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Über dieses Buch

Fahrerassistenzsysteme haben sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und sind fester Bestandteil heutiger Autos aller Fahrzeugklassen. Eine Darstellung des heutigen Stands der Technik sowie neuster Entwicklungen werden in diesem Fachbuch zusammengestellt. Der realistische Reifegrad einzelner Komponenten zur Unterstützung des Fahrers verlangt den detaillierten Blick in einzelne Komponenten sowie die dazu gehörende Elektronik. Sensoren, Steuerungsgeräte sowie dazugehörende Prozessoren werden mit Stand 2014 in einzelnen Beiträgen dargestellt. Beiträge zur aktuellen Motortechnologie als Voraussetzung für Antriebseffizienz runden detailliert die Zusammenstellung ab.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Teil 1: Fahrerassistenzsysteme

Frontmatter

Weiterentwicklung der Assistenzsysteme aus Endkundensicht

Zusammenfassung
Ablenkung am Steuer zählt zu den häufigsten Unfallursachen. Valeo zeigt mit einer Studie unter Autofahrern in Deutschland, Frankreich, China und den USA, dass Ablenkung oft kaum noch als Gefahr wahrgenommen wird. Die Lösung könnte darin liegen, dem Fahrer die Möglichkeit zu bieten, die Fahraufgabe an ein Assistenzsystem zu delegieren. Zusammen mit Radar, Kamera und Laserscanner steigert man Komfort und Freiheit – und vor allem die Sicherheit.
Joachim Mathes, Harald Barth

Eco-ACC für Elektro- und Hybridfahrzeuge

Zusammenfassung
Die Regelungsstrategien des ACC lassen sich für Hybrid- und Elektrofahrzeuge im Hinblick auf den Energieverbrauch verbessern. Dazu arbeiten Bosch-Ingenieure an einem Eco-ACC, das sich mehr Zeit für die Annäherung an das vorausfahrende Fahrzeug lässt. Nach einer kurzen Rekuperationsphase wird ein beträchtlicher Teil des Manövers im Segelbetrieb ohne Energieverbrauch für den Vortrieb zurückgelegt.
Folko Flehmig, Frank Kästner, Kosmas Knödler, Michael Knoop

Interaktives Lenkrad für eine bessere Bedienbarkeit

Zusammenfassung
Das einzige Teil, das sowohl ständigen direkten taktilen Kontakt zum Fahrer hat als auch eine Fahraufgabe wahrnimmt, ist das Lenkrad. Es ist damit wesentlicher Bestandteil der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Automobil. Aber die Komplexität seiner Bedienelemente stieg in den letzten Jahren durch Assistenzsysteme rapide an. Takata und Audio Mobil Elektronik entwickelten ein interaktives Kommunikations-Lenkrad mit ergonomischen Schaltern, einem Bildschirm mit Touchfunktion und einer Hands-on-Erfassung. So lassen sich die Reizüberflutung reduzieren und die Bedienbarkeit verbessern.
Heiko Ruck, Thomas Stottan

Energieeffiziente Fahrzeuglängsführung durch V2X-Kommunikation

Zusammenfassung
Ein am Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen (ika) entworfenes Fahrerassistenzsystem ist in der Lage, V2X-Informationen (Vehicle-to-X) zur Optimierung der Energieeffizienz zu berücksichtigen. Durch die automatisierte Einleitung einer frühzeitigen Verzögerung vor Signalanlagen werden unnötige Stillstandsphasen vermieden, ohne dabei die Gesamtfahrzeit zu verlängern.
Philipp Themann, Adrian Zlocki, Lutz Eckstein

Lang-Lkw per Fernbedienung rangieren

Zusammenfassung
Wie aus der Vernetzung bestehender Getriebe-, Lenk- und Telematiksysteme eine völlig neue Lkw-Assistenzfunktion entsteht, zeigt der ZF-Innovationstruck. Sein Fahrer kann zum Rangieren, etwa an der Laderampe, aussteigen und den Lastzug einfach per Tablet-App dirigieren. Und das lokal emissionsfrei.
Olrik Weinmann, Franz Bitzer, Nicolas Boos, Michael Burkhart

Datensicherheit im vernetzten Lkw

Zusammenfassung
Automobile Systeme bestehen aus komplexen, verteilten Strukturen mit einer Vielzahl von elektronischen Steuergeräten. Die lokale, fahrzeugseitige Vernetzung der Komponenten tritt hier zunehmend in den Hintergrund. Denn heute ist eine wachsende Tendenz in Richtung globaler Vernetzung zu verzeichnen. Speziell im Nutzfahrzeugumfeld werden diverse Applikationen eingesetzt, beispielsweise Echtzeit-Informationssysteme für Verkehrs- und Wettersituationen. Parallel zur steigenden Anzahl dieser Dienste wächst allerdings das Bedrohungspotenzial. IT-Sicherheit wird deswegen zu einem wichtigen Faktor im vernetzten Lkw. Am Beispiel einer Fernsteuerung von Fahrzeugfunktionen zeigt Bertrandt mögliche Konzepte, um Datensicherheit in Systeme zu integrieren.
Helmut Visel, Sabrina Winkelmann

Projekt Proreta 3 – Sicherheit und Automation mit Assistenzsystemen

Zusammenfassung
Zum Abschluss des Forschungsprojekts Proreta 3 stellen die langjährigen Projektpartner Continental und TU Darmstadt eine nächste Evolutionsstufe der Fahrerassistenz vor. Einige bisherige Einzelfunktionen werden zu einem umfassenden Assistenzsystem zusammengelegt. Mit Sicherheitskorridor und kooperativer Automation plant das System die Fahrmanöver und hilft in kritischen Situationen. Die Funktion dieser Evolutionsstufe wurde erfolgreich mit einem Forschungsfahrzeug demonstriert.
Stephan Cieler, Ulrich Konigorski, Stefan Lüke, Hermann Winner

Heterogene Prozessoren für Fahrerassistenzsysteme

Zusammenfassung
Moderne Fahrerassistenzsysteme stellen hohe Anforderungen an die Rechenleistung, jedoch auch zunehmend an die Leistungsaufnahme sowie die funktionale Sicherheit der verwendeten Hardware. Die neue TDA2x-System-on-Chip-Familie von Texas Instruments bietet mit einer heterogenen Systemarchitektur einen Ansatz, um diese unterschiedlichen Anforderungen zu adressieren.
Frank Forster

Zentrales Steuergerät für teilautomatisiertes Fahren

Zusammenfassung
TRW hat ein zentrales Steuergerät entwickelt, das die Daten zahlreicher Fahrzeugsensoren zusammenführt und als Integrationsplattform für fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme fungiert. Die Safety Domain ECU, kurz SDE, ebnet den Weg für teilautomatisierte Fahrzeugfunktionen und erlaubt Automobilherstellern eine nach Kundenwunsch skalierbare Ausstattung von Assistenzsystemen. Gleichzeitig lässt sich die Anzahl der Steuergeräte reduzieren sowie Software als Black Box integrieren. Die erste Generation der SDE ist im September 2013 in Serie gegangen.
Hans-Gerd Krekels, Ralf Loeffert

Simulation von Sensorfehlern zur Evaluierung von Fahrerassistenzsystemen

Zusammenfassung
Die zunehmende Verbreitung von Fahrerassistenzsystemen sowie die fortschreitende Entwicklung in Richtung des automatisierten Fahrens erfordern neue, effiziente Wege der Systemvalidierung. Dabei stellt die Simulation eine immer wichtiger werdende Ergänzung zu Fahrversuchen dar, da sie einen frühen und automatisierbaren Testansatz bietet. Baselabs und TASS International stellen in diesem Kontext einen probabilistischen Ansatz zur Simulation von Sensordaten vor. Dieser ermöglicht eine realitätsnähere Simulation und gleichzeitig Flexibilität und Anpassbarkeit bestehender Ansätze. Anhand eines exemplarischen Szenarios diskutieren die Autoren Ergebnisse und Nutzen dieser Methodik. Dabei wird deutlich, dass der vorgestellte Ansatz die Aussagekraft simulations basierter Evaluierung deutlich steigern kann.
Robin Schubert, Norman Mattern, Roy Bours

Fahrerassistenzsysteme – Abwägungsprozess nicht unterschätzen

Zusammenfassung
Die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen, die Unfälle vermeiden helfen und Leben retten können, zählt zu Recht zu den wichtigsten Zielen der Autobranche. Immer im Blick der Ingenieure ist die Perspektive, mit vollvernetzten und automatisiert fahrenden Fahrzeugen irgendwann die Marke „Null-Unfalltote“ zu erreichen. Seriöse F&E-Projekte werden allerdings derzeit von einem regelrechten Hype überschattet und die zu lösenden Hausaufgaben oft unterschätzt. Der Technikfahrplan für die kommenden Jahre sollte auf den Prüfstand. Dabei gilt es, Umsetzbarkeit und Akzeptanz der Systeme abzuwägen.
Markus Schöttle

Teil 2: Effiziente Antriebe

Frontmatter

Der elektrische Antriebsbaukasten von Volkswagen

Zusammenfassung
Volkswagen hat einen modularen Baukasten entwickelt, dessen Komponenten den Aufbau unterschiedlich elektrifizierter Antriebssysteme für Hybrid- und Elektrofahrzeuge ermöglichen. In den neuen, rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen e-up! und e-Golf von Volkswagen wird der Baukasten das erste Mal angewendet.
Hanno Jelden, Peter Lück, Georg Kruse, Jonas Tousen

Leistungsstarke Turboaufladung für Pkw-Dieselmotoren

Zusammenfassung
Um der steigenden Nachfrage nach geringerem Kraftstoffverbrauch und mehr Leistung nachzukommen, hat BorgWarner eine geregelte Aufladegruppe mit drei Turboladern entwickelt. Das System besteht aus zwei kleinen parallelen Turboladern mit variabler Turbinengeometrie in der Hochdruckstufe und einem größeren Turbolader in der Niederdruckstufe. In enger Zusammenarbeit mit BMW konzipiert, vereint das System die hohe spezifische Leistung einer zweistufigen Aufladung mit den guten Fahreigenschaften, die eine parallel-sequenzielle Aufladung bietet.
Frank Schmitt

Kombinierte Miller-Atkinson-Strategie für Downsizing-Konzepte

Zusammenfassung
Die weitere Steigerung des Downsizing-Grads beim Ottomotor erfordert den Einsatz zielführender Ventil steuerstrategien. Einen interessanten Ansatz bietet dabei ein variabler Einlass-Schließt-Zeitpunkt. Schaeffler Techno logies und IAV haben in einem gemeinsamen Projekt die Potenziale an einem Ottomotorkonzept im gesamten Motorkennfeld untersucht. Dabei zeigte eine kombinierte Miller-Atkinson- Strategie zusammen mit hohem Downsizing-Grad CO2-Einsparungen bis 15,3 %.
Martin Scheidt, Christoph Brands, Matthias Kratzsch, Michael Günther

Die neuen Drei- und Vierzylinder-Ottomotoren von BMW

Zusammenfassung
BMW hat einen neuen Baukasten für Reihenmotoren entwickelt, der sowohl Otto- als auch Dieselaggregate umfasst und dabei einen hohen Gleichteileumfang bietet. Im Folgenden wird die Entwicklung der Drei- und Vierzylinder-Ottomotoren beschrieben. Ihr Ersteinsatz erfolgte im Mini und im BMW i8.
Fritz Steinparzer, Thomas Brüner, Christian Schwarz, Markus Rülicke

Dreizylinder-Turbomotor mit Zuschaltung eines Zylinders

Zusammenfassung
Am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der Technischen Universität Kaiserslautern wurde ein Dreizylinder-Ottomotor entwickelt, bei dem bei Volllast ein Zylinder zugeschaltet wird. Dieser arbeitet dann parallel zu einem der drei ständig betriebenen Zylinder. Gegenüber konventionellen Konzepten, bei denen ein oder zwei Zylinder von Vierzylindermotoren abgeschaltet werden, ergeben sich Ladungswechselvorteile, die den Kraftstoffverbrauch reduzieren und die Dynamik des Motors steigern.
Rudolf Flierl, Wilhelm Hannibal, Anton Schurr, Jörg Neugärtner

Symbiose aus Energierückgewinnung und Downsizing

Zusammenfassung
Abgasenergierückgewinnung ist ein erfolgversprechender Ansatz zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs von zukünftigen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. IAV verfolgt für den Einsatz im Pkw einen systematischen Ansatz für die Integration eines Clausius-Rankine-Prozesses. Er umfasst einen motornahen Wärmetauscher vor Turbine, einen Hauptwärmetauscher nach Katalysator sowie einen Einzylinder-Hubkolbenexpander. Der gesamte Kreislauf wurde mit Ethanol als Arbeitsmedium am Motorprüfstand untersucht.
Heiko Neukirchner, Torsten Semper, Daniel Lüderitz, Oliver Dingel

Elektrifizierter Antriebsstrang – mehr Effizienz durch vorausschauendes Energiemanagement

Zusammenfassung
Das AVL-Softwarepaket „upgrade-E“ ermöglicht die Vorausberechnung des zu erwartenden Geschwindigkeits-, Steigungs- und Antriebsleistungsprofils einer unbekannten Fahrstrecke. Die Entwicklungsplattform greift dafür größtenteils auf frei verfügbare Datenformate wie Open Street Map (OSM) und SRTM-Höhenprofildaten zu. Auf Basis der prädizierten Fahrprofile ergeben sich eine Vielzahl von Optimierungsmöglichkeiten klassischer Fahrzeug-/Antriebsfunktionen. Die prototypische Umsetzung der Software erfolgt im AVL-Elektrofahrzeug Coup-e 800 auf einem konventionellen 7-Zoll-Tablet-PC mit entsprechenden Schnittstellen zum Fahrzeug-CAN.
Armin Engstle, Andreas Zinkl, Anton Angermaier, Wolfgang Schelter

Energiespeichersystem – mehr Energieeffizienz mit dem 12-V-Bordnetz

Zusammenfassung
Mittels Energiespeichersystemen – einem Zusatzspeicher plus DC/ DC-Wandler – können Hybridfunktionen wie Segeln und Rekuperation auch in konventionell angetriebenen Fahrzeugen umgesetzt werden. Hella und Intedis bewerten und optimieren die Auslegung der neuen Systemkomponenten bezüglich Energieinhalt und Leistungsfähigkeit. Die zu erwartende CO2-Ersparnis sowie Kosten und Nutzen werden dabei abgewogen. Bleibatterien, Doppelschichtkondensatoren und verschiedene Auslegungen von Lithium-Ionen-Akkus kommen bei der Auswahl der Energiespeicher in Betracht.
Marc Nalbach, Christian Amsel, Sebastian Kahnt
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