d.h. der Bus ist nicht mehr echtzeitfähig.  CAN Bus für Vernetzung sicherheits- und/oder zeitkritischer Systeme wie Airbag, Lenkung, Bremsen nicht geeignet. Dg211.cdr Quelle: DC

Dg211.cdr Quelle: DC Systemkopplung über CAN (SLIO = Serial Linked I/O, hat sich aus Kostengründen nicht durchgesetzt)

Weitere Bussysteme 1 Bordnetz 1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände 1.3 Bordnetzstrukturen 1.3.1 Energiefluss/Leistungsverteilung Elektroenergiebilanz/Elektrizitätsmengenbilanz Grundlagen Ermitteln der Verbraucherelektrizitätsmenge Ermitteln der Generatorelektrizitätsmenge Überprüfen und Optimieren der Elektrizitätsmengenbilanz Probleme des 14V/28V-Niederspannungsbordnetzes Mehrspannungsbordnetze Sicherheit beim Umgang mit Hochvolt-Bordnetzen 1.3.2 Informationsfluss/Bussysteme Controller Area Network (CAN) Weitere Bussysteme

Systemkopplung über CAN – lokale Vernetzung über LIN
Weitere Bussysteme Dg211.cdr Quelle: DC Systemkopplung über CAN – lokale Vernetzung über LIN

Datenbusse im Karosserie- und Komfortbereich (bis 125 kBit/s)
Weitere Bussysteme Datenbusse im Karosserie- und Komfortbereich (bis 125 kBit/s) mit Unter-Bussen bis 10 kBit/s Dg167e.cdr Heutige Kfz-Bussysteme

Weitere Bussysteme Datenbusse im Karosserie- und Komfortbereich (bis 125 kBit/s) mit Unter-Bussen bis 10 kBit/s Dg167e.cdr Datenbusse im Antriebsstrang (bis 1 MBit/s) Heutige Kfz-Bussysteme

Weitere Bussysteme Datenbusse im Karosserie- und Komfortbereich (bis 125 kBit/s) mit Unter-Bussen bis 10 kBit/s Dg167e.cdr Datenbusse im Antriebsstrang (bis 1 MBit/s) Datenbusse für sicherheitskritische Anwendungen (bis 10 MBit/s) Heutige Kfz-Bussysteme

Weitere Bussysteme Datenbusse im Karosserie- und Komfortbereich (bis 125 kBit/s) mit Unter-Bussen bis 10 kBit/s Dg167e.cdr Datenbusse im Antriebsstrang (bis 1 MBit/s) Datenbusse für sicherheitskritische Anwendungen (bis 10 MBit/s) Datenbusse im Multimediabereich (bis 150 MBit/s) Heutige Kfz-Bussysteme

mögliche künftige Netzstruktur in Kfz
Weitere Bussysteme Dg167e.cdr mögliche künftige Netzstruktur in Kfz Quelle: ATZ elektronik / BMW

Klasse B CAN (lowspeed)
Weitere Bussysteme Klasse A LIN Datenraten bis 10 Kbit/s (LIN = Local Interconnect Network), lokale Vernetzung von Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren. Klasse B CAN (lowspeed) Datenraten bis 125 Kbit/s (CAN = Controller Area Network), Vernetzung von Steuergeräten im Karosserie- und Komfortbereich. Klasse C CAN (highspeed) Datenraten bis 1 Mbit/s, Vernetzung von Steuergeräten im Antriebsstrang. Klasse C+ FlexRay und TTP Datenraten bis 10 Mbit/s, Vernetzung von Steuergeräten mit sicherheitskritischem Hintergrund. FlexRay  vorranging im Automobilbau, TTP (= Time Triggered Protocol)  vorrangig im Flugzeug- und Schienenfahrzeugbau. Dg211.cdr Quelle: DC Klasse D MOST Datenraten bis 150 Mbit/s, Vernetzung von Steuergeräten im Multimediabereich. Klasse E Ethernet Datenraten bis 1000 Mbit/s, Paketorientierte Vernetzung der meisten (aller?) Steuergeräte. Bussysteme im Kraftfahrzeug

1 Bordnetz 1.1 Schaltzeichen und Schaltpläne 1.2 Leitungswiderstände

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