Fachstudium

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Zusammenfassung

Der Anteil der Wertschöpfung der Elektrik- und Elektronikkomponenten an einem Kraftfahrzeug weist ein stetiges Wachstum auf. Dabei ist die Elektronik in praktisch allen Bereichen eines Fahrzeugs wie der Motor- und Getriebesteuerung, Fahrwerkregelsystemen, der aktiven Sicherheit oder Klimatisierung vertreten. Inzwischen sind in Oberklasse-Fahrzeugen bis zu 100 Steuergeräte im Einsatz. Im Zuge der sich mit der Entwicklung von Hybridfahrzeugen abzeichnenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs wird der Anteil der Elektronikkomponenten weiter zunehmen.
Diese Vorlesung soll einen ersten Überblick über die vielfältigen Aspekte und Herausforderungen auf dem Gebiet der Elektronik in Kraftfahrzeugen geben.

Inhalt

• Grundsätzlicher Einbau eines Steuergerätes

• Darstellung einer Auswahl im Fahrzeug eingesetzter Sensoren wie Lambdasonden, Drehzahl-, Gierraten- und Beschleunigungssensoren

• Überblick über Techniken der Motorsteuerung

• Funktionsweise und Modellierung ausgewählter Fahrwerkregelsysteme wie ABS, ESP und semiaktive Dämpfersysteme

• Überblick über Entwicklungen bei Hybridfahrzeugen: Vor- und Nachteile, Hybrid-Arten, Komponenten (Antriebe, Wechselrichter, Speichersysteme)

• Steuergerätevernetzung: Vernetzungstopologien, Überblick über aktuell oder zukünftig eingesetzte Bussysteme wie CAN, LIN, Flexray und MOST

• Darstellung ausgewählter Engineering-Methoden wie der Fehlermöglichkeiten- und Einfluss-Analyse (FMEA), Fehlerbaumanalyse, Simulationstechniken, V-Modell

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Lernziele

Die Studierenden sollen einen Überblick über die Grundlagen der Messung stationärer und dynamischer Größen erhalten. Einen Schwerpunkt bildet die Fehlerrechnung und Fehlerkorrektur.

Stoffplan

1. Statische und dynamische Eigenschaften von Messeinrichtungen: Dynamisches und statisches Verhalten von Messgliedern, Fehlerdefinition, Zustandsraumdarstellung von Differenzialgleichungen
2. Statische Eigenschaften und statische Fehler: Statische Kennlinie und statische Empfindlichkeit, Messunsicherheiten und Fehlerschranken, Fehlerfortpflanzung, statistische Fehler, Vertrauensbereich für den Schätzwert, Regression
3. Dynamische Eigenschaften und dynamische Fehler: Eingrößensysteme im Zeit- und Frequenzbereich, Messfehler dynamischer Systeme, Rauschen, dynamische Optimierung und Fehlerkorrektur.

Vorkenntnisse

Kenntnis der wesentlichen Verfahren der Systemtheorie in Zeit- und Frequenzbereich. eine. Ein gutes Verständnis des Stoffes der Vorlesungen „Grundlagen der Elektrotechnik“ aus dem Grundstudium ist hilfreich.

Literaturempfehlungen

Zum Erlernen des Klausurstoffes ist das Skript (wird zu Beginn der Vorlesung als .pdf auf StudIP gestellt, auf neueste Version achten!) ausreichend. Eine vertiefende Literaturliste kann zu Beginn der Vorlesung zur Verfügung gestellt werde.

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Lernziele

Die Studierenden sollen einen Überblick über die verschiedenen Sensorprinzipien und Messmethoden zur Erfassung nicht-elektrischer Größen erhalten. Es werden sowohl die gängigen physikalischen, optischen, chemischen und biochemischen Sensoren (unter anderem in Form von Halbleitersensoren) und Messmethoden als auch Nanosensoren vorgestellt, die aufgrund ihrer Eigenschaften völlig neue Möglichkeiten in der Sensorik bieten.

Stoffplan

Theoretische Grundlagen und Anwendungsbeispiele verschiedener Sensorprinzipien (physikalisch, halbleitend, optisch, chemisch und biochemisch) und Messmethoden zur Erfassung nicht-elektrischer Größen: Temperatur, geometrische Größen (Weg, Winkel, Lage, Position, Füllstand), mechanische Größen (Kraft, Druck, Masse, Drehmoment, Dichte, Viskosität, Oberflächenspannung), kinematische Größen (Drehzahl, Beschleunigung, Geschwindigkeit), strömungstechnische Größen (Volumenstrom, Massendurchfluss), Magnetfeld, optische und akustische Größen, chemische und biochemische Größen (Feuchte, pH-Wert, Stoffkonzentration), Nanosensoren.

Vorkenntnisse

Keine. Ein gutes Verständnis physikalisch-naturwissenschaftlicher Zusammenhänge ist hilfreich. Das Labor "Sensorik - Messen nicht-elektrischer Größen" und die Vorlesung "Sensoren in der Medizintechnik" sind empfehlenswerte Ergänzungen.

Literaturempfehlungen

Eine entsprechende Literaturliste wird zu beginn der Vorlesung zur Verfügung gestellt.

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Lernziele

Ziel der Veranstaltung ist die Vermittlung der Grundlagen für die verschiedenen Aspekte des wissenschaftlichen Arbeitens (u.a, Literaturrecherche, Schutzrecht, experimentelles Arbeiten, wissenschaftliches Schreiben und Präsentieren, Zeit- und Selbstmanagement). Dabei stehen insbesondere praktische Beispiele und Erfahrungen im Fokus.

Die Inhalte werden in Übungen in Form von selbstständig durchzuführenden Online-Tests, sowie beim Schreiben eines eigenen wissenschaftlichen Abstracts vertieft.

Stoffplan

• Recherche von und Umgang mit wissenschaftlicher Literatur
• Schutzrecht
• Planung und Durchführung wissenschaftlicher Experimente
• Auswertung wissenschaftlicher Experimente (Visualisierung von Daten, Statistik)
• Wissenschaftliches Schreiben
• Wissenschaftliches Präsentieren
• Zeit- und Selbstmanagement
• Kommunikation und Konfliktmanagement

Vorkenntnisse

Es ist wünschenswert, wenn der/die Teilnehmende bereits an einem Projekt mitgearbeitet oder einen Laborbericht / eine Abschlussarbeit verfasst hat. Dies ist aber keine zwingende Voraussetzung und die Veranstaltung steht für alle offen.

Literaturempfehlungen

Wird in der Veranstaltung an den entsprechenden Stellen zur Verfügung gestellt.

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Lernziele

Ziel der Veranstaltung ist es, einen Überblick über die Anwendungsmöglichkeiten von Mikro- und Nanosensoren in der Biomedizintechnik zu geben. Dazu werden zunächst grundlegende Kenntnisse zu Werkstoffen, Herstellungs- und Charakterisierungsmethoden, Sensorkonzepten und Physiologie und Chemie vermittelt und anschließend verschiedene Anwendungen im Detail betrachtet. Diese beinhalten u.a. Mikroelektroden-Arrays für Stimulation und Recording von Neuronen und peripheren Nerven, Polymerbasierte Sensoren wie smarte Kontaktlinsen und neuartige implantierbare Glukosesensoren. Die in der Vorlesung vermittelten Kenntnisse sollen in praktischen Übungen vertieft werden

Stoffplan

• Einführung Mikro- und Nanosysteme in der Biomedizin-Sensorik
• Grundlagen der Sensorik und Messtechnik (allgemein und spezielle Anforderungen im Rahmen der Biomedizin-Anwendung)
• Physiologische und chemische Grundlagen (z.B. Zellbiologie, Entzündungsreaktionen)
• Sensorkonzepte in der Biomedizin-Sensorik (Strategien zur Modulation der Immunantwort, Besonderheiten für Sensoren im Gehirn, Testmethoden für Sensoren und Materialien)
• Materialien für biomedizinische Sensoranwendungen (Anforderungen, anwendungsspezifische Besonderheiten)
• Smarte Polymere als Sensorelemente (Grundlagen, Wirkprinzipien, Anwendungsbeispiele)

Vorkenntnisse

Grundlagen der Sensorik und Messtechnik. Grundlagen der Physik und Elektrotechnik, Grundkenntnisse Werkstoffe.

Literaturempfehlungen

• Hans-Rolf Tränkler, Leo Reindl: Sensortechnik – Handbuch für Praxis und Wissenschaft. Springer Vieweg, 2. Auflage, 2018
• Elmar Schrüfer: Elektrische Messtechnik: Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen. Carl Hanser Verlag, 9. Auflage, 2007
• Thomas Elbel: Mikrosensorik – Ein Einführung in Technologie und physikalische Wirkprinzipien vob Mikrosensoren, Vieweg + Teubner, 1. Auflage, 1996
• David A. Puleo and Rena Bizios: Biological Interactions on Materials Surfaces – Understanding and Controlling Protein, Cell, and Tissue Responses, Springer, 2009
• Jeremy C. Wright and Diane J. Burgess: Long Acting Injections and Implants, Advances in Delivery Science and Technology, Springer, 2012
• Y. Chandorkar et al.: The Foreign Body Response Demystified, ACS Biomaterials Science & Engineering 5:19, 2019
• J. M. Anderson et al.: Mechanisms of Inflammation and Infection with Implanted Devices, Cardiovascular Pathology 2(3) Suppl.:33S, 1993
• N. Maheshwari et al: A Technology Overview and Applications of Bio-MEMS, Journal of ISSS 3(2):39, 2014
• M. C. Koetting et al.: Stimulus-responsive hydrogels: Theory, modern advances, and applications, Materials Science and Engineering R: Reports 93:1, 2015