Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme

Frontmatter

Fahrsicherheit im Kraftfahrzeug

Zusammenfassung

Neben den Komponenten des Antriebsstrangs (Motor, Getriebe), die für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs sorgen, übernehmen auch die Fahrzeugsysteme, die den Vortrieb begrenzen und das Fahrzeug abbremsen, eine wichtige Rolle. Erst sie machen das sichere Bewegen des Fahrzeugs im Straßenverkehr möglich. Aber auch Systeme, die die Insassen bei Unfällen schützen, werden immer wichtiger.

Konrad Reif

Grundlagen der Fahrphysik

Zusammenfassung

Bewegungsänderungen eines Körpers lassen sich nur durch Kräfte erreichen. Auf ein Fahrzeug wirken im Fahrbetrieb viele Kräfte ein. Eine wichtige Funktion übernehmen dabei die Reifen: jede Bewegungsänderung des Fahrzeugs führt über am Reifen wirkende Kräfte.

Friedrich Kost

Antiblockiersystem ABS

Zusammenfassung

Bei kritischen Fahrverhältnissen kann es während des Bremsvorgangs zum Blockieren der Räder kommen. Ursachen dafür können z.B. nasse oder glatte Fahrbahnen sowie eine schreckhafte Reaktion des Fahrers (unvorhergesehenes Hindernis) sein. Das Fahrzeug kann dadurch lenkunfähig werden, es kann ins Schleudern geraten und/oder von der Fahrbahn abkommen. Das Antiblockiersystem (ABS) erkennt beim Bremsen frühzeitig die Blockierneigung eines oder mehrerer Räder und sorgt dann sofort dafür, dass der Bremsdruck konstant gehalten oder verringert wird. So blockieren die Räder nicht und das Fahrzeug folgt der Lenkung. Damit lässt sich ein Auto sicher und schnell abbremsen bzw. zum Stillstand bringen.

Heinz-Jürgen Koch-Dücker

Antriebsschlupfregelung ASR

Zusammenfassung

Kritische Fahrsituationen können nicht nur beim Bremsen, sondern allgemein in allen Fällen auftreten, in denen große Längskräfte an der Kontaktfläche zwischen Reifen und Untergrund abgesetzt werden sollen. Der Grund dafür ist, dass hierdurch die absetzbaren Seitenkräfte reduziert werden. Dies trifft also auch auf das Anfahren und Beschleunigen, insbesondere auf glatter Fahrbahn, am Berg und bei Kurvenfahrt zu. Solche Situationen können den Autofahrer überfordern und zu Fehlreaktionen sowie instabilem Fahrzeugverhalten führen. Diese Probleme löst die Antriebsschlupfregelung (ASR), sofern die physikalischen Grenzen nicht überschritten werden.

Konrad Reif

Elektronisches Stabilitäts-Programm ESP

Zusammenfassung

Ein hoher Anteil von Unfällen im Straßenverkehr ist auf personenbezogenes Fehlverhalten zurückzuführen. Durch äußere Umstände – wie z. B. ein plötzlich auftauchendes Hindernis – oder aber aufgrund von überhöhter Geschwindigkeit kann das Fahrzeug in den Grenzbereich gelangen, in dem es sich nicht mehr sicher beherrschen lässt. Die auf das Fahrzeug wirkenden Querbeschleunigungskräfte erreichen Werte, die den Fahrer überfordern. Elektronische Systeme können hier einen großen Beitrag zur Fahrsicherheit leisten.

Konrad Reif

Automatische Bremsfunktionen

Zusammenfassung

Die Möglichkeiten elektronischer Bremssysteme gehen heute weit über ihre ursprünglichen Aufgaben hinaus. Anfangs hatte das Antiblockiersystem (ABS) nur die Aufgabe, das Blockieren der Räder zu verhindern und damit die Lenkbarkeit des Fahrzeugs auch bei einer Vollbremsung zu gewährleisten. Heute übernimmt es auch die Funktion der Bremskraftverteilung. Das Elektronische Stabilitäts-Programm (ESP) bietet mit seiner Fähigkeit, unabhängig von der Bremspedalstellung Bremsdruck aufzubauen, eine Vielzahl von Möglichkeiten zum aktiven Bremseingriff. Ziel ist es,mit automatischen Bremseingriffen den Fahrer zu entlasten und damit mehr Komfort zu bieten. Einige Funktionen tragen aber auch zu mehr Sicherheit bei, da automatische Bremseingriffe im Notfall zu verkürzten Bremswegen führen.

Jochen Wagner

Sensoren

Zusammenfassung

Sensoren erfassen Betriebszustände (z.B. Motordrehzahl) und Sollwerte (z.B. Fahrpedalstellung). Sie wandeln physikalische Größen (z.B. Druck) oder chemische Größen (z.B. Abgaskonzentration) in elektrische Signale um.

Konrad Reif

Hydroaggregat

Zusammenfassung

Das Hydroaggregat/Modulator bildet die hydraulische Verbindung zwischen dem Hauptzylinder und den Radzylindern und ist damit zentrales Bauelement elektronischer Bremssysteme. Es setzt die Stellbefehle des Steuergeräts um und regelt mittels Magnetventilen die Drücke in den Radbremsen.

Frank Heinen, Peter Eberspächer

Fahrerassistenzsysteme

Zusammenfassung

Die Mobilität der Gesellschaft wächst weltweit, Verkehrsdichte und Transportleistung nehmen stetig zu – nicht allein in den Industrieländern, sondern in noch stärkerem Maße in den Schwellenländern (NIC, Newly Industrialized Countries). Gesellschaft, Politik und Verbraucher fordern eine Verringerung von Unfallhäufigkeit und Unfallschwere. Die EU-Kommission hat mit dem Road Safety Action Plan der e-Safety-Initiative das anspruchsvolle Ziel einer Halbierung der Anzahl von Verkehrstoten bis zum Jahr 2010 gegenüber dem Stand von 2001 definiert.

Peter Knoll

Mensch-Maschine-Interaktion bei Fahrerassistenzsystemen

Zusammenfassung

Der Autofahrer muss eine ständig wachsende Flut von Informationen verarbeiten, die vom eigenen und von fremden Fahrzeugen, von der Straße und über Tele kommunikationseinrichtungen auf ihn einwirken. Diese Informationen müssen ihm mit geeigneten Anzeigemedien und unter Beachtung ergonomischer Erfor dernisse übermittelt werden.

Konrad Reif

Sensorik für Fahrzeugrundumsicht

Zusammenfassung

Mit einer elektronischen Rundumsicht lassen sich zahlreiche Fahrerassistenzsysteme realisieren. Das „sehende“ Auto nimmt mithilfe von Sensoren das Fahrzeugumfeld wahr, interpretiert es, erkennt frühzeitig gefährliche Situationen, unterstützt den Fahrer und greift zukünftig immer heftiger selbsttätig in Fahrmanöver ein. Je nach Aufgabe und Anforderungen kommen verschiedene Sensoren zum Einsatz (Bild 1).

Peter Knoll

Systeme zur Fahrzeugstabilisierung

Zusammenfassung

Kritische Fahrsituationen im Straßenverkehr entstehen z. B. bei Vollbremsungen und Ausweichmanövern. Elektronische Systeme greifen situationsbedingt selbsttätig in das Brems system des Fahrzeugs ein, um es zu stabilisieren: Das Anti blockiersystem (ABS) verhindert das Blockieren der Räder und stabilisiert das Fahrzeug in Längsrichtung, das Elekt ronische Stabilitätsprogramm (ESP) sorgt mit individuellen Bremseingriffen an den einzelnen Rädern für Stabilität in Querrichtung. Zusätz liche in diesen Systemen integrierte Bremsfunktionen leisten einem Beitrag zu Sicherheit und Komfort.

Konrad Reif

Einparksysteme

Zusammenfassung

Bei nahezu allen Fahrzeugen ist die Sicht beim Rangieren stark eingeschränkt. Dies liegt vor allem an den modernen Fahrzeugkarosserien, mit denen möglichst niedrige Luftwiderstandsbeiwerte erreicht werden, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. In der Regel entsteht dadurch eine leichte Keilform. Vorhandene Hindernisse sind somit häufig nur schlecht oder überhaupt nicht erkennbar. So sieht der Durchschnittsfahrer beim Blick durch die Heckscheibe die Straßenoberfläche erst in einem Abstand von 8…10 m. Auch direkt vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse entziehen sich dem Blick des Fahrers, da sie durch den Fahrzeugvorbau verdeckt werden.

Peter Knoll

Adaptive Cruise Control (ACC)

Zusammenfassung

Die adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC, Adaptive Cruise Control) ist eine Weiterentwicklung der konventionellen Fahrgeschwindigkeitsregelung, die eine konstante Fahrgeschwindigkeit einstellt. ACC überwacht mittels eines Radarsensors den Bereich vor dem Fahrzeug und passt die Geschwindigkeit den Gegebenheiten an. ACC reagiert auf langsamer vorausfahrende oder einscherende Fahrzeuge mit einer Reduzierung der Geschwindigkeit, sodass der vorgeschriebene Mindestabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug nicht unterschritten wird. Hierzu greift ACC in Antrieb und Bremse ein. Sobald das vorausfahrende Fahrzeug beschleunigt oder die Spur verlässt, regelt ACC die Geschwindigkeit wieder auf die vorgegebene Sollgeschwindigkeit ein (Bild 1). ACC steht somit für eine Geschwindigkeitsregelung, die sich dem vorausfahrenden Verkehr anpasst.

Konrad Reif

Sicherheitssysteme

Zusammenfassung

Fahrerassistenzsysteme helfen, Unfälle zu vermeiden. Das Ziel ist das unfallfreie Fahren. Mit immer effizienteren elektronischen Systemen und verbesserter Sensorik versucht, diesem Ziel nahezukommen. Für die Fälle, in denen ein Unfall nicht verhindert werden kann, müssen die Unfallfolgen gemildert werden. Das erste passive Sicherheitssystem für Pkw wurde mit dem Sicherheitsgurt eingeführt. In Deutschland ist er für die Vordersitze seit 1970, für die Rücksitze seit 1979 vorgeschrieben. Die Gurtanlegepflicht wurde 1976 eingeführt. Die Elektronik ermöglichte seit den 1980 er- Jahren weitere Systeme, die die Sicherheit der Insassen im Falle eines Unfalls erhöhen.

Konrad Reif

Fahrzeugnavigation

Zusammenfassung

Navigationssysteme haben in den letzten Jahren eine weite Verbreitung gefunden. Neben den zum Festeinbau in Fahrzeugen vorgesehenen Systemen kommen zunehmend Systeme auf den Markt, die portabel sind und außer der Stromversorgung keine Verbindung zum Fahrzeug benötigen. Allen Systemen gemeinsam sind die Grundfunktionen Ortung, Zielauswahl, Routenberechnung und Zielführung.

Ernst-Peter Neukirchner

Videobasierte Systeme

Zusammenfassung

Videosensoren spielen für Fahrerassistenz systeme eine zentrale Rolle, da sie die Interpretation visueller Informationen (Objektklassifikation) gezielt unterstützen. Im Heckbereich kann die Video sensorik in der einfachsten Variante die ultraschallbasierte Einparkhilfe bei Einpark- und Rangiervorgängen unterstützen. Beim Nachtsichtsystem NightVision wird das mit Infrarotlicht angestrahlte Umfeld vor dem Fahrzeug mit einer Frontkamera aufgenommen und im Fahrzeugcockpit auf einem Display dem Fahrer angezeigt (s. Nachtsichtsysteme). Andere Fahrerassistenzsysteme verarbeiten die Videosignale und generieren daraus gezielt Informationen, die für eigenständige Funktionen (z. B. Spurverlassenswarner) oder aber als Zusatzinformation für andere Funktionen ausgewertet werden (Sensordatenfusion).

Peter Knoll

Nachtsichtsysteme

Zusammenfassung

Systeme zur Verbesserung der Nachtsicht können einen wesentlichen Beitrag zur Verkehrssicherheit leisten, da sich mehr als 40 % aller Unfälle mit Todesfolge bei Nacht ereignen, obwohl nur 20 % aller Fahrten bei Nacht stattfinden. Gründe hierfür sind u.a. schlechte Wetterverhältnisse und eingeschränkte Sicht durch Blendung des Gegenverkehrs.

Peter Knoll

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