Elektromagnetische Entriegelung für reversible Sicherheitssysteme

Continental Automotive Systems und Thomas Magnete haben einen elektromagnetischen Aktuator zur Serienreife entwickelt, in dessen Gehäuse nicht nur eine Steuerelektronik, sondern auch ein Energiespeicher integriert ist. Das zentrale Steuergerät für passive Sicherheitsfunktionen kann daher kompakter gehalten werden als bisher und muss je nach Konfiguration lediglich mit entsprechender Software bestückt werden. Der weltweit erste serienreife Aktuator dieser Art eignet sich besonders für reversible Sicherheitssysteme wie ausfahrbare Überrollbügel, Pop-up Motorhauben und aktive Kopfstützen. Erste Serienanwendungen sind für 2009 zu erwarten.

Schnelle Auslösung, geringe Kosten: Ideal für reversible Sicherheitssysteme

Kommende Fahrzeuggenerationen werden zunehmend mehr Sicherheitssysteme haben, die reversibel ausgelegt sind, sich also in ihren Ausgangszustand zurückführen lassen. Die Überrollbügel moderner Cabrios, die bei einem Überschlag empor schnellen, sind nur das bekannteste Beispiel. Aktive Kopfstützen zum verbesserten Wirbelsäulenschutz bei einem Heckaufprall oder − ganz aktuell durch die verschärften Bestimmungen zum Fußgängerschutz und erste Serienanwendungen − so genannte aktive Motorhauben werden künftig ebenso in erhöhter Zahl verbaut werden wie klappbare Lenksäulen oder Pedale. "Hier sehen wir einen großen Markt für unser neues Produkt. Es ergänzt unser Portfolio auf dem Gebiet der Sicherheitselektronik auf optimale Weise und unterstreicht unsere Innovationskraft", sagt Dr. Karl Thomas Neumann, Vorsitzender der Geschäftsleitung Continental Automotive Systems und Mitglied des Vorstands Continental AG.

Alle diese reversiblen Systeme sind prinzipiell gleich aufgebaut: Ist ihre Schutzwirkung geFordert, wird durch einen pyrotechnischen oder elektromagnetischen Aktuator eine vorgespannte Feder entlastet, so dass Überrollbügel, Motorhaube, Kopfstütze, Lenksäule oder Pedalerie in die schützende Position schnellen. Pyrotechnische Aktuatoren haben den Nachteil, dass sie anschließend ausgetauscht werden müssen − mit entsprechenden Kosten für den Autofahrer. Die Zukunft gehört daher der elektromagnetischen Entriegelung. Daher starteten Continental Automotive Systems und Thomas Magnete im Jahr 2005 gemeinsam die Entwicklung von Aktuatoren, die hohe Auslösegeschwindigkeiten, kompakte Bauform und hohe Flexibilität bei der Integration ins Fahrzeug mit attraktiven Kosten verbinden. Das Ergebnis ist nun serienreif und stößt bei der Automobilindustrie auf großes Interesse.

Magnet, Getriebe, Elektronik, Energiespeicher: Alles in einem kompakten Gehäuse

Der neue Aktuator besteht aus einem Elektromagneten, einem Getriebe zur Freigabe der vorgespannten Feder sowie einer Elektronikeinheit und dem Energiespeicher, einem besonders effizienten Kondensator. In ihm wird die elektrische Energie bevorratet, die zum Freischalten des Magneten erForderlich ist. "Unser Magnet ist so aufgebaut, dass er hohe Dynamik mit geringer Baugröße kombiniert − ältere Magnete sind um ein vielfaches größer. Das Getriebe arbeitet nahezu lastneutral. Daher benötigt der Aktuator nur wenig elektrische Energie, selbst wenn die Feder − wie etwa bei einer aktiven Motorhaube − mit bis zu 1800 Newton vorgespannt ist", erklärt Horst W. Overkott, Projektleiter für diese Entwicklung bei Thomas Magnete.

Hohe Auslösegeschwindigkeiten von nur fünf oder sechs Millisekunden ermöglichen auch die extrem kurzen Leitungen zwischen den eng beieinander liegenden Komponenten. "Als intelligent bezeichnen wir unseren Aktuator, weil zum ersten Mal überhaupt auch die Elektronikeinheit ins Gehäuse integriert ist", erklärt Thomas Görnig, Leiter Strategische Projekte Insassenschutz bei Continental Automotive Systems "Ein optionaler Mikroschalter oder Hall-Sensor überwacht die Position der Verriegelung. Er ist natürlich in die Eigendiagnose-Funktion des Aktuators integriert, die daher ebenso aus dem Zentralsteuergerät ausgelagert werden kann."

Dezentrale elektronische Intelligenz: Entlastung für das Zentralsteuergerät

Der intelligente Aktuator mit dezentraler elektronischer Intelligenz entlastet dadurch das Zentralsteuergerät, das immer mehr und anspruchsvollere Aufgaben zu bewältigen hat. Kontrollierte es vor wenigen Jahren lediglich einen Frontairbag, kamen binnen kurzer Zeit Gurtstraffer und Gurtschlossstrammer, Seiten-, Kopf- und Knieairbags, aktive Kopfstützen, ausfahrbare Überrollbügel sowie Pop-up Hauben nebst den erForderlichen Sensoren hinzu. Entsprechend groß und schwer im Fahrzeug unterzubringen wurde diese Elektronikeinheit, zumal sie im Regelfall auch die Energiespeicher zum Auslösen der diversen Systeme birgt. "Unser intelligenter Aktuator trägt nicht nur zur Lösung dieses Packaging-Problems bei. Er kommt den ErFordernissen modernen Automobilbaus auch durch hohe Flexibilität entgegen", nennt Thomas Görnig einen zweiten gewichtigen Vorteil der Weltneuheit: Nutzen etwa ein Cabrio mit Überrollschutz und eine Limousine eine Plattform, kann für beide Fahrzeuge ein identisches Zentralsteuergerät verbaut werden. Für das Cabriolet sind außer dem Stecker keine Hardware-Änderungen am Zentralsteuergerät erForderlich, da die erForderliche Elektronik und auch der Energiespeicher im Aktuator integriert sind. Nur die Software muss angepasst werden.

Dass die Integration künftig noch einfacher gelingt, dafür soll das "Safe by Wire plus"-Bussystem sorgen, ein Gemeinschaftsprojekt aller auf dem Gebiet des elektronisch gesteuerten Insassenschutzes aktiven Zulieferer. Es sieht vor, dass einzelne Komponenten nicht mehr wie heute mit individuellen Steckern ans Zentralsteuergerät angeschlossen werden, sondern hochflexibel in einen Datenbus integriert werden, der die Zahl der Leitungen erheblich reduziert.