Mechatronik 24.09.1999, 17:22 Uhr

Hochzeit zwischen Chip und Zahnrad

Chips „formen“ das Auto. Elektronische Regelungen steuern die Getriebe, überwachen die Fahrzeugstabilität, helfen mit, den Kraftstoffverbrauch zu senken und verleihen Pkw-Motoren den Charakter, der zum jeweiligen Modell paßt.

Von der elektronisch gesteuerten Lenkung bis hin zur Unterstützung des Fahrers beim Schalten: Im Automobil übernimmt die Elektronik immer mehr Funktionen, die früher der Mensch zusammen mit Lenkstangen und fein gespannten Kupplungszügen übernahm. „Die Optimierung der mechanischen Bauteile ist weitgehend ausgereizt“, sagte Bertold Mayr, Geschäftsführer der Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV), anläßlich der Tagung „Steuerungssysteme für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen“ am 9. September in Berlin. Durch immer leistungsfähigere Prozessoren lassen sich laut Mayr “ sehr große Datenmengen in Kraftfahrzeugen sammeln und in Echtzeit verarbeiten“. So werden heute nicht nur Bremsen geregelt (ABS) und das Durchdrehen von Reifen verhindert (Antriebsschlupfregelungen – ASR), sondern auch Einspritzpumpen gesteuert, Drosselklappen elektronisch geöffnet und Kupplungen betätigt. Das habe dazu geführt, daß der Anteil der Elektronik an der Wertschöpfung bei Fahrzeugen heute bereits bei 20 % bis 30 % liege, so Mayr.
In Berlin stellte Karl-Viktor Schaller, Entwicklungsleiter der MAN Nutzfahrzeuge ein neues, halbautomatisches Handschaltgetriebe vor. Anders als in Pkw würden bei Lkw vollautomatische Getriebe kaum akzeptiert. „Die besten Lkw-Fahrer schlagen im Diesel-Verbrauch jede Automatik“, sagte Schaller. Doch auch die besten Lkw-Fahrer könnten nicht völlig verhindern, daß beim Umschalten die Motorwelle und das Getriebe noch um rund 100 min-1 asynchron laufen. Die Folge: Es ruckelt beim Schalten. Hier soll das neue Handschaltgetriebe, das im kommenden Monat als „Comfortsplit“ und „Comfortshift“ vorgestellt wird, den Fahrer unterstützen.
Wenn der Fahrer einen vollen Gang wechseln will, tritt er weiterhin die Kupplung und legt den nächsten Gang ein – wenigstens scheinbar: Das mechanische Ein- und Ausheben der Gänge regelt jedoch die Elektronik. Beim Runterschalten beispielsweise vergleicht ein Prozessor die unterschiedlichen Drehzahlen und erhöht die Kraftstoffzufuhr so lange, bis der Motor genauso schnell dreht wie das Getriebe. Erst wenn die Abweichung nur noch gering ist, schaltet das Programm automatisch wieder ein. „Die Versuchsfahrer waren begeistert“, sagte Schaller und freute sich über das Lob der Fahrer, die auf Neuerungen im Cockpit oft sehr zurückhaltend reagieren.
Die neue Technik bei MAN entlaste die Fahrer nicht nur vom Zwischengas-Geben. Schaller: „Eine Automatik kann den Diesel-Verbrauch eines schlechten Fahrers beinahe auf das Niveau eines guten Fahrers senken.“ Völlig ausgeliefert sind die Fahrer der neuen Elektronik dennoch nicht. Besonders an Steigungen, beim Anfahren oder beim langsamen Rückwärtsrangieren ist der Mensch mit Gas und Kupplung immer noch feinfühliger als die Elektronik. Hier müssen die Trucker weiter selber schalten.
Im Pkw arbeiten die Techniker inzwischen an immer „intelligenteren“ Steuerungen von Automatikgetrieben. Andreas König, zuständig für die Getriebe-Entwicklung bei Audi in Ingolstadt, kündigt für die Zukunft Steuerungen an, die mit Hilfe von neuronalen Netzen arbeiten. Das „dynamische Schaltprogramm 5“ soll vier bis fünf Fahrertypen zwischen ruhig und sportlich erkennen und das Schaltprogramm je nach Bedarf variieren.

Neuronale Netze erkennen den jeweiligen Fahrertyp

Mit herkömmlichen Programmen, so König, ließen sich die vielen unterschiedlichen und teils widersprüchlichen Informationen, die während der Fahrt aus Geschwindigkeit, Stellung des Gaspedals oder Steigungen gewonnen werden, kaum noch auswerten. Neuronale Netze würden dagegen „trainiert“, aus dem Verhalten des Autolenkers einen Fahrertyp abzuleiten. „In dieses Training des Systems müssen wir im Vorfeld jede Menge Arbeit hineinstecken“, sagt König. Anschließend komme es aber mit wenigen Parametern aus und lasse sich auch schnell an verschiedene Fahrzeugtypen anpassen.
Andere Arbeitsgruppen befassen sich mit der Verknüpfung aller Informationen aus dem Fahrbetrieb, um bei Pannen Servicezentralen die genauen Ursachen von Schäden mitteilen zu können. Weil beispielsweise zusätzliche elektrische Geräte wie elektrisch betriebene Bremsen und Lenkungen in Zukunft nicht mehr mit dem heutigen 12-V-Bordnetz auskommen, werde die Autoindustrie, so Manfred Röder von Mannesmann Sachs in Schweinfurt, binnen zwei bis drei Jahren ein 42-V-Bordnetz installieren. Ein kombinierter Starter und Generator auf der Kurbelwelle könne dabei die Lichtmaschine ersetzen. Mit weiteren Funktionen wie Schnell-Start und elektrische Katalysatorvorheizung ließen sich der Komfort verbessern oder die Emissionen reduzieren, erklärte Röder.
Doch Betrieb, Steuerung und Verknüpfung solcher zusätzlicher Funktionen überlasten die heute eingesetzten 8-bit- und 16-bit-Prozessoren in Fahrzeugen. „In Echtzeitsystemen wie Motor- und Getriebesteuerungen steht der Wechsel zur 32-bit-Prozessorgeneration an“, sagte Klaus Egger, Entwickler bei Siemens. Außerdem würden die Prozessoren zur Steuerung von komplexen Bauteilen wie Motor-/Getriebe-Einheiten künftig nicht mehr durch einen Kabelstrang mit dem Bauteil verbunden und weit entfernt untergebracht, sondern direkt auf den Bauteilen montiert. Das würde den Kabelbaum verkleinern, die Montage verbilligen und man könne fertige Motoren und Getriebe nach dem „Plug-and-Play“-Ansatz in verschiedene Marken montieren, meinte Egger.

Beim „Plug-and-Play“-Konzept müssen alle Computer dieselbe Sprache beherrschen

Doch solch ein derartiges „Stecken-und-Funktionieren“-Konzept setzt voraus, daß die unterschiedlichen Kleincomputer alle die selbe Rechner-Sprache beherrschen: Gleichfalls müßten neben dem „Betriebssystem“ des gesamten Netzwerkes im Auto auch die Stecker und Verbindungen genormt werden, so Egger. Außerdem hätten die Chips so robust zu sein, daß sie die erhöhten Vibrationen und Temperaturschwankungen vertragen.
Trotz der sehr hohen Anforderungen an die Elektronik im Automobil nimmt der Einsatz von Kleincomputern in neuen Autos weiter zu. IAV-Geschäftsführer Bertold Mayr sieht durch elektronisch gesteuerte Einspritzpumpen auch bei Ottomotoren ein weiteres Potential zum Kraftstoffsparen von 10 % bis 15 %. Ebenso ließe sich auch der Charakter eines Motors durch Computerprogramme derart variieren, daß er sportlich oder komfortabel zu fahren ist. Auch ein uniformer Motor aus der großen Serie eines Plattformkonzeptes, so Mayr, könne sich mit entsprechender Software mal wie ein Rennauto und mal wie eine Reiselimousine verhalten.
MARCUS FRANKEN/WOP
Der DynaStart von Mannesmann Sachs kombiniert Starter und Generator auf der Kurbelwelle und kann so die Lichtmaschine ersetzen. Mit weiteren Funktionen wie Schnell-Start und elektrischer Katalysatorvorheizung lassen sich Pkw-Komfort verbessern und Abgasemissionen reduzieren.
ABS – der Bestseller: Bosch startete als erster 1978 die Serienfertigung. Ende Juli verließ das 50millionste ABS die Bosch-Produktion.

Von Marcus Franken/Wolfgang Pester

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