Labor Elektronik und Regelsysteme (LFE)

Arbeitsgebiete

Arbeitsgebiet Mikrocontrollertechnik (Prof. Dr. André Böhm)

Im Labor Mikrocontrollertechnik wird als Beispiel für die Anwendung in einem Automotive-Steuergerät ein vollständiges 1:10 Modell eines Elektrofahrzeuges inkl. eines komplexen Bedienpanels mit Funktionalität versehen. Diese umfasst:

  • Ein Grafik-Display zur Darstellung von Statusinformationen, Messwerten und zeitlichen Verläufen
  • Licht, Bremslicht und Blinker
  • Lenkung, Antrieb und Rekuperation
  • Messung von Spannungen und Strömen im Antriebsstrang

Zur Steuerung dieser Funktionen existieren am Bedienpanel diverse Schalter, Taster, Dreh- und Schieberegler, die Sie schrittweise in Betrieb genommen werden.

Dabei wird ein komplexes und umfangreiches Programm zur Steuerung des im Modell integrierten Mikrocontrollers erstellt. Das Hintergrundwissen für die verschiedenen Funktionen wird parallel in der Vorlesung erarbeitet.

Arbeitsgebiet 48V Bordnetz  (Prof. Dr. André Böhm, Prof. Dr. Jügen Haag)

Arbeitsgebiet Kfz Aktuatorik  (Prof. Mathias Oberhauser)

Die zahlreichen mechatronischen Systeme die in modernen Fahrzeugen verbaut werden enthalten eine Vielzahl von Aktuatoren (Stellern). Deren statische und dynamische Genauigkeit beeinflussen maßgeblich die Sicherheit (Beispiel ABS/ESP), Umweltfreundlichkeit (Beispiele Abgasrückführung Verbrennungsmotor, Dosierung Luftstrom in eine Brennstoffzelle) und den Komfort (Beispiele Sitzverstellung, Automatikgetriebe) der Fahrzeuge. Die Studierenden lernen an verschiedenen Laborarbeitsplätzen die Ansteuerung von bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDCs) kennen, nehmen mit einer von der Magura Stiftung gespendeten Magnetpulverbremse deren Kennlinie auf, messen die Durchströmung von pneumatischen Ventilen mit einem Laminar Flow Element Sensor sowie den Frequenzgang eines hydraulischen Servoventils. Alle Prüfstände sind mit digitaler Messwertaufnahme ausgestattet.

Arbeitsgebiet Regelungstechnik  (Prof. Mathias Oberhauser)

Die komplette Entwurfskette einer modernen Regelung vom mathematischen Modell bis zum Mikrocontrollerprogramm wird am Beispiel der Positionsregelung einer Drosselklappe aus einem aktuellen Vierzylindermotor demonstriert. Der Aufbau des Laborversuchs erfolgte in Zusammenarbeit mit der Daimler AG.  Die in der Software Matlab/Simulink entworfenen Regelalgorithmen können mit Hilfe einer dSPACE Mikroautobox ohne zusätzliche manuelle Programmierung mit der realen Drosselklappe getestet werden. Wie in der Industrie üblich wird die fertig entwickelte Regelung für die Serie von der sehr mächtigen aber teuren Mikroautobox auf einen preisgünstigen Mikrocontroller portiert, der über eine im Labor selbst entwickelte und gefertigte Leistungselektronik die Drosselklappe bewegt. Ein weiteres sehr anschauliches Demonstrationsobjekt für moderne Regelungstechnik ist das inverse Pendel, das mit Hilfe einer von der Firma Festo gestifteten Zahnriemenachse aufgebaut wurde.

Arbeitssgebiet "Elektrische Antriebe im Fahrzeug" (Prof. Dr. J. Haag, Prof. Dr. O. Zirn)

Laborübungen und Projekte

Im Labor Fahrzeugtechnik Elektronik und Regelsysteme finden zu Lehrveranstaltungen des Schwerpunkts „Fahrwerk und Regelsysteme“ interessante und umfangreiche Laborübungen statt. Konkret sind das die Laborübungen „Kfz-Elektronik“, „Aktuatorik“ und „Mikrocomputertechnik“, in denen die Studierenden in Zweiergruppen elektronische Systeme und elektrische Antriebe aufbauen, bewerten und vermessen sowie Mikrocomputer in Fahrzeugmodellen programmieren.

„Blended“ Learning am Beispiel Elektromotoren
Moderne Didaktikkonzepte kombinieren textuelle Information, Animationen und haptische Erfahrungen. Mit Hilfe eines Lehrsystems der Firma Lukas-Nülle können die Studierenden die Grundlagen elektrischer Stellsysteme auf diese Art und Weise erlernen. Durch Computeranimationen werden zunächst die physikalischen Hintergründe gezeigt. Danach müssen die Laborteilnehmer die Schaltungen mit Original-Industrieteilen aufbauen und können ihre Ergebnisse über eine serielle USB Schnittstelle auf dem PC Bildschirm mit sogenannten virtuellen Instrumenten anzeigen.

Laborausstattung

Das Labor verfügt über Mikrocontroller-Entwicklungsplätze.
Die Mikrocontrollerprogrammierung erfolgt in der Programmierspreche C und MATLAB/Simulink. Das Entwicklungstool für Kfz-Bussysteme ist CANoe, Fa. Vector.
Für den Aufbau von Prototypengeräten steht eine mechanische Werkstatt zur Verfügung. Schaltungslayouts werden mit EAGLE erstellt.  
Das Labor Mikrocomputertechnik verfügt über 9 Laborplätze, die jeweils ein voll funktionales 1:10 Modell eines Elektrofahrzeugs basierend Arduino-Mikrocontrollerboards darstellen.
 

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Mathias Oberhauser
Prof. Mathias Oberhauser
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