vorlesung „embedded software-engineering im bereich automotive“ · 2008. 11. 4. · dr. b....
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Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Vorlesung „Embedded Software-Engineering im Bereich
Automotive“
Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Professur Softwaretechnologie
WS 2008/2009
Dr. rer. nat. Bernhard [email protected]
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Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive
• Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Professur Softwaretechnologie
• WS 2008/2009
• Vorlesungszeiten 6 Blöcke à 3 h bis Dezember 2008 entspricht 18 Zeitstunden Exkursion à 4,5 h insgesamt 22,5 h oder 2 SWS
• Termine Montag, 14:50 – 16:20, 16:40 – 18:10 20.10., 03.11., 10.11., 17.11., 01.12., 15.12. Ersatztermine: 24.11., 08.12. Exkursion: 18.11., 02.12.
• Raum E09
• Dozent Dr. rer. nat. Bernhard Hohlfeld [email protected]
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Exkursionen
• Werksbesichtigung „Gläserne Fabrik“ in Dresden (Montage Volkswagen Phaeton)
• Termin 18.11., 9:30
• Kosten: 45 EURO für die Gruppe
• Teilnehmer: max. 25 Personen
• Anmeldung bis 03.11. per email an [email protected]:
• Name, Vorname, email-Adresse
• Anmeldungen werden in der Reihenfolge des Eingangs berücksichtigt
• Halbleiter-Entwicklung und Fertigung für Automotive in Dresden (http://www.infineon.com)
• Angefragte Termine: 18.11., 02.12.
• Absage durch Infineon
• Porsche Leipzig
• Lehrstuhl KFZ-Elektronik / Prof. Bäker
• KFZ-Zulieferer im Raum Dresden
• Über Prof. Bäker?
• Digades http://www.digades.de (Zittau)
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Inhalt und Zeitplan
1. Motivation und Überblick (20.10.)
2. Grundlagen Fahrzeugentwicklung, KFZ-Elektronik und Softwarebis 3. Historische Entwicklung von Hardware und Software im KFZ (20.10.)
3. Übersicht Automotive Elektrik/Elektronik-Entwicklung (E/E)
4. Protokolle und Bussysteme
5. Betriebssysteme und standardisierte Systemarchitekturen
6. Verfahren für die Embedded Software Entwicklung
7. Unterstützungsprozesse für die Embedded Software Entwicklung
8. Wichtige Normen/Standards/Empfehlungen für die Embedded Software Entwicklung
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2. Grundlagen Fahrzeugentwicklung, KFZ-Elektronik und Software
1. Wichtige Grundbegriffe, Wirtschaftliche Situation und Bestandsaufnahme Automotive Markt (20.10.)
2. Hersteller (OEM) und Zulieferer-Landschaft (20.10.)
3. Historische Entwicklung von Hardware und Software im KFZ (20.10.)
4. Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
5. Anwendungsdomänen
6. Trends in der Fahrzeugentwicklung
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4. Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung
4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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4. Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung
4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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Phasen der Fahrzeugentwicklung (Schematisch)
Anstösse• Kundenwünsche• Technischer Fortschritt• Wettbewerbsdruck • Gesetzliche Bestimmungen
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T-50
Konzeption
ProduktionT-18
T-36
T=0
Produktkonzept-Phase
Strategiephase
Produktentwicklung
Prozessentwicklung
Strategie Entwicklung
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Ideenfindung
9
Strategiephase
Produktportfolio
Markt
Innovationsfelder
Kun
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tKonzeptphase
Gesamtfahrzeug
Konzeptheft
Car
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T-50 T-36
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Ideenfindung: Treiber und Methoden
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4.Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf3. Qualitätssicherung
4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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Entwicklungsablauf: Erfolgsfaktoren
• Theorie
• Lastenheft
• Projektbearbeitung: Management und Engineering
• A-Muster
• B-Muster
• C-Muster: keine funktionale Änderung
• SOP (Start of Production)
• Praxis
• C-Muster
• erhebliche funktionale Erweiterung in Software
• Risiken
• Nachbesserung nach SOP
• SOP-Verzögerung
• Rückrufaktionen
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Entwicklungsablauf: Prototypen und Erprobung
• A-Muster
• Einbaudummy
• Emulierte Systeme
• Bedingt funktionsfähig
• B-Muster
• Bedingt funktionsfähig
• Nicht alle Funktionen implementiert
• C-Muster
• Entspricht Bauform und Funktionen
• Kleinserienteile
• D-Muster
• Erste Serienteile
• unabgestimmt
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Entwicklungsablauf: Erfolgsfaktoren
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Produktentwicklung
Prozessentwicklung
Lieferantenauswahl
Konzeption Entwicklung Produktion-36 0
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Phasen der Fahrzeugentwicklung
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Prototypenfreigabe
Design FreezeWerkzeugfreigabe Erstmusterfreigabe
Lastenhefterstellung
Konzeption Entwicklung Produktion
-36 0Serienwerkzeugerstellung
Prototyp 1 Erprobung 1
Erprobung 2Prototyp 2
Teilefreigabe
Prototypenfreigabe
Prozessfreigabe
Konstruktion
Erprobung 3Prototyp 3
Prototypenfreigabe
ProzessfreigabeKonstruktion
Konstruktion
Prototypenerstellen
Testen
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Phasen der Fahrzeugentwicklung
• Entwicklung
• Nachweis Konzepttauglichkeit 100%• Konzeptbestimmende Technologien früh im Prozess validieren
• Neue Technologien• Komplexe Module• Langläufer-Entwicklungen
• Bekannte Technologien im Laufe der Entwicklung validieren• Varianten bekannter Lösungen
• Bauteilanforderungen koordinieren zwischen • verschiedenen Abteilungen
• verschiedenen Zulieferern• Vorteile
• Absichern Risiko-Bereiche• Projektstart beschleunigen
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Konzeption Entwicklung Produktion
-26
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Phasen der Fahrzeugentwicklung
• Entwicklung: Design Freeze
• Lastenheft
• verabschiedet
• Vertragsgrundlage
• Produktkonstruktion abgeschlossen
• Serienwerkzeug-Freigabe
• Änderungsmanagement wird gestartet
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Konzeption Entwicklung Produktion
-18
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Phasen der Fahrzeugentwicklung
• Entwicklung: Prototypen-Vorserie
• Prototypenbereitstellung
• Montagekonzepte realitätsnah erproben
• Entwicklung: Null-Serie
• Zulieferer:
• Erstmusterabnahme inklusive Erstmusterprüfbericht (EMPB)
• Start Prozessfreigabe
• OEM:
• Abgestimmte serienwerkzeugfallende Teile
• 100% Serien-Montageprozess
• Prozessabläufe verabschiedet
• Serientaktzeiten noch nicht erreicht
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Konzeption Entwicklung Produktion
-14-8
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Phasen der Fahrzeugentwicklung
• Entwicklung: SOP
• Job #1
• Übergabe der Produktverantwortung von Entwicklung an Produktion
• Erste Produktionsmonate:
• Fehlerbehebung
• Bandanlauf (stufenweise Umstellung oder Neuanlauf)
• Lagerproduktion (Lieferung an viele Händler gleichzeitig)
• Pressevorstellung
• Händlereinführung
• Serienproduktion: 3-6 Jahre
• Modellpflege / Facelift
• Bauteiloptimierung / Fehlerbehebung
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T=0
Konzeption Entwicklung Produktion
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4.Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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Qualitätsstandards
• ISO 9000
• Darstellung eines QM-Systems
• Branchenneutral
• QS 9000
• Höhere Forderungen
• Kundenzufriedenheit
• Kaizen
• Ergebnisorientiert
• Interdisziplinäre Teamarbeit
• Kunden-Lieferanten
• VDA 6.1
• Forderungen als Fragen
• mehr Elemente als ISO 9000 / QS 9000
• Reihenfolge geändert
• ISO/TS 16949
• Weltweit
• Weiterentwicklung des ISO 9001
• zwingende Qualifikation der Automobilzulieferer
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Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Qualitätssicherung: Standards und Methoden
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Qualitätssicherung: Standards und Methoden
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R.B.Shaw
R.Frost
Übung FMEA?
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Qualitätssicherung: Standards und Methoden
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4.Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung
4. Produktion5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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Fahrzeugentwicklung: Produktion
Montagemethoden
• Großserien
• Modular
• Fließbandproduktion bei OEM
• Kleinserien
• Outsourcing
• Beispiele: Mercedes E500 bei Porsche, Porsche in Finnland
• Veredelte Fahrzeuge
• Outsourcing
• Beispiel: AMG
• Maßgeschneiderte Fahrzeuge
• Manufaktur
• Beispiele: Maybach in Sindelfingen, Phaeton in Dresden
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Fahrzeugentwicklung: Produktion
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Zulieferer / Supplier Park
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4.Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung
4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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Rechtliche Aspekte
• Letter Of Intent• Zusammenfassung der Verhandlungspositionen• Keine strikte Bindungswirkung aber: vorvertragliches Vertrauensverhältnis (§311 BGB)• NDA / IP
• Einkaufsbedingungen• AGB des OEM und des Zulieferers nicht ohne Widerspruch • Empfehlung des VDA • QSV
• Qualitätssicherung• Dokumentation („D-Kennzeichnung“)
• Bei Dissens: allgemeine gesetzliche Regelung (evtl. UN-Kaufrecht)• Lieferbedingungen
• JIT-Lieferungen• Einzelheiten geregelt im Einzelvertrag (i.d.R. in der QSV)• Einbauanweisungen: Teil der Lieferung
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Rechtliche Aspekte
• Garantie (§443 BGB)
• 24 Monate nach Kauf
• Hemmung der Verjährung maximal 5 Jahre nach Lieferung an OEM
• Gewährleistung
• „frei von Sachmangel“ heißt (§434 BGB):
• vereinbarte Beschaffenheit bei Gefahrenübergang
• bzw. geeignet für vorausgesetzte Verwendung
• bzw. geeignet für gewöhnliche Verwendung, üblich bei ähnlichen Sachen
• Toleranzbereich
• Nachbesserung
• Neulieferung
• Risiken
• Einschätzung ohne ausreichende Daten
• nicht im Preis kalkuliert
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Rechtliche Aspekte
• Rückrufaktionen
• „Der Zulieferer ist grundsätzlich verpflichtet, sein Produkt auf dem Markt zu beobachten und gegebenenfalls Gefahrabwendungsmaßnahmen zu ergreifen“
• Primäre Produktbeobachtungs- und Rückrufverantwortung beim OEM.
• Sekundärpflicht des Zulieferers wird zur Primärpflicht, wenn OEM trotz Gefahr für Leib und Leben ablehnt.
• GVO (Gruppenfreistellungsverordnung)
• Verstärkung des Wettbewerbs, Unabhängigkeit von OEM
• Vertrieb von
• Fahrzeugen
• Autoteilen
• Wartungsdienstleistungen
• Zugang für unabhängige Marktbeteiligte
• zu technischen Informationen
• zu Autoteilen
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Rechtliche Aspekte
• Altfahrzeug-Gesetz
• Hersteller:
• muss Rücklagen bilden
• muss Altfahrzeuge unentgeltlich zurücknehmen
• Letzthalter
• muss Fahrzeug bei anerkannter Rücknahmestelle überlassen
• ab 2006:
• Wiederverwendung und Verwertung mindestens 85 Gewichts-%
• ab 2015
• Wiederverwendung und Verwertung mindestens 95 Gewichts-%
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4.Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung
4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik7. Vertrieb und Marketing
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Logistik
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Logistik
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4.Fahrzeugentwicklung: Von der Idee bis zur Markteinführung
1. Ideenfindung
2. Entwicklungsablauf
3. Qualitätssicherung
4. Produktion
5. Rechtliche Aspekte
6. Logistik
7. Vertrieb und Marketing
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Marktanteilprognose Neuwagenhandel in Deutschland (in Mrd. Euro bzw. %)
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5.Anwendungsdomänen
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Automotive Markt: Anforderungen
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An ein modernes Automobil werden die unterschiedlichsten Anforderungen gestellt!
Unterschiedliche Anforderungen erfordern unterschiedliche Lösungen!
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Fahrzeugsysteme
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Elektronische Systeme im Fahrzeug
Anwendungsdomänen und elektronische Subsysteme(in diesem Abschnitt nach Schäuffele / Zurawka: Automotive Software Engineering)
• Antriebsstrang (Powertrain)
• Fahrwerk (Chassis)
• Karosserie (Body)
• Multi-Media (Telematics)
Auch andere Klassifizierungen gebräuchlich (Beispiel Mercedes-Benz Technik transparent)
• Aktive Sicherheit
• Passive Sicherheit
• Karosserie
• Fahrwerk
• Innenraumtechnik
• Elektronik
• Motoren/Getriebe
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Antriebsstrang
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Elektronische Systeme des Antriebsstrangs (I)
Aggregate und Komponenten des Antriebsstrangs
• Antrieb
• Verbrennungsmotor
• Elektromotor
• Hybridantrieb
• Brennstoffzelle
• Kupplung
• Getriebe
• Schaltgetriebe
• Automatikgetriebe
• Verteilergetriebe
• Vorderachsgetriebe
• Hinterachsgetriebe
• Antriebs- und Gelenkwellen
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Elektronische Systeme des Antriebsstrangs (II)
• Nebenaggregate
• Starter
• Generator
Beispiele für elektronische Systeme des Antriebsstrangs
• Motorsteuergeräte
• Getriebesteuergeräte
(nach Schäuffele / Zurawka: Automotive Software Engineering)
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Fahrwerk
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Elektronische Systeme des Fahrwerks (I)
Komponenten des Fahrwerks
• Achsen und Räder
• Bremsen
• Federung und Dämpfung
• Lenkung
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Elektronische Systeme des Fahrwerks (II)
Beispiele für elektronische Systeme des Fahrwerks
• Antiblockiersystem (ABS)
• Elektronische Bremskraftverteilung (EBV)
• Fahrdynamikregelung / Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP)
• Feststellbremse
• Reifendrucküberwachung
• Luftfederung
• Wankstabilisierung
• Servolenkung
• Überlagerungslenkung
• Bremse
• Elektrohydraulisch
• Elektromechanisch
• X-By-Wire
• Brake-By-Wire
• Steer-By-Wire,
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Elektronische Systeme des Fahrwerks (III)
Einige der elektronische Systeme des Fahrwerks wie z.B.
• Antiblockiersystem (ABS)
• Elektronische Bremskraftverteilung (EBV)
• Fahrdynamikregelung / Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP)
werden auch als Aktive Sicherheitssysteme bezeichnet
Aktive Sicherheit
• Ziel: „Vermeidung von Unfällen“
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Karosserie
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Elektronische Systeme der Karosserie (I)
Komfortsysteme
• Fahrzeugzugangssystem
• Zentralverriegelung
• Funkschlüssel
• Diebstahlwarnanlage
• Fensterheber
• Heckklappe
• Cabrioverdeck
• Wischer und Regensensoren
• Spiegel
• Verstellung
• Abblendung
• Heizung
• Lenkradverstellung
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Elektronische Systeme der Karosserie (II)
Komfortsysteme
• Heizung und Klimatisierung des Innenraums
• Beleuchtung des Innenraums
• Fahrzeugscheinwerfer
• Steuerung
• Reinigung
• Einparkhilfen
Passive Sicherheitssysteme
• Rückhaltesysteme (z.B. Gurtstraffer)
• Airbagsteuerung incl. Sitzbelegungserkennung
• Aktive Sicherheitsüberrollbügel
Passive Sicherheit
• Ziel: „Minderung der Unfallfolgen“
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Multi-Media-Systeme / Telematik
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Multi-Media-Systeme / Telematik
• Kombiinstrument
• Tuner
• Antennen
• Verstärker
• Audiosystem
• (Kassette)
• CD
• MP3 (Datenträger: USB, HD, ..; iPod)
• Videosystem
• Navigationssystem
• Telefon
• Sprachbedienung
• Internetzugang
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Domänanübergreifende Systeme
Beispiel Adaptive-Cruise-Control-System (ACC) / Abstandsregeltempomat
• Weiterentwicklung des klassischen Tempomaten
• Sensor (z.B. Radar)
• Abstand
• Relativgeschwindigkeit
vorausfahrender Fahrzeuge
• Steuerung der Längsdynamik durch gezieltesBeschleunigen und Verzögern zum Einhalteneines konstanten Abstands
• Steuergeräte
• Motorsteuergerät (Antriebsstang)
• Getriebesteuergerät (Antriebsstrang)
• ESP-Steuergerät (Fahrwerk)
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Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
Adaptive Cruise Control (Quelle MAN)
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Adaptive Cruise Control (Quelle MAN)
Sicherheit und Bedienkomfort durch abstandsabhängige Fahrgeschwindigkeitsregelung
Geschwindigkeit wird häufig unterschätzt und der Abstand zum Vordermann leicht überschätzt. Das ACC-System ist in der Lage, sowohl die Fahrgeschwindigkeit als auch den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug im Rahmen der getroffenen Voreinstellungen selbstständig anzupassen. Es kann ab einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h genutzt werden. Der hauptsächliche Einsatzbereich liegt jedoch bei Fahrten auf Schnellstraßen und Autobahnen.
Funktion und Bedienung
Der ACC-Radarsensor mit ca. 150 Meter Sichtweite erkennt den Abstand und die Relativgeschwindigkeit der vorausfahrenden Fahrzeuge auf der eigenen Fahrspur. Das ACC-Steuergerät errechnet aus den Sensordaten, dem eigenen Spurverlauf, der Eigengeschwindigkeit und den Fahreraktionen die beste Annäherungsstrategie und steuert das Motormoment und das Bremsenmanagement (Dauer- und Betriebsbremse) an. Die Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeugs wird aktiv geregelt und dadurch der Abstand zum Vorausfahrenden eingehalten. Die Bedienung des ACC erfolgt wie bisher über den Tempomathebel. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Sollabstand nach Fahrerwunsch einzustellen, voreingestellt ist der in Deutschland gesetzlich vorgeschriebene Mindestabstand von 50 Metern. Der Fahrer behält die volle Verantwortung über das Fahrzeug und hat jederzeit die Möglichkeit das ACC-System mit dem Gaspedal zu übersteuern. Bei Betätigung des Bremspedals / Retarderhebels schaltet sich das System ab.
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Dr. B. Hohlfeld: Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive, TU Dresden, WS 2008/2009
6.Trends in der Fahrzeugentwicklung
1. Überblick
2. Innovationsgebiete
3. Entwicklungsmethodik
4. Produktionsmethodik
5. Service
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6.Trends in der Fahrzeugentwicklung
1. Überblick 2. Innovationsgebiete
3. Entwicklungsmethodik
4. Produktionsmethodik
5. Service
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Generelle Evolutionsgebiete
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Einsparpotential
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Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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6.Trends in der Fahrzeugentwicklung
1. Überblick
2. Innovationsgebiete
3. Entwicklungsmethodik
4. Produktionsmethodik
5. Service
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Innovationen in den einzelnen Domänen
62
Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Evolution der Wertanteile im Automobil
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Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Beispiel Sicherheit
64
Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Beispiel Antrieb: Hybride Antriebe und alternative Kraftstoffe
65
Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Beispiel Brennstoffzelle
66
Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Beispiel Werkstoffe: Stahl bleibt
67
Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Beispiel Werkstoffe: Gewichtsreduzierung
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Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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6.Trends in der Fahrzeugentwicklung
1. Überblick
2. Innovationsgebiete
3. Entwicklungsmethodik4. Produktionsmethodik
5. Service
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Bauteilauslegung: Integration
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6.Trends in der Fahrzeugentwicklung
1. Überblick
2. Innovationsgebiete
3. Entwicklungsmethodik
4. Produktionsmethodik5. Service
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Bewältigung der Modellvielfalt
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Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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Modulare Karosserie
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Quelle: Mercer / Hypovereinsbank
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6.Trends in der Fahrzeugentwicklung
1. Überblick
2. Innovationsgebiete
3. Entwicklungsmethodik
4. Produktionsmethodik
5. Service
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Unzufriedenheit mit Dienstleistung
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Traditionelle Händler unter Druck
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