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Wem nutzen Innovationen ?Fahrwerk – Bremse – Hybrid – Fußgängerschutz
GUVU Herbssemester für Kfz - Sachverständige
Köln 26. Okt. 2007
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Wallentowitz
ika-Institut für Kraftfahrwesen Aachen
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Innovationen im Bereich der Fahrzeugtechnik
Fahrwerk:
Von individuellen Konstruktionen zu strukturierten Leichtbaulösungen
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Innovationen im Bereich der Fahrzeugtechnik
Fahrwerk:
Von individuellen Konstruktionen zu strukturierten Leichtbaulösungen
Bremse:
von der hydraulischen Zweikreisbremse zum SBC und zur elektro-mechanischen Bremse
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Aktive Sicherheit• Schnelleres Ansprechen der Bremse• Bis zu 3 Prozent kürzerer Anhalteweg bei einer Notbremsung aus 120 Km/h• Höhere Sicherheit beim Bremsen in der Kurve durch variable und radindividuelle Bremskraftverteilung je
nach Fahrsituation• Präzisere ESP-Regelung zur Stabilisierung des Fahrzeuges bei Schleudergefahr• Automatische Trockenbrems-Funktion bei Nässe• Keine Pedal-Vibrationen bei ABS-Bremsungen
Fahrkomfort• Geringe Betätigungskräfte
• Konstantes, optimales Pedalgefühl in allen Bremssituationen
• Keine Pedal-Vibrationen
• Neuartige Zusatzfunktionen zur Entlastung des Autofahrers: Stau-Assistent, Anfahr-Assistent und Soft-Stop
Elektrohydraulische BremseSensotronic Brake Control (Mercedes-Benz)
Lenkwinkelsensor
Pedalwegsensor
Drehzahlsensoren
an den Rädern
Drehzahlsensoren
an den Rädern
Hydraulik-
Einheit
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• bürstenloser PermanentmagnetMotor oder Reluctance-Masch.
• extrem hohe Bremskräfte erfordern hohe elektrische Leistung
• Pmax= 1kW; Pstand-by= 30W
• Durch Messung des Stromes: ����Berechnung des
Fahrbahnreibwertes
Elektromechanischer Bremsaktuator
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Der Aktuator muss die Spannkraft auf die Bremsscheibe aktiv erzeugen !
Philosophie der “konventionellen” Bremse
Fn=Fm
Fn=Fm
offen gespanntQuelle: Siemens VDO
Automotive
����42 V
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Geregelte elektro-mechanische Scheibenbremse mit unendlicher Selbstverstärkung
Das eBrake® Konzept
Faux
Fn
Fm
offen betätigtQuelle: Siemens VDO
Automotive
����12 V
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Mechanisches Modell, Selbstverstärkung
µα
µ
−==
tan
22*
m
b
F
FC
µµ
22* ==m
n
F
FC
Bremsscheibe
Abstützung
ω
Wedge
Brems-belag
αR
Fn
Fb
Fm
α
eBrake®:
konvent.:
Quelle: Siemens VDOAutomotive
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Innovationen im Bereich der Fahrzeugtechnik
Fahrwerk:
Von individuellen Konstruktionen zu strukturierten Leichtbaulösungen
Bremse:
von der hydraulischen Zweikreisbremse zum SBC und zur elektro-mechanischen Bremse
Hybridantrieb:
vom Parallel-Hybrid über den
seriellen Hybrid zum Leistungs-
verzweigten Hybrid
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Diesel / Elektro-Hybrid von VW (1995)
Quelle / source: Volkswagen AG-1995
Komponenten desHybrid-Antriebstrangs
1,6 l 44kW Kat-Dieselmotor
7 kW Asynchronmotor
5-Gang-Schaltgetriebe
1
1
2
23
3
Batterie
Leistungs-elektronik
Kupplung Kupplung
Getriebe
Verbrenngs.-motor
Asynchronmotor /-Generator
Schematischer Aufbau des Hybridantriebs
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10%
Verkehrszeichen
WarnungenGeschw. begrenzungen
Verkehrssituationen
Rush HourBaustellen
250
0 23
S S
Strecke in Kilometern
Hö
he
inM
ete
rn
S
Topographie
•250
Vorausschauende FahrstrategieInformationen von GPS und der digitalen Karte – Strecke in Aachen
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Innovationen im Bereich der Fahrzeugtechnik
Fahrwerk:
Von individuellen Konstruktionen zu strukturierten Leichtbaulösungen
Bremse:
von der hydraulischen Zweikreisbremse zum SBC und zur elektro-mechanischen Bremse
Hybridantrieb:
vom Parallel-Hybrid über den
seriellen Hybrid zum Leistungs-
verzweigten Hybrid
Fußgängerschutz:
vom UNI-CAR zur
aufstellbaren Motorhaube
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Fußgängerschutz - Testverfahren der EEVC WG10/17
404,8295
km/hkgJ
vmEkin
===
1000HIC =
65 °
vmEkin
===
402,5154
km/hkgJ
1000HIC =
50 °
4013,4825
km/hkgJ
vmEkin
===
150156
g°mm
aTibia
ϕKnee
τKnee
===
km/hkgJ
vmEkin
<<<
4017
10004
220kNNm
FMB
==
5300
700
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Fußgängerschutz
Typischer Fußgängerunfall
• Beinaufprall gegen Stoßfänger
• Hüftaufprall gegen Haubenvorderkante
• Kopfaufprall gegen Motorhaube, Windschutzscheibe
Motorhaubenaufstellung
80 mm
• Kopfaufprall ist die häufigste Todesursache
• Motorhaubenaufstellung vergrößert denDeformationsweg zum Unterbau
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Motorhaubenaufstellungfür den Fußgängerschutz
Kopfverletzungen sind die häufigsteTodesursache bei Fußgängerunfällen.
Motorhaubenaufstellung vergrößertden Deformationsweg für den Kopfaufprall, z.B.über dem Motorblock, über den Scharnieren undüber den Längsträgern.
Sensierung der Haubenaufstellung kann mit Hilfe von derzeit vorhandener Kontaktsensorik oder mit Hilfe von derzeit in Entwicklung befindlicher Pre-Crash Sensorik erfolgen.
Video stellt ein System dar, dass mit vorgespannten Federn arbeitet. Es kann ohne Reparaturaufwand in den Ausgangszustand zurückversetzt werden. Tests belegen, dass die Kopfbelastungen bei Stoßkörper-tests um durchschnittlich 40% reduziert werden.
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Innovationen im Überblick ���� Roadmap der Fahrwerksysteme
Federsysteme
BremssystemeLenkungs-systeme
Fahrer-assistenz
Elektrische
Parkbremse
hydr.Lenkung
Elektrohydr.
Hilfskraftlenkung
mech.Lenkung
Electric
Power Steering
Überlagerungs-
Lenkung
Steer by Wire
variable hydr.Dämpfer
aktiveStahlfeder
Stop & Go
ACC
Collision Warning
Collision Mitigation
Elektromech.
Bremse
hydropneumatischeFederung
passiveLuftfeder
aktiveLuftfeder
passiverStabilisator
passiveLuftdämpfer
heute
kurzfristig
- 5 Jahre
mittelfristig
5 - 10 JahreLangfristig
> 10 Jahre
Dämpfersysteme
passive Feder
aktiverStabilisator
Bremsbooster
Elektohydr.
BremseElektronisches
Stabilitätsprogramm
hydr.Bremse
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Damit können wir bereits heute autofahren.
Wir werden also in 10 Jahren erheblich andere Funktionen in unseren
Fahrzeugen haben. Dazu sind diese Innovationen nötig. Die Frage ist nun,
wem nutzen sie, wem schaden sie und wie sind diese Gefahren zu beheben?
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Nutzen - und Gefahren – von Innovationenfür den Erfinder
Gefahren bestehen in:
1. nicht zu Ende gedachterVorschlag.
2. Vorschlag wird von Industrienicht verstanden (sich lächerlichmachen).
3. Kosten übersteigen persönlichesBudget.
4. Neid der Kollegen (in einemUnternehmen).
5. Verletzung Schutzrechte andererund deren Einfluss imUnternehmen.
6. Innovation wird „gestohlen“.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- erst brüten, dann „gackern“.
- starke Persönlichkeit,das wegzustecken.
- Partnerschaft eingehen(mit Unternehmen).
- Kollegen einbinden(wenn gerechtfertigt).
- prüfen der Patentsituation.
- auf die Umgebung undFreunde achten.
Nutzen besteht in:
1. Erfindervergütung
2. Training des techn.
Sachverstandes
3. Bei Entwicklungen
im Arbeitsgebiet
„vorn“ dabei zu sein
4. Ansehen in der
eigenen Firma steigern
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Nutzen - und Gefahren – von Innovationenfür den Produzenten
Gefahren bestehen in:
1. Innovation hat noch Schwächen.
2. Innovation wird unzureichendentwickelt auf den Markt gebracht(Regressforderungen,Produkthaftung).
3. Markt akzeptiert Innovation wegender Kosten nicht (zu teuer).
4. Markt versteht die Innovation nicht.
5. Wettbewerber unterläuft Innovationdurch Preissenkung (des altenSystems oder durch eigeneInnovation).
6. Störung des eigenen Produkt-portfolios.
7. Innovation verstößt gegen Gesetz.
8. Innovation weckt Begehrlichkeit des Wettbewerbs.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- Innovation kritisch hinterfragen,prüfen lassen.
- ausreichende Entwicklungszeit undErprobung aufwenden, auch gegenErfinderdruck und Marketing-forderungen stabil sein.
- Innovationsvorteil abschätzen undMarkt informieren (nicht unbedingtbillig sein !).
- Gründe dafür zuvor ermitteln undabstellen.
- Wettbewerbsanalyse (würde mandas selbst auch so machen, wennman könnte ?).
- kritisch hinterfragen, wasInnovation bedeutet.
- Darauf verzichten oder Gesetzänderbar ?
- Nach Übernahmebedingungenerkundigen.
Nutzen besteht in:
1. Entwicklung neuer
Produkte und/ oder
Prozesse
2. Sicherung des
Fortbestandes des
Unternehmens
3. Patente dienen der
Alleinstellung
4. Patentierte Innovatio-
nen können zum
Tausch verwendet
werden. (dadurch
Zugang zu Innovatio-
nen anderer)
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Gefahren bestehen in:
1. Störung des Marktgleichgewichtes.
2. Imageschaden bei Erfolg derInnovation.
3. Eilige Entwicklung einer eigenenInnovation, dann vgl. für denProduzenten.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- den Wettbewerber selbst.
- selbst innovativ sein und bleiben.
- innovative Entscheidung frühzeitigbeginnen und konsequent um-setzen. Keine „Halbheiten“.
Nutzen - und Gefahren – von Innovationenfür Wettbewerber
Nutzen besteht in:
1. Gewinnen von
Hinweisen, wohin sich
die Technologie und/
oder die Prozesse
ändern werden
2. Anstoß für eigene
Entwicklungsaktivitäten
3. Möglicherweise Über-
nahme/ Beteiligung an
dieser Innovation und
Teilnahme am Markt-
erfolg
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Nutzen - und Gefahren – von Innovationenfür den Kunden
Gefahren bestehen in:
1. Innovative Produkte sind eher unzu-verlässig. Gefahr der unfertigenEntwicklung.
2. nur einem Modetrend folgen
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- Prüfung der Innovation, Verzicht,der „Erste“ sein zu wollen.
- entscheiden, ob Mode gefolgt werden soll.
1. Nutzung eines neuen
Produkts, das neue
eigene Möglichkeiten
eröffnet
Nutzen besteht in:
2. sich selbst der
Öffentlichkeit, der
eigenen Kundschaft,
als innovativ dar-
stellen.
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Gefahren bestehen in:
1. Störung des Marktgleichgewichtesdurch Aufgabe der Wettbewerber.
2. Abwanderung nicht verstandenerInnovationen, die damit später zumWettbewerb werden.
3. Forderungen nach Fördermittel,damit Innovation marktreif gemachtwerden kann (Risikoabwehr).
4. Öffentliche Förderung politischerZiele, die nur vermeintlicheInnovationen sind.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- keine Maßnahme.
- Schicksal einer Gesellschaft mitoffenen Märkten. Ausbildung undInformationen zur Zukunfts-gestaltung.
- Ablehnung.
- Aufklärung durch Fachleute bzw.Fragen von Fachleuten.
Nutzen - und Gefahren – von Innovationenfür die Gesellschaft
1. Steigung der Wirt-
schaftskraft durch
das Produkt/ den
Prozeß selbst (Firmen-
bestand) Steuereinnah-
men, Arbeitsplätze
Nutzen besteht in:
2. Imagegewinnung als
innovative Gesellschaft.
Dadurch Ausbau der
Wirtschaftsbeziehungen
über die eigentliche
Innovation hinaus
3. Behebung von vorhan-
denen Mängeln in der
Gesellschaft (Bildung,
Mobilität...)
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Innovationen im Bereich der Fahrzeugtechnik
Fahrwerk:
Von individuellen Konstruktionen zu strukturierten Leichtbaulösungen
Bremse:
von der hydraulischen Zweikreisbremse zum SBC und zur elektro-mechanischen Bremse
Hybridantrieb:
vom Parallel-Hybrid über den
seriellen Hybrid zum Leistungs-
verzweigten Hybrid
Fußgängerschutz:
vom UNI-CAR zur
aufstellbaren Motorhaube
Hybridantrieb:vom Parallel-Hybrid über den
seriellen Hybrid zum
leistungsverzweigten Hybrid
Prüfung der Tabelle der Nachteile auf ihre Anwendbarkeit
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Innovationen und ihre Gefahren- Hybridantrieb -
Innovationen bergen
Gefahren für:
1. den Erfinder
Gefahren bestehen in:
1. nicht zu Ende gedachterVorschlag.
2. Vorschlag wird von Industrienicht verstanden (sich lächerlichmachen).
3. Kosten übersteigen persönlichesBudget.
4. Neid der Kollegen (in einemUnternehmen).
5. Verletzung Schutzrechte andererund deren Einfluss imUnternehmen.
6. Innovation wird „gestohlen“.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- erst brüten, dann „gackern“.
- starke Persönlichkeit,das wegzustecken.
- Partnerschaft eingehen(mit Unternehmen).
- Kollegen einbinden(wenn gerechtfertigt).
- prüfen der Patentsituation.
- auf die Umgebung undFreunde achten.
6zb0120.ppt31
Innovationen und ihre Gefahren- Hybridantrieb -
Innovationen bergen
Gefahren für:
2. den Produzenten
Gefahren bestehen in:
1. Innovation hat noch Schwächen.
2. Innovation wird unzureichendentwickelt auf den Markt gebracht(Regressforderungen,Produkthaftung).
3. Markt akzeptiert Innovation wegender Kosten nicht (zu teuer).
4. Markt versteht die Innovation nicht.
5. Wettbewerber unterläuft Innovationdurch Preissenkung (des altenSystems oder durch eigeneInnovation).
6. Störung des eigenen Produkt-portfolios.
7. Innovation verstößt gegen Gesetz.
8. Innovation weckt Begehrlichkeit des Wettbewerbs.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- Innovation kritisch hinterfragen,prüfen lassen.
- ausreichende Entwicklungszeit undErprobung aufwenden, auch gegenErfinderdruck und Marketing-forderungen stabil sein.
- Innovationsvorteil abschätzen undMarkt informieren (nicht unbedingtbillig sein !).
- Gründe dafür zuvor ermitteln undabstellen.
- Wettbewerbsanalyse (würde mandas selbst auch so machen, wennman könnte ?).
- kritisch hinterfragen, wasInnovation bedeutet.
- Darauf verzichten oder Gesetzänderbar ?
- Nach Übernahmebedingungenerkundigen.
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Innovationen und ihre Gefahren- Hybridantrieb -
Innovationen bergen
Gefahren für:
Gefahren bestehen in: Diese Gefahren sind zu beheben durch:
3. den Wettbewerber 1. Störung des Marktgleichgewichtes.
2. Imageschaden bei Erfolg derInnovation.
3. Eilige Entwicklung einer eigenenInnovation, dann vgl. für denProduzenten.
- den Wettbewerber selbst.
- selbst innovativ sein und bleiben.
- innovative Entscheidung frühzeitigbeginnen und konsequent um-setzen. Keine „Halbheiten“.
4. den Kunden 1. Innovative Produkte sind eher unzu-verlässig. Gefahr der unfertigenEntwicklung.
2. Einem Modetrend.
- Prüfung der Innovation, Verzicht,der „Erste“ sein zu wollen.
- entscheiden, ob Mode gefolgt wird.
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Innovationen und ihre Gefahren- Hybridantrieb -
Innovationen bergen
Gefahren für:
5. die Gesellschaft
Gefahren bestehen in:
1. Störung des Marktgleichgewichtesdurch Aufgabe der Wettbewerber.
2. Abwanderung nicht verstandenerInnovationen, die damit später zumWettbewerb werden.
3. Forderungen nach Fördermittel,damit Innovation marktreif gemachtwerden kann (Risikoabwehr).
4. Öffentliche Förderung politischerZiele, die nur vermeintlicheInnovationen sind.
Diese Gefahren sind zu beheben durch:
- keine Maßnahme.
- Schicksal einer Gesellschaft mitoffenen Märkten. Ausbildung undInformationen zur Zukunfts-gestaltung.
- Ablehnung.
- Aufklärung durch Fachleute bzw.Fragen von Fachleuten.
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Zusammenfassung
Innovationen, allseits gefordert, und auch Nutzen bringend, bergen auch Gefahren:
Der Erfinder hat am wenigsten echte Gefahren zu befürchten. Er muss nur auf seinen “guten Ruf” achten und sich finanziell nicht übernehmen.
Das produzierende Unternehmen hat vielfältige Risiken zu beachten:1. Ist das Produkt wirklich fertig entwickelt und erprobt?2. Kann das Unternehmen eine drohende Produkthaftpflicht erfüllen?3. Ist die Innovation wirklich marktreif ?
Ist sie der Kundschaft ausreichend vermittelt worden ?4. Wie reagiert der Wettbewerber auf die Innovation ?
Kann er für das aktuelle Produkt einfach den Preis senken und damit den Markt für sich entscheiden ?
5. Wird das eigene Produktportolio wirklich nicht gestört ?6. Können Begehrlichkeiten des Wettbewerbs genutzt werden ?
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Zusammenfassung
Der Wettbewerber muss auf die Störung des Marktgleichgewichtes achten.Sein Unternehmen kann einen Image-Schaden erleiden, wenn er nichtinnovativ ist.Er muss auf die Gefahren achten, die bei überhasteten Entwicklungen entstehen (frühzeitig beginnen !)
Der Kunde kann durch unfertige Produkte geschädigt werden. Die Produkthaftung ist nur ein geringer Ersatz für Ärger und Verluste.
Die Gesellschaft hat vor allem an nicht erkannten Chancen zu leiden. Abgewanderte Innovationen entwickeln sich häufig zu Wettbewerbern.
Öffentliche Förderung nur nach intensiver Prüfung einsetzen.
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Zusammenfassung
Aber:
Ohne Innovationen kein Fortschritt !
deshalb:
Auf die Gefahren achten und weiter innovativ sein.
Viel Erfolg dabei !
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Innovationsflop 4-Rad-Lenkung ?
Citroen Activa, 1988..
HONDA 4WS, 1988IRVW-Futura, 1989
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Innovationsflop ?Städtisches Verkehrskonzept TULIP (1995)
PC-TULIP
GSM-Funktelefon
Infrarot-LeitkegelPC-Gegensprechanlage
IR-Empfänger und Sender
Batterien
SondeFeldmagnet
Zentriermagnet
BordcomputerNachladegenerator
Relaisverwalter
Fernsteuerung
Quelle / source: PEUGEOT-1995
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Bremssattel
Bremsbelag
Br.scheibeRadgeschw. sensor
Motor-Getriebeeinheit
Br.elektron.
Fußkraftsimulat.
Fahrz.bus
Zentralrechn
Bremspedal
Motor-Getriebeeinheit
mit integrierter Bremse
“Smart” Batterie (36V)
Stromversorgung vom Fahrzeug
EMB BusDirekte Signale
EMBEnergieversorgung
Bremsmodul
Festellbremssch.vl hl
vr hr
Bremsmodul
Pedalmodul
Elektromechanische Bremse