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
Überlebensraums, 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.
ïƒ 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. ïƒ 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 Ãœberwachung der Funktionssicherheit.
ïƒ
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