A&T 01+02/2024

NEWS

Brennstoffzellensystem in der EV-Skateboard-Plattform

Ins Rad integrierte «Schneeketten»

Autonome Fahrzeuge «lernen» lokale Verkehrsvorschriften

Modulares Lenkradkonzept

FACHWISSEN

Messtechnik: Spannung wird sichtbar Seit Jahrzehnten sind die Oszilloskope tolle Diagnosehelfer in den Werkstätten. Leider werden sie immer noch zu selten eingesetzt. Dies liegt vor allem daran, dass es viel Routine braucht, um die Bilder kompetent zu analysieren.

TECHNIK

Fahrzeugbewegungssteuerung mit Reifenintelligenz

Goodyears Sight-Line – die Reifenintelligenztechnologien des Unternehmens – wird in ZFs «cubiX»-Ökosystem einer Software zur Bewegungssteuerung von Fahrzeugen, die alle Dimensionen der Fahrzeugdynamik koordiniert, integriert.

Ausstiegswarnung

Ausstiegswarner helfen, gefährliche Situationen beim Öffnen der Türen zu vermeiden, wenn sich andere Verkehrsteilnehmer dem stehenden Auto von hinten nähern. Die neuste Generation kann die Türöffnung für ein kurzes Zeitfenster unterbinden.

KOMPLETTES BRENNSTOFFZELLENSYSTEM IN EINE EV-SKATEBOARD-PLATTFORM INTEGRIEREN

Bramble Energy, ein britischer Brennstoffzellen-Innovator, und der unabhängige Ingenieurdienstleister Edag Group wollen gemeinsam den Einsatz von Brambles patentierter Leiterplatten-Brennstoffzelle (Printed Circuit Board Fuel Cell, PCBFC) in einer standardisierten Elektrofahrzeug-Plattform untersuchen. Das FC-Storm getaufte Projekt verfolgt das Ziel, eine Designstudie für die 3D-Integration des hochmodernen Wasserstoff-Brennstoffzellensystems von Bramble in die Speicherplattform von Edag für PW und leichte Nutzfahrzeuge zu erstellen und zu präsentieren. In dieser Skateboard-Plattform ist der Platz sehr beschränkt, was mit ein Grund für die Auswahl von Brambles PCBFC ist. Denn diese kann in fast jeder Grösse oder Anordnung hergestellt werden, bietet eine hohe Das FC-Storm-Projekt soll die Integration von Brambles PCBFC ins EV-Skateboard von Edag zeigen und das Potenzial des kombinierten Systems demonstrieren.

HYUNDAI / KIA

Bild:

Leistungsdichte und eine einfache Anpassung der Leistungsabgabe, um die strengen Anforderungen zu erfüllen.

INS RAD INTEGRIERTE «SCHNEEKETTEN» KÖNNEN

AUF KNOPFDRUCK AKTIVIERT WERDEN

D

ie Hyundai Motor Company und die Kia Corporation haben eine ins Rad integrierte «Schneekette» vorgestellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schneeketten, die kompliziert zu montieren und zu demontieren sind, werden bei dieser Konstruktion die «Ketten» auf Knopfdruck automatisch «aufgezogen». Die SchneekettenreifenTechnologie besteht aus einer speziellen Rad-Reifen-Kombination, die in regelmässigen Abständen radiale Rillen aufweist, in welche Module aus einer Formgedächtnislegierung eingesetzt werden. Im normalen Fahrbetrieb wird die Formgedächtnislegierung im Inneren des Rades in eine L-Form gepresst und berührt die Fahrbahnoberfläche nicht. Wenn der Fahrer die Funktion aktiviert, wird ein elektrischer Strom angelegt, wodurch die Formgedächtnislegie-Bild: Hyundai

rung ihr ursprüngliches Profil wieder annimmt: Das Material bildet nun eine J-Form, wodurch das Modul aus dem Reifen herausgedrückt wird, um mit der verschneiten Strasse in Kontakt zu kommen.

Bei aktivierter Funktion hat die Formgedächtnislegierung ihr ursprüngliches Profil wieder angenommen und dadurch das «Kettenmodul» aus dem Reifen herausdrückt.

Als netten Nebeneffekt bietet das System auch eine Art Reifenverschleissanzeige: Wenn die Oberfläche des Reifens im normalen Fahrbetrieb bis auf die Höhe des Moduls abgenutzt ist, kann der Fahrer dies leicht erkennen und verpasst den Reifenwechsel nicht. Die Koreaner melden, dass die Technologie sowohl in Südkorea als auch in den USA zum Patent angemeldet sei. Hyundai Motor und Kia wollen – nach weiteren technologischen Entwicklungen, Haltbarkeits- und Leistungstests sowie Prüfungen durch die Behörden – die Massenproduktion des Systems in Betracht zu ziehen. (pd/sag)

AUTONOME FAHRZEUGE «LERNEN» DIE JEWEILS GELTENDEN LOKALEN VERKEHRSVORSCHRIFTEN

Der unter der Dachmarke Forvia agierende Zulieferer Hella und TÜV Rheinland haben im Bereich des autonomen Fahrens eine Kooperation vereinbart, deren Ziel die marktkonforme Entwicklung einer sogenannten Traffic Rule Engine ist. Dieses neue Softwaremodul überwacht die geplanten Aktionen des autonomen Fahrzeugs (SAE-Level 3 und höher) und gleicht sie auf Basis von Sensorund Kartendaten mit den aktuell geltenden lokalen Verkehrsregeln ab. Wird eine Abweichung festgestellt, erfolgt in Echtzeit eine Rückmeldung an das Fahrsystem. Um sicherzustellen, dass zu jeder Zeit die neuesten Verkehrsregeln eines Landes verwendet werden, kann das Softwaremodul im Vergleich zu geschlossenen Systemen per Over-the-Air-Update fortlaufend und kosteneffizient aktualisiert werden. Die Traffic Rule Engine kennt die jeweils geltenden Verkehrsvorschriften und ermöglicht so autonomen Fahrzeugen ein regelkonformes Verhalten.

YANFENG

Bild: Hella

Der Fokus von Hella Aglaia, einem auf Softwareentwicklung spezialisierten Tochterunternehmen von Hella, liegt auf der Entwicklung der Traffic Rules Engine mit der zugrundeliegenden Verkehrsregeldatenbank sowie dem Algorithmus, über den die Ausführung der entsprechenden Regelungen erfolgt. Zu den Schwerpunkten von TÜV Rheinland gehören die Berücksichtigung der genehmigungsrelevanten Anforderungen für die Software der Traffic Rule Engine und die Typgenehmigung automatisierter sowie autonomer Fahrzeuge. Die Lösung wurde auf der diesjährigen Consumer Electronics Show in Las Vegas präsentiert, und in einem nächsten Schritt soll die Entwicklung auf unterschiedliche Automobilhersteller ausgeweitet werden. Zielmärkte sind zunächst der europäische sowie der nordamerikanische Raum. (pd/sag)

MODULARES LENKRADKONZEPT MIT AUTOMATISIERTEM KASCHIERPROZESS REDUZIERT PRODUKTIONSZEITEN

Die herkömmliche Fertigung eines Lenkrads ist sehr zeit- und arbeitsintensiv, wobei die meiste Zeit auf den Kaschierprozess entfällt, denn traditionelle Lenkräder werden in einem aufwendigen handwerklichen Verfahren kaschiert. Dazu wird das Metallskelett des Lenkrads mit einer Umschäumung versehen, auf die im Anschluss eine Heizmatte und schliesslich das Oberflächenmaterial verklebt werden. Jeder noch so kleine Schritt erfordert dabei eine präzise, manuelle Bearbeitung.

Yanfeng hat nun für sein neues, modulares Lenkradkonzept «ClickRim» Segmente bzw. Halbschalen entwickelt, die auf dem Lenkradkranz verklipst und miteinander verbunden werden. Dabei ist alles darstellbar – egal, ob es zwei, drei oder vier Schalen sind und diese abwechselnd aus Holz und Leder, Stoff Mit dem modularen Lenkradkonzept «ClickRim» will Yanfeng neue Massstäbe im Design und besonders in der Fertigung von Lenkrädern setzen.

oder Naturfasern bestehen. Dazu werden sämtliche Licht- und Handerkennungsfunktionen sowie die Heizmatte vormontiert und direkt in die Schalen integriert. Möglich macht dies ein neues Fertigungsverfahren, für welches das Unternehmen einen Prozess entwickelt hat, bei dem die Kaschierung der Schalen vollständig automatisiert mit Abstandsgewirken und Leder erfolgt. Yanfeng meldet, mit dem neuen automatisierten Kaschierprozess bei jedem Lenkrad rund zwei Drittel der herkömmlichen Fertigungszeit bei effizienten Kosten sparen zu können. Dank des modularen Aufbaus des Lenkrads lassen sich zudem die einzelnen Komponenten leicht demontieren und dem Werkstoffkreislauf zuführen. Die Metallarmatur, die Abstandsgewirke und die eingesetzten Oberflächenmaterialien können alle wiederverwertet werden. (pd/sag)

Bild: Yanfeng

Bild 1. Das Oszilloskopieren ist eine Übungssache. Wenn aber die Details aus einem Oszilloskopbild gelesen werden sollen, muss der Messende viel Routine und eine gute Fachkompetenz im Messen und in der Automobiltechnik mit sich bringen.

Messtechnik

SPANNUNG WIRD SICHTBAR

Seit Jahrzehnten sind die Oszilloskope tolle Diagnosehelfer in den Werkstätten. Leider werden sie immer noch zu selten eingesetzt. Das liegt vor allem daran, dass es viel Routine braucht, um die Bilder kompetent zu analysieren. Das Bild lässt sich in der Horizontalen und Vertikalen beeinflussen, wodurch Details sichtbar werden können, welche es erneut zu analysieren gilt. Text: Andreas Lerch | Bilder: Fluke, Tek, Toyota, Wepf, ÜK

Der Unterschied zwischen einem Oszilloskop und einem Digitalmultimeter entspricht dem Unterschied von Bildern und Zahlen. Während ein Digitalmultimeter der genauen Messung stetiger Signale dient und Messwerte mit einer Auflösung von bis zu acht Digits bei Spannung, Strom oder Widerstand liefert, ist ein Oszilloskop für die visuelle Darstellung von Signalen ausgelegt. So lassen sich deren Pegel und Frequenzen messen, Signalformen studieren und bewerten.

Digitalmultimeter haben normalerweise eine Auflösung von 3.5 bis 4.5 Stellen und sind sehr genau. Sie sind leicht und finden im Werkzeugrolli problemlos Platz. Oszilloskope werden vor allem zur Fehlersuche an Systemen eingesetzt, welche komplexe Signale oder

werden. Deshalb ist es gerade bei kombinierten Werkstattoszilloskopen wichtig, dass man weiss, an welchen Stellen die Signale abgegriffen werden. Sonst kann es leicht zu Fehlinterpretationen kommen. Bei handelsüblichen Labor- oder Handheldoszilloskopen ist das Anschliessen in den zugebauten Motorräumen zwar schwierig – wenn es aber gelingt, weiss der Mitarbeiter genau, wo er misst, und kann sich vorstellen, wie das Signal aussehen sollte.

Analoge Oszilloskope

höhere Frequenzen enthalten, als Digitalmultimeter erfassen können. Sie können mehrere Signalverläufe parallel darstellen und eignen sich mit dieser Eigenschaft hervorragend zur Diagnose von Problemen in Strassenfahrzeugen. Oszilloskope verfügen über schnellere Messmodule und höhere Bandbreiten als Digitalmultimeter, bieten aber in der Regel weder vergleichbare Genauigkeit noch Auflösung.

Dabei stellen Oszilloskope grafisch auch jede Verzerrung und jedes Rauschen dar, welche die Signale stören. Alle dargestellten Kurven und Punkte sind gemessene Spannungswerte. Diese korrekt zu interpretieren erfordert ausreichende Mess- aber auch Systemkenntnisse, denn die gemessenen Spannungswerte können auch durch mechanische Probleme in einem Bauteil beeinflusst

Man unterscheidet noch heute die analogen und die digitalen Oszilloskope, obschon die analogen quasi inexistent geworden sind. Trotzdem macht es Sinn, die Grundfunktion der Sichtbarmachung von Spannung anhand eines analogen Bildschirms (Kathodenstrahlröhre, braunsche Röhre) zu erklären. Der leicht gebogene Bildschirm (Bild 3) hilft, dass das Bild nicht verzerrt. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich das Elektronenstrahlsystem (Glühkathode, Wehneltzylinder, Anodenblende), welches negativ geladene Elektronen aussendet. Trifft dieser Elektronenstrahl auf die beschichtete Bildschirmfläche, ergibt sich ein Leuchtpunkt. Dank dem Beschichtungsmaterial des Bildschirms liegt die Wellenlänge dieses Punktes im Bereich, welcher für Menschen sichtbar ist.

Wird der Elektronenstrahl nicht abgelenkt, leuchtet der Punkt ständig in der Mitte des Bildschirms. Der negativ geladene Elektronenstrahl wird durch je zwei Ablenkelektrodenpaare geführt. Diese können als Kondensatorplatten vorgestellt werden. Dabei wird die eine Platte negativ, die andere positiv geladen. Das negative Potenzial stösst die Elektronen ab, das positive zieht sie an. Der Strahl bewegt sich und trifft nicht mehr auf den Mittelpunkt des Bildschirms. Die Ablenkelektroden A in Bild 3 lenken den Elektronenstrahl in der y-Achse ab und stellen die gemessene Spannung dar. Die

Lenzburg, Lerch

Bild 2. Beim Digitalmultimeter muss der Messende einen Zahlenwert zu seiner Messung im Kopf haben.

Elektroden B lenken die Elektronen in der x-Achse ab und machen die Zeitachse sichtbar. Diese Ablenkung erfolgt durch eine Sägezahnspannung, welche in einem internen Frequenzgenerator erzeugt wird und mit dem x-Ablenkungsknopf eingestellt werden kann. Dadurch wandert der Bildpunkt vom linken zum rechten Rand und springt dann sofort wieder zum linken Rand zurück. Während dieses Rücksprungs wird der Strahlenauswurf im Elektronenstrahlsystem unterdrückt.

Die y-Ablenkung wird direkt vom gemessenen Spannungssignal abgeleitet. Dabei kann über einen Verstärker die Ablenkung verstärkt oder abgeschwächt werden.

Digitale Speicheroszilloskope

Bei einem digitalen Speicheroszilloskop (DSO) wird wie beim analogen Oszilloskop das Signal nach der Erfassung in der Eingangsstufe in einem Vertikalverstärker den (Bildschirm-)Bedürfnissen angepasst. Über entsprechende Bedienelemente können die Amplitude und die Lage der gemessenen Kurve eingestellt werden. Nach der Amplitudenanpassung wird das Signal vom Analog-digital-Wandler (A-DWandler) bearbeitet. So kann das digitalisierte Signal zu bestimmten Zeitpunkten vom Horizontalsystem abgerufen und weitergeleitet werden. Diese Momente werden als Abtastpunkte bezeichnet.

Die Abtast-Taktrate (Abtast- oder Samplingrate) des Horizontalsystems bestimmt die Häufigkeit der Abtastung. Sie wird als Sample per second (S/s oder Sa/s, häufig auch MS/s = Megasample/second) bezeichnet. Die Abtastpunkte aus dem A-D-Wandler werden im Erfassungsspeicher als Signalpunkte gespeichert. Mehrere Abtastpunkte können einen Signalpunkt ergeben. Zusammen ergeben die Signalpunkte eine Signalaufzeichnung. Die Anzahl der Signalpunkte, welche für die Erstellung einer Signalaufzeichnung nötig sind, wird als Aufzeichnungslänge bezeichnet. Das Triggersystem bestimmt den Anfangspunkt der Aufzeichnung.

Der Signalweg des DSO umfasst zudem einen Mikroprozessor, durch den das gemessene Signal an den Bildschirm weitergeleitet wird. Dieser Mikroprozessor verarbeitet das Signal, koordiniert Bildschirmaktivitäten und nimmt die Informationen der Bedienelemente des Bedienfelds entgegen. Das Signal passiert dann den Display-Speicher und wird auf dem Oszilloskop-Bildschirm dargestellt.

Tastköpfe

Die Messkabel sind bei Oszilloskopen je nach Einsatzgebiet wichtiger als bei Multimetern. Da häufig sehr schwache, dafür hochfrequente Signale diagnostiziert werden, sind auch aktive Tastköpfe mit integrierten Signalverstärkern gebräuchlich. In der Automobildiagnostik sind diese komplexen Tastköpfe selten in Gebrauch. Für uns reichen in der Regel die passiven Tastköpfe aus. Diese lassen das Spannungssignal 1 : 1 passieren oder schwächen es um den Faktor 10 ab. Höhere Tastteiler werden z. B. in der Oldtimerszene zur Darstellung der Sekundärspannung des Zündsystems gebraucht (Abschwächungsfaktoren von 500 oder mehr).

Damit das Signal störungsfrei zum Oszilloskop gelangt, sind die Messleitungen in der Regel geschirmt (koaxiale Kabel – Bild 5).

Messmöglichkeiten Grundsätzlich misst ein Oszilloskop Spannungen. Dabei kann ein Knopf auf AC oder auf DC gestellt werden. Diese Einstellung ist verwirrend, da für Wechselspannungen nicht unbedingt die AC-Stellung verwendet werden muss. Auf dieser Stellung werden vom Messgerät alle Gleichstromanteile ausgefiltert. In Bild 6 ist ein sinusförmiges Spannungssignal mit einem Spitze-Spitze-Wert von USS = 2.8 V dargestellt. Es ist aber kein Wechselstromsignal, weil es einen Gleichspannungsanteil von UDC = 0.3 V enthält. Dass es sich um ein Mischspannungssignal handelt, merkt der Bediener nur, wenn er das Oszilloskop auf DC (linke Darstellung) geschaltet hat. In der rechten Darstellung ist eindeutig

ein Wechselstromsignal dargestellt, da die positiven und die negativen Halbwellen genau gleich weit ausschlagen. Das Oszilloskop hat auf der AC-Stellung den Gleichspannungsanteil (UDC) ausgefiltert.

Daneben können mit dem Oszilloskop auch Ströme gemessen werden. Dies gelingt aber nur, wenn entweder Shunt-Widerstände in den Stromkreis eingebaut oder Strommesszangen eingesetzt werden. Shunt-Widerstände sind sehr exakte und sehr kleine ohmsche Widerstände. Einen kleinen Widerstandswert müssen sie aufweisen, damit der zu messende Stromfluss nicht zu stark beeinflusst wird, und exakt müssen sie sein, damit über den Spannungsabfall am Shunt der Strom genau berechnet werden kann.

Einstellmöglichkeiten

Wird ein Oszilloskop an eine Schaltung angeschlossen, so erscheint auf dem Bildschirm ein Bild. Weist es die Form auf, welche sich der Messende vorstellt, ist alles in Ordnung. Wenn nicht, muss er sich überlegen, wieso das Bild nicht seinen Vorstellungen entspricht. Er hat aber auch noch Möglichkeiten, auf das Bild Einfluss zu nehmen. Es werden vier Haupteinstellmöglichkeiten unterschieden:

• das Vertikalsystem,

• das Horizontalsystem,

• das Trigger-System und

• das Anzeigesystem.

Im Vertikalsystem können die Spannungssprünge zwischen den einzelnen waagrechten Linien eingestellt werden (V/Div – Volt pro Division). Anders ausgedrückt: Die Signalverstärkung wird so eingestellt, dass das ganze Spannungssignal auf

Bild 3. Der Aufbau eines analogen Oszilloskops mit einer braunschen Röhre.

Bild 4. Vereinfachte schematische Funktionskette eines digitalen Speicheroszilloskops.

Bild 5. Das Koaxialkabel verbindet den Tastkopf mit dem Oszilloskop. 1 Kabelmantel – 2 Geflechtschirmung – 3 Dielektrikum –

dem Bildschirm dargestellt werden kann. Die Verstellmöglichkeiten gehen beispielsweise in elf Schritten von 5 mV/Div bis 10 V/Div. Der Bildschirm weist elf waagrechte Linien, also zehn Zwischenräume oder Divisions auf. Das Sinussignal in Bild 6 weist eine Spannung von USS = 2.8 V auf und ist auf der Vertikaleinteilung des Oszilloskops von 400 mV/Div, also gesamthaft 4 V dargestellt. Das Sinussignal füllt den Bildschirm in vertikaler Richtung gut aus und kann einwandfrei diagnostiziert werden.

Das Horizontalsystem weist einen viel weiteren Umfang aus. Hier kann zwischen 100 ns/Div und 1000 s/Div eingestellt werden. So können auch schnell ablaufende Signale detailliert untersucht werden. Damit darf wohl gespielt werden, aber der Benutzer muss wissen, was er tut. Ein Rechtecksignal, wie es in Bild 7 dargestellt ist, kann in einer extremen Zeitauflösung derart auseinandergezogen werden, dass auf einer Bildschirmbreite nur noch die Anstiegs- oder Abfallrampe zu sehen ist. Das kann sinnvoll sein, wenn ein ganz kurzer Streuimpuls gesucht werden muss. Im Normalfall dürfen aber die Signale, wie sie in Bild 6 oder 7 dargestellt sind, als durchaus okay bewertet werden. Das Sinussignal in Bild 6 dürfte allenfalls etwas weiter auseinandergezogen werden. Das Signal

hat eine Periodendauer T = 20 ms, was einer Frequenz f = 50 Hz entspricht. Würde die Zeitachse auf 20 ms/Div verkürzt, hätte genau eine Periode in einem Häuschen Platz. Auf der Bildschirmbreite sind wiederum zehn Divisions angebracht, die Timebase könnte also auch auf 2 ms/Div eingestellt werden und es würde dann noch genau eine Periode auf dem Bildschirm dargestellt.

Das Triggern ist eine wichtige Einstellung. Im ungetriggerten Zustand ist es selten, dass ein Bild einfach stillsteht. Es wandert oder springt. Beim Triggern wird eingestellt, dass die Spannung im zeitlichen Nullpunkt z. B. aufsteigend genau x mV betragen soll. Die Trigger-Einstellungen sind umfangreich und können sehr exakt ausgewählt werden.

Mit Beeinflussungen des Anzeigesystems können z. B. Farben gewechselt oder die Nulllinien vertikal verschoben werden. Auch die zeitlichen Nullpunkte (in welchen die Triggerung stattfindet) können horizontal verschoben werden. Auf diese Arten lassen sich die Darstellungen beeinflussen.

Signale und Störungen Eigentlich nimmt man an, dass nach dem Einschalten die Spannung am Verbraucher gleich auf ihren Höchstwert springt. Aber je nach

Frequenz der Schaltung und je nach Leitungen (Länge, Isolation, Abstand zu anderen Leitungen) kann die Last unter Umständen von einer reinen ohmschen Last abweichen und kapazitive oder induktive Anteile enthalten. Zusammen mit den Eigenschaften des Signalgebers (Steuergerät) wird das im Beispiel (Bild 7) eingespeiste Signal ziemlich verzerrt. Während es beim rein ohmschen Widerstand sehr sauber abgebildet wird, flacht der Anstieg bei kapazitiver Zusatzbelastung ab und bei induktiver Belastung überschwingt er. Natürlich passiert das Gleiche beim Erreichen des negativen Maximums. Bei der kapazitiven Belastung ist im Beispiel auch noch ein Rauschsignal aufgetaucht. Sind in einem Stromkreis zusätzlich kapazitive und induktive Lasten vorhanden, ergeben sich auf dem Signaldach Ausschwingvorgänge, welche auch als Rauschen wahrgenommen werden können. Das Spezielle ist, dass normalerweise (im Gegensatz zu den Beispielschaltungen) weder die Kapazitäten noch die Induktivitäten in der Schaltung verbaut sind. Vielmehr ergeben sie sich durch die Leitungen und ihre Verlegung. Um diese Störungen zu verringern oder zu vermeiden, werden bei sensiblen

Datenverbindungen isolierte Leitungen eingesetzt. Beim CAN-Bus können mit der Verdrillung der Kabel bereits gute Signalschutzresultate erreicht werden.

Einspritzsignal

Am Beispiel einer Einspritzventilschaltung eines saugrohreinspritzenden Benzinmotors können einige Spezialitäten des Oszilloskopierens beschrieben werden. Im Bild 8a

4 Innenleiter.

Bild 6. Das Sinussignal ist mit einer Gleichspannung überdeckt (Offset). Das wird nur in der Messstellung DC deutlich.

Bild 7. Beim eingesteuerten Signal handelt es sich immer um ein Rechtecksignal. Simuliert wird (oben) ein nicht gewünschter zusätzlicher kapazitiver Widerstand, in der Mitte nur der rein ohmsche Wirkwiderstand und unten ein zusätzlicher ungewünschter induktiver Widerstand.

ist die Schaltung des massegesteuerten Einspritzventils dargestellt. Zwei mögliche Scope-Anschlussarten sind eingezeichnet. Die erste Schaltung misst den Spannungsabfall über dem Steuergerät, also über dem Leistungstransistor. Wenn dieser sperrt, liegen vor dem Steuergerät 12 V Potenzial an und der Minusanschluss liegt an Masse. Dementsprechend zeigt das Oszilloskop am Anfang eine Spannung von 12 V an. Sobald das Steuergerät zum Einspritzen durchschaltet, liegt nur noch der Spannungsabfall des durchgeschalteten Transistors an. Da kommt es darauf an, ob es sich beim Schalttransistor um einen MOSFET, einen bipolaren oder einen Darlington-Transistor handelt. Die weisen alle etwas andere Spannungsabfälle und damit Verluste auf. Im Bild ist ein verlustloser Schalter angenommen und deshalb liegt während der Ansteuerzeit des Injektors die Spannung auf null. Im Ausschaltmoment fällt das Magnetfeld in der Spule zusammen; dabei schneiden die Feldlinien die eigenen Wicklungen und es kommt zu einer typischen Spannungsnadel, deren Höhe von der Abfallgeschwindigkeit des Magnetfeldes, von der Wicklungszahl und Wicklungsart der Spule (Induktivität) und weiteren Parametern abhängt. Werden bei einem Motor mehrere Injektoren miteinander verglichen und ist eine Spannungsspitze weniger hoch als die anderen, kann es sich um einen Windungsschluss innerhalb der Spule handeln, was zu einer Verminderung der Induktivität führt. Ist die Selbstinduktionsspannung abgebaut, bleiben wieder 12 Volt auf dem Bildschirm angezeigt, weil der Schalttransistor sperrt.

Wichtig ist auch, zu wissen, dass die Ventilansteuerzeit nicht der Ventilöffnungszeit entspricht. Der Elektromagnet braucht einen kurzen Moment, um das Magnetfeld aufzubauen und die Ventilnadel anzuziehen. Auch der Ausschaltvorgang dauert entsprechend. So müssen

von der Ansteuerzeit ungefähr 10 % abgezogen werden, um die Einspritzzeit zu erhalten.

Wird das Oszilloskop nach Scope 2 an den Stromkreis geschaltet, ergibt sich ein inverses, aber ebenfalls aussagekräftiges Bild. Dabei ist aber unbedingt darauf zu achten, dass das Oszilloskop unter keinen Umständen mit der Fahrzeugmasse geerdet ist. Das Messgerät und das Fahrzeug müssen galvanisch getrennt sein, sonst würde der Stromkreis nicht über den Anschluss Scope 2 Minus zum Steuergerät laufen, sondern über die Oszilloskopmasse zur Fahrzeugmasse geleitet werden. Damit wäre das Steuergerät überbrückt und das Einspritzventil erhielte Dauerstrom. Deshalb wird eigentlich immer die Schaltung nach Scope 1 eingesetzt.

Während im Bild 1 und in 8b das Signal sauber verläuft, finden sich in den Bildern 8c und d in den Phasen des Magnetfeldabbaus kleine Nasen. Da stellt sich die Frage, was diese Nasen hervorrufen kann. Das Steuergerät sendet ja grundsätzlich ein Rechtecksignal zur Ansteuerung. Dieses Signal müsste in der abfallenden Flanke einen «Fehler» haben, dieser wiederum ist eher unwahrscheinlich, weil er immer auftreten müsste – und das wäre ja bei der Transistoransteuerung ein Programmierungsfehler. Programmiert wird aber nur, dass

der Transistor nicht mehr angesteuert wird und sperrt.

Woher kann also diese Nase noch kommen? Die elektrischen Quellen haben wir ausgeschlossen. Nun müssen wir überlegen, wie ein Einspritzventil aufgebaut ist: Die Düsennadel wird beim Öffnen in den Magneten hineingezogen. Beim Schliessen prallt sie in den Düsennadelsitz. Durch diesen plötzlichen Stopp und allfällige Ableitungen von magnetischen Feldlinien verändert sich die Selbstinduktionsspannung und es bildet sich die dargestellte Nase, welche mit dem Fachausdruck Rückwurfsignal heisst. Sie beschreibt mit ihrer Lage die Freigängigkeit der Düsennadel. Je nach Ort und Lage ergeben sich Rückschlüsse auf Verschleiss der Düsennadel. Weisen alle anderen Injektoren das gleiche Rückwurfsignal an der gleichen Stelle und in gleicher Grösse auf, ist das kein Problem. Sieht aber ein Rückwurfsignal anders aus als die anderen, muss überlegt werden, ob allenfalls die Düse nächstens ausfallen könnte … So spielen plötzlich auch mechanische Aspekte in ein Oszilloskopbild hinein und dürfen nicht unterschätzt werden. Wenn wir mit dem Multimeter eine Messung durchführen, müssen wir immer einen Wert im Kopf haben, den das Multimeter anzeigen sollte. Zeigt es etwas anderes an, müssen

für einen saugrohreinspritzenden Benzinmotor. wir uns fragen, woran das liegt. Beim Oszilloskop reicht ein Wert nicht, wir müssen ein Bild erwarten und jedes Detail hinterfragen können – z. B. die erwähnte Nase. Dazu muss das Messen mit dem Oszilloskop auch geübt werden. Es reicht nicht aus, wenn bei einem Problemfall einmal das Oszilloskop hervorgeholt wird. Dann hat der Ausführende keine Routine, kann sich kein Bild vorstellen und sieht den Fehler wahrscheinlich nicht. Deshalb wäre ein regelmässiges Üben an intakten Objekten hilfreich. Damit könnte sich der Messende die Gutbilder einprägen und würde mit der Zeit feststellen, welche Abweichungen problematisch sind und welche nicht. Also heisst es hier wie überall: Übung macht den Meister.

FRAGEN

1. Zeichnen Sie den Stromverlauf des Injektors in das Bild 8, wenn das Oszilloskop nach Scope 2 angeschlossen ist und das Oszilloskop eine Masseerdung aufweist.

2. Skizzieren Sie das Oszilloskopbild nach Scope 2, wenn das System funktioniert (ohne Masseerdung).

3. Wie wird das Synchronisieren der Signale auf dem Bildschirm genannt (so, dass die Bilder schön stehenbleiben und analysiert werden können)?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 12/2023

1. Aus dem Betrag und der Richtung.

2. Aus Kilogramm, Meter und Sekunde.

3. Zwei Wirkungslinien, welche parallel durch den Endpunkt der zu zerlegenden Kraft geführt werden.

Bild 8. Schaltung und mögliche Oszilloskopbilder einer massegesteuerten Einspritzanlage

Fahrzeugbewegungssteuerung mit Reifenintelligenz

FAHRWERK UND REIFEN MÜSSEN MAL EIN WÖRTCHEN MITEINANDER REDEN

Im Rahmen einer Zusammenarbeit wird Goodyears Sight-Line –die Reifenintelligenztechnologien des Unternehmens – in ZFs «cubiX»-Ökosystem einer Software zur Bewegungssteuerung von Fahrzeugen, die alle Dimensionen der Fahrzeugdynamik koordiniert, integriert. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Goodyear, ZF

Reifen werden «smart» und zu Datensammlern, Sensoren im Pneu liefern Informationen beispielsweise zum Reifenabnutzungszustand, die etwa von Flottenbetreibern zur Fuhrparkverwaltung genutzt werden können. Bei Goodyear heisst das entsprechende ReifenintelligenztechnologiePaket Sight-Line und bietet einen Überblick über den Zustand von Reifen, Fahrzeug und Strasse. Es kommuniziert den Reifenzustand, die Identifizierung, die Strassenreibung und andere Reifeneigenschaften. Da liegt es auf der Hand, diese Informationen weiteren Fahrzeugsystemen zur Verfügung zu stellen – dabei müssen diese aber natürlich auch etwas mit den Daten anzufangen wissen. Und so trifft es sich, dass ZF mit «cubiX» über eine skalierbare Software zur Bewegungssteuerung von Fahrzeugen verfügt, die alle Dimensionen der Fahrzeugdynamik koordiniert (siehe auch «News» in AUTO&Technik 4/2023). Zusätzliche

Reifen- und Strassendaten können hier ein verbessertes Fahrerlebnis mit mehr Komfort, Kontrolle und Effizienz ermöglichen.

Kooperation erhält Innovation Award Im Rahmen der diesjährigen Consumer Electronics Show CES in Las Vegas haben die beiden Unternehmen denn auch angekündigt, bei der Integration von Reifenintelligenz in die Software für die Bewegungssteuerung von Fahrzeugen zusammenzuarbeiten – und wurden dafür prompt mit dem «CES 2024 Innovation Award» in der Produktkategorie «Vehicle Tech & Advanced Mobility» ausgezeichnet. Im Rahmen dieser Kooperation wird Sight-Line in ZFs «cubiX»-Ökosystem integriert. Dazu haben die beiden Partner durch Forschung, virtuelle Simulation und reale Tests die Potenziale identifiziert, mit denen eine integrierte Lösung die Sicherheit und Fahrdynamik verbessern kann. Hierzu gehört zum Beispiel, Aquaplaning-Situationen früh-

zeitig zu erkennen und eine optimale Geschwindigkeit zu empfehlen, um das Fahrzeug besser kontrollieren zu können und das Risiko eines vollständigen Aufschwimmens der Reifen auf dem Wasserfilm zu verhindern. Wenn ein erhöhtes Risiko für Aquaplaning erkannt wird, greift «cubiX» korrigierend in die Steuerung der Fahrwerkaktuatoren ein, um das Fahrzeug zu stabilisieren.

Fahrzeugsicherheit optimieren

Die Aquaplaninggefahrerkennung ist selbstverständlich nur eine Anwendungsmöglichkeit von vielen.

Darüber hinaus soll «cubiX» mit SightLine etwa auch ein verbessertes Ansprechverhalten des Fahrzeugs, eine direktere und linearere Lenkung, ein verbessertes Einlenkverhalten, eine höhere Stabilität, eine geringere Arbeitsbelastung des Steuergeräts und eine Minimierung störender Eingriffe erreichen können, was alles wiederum der Sicherheit zugutekommt, wie Chris Helsel, Senior Vice President Global Operations und Chief Technology Officer bei Goodyear, betont: «Die Reifen sind der einzige Teil des Fahrzeugs, der die Strasse berührt. Indem wir diese Verbindung digitalisieren und die Aktuatoren der Fahrzeugsteuerung mit wichtigen Erkenntnissen ausstatten, können wir dazu beitragen, die Fahrzeugleistung und -sicherheit zu optimieren.»

Goodyear und ZF integrieren die «Intelligenz» aus Reifen in die Bewegungssteuerung von Fahrzeugen, um Sicherheit und Fahrdynamik zu verbessern.

Goodyears Sight-Line-Reifensensoren liefern ihre Daten auch an ZFs «cubiX».

Ausstiegswarnung

AUTOMATISCHER «SCHULTERBLICK» VOR DEM ÖFFNEN DER TÜREN

Ausstiegswarner helfen, gefährliche Situationen beim Öffnen der Türen zu vermeiden, wenn sich andere Verkehrsteilnehmer dem stehenden Auto von hinten nähern. Die neuste Generation des Assistenzsystems kann sogar die Türöffnung für ein kurzes Zeitfenster unterbinden. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Ford, Volkswagen

Türauffahr- bzw. «Dooring»Unfälle sorgen ab und an als Slapstick-Elemente in Filmen für Lacher. Dass ein Autofahrer die Tür seines Fahrzeugs öffnet, während sich beispielsweise ein Fahrrad oder Motorroller von hinten nähert, kommt aber auch «im wahren Leben» und gar nicht so selten vor – und kann schwere Verletzungen des Zweiradfahrers zur Folge haben.

Das Risiko solcher Unfälle beim Verlassen des Fahrzeugs im innerstädtischen Verkehr lässt sich mit einer Ausstiegswarnung verringern, die – wie der (passive) Spurwechselassistent im fahrenden Wagen –auf Verkehrsteilnehmer aufmerksam macht, die sich dem stehenden Auto von hinten nähern. Und dass Ausstiegswarner nun in immer mehr Fahrzeugmodellen Einzug halten, mag auch der Tatsache geschuldet sein, dass die unabhängige Prüforganisation Euro NCAP solche Systeme bei der Bewertung der Fahrzeugsicherheit als Pluspunkt einstuft.

Zuerst in den Transportern

Bei Ford etwa steht ein entsprechender Assistent optional für den neuen Transit bzw. Tourneo Custom zur Verfügung, und weitere Modelle mit der Technologie sollen in diesem Jahr folgen. Dabei erkennen Radarund weitere Sensoren, wenn das Öffnen einer Tür zu einer Kollision mit anderen Verkehrsteilnehmern führen könnte, worauf LED-Anzeigen in den

Aussenspiegeln und ein Warnsignal im Kombiinstrument auf die Gefahr hinweisen. Der Ausstiegswarner arbeitet dabei auf Fahrer- und Beifahrerseite, im Tourneo Custom warnt er zusätzlich die durch die seitlichen Schiebetüren aussteigenden Passagiere. Um Fehlalarme zu vermeiden, wird das System nur aktiviert, wenn andere Verkehrsteilnehmer eine Geschwindigkeit von 7 km/h überschreiten.

Türöffnung unterbinden

Der erste Volkswagen mit Ausstiegswarnung war der aktuelle Golf, nun statten die Wolfsburger sowohl den

elektrischen ID.7 als auch die neuen Passat und Tiguan serienmässig mit der neusten Generation des Assistenzsystems aus, das neben der Fahrer- und Beifahrertür auch die Fondtüren absichert. Dabei kommt die höchste Ausbaustufe des Ausstiegswarners im neuen ID.7 mit seinen elektrisch aktivierten Türschlössern zum Einsatz. Hier wird über zwei Heckradarsensoren (links und rechts in der Stossstange) der Raum hinter dem VW gescannt, und die Passagiere werden über eine Gefahr informiert, bevor überhaupt ein Türgriff betätigt wird: Sollte sich ein Verkehrsteilnehmer nähern, leuchtet als erste Warnstufe automatisch ein LED-Licht im Aussenspiegel auf. Wird dennoch einer der Türöffner betätigt, wird zusätzlich das Öffnen der Tür für ein kurzes Zeitfenster unterbunden. Wird die Tür trotzdem geöffnet, ertönt ein Warnsignal. Darüber hinaus bleibt das Assistenzsystem auch nach dem Parkieren und Abschalten des Autos für drei Minuten aktiv, um das Aussteigen aller Passagiere zu erfassen.

Im Passat und im Tiguan, die mit herkömmlichen mechanischen Türschlössern ausgestattet sind, funktioniert das System zwar sehr ähnlich wie im ID.7. Allerdings steht hier die zusätzliche Öffnungsverzögerung, die verständlicherweise nur mit elektrisch aktivierten Türschlössern umgesetzt werden kann, nicht zur Verfügung. Im ID.4 und ID.5 ist die Ausstiegswarnung jeweils optional erhältlich und arbeitet so wie im ID.7, ausser dass das LED-Licht im Aussenspiegel bei Gefahr erst dann aktiv wird, wenn die Passagiere einen der Türgriffe betätigen.

Gerade noch gut gegangen: Radfahrer gehören zu den besonders durch «Dooring»-Unfälle gefährdeten Verkehrsteilnehmern.

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POPULÄRSTE AUTOFARBEN: WEISS IMMER NOCH VORNE, SCHWARZ HOLT ABER AUF

In der im Herbst veröffentlichten Trendrecherche zeigte BASF, dass die traditionelle Farbpalette im Automobilsektor eine Veränderung erfahren hat. Der jetzt herausgegebene «BASF Color Report 2023 for Automotive OEM Coatings» untermauert diesen Trend mit Zahlen.

Achromatische Farbtöne als Grundlage für Automobilfarben erleben einen deutlichen Wandel. Weiss ist zwar weiterhin die verbreitetste Farbe für Kleinwagen, verzeichnet aber einen deutlichen Rückgang des Marktanteils. Im Gegensatz dazu hat Schwarz an Beliebtheit gewonnen und Marktanteile vor allem von Weiss übernommen. Auch die Vorlieben der Verbraucher unterscheiden sich von Region zu Region. So werden in Nordamerika zunehmend hellere Silbertöne gegenüber dunkleren Grautönen bevorzugt, während in EMEA der Trend zu dunkleren Tönen geht. Diese regionalen Unterschiede verleihen der sich entwickelnden Farblandschaft eine faszinierende Dimension.

Die chromatischen Farbtöne dagegen blieben stabil, ohne dass sich

ihr Marktanteil insgesamt (19 %) wesentlich verändert hätte. Diese Kategorie beinhaltet Farben wie Blau, Rot, Braun und Beige, die bei den Kunden weiterhin hoch im Kurs stehen.

Europa, Naher Osten und Afrika (EMEA): Die achromatischen Farbtöne – Weiss, Schwarz, Grau und Silber – haben in der Region EMEA zwei Prozentpunkte zugelegt. Autokäufer wechselten von den helleren Farbtönen Weiss und Silber zu den dunkleren Farbtönen Schwarz und Grau. Premium-Autos hatten mehr Effektpigmente als Einsteiger- und Mittelklassewagen und zeigten so, welche Tiefe und Kreativität mit Farbtönen erreicht werden kann. Bei der Auswahl der Farbtöne haben europäische Kunden länderspezifische Vorlieben. Deutschland favorisiert Blau (11 %), Spanien und

Grossbritannien bevorzugen Rot und Orange (ca. 9 %), Frankreich steht auf Grün (6 %) und Italien liebt alle Farben. Dort ist der Anteil an chromatischen Farben unter allen fünf Ländern am grössten (30 %).

Nordamerika: Wie in EMEA haben achromatische Farbtöne in Nordamerika insgesamt um zwei Prozentpunkte zugenommen. Nachdem die Automobilhersteller einige graue Farbtöne auslaufen liessen, wählten die Kunden stattdessen Farben aus dem helleren Bereich, häufig zum Beispiel Silbertöne. Nordamerika hatte 2023 im Vergleich zu anderen Regionen den höchsten Anteil an roten Autos. Allerdings hat Rot es nicht geschafft, Blau von der Position der beliebtesten chromatischen Farbe in Nordamerika zu verdrängen.

Asien-Pazifik: Der Anteil der chromatischen Farben in Asien-Pazifik ist im Vergleich zu 2022 leicht gestiegen und hat damit weiterhin eine führende Position in der neuen Farbpalette für Automobilfarbtöne. Die Beliebtheit natürlicher Farbtöne, besonders von Grün, nahm zu.

Hellere Farbtöne, vor allem Hellgrauund Silbertöne, wurden beliebter. Ein Grund für die Farbtonvielfalt in Asien-Pazifik sind die vielen unterschiedlichen Karosserieformen. Bei Elektrofahrzeugen sind frische Farbtöne zu sehen, besonders im Grün- und Violettbereich.

Südamerika: Südamerika hat historisch gesehen eine konservative Einstellung zu Farben und tendierte im Jahr 2023 stark zu achromatischen Farbtönen. Insgesamt 86 % der in Südamerika produzierten Neufahrzeuge waren entweder Weiss, Schwarz, Silber oder Grau. Damit war der Anteil in dieser Region am grössten. Auch der Anteil von Silber ist in Südamerika am höchsten. Angesichts eines solchen Marktes entscheiden sich immer mehr Autohersteller für Effektpigmente, um die achromatischen Farben zu akzentuieren. Im Vergleich zum Jahr 2022 wurden in allen Segmenten mehr Fahrzeuge mit Effektpigmenten ausgeliefert. (pd/mb)

3/2024:

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Sommerreifen-Highlights und Tipps fürs Geschäft mit den Pneus.

WIRTSCHAFT

Klimaanlagen und Klimaservice Neue Geräte für eine einträgliche Klimaanlagenwartung.

Lagersysteme

Einrichtungen und Strategien für ein geordnetes Lager.

Tuning

Trends aus dem Bereich der Fahrzeugindividualisierung.

FACHWISSEN

Energieetikette

An die Energieetikette hat man sich landauf, landab gewöhnt, ob bei Haushaltsmaschinen, bei Leuchtmitteln oder eben bei Autos. Dass nun plötzlich strengere Einteilungen gelten und gleiche Autotypen in eine schlechtere Kategorie verschoben werden, mag einigermassen erstaunen, denn schliesslich sollten doch die Spielregeln nicht während eines laufenden Spiels verändert werden. Die Frage stellt sich natürlich, ob das Spiel noch gerade läuft und wenn ja, wann der geeignete Zeitpunkt für einen Regelwechsel ist. Daneben könnte es ja auch sein, dass die neuen Spielregeln – die neuen Verordnungen – die Energieetiketten aussagekräftiger werden lassen, als sie bis anhin waren.

AUTO-EVENTS 2024

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SCHWERPUNKT

Lackieranlagen und Lacktrends 2024

In der ersten Ausgabe des neuen Jahres setzt AUTO&Carrosserie den Schwerpunkt auf Lackieranlagen und Lacktrends. Zum einen spüren wir die neusten Trends bei den Lacken auf. Einer davon ist, dass die Produkte laufend verbessert werden und noch schneller zu applizieren und vor allem zu trocknen sind. Zum anderen stellen wir die neusten Lackierkabinen, Multiarbeitsplätze sowie innovative Technologien bei der Lackaufbringung vor.

AUTOSALON GENF

Der Autosalon Genf respektive die Geneva International Motorshow (GIMS) kommt dieses Jahr offiziell nach Genf zurück. Sie findet vom 26. Februar 2024 bis 3. März 2024 statt. Als GIMS feiert die prestigeträchtige, internationale Veranstaltung ihr 100-jähriges Bestehen. Letztmals wurde die Messe vor der Corona-Pandemie durchgeführt,

das Organisationskomitee hat das Konzept für die Jubiläumsausgabe deutlich geändert. Während die grossen Hersteller der Messe 2024 mehrheitlich fernbleiben, stehen chinesische Marken, Concept Cars und Sportwagen, Oldtimer und neue Mobilitätsformen im Mittelpunkt.

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