Fahrzeugtechnik ist ein Fachgebiet des Maschinenbaus, das eine eigene Ingenieurdisziplin darstellt.
Während der Fahrzeugbau sich mit der Produktion von (Kraft-) Fahrzeugen befasst und die Verkehrstechnik in der Hauptsache die Lenkung von Verkehrsströmen behandelt, geht es in der Fahrzeugtechnik um umfassende Betrachtung der Konzeption, Konstruktion, Simulation und des Betriebs des Gesamtsystems Fahrzeug und dessen Einzelkomponenten.
Nehmen wir an man fährt mit seinem PKW Navi in einen Tunnel. Das GPS Signal ist weg. Trotzdem möchte man vielleicht angezeigt bekommen, dass man die Ausfahrt im Tunnel nehmen soll. Woher soll das Navi wissen, wo man gerade ist? Richtig: Es fusioniert die Fahrzeugsensoren und berechnet damit die Position so gut es geht.
Nun denkt man sich: OK, wenn ich zuletzt am Tunneleingang war und mit 50km/h fahre, dann kann das Navi ja exakt ausrechnen, wo (x=Position) man sich 1 Minute (t=Zeit) später befindet:
Da habe ich aber große Augen bekommen, als Dr. Zetsche heute auf der re:publica davon sprach, dass das Design der Grund wäre, weshalb Fahrzeuge deutscher Produktion mit Radar+Stereokamera ihr Umfeld wahrnehmen und nicht mit einem Laserscanner. Das Google Self-Driving-Car hingegen setzt auf Laserscanner.
Wenn Sie mal so ein Google-Fahrzeug gesehen haben, sieht das in etwa aus wie eine Mondlandefähre. Und dann haben sie oben auf dem Dach diese Teleskop-Geschichte, und die kostet in etwa so viel wie das Auto darunter.
Da mag er Recht haben, denn Google setzt auf Velodyne HDL-64E sensoren, welche 360° Rundumsicht ermöglichen.
[Update 10/2013] Aus einer Dissertation kann man entnehmen, dass auch Daimler mit dem Velodyne arbeitet, was die Aussage von Konzernchef Dr. Zetsche irgendwie noch inhaltsloser erscheinen lässt.
![Auszug aus [Schmid, M. R. (2012). Umgebungserfassung für Fahrerassistenzsysteme mit hierarchischen Belegungskarten. Universität der Bundeswehr München. Retrieved from http://d-nb.info/1030485593/]](https://www.cbcity.de/wp-content/uploads/2013/05/Daimler-Velodyne-770x605.jpg)
Auszug aus [Schmid, M. R. (2012). Umgebungserfassung für Fahrerassistenzsysteme mit hierarchischen Belegungskarten. Universität der Bundeswehr München. Retrieved from http://d-nb.info/1030485593/]
Quelle: Ibeo Laserscanner
– Der Multi-Applikations-Sensor, Braunschweiger Verkehrskolloquium, 2006
Diese Abbildung, welche aus dem Jahr 2006 stammt, zeigt zahlreiche nahtlose Integrationsmöglichkeiten, ich vermute also eher den betriebswirtschaftlichen Teil der Aussage: Denn die Sensoren sind auf Grund fehlender Massenproduktion einfach noch zu teuer.
[Update 10/2013: Auch Daimler schafft das so schön.]
![Auszug aus [Schmid, M. R. (2012). Umgebungserfassung für Fahrerassistenzsysteme mit hierarchischen Belegungskarten. Universität der Bundeswehr München. Retrieved from http://d-nb.info/1030485593/]](https://www.cbcity.de/wp-content/uploads/2013/05/Daimler-E-Klasse-Sick-Lidar-770x542.jpg)
Auszug aus [Schmid, M. R. (2012). Umgebungserfassung für Fahrerassistenzsysteme mit hierarchischen Belegungskarten. Universität der Bundeswehr München. Retrieved from http://d-nb.info/1030485593/]
Interpolation hat fast jeder schon einmal gehört. Man benötigt zu bestehenden Messwerten eine feiner Auflösung und bestimmt Zwischenstellen linear, polynomisch oder mittels Spline. Im nachfolgenden Bild ist eine lineare Interpolation (orange) zu bestehenden Messwerten (blau) zu sehen.
Orangener Wert ist linear interpoliert zu den bestehenden blauen Werten
Es gibt allerdings auch noch wesentlich ausgeklügeltere Verfahren der Interpolation, mit dessen Hilfe man erstaunliche Ergebnisse erzielen kann. Im Folgenden soll beispielhaft die Interpolation einer harmonischen Schwingung mit Matlab erfolgen.
Wärme kann nur von warm nach kalt “fließen”. Das heißt, dass im Falle eines heißen Kaffee die Tischplatte entsprechend kühl sein muss. Die Wärme würde dann von der warmen Tasse durch den Stirlingprozess gehen und sich auf den Tisch übertragen. Auf dem Weg dahin kann die Wärme Energie im Sterling-Prozess abgeben und damit kann das Smartphone geladen werden.
Smartphone-Akku mit Heiß- oder Kaltgetränk laden (Foto: Epiphany Labs/Kickstarter)
Fahrzeuge werden immer intelligenter, viele haben vollautomatische Parkassistenten, welche parallel zur Fahrtrichtung längs einparken können. Aktueller Stand der Serienfahrzeuge ist, dass das Fahrzeug auch quer zur Fahrtrichtung in eine Parklücke rangieren kann. Damit sind zum einen lästiges Kurbeln als auch das nackenunfreundliche Umdrehen auf ein Minimum reduziert. Mit Spiegeln rückwärts fahren können ja die wenigsten, wenn man das Treiben in der Stadt beobachtet. Hinzu kommt, dass die Fahrzeuge immer breiter und länger werden und auch die Stoßfänger oft lackiert sind. All das sind Gründe, dem Fahrzeug den Parkvorgang zu überlassen. Valeo zeigt in diesem Konzeptvideo ganz geschlechterneutral (#Aufschrei), wie die Zukunft aussehen könnte:
Dabei stellen sich ein paar Fragen, welche es zu bedenken gibt.
Ab einer gewissen Auslastung entsteht auf einer Autobahn Stau, auch wenn es zu keinem Unfall gekommen ist. Das liegt vor allem an der Unzulänglichkeit des Fahrers. Jeder der sich mit Regelungstechnik etwas auskennt, der weiß, dass ein System mit Totzeit sehr schwer zu regeln ist. Die Reaktionszeit des Fahrers ist die Totzeit im System und die führt dazu, dass sich der Verkehrsfluss in Wellen aufschaukelt.
Reduziert man die Schwäche des Fahrers durch intelligente Systeme, welche Informationen entlang der Autobahn übertragen, so kann man Stau völlig vermeiden (Unfälle mal ausgeschlossen, welche zur Sperrung führen)!
![Auswirkungen der Car2Car Kommunikation auf Auslastung, Reisezeit und Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit des Ausstattungsgrades. [Quelle: Treiber, Kesting, Helbing - Verkehr verstehen und beherrschen, Publikation TU Dresden, Online abrufbar http://www.vwi.tu-dresden.de/~treiber/publications/VerkehrVerstehen.pdf]](https://www.cbcity.de/wp-content/uploads/2013/01/Car2Car-520x407.jpg)
Auswirkungen der Car2Car Kommunikation auf Auslastung, Reisezeit und Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit des Ausstattungsgrades. [Quelle: Treiber, Kesting, Helbing – Verkehr verstehen und beherrschen, Publikation TU Dresden, Online abrufbar http://www.vwi.tu-dresden.de/~treiber/publications/VerkehrVerstehen.pdf]
Simulationen zeigen, dass bereits ab einem Ausstattungsgrad von 20% der Fahrzeuge ein Stau auf Grund von Überlastung der Autobahn vollständig eliminiert werden kann.
Die Leistungsmessung ist der Moment der Wahrheit. Hier zeigt sich in nakten Zahlen, was Kennfeldmanipulation, Abgasanlage oder neuer Turbolader nun tatsächlich verändert haben.
Dyno von H-Y-P-E unter CC BY-NC 2.0 Lizenz von flickr.com
Das Prüfgerät zur qualifizierten Aussage über die Leistung eines Fahrzeugs ist der Rollenleistungsprüfstand oder Englisch Dyno. Doch wie funktioniert dieser überhaupt?
Der Hybridantrieb ist eine Metapher für Elektromobilität, Naturschutz und Emissionsreduktion geworden. Dabei heißt es nur “von zweierlei Herkunft”. Dass Toyota daraus den Prius als Parallelhybridantriebskonzept mit einem Elektro- und einem Verbrennungsmotor gemacht hat, ist eine von vielen Varianten, aber wirklich nicht die Einzige.
Audi A8 Hybrid | Foto von David Villarreal Fernández @flickr.com | CC BY-SA 2.0 Lizenz
Ich habe vor Kurzem die Möglichkeit gehabt in einem Audi Q5 Hybrid mitzufahren und habe festgestellt: Es geht auch anders als es Toyota macht.
Die EU Luftqualitäts-Rahmenrichtlinie (Richtlinie 96/62/EG des Rates über die Beurteilung und die Kontrolle der Luftqualität sowie Tochterrichtlinie) regelt verbindlich für alle Staaten die Grenzwerte für Luftqualität und schädliche Stoffe in der Luft. Die Kommunen sind gezwungen einen Maßnahmenplan zu ergreifen um die Grenzwerte einzuhalten. Dazu gehören nun die Luftreinhaltungsmaßnahme “Umweltzone”, welche Fahrzeugen die Einfahrt in die Innenstadt verweigert, die hohe Partikelemissionen (v.a. Diesel und in Zukunft auch Otto-Motoren) aufweisen. Der Messwert dazu ist PM (Partikelmasse). Der gängige limitierte Wert ist PM10, deren aerodynamischer Durchmesser weniger als 10 Mikrometer (10 µm) beträgt.
Überschreiten die Städte den EU-Grenzwert sind Strafzahlungen vom Bund fällig. Somit führen die Städte Umweltzonen ein, welche Fahrzeuge mit roten oder gelben Plaketten aussperren. Weiter Informationen sind im Zukunft-Mobilität Blog zu finden.
Doch macht das Sinn?
Ein allgemein bekanntes und schon lange etabliertes Fahrerassistenzsystem ist das Antiblockiersystem ABS. Es verhindert, dass die Räder bei einer Vollbremsung zum stehen kommen, bevor die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht ebenfalls 0 km/h ist. Das Verhältnis aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Radumfangsgeschwindigkeit ist der Radschlupf. Diesen auf einen bestimmten Wert zu “regeln” ist eine Nebenaufgabe des ABS, welche den Bremsweg mitunter sogar noch reduzieren kann. Die eigentliche Hauptaufgabe besteht allerdings in der Stabilisierung der Geradeausfahrt, trotz Lenkbewegungen. Das ist in folgender Prezi hoffentlich anschaulich dargestellt:
Grundlagen Antiblockiersystem ABS on Prezi
Die Hauptaufgabe des ABS ist also nicht die Reduzierung des Bremswegs, sondern die Stabilisierung bei unterschiedlichen Reibverhältnissen zwischen linker und rechter Spur sowie die Bereitstellung ausreichender Seitenführungskraft für die lenkenden Vorderräder (Ausweichen).
Gestern war es mal wieder soweit: Eine Pressemitteilung eines Automobilherstellers hat die Gedanken eines Journalisten (Jürgen Rees) abschweifen lassen und führte zu einem “schönen” Artikel, welchen man wieder die nächsten 100 Diskussionen vorgelegt bekommt, wenn es um die Zukunft der Energiespeicherung für Elektromobilität geht. Superkondensatoren: Der bessere Energiespeicher fürs Elektroauto hieß die Schlagzeile auf Zeit Online Auto.
Schematischer Aufbau eines gewickelten Superkondensators
1. Anschlüsse, 2. Sicherheitsventil,
3. Abdichtscheibe, 4. Becher, 5. Positive Elektrode mit: 6. Separator, 7.,8.,9. doppelseitige Elektrode mit zentralem Kollektor, 10. Negative Elektrode
Quelle: Wikipedia User Tosaka
Natürlich, sogar die Formel 1 nutzt Supercaps für die Energiespeicherung, also muss das natürlich eine elegante Lösung sein, das Energietransportproblem für die Elektromobilität zu lösen. Man hätte den Artikel ordentlich machen können und dem interessierten Leser ein paar Fakten mitteilen können, oder eben nur ein paar Zitate und Verweise auf schon bestehenden Einsatz dieser Technik aneinanderreihen. Zeit Online hat sich für letzteres entschieden und die Physik mal wieder völlig ignoriert.
Clemens Gleich startet einen neuen Podcast, der sich mit Mobilität beschäftigt. In der ersten Folge redet er ausführlich mit Alex Kahl über die Alltagserfahrungen mit dem Elektroauto Nissan Leaf. Beide haben im Rahmen der e-miglia beziehungsweise durch den persönlichen Besitz Erfahrungen mit dem Fahrzeug gesammelt. Ein paar Zitate aus dem Podcast:
Ich kann dich nicht beneiden, ich habe so viele schreckliche Erfahrungen gesammelt.
Der Nissan hat eine vergleichsweise größere Batterie, […] 24kwh, das ist ziemlich genau die Energiemenge von 2kg Diesel
Wenn man wirklich die ganze Zeit tagelang nur immer auf “Ankommen und Reichweite” […], wie wirklich zermürbend, anstrengend das ist. Es war echt unglaublich.
Realistisch kommst du 100km mit weit. Jeden früh geht das Auto an und sagt “Hallo, sie kommen 160km weit”. Jeden früh lügt dich die Scheißkarre wieder an.
Ziemlich ehrlich und ziemlich niederschmetternd, wie ich finde. Doch hört selbst:
http://www.mojomag.de/podcasts/podcast-killing-the-electric-car/
Ja, dieser Titel trägt ein Fragezeichen am Ende. Genau so wie bei Martin Randelhoff im Blog Zukunft Mobilität. Ich bin froh, dass ich endlich Backup erhalte und mir nicht mehr vor komme, wie der einzige, der mal Tacheles zu dem Thema gesprochen haben möchte. A prospos “gesprochen”, der Vortrag von Martin ist folgender:
Die Folien zum Vortrag sind hier zum Download bereit gestellt.
Einige Leser dieses Motorblogs sind sicherlich bereits in Fahrzeugen mit Automatikgetrieben (AG) unterwegs gewesen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit vor allem die Leser, welche ein Auslandssemester in Nordamerika oder Australien absolviert haben, da in diesen Staaten der Automatikgetriebeanteil sehr hoch ist.
ZF Stufenautomatgetriebe 8HP70 (By Ritchyblack – Stefan Krause (Own work) [FAL], via Wikimedia Commons)
Meine persönliche Erfahrung mit einem AG startete mit dem Audi A3 (8L) meiner Eltern, in welchem noch ein AG mit 4 Gängen verbaut war, was bereits im 3er Golf seit Anfang der 90er Jahre Anwendung fand. Zum einen war ich begeistert, wie herrlich sanft man so kurz nach dem Absolvieren der Fahrerlaubnis in einem Schalt-PKW gerade am Berg anfahren kann, zum anderen war ich enttäuscht in Anbetracht eines Verbrauches von 9 bis 12 l bei Kurzstreckenfahrten im Erzgebirge, ohne den 1.6er-101PS-Benzinmotor über 4000 U/min betrieben zu haben. Zudem waren die Beschleunigungswerte im Vergleich zum Handschalter spürbar schlechter und die Gesamtübersetzung des letzten Ganges sehr kurz, sodass bereits bei Tacho 130 km/h ca. 4000 Motorumdrehungen anlagen, was den Langstreckenkomfort des, bei dieser Drehzahl sehr dröninigen, Motors sehr schmälerte. Windgeräusche waren bei diesem Auto zwangsweise kein Thema…
Prof. Dr.-Ing. Markus Lienkamp ist ehemaliger Hauptabteilungsleister des VW Konzerns und jetzt Lehrstuhlinhaber an der TU München. Er fasst mit dem aktuellen Buch Elektromobilität – Hype oder Revolution den aktuellen Stand der Erkenntnisse rund um Mobilität, Akkutechnologie, Anforderung, Kosten, Entwicklungsmöglichkeiten und Wertschöpfung zusammen. Außerdem gibt er einen weitreichenden Überblick über die Chancen und Risiken der Mobilitätsrevolution (nicht nur Antriebsart sondern auch Art der Nutzung) aus Sicht der deutschen OEM Mercedes, Audi, BMW und VW.
Ein paar schöne Textpassagen möchte ich nachfolgend zitieren.
Einige Menschen wissen noch nicht mal wofür sie einen Tempomat brauchen, da hat die Automobilindustrie schon die adaptive Version davon entwickelt. Vertrieben werden diese unter vielen Marketingnamen, wie beispielsweise Adaptive Cruise Control (kurz: ACC, von Bosch) oder Distronic Plus (von Daimler). Letztere konnte ich mir im Rahmen einer Promotionveranstaltung mal etwas genauer ansehen.
Das ACC oder DistronicPlus hat die Aufgabe einem vorausfahrenden Fahrzeug mit konstantem Sicherheitsabstand zu folgen und, sollte es von der eigenen Spur verschwinden, auf die gewünschte Tempomatgeschwindigkeit zu beschleunigen, bis wieder ein Hindernis in der eigenen Spur auftaucht.
Die neue A-Klasse von Mercedes-Benz hat serienmäßig den Collision Prevention Assist (Warnung bei drohendem Auffahrunfall und Vorbereitung des Fahrzeugs auf die kommende Vollbremsung) an Board. Dieser wird bei Daimler mit einem Radar Sensor gefüttert. Als optionales Paket kann man sich die Distronic Plus, also die automatische Abstandsregulierung dazu ordern.
Doch wie funktioniert das und wo liegen die Probleme?
Bild von flickr.com “Exhaust” von k.landerholm
http://www.flickr.com/photos/landerholm/3208380636/
Ein Verbrennungsmotor erzeugt wohlige Wärme und Leistung, mit welcher sich das Fahrzeug antreiben lässt. Nötig ist nur ein wenig Kraftstoff und Luft. Der Motor sorgt, ein mal gestartet, selbstständig dafür, sich immer wieder neu anzutreiben und sogar noch nutzbare Arbeit zu verrichten. Meistens sind die Motoren im 4-Takt-Prinzip ausgeführt, sodass 3 Takte (Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen) eigentlich nur lästiges Nebenprodukt sind, der Arbeitstakt aber erzeugt so viel Energie, dass damit alles andere versorgt werden kann. Doch woher kommt die Energie?
Das beschreibendste Zitat gleich zu Beginn:
Nichts ist subjektiver als eine Objektivität, die gegen die eigene Subjektivität blind ist. – Ronald D. Laing
Was hat das nun mit der Längsdynamik des Tesla Roadster S zu tun? Nun, ich bin selbst schon viele Elektroautos gefahren, der ‘wie Formel 1‘ Opel Ampera war auch darunter. Ja, geht schon vorwärts so ein Elektroauto, das ohne Zweifel. Wenn man sich den Tesla Roadster S anschaut, vor allem die Berichte darüber, dann wird klar: Wow, das ist eine Rakete, da rollt es den Beton von der Straße, der ist sowas von unglaublich schnell, unvorstellbar.
© Tesla Motors Company
Doch um die Subjektivität zu überlisten, kann man auch ein paar Dinge berechnen. Die Zahlen lassen sich nicht austricksen, die sind objektiv und damit kann man die Beschleunigung vergleichen.
Elektromobilität ist irgendwie ein Reizwort für mich geworden. Es ist wirklich schwer ein Lächeln auf den Lippen zu behalten, wenn man sich diese ganzen Pressemitteilungen und Artikel in Zeitungen an schaut, welche zu diesem Buzzwort veröffentlicht werden. Man fragt sich teilweise, ob überhaupt noch jemand zu Wort kommt, der technischen Sachverstand hat oder ob es reicht, einfach eine europäisches Institut für solare Mobilität zu gründen um Fachmann zu sein.
Doch es gibt auch andere Seiten der Elektromobilität: Tesla Motors, eine amerikanische Firma, gegründet vom Ingenieurgroßmeister Elon Musk, welche dieses Jahr auf den Markt drängt.
Nachfolgend meine Meinung, weshalb ich glaube, dass Tesla es schaffen wird.
Zufällige und unvollständige Auswahl an Ingenieurdienstleistern. © der Logos bei den jeweiligen Firmen. Größe und Anordnung stellen keine Wertung dar.
Nun, die erste Suche führt zu Wikipedia. Dort heißt es:
Entwicklungsdienstleister (auch: Ingenieurdienstleister (so offizielle Bezeichnung der Bundesagentur für Arbeit), neu: Engineering-Dienstleister) sind Industrieunternehmen, deren Umsatz größtenteils aus der Erbringung von Entwicklungsdienstleistungen in Form von Werksverträgen und Auftragsentwicklungen erreicht wird. Die Produktion und der Verkauf eigener Produkte steht bei Entwicklungsdienstleistern nicht im Vordergrund. Damit stehen sie im Allgemeinen am Anfang der Wertschöpfungskette.
Soviel zur Theorie bei Wikipedia, nun meine eigene Meinung: Prinzipiell hat Wikipedia erst einmal recht, ein Ingenieurdienstleister verkauft keine Produkte, jedoch muss jedes Produkt nun erst einmal entwickelt, erprobt und produziert werden. Und genau hier kommen die Dienstleister ins Spiel, denn ein Hersteller entwickelt in vielen Fällen nicht mehr selber, sondern lässt entwickeln und bezahlt diese Leistung oder holt sich die Hilfe von Dienstleistern ins Haus und entwickelt mit ihnen zusammen seine Produkte. Hierbei gleicht aber nicht ein Dienstleister dem anderen, je nach Schwerpunkt und Kompetenz sind diese unterschiedlich aufgestellt. Angefangen von reinen Konstruktionsbüros bis hin zu Dienstleistern die teilweise komplette Dauererprobungen von z.B. Fahrzeugen übernehmen, reicht die Palette.
Glaubt man Medien und Politik, so fahren wir in ein paar Jahren alle elektrisch. Ob das gut oder schlecht oder komfortabel oder aufregend wird, kommt auf die Fortschritte in der Entwicklung an. Es wird ja massiv subventioniert und gefördert, sodass sich der Markt auf jeden Fall bewegen wird. Eine interessante Verbindung zwischen Elektromobilität und den erneuerbaren Energien ist offensichtlich: “Grüner Strom” für die Fahrzeuge, damit es wirklich umweltfreundlich wird.
Quelle: Rahmenbedingungen für zukünftige Mobilität, Vortragsreihe des Institut für Produktentstehung, AutoUni/VDI, Prof. Dr. W. Steiger, Volkswagen AG
Doch es gibt noch eine andere Verbindung zwischen Elektromobilität und den erneuerbaren Energien, welche nicht so offensichtlich ist.
Zweiräder müssen sich bei Geschwindigkeiten über 0km/h neigen, um eine Kurve durchfahren zu können. Das liegt daran, dass das Fahrzeug die auftretenden Fliehkräfte mit entsprechender Gewichtskraft ausgleichen müssen. Mitunter sieht das recht spektakulär aus, wie am Beispiel Casey Stoner eindrucksvoll zu sehen.
Doch welcher Winkel stellt sich denn ein und wie weit kann man sich überhaupt in die Kurve legen?
Bild unter CC-Lizenz von flickr User “pilot_micha”
Man kann es ja nicht leugnen, so ein Starr-Rahmen sieht einfach klasse aus. Das findet der Prüfer beim DEKRA oder TÜV auch, aber er sieht die Gefahren. Welche das sind, wird bei folgender einfachen Berechnung deutlich.
