Zu den Technologie-Highlights des Fahrversuchs zählt ganz klar das vakuumunabhängige vollständig integrierte Bremsregelsystem (Integrated Brake Control – IBC), das gleichzeitig die Bremsanlage vereinfacht und deren Funktionalität erhöht.
Alfred Vollmer
In einem modifizierten Chevrolet Volt ließ sich das gegenüber unserem Bericht in Ausgabe 5/2011nochmals verbesserte System sprichwörtlich erfahren. Der modulare Aufbau von IBC ermöglicht es, das System an die jeweiligen Anforderungen der Fahrzeughersteller und Marktspezifikationen hinsichtlich Bremsverhalten, Fahrzeuggröße und Funktionalität anzupassen. Im Chevy Volt schaltet IBC lediglich bei Geschwindigkeiten unter 10 km/h sowie wenn das ABS in Aktion tritt die Energie-Rückgewinnung ab; in allen anderen Fällen liegt der Schwerpunkt auf dem rekuperativen Bremsen.
Außerdem baut das System den Bremsdruck mit einer hohen Geschwindigkeit auf und eignet sich damit auch für automatische Notbremssysteme. TRW geht davon aus, dass sein IBC ab dem Modelljahr 2016 in Serie geht.
„Es ist so wichtig wie nie zuvor, erschwingliche Sicherheitssysteme zu entwickeln“, erklärte Manfred Meyer, Technical Director des Bereichs Braking Systems Application bei TRW. „Gerade in Zeiten immer strengerer Gesetzgebungen und mit Blick auf die neuen Euro NCAP-Bewertungskriterien müssen wir gemeinsam mit den Fahrzeugherstellern dafür sorgen, dass sich jeder Autofahrer Sicherheit leisten kann. Wir wollen alle Fahrer und Verkehrsteilnehmer schützen – egal wo sie sich auf der Welt befinden.“
Nur Elektronik ermöglicht 5 NCAP-Sterne
Bild 1: Obwohl das 24-GHz-Radar AC100 ähnliche Funktionen wie das 77-GHz-Serien-Fernbereichsradar bietet, soll es nur etwa halb so viel kosten.TRW
Auf der Presseveranstaltung zeigte TRW außerdem verschiedene Kombinationen seines 24-GHz-Radarsystems AC100 in Kombination mit anderen Sicherheitssystemen. So lässt sich das AC100 beispielsweise mit der Videokamera sowie mit aktiven Technologien des Sicherheitsgurtsystems oder mit der elektronischen Stabilitätskontrolle (Electronic Stability Control – ESC, das „ESP“ von TRW) kombinieren. Der neue Radarsensor ist für unterschiedliche Fahrbedingungen ausgelegt und wird 2013 in den ersten Fahrzeugen auf den Markt kommen. Obwohl AC100 ähnliche Funktionen wie das 77-GHz-Serien-Fernbereichsradar bietet soll es nur etwa halb so viel kosten. Die Kostensenkung erzielt TRW hauptsächlich durch geringere Komplexität sowie jeweils kleinere Bandbreite und Ausgangsleistung.
Weil die Autokäufer mittlerweile genau auf die NCAP-Bewertungen schauen, stehen Fahrzeughersteller vor der schweren Aufgabe, auch weiterhin möglichst fünf Sterne im Rahmen der Euro-NCAP-Bewertungskriterien vorzuweisen, obwohl die Kriterien ständig verschärft werden: ab 2014 für aktive Sicherheitssysteme sowie ab 2016 für den Fußgängerschutz. Mit der neuesten Anpassung ihrer Bewertungskriterien fördert die Euro NCAP-Gesellschaft die freiwillige Ausstattung von Pkw mit einer automatischen Notfallbremse (Automatic Emergency Braking – AEB). Ab 2014 soll die AEB in das Euro-NCAP-Rating einbezogen und damit zu einem wichtigen Faktor für die Höchstbewertung mit fünf Sternen werden. Ab 2016 müssen außerdem einige Fahrzeuge je nach passiver Sicherheitsausstattung eine Fußgängerschutzfunktion mit der AEB realisieren, um in der Kategorie „Fußgängerschutz“ fünf Sterne zu erhalten.
TRW sieht sich nach Angaben von Sascha Heinrichs-Bartscher, Chief Engineer Core Development Driver Assist Systems bei TRW, in diesem Rahmen gut aufgestellt: „Wir sind der Euro NCAP-Anpassung sogar einen Schritt voraus, besonders bei der Forderung nach einer verbesserten Fußgängererkennung.“ Kernelement der Fußgängererkennung ist eine Kamera. „Wir arbeiten an der dritten Generation unserer Kamera, die unter anderem mit einer höheren Bildauflösung dabei hilft, die Fußgängererkennung zu verbessern“, führt Manfred Meyer weiter aus. In Kombination mit seiner neuen modularen Radarplattform AC1000 will TRW die passenden Rahmenbedingungen „für optimierte Sicherheits- und Komfortfunktionen“ bieten.
Die Radarsysteme von TRW ermöglichen eine Vielzahl an Fahrerassistenzfunktionen, wie adaptive Geschwindigkeitsregelung (Adaptive Cruise Control, ACC), Stauassistenz (Traffic Jam Assist, TJA), Kollisionsminderungsbremsung (Collision Mitigation Braking, CMB), Automatische Notfallbremse (Automatic Emergency Braking, AEB), Toter-Winkel-Erkennung (Blind Spot Detection, BSD) und Seitenaufprallerkennung (Side Impact Sensing, SIS).
Mit seinen Kamerasystemen realisiert TRW unter anderem Funktionen wie Spurverlassenswarnung (Lane Departure Warning, LDW), Spurhalteassistenz (Lane Keeping Assist, LKA), Spurführungsassistenz (Lane Centering Assist, LCA), Verkehrszeichenerkennung (Traffic Sign Recognition, TSR) und die Fußgängererkennung.
Bild 2:. Durch die Fusion der Daten aus einem 24-GHz-Radarsensor und einer skalierbaren Kamera wird eine AEB (automatische Notbremsung) mit Fußgängererkennung möglich. TRW
AEB: Automatische Notbremsung
In einem als Entwicklungsfahrzeug umgerüsteten VW Passat CC kombinierte TRW den 24-GHz-Radarsensor AC100 mit der skalierbaren Kamera S-CAM. Die Datenfusion beider Sensoren ermöglicht eine AEB (automatische Notbremsung) mit Fußgängererkennung. Wird ein Fußgänger detektiert, ermittelt die Software unter Berücksichtigung der vorhergesagten Bewegung von Fahrzeug und Fußgänger die Wahrscheinlichkeit einer Kollision. Steht eine Kollision bevor, gibt das Fahrzeug zunächst ein optisches oder akustisches Warnsignal ab, bevor es in der nächsten Stufe automatisch Bremsdruck aufbaut, um die Geschwindigkeit zu verringern. Das System ist dabei so implementiert, dass es bei einer Geschwindigkeit von bis zu 40 km/h sicher zum Stehen kommt.
Mit dieser Sensorfusion könne TRW zwar auch bei Geschwindigkeiten im oberen zweistelligen km/h-Bereich noch sicher das Hindernis detektieren, betont Manfred Meyer, aber dies erfordert natürlich gemäß den Gesetzen der Physik auch eine frühere Einleitung der Notbremsung – und hier fängt das Problem an: Wenn das System bei höheren Geschwindigkeiten beispielsweise einen Fußgänger erkennt, dessen aktueller Bewegungsvektor bei unveränderten Geschwindigkeiten von Fahrzeug und Fußgänger zu einer Kollision führen würde, dann müsste ein für erheblich höhere Geschwindigkeiten spezifiziertes Notbremssystem eigentlich eine Notbremsung einleiten. Andererseits zeigt die Erfahrung, dass Fußgänger sich hochdynamisch verhalten: Sie eilen zügig an den Straßenrand, registrieren in der Bewegung, dass sich ein schnelles Fahrzeug nähert und kommen daher in der Regel rechtzeitig, aber sehr abrupt am Fahrbahnrand zum Stehen. Wenn ein automatisches System in diesem Fall eine Notbremsung eingeleitet hätte, wäre einerseits ein Auffahrunfall auf das Fahrzeug mit Notbremsfunktion bei entsprechendem Verkehr recht wahrscheinlich, während der Fußgänger andererseits ziemlich verwirrt wäre. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die maximale Geschwindigkeit zu beschränken, bei der das Notbremssystem noch zum kompletten Stillstand kommt. Die in diesem Versuchsträgerfahrzeug ebenfalls integrierte adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC mit Follow-to-Stop-Funktionalität kann das Fahrzeug auch bis zum Stillstand abbremsen.
STC
Ein gutes Beispiel für die „Zweitverwertung“ von Sensorsignalen zeigte TRW in einem als Entwicklungsfahrzeug umgerüsteten Opel Astra, der mit einem ESC (Stabilitätskontrolle, „ESP“) des Typs EBC460 von TRW sowie einer elektrischen Servolenkung (EPS) mit Belt-Drive (Zahnstangenantrieb mit achsparallel angeordnetem E-Motor) ausgestattet ist. Die Integration von ESC und EPS ermöglicht eine Lenkmomentenüberlagerung im Sinne einer Lenkkorrekturempfehlung, die auch unter dem Begriff STC (Steering Torque Control) bekannt ist. Diese verbessert das Handling in schwierigen Situationen und bietet Funktionen wie Übersteuerkorrektur, Seitenwind-Kompensation, µ-Split-Lenkkorrektur und „Pull-Drift-Kompensation“. Zur Verdeutlichung parametrierte TRW das STC so, dass es im Rahmen eines µ-Split-Tests mit den linken Rädern auf dem trockenen Teer und den rechten Rädern auf bewässerten Fliesen selbst bei einer Notbremsung aus zirka 80 km/h ohne Fahrereingriff reproduzierbar die Spur ziemlich exakt einhielt, während gleichzeitig ein – in diesem Fall allerdings nicht zielführender – manueller Lenkeingriff jederzeit problemlos möglich war. Einen Elchtest absolvierte dieses Fahrzeug zwar mit Bravour, aber den hierbei durchgeführten automatischen Lenkeingriff nehmen Normalfahrer wohl eher nicht wahr. Das Schöne an diesem System dürfte die Möglichkeit sein, STC über eine reine Software-Modifikation zu implementieren – ein attraktives Zusatz-Feature, das OEMs ohne zusätzliche Hardware-Kosten umsetzen können.
Bild 3: In dieser Entwicklungsstudie befindet sich das Bremssystem Slip Control Boost (SCB), das an den Hinterrädern nur über die Radnabenmotoren (ohne Friktionsbremse) und an den Vorderrädern mit Scheibenbremsen verzögert.Alfred Vollmer
Fahrspaß und Ökonomie
Auch eine von Siemens auf Basis des Roadsters von Roding Automobile realisierte Entwicklungsstudie zeigte TRW, wobei die zwei Radnabenmotoren an der Hinterachse mit ihren 2 x 1200 Nm dafür sorgten, dass der Fahrspaß bei diesem EV wahrlich nicht zu kurz kam. Das Fahrzeug, dessen Kühlpumpe für die Batterie unüberhörbar permanent im Heck ihren Dienst verrichtete, ist mit dem Bremssystem Slip Control Boost (SCB) von TRW ausgestattet: Während die Vorderachse über zwei Scheibenbremsen gebremst wird, gibt es an der Hinterachse keinerlei Reibungsbremse, weil die gesamte Verzögerung an der Hinterachse über die beiden Radnabenmotoren erfolgt. Ziel des Projektes war es, so viel Bremsenergie wie möglich in elektrische Energie umzuwandeln und in der Batterie zu speichern. „Damit ist das System in der Lage, die Bremsenergie bei über 70% aller Bremsmanöver vollständig zu rekuperieren“, erläutert Manfred Meyer. Möglich wird dies unter anderem durch das relativ hohe Gewicht auf der Hinterachse, während unter der Fronthaube fast schon gähnende Leere herrscht. Per „Brake-Blending“ (Brems-Überblendung) kann das System bei Bedarf einen Teil des benötigten Bremsmoments von der elektromotorischen Bremse an der Hinterachse automatisch zu den Scheibenbremsen an der Vorderachse übertragen.
Im Fahrversuch zeigte diese Entwicklungsstudie ein für derart „tiefliegende“ Fahrzeuge typisches, ganz normales Bremsverhalten. Das Fahrzeug ermöglicht teilweise ein echtes Brake-by-Wire. Selbst wenn das ABS eingreift, was ja an den Hinterrädern durch eine Änderung des Motor-Drehmoments (Torque Vectoring) an den Rädern geschieht, rekuperierte das Fahrzeug systembedingt. Verzögerungen bis etwa 0,3 g erfolgen ausschließlich durch Rekuperation. Zwischen 0,3 g und 0,4 g Verzögerung schaltet sich aus Sicherheitsgründen die Reibungsbremse leicht dazu, weil das System nicht über eine Stabilitätsregelung (ESC/ESP) verfügt. Ab 0,7 g sind dann auch die Scheibenbremsen in vollem Umfang im Einsatz.
Bild 4: In der Stoßstange befindet sich ein Schaumstoffelement, in das ein schwarzer luftgefüllter Schlauch integriert ist, an dessen Ende sich ein Drucksensor befindet. Hiermit lassen sich Fußgänger-Kollisionen preisgünstig detektieren.Alfred Vollmer
Das systematische „Zuschalten“ der Friktionsbremsen geschieht derart nahtlos, dass der Fahrer keinen Unterschied zu herkömmlichen, rein hydraulischen Bremssystemen wahrnimmt, wobei SCB mit seiner eigenen Vakuumpumpe völlig unabhängig vom Fahrzeug arbeitet. Dabei lässt sich nicht nur das Pedalgefühl vollständig simulieren, auch die Verzögerung ist einstellbar, und ein ESC ist ebenso möglich. Das System eignet sich für front-, heck- und allradgetriebene Fahrzeuge vom Pkw bis zum SUV. Im Vergleich zur ersten SCB-Generation ist SCB2 zirka 25% kleiner und leichter. Bei einem elektrischen Versagen bietet SCB 2 eine 4-Rad- oder 2-Rad-Rückfallebene.
Sicherheit mit Komfort
Ein Selbstversuch auf einem kleinen Testschlitten zeigte eindrucksvoll, wie der mittlerweile serienmäßig erhältliche aktive Gurtaufroller ACR die Gurtlose entfernt und so die Position der Insassen im Sitz verbessert. Die neue Generation der aktiven Gurtaufroller, ACR2, unterstrich in einem als Entwicklungsfahrzeug umgebauten Audi A4 bei entsprechend hoher Fahrdynamik durch das Anziehen des Gurts das Fahrverhalten bereits vor dem Erreichen von kritischen Zuständen.
Bild 5: Ein Lenkradschalter mit integriertem kapazitiven Touchpad ermöglicht die Handschriftenerkennung und Gestensteuerung – und zwar mit beiden Armen am Steuer.Alfred Vollmer
Zusätzlich bieten sich auch neue Möglichkeiten zur Umsetzung von haptischen Warnfunktionen. Im Gegensatz zu akustischen Warnsignalen kann eine haptische Warnung auch so konfiguriert sein, dass sie nur den Fahrer erreicht, während die anderen Insassen davon nichts mitbekommen.
Damit kritische Zustände nicht durch abgelenkte Fahrer entstehen, demonstrierte TRW in einem umgebauten BMW Z4 einen Lenkradschalter mit integriertem kapazitiven Touchpad für Handschriftenerkennung und Gestensteuerung (Bild 5). Hiermit kann der Fahrer während der Eingabe auf dem Touchpad beide Arme am Steuer lassen. Durch aktives Zuschalten der Gestensteuerung lassen sich Fehleingaben vermeiden. Sobald die Eingabe erfolgt ist, kann der Fahrer das System entweder selbst abschalten oder es wird automatisch deaktiviert, um zu vermeiden, dass es Bewegungen als Eingabe versteht.
Bild 6: Über ein kleines Display im Lenkrad lassen sich wichtige Informationen wie Geschwindigkeitsbegrenzungen an exponierter Stelle anzeigen.Alfred Vollmer
In einem VW Golf verbaute TRW zu Demonstrationszwecken gleich drei neue Funktionalitäten: ein kleines Display im Lenkrad, eine elektronische Hupe und einen aktiven Gurtbringer. Auf dem Display (Bild 6) lassen sich wichtige Informationen wie Geschwindigkeitsbegrenzungen an exponierter Stelle anzeigen. In einer Variante dreht sich der Display-Inhalt bei leichten Lenkausschlägen bis etwa 30 ° so, dass die Schrift stets horizontal zu lesen ist. In einer nochmals erweiterten Version besteht die Möglichkeit, das Lenkrad-Display als kostengünstige Alternative zu Head-Up-Displays zu nutzen.
Zum Aktivieren der elektronischen Hupe (EHS, Electronic Horn System) muss der Fahrer eine sensitive Fläche an der Airbag-Abdeckung im Lenkrad berühren – ganz ohne Kraftaufwendung. Durch den Wegfall der mechanischen Elemente verkleinert sich unter anderem der für diese Funktionalität erforderliche Bauraum in erheblichem Umfang.
Bild 7: Der in der B-Säule des Fahrzeugs montierte aktive Gurtbringer bringt den Sicherheitsgurt um bis zu 300 Millimeter weiter nach vorne.Alfred Vollmer
Der in der B-Säule des Fahrzeugs montierte aktive Gurtbringer (Active Seat Belt Presenter, ASBP) bringt den Sicherheitsgurt um bis zu 300 Millimeter weiter nach vorne, damit Insassen ihn zum Anschnallen leichter fassen können (Bild 7). Sobald der Insasse im Fahrzeug sitzt und die Tür geschlossen ist, reicht ihm ein kleiner Arm den Sicherheitsgurt, so dass er leicht zu greifen ist. Während der Fahrzeuginsasse den Gurt anlegt, fährt der Arm wieder in seine ursprüngliche Parkposition zurück. Um den ASBP direkt in die Höhenverstellung des Sicherheitsgurts in der B-Säule zu integrieren, sind außer bei der Innenverkleidung keine Modifikationen nötig. Der ASBP unterstützt besonders ältere Menschen oder Personen mit eingeschränkter Beweglichkeit beim Anschnallvorgang und dient gleichzeitig als Erinnerung, den Sicherheitsgurt anzulegen. TRW geht davon aus, dass die ASBP-Technologie 2016 serienreif sein wird.
Auch sein aktives Gurtschloss (Active Buckle Lifter, ABL), das sich beim Anschnallen anhebt, zeigte TRW und als Ergänzung dieser individuellen Gurtlösungen zusätzlich ein beleuchtetes Gurtschloss (Illuminated Seat Belt Buckle, ISB), mit dem sich das Gurtschloss auch im Dunkeln leicht finden lässt. Interessant sind dabei die Möglichkeiten zur Einbindung des ISB in das Beleuchtungskonzept des Innenraumdesigns.
Klimaregelung
Selbst in einem Bereich, in dem TRW zumindest in Europa noch nicht besonders stark in Serienfahrzeugen vertreten ist, zeigte TRW mit ECC (Efficient Climate Control, effiziente Klimaregelung) eine interessante Lösung, die in einem als Entwicklungsfahrzeug umgerüsteten VW Passat CC verbaut war: „Mit Hilfe von fortschrittlichen Algorithmen für Heizung, Lüftung und Klimatisierung erhöhen wir den Komfort der Passagiere, während wir gleichzeitig die Innenraumgeräusche minimieren und den Kraftstoffverbrauch optimieren“, erklärt Matthias Rimmele, Team Manager Software Design Mechatronics bei TRW. Auch ein Beschlagen der Windschutzscheibe werde damit wirksam verhindert – ein Feature, das die Redaktion bei hochsommerlichen Temperaturen leider nicht persönlich austesten konnte.
Die auf Infrarot-Technologie basierende ECC reguliert die drei Hauptwärmequellen im Fahrzeuginnenraum. Dazu zählen die Wärmeleitung durch Sitze, Lenkrad oder Armstütze, die Wärmestrahlung von Sonne, Glas oder Oberflächen des Innenraums sowie der Wärmeeintrag durch das Klimasystem. Die Infrarot-Sensoren, von denen unter anderem auch drei um den Kopf des Fahrers herum angeordnet waren, ermöglichten eine angenehme Abstimmung der Temperatur ohne unangenehmes Anblasen nach der unvermeidlichen ersten Temperatur-Anpassungsphase in einem zuvor geparkten Fahrzeug.
Alfred Vollmer
(av)
