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Elektronikproduktion | 17 Dezember 2008

Sicherheitstrends in der Automobil-Elektronik

Das Sicherheitsbewusstsein von Fahrzeughaltern hat sein den 80er Jahren stark zugenommen. Es begann mit einem einfachen Sitzgut-System; dann kamen Airbags und nun hat dieses Bewusstsein zu den ersten wirklich intelligenten Sicherheitssystemen geführt.

Neben der Verbesserung der Sicherheit für Fahrer und Passagier, wächst auch das Bewusstsein für ungeschützte Verkehrsteilnehmer, insbesondere für Fußgänger und Radfahrer. Mit den heutigen Fortschritten in der Sensor- und Prozessor-Technologie, bieten sich auch hier immer mehr Möglichkeiten. Die meisten Länder sehen dies ebenfalls als Möglichkeit die Zahl der tödlichen Unfälle und viele verlangen von den Regierungen die Gesetzgebung zu ändern. Es wird verlangt, dass Automobilhersteller diese neuen Technologien in Zukunft vermehrt nutzen sollen. Die Tatsache, dass viele Verkehrsteilnehmer die anderen nicht sehen, ist leider eine der häufigsten Ursachen für Verkehrsunfälle. Gründe sind einerseits das Fahren in der Dunkelheit, toter Winkel, geringe Wachsamkeit. Eine Reihe neuer elektronischer Systeme sollen diese Probleme lösen. Night Vision Kamera Die meisten Autoscheinwerfer können die Strasse bis zu 60m weit ausleuchten. Lampen wie etwa die High-Intensity Discharge (HID)-Typen haben dies Schritt für Schritt erhöht, es bleibt jedoch noch immer sehr begrenzt. Infrared Imaging Systeme können dem Fahrer Informationen über den Verkehr vermitteln – in einer Reichweite von 150 Meter – als mehr als doppelt so weit wie ein herkömmliches Fernlicht. Abbildung 1: Night Vision Kamera Diese neuen Systeme sind in der Lage, Menschen und auch Tier zu erkennen. Dabei werden alle ‚unbedeutenden’ Bilddetails gelöscht, damit diese den Fahrer nicht ablenken können. Weitere Verbesserungen sind zu erwarten – so werden Far-Infrared-Systeme voraussichtlich bis zu 300 Meter weit ‚kucken’ können. Bei einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h, kann so bis 5 Sekunden früher reagiert werden. Blind Spot Detection Die meisten Blind Spot Detection Systeme verwenden Radar-Sensoren, welche sich an der hinteren Stoßstange befinden. So können die Sensoren beide Seiten des Fahrzeugs kontrollieren. Der Fahrer wird über mögliche Gefahren alarmiert, sobald sich ein anderes Fahrzeug im toten Winkel befindet. Sehr oft wird der Fahrer durch an Symbol im Seitenspiegel informiert. Einige Hersteller benutzen nun auch Kameras in den Blind Spot Detection Systemen. Radar hat den Vorteil, dass es unter allen Wetterbedingungen einsetzbar ist. Es misst den genauen Abstand zu sich bewegenden Objekten. Kameras können jedoch sowohl sich bewegende als auch stationäre Objekte erfassen und können daher die Genauigkeit der Radar-Erkennungssysteme verbessern. Die einzelnen Bilder, welche von mehreren 180° Aperture Angle Kameras gemacht werden, werden zu einem Composite-Bild kombiniert. Dieses zeigt das Fahrzeug von oben und beseitigt so jeden möglichen toten Winkel. Der Fahrer kann auch mit einer Zoom-Funktion einen ganz bestimmten Teil seines Fahrzeuges beobachten; wie etwa die Hängerkupplung, welche normalerweise für den Fahrer nicht sichtbar ist. Abbildung 2: Blind Spot Detection Intelligente (LED) Beleuchtung LED-Beleuchtung wird immer mehr eine alltägliche Funktion bei der Rückbeleuchtung von Fahrzeugen und die ersten Fahrzeuge mit LED-Scheinwerfern sind schon auf den Markt gebracht worden. Es gibt auch schon Fahrzeuge, welche LED-Scheinwerfer mit einer Kamera-Technologie mit einem sogenannten Headlight Adaptive Control System. Dieses System basiert auf einem ‚Image-Grabber’: Dieses System verringert die Lichtintensität der Scheinwerfer, wenn es in 400m andere Rücklicht, in 800m ein entgegenkommendes Fahrzeug wahrnimmt, oder das Fahrzeug in einen sehr gut beleuchteten Streckenabschnitt einfährt. Andere Systeme können die Lichtintensität unterschiedlichen Witterungsbedingungen anpassen. Sensoren messen dabei das Umgebungslicht inner- und außerhalb des Fahrzeugs. Dann optimiert das System die Helligkeit er internen und externem Lichtsysteme gemäß der vorherrschenden Bedingungen. In gut ausgeleuchteten innerstädtischen Zonen kann die Lichtintensität oder der Strahlenwinkel verringert werden und die Seitenbeleuchtung verstärkt werden, damit Fahrradfahrer und Fußgänger besser gesehen werden. Scheinwerfer, Heckleuchten, Bremslichter und Blinker können ebenso aufgehellt oder abgedunkelt werden. Abbildung 3: Intelligente Lichtsysteme Abbildung 4: Rücklicht Lichtsysteme, welche sich dem Kurvenverlauf anpassen (Curve Adaptive Lighting System), können ebenfalls einen Teil des Scheinwerferlichts in die Richtung in die das Fahrzeug gelenkt wird werfen. Diese Systeme können einen Lichtstrahl bis zu 15° in jede Richtung werfen – in Reaktion zu Fahrtgeschwindigkeit und Lenkradbewegung. Weiterentwickelte Systeme verwenden zur Kontrolle außerdem Kameras oder sogar (wenn sorgfältig umgesetzt) GPS-Daten und detaillierte Straßenkarten. Sowohl Scheinwerfer als auch Rückleuchten profitieren bei der Verbesserung der Verkehrssicherheit von der Verwendung von LEDs. Die Reaktionszeit auf LED-Rückleuchten beträgt nur 200 Millisekunden – äquivalent zu mehr Bremszeit (5m bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h). Zudem können einige Systeme anzeigen, mit welcher Intensität ein Fahrer bremst – die Lichtintensität wird dementsprechend erhöht oder gesenkt. Einige zeigen sogar an, wenn der Fahrer seinen Fuß in Richtung Bremspedal bewegt. Dies kann die Reaktionszeit entscheidend verringern und gewinnt wertvolle Meter Bremsweg, welche wiederum einen Unfall vermeiden oder zumindest die Schwere eines Unfalls verringern. Aufmerksamkeit des Fahrers Unaufmerksamkeit eines Fahrers – sei es nun aus Übermüdung oder Ablenkung – ist eine der häufigsten Ursachen für Verkehrsunfälle. Einige High-End-Fahrzeuge, LKWs und Busse bieten eine Überwachung des Fahrers mittels einer Kamera. Diese befindet sich in der Instrumententafel des Fahrzeugs und überwacht das Gesicht des Fahrers. Die Kamera überwacht sowohl die Position von Kopf und Augen eines Fahrers, als auch die Frequenz mit der der Fahrer mit den Augen blinzelt. Bei Bedarf gibt das System ein Warnsignal für den Fahrer ab, damit dieser wach bleibt. Zudem kann des die Bremskraft zusätzlich verstärken, wenn andere Sensoren eine unmittelbar bevorstehende Kollision melden. Abbildung 5: Driver Alert System Warnung bei Verlassen der Fahrspur Allein in den USA gibt es jährlich rund 4500 Todesfälle – auf Grund von Frontalzusammenstösse oder wenn Fahrzeuge über die Mittellinie fahren und mit dem Gegenverkehr kollidieren. Sogenannte Lane-Departure-Warning-Systeme können anzeigen, wenn man die Mittellinie sicher überfahren kann. Dabei wird ein grünes Symbol auf dem Armaturenbrett angezeigt. Sie können außerdem eine auditive Warnung an den Fahrer ausgeben, wenn der Blinker nicht aktiviert wurde. Die meisten neueren Systeme verwenden CMOS-Kameras um die Mittellinie zu ‚verfolgen’. Mittellinien. Abgesehen von Warnsystemen beim Fahrspurwechsel, werden die Kameras in näherer Zukunft auch zur Erkennung von Verkehrszeichen verwendet werden. Sie sind der erste Schritt zu vollautomatischen Fahrsystemen. Dies sind nur einige Beispiele von Möglichkeiten, die bereits auf dem Markt oder sehr bald auf dem Markt zu finden sind. Eines haben alle Systeme gemeinsam – sie verbessern die Sicherheit im Straßenverkehr – und in Kürze werden sich Autofahrer auch die neue Technologie verlassen. Abbildung 6: Lane-Departure-Warning-Systeme Herausforderungen bei der Herstellung Sicherheitsprodukte müssen natürlich sehr zuverlässig produziert werden und Misserfolge und Fehler können ernste Folgen haben. Wenn das Autoradio nach einer Weile nicht mehr richtig funktioniert, dann können Sie es einfach ersetzten - aber Sie haben vielleicht keine ‚zweite Chance’ wenn ein Airbag nicht richtig funktioniert. Sicherheitssysteme die versagen können nicht toleriert werden, was wiederum den Druck auf Lieferanten erhöht, fehlersichere Produkte zu liefern. Das Produktdesign muss gut sein, aber der Anbieter von Sicherheitssystemen muss auch die Herausforderung meistern ‚Null-Fehler’-Produkte herzustellen. Mit dem Anstieg der Komplexität der Kfz-Elektronik-Systemen, steigt auch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern. Schätzungen geben bereits bei der Hälfte aller Pannen den elektronischen Systemen die Schuld, mit gefährlichen Folgen für Fahrzeugsicherheit und Zuverlässigzungen. Die Hersteller müssen Produkte liefern, welche zu dem Zeitpunkt wo sie gebraucht werden auch voll einsatzbereit sind. Endverbraucher können nicht zur Endkontrolle, Tests oder Produkt-Evaluierung herangezogen werden. Mit dem ersten Fahrzeug was die Produktion verlässt, muss auch die Qualität stimmen. Anfangsschwierigkeiten sind nicht akzeptabel für Sicherheitsprodukte. Der beste Weg um perfekte Qualitätsprodukte zu liefern ist es Produktionsgeräte zu verwenden, welche auf Null-Fehler-Produktion ausgerichtet sind. Mit Komponenten, welche verschwindend klein werden, ist Nacharbeit nicht mehr möglich und das Entfernen von Komponenten von bereits bestückten Leiterplatten ist unerschwinglich teuer. Schätzungen deuten darauf hin, dass die Kosten für die Fehlerfeststellung und -beseitigung sich mit jeder Produktionsstufe verzehnfacht (Sub-Assembly, Board-Level, Endmontage, Vertriebshändler und Kunde). Wenn überhaupt, unterschätzt dies die Kosten, wenn Mängel bis zu den Kunden gelangen. Abgesehen vom Schutz der Kunden und deren Sicherheit, gibt es riesige verborgene Kosten – von Versicherungsansprüchen, Rückrufaktionen, dem Ansehensverlust – welche zukünftigen Umsatz verringern. Diese Fragen und die Kosten müssen schon an der Quelle beseitigt werden – in erster Linie durch die Vermeidung von Platzierungsmängeln. Dies bedeutet die Verbesserung des First Pass Yield, was wiederum Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit bei der Montage bedeutet. Und das hängt vor Allem von der Leistungsfähigkeit der Pick & Place Maschinen ab. Konventionelle Montage verwendet sequentielle Platzierung mit Overhead-Gantries. Diese haben ein oder zwei Roboter, die jeweils mit 20 Köpfen ausgestattet sind. Obwohl dieser Ansatz die geringsten Anfangskosten hat, gibt es doch einige Einschränkungen. Die Roboter müssen bei sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten, was für die eigentliche Pick & Place Arbeit wenig Zeit lässt. Die 40 oder mehr Pipetten oder Düsen pro Maschine erhöht die Gefahr einer Kontamination der Düsen, was wiederum zu Variationen bei der Platzierung führt. Und schlimmer noch, die Revolverköpfe oder Mehr-Düsen-Köpfe die üblicherweise verwendet werden, macht eine kontinuierliche Überwachung einzelner Komponente entweder unmöglich oder sehr teuer. Genauer und zuverlässiger ist die parallele Platzierung in Maschinen wie der Assembléon A-Serie. Eine parallele Platzierung verwendet mehrere Köpfe, welche die Bauteile in einer kontrollierteren und sanfteren Weise platziert. Dadurch verringert sich die Beschleunigung der Komponenten während der Platzierung und erhöht die zur Verfügung stehende Zeit, um jede Komponente genau auszurichten. Das wiederum reduziert die Variation bei der Platzierung und gibt Zeit die Komponentenposition zu überwachen und anpassen – für eine höchste Zuverlässigkeit bei der Platzierung. Der richtige Pick & Place Prozess hält Total Cost of Placement und die vermeidbaren Rework-Kosten auf einem Minimum. Abbildung 7: Die parallelen Platzierung bei der A-Serie von Assembléon Dieser Text wurde von Alex Nies, Marketing Manager Automotive, Assembléon Netherlands BV geschrieben.
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2019.06.17 21:26 V13.3.21-1