Sicherheits- und Komfortsysteme

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.

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.

Die Bremsanlagen sind für die Betriebsfähigkeit eines Kraftfahrzeugs und seine Sicherheit im Straßenverkehr unerlässlich. Sie sind deshalb strengen gesetzlichen Bestimmungen unterworfen. Die mechanische Bremsanlage wurde aufgrund der steigenden Anforderungen an die Fahrsicherheit immer weiter verbessert. Mit dem Einsatz von Mikroelektronik hat sich die Bremsanlage zu einem komplexen elektronischen Bremssystem entwickelt.

Bremsen gehört wie z. B. Lenken und Schalten zu den häufigsten Tätigkeiten beim Autofahren. Die Komponenten der Bremsanlage müssen diesem Umstand Rechnung tragen, indem sie die für die Bremswirkung erforderliche Fußkraft optimal umsetzen und für die gewünschte Verzägerung möglichst konstant halten.

Bei Radbremsen unterscheidet man Scheiben— und Trommelbremsen. Als Vorderradbremsen werden bei Neufahrzeugen ausschließlich Scheibenbremsen verwendet und auch bei Hinterradbremsen geht der Trend zur Scheibenbremse hin. Die vom Bremssystem übertragene Bremsenergie wirkt in diesen Reibungsbremsen als Spannkraft zum Anpressen der Bremsbeläge an Bremsscheiben oder Bremstrommeln.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Elektrohydraulische Bremse SBC (Sensotronic Brake Control) vereint die Funktionen des Bremskraftverstärkers und der ABS-Aggregate (Antiblockiersystem) einschließlich der ESP-Funktionalität (Elektronisches Stabilitäts-Programm). Die mechanische Betätigung des Bremspedals wird von der Betätigungseinheit über elektronische Sensoren redundant erfasst und an das Steuergerät gesendet. Hier werden nach bestimmten Algorithmen Steuerbefehle errechnet, die in der Hydraulikeinheit zu Druckmodulationen für die Radbremsen umgewandelt werden. Bei Ausfall der Elektronik steht eine hydraulische Rückfallebene automatisch zur Verfügung.

ACC (englisch: Adaptive Cruise Control, deutsch: Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung) entlastet den Autofahrer während des Fahrens, indem sie die eher ermüdend empfundene Geschwindigkeitskontrolle übernimmt und eine entspannte und sichere Fahrt hinter langsameren Fahrzeugen ermöglicht.

Getriebe wandeln das vom Motor erzeugte Drehmoment und die Motordrehzahl entsprechend dem Zugkraftbedarf des Fahrzeugs und ermöglichen die für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt notwendige Drehrichtungsumschaltung. Ein automatisches Getriebe mit elektronischer Getriebesteuerung macht das Fahren durch die selbstständige Auswahl der jeweils optimalen Gangstufe wirtschaftlicher und unterstützt den Fahrer in unübersichtlichen Verkehrssituationen, in fremder Umgebung oder bei schlechten Witterungsverhältnissen. Es erleichtert bei stockendem Verkehr mit „Stop and go“ das Fahren erheblich.

Elektrohydraulische Aktuatoren (auch Aktoren genannt) bilden die Schnittstelle zwischen der elektrischen Signalverarbeitung (Informationsverarbeitung) und dem Systemprozess (Mechanik). Sie setzen die Stellsignale geringer Leistung in eine Stellkraft mit der für den Prozess erforderlichen erhöhten Leistung um.

Module sind kompakte Funktions- und Baueinheiten. Sie ermöglichen die Integration verschiedener standardisierter Bauelemente bei geringstem Bauteileaufwand und Bauraum sowie vereinfachten Schnittstellen. Je nach Grad der Integration gibt es hydraulische, elektrische oder elektrohydraulische Module.

Die Entwicklung der Lenksysteme von Kraftfahrzeugen ist durch die konsequente Einführung der hydraulischen Servounterstützung und durch Ersetzen der Kugelmutterlenkung im Pkw durch die leichtere und preiswertere Zahnstangenlenkung gekennzeichnet. Elektromechanische Servolenkungen verdrängen neuerdings bei kleinen und leichten Pkw die hydraulische Servounterstützung. Die rein elektronische „steer by wire“ — Technik ist vom Gesetzgeber für Kraftfahrzeuge jedoch noch nicht zugelassen. Sicherheitsvorschriften der EU fordern derzeit noch eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern.

Insassenschutzsysteme sollen die bei einem Unfall auf die Passagiere wirkenden Beschleunigungen und Kräfte niedrig halten und die Unfallfolgen vermindern.

Im statistischen Mittel stirbt jede Minute ein Mensch auf der Welt and den Folgen eines Verkehrsunfalls. Bosch verfolgt das Ziel, mit der Entwicklung von aktiven und passiven Fahrerassistenzsystemen der Unfallhäufigkeit und der Unfallschwere entgegenzuwirken.

Bei nahezu allen Fahrzeugen werden die Karosserien so entwickelt, dass möglichst kleine Luftwiderstandsbeiwerte erreicht werden, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. In der Regel entsteht dadurch eine leichte Keilform, die die Sicht beim Rangieren stark einschränkt. Vorhandene Hindernisse sind nur schlecht — wenn überhaupt — erkennbar.

Bei fremdkraftbetätigter Fenstern handelt es sich um elektromotorisch angetriebene Anlagen. Dabei unterscheidet man zwischen zwei Systemen (Bild 1). Die Wahl der einzelnen Systeme hängt neben anderen Kriterien sehr stark von dem zur Verfügung stehenden Einbauraum ab. Gelenkgetriebe (Ritzelheber): Der Antriebsmotor treibt über ein Ritzel ein Zahnsegment an, das mit einem Gelenkgetriebe verbunden ist. Der Einsatz dieser Fensterhebersysteme ist rückläufig.Seilzuggetriebe (Seilheber): Der Antriebsmotor treibt über eine Seiltrommel ein Seilzuggetriebe an.

Die Anlagen zur Heizung und Klimatisierung eines Fahrzeugs (Klimaanlage) haben folgende Aufgaben: ein behagliches Klima für alle Insassen bei unterschiedlichen Außentemperaturen zu schaffen (Bild 1),gute Sicht durch alle Scheiben sicherzustellen,dem Fahrer ein belastungs- und ermüdungsfreies Umfeld zu bieten,die Klimatisierungsluft durch Filter von Partikeln (Pollen, Stäube) und sogar Gerüchen zu reinigen.

Die international gültige ECE-Regelung Nr. 28 schreibt vor, dass Schallzeichen in Kraftfahrzeugen einen gleichförmigen und gleich bleibenden Klang abgeben müssen, dessen akustisches Spektrum während des Betriebes sich nicht merklich ändern darf. Das Betätigen ist nur zur Warnung vor Gefahren zulässig. In Ländern ohne diese Vorschrift ist das Signalgerät ein stark belastetes Verschleißteil. Der Einsatz von Sirenen, Läutwerken o. Ä. ist unzulässig, ebenso das Abspielen von Melodien durch zeitlich nacheinander angesteuerte Schallgeber. Signalgeräte müssen nach vorne gerichtet im Fahrzeug eingebaut sein und im Abstand von 2 m noch eine ausreichende Lautstärke aufweisen. Sie sind Temperaturen von −40°C bis +90°C ausgesetzt und müssen beständig gegen Feuchtigkeit, Salzsprühnebel sowie mechanische Schocks und Vibrationen sein. Elektrisch betriebene Hörner und Fanfaren müssen durch eine federnde Aufhängung von der Karosserie entkoppelt sein, da sonst mitschwingende Karosserieteile die Tonreinheit und Lautstärke durch Rückwirkung beeinträchtigen. Hörner und Fanfaren sind empfindlich gegen Vorwiderstände in den Zuleitungen. Beim paarweisen Einbau sollte die Steuerung über zwischengeschaltete Relais erfolgen.

Der Autofahrer muss eine ständig wachsende Flut von Informationen verarbeiten, die vom eigenen und von fremden Fahrzeug(en), von der Straße und über Telekommunikationseinrichtungen auf ihn einwirken. Diese Informationen müssen ihm in den Informations- und Kommunikationsbereichen des Fahrzeugs mit geeigneten Anzeigemedien und unter Beachtung ergonomischer Erfordernisse übermittelt werden. Neben Autoradio und Fahrzeugüberwachung werden in Zukunft auch Autotelefone, Navigationssysteme und Abstandswarnsysteme häufiger zur Serienausstattung gehören.

Mit der konventionellen elektrischen Übertragungstechnik wurde es erstmals möglich, große Bevölkerungsgruppen gleichzeitig mit Informationen zu versorgen. Trotz des starken Anstiegs der digitalen Übertragungstechnik kommt der konventionellen analogen Übertragungstechnik immer noch eine sehr große Bedeutung zu, beispielsweise in Rundfunk und Fernsehen. Die hier dargestellten Grundlagen gelten so prinzipiell auch in der digitalen Übertragungstechnik.

Neue Techniken in der Signalverarbeitung und digitalen Signal- bzw. Datenübertragung führen zu einem schnellen Wandel von mobilen Kommunikationssystemen und immer neuen Anwendungen. Dieser Trend vollzieht sich mit der Bereitstellung digitaler Rundfunksysteme, die in Zukunft den klassischen analogen Rundfunk ersetzen werden. Sie eröffnen die preiswerte, breitbandige Datenübertragung an alle mobilen Teilnehmer — ob sie nun als Fußgänger, im Auto oder im ICE (Intercityexpress) unterwegs sind.

Für das Verständnis der Ortsbestimmung und Zielfindung im Straßenverkehr durch Satellitenortung und Fahrzeugnavigation werden zunächst einige wichtige Grundlagen der Orientierungsmethoden wie Ortung und Navigation sowie das Satellitenortungssystem GPS behandelt.

Der Mobil- und Datenfunk ermöglicht die Übertragung von Gesprächen, Nachrichten und Daten zwischen Mobilgeräten untereinander oder Mobilgeräten und ortsfesten Endgeräten oder Netzwerken.

Audioanlagen — und damit auch die Unterhaltung und die Information über die Verkehrssituation — sind heute längst zur Selbstverständlichkeit geworden und nicht zuletzt die Basis mobiler Kommunikation. Doch die Entwicklung bleibt nicht stehen. Digitale Anlagen mit DAB-Empfängern bieten erheblich verbesserte Audio-Eigenschaften gegenüber der etablierten UKW- Übertragung. Vor allem im mobilen Einsatz gibt es keine Störungen durch Mehrwegeempfang oder schwankende Feldstärken.

Der Radioempfang im Auto wurde längst schon zur Selbstverständlichkeit und die Empfangsantenne als Teleskop-, Motor-, Dach- oder Scheibenantenne deshalb ein Bestandteil des Fahrzeugdesigns.

Verkehrsfunksysteme dienen dem Zweck, den Autofahrer rechtzeitig über Verkehrsbehinderungen zu unterrichten und ihm damit die Möglichkeit zu bieten, z. B. über alternative Strecken auszuweichen. Dadurch kann die Staugefahr gemindert und der sonst durch Staus verursachte erhöhte Zeitaufwand, verbunden mit unnötigem Kraftstoffverbrauch und damit auch erhöhtem Schadstoffausstoß, reduziert werden. Das ist allerdings nur möglich, wenn aus der Fülle der Informationen das Wesentliche herausgefiltert und dem Fahrer mit ge­ringer Ablenkung vom Verkehrsgeschehen mitgeteilt wird.

Navigation ist die aktive Zielführung des Fahrers durch Bildschirmanzeige von Richtungspfeilen und Sprachausgabe. Die Routenführung erfolgt über eine digitalisierte Straßenkarte mithilfe von Ortungssatelliten. Die dynamische Navigation berücksichtigt dabei zusätzlich noch digital codierte Verkehrsmeldungen.

Seit Jahrzehnten steigt die Mobilität und damit die Belastung der Verkehrswege. Die Telematik optimiert die Verkehrsströme im bestehenden Straßennetz und trägt damit zu einer besseren Straßenauslastung bei. Telematikdienste nutzen Telekommunikation und Informatik, um Informationen über die Verkehrssituation zu sammeln. Sie informieren den Fahrer über die individuelle Verkehrslage und machen Umleitungsempfehlungen, empfangen und verarbeiten aber auch Daten, die das Fahrzeug aussendet.

Klassische Logistik-Abläufe stoßen im Internet-Zeitalter an ihre Grenzen. Die ersten Flottenmanagement-Anwendungen wurden noch im Bündelfunk realisiert. Inzwischen findet der Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen und den Dispositionszentralen im Short Message Service des GSM-Netzes mithilfe von Flotten-management-Geräten wie „FleetCommander GPS“ und „TravelPilot DX-N Professional“ statt. Zudem sind große Anbieter von Flottenmanagement-Software, ja sogar Intenet-Provider auf den Plan getreten, mit denen Systemlösungen für verschiedene Länder und Branchen realisiert werden.

Mehr als 30 000 Kfz-Werkstätten in aller Welt sind mit Werkstatt-Technik, d. h. Prüftechnik und Werkstatt-Software von Bosch, ausgestattet. Der Werkstatt-Technik kommt dabei eine wachsende Bedeutung zu, denn sie leitet und unterstützt bei Diagnose und Fehlersuche.