Kopf und Herz des Fahrzeugs - IAV

Kopf und Herz
des Fahrzeugs
Software- und Funktionsentwicklung
1

Ansprechpartner:
Daniel Hess
+49 30 39978-9375
Wir entwickeln, was bewegt:
IAV – Ihr Partner für Automotive
Engineering
Unser Engineering bewährt sich in Fahr -
zeugen auf der ganzen Welt. Als einer
der führenden Entwicklungspartner der
Automobilindustrie bietet IAV 30 Jahre
Erfahrung und ein unübertroffenes Kom -
petenzspektrum. Mit Leidenschaft und
der Kompetenz für das ganze Fahrzeug
realisieren wir Lösungen in technischer
Perfektion. Dabei haben wir rationale und
emotionale Aspekte gleichermaßen im
Blick. Hersteller und Zulieferer unterstützen
wir weltweit mit mehr als 5.000 Mitarbeitern
und einer erstklassigen Ausstattung bei der
Realisierung ihrer Projekte – vom Konzept
bis zur Serie: Ihre Ziele sind unser Auftrag.
Mehr dazu und zu unserer einzigartigen
Kompetenzbreite erfahren Sie auf
www.iav.com.
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Standorte in
Deutschland:
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Gifhorn
Ingolstadt
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Ludwigsburg
München
Neckarsulm
Neustadt
Nürnberg
Regensburg
Rostock
Rüsselsheim
Weissach
São Paulo
Pune
Weltweite Entwicklungskompetenz
von IAV

Inhalt
Mission-Statement 4
Funktionsentwicklung 6
Beispiel Funktionsentwicklung 7
Funktionsentwicklung/Abgasnachbehandlung 8
Beispiel Abgasnachbehandlung 9
Softwareentwicklung 10
Beispiel Software 11
Elektronik 12
IAV FI 2RE 14
IAV Indicar 15
Änderungen vorbehalten, Stand : V 05/2013
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Mission-Statement
Software- und Funktionsentwicklung
Moderne Dieselmotoren sind ohne
Elektronik, Steuerungs- und
Regeltechnik undenkbar.
Die Tatsache, dass ein Auto auf der Strecke
zwischen unseren Entwicklungszentren
Gifhorn und Berlin (220 km) weniger Ruß
emittiert, als in die Bleistiftmine passt, ver -
danken wir einer hochpräzisen Zu messung
von Kraftstoff und Luft in den Brennraum,
die ohne moderne Steuergeräte nicht
denkbar wäre. Der einst als laut, langsam
und dreckig verschriene Dieselmotor
konnte seinen Wandel zum sauberen,
dynamischen, energieeffizienten Antrieb,
der in Europa nahezu die Hälfte aller Neu -
fahrzeuge antreibt, nur dank Innovationen
im Bereich Steuerungs- und Regelungstechnik
erreichen. Um genau die richtige
Kraftstoffmenge unter dem richtigen Druck
in den Brennraum einzuspritzen, bestimmt
heute Software auf die Mikrosekunde
genau die Öffnungszeiten des Einspritzventils,
und das Vorgang für Vorgang mit
gleich bleibender Präzision. Software
steuert die komplexen chemischen
Prozesse, die in einer modernen Abgasnachbehandlungsanlage
laufen, berechnet
Füllstände von Rußfiltern und SCR-Spei -
chern, Abbrand- und Konversionsraten
und regelt die Zufuhr von Reduktionsmitteln
entsprechend. Übergeordnete Diagnosefunktionen
wachen darüber, dass diese
Systeme auch über die typische Lebens -
dauer des Fahrzeugs einwandfrei funktionieren,
und schlagen Alarm, wenn der
genannte Bleistift schon nach 190 km
verbraucht wäre.
Wir sind die, die aus Konzeptideen
Funktionen machen, diese implementieren
und in Serie bringen.
Wir sind die, die Funktionen in Software
integrieren, mit dem Wissen über Entwicklungsprozesse
und Sicherheitskonzepte.
Wir sind die, die für neue Funktionen
Prototypenhardware entwickeln und bauen.
Wir tragen mit diesen Leistungen – von
der Funktionsentwicklung über Software -
implementierung und -integration bis zu
leistungsfähiger Prototypenhardware zum
Einsatz im Versuch – entscheidend zum
Erfolg unserer Kunden und von IAV bei.
Der Motor wird von vielen als das Herz
des Automobils gesehen, wenn das so ist,
dann sind moderne Steuergeräte mit ihren
vielfältigen Funktionen mit Fug und Recht
als Kopf des Fahrzeugs zu bezeichnen.
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Zuerst die Idee
Funktionsentwicklung
Die Elektronik in Fahrzeugen und damit
auch die benötigten Algorithmen und
Funk tionen spielen eine zunehmend
größere Rolle. Sie erwecken das Fahrzeug
zum Le ben und beeinflussen dessen
Charakter: Sie steuern, regeln und über -
wachen. Sie geben dem Fahrer das
Feedback auf seinen Wunsch, sorgen
für die Einhaltung von niedrigsten Ver -
bräuchen und Emissionen über die
Fahrzeuglebensdauer.
Der Trend zu mehr Elektronik wird sich noch
stärker ausweiten. Damit steigen auch die
Komplexität des Gesamtsystems und die
Anforderungen an die einzelnen Gewerke:
Neuartige Konzepte zur Regelung der
Verbrennung, deren Erprobung in der
Simulation und am Fahrzeug sowie
leistungsfähige Elektronikhardware für
den Test von neuen Algorithmen sind
nur einige Beispiele. IAV hat es sich zur
Aufgabe gemacht, diese Komplexität
zu meistern und Lösungen für Aufgaben
von morgen schon heute zu erarbeiten.
Mittels unserer Ideen, Prozesse, unter -
stützenden Dienstleistungen und maß -
geschneiderten Lösungen verfolgen
wir einen ganzheitlichen Ansatz. Dieser
berücksichtigt dabei sowohl die Schnittstellen
der Motorelektronik zur Entwicklung
von modernen Brennverfahren und Abgasnachbehandlungssystemen
als auch die
anschließende Serienentwicklung dieser
mit ihrem hohen Qualitätsanspruch und
engen Zeitrahmen.
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Funktionsentwicklung
Dieselhybrid
Beispiel Funktionsentwicklung
Die Zahl der möglichen Hybridstrukturen ist
je nach Anwendungsfall sehr groß. Bei der
Entwicklung von Hybridfahrzeugen muss
aber auch zwischen Mehrkosten, Mehrwert
und Einsparpotenzial abgewogen werden.
Die hohe Komplexität von Hybridfahrzeugen
erfordert für die Entwicklung die Kombination
von Experiment mittels Rapid Prototyping
und Simulation.
Für die Simulation und die modellbasierten
Software-/Rapid-Prototyping-Entwicklung
stehen IAV eigene Tools zur Verfügung.
Um die schnelle Integration neuer Funk -
tionen zu ermöglichen, wird das mit Matlab/
Simulink programmierbare Rapid-Prototyping-System
IAV MPEC (Modular Prototyping
Engine Controller) eingesetzt.
Das System lässt sich sowohl als autarke
Steuerungseinheit im Steuergeräteverbund
als auch im Bypass zu einem bestehenden
System verwenden.
Neben der Optimierung des Energie -
managements und der Motorsteuerung
zur Reduzierung von Verbrauch und
Emissionen liegt ein weiterer Schwerpunkt
auf der Reduktion des immer komplexer
werdenden Abgasnachbehandlungssystems.
Ein weiterer Fokus liegt in der
Entwicklung der:
• Start-Stopp-Koordination und
Kaltstarttests von Hybridsystemen,
• Koordination der Getriebeeingriffsmomente,
• Integration des Rekuperationsmomentes
in die Momentenstruktur,
• Momentenaufteilung und Fahrverhaltensfunktionen
und
• hybridspezifischen Anpassung des
Motormanagements.
Verbrauch Abgas Leistung Kosten
7

Effiziente Umsetzung
Funktionsentwicklung/Abgasnachbehandlung
Stetig steigende Anforderungen der Ab gas -
gesetzgebung an die Reduktion von Schadstoffemissionen
erfordern neben der motor -
seitigen Optimierung von Verbren nung und
Aufladeverfahren auch aktive Maß nahmen
zur Abgasnachbehandlung. Dabei ist eine
exakte Regelung der Prozessgrößen im
Motor sowie in dessen Abgasnachbehandlungsstrang
ein entscheidender Parameter
für den Erfolg.
Echtzeitfähige Funktionslösungen auf dem
Motorsteuergerät sorgen für einen optimalen
Betrieb in den verschiedenen Umweltbedingungen
und Fahreinflüssen. Um diese stei -
gende Komplexität be herrsch bar zu machen,
setzt IAV auf den Einsatz von modellbasier -
ten Software funktionen, in denen vorrangig
die physi kalischen Systemparameter als
Applikations größe genutzt werden können,
um den Anpassungsauf wand zwischen
verschiedenen Fahrzeug varianten möglichst
gering zu halten. Durch den Einsatz virtueller
Entwicklungsumgebungen (Kopplung von
Motor und/oder ANB-Strecke mit der
jewei l igen Funk tionssoftware) können
bereits sehr früh im Entwicklungsprozess
Rückmeldun gen vom späteren Systemverhalten
in ver schiedenen Fahrzyklen ermittelt
werden. Dies ermöglicht eine signifikante
Beschleunigung des Funktionsentwicklungsprozesses,
da somit nahezu unbegrenzte
Test - möglichkeiten zur Verfügung stehen
und auch messtechnisch schwer zugängliche
Größen (wie z. B. NH 3 -Füllstand im SCR)
leicht erfassbar sind. Interaktionen zwischen
verschiedenen Applikationsstrategien,
Bedatungsständen oder Regelzielgrößen
können somit früh zeitig und mit minimalem
Messaufwand an realen Prototypen bewertet
und optimiert werden. Diese voroptimierten
und grund bedateten Funktionen können
dann für die Validierungsphase am Motorprüfstand
und im Fahrzeug angepasst und
fein optimiert werden.
8

Unterschiede
SCR/DPF vs. SCR
Beispiel Abgasnachbehandlung
Ein starker Entwicklungsfokus in der dieselmotorischen
Abgasnachbehandlung liegt
unter anderem in der Minimierung der Stickoxidabgasemissionen.
Die SCR-Techno lo -
gie bietet hierbei große Reduktions po tenziale
über weite Bereiche der Fahrzyklen
ab dem Überschreiten chemisch bedingter
Abgastemperaturschwellen. Dem gegen -
über stehen CO 2 -optimierte Fahrzeugkonzepte
mit stetig sinkenden Abgas -
temperaturen. Um diesem Zielkonflikt zu
begegnen, bieten integrierte SCR/DPF-
Komponenten eine Möglichkeit, den SCR
schnellstmöglich nach Motorstart in seinen
optimalen Betriebstemperaturbereich zu
bringen (und zu halten), um somit maximale
Umsatzraten zur Erfüllung künftiger Abgasemissionsgrenzwerte
zu erreichen. Diese
Integration erfordert unter anderem die
Anpassung der Regelungs- und Diagnosestrategie,
insbesondere sobald nachgeschaltet
weitere DeNO X ierungs-Kompo -
nenten (z. B. weiterer SCR) verbaut sind.
Höhere Temperaturgradienten im
SCR/DPF
• Schutz vor NH 3 -Schlupf notwendig
• Schnelle Steuerung des NH 3 -Füllstands
Einfluss auf NH 3 -Speicherfähigkeit
des SCR/DPF
• Dynamische Vorsteuerung der Dosierung
für verschiedene NH 3 -Füllstände
Problem: geänderte Inhibitions- und
Alterungsrisiken
• Wechselwirkung der DeNO x -Rate durch
Einlagerungseffekte von Ruß und Asche
(z. B. Verkleinerung des effektiven SCR-
Volumens durch Ascheeinlagerung)
• Hohe thermische Belastung während der
Regeneration (alternative Regenerationssteuerung)
Berücksichtigung von NH 3 -Oxi -
dation durch motornahe Dosierung
DOC-Monitoring
• Keine HC/CO-Konvertierung im SCR/DPF
geringere Alterung des DOC zulässig,
bis OBD-Limit erreicht
• Reduzierung der Trennschärfe während
RGN Alternative: DOC-Light-off-Lern -
algorithmus
DPF-Monitoring
• P Diff -basierte DPF-Diagnose für zukünftige
OBD-Grenzwerte u. U. nicht ausreichend
• Potenzielle Alternative: PM-Sensor -
basierte DPF-Diagnose
SCR-Monitoring
• Effizienzdiagnose über NO x -Sensoren
• Pin-Pointing zwischen SCR/DPF und SCR
(bei Tandem-SCR-System) herausfordernd
Modifizierte OBD-Strategie für
neue Dosierhardware aufgrund
motornaher Dosierung
Erschwernisse durch Langzeit-
(Alterung) und Kurzzeiteffekte
(Einlagerungen)
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Systeme verstehen
Softwareentwicklung
In den vergangenen Jahren sind die An for -
derungen an moderne Fahrzeuge stetig
gestiegen. Steigende Ansprüche an Si -
cherheit, Komfort und Effizienz lassen die
Anzahl der Komponenten im Antriebsstrang
steigen und führen somit zu er heblicher
Komplexität der beteiligten Softwarekomponenten
in Motor- und Getriebesteuergeräten.
IAV ist Ihr verlässlicher Partner bei der Um -
setzung neuer Anforderungen an Ihre Soft -
ware. Softwarequalität erfordert neben
Automotive-SPICE-konformen Prozessen
und hohen Qualitätszielen ein detailliertes
Systemverständnis, um Ihre Anforderungen
erfolgreich umzusetzen. IAV setzt in Ihren
Softwareprojekten auf Fachexperten, die
neben den funktionalen Anforderungen
immer die endlichen Steuergeräteressour -
cen im Blick haben.
Neben der klassischen „Handcodierung“
greift IAV auf langjährige Erfahrung
im Bereich der automatischen Codegenerierung
mit bekannten Werkzeugen wie
Matlab/Simulink und Ascet zurück. Der
generierte Code wird in SiL- und HiL-Um -
gebungen auf Herz und Nieren getestet.
Dabei werden die hohen IAV-Qualitäts -
anforderungen individuell um die An for -
derungen des Kunden ergänzt.
Das Leistungsspektrum der Softwareentwicklung
bei IAV reicht von Teilpaketen,
wie automatisierten Systemtests am Full-
Size-HiL, über Sicherheitskonzepte und die
Beratung zu ISO 26262 bis hin zu Turn-Key-
Projekten in Zusammenarbeit mit der
Funktionsentwicklung und der Fahrzeug -
applikation.
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Modellbasierte
Softwareentwicklung
Beispiel Software
Bei der Entwicklung von Softwarekomponenten
für den Powertrain greift IAV auf
eine langjährige Erfahrung im Bereich der
modellbasierten Softwareentwicklung zu -
rück. Hierbei erfolgt die „Programmierung“
der Algorithmen und Datenstrukturen
mithilfe von modernen Entwicklungswerkzeugen
wie Matlab/Simulink. Aus diesen
Funktionsmodellen lässt sich automatisiert
der Quellcode für die Serie generieren.
Als Vorteile dieser Methodik sind vor allem
die gute Dokumentation der Softwarealgorithmen
mithilfe von Blockschaltbildern,
die Reproduzierbarkeit des Quellcodes
und die damit einhergehende Code qualität
zu nennen.
Über die Anwendung der Methodik zur
modellbasierten Entwicklung hinaus bietet
IAV auch die individuelle Anpassung von
Entwicklungsumgebungen an.
• Kritische Analyse von Funktions -
anforderungen
• Spezifikation von Softwareanforderungen
• Spezifikation und Sicherstellung
von Software-Schnittstellen
• Implementierung mit Matlab/Simulink
oder Ascet
• Einbindung von existierenden Modulen in C
• Einhaltung von Modellier- und Codier -
richtlinien
• Automatische Codegenerierung
• Statische und dynamische
Codeverifikation
• Modultest in einer Software-in-the-Loop-
Umgebung
• Softwareintegration und Softwarebuild
• Integrationstest und Inbetriebnahme an
einer Hardware-in-the-Loop-Umgebung
oder am Fahrzeug
Spezifikation und
Implementierung
Codegenerierung
und Modultest
SW-Integration
und SW-Build
SW-Integrationstest
und Systemtest
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Wegbereiter für die
Vorentwicklungsthemen
Elektronik
In Automobilen hat die Elektronik zuerst
mit der simplen Transistorzündung Einzug
gehalten. Heutzutage sind Motorsteuergeräte
ohne Leistungselektronik und
digitale Echtzeitsteuerung nicht mehr
denkbar. Neben der Zündung wird nicht
nur die Einspritzung längst vollelektronisch
gesteuert. Alle Aktuatoren und Sensoren
am Motor werden mittlerweile ausnahmslos
elektronisch angesteuert bzw. erfasst.
In der Vorentwicklung werden an die Elek -
tronik besondere Anforderungen gestellt:
Höchste Flexibilität und die ständige An -
passung an aktuelle Bauteilentwicklungen
sind hier gefragt.
Elektronische Tools für die Vorentwicklung
müssen robust sein und haben meistens
noch gar keine Entsprechung in vorhan -
denen Seriensteuergeräten. Die Vorentwicklung
probiert Neues und möchte sich
in ihren Ideen möglichst nicht von elektronischen
Baugruppen beschränkt wissen.
Für neue Baugruppen liefern wir in über -
schaubarer Zeit Anpassungen oder falls
nötig Neuentwicklungen.
Neue Aufgabenfelder wie z. B. die Zylinderdruckerfassung
und -auswertung in Echt -
zeit sind nur mit paralleler digitaler Signal -
verarbeitung möglich, für deren Realisierung
komplexe, programmierbare Logikbausteine
(FPGAs) erforderlich sind. Um mit diesen
Anforderungen an die Elek tronik Schritt
halten zu können, entwickelt unser Team
elektronische Systeme für die Vorentwick -
lung komplett im eigenen Haus und passt
sie bei Bedarf schnell an neue Anforderungen
an. Vom Systemdesign über den
Schaltungsentwurf, das Layout viel lagiger
Leiterplatten, die Inbetriebnahme, Programmierung
und umfangreiche Tests führen wir
alle Arbeiten bei IAV aus. Das alles bei höher
werdender Bauteildichte und schnelleren
Datenraten.
Die Elektronik muss sich auch an steigende
Anforderungen der Einspritztechnik an -
passen. Gerade aus dem zylinderdruck -
geführten Motormanagement ergeben
sich immer feinere Anforderungen an
die Einspritzsteuerung. Mehrfacheinspritzungen
und direkt wirkende Piezoinjektoren,
die eine kontinuierliche Verlaufsformung
ermöglichen, erfordern neue elektronische
Ansteuerkonzepte.
Kaum ein elektronisches System kommt
heute ohne Software aus. Dabei geht es
zunächst nicht einmal um die spätere
Funktionssoftware, sondern um Schaltungssimulation,
Basissoftware, Logik -
programmierung, Bediensoftware und
Toolketten für die spätere Funktionsentwicklung.
Auch diesen Bereich deckt unsere
Abteilung für ihre eigene Elektronikentwicklung
ab.
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IAV FI 2RE
Flexible Injection and Ignition for Rapid Engineering
Viele Test- und Versuchsaufgaben an
Motor- oder hydraulischen Komponentenprüfständen
erfordern frei programmierbare
Einspritz- bzw. Zündereignisse. Seriensteuergeräte
erweisen sich für diese Aufgabe
als ungeeignet: Sie sind meist an bestimmte
Winkelsysteme gebunden, können nur eine
oder wenige Einspritzungen pro Arbeits spiel
durchführen, benötigen eine bestim mte
Steuergeräteumgebung oder können die
gewünschten Injektoren nicht ansteuern.
Prüfstandszeit ist teuer und erfordert oft
schnellste Anpassung der Tools. Auch um
Vorentwicklungsthemen nicht unnötig
einzuschränken, ist hohe Flexibilität ein
wichtiger Faktor. Das IAV FI 2RE (Flexible
Injection and Ignition for Rapid Engineering)
ermöglicht die flexible Ansteuerung aller
kurbelwinkelsynchronen Komponenten.
Es bietet beliebige Mehrfacheinspritzung
und vielfältige Triggermöglichkeiten für
Magnetventil- und Piezoinjektoren sowie
Zündmodule und Zündspulen. Auch Rail -
druckpumpen, Nockenwellensteller, Dros -
selklappen etc. können angesteuert wer -
den. Das flexible Winkelsystem lässt sich
mit unterschiedlichen Sensoren und Signalformen
einsetzen.
Damit ist das IAV FI 2RE das ideale Werkzeug
für die verschiedensten und anspruchsvollsten
Entwicklungsaufgaben an Prüf -
ständen.

IAV Indicar
Das flexible Indiziersystem
In den letzten Jahren rückt die Zylinderdruckerfassung
immer mehr in den Fokus
der Entwickler. Brennverfahren sind mittler -
weile so ausgereift, dass sie sich nur noch
durch die Beobachtung des realen Brennverlaufs
mithilfe des Zylinderdrucks ver -
bessern lassen. Die Auswertung der Zylin -
derdrucksignale unter thermodynamischen
Gesichtspunkten ist eine anspruchs volle
Aufgabe der Signalerfassung und -verarbeitung.
Es ermöglicht die Aufzeichnung, Berech -
nung und Auswertung von Zylinderdruckverläufen.
Bis zu acht Zylinderdrucksignale
können zyklusgenau erfasst und thermo -
dynamische Parameter in Echtzeit ermittelt
werden. Alle Aufzeichnungen lassen sich
über Schnittstellen an ein Applikationssystem
übermitteln. Die gemessenen Roh -
daten und die berechneten Daten stehen
dem Nutzer für weitere Analysen in ver -
schiedenen Formaten zur Verfügung.
Matlab/Simulink-Algorithmen hinzufügen.
Die berechneten Daten können in verschie -
denen Formaten ausgegeben werden und
stehen dem Nutzer für weitere Analysen zur
Verfügung.
Neben der Standardkonfiguration verbauen
wir je nach Kundenwunsch auch zusätzliche
Ein- und Ausgänge im IAV Indicar.
IAV Indicar ist ein portables und schnelles
Indiziersystem mit Echtzeit-Signalverarbeitung.
Der Anwender kann für die Signalverarbeitung
mit fertigen, mitgelieferten Thermodynamik-Blocksets
arbeiten oder eigene

IAV GmbH
Carnotstraße 1
10587 Berlin
Tel. +49 30 39978-0
Fax +49 30 39978-9790
www.iav.com