Mechatronik 28.09.2001, 17:31 Uhr

Auto korrigiert den Fahrerbefehl

Die Mechatronik wird nicht nur die Fahrzeugtechnik, sondern das Autofahren insgesamt  verändern.  Sie wird neue, mechanisch ein­fach gestaltete und elektronisch geregelte Produkte hervor­bringen, wie die VDI-Mechatronik-­Tagung deutlich machte. Die Kfz-Kom­­­po­nen­­ten werden leichter sein, die Sicherheit wird weiter zunehmen.

Dieses frühe Mobilitätskonzept besitzt sowohl die Fähigkeit zur autonomen Bewegung und autonomen Abarbeitung vorgegebener Bewegungsabläufe als auch die Fähigkeit, vorausschauend, also prädiktiv Fehlbefehle zu korrigieren und im Bedarfsfall nicht oder korrigiert auszuführen, erklärte Spiegelberg.

Die weitere Realisation technisch mobiler Konzepte überließ die Koordinationsintelligenz für die Bedienung der einzelnen Aktuatoren im Fahrzeug dem Fahrer. „In der Rückverlagerung dieser Koordinatoren wurden zwar zwischenzeitlich durch teilweise Automatisierung im Antriebsstrang Erfolge erzielt, die Intelligenz eines Pferdefuhrwerks hinsichtlich prädiktiver Umweltbewertung und Aktion im Fahrzeug aber ist bis heute nicht erreicht“, resümierte Spiegelberg. Als Beispiel diene der Vergleich zwischen einem Fahr- oder Flugzeug und einem Pferd, wenn beiden „vorwärts“ befohlen werde, obwohl sie vor einer Mauer stünden.

Bei der kompletten Delegation der Bewegungsfunktion an das Modul Antriebsstrang enthalten die vier mechatronischen Grundbausteine Motor, Getriebe, Achse und Lenkung eine eigene Steuerung am Aggregat. Eine Koordinationselektronik übersetzt den von außen in das Modul eingeleiteten Bewegungsbefehl und dirigiert das optimale Zusammenspiel der Aggregate. Weitere Informationen an das Modul berücksichtigen Umwelteinflüsse und übertragen neue Konfigurationen durch „Flash“-Daten. Als Rückmeldung stehen Zustandsdaten des Antriebsstrangs sowie Informationen zur Force-Feedback-Rückmeldung an die Bedienungselemente bereit.

Der grundsätzliche Informationstransfer zur Beauftragung des Antriebsstranges mit der Bewegungsaufgabe besteht in der Übermittlung eines Bewegungsvektors bestehend aus einer Längeninformation und einer Winkelangabe. Dabei stellt die Länge ein Maß für die gewünschte Geschwindigkeit oder Beschleunigung dar. Der Winkel enthält die Angabe für die gewünschte Richtungsänderung.

„X-by-Wire“-Komponenten inklusive elektrisch/elektronischer Lenk- und Bremssysteme ermöglichen die mechanische Trennung zwischen dem Menschen und der Ausführungsebene Antriebsstrang, wobei der Mensch nur noch die Zielvorgabe leistet und die Art der Umsetzung der Ausführungsebene überlassen bleibt. Das Rückwärtssteuern eines Lkw, bestehend aus Zugfahrzeug und Deichselanhänger, veranschaulicht die möglichen Funktionserweiterungen: Bei Rückwärtsfahrt gibt der Fahrer nur noch per Lenkbefehl an, wohin sich die letzte Achse des Gesamtzuges und damit der Anhänger zu bewegen haben. Ausgeführt wird er vom automatischen Rückfahralgorithmus.

Wie konsequent Mechatronik die Steuerungs- und Ausführungsebene neu definiert, macht die mögliche Aufhebung der örtlichen Einheit von Fahrer und Fahrzeug deutlich: Ein Fahrzeug kann mit „Drive-by-Wire“ oder mechatronischer Steuerung und Koordination über eine Eingabeeinheit von außen ferngesteuert werden, um beispielsweise eine Laderampe anzufahren. „Dies kann bei Übersendung von Kameradaten auch über mehrere 100 km geschehen“, wie Testergebnisse verdeutlichten, so Spiegelberg. Der „Force-Feedback-Sidestick“ als Bedienelement erinnert an die von Schienenfahrzeugen wie Straßenbahnen bekannte Steuerung und ist letztlich eine Fortführung des Denkens im Bewegungsvektor. Etabliert ist diese Steuerungsart bereits in Flugzeugen wie dem Airbus.

Das modulare Konzept des Antriebstrangs ebnet auch weiteren neuartigen Ansteuerungskonzepten von Fahrzeugen den Weg, wie beispielsweise der elektronischen Deichsel. Die Mercator Universität Duisburg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. M. Hiller präsentierte auf der Mechatronik-Tagung eine Weiterentwicklung der elektronischen Deichsel. Sie ermöglicht das Einscheren einzelner Fahrzeuge in eine autonom gesteuerte Kolonne und das vorzeitige Ausscheren einzelner Fahrzeuge aus der Kolonne bei unterschiedlichen Fahrzielen. Darüber hinaus stellte Oliver Öttgen von der Duisburger Uni eine aktive Wankmomentregelung vor, die dem negativen Eigenlenkverhalten eines Pkw elektronisch entgegenwirkt. Er schlug vor, die Momentenverteilung zum Heck des Fahrzeuges zu verlagern und die Wanksteifigkeit der Achse variabel zu gestalten.

Mechatronik eröffnet den Ingenieuren neue Wege der Produktgestaltung. Ihre Aufgabe wird es sein, die dynamische Stabilität, Spurtreue und Genauigkeit rein mechanischer Systeme, die bislang mit aufwendigen Konstruktionen und entsprechendem Gewicht erzeugt werden, in mechanisch einfach gestaltete und leichtgewichtige Produkte zu überführen und ihre Stabilität durch elektronische Regelungen zu gewährleisten. Für die Fahrzeugtechnik gilt, das Fahren mit elektronischer Unterstützung über Fahrdynamikregelung hinaus ist zunehmend sicherer gestaltbar, ohne dass dabei den Spaß an der Mobilität verloren geht. Wer wird sich dann noch auf rein mechanische Lösungen verlassen wollen?

CHRISTIANE RADWAN/WOP

VDI-Berichte 1631: 4. VDI Mechatronik Tagung 2001 – Mannheim, 12. + 13. September 2001. VDI Verlag, Düsseldorf. 645 S., 449 Bilder, 11 Tab., 117 Euro. ISBN 3-18-091631-1.

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