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Referat
Maschinenbau

Technologisches Gewerbemuseum Wien - TGM

2 Pamperl 2013

Kristian K. ©

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ID# 40186







4BHMBZ Automatisierungstechnik – Referat 5.März.2014



Mehrfach-Rückhaltesysteme (MRHS)

Stand der Technik:

In den modernen Fahrzeugen wird bereits ein sehr hoher Sicherheitsstandard erreicht. Vor vielen Jahren galt das nur für Fahrzeuge der Oberklasse oder oberen Mittelklasse. Heute werden klassenübergreifend alle PKWs mit dem umsetzbaren Know-how ausgestattet. Dies ist das Ergebnis der Entwicklungsfortschritte seitens der Automobilhersteller und Behörde in den letzen vergangenen 10 - 15 Jahren.

Aktuelles Mehrfach-Rückhaltesystem

Ein aktuelles umfangreiches Rückhaltesystem wird zurzeit von BMW dargestellt. Dieses System ist wird auch von andere Automobilhersteller verwendet. Es können bei diesem System bis zu zehn Airbags eingebaut sein:

  • Fahrer-Airbag

  • Beifahrer-Airbag

  • Vier Seitenairbags

  • Vier Kopfairbags



































    Ziele und Aufgaben (Tasks) von Mehrfach – Rückhaltesysteme

  • Sicherstellung des Ãœberlebensraums, um die Insassenbelastung so gut wie möglich gering zu halten

  • Anprall an harte Teile vermeiden

  • Verzögerung des Insassen auf einem noch erträglichen, Verletzungen vermeidenden Kraftniveau

  • Verhindern, dass Personen aus dem Fahrzeug herausgeschleudert werden

  • Sicherstellung der Zugänglichkeit für die Rettungskraft


    Crashworthy systems and devices prevent or reduce the severity of injuries, when a crash is imminent or actually happening. Much research is carried out using anthropomorphic crash test dummies.

  • Seatbelts limit the forward motion of an occupant, stretch to absorb energy, to lengthen the time of the occupant's negative acceleration in a crash, reducing the loading on the occupant’s body. They prevent occupants being ejected from the vehicle and ensure that they are in the correct position for the operation of the airbags.


  • Airbags inflate to cushion the impact of a vehicle occupant with various parts of the vehicle's interior. The most important being the prevention of direct impact of the driver's head with the steering wheel and door pillar.


  • Crumple zones absorb and dissipate the force of a collision, displacing and diverting it away from the passenger compartment and reducing the negative acceleration impact force on the vehicle occupants. Vehicles will include a front, rear and maybe side crumple zones (like Volvo SIPS) too.


    Sensorik:

    Die gesamte Sicherheitselektronik besteht aus 4 verschiedenen Komponenten:

  • Sensoren (Beschleunigungssensoren),

  • Signalverstärkung und –verarbeitung,

  • Zündstufen,

  • Energiereserve und Spannungswandler.

    Die Entwicklung der Sensorik für die Auslösung der Mehrfach – Rückhaltesysteme im PKW lässt sich bis zum heutigen Standpunkt in drei Schritten einteilen.

    1. Generation:

    Es waren meist zwei oder auch teilweise mehr Sensoren vorhanden. Diese haben aufgrund einer Beschleunigungsmessung an der Karosserie zwischen Auslösen und Nichtauslösen des MRHS entschieden. Das Steuergerät übernahm die Aufgabe der Systemdiagnose und die Energieversorgung für die Airbagzündung.

    2. Generation:

    Diese Ausführung wird als single – point – sensing – systems bezeichnet. Bei diesen Systemen messen die Sensoren nur die Verzögerungen.
    Die Auswertung und die Entscheidung zwischen Auslösen und Nichtauslösen wurde in das Steuergerät verlagert. Weiteres erhöht die Verwendung zusätzlicher Sensoren und Aktuatoren die Flexibilität und Effektivität des MRHS.


    3. Generation:

    Dies war der letzte Entwicklungsschritt. Die Steuergeräte wurden modularisiert, um eine Zerlegung in einzelne Subsysteme zu ermöglichen. Durch zusätzliche Sensoren werden komplexe Entscheidungen möglich, die z.B. das Problem der Fehlerauslösung von Airbags besser kontrollierbar machen.
    Durch die Standardisierung kann die Wiederverwendbarkeit einzelner Teile gewährleistet werden.
    dadurch kommen kürzere Entwicklungszeiten zustande, da manchmal nur einzelne Module weiterentwickelt werden müssen, während andere Bauteile unverändert weitverwendet werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Herstellung in größeren Stückzahlen und mit größerer Gestaltungsfreiheit beim Design möglich ist.

    Sensorenprinzipien

    Es werden drei prinzipielle Aufbauten von Beschleunigungssensoren für die Sensierung der Fahrzeugverzögerung verwendet.

    Mechanischer Sensor:

    Dieser Sensor arbeitet nach dem Feder – Masse – Prinzip, wobei eine Kugel direkt auf einen Schlagbolzen drückt und den Zünder somit aktiviert. Dies ist die erste Form der Sensierung im Fahrzeugbereich und ist sehr billig, einfach im Aufbau, nicht diagnosefähig und man benötigt einen Sensor pro Airbag.

    Elektromechanischer Sensor:

    Auch dieser Sensor arbeitet nach dem Feder – Masse – Prinzip. Zunächst überwindet eine träge Masse eine zuvor festgelegte Federkraft oder auch den Gegendruck eines eingeschlossenen Gasvolumens und schließt somit einen elektrischen Kontakt. Ein Signal wird an das Steuergerät gesendet.
    Vorteil: diese Sensoren sind diagnosefähig

    Elektronischer Sensor:

    Bei dieser Art von Sensoren baut ein piezoelektrischer Biegebalken bei einer bestimmten Krafteinwirkung durch eine Beschleunigung ein Potenzial auf und sendet dann ein Signal an das Steuergerät.
    Vorteile: Schnelligkeit der Sensierung, Kompaktheit und der günstige Preis

    Außerdem werden bei dieser Bauart die Signale der Sensoren verstärkt, gefiltert, digitalisiert und dann mit den festgelegten Auslöseschwellen verglichen. Bei den neusten Systemen wird der Beschleunigungsverlauf gespeichert und über einen Algorithmus integriert, um dann mit anderen gespeicherten Verläufen verglichen zu werden. Dies ermöglicht, Unfallart und –schwere zu erkennen, sodass dann vom Steuergerät geeignete Maßnahmen ergriffen werden können. Nach diesem Vorgang aktiviert das Steuergerät die Zündkreise.

    Funktion und Diagnose

    Beim Einschalten der Zündung erfolgt, wie bei jedem Airbagsystem, eine Funktionsüberprüfung und Eigendiagnose des Gesamtsystems mit allen Steuergeräten und Satelliten. Hinzu kommt die zusätzliche Überprüfung der fehlerfreien Buskommunikation zwischen den einzelnen Steuergeräten. Wurden keine Fehler festgestellt und alle Zündkondensatoren geladen sind, geht die Airbag-Warnlampe aus. Da das System ständig funktionsbereit sein muss, erfolgt auch während der Fahrt eine permanente Überwachung der Funktionssicherheit.
     so ist das System jederzeit funktionsfähig und kann z.B. bei einer Frontalkollision die Auslösung der verschiedenen Airbags bzw. Airbagsstufen und Gurtstraffer aufeinander abgestimmt in dem richtigen zeitlichen Ablauf steuern.



    Beispiel: Zeitlicher Ablauf der Airbag- und Gurtstraffer – Auslösung bei einer schweren Frontalkollision
























    Erkennung einer Fehlermeldung

    Die Airbag – Warnlampe leuchtet auf, wenn ein Fehler festgestellt wird und natürlich auch nach einer Auslösung eines Airbags.
    Bei diesem System leuchtet die Warnlampe rot auf, wenn ein Fehler im Fahrer,- und/oder im Beifahrerbereich vorliegt. Die Lampe leuchtet bei Fehlern der Seiten- bzw. Kopfairbags und bei Fehlern der Gurtstraffer und Gurtkraftbegrenzer gelb auf. Außerdem wird dem Fahrer der Fehler auch in Textform durch Check – Control – Meldungen im Control –Display angezeigt (-mit Erklärungen und Handlungsanweisungen).

    Die genaue Fehlerursache und eine weitergehende Diagnose können aber nur mit einem entsprechenden Diagnosetester festgestellt und durchgeführt werden. Ebenso wird dieser Diagnosetester für eine eventuelle notwendige Neuprogrammierung des Systems oder von Teilkomponenten des Systems benötigt.



    Quellen:

  • Europa – Lehrmittel: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik Auflage 29, Seite 412-422



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