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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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1999

ULSAS - Achsen

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Luftfederung als Innovationen

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Luftfederung mit geschlossenem Kreis und Vorgelegekompressor

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Fahrwerk:


Bremse:

von der hydraulischen Zweikreisbremse zum SBC und zur elektro-mechanischen Bremse

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ESP (DSC), 8. Generation, BMW 5er (E60, 2003)

Quelle / source: BMW AG, Bosch

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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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Elektrohydraulische Bremse

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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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Fahrwerk:


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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Hybridantrieb, in Automatgetriebe integriert

Quelle:

IAA 2005,

BMW

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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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Fahrwerk:


Bremse:


Hybridantrieb:



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


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.


- 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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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“.

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


1. Innovative Produkte sind eher unzu-verlässig. Gefahr der unfertigenEntwicklung.

2. nur einem Modetrend folgen


- 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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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.


- 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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Fahrwerk:


Bremse:


Hybridantrieb:



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


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“.


- erst brüten, dann „gackern“.

- starke Persönlichkeit,das wegzustecken.

- Partnerschaft eingehen(mit Unternehmen).

- Kollegen einbinden(wenn gerechtfertigt).

- prüfen der Patentsituation.

- auf die Umgebung undFreunde achten.

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Innovationen bergen

Gefahren für:

2. den Produzenten


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.


- 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 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 bergen

Gefahren für:

5. die Gesellschaft


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.


- 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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Backup

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Innovationsflop 42V ?

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Innovationsflop 4-Rad-Lenkung ?

Citroen Activa, 1988..

HONDA 4WS, 1988IRVW-Futura, 1989

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Head-up-Display, BMW 5er (E60) 2003

Quelle / source: BMW AG, Siemens VDO

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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

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