ATZ - Audi A6

Audi A6 Historie

Der Audi A6 – die neueste Generation eines Erfolgsmodells Die Neuentwicklung des Audi A6 soll in seiner siebten Generation an die Erfolge seiner Vorgänger anknüpfen. Der neue A6 steht für mehr Sicherheit und Komfort, zeitgemäße Sportlichkeit, geringeren Verbrauch, ein Plus an Agilität und Leichtigkeit durch Leichtbau und leistungsstarke Aggregate sowie ein zukunftsweisendes Design. Den Grundstein für den Erfolg des A6 legte Audi mit dem ersten Audi 100 im Jahr 1968.

Der Audi 100 ebnet den Weg

Der Audi A6 spielt für Audi seit jeher eine bedeutende Rolle. Mit einer stabilen Basis in der Oberklasse konnte sich Audi im Premiumsegment etablieren, für das der erste Audi 100 1968 den Weg ebnete. Neben der produktspezifischen hat sich auch die markenspezifische Evolution mit einer enormen Geschwindigkeit entwickelt. 2009 war das Jahr, in dem Audi seinen 100. Geburts-

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tag gefeiert hat, und auch ein Jahr, in dem Audi seine hohe Krisenfestigkeit und Wettbewerbsfähigkeit eindrucksvoll unter Beweis gestellt hat. Der aktuelle Audi A6 hat bis Ende 2009 mit 1,16 Millionen produzierten Fahrzeugen weltweit einen wesentlichen Beitrag zu dieser Erfolgsgeschichte geleistet. Mit dem neuen Audi A6 wird nun die siebte Generation des A6 in den Markt eingeführt – das nächste Kapitel einer Erfolgsgeschichte.

Businesslimousine der neuen Generation

Wie verbessert man ein Auto wie die Audi A6 Limousine? Ganz leicht: Man braucht lediglich eine 100-jährige Geschichte mit unzähligen Entwicklungen, Patenten und Rekorden. Zudem Ingenieure, die sich jahrelang der Optimierung eines einzigen Bauteils wie einer Hohlwelle widmen, Mitarbeiter, die für einen perfekten Innen-

au t o r en

Dipl.-Betriebswirtin (BA) Gabriela Wölfle

ist Baureihenstrategin im Produkt­ marketing der C-Baureihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

EU-Dipl.-Betriebswirt (ebsi) Maximilian Huber

ist Projektleiter im Produkt­ management der C-Baureihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

raum beispielsweise Dekorleisten in Handarbeit schleifen oder Techniker, die sich bei 100 km/h in Kofferräume legen, um Störgeräusche zu eliminieren. Und vor allem braucht man immer wieder außergewöhnliche Ideen. Das Design der Audi A6 Limousine ist eine konsequente Weiterentwicklung der Optik des erfolgreichen Vorgängermodells. Mit progressiven Designmerkmalen, wie dem neu gestalteten Audi „Singleframe“, Januar 2011

Audi A6

den LED-Scheinwerfern in Trapezform und dem dynamischen Heck, verfügt er über eine hohe Eigenständigkeit. Gleichzeitig bleibt die A6 Limousine ein typischer Vertreter der Marke Audi. Die Audi A6 Limousine ist die Businesslimousine mit Komfort und sportlicher Eleganz. Sie vereint prestigeträchtiges Design mit hoher Qualität, sportlichen Fahreigenschaften und Alltagstauglichkeit. Technologien und Komfortumfänge, die

bisher der Luxusklasse vorbehalten waren, halten mit ihr Einzug in das Segment der Oberklasse. Intelligenter Leichtbau schafft neue Möglichkeiten und sorgt insbesondere für hohe Effizienz. Damit vereint die A6 Limousine Innovationen aus allen Audi Kernkompetenzen. Sie erfüllt die Anforderungen unterschiedlicher Kundengruppen und hat damit beste Voraussetzungen, die Erfolge des Vorgängermodells noch zu übertreffen.

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Audi A6 Historie

Positionierung

Die herausragenden Produktmerkmale des neuen Audi A6 sind Progressivität und Sportlichkeit. Mit der Summe seiner Eigenschaften will Audi die Führungsrolle in der Oberklasse übernehmen. Die Positionierung des Audi A6 steht in enger Verbindung zu den Audi Markenwerten und wird dabei von den innovativen Technologien, die im A6 zum Einsatz kommen, getragen. Der A6 bietet dem Kunden Innovationen aus allen Audi Kernkompetenzfeldern. Ein zentrales Thema ist Leichtbau als Basis für weniger Verbrauch, geringeren CO2-Ausstoß und mehr Agilität. Märkte und Zielgruppen

Die A6 Limousine ist ein weltweiter Erfolg. Die Entwicklung der letzten Jahre verschiebt den Fokus jedoch zunehmend. War bislang Europa mit Deutschland wichtigster Abnehmer, verändern sich die Schwerpunkte in Richtung USA und China.

Der Kunde einer Audi A6 Limousine stellt hohe Ansprüche – an sich und an sein Fahrzeug. Status und Prestige spielen für Audi A6-Fahrer eine große Rolle. Den beruflichen Erfolg, das gesellschaftliche Ansehen und der hohe Lebensstandard soll auch das Fahrzeug und seine exklusive Ausstattung widerspiegeln. Ziele des neuen Audi A6

Die Neuentwicklung des Audi A6 soll in seiner siebten Generation an die Erfolge seiner Vorgänger anknüpfen und somit einen großen Anteil am Volumen und Prestige der Marke Audi leisten. Mit dem neuen Modell soll das Laufzeitvolumen des Vorgängers noch übertroffen werden. Audi hat immer durch progressive Produktneuheiten und Design überzeugt. Die siebte Generation des A6 erfüllt mit vielen Innovationen den Progressivitäts- und Designanspruch der Marke und seiner Vorgänger. Der neue A6 steht für mehr Sicherheit und Komfort, zeitgemäße Sportlichkeit, geringeren Verbrauch, ein Plus an Agilität und Leichtigkeit durch

1968 – 1976 Audi 100 der ersten Generation

Im Jahr 1968 legte der neu eingeführte Audi 100 den Grundstein für den Erfolg des Audi A6. Der Fokus in der Entwicklung bei diesem Fahrzeug lag seinerzeit auf einem technisch verfeinerten Produkt mit einer zweckmäßigen modernen Linie mit sowohl technisch als auch stilistisch langer Lebensdauer. Eingeführt wurde der Audi 100 mit 59 kW Motorleistung und der Audi 100S mit 66 kW Leistung und einer erweiterten Ausstattung. Schon damals lag das Gewicht nur wenig über dem der kleineren Audi Modelle. Interessant auch für die heutige Diskussion über Umweltverträglichkeit ist, dass der Audi 100 seinerzeit mit seinem beachtlichen cW-Wert von 0,369 sehr niedrige Verbrauchswerte erreichte. Im Herbst 1970 erschien als sportlicher Ableger das Audi 100 Coupé S mit 82 kW. Ergänzt wurde die Modellpalette durch die komfortable Sportlimousine Audi 100 GL. Insgesamt wurden über 800.000 Audi 100 gebaut, darunter zirka 30.000 Coupés.

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Audi 100 Coupé S 1971

Leichtbau und leistungsstarke Aggregate sowie ein zukunftsweisendes Design. Der Audi A6 steht für den Anspruch, das beste Produkt im Segment zu bieten. Unter Beibehaltung der Erfolgsfaktoren seiner Vorgänger, zeitgemäße Sportlichkeit, Eleganz, Qualität und Alltagstauglichkeit, sowie den innovativen Technologien und Komfortumfängen, die lange allein dem A8 vorbehalten waren, legt die siebte Generation die Messlatte auf ein neues Niveau. Der neue Audi A6 bietet somit eine echte Chance, die Position der Marke Audi auszubauen. Fazit

Audi hat seit 1968 konsequent den Aufstieg in das Premiumsegment verfolgt und hat sich dort seit vielen Jahren eine sichere Position geschaffen. Der neue A6 bildet eine Einheit aus vielen innovativen Technologien und einem selbstbewussten Design der Premiumklasse. Damit formuliert er den Führungsanspruch im Wettbewerbsumfeld neu. Der Audi A6 – das nächste Kapitel einer Erfolgsgeschichte.

1976 – 1982 Audi 100 der zweiten Generation

Während der Fokus beim Vorgängermodell auf ein technisch verfeinertes Produkt mit einer zweckmäßigen modernen Linie mit sowohl technisch als auch stilistisch langer Lebensdauer gelegt wurde, legte man das Entwicklungsziel bei der zweiten Generation des Audi 100 mehr in Richtung einer weltweit einsetzbaren Fahrzeugfamilie mit großer Variationsbreite. Bei der Markteinführung 1976 präsentierte sich der neue Audi 100 modern gestylt mit großen Front- und Heckleuchten. 1977 ging Audi mit dem Audi 100 neue technische Wege; der erste bei Audi in Großserie gefertigte Fünfzylindermotor mit Einspritzung wurde gebaut. Mit 100 kW Leistung wurden nicht nur die Kundenansprüche nach mehr Leistung und Komfort erfüllt, auch vereinte dieser neuartige Fünfzylindermotor die Laufkultur eines Sechszylinders mit dem geringen Verbrauch eines Vierzylinders. Im Februar 1977 folgte die Limousine als Zweitürer. Der größte Meilenstein der Audi 100-Erfolgsgeschichte ist allerdings die Markteinführung des Audi 100 Avant im August 1977. Doch schon im Oktober 1978 stand ein besonders sparsames Fahrzeug mit einer sehr hohen Reichweite bereit – der Audi 100 5D. Dieses Fahrzeug war mit dem neuen, besonders wirtschaftlichen Fünfzylinder-Dieselmotor mit 51 kW Leistung ausgestattet. Diverse Modellpflegemaßnahmen hielten den damaligen Audi 100 der zweiten Generation bis ans Ende der Laufzeit für Kunden interessant. Später wurde der Audi 200 als Spitzenmodell auf den Markt gebracht, wobei die beiden luxuriösesten Modelle Audi 200 5E und Audi 200 5T hießen. Eine serienmäßige Luxusausstattung, hochwertige Technik und leistungsstarke Motoren waren die Charaktermerkmale dieser Modelle. Während im Audi 200 5E der bewährte und verbrauchsarme Fünfzylinder-Saugmotor mit Benzineinspritzung, 2,2 l Hubraum und 112 kW Leistung zum Einsatz kam, wurde im Audi 200 5T ein 125 kW starker Turbomotor verbaut. Über die gesamte Lebenszeit wurden vom Audi 100 und Audi 200 zusammen nahezu 900.000 Fahrzeuge verkauft.

Januar 2011

Audi A6

Audi 100 Avant CD 5S 1980

Audi 200 5E 1979

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Audi A6 Historie

1982 – 1990 Audi 100 der dritten Generation

Audi 100 TDI 1989

Audi 200 Turbo 1983

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Abgeleitet von dem Anstieg des Ölpreises, lag das Ziel der Entwicklung des Audi 100 der dritten Generation auf einem besonders verbrauchsgünstigen Fahrzeug. Erreicht wurde dieses Ziel im ersten Schritt durch damals schon konsequenten Leichtbau und einer strömungsgünstigen Karosserieform. Den Titel „cWWeltmeister“ erhielt der Audi 100 damals aufgrund des niedrigen cW-Wertes von 0,3. Audi stellte wieder einmal seine innovative Technikkompetenz unter Beweis. Der Audi 100 wurde insgesamt mit vier Motorvarianten vorgestellt, einem Vierzylindermotor mit 55 kW Leistung und drei Fünfzylindermotoren. Die Fünfzylinder-Motorenreihe umfasste zwei Benzinmotoren mit 74 und 112 kW und einen weiterentwickelten 2,0-l-Dieselmotor aus der zweiten Audi 100-Generation mit 51 kW Leistung. Im Jahre 1983 feierte im Rahmen der ersten Modellpflegemaßnahme ein Fünfzylinder-Turbo-Dieselmotor mit 64 kW Leistung Premiere. Eine vollverzinkte Karosserie, der Allradantrieb „quattro“, Antiblockiersystem ABS und das Sicherheitssystem „proconten“ waren Neuerungen auf dem Gebiet der Technik. 1983 lief dann auch die zweite Generation des Audi 200 vom Band. Die strömungsgünstige Karosserieform des Audi 100 diente als Basis für den Audi 200. Dank guter Aerodynamik und auch des 134 kW starken Turbomotors war der Audi 200 turbo eine der schnellsten Serienlimousinen der Welt. 1989 stellte Audi auf der IAA den ersten Dieselmotor mit Direkteinspritzung in einem Pkw vor, einen Fünfzylindermotor mit 2,5 l Hubraum und 88 kW Leistung. All diese Neuerungen trugen wesentlich dazu bei, das Markenprofil von Audi und die für Audi so wichtige Eigenschaft der Progressivität zu stärken. Insgesamt konnten über den Lebenszyklus des Audi 100 der dritten Generation mehr als eine Million Fahrzeuge produziert und verkauft werden.

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Audi A6 Historie

1990 – 1997 Audi 100/A6 der vierten Generation

Eine kraftvoll gestaltete und aerodynamisch optimierte Karosserie, ein neuer Sechszylindermotor und ein neues, agiles Breitspurfahrwerk waren die wichtigsten Merkmale des im Dezember 1990 eingeführten Audi 100 der vierten Generation. Beim Design verzichtete man bewusst auf allzu modische oder extreme Einschnitte. Der sportliche Audi S4 und der Audi S4 Avant mit permanentem Allradantrieb quattro ergänzen im Herbst 1991 die Modellpalette. Unter der Bezeichnung „S“ bot Audi ab sofort besonders sportliche Modelle an. Der Fünfzylinder-Turbomotor mit Vierventiltechnik wurde mit einer elektronischen Overboost-Regelung ausgestattet, die das Drehmoment für kurze Zeit bis auf 380 Nm erhöhte. Gekrönt wurde die gesamte Audi 100-Baureihe ab 1992, als der Audi S4 4.2 in den Markt eingeführt wurde. Dieser Audi S4 wurde von einem V8-Ottomotor mit 4,2 l Hubraum angetrieben, der 206 KW leistete und 400 Nm Drehmoment zur Verfügung stellte. Dieses Modell wurde serienmäßig mit Allradantrieb und einem Sechsganggetriebe ausgestattet.

Audi A6 2.8 1994

Mitte der 90er Jahre wurde ein Namenswechsel vorgenommen, um den Anspruch von Audi als progressive Premiummarke deutlich herauszustellen. Der Audi 100 hieß nun Audi A6. Damit wurde nicht nur Internationalität und Klarheit geschaffen, es wurde auch die

schlichte und zeitlose Eleganz des Fahrzeugs unterstrichen sowie Raum für die Integration neuer Produkte geschaffen. Der A6 wurde insgesamt mehr als 720.000 Mal produziert und trug ebenfalls seinen Teil zur Erfolgsgeschichte des A6 bei.

1997 – 2004 Audi A6 der fünften Generation

Audi A6 2.4 1997

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Der Audi A6 der fünften Generation war ein visionäres und emotionales Fahrzeug und wurde als progressives Prestigefahrzeug positioniert. Er überzeugte neben seinen revolutionären Technologien besonders durch sein umfangreiches Motor- und Getriebeprogramm. Mit dieser Fahrzeuggeneration feierte sowohl der erste Sechszylinder-TDI-Motor als auch das stufenlose Automatikgetriebe „multitronic“ Weltpremiere. Der Erfolg des Audi A6 der fünften Generation drückt sich in insgesamt 1,26 Millionen verkauften Fahrzeugen aus – ein hoher Maßstab für das kommende Modell.

A6 Limousine und Avant 2009

keit“ sollte als Kerneigenschaft des Audi A6 weiter ausgebaut werden. Durch einen sich verschärfenden Wettbewerb, eine Vielzahl an Derivaten Noch nie dagewesene Sportlichkeit und und vollkommen neue FahrzeugkonProgressivität sollen die Eigenschaften zepte wird eine Differenzierung gegendes A6 der sechsten Generation ausdrücken. Die Vorgängermodelle konnten von über den Hauptwettbewerbern immer Lebenszyklus zu Lebenszyklus die Wahr- schwieriger. Deshalb wurden beim A6 nehmung der Baureihe als Premiumfahr- der sechsten Generation hohe Ansprüche an die Fahrzeugentwicklung zeug intensivieren. Die höhere Positiogestellt, die mit Mut zu unkonventio­ nierung des A6 wurde deshalb an erste nellen technischen Lösungen einen Stelle gestellt. Das Attribut „Sportlich2004 – 2010 Audi A6 der sechsten Generation

Januar 2011

Audi A6

wesentlichen Grundstein für den Erfolg des Audi A6 legte. Zusammen mit einem ansprechenden und wegweisenden Design, leistungsfähigen Aggregaten, sehr guter Fahrdynamik und sehr hohen Qualitätsstandards ermöglichte dies eine Differenzierung selbst in einem wettbewerbsstarken Umfeld. Der A6 der sechsten Generation wurde dem hohen Anspruch voll gerecht. Von 2004 bis Ende 2009 konnten insgesamt 1,16 Millionen Fahrzeuge verkauft werden.

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audi a6 FahRzEugkOnzEpt

ENTWICKLUNGSZIELE UND FAHRZEUGKONZEPT Mit dem neuen a6 erscheint im premiumsegment eine sportliche, aber zugleich elegante Businesslimousine, die an den Erfolg des Vorgängermodells anknüpfen und die kunden begeistern wird. zahlreiche neue ausstattungsmerkmale aus der Luxusklasse, gepaart mit Leichtbau in Form von Stahl-aluminium-Mischbauweise und Start-Stopp-Funktion auch bei automatikgetrieben, setzen hinsichtlich Verbrauch einen neuen Maßstab in dieser klasse bei Sechszylinder-Motorisierungen: 5,2 l kraftstoffverbrauch/100 km oder 137 g CO2-ausstoß/km gemäß MVEg-Verbrauch beim a6 mit 3,0-l-V6-tDI-Motor, „multitronic“-automatgetriebe und Frontantrieb.

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autOREn

dipl.-ing. FEliX biFFar

ist konzeptleiter a6 Limousine bei der auDI ag in Ingolstadt.

dipl.-ing. burkHard wiEgand

ist technischer projektleiter a6 Limousine bei der auDI ag in Ingolstadt.

EntwicklungsziElE

Aufbauend auf den Markenwerten „sportlich“, „progressiv“ und „hochwertig“ wurde während der Produktplanungsphase in enger Zusammenarbeit mit Produktmanagement, Marketing, Technischer Projektleitung und den anderen Fachbereichen der Technischen Entwicklung das Eigenschaftsprofil des neuen A6 definiert und die Positionierungsspitzen festgelegt. Dieses Profil wurde dann in detaillierte technische Eigenschaften transferiert, die im Laufe der Entwicklung ausgiebig erprobt wurden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass alle Entwicklungsziele erreicht wurden. Der Entwicklungsprozess wurde stark durch den intensiven Einsatz virtueller Techniken und Simulationen unterstützt. Zu festgelegten Meilensteinterminen wurde ein virtuelles Konzeptfahrzeug und ein virtueller Prototyp dargestellt, mit dem der Entwicklungsfortschritt hinsichtlich der definierten Ziele kontrolliert wurde. Dadurch konnte erreicht werden, dass die ersten physischen Prototypen einen sehr hohen Reifegrad aufwiesen. Die Haupteigenschaften des neuen A6 sind: : elegantes, sportliches Design mit eigenem Charakter, der aber als typischer Audi erkennbar ist : Fahrerlebnis pur, Synthese aus Fahrspaß und Fahrkomfort mit individuellen Einstellmöglichkeiten : effizientes Gesamtfahrzeug durch konsequente und optimierte Verbrauchsmaßnahmen : Informations- und Kommunikationssystem aus der Luxusklasse : komfortables Interieur auf höchstem Niveau : stark verbesserte Fahrzeugsicherheit, unter anderem durch stärkere Vernetzung und zusätzliche Fahrerassistenzsysteme : Qualität und Zuverlässigkeit, wie es von einem Audi erwartet wird. Januar 2011

audi a6

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Audi A 6 Fahrzeugk onzept

1 Effizienzsteigerung gegenüber Vorgänger am Beispiel CO2Reduzierung

Die Realisierung dieser Eigenschaften wurde nicht nur hinsichtlich der Technik, sondern auch hinsichtlich Beschaffbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Umsetzbarkeit in der Großserie untersucht. Dazu wurden bereits in der Produktplanungsphase unter anderem die Bereiche Beschaffung, Controlling und Produktion in den Prozess der Produktdefinition eingebunden. Neue weltweite Gesetzesanforderungen und Entwürfe zu neuen Gesetzen wurden ebenfalls berücksichtigt. Bei der Vielzahl der neuen Ausstattungen, der neuen Gesetzesvorgaben und der verbesserten Fahrzeugeigenschaften war ein Schlüssel zum Erfolg, die komplexe und vernetzte Fahrzeugarchitektur intelligent zu nutzen, um möglichst viele Synergien zu schaffen. So gehen zahlreiche Fahrzeugsignale auch an die verschiedensten Sicherheitssysteme, obwohl die Signale primär als Information für komfortsteigernde Fahrerassistenzsysteme gedacht waren. Entwicklungserweiterungen gegenüber Vorgänger

Als wesentliche Neuerungen des A6 gegenüber dem Vorgängermodell sind: :: Aluminium-Hybridbauweise mit allen Karosserieanbauteilen aus Aluminium :: hocheffiziente neue Motoren, Start-StoppFunktion bei allen Motor/Getriebe-Kombinationen in Verbindung mit EU5 :: elektromechanische Lenkung, Thermomanagement, erweiterte Rekuperation und bedarfsgerechte Kraftstoffpumpe zur Verbrauchsreduzierung

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:: generell schlüsselloses System „keyless go“ :: serienmäßiges „Audi drive select“ ermöglicht besonders sparsame Fahrweise mit neuem „efficiency“-­ Modus :: Abstands- und Geschwindigkeits­regler „adaptive cruise control mit Stop & Go“ :: ESP mit elektronischer Quersperre bei Frontantriebs-Varianten und mit radselektiver Momentensteuerung bei „quattro“-Fahrzeugen :: Sportdifferenzial mit variabler Momentenverteilung :: Komfortsitze mit Klimatisierung und Massagefunktion :: Parklenkassistent mit automatischem Lenkeinschlag :: LED-Scheinwerfer und „Gleitende Leuchtweite“ bei den „adaptive light“ Scheinwerfern :: neue MMI-Bedienung mit Eingabe von Befehlen über Touchpad :: Spurhalteassistent mit aktiver Gegenlenkung :: navigationsdatenbasierte Fahrzeugunterstützung :: Nachtsichtassistent mit Markierung erkannter Fußgänger :: zuschaltbare Anzeige des Tempolimits in jeder Ansicht des Kombiinstruments :: „Head-up Display“ mit mehrfarbiger Anzeige :: „Bang & Olufsen Advanced Sound System“ mit überragender Klangqualität :: elektrische Heckklappe. Die Effizienzsteigerung zeigt zum Beispiel der Vergleich des Kraftstoffver-

brauchs beim Audi A6 3,0 TDI „quattro“ gegenüber dem Vorgängermodell: Trotz Erhöhung der Leistung um 9 % konnte die CO2-Emission um zirka 30 % im MVEG-Zyklus reduziert werden, 1. MaSSkonzept

Erklärtes Entwicklungsziel war es, die großzügigen Innenraummaße des Vorgängers teilweise zu verbessern und gleichzeitig den sportlichen Charakter in der Außenansicht beizubehalten, 2. Das coupéhafte Greenhouse mit der flachen Heckscheibe und dem harmonischen Übergang in den Heckbereich ist ein typisches Merkmal des Audi A6. Die Gesamtfahrzeuglänge konnte trotz der höheren Anforderungen aus Fußgängerschutz und Crashgesetzgebung reduziert werden. Die maximale Kopffreiheit für Fahrer und Beifahrer konnte um 13 mm vergrößert werden, wobei die Fahrzeughöhe trotz des größeren Raddurchmessers um 4 mm reduziert wurde. Damit ist der A6 eines der niedrigsten Fahrzeuge im Wettbewerbsumfeld. Der Radstand ist um 69 mm gewachsen. Der vordere Überhang wurde um 82 mm und die Gesamtfahrzeuglänge um 12 mm reduziert. Die Innenraumlänge wurde geringfügig verbessert. Auch die Schulterbreiten sind größer als beim Vorgänger. Generell gilt, dass sich keine Innenraumabmessung des Vorgängers verschlechtert haben, sondern meist moderat verbessert werden konnten. Der Abstand der Vordersitze zueinander wurde um

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20 mm vergrößert und dem Bauraum der Mittelkonsole zugeschlagen. Dadurch steht mehr Platz für die Armauflage und die Anordnung der Bedienelemente zur Verfügung. Besonderes Anliegen war die Verbesserung der Kofferraumbeladung. So wurde die Ladekante um 42 mm abgesenkt und das diagonal gemessene Öffnungsmaß um 23 mm verbessert. Auch die Beladebreite wurde um 26 mm vergrößert. Der Kofferraum kann mit vier Golfbags beladen werden. Insgesamt stehen komfortable 530 l Kofferraumvolumen zur Verfügung. Das Räder-/Reifenprogramm wurde deutlich erweitert. Der größere Raddurch-

messer ermöglicht den Einsatz von 16bis 20 Zoll-Felgen mit einer maximalen Dimension von 255/40 R20. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Vorgänger.

Eine praxisnahe und kompakte Einführung in die Methoden des Projektmanagements

konzEptauslEgung VordErwagEn

Der neue A6 setzt wie bereits A4 und A8 auf eine einheitliche Aggregateposition in der Vorderwagenstruktur. Alle Motor- und Getriebelagen sind im Fahrzeug identisch ausgeführt. Baureihenübergreifend können zahlreiche Komponenten übernommen werden, wie Bauteile der Aggregatelage-

Walter Jakoby

Gestaltung technischer Innova­ tionen als systemische Problem­ lösung in strukturierten Projekten 2010. X, 298 S. mit 138 Abb., 65 Tab. und Online-Service. Br. EUR 29,95 ISBN 978-3-8348-0918-6 Das Lehrbuch gibt Studenten technischer Studiengänge und berufserfahrenen Ingenieuren eine praxisnahe Einführung in die Methoden des Projektmanagements. Die Anwendung der Methoden wird an vielen Beispielen demonstriert; Fallbeispiele aus realen Projekten veranschaulichen den praktischen Nutzen; Formulare und Checklisten unterstützen die direkte Umset­ zung; Verständnisfragen und Übungsaufgaben am Ende jedes Kapitels vertiefen und festigen das Wissen auf einem Niveau, das für die Tätigkeit als Projektleiter er­ wartet wird.

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2 Maßkonzept Januar 2011

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Audi A 6 Fahrzeugk onzept

3 Virtuelle Absicherung der Platzierung von Anzeige- und Bedienelementen

rung, aber auch Teile der Abgasanlage. Dadurch, dass wichtige Komponenten über die Baureihen hinweg im Referenzmaßsystem identisch zu den Gehängeaufnahmen der Karosserie eingebaut sind, wird ein Mischverbau von unterschiedlichen Baureihen und Derivaten auf der gleichen Fertigungslinie deutlich erleichtert. Das bedeutet, dass sowohl A6 und A4 über den gleiche Bandabschnitt gefahren werden können. So kann auf Stückzahlschwankungen über die Produktionszeit leichter reagiert und auf unterschiedliche Auslastungen an den verschiedenen Fertigungs­ standorten Einfluss genommen werden. Bezogen auf den Vorgänger wurde die Vorderachse um 71 mm weiter vorne platziert und der Überhang deutlich verkürzt. Die aus dem A4 bekannte untenliegende Lenkung wurde im A6 durch eine neu entwickelte, elektromechanische Servolenkung in gleicher Lage ersetzt. Die elektrische Lenkung ist eine wichtige Maßnahme zur Kraftstoffeinsparung und CO2Reduzierung. Die elektrische Lenkung ist für bestimmte Fahrerassistenzfunktionen notwendig wie dem automatisierten Einparken oder „active lane assist“. Bei diesem Assistenzsystem wird eine Warnung

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bei Verlassen der Fahrspur über ein Gegenlenkmoment realisiert. Im Bereich der Sensorik wurden zahlreiche neue Komponenten im Vorderwagen platziert, insbesondere die Infrarotkamera für den Nachtsichtassistenten. „Top View“- und „Corner View“-Anzeigen im Mittenbildschirm werden über mögliche zusätzliche Kameras in der Front und den Spiegeln vorgehalten. Im Vorderwagen sind zahlreiche Leichtbaumaßnahmen realisiert worden, so bestehen Motorhaube und Kotflügel aus Aluminium. Zahlreiche entwicklungsbegleitende Simulationen und Versuche stellen sicher, dass die Fußgängerschutzanforderungen ohne zusätzliche Aktuatorik in den Haubenscharnieren erfüllt werden und eine hohe Bewertung in den Crashtests wie Euro NCAP zu erwarten ist. Die direkte Integration der Federbeinaufnahmen aus Aluminium in die Karosseriestruktur ist eine weitere Maßnahme, bei der durch weniger Bauteile und der Verwendung von Aluminium statt Stahl Gewicht und Bauraum eingespart wird. Über alle Motorisierungen hinweg wurde eine einheitliche Gestaltung des Motorraums umgesetzt. ESP-Aggregat, Flüssig-

keitsbehälter und Leitungen befinden sich bei allen Motorisierungen an gleicher Position, die Rohluftansaugung erfolgt generell einflutig auf der rechten Fahrzeugseite. Konzeptauslegung Innenraum

Im A6 wurde die fahrerorientierte Architektur des Cockpits fortgeschrieben und um zahlreiche neue Inhalte erweitert. Die Anzeige- und Bedienelemente wurden nach strengen ergonomischen Vorgaben platziert und bereits im frühen Entwicklungsstadium sowohl anhand von Simulationen im virtuellen Raum als auch mit realen Ergomodellen abgeprüft, 3. Im Vergleich zum Vorgänger erhält das Kombiinstrument zusätzlichen Raum für Anzeigen zwischen den klassisch und hochwertig ausgeführten Geschwindigkeitsund Drehzahlanzeigen. Hier können Menü-, Navigations- und Multimediainformationen in hoher Auflösung brilliant angezeigt werden. Die Bedienung erfolgt über die bereits im neuen Audi A8 eingeführte Lenkradgeneration anhand einer intuitiven Reiterlogik. Der A6 bekommt erstmalig einen inszenierten Bildschirm, der beim Öffnen des Fahrzeugs aus der Schalttafel

herausfährt und beim Aussteigen oberflächenbündig in die Schalttafel hineintaucht. Die maximale Bildschirmgröße liegt bei acht Zoll. Alle Menüs und Inhalte erschließen sich dem Fahrer und Beifahrer detailliert und sind sehr gut ablesbar. Der ausfahrbare Bildschirm verzichtet auf eine Hutze und ist so nah wie möglich am natürlichen Sichtstrahl des Fahrers auf der Schalttafel platziert. Diese ergonomisch optimale Position des Zusatzbildschirms, zusammen mit der klar ablesbaren Dar­ stellung der Inhalte, minimiert die Blickabwendung von der Fahrbahn, was einen nicht zu unterschätzenden Sicherheitsaspekt darstellt. Ebenfalls neu ist das erstmalig bei Audi verfügbare Head-up Display. Damit werden Informationen zu Geschwindigkeit, Navigation und Fahrerassistenz direkt im Blickbereich des Fahrers eingeblendet. Die Ablagen im A6 wurden vergrößert und zwei Cupholder im direkten Zugriff vor der Mittelarmlehne in die Mittelkonsole integriert. Alle Ablagen sind hochwertig ausgeführt und in der Mittelkonsole mit Klappen abgedeckt. Das Klimabedienteil wirkt übersichtlich und aufgeräumt. Die Klimaautomatik ist Januar 2011

Audi A6

optional mit einer Vierzonenregelung erhältlich. Dabei ist auch ein eigenes Klimabedienteil für die Fondpassagiere vorgesehen. Das MMI-Bedienteil wurde neu gestaltet. Als Ergänzung ist das im aktuellen Audi A8 eingeführte Touchpad erhältlich. „MMI touch“ bietet eine einzigartige Möglichkeit, Schriftzeichen intuitiv für die Eingabe von Zielen in die Navigation einzugeben. Zusätzlich können Karteninhalte über das MMI touch verschoben werden. Neben der Eingabefunktionalität gibt es die Möglichkeit, sechs frei wählbare Radiostationen auf die Touchfläche zu legen um diese im Direktzugriff wählen zu können. Konzeptauslegung Hinterwagen

Auch im Hinterwagen wurde das bewährte Grundpackage des Längsbaukastens übernommen und um die zusätzlich im A6 eingesetzten Komponenten erweitert. Zusätzliche Bauräume für Komponenten der Luftfederung, wie Kompressor und Luftspeicher, wurden benötigt, aber auch zusätzliche Steuergeräte und die komplexeren Kabelstränge mussten untergebracht werden.

Entgegen der Auslegung vieler Wettbewerber bekommen bei Audi Limousine und Avant traditionell den gleichen Hinterwagen, der als Einheitskarosseriebau bezüglich der Lademaße optimiert ist und eine Breite zwischen den Radhäusern von 1050 mm aufweist. Die große Durchladebreite kommt auch der Limousine bei umgeklappter Rücksitzanlage zugute. Der identische Unterbau ermöglicht auch das gleiche vollwertige Angebot im Räder-/Reifenprogramm mit gleichen Maximalabmessungen. Auch zwischen Front- und Allradantrieb wird beim Karosseriebau nicht unterschieden. ­Der quattro-Kunde erhält das gleiche Kofferraumvolumen wie der Kunde, der sich für ein frontangetriebenes Fahrzeug entscheidet. Im Kofferraum kann ein optionales Kom­pakt­rad mit vollwertigem Reifendurchmesser untergebracht werden, ohne dass der Ladeboden angehoben werden muss oder sich das Hauptstauvolumen verschlechtert. Der Kraftstoffbehälter fasst je nach Motorisierung 65 l bis 75 l. Als Neuheit bietet der A6 Platz für einen SCR-Tank, der sich unterflur im Bodenbereich neben dem Kraftstofftank befindet. Die Befüllung kann von außen über das Tankklappenmodul erfolgen.

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Audi A6 Design

Exterieur-, Interieurund Lichtdesign Die siebte Generation des Audi A6 weiß wie seine Vorgänger, mit seinem Design zu begeistern. Dabei schreibt der neue A6 die Audi Formensprache innen und außen fort: zeitloses, innovatives Design, das Eleganz mit Sportlichkeit verbindet und technischen Vorsprung zeigt. In für Audi typischer Art und Weise ist das Tagfahrlicht der vorderen Scheinwerfer auch beim A6 ein charakteristischer Bestandteil der Lichtgrafik. Und die innovativen Voll-LED-Scheinwerfer machen im Audi A6 komplexe Technik sicht- und erlebbar.

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Eleganz in Tradition

Mit dem Audi 100 fing Ende der 1960er Jahre die Geschichte der Oberklasselimousinen bei Audi an. Die Legende seiner Entstehung steht noch heute für den revolutionären Innovationsgeist der Marke Audi. Mit seinem klassischen, schnörkellosen Design prägte der Audi 100 das Gesicht der 1970er Jahre entscheidend mit. Und er legte damit den Grundstein für eine Modellreihe, verankert im sogenannten C-Segment, die viele legendäre Fahrzeuge hervorbrachte – Klassiker im Audi Portfolio. Man denke an den Aerodynamikweltmeister der 1980er Jahre, den davon abgeleiteten Avant mit seinem ungewöhnlichen, eleganten Heck. Oder in den 1990er Jahren der Typ C5 – mit seinen gestrafften Flächen und dem weichen Heck ein klassischer Vertreter dieser Dekade. Inzwischen war aus dem Audi 100 – im Sinne einer übergreifenden Nomenklatur – der Audi A6 geworden. Was sich jedoch bis heute nicht geändert hat, ist die für Audi typische Formensprache, die allen Vertretern bis heute gemein ist: zeitloses, innovatives Design, die Verbindung von Eleganz und Sportlichkeit. Technischer Vorsprung, verpackt in attraktives, wegweisendes Styling. In dieser Tradition steht auch der neue Audi A6. Er trägt die interne Bezeichnung C7: das C-Segment in seiner siebten Generation. Und wie seine Vorgänger weiß auch der jüngste Spross mit seinem Design zu begeistern. Der neue A6 – ein Typ mit Charakter

Der neue A6 ist die sportlichste Businesslimousine in seinem Segment. Er wirkt angenehm leicht und zeigt schon auf den ersten Blick, dass er kein Gramm zuviel mit sich herum trägt. Wie ein Fechter vereint er Eleganz und Dynamik, orientiert sich nach vorne, also in Fahrtrichtung. Er zeigt tänzelnd Agilität und Flexibilität. Seine straffen Flächen spannen sich über ausdefinierte Muskeln. Bereit, blitzschnell nach vorne zu springen und die angespannte Kraft in vorwärtsdrängende Dynamik umzusetzen. Dabei zeigt der A6 seinen entschlossenen Blick, nicht unähnlich dem eines Adlers. Er wirkt mit seinem angeschnitteJanuar 2011

Audi A6

aut o r

Johannes Schäfer

ist Mitarbeiter im Bereich Design Kommunikation bei der AUDI AG in Ingolstadt.

nen Blick entschlossen und maskulin, behält die Situation aufmerksam im Blick. Das Tagfahrlicht im Audi typischen ­Winglet-Design und die Scheinwerfer in dreifacher Ausführung unterstreichen dabei den einzigartigen Charakter des Fahrzeugs. Kein anderes Fahrzeug in seinem Segment zeigt sich so kompromisslos gestaltet wie der neue Audi A6. Mit einer unglaublichen Präzision definieren exakte Linien und Radien sanfte Flächen – eine Herausforderung für Audi Designer und Ingenieure gleichermaßen. Um das Fahrzeuggewicht zu senken, werden Anbauteile aus Aluminium verwendet. Deren Behandlung setzt ein hohes Maß an Know-how voraus – hier profitiert Audi von dem seit vielen Jahren erarbeiteten Vorsprung. Dieser Vorsprung ermöglicht ein Design, das nicht nur in punkto Präzision Maßstäbe setzt. Wie bei einem Boot umlaufen die Linien das Fahrzeug mit einer ausgeklügelten Logik. Nichts wird dem Zufall überlassen. Der neue Audi A6 ist ein typischer Vertreter der Marke geworden. Schon auf den ersten Blick ist die Limousine als Audi zu erkennen. Mit seinem eigenständigen Charakter und den vielen hochwertigen und anspruchsvollen Details in Exterieur und Interieur weiß sie zu begeistern. Sie fügt sich nahtlos in die bestehende Audi Familie ein. Rundgang um das Fahrzeug

Das macht ein Rundgang um das Fahrzeug ganz deutlich. Dieser Rundgang zeigt auch, mit wie viel Liebe zum Detail dieses Fahrzeug gestaltet wurde. Details, die den Audi A6 der siebten Generation einzigartig in seiner Fahrzeugklasse machen.

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Audi A6 Design

Von hinten zeigt sich der neue Audi A6 entschlossen und sehr dynamisch

An der Front findet sich einmal mehr der typische Audi „Singleframe“ – hier in einer vergleichweise flachen Ausführung mit stark angewinkelten oberen Ecken. Die angesprochene Liebe zum Detail zeigt sich in der dreidimensionalen Singleframe-Grafik. Sie ist sehr hochwertig, raffiniert ausgearbeitet und wirkt durch das Lichtspiel an Kanten und Flächen sehr lebendig. Mit den oberen Ecken des Singleframes harmonieren die Frontscheinwerfer, die die Anschrägungen übernehmen und zu den Flanken hin breiter, keilförmiger auslaufen – der zu Beginn beschriebene Adlerblick. Scheinwerfer, die in drei Varianten bestellt werden können: Halogen als Serienstandard, das technisch hochwertige Xenonlicht und Voll-LED-Schweinwerfer als besondere Luxusvariante. Mit dem Design der Scheinwerfer betont der Audi A6 seine Breite. Überhaupt wirkt er in der Frontansicht eher flach und breit. Ähnlichkeiten mit dem Supersportler R8 sind keineswegs zufällig. Die Lufteinlässe, die einen Hauch von sportlicher Optik eines S-Modells zeigen, unterstreichen Sportlichkeit und Dynamik. Darunter, an der Unterkante der Fahrzeugfront, findet sich eine Lichtkante, die das Fahrzeug optisch näher an den Boden zieht und das Fahrzeug zusätzlich flacher erscheinen lässt. In der dreidimensional wirkenden Fonthaube zeigt sich ein Spiel aus Licht und Schatten und lässt das Fahrzeug lebendig und skulptural wirken. Sie läuft im weiteren Verlauf in die coupéhafte Dachlinie aus, die in ihrer Gestaltung an den Vorgänger des Audi A6 erinnert. Allerdings wirkt sie hier deutlich dynamischer und noch sportlicher.

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Von der Seite betrachtet fällt die deutliche Ausprägung der vorderen Kotflügel und der Schulterlinie auf. Die Schulterlinie zieht an der Fahrzeugfront vernehmlich nach innen und betont hier ungewöhnlich stark die Kotflügel. Damit zeigt der A6, wo die Kraft für seinen Antrieb zur Verfügung gestellt wird. Wie bei einem Leistungssportler spannt sich die Fläche über den Muskelstrang und betont die ausdefinierte Fahrzeugflanke. Die starke Ausprägung der Schulterlinie ist nur durch eine technisch anspruchsvolle Realisierung möglich und zeigt die Kompetenz der Abteilungen Design, Technische Entwicklung und Produktion überdeutlich. Kein anderes Fahrzeug zeigt

Der Audi A6 wirkt in der Frontansicht flach und breit

diese Harmonie aus scharfen, wie gebügelt wirkenden Kanten und weich modellierten Flächen. Von dieser kontrastreichen Spannung lebt der Audi A6. Unterhalb der Schulterlinie befindet sich die Dynamiklinie. Sie nimmt die Gestaltung der Frontpartie auf und führt sie, zum Fahrzeugheck hin ansteigend, weiter fort und formt eine sich nach hinten verjüngende Lichtfläche aus. Dieses Audi typische Designelement betont die Orientierung nach vorne, in Fahrtrichtung. Die Ausformung der Fläche nimmt der Fahrzeugseite jegliche Schwere, lässt das Fahrzeug leicht und behände wirken. Leichtbau symbolisieren auch die Räder. Deren progressive Gestaltung stellt ein definiertes Volumen dar, ohne allerdings schwer oder massiv zu wirken. Mit einer vielfältigen Auswahl an Größen und Designs lässt sich der Charakter des Fahrzeugs unterstreichen und erweitert den Spielraum zur Individualisierung. Von hinten zeigt sich der neue Audi A6 entschlossen und sehr dynamisch. Wie auch an der Fahrzeugfront betonen hier Leuchten in Trapezform die Fahrzeugbreite. Überhaupt wirkt der Heckbereich sehr dreidimensional und mit scharfen Kanten fein definiert. Das zeigt sich besonders deutlich an der angedeuteten Spoilerkante. Darunter befindet sich, im Gegensatz zu anderen Audi Modellen, keine speziell definierte und ausgeprägte

Die Seitenansicht zeigt die Harmonie aus scharfen, wie gebügelt wirkenden Kanten und weich modellierten Flächen

Kennzeichenfläche. Keine unterbrechenden Linien und Flächen bedeuten optische Breite. Eine definierte Lichtkante an der Unterseite der Heckpartie, oberhalb des sportlich wirkenden Diffusors, zeigt, wie auch an der Fahrzeugfront, die Verbindung zum Boden, zur Fahrstrecke. Ein Zeichen für die Fahrsicherheit und für die Bodenhaftung des Audi A6. Lichtdesign und Lichttechnik

Der neue Audi A6 ist mit verschiedenen, technisch und ästhetisch unterschiedlichen Lichtvarianten erhältlich. Neben der Standard-Halogenversion sind die hochwertigen Xenon- und Voll-LED-Versionen

interessant – Design und Technik definieren hier auf eindrucksvolle Weise den Stand der Dinge. In für Audi typischer Art und Weise ist das Tagfahrlicht ein charakteristischer Bestandteil der Lichtgrafik und gefällt durch eine homogene, gleichmäßige Ausleuchtung. Eine u-förmige Lichtspange im Winglet-Design schützt an der Unterkante des Scheinwerfers den Tagfahrlichtstreifen und sorgt für einen konzentrierten, entschlossenen Blick. Überhaupt wirkt der Scheinwerfer logisch in das Fahrzeugexterieur, in die Front, integriert. Die Kombination und Ausgestaltung seiner Bestandteile wirkt schlüssig und elegant, als ein logisches

Ganzes. Das gilt auch für den innovativen Voll-LED-Scheinwerfer. Noch präziser, noch wertvoller – die Luxusvariante macht im Audi A6 komplexe Technik sicht- und erlebbar. Die Scheinwerfergrafik wirkt kompakt und zeigt nur wenige Fugen, trotz ihres filigranen Aufbaus. Auf Ebenen unterteilt sich der Aufbau – auf der einen inszeniert sich das Abblendlicht schwarz hochglänzend, linienförmig, unterstrichen durch das Tagfahrlicht an der Unterseite. Auf der anderen Ebene befindet sich das Fernlicht und lässt den Scheinwerfer flach und breit wirken. Tagfahrlicht und Fahrtrichtungsanzeiger sind zu einem Element integriert. Das Abbiegelicht, ebenfalls integriert, leuchtet die Seitenflächen selektiv aus, ohne vom Gegenverkehr als störend wahrgenommen zu werden. Mit den beiden gehobenen Lichtvarianten werden auch im Heck LED-Leuchten verbaut. Dabei nehmen sie dort deren charakteristische, homogene U-Form auf – eine Referenz zur Fahrzeugfront. Das lange, schmale Blinkelement schließt das Leuchtenelement nach oben hin ab – der nun entstehende Rahmen wird mit dem Bremslicht als Fläche ausgefüllt. In ihrer grafischen Ausführung nimmt die Heckleuchte die von unten kommende Exterieurlinie auf, führt diese dreidimensional weiter und begrenzt die Flächen an ihrem oberen Rand. Unterbrochen wird die Fläche der Heckleuchte nur durch eine kaum wahrnehmbare Fuge – eine Remineszenz an die Heckklappe. Eine präzise Gestaltung und Fertigung ermöglicht eine optisch durchgängige Linienführung.

Wie auch an der Fahrzeugfront betonen hinten Leuchten in Trapezform die Fahrzeugbreite

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Audi A6

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Audi A6 Design

Das Interieur begeistert durch eine technisch und ästhetisch hochwertige Umsetzung

Interieur

Wer in den neuen Audi A6 einsteigt, wird sich gleich wohlfühlen. Ist er doch ein typischer Audi geworden. Und zeigt dennoch eigenen Charakter, setzt die außen gesetzten Signale innen fort. Denn auch der Innenraum spricht den sportlichen Businessfahrer an. Sein funktionales Konzept begeistert durch eine technisch und ästhetisch hochwertige Umsetzung. Damit wird der neue Audi A6 den Kundenkreis erweitern und auf den Markenwert einzahlen. Wer Platz nimmt, möchte die perfekten Sitze schon bald nicht mehr missen. Bis ins kleinste Detail durchdacht und ausgearbeitet, entfalten die Sitze beinahe Manufakturcharakter. Das überaus präzise, hochwertige Nahtbild ist mit viel Liebe verarbeitet und zeigt einen sehr hohen Produktionsstandard. Tatsächlich sind eine ganze Reihe von manuellen Verarbeitungsschritten zur Erstellung notwendig – Manufaktur in Großserie. Wenn man den Blick schweifen lässt, kommt einem vieles bekannt vor. So zum Beispiel der „Wrap-around“. Dieser Bogen wurde zum ersten Mal im großen Bruder A8 gezeigt und gilt als familientypisches Charakteristikum. Von Tür zu Tür spannt er sich quer vor dem Armaturenbrett, öffnet den Raum im Sichtfeld des Fahrers, wirkt luftig und bindet die Passagiere in den Raum mit ein. Die Enden des Wraparound laufen in den Türinnenseiten aus und nehmen die Funktion zur Öffnung der Türen mit auf. Dies geschieht auf eine

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technisch und ästhetisch anspruchsvolle Weise, die auf die enge Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen Technische Entwicklung und Design schließen lässt. Wie schwebend wirkt das Armaturenbrett unterhalb des Wrap-around. Hinweise auf den Leichtbau finden sich auch im Innenraum zuhauf. Sei es der konsequent horizontale Aufbau und die Gliederung des Armaturenträgers, die schlanke Schalttafel oder die raffinierte Inszenierung des „MMI“-Monitors. Wie schon der Vorgänger bindet der neue Audi A6 den Fahrer in das Geschehen mit ein. Ein zum Fahrer hin geneigtes

Armaturenbrett vereinfacht die Bedienung und sorgt so für Sicherheit. Besonders wirkt auch die Applikationsleiste unterhalb und rechts der Luftausströmer in der Mittelkonsole. Eine optische Reminiszenz an die Präzision und Eleganz des Audi A6. Ermöglicht wird die Gestaltung dieser Applikation durch die sogenannte Kreuzfuge. Diese schließt die Applikationsfläche zur Beifahrerseite hin ab. Eine ungewöhnliche, technisch überaus anspruchsvolle Detaillösung. Sie steht für die präzise, dynamische Linienführung und den Innovationsgeist eines Audi. Als erster Anbieter weltweit bietet Audi nun auch das aus dem Showcar „Audi sportback concept“ bekannte Schichtholz optional für ein Serienfahrzeug an. Die Umsetzung dieser ästhetisch und technisch hochwertigen Applikation stellte hohe Anforderungen an Umsetzbarkeit und Qualität. In Zusammenarbeit mit der Technischen Entwicklung trieb die Audi Designabteilung die Realisierung voran. Überhaupt lässt sich der neue Audi A6 den vielseitigen, vielfältigen und anspruchsvollen Kundenwünschen anpassen. Ein ausgeklügeltes Angebot an Farben und Ausstattung schafft den Spagat zwischen sportlich technischer Anmutung und einer hochwertigen Eleganz. Hohe Material- und Verarbeitungsqualität gehen einher mit hohem Nutzwert. Das bieten auch die Bedienelemente im Cock-

Der Wrap-around spannt sich von Tür zu Tür quer vor dem Armaturenbrett

Das neue MMI mit überarbeiteter, verbesserter quattrologic

pit des A6. Das neue MMI mit überarbeiteter, verbesserter „quattrologic“ besticht mit einer unvergleichlichen Haptik – Präzision und Materialqualität setzen neue Standards und stehen für den Vorsprung von Audi in punkto Material- und Verarbeitungsqualität. Geschmeidig und präzise inszeniert sich das ausfahrbare, hochauflösende MMI-Display in der Mittelkonsole. Ähnlich einem Flachbildschirm baut dieser Monitor außerge­ wöhnlich flach und verschwindet nach Gebrauch wieder komplett im Armaturenträger. Sowohl Mimik als auch Inszenierung sind einzigartig und wurden in der

Präzision und Materialqualität des MMI setzen neue Standards

engen Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen Technische Entwicklung und Audi Design entwickelt. Wie im großen Bruder Audi A8 lässt sich das MMI-Infotainmentsystem mit einem Touchpad bedienen. Diese Technik ermöglicht es, den neuen Audi A6 mit allen Sinnen zu erleben. Eine neue, vielversprechende Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrer. Unterm Strich

Der neue Audi A6 in seiner siebten Generation fügt sich nahtlos in die Galerie sei-

ner Urahnen ein. Er steht für alles, was seine Vorgänger ausgemacht hat und begeistert mit einer sportlichen Eleganz. Wie kein anderes Fahrzeug seiner Klasse integriert er wegweisende Innovationen in einem ästhetisch anspruchsvollen Ambiente. Dabei ist der neue A6 ein typischer Audi geblieben. Schon auf den ersten Blick erkennt man seine Herkunft. Ein Mitglied der Familie und ein würdiger, angemessener Vertreter in einer anspruchsvollen Fahrzeug­­­klasse – ganz in der Tradition seiner Vorgänger.

Seine Herkunft ist unverkennbar – der neue A6 in seiner siebten Generation ist ein typischer Audi geblieben

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Audi A6

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Audi A6 Effizienz und Leichtbau

Effizientes Gesamtfahrzeug Ein intensives und emotionales Fahrerlebnis bei deutlich reduziertem Kraftstoffverbrauch war ein zentrales Entwicklungsziel beim neuen Audi A6. Schlüsselfaktoren zur Verwirklichung dieses Ziels sind ein geringes Fahrzeuggewicht und die effiziente Nutzung von Energie und Ressourcen – eine anspruchsvolle Aufgabe in einem Spannungsfeld aus gestiegenen Gesetzesanforderungen und höchsten Kundenerwartungen an Komfort, Ausstattung und Insassensicherheit.

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Effizienzpotenziale umsetzen

Sportlichkeit und Umweltverträglichkeit auf gleichermaßen hohem Niveau – eine Herausforderung, die den Ehrgeiz der Ingenieure des A6 ansprach. In einem unternehmensweiten Prozess wurden für den neuen Audi A6 systematisch Leichtbau- und Effizienzpotenziale erarbeitet und umgesetzt. Die ganzheitliche Betrachtung des Gesamtfahrzeugs in seinem Produktlebenszyklus wurde dabei durch eine Umweltbilanz sichergestellt.

a u t o ren

Nils Anton

ist Projektkoordinator in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Leichtbau

Leichtbau ist eine Kernkompetenz von Audi. Ein niedriges Fahrzeuggewicht beeinflusst viele Fahrzeugeigenschaften positiv und bringt einen direkten Zugewinn in punkto Sportlichkeit und Effizienz für den Kunden. Durch konsequenten Leichtbau gelingt es Audi im neuen A6, die sogenannte Gewichtsspirale umzudrehen und so einen Meilenstein zu setzen: Während bei nachfolgenden Fahrzeuggenerationen aufgrund gestiegener Anforderungen und umfangreicherer Ausstattungen zumeist ein Gewichtsanstieg zu verzeichnen ist, wurde der neue Audi A6 gegenüber seinem Vorgänger um bis zu 80 kg leichter – und dies bei verbessertem Komfort und erhöhter Sicherheit. Der A6 3.0 TDI zum Beispiel liegt als „quattro“ mit einem Leergewicht von 1720 kg auf gleichem Niveau wie seine Kernwettbewerber mit Standardantrieb. Grundlage für das geringe Fahrzeuggewicht ist die Intensivierung des Leichtbaus bei Karosserie, Motor und Getriebe. Das Fundament dafür bilden intelligente Leichtbaulösungen, die unter Verfolgung dreier Ansätze bereits in der frühen Projektphase erarbeitet wurden: :: Beim stofflichen Leichtbau werden vermehrt leichte Materialien eingesetzt, wie Aluminium als Guss-, Blech- oder Profilwerkstoff. :: Der konstruktive oder auch geometrische Leichtbau zeichnet sich im Wesentlichen durch die optimale Aus­ legung von Lastpfaden aus. :: Der systemische beziehungsweise inte­ grative Leichtbau zielt auf die Nutzung von Synergien und die Vermeidung von Zusatzteilen. Ein Bauteil oder System bildet dabei die Grundlage zur Realisierung unterschiedlicher Fahrzeugeigenschaften. Januar 2011

Audi A6

Torsten Fiedler

ist Projektverantwortlicher für Leichtbau und Gewichtsverfolgung in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Frank Apel

ist Projektverantwortlicher für Fahrleistung und Energiemanagement in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Uwe Heil

ist Projektverantwortlicher für Umweltbilanzen und Recycling in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Bei der Fahrzeugzelle bedeutet dies einen breiten Einsatz von hoch- und höchstfesten Blechen und von Aluminiumkomponenten (Federbeinaufnahme im Vorderwagen, Hutablage). Auch bei den Anbauteilen wurde das Know-how in der aluminiumgerechten Entwicklung und -verarbeitung genutzt und bei den Türen und Klappen sowie den Kotflügeln und Stoßfängern entsprechend umgesetzt. Durch diese Aluminium-Hybridbauweise bringt die Karosserie gegenüber einer konventionellen Stahlbauweise 15 % weniger Gewicht auf die Waage. Die Motoren und Getriebe wur-

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Audi A6 Effizienz und Leichtbau

1 Leichtbauumfänge im neuen Audi A6

den ebenfalls unter der Prämisse der Gewichtsreduzierung erfolgreich weiterentwickelt und tragen ihren Teil zu einem geringen Fahrzeuggewicht bei, genauso wie Schmiedeleichträder und der Einsatz von Aluminium beim Modulquerträger und im Bordnetz, 1. Da dem Leichtbau bereits in der Konzeptphase besonderes Augenmerk galt, konnten Bauteile wie Achsen, Bremsen oder Umfänge der Fahrzeugsicherheit auf ein niedrigeres Fahrzeuggewicht und damit geringere Belastungen ausgelegt werden, wodurch sich ihr Gewicht ebenfalls reduziert. Gleichzeitig wurden weitere konzeptbeeinflussende Auslegungskriterien wie Zuladung, Anhängelasten und Dachlast kundenorientiert angepasst. Die Zuladung wurde bei Modellen mit quattro-Antrieb um 30 kg angehoben und die Anhängelast motorabhängig um 100 kg erhöht. Die Umkehr der Gewichtsspirale bedeutet für die Kunden konkret: Durch den Leichtbau wird der Kraftstoffverbrauch reduziert, die Achslastverteilung um zirka 2 % verbessert, und der Fahrkomfort profitiert von geringen ungefederten Massen (Schmiedeleichträder, Aluminiumträger und -lenker im Fahr-

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werk). Die Gewichtsreduzierung bildet also die Grundlage für ein gleichermaßen sportliches und komfortables Gesamtfahrzeug. Fahrleistung und Energiemanagement

Die Zielsetzung für die Eigenschaftsentwicklung Fahrleistung und Verbrauch war klar definiert: Der neue Audi A6 sollte

nicht nur weiterhin die sportlichste Businesslimousine seine Klasse sein, sondern auch beim Kraftstoffverbrauch Bestwerte setzen. Sportlichkeit ist ein Markenwert von Audi und eine besondere Verpflichtung für die Ingenieure. Gegenüber der bereits sehr dynamischen Vorgängergeneration wurde beim neuen Audi A6 die Leistung der Motoren nochmals um bis zu 7 % gesteigert und das Drehmoment angehoben. Im

2 CO2-Emissionen (NEFZ) des neuen Audi A6 im Vergleich zu Vorgänger und Wettbewerb

3 Übersicht Gewicht, Fahrleistungen und Verbrauch im neuen Audi A6

Zusammenspiel mit den Leichtbaumaßnahmen sowie den weiterentwickelten Fahrwerken ergibt sich so ein eindrucksvoller Fortschritt in punkto Längs- und Querdynamik. Der Audi A6 3.0 TFSI mit „S tronic“-Doppelkupplungsgetriebe etwa stellt dies mit einer Beschleunigung in nur 5,5 s von 0 auf 100 km/h unter Beweis. Mit dieser Fahrleistung ist er in seiner Leistungsklasse derzeit konkurrenzlos. Diese Sportlichkeit lässt sich beim A6 mit ökologischem Anspruch und verantwortungsvollem Umgang mit Ressourcen vereinen. Den Beweis liefert ein Blick auf den Kraftstoffverbrauch. Gegenüber der Vorgängergeneration des Audi A6 (Modelljahr 2010) konnten der Normverbrauch und damit die CO2-Emissionen um bis zu 21 % gesenkt werden. Noch eindrucksvoller ist der Vergleich zu den Werten bei Markteinführung des Vorgängers im Jahr 2004. Hier können sogar Verbesserungen um bis zu 30 % ausgewiesen werden. Zum Beispiel beim 3,0-l-TDI-Dieselmotor, dem Antrieb mit dem größten Volumen-

anteil im neuen Audi A6: Das in zwei Leistungsstufen angebotene Aggregat begnügt sich in der leistungsstärkeren Variante (180 kW) als quattro mit einem Normverbrauch von 6,0 l/100 km, was einem CO2-Äquivalent von 158 g/km entspricht. Für die 150-kW-Variante stehen in Verbindung mit der komfortorientierten multitronic sogar nur 5,2 l/100 km beziehungsweise 137 g CO2/km zu Buche, 2. Beide Leistungsstufen setzen damit Bestwerte im Wettbewerbsvergleich, 3. EffizienzmaSSnahmen

Diese immensen Fortschritte konnten nur durch systematische und ganzheitliche Entwicklungsarbeit und das Zusammenspiel vielfältiger Effizienzmaßnahmen realisiert werden. Im gesamten Antriebsstrang wurde die Reibung durch konsequente Weiterentwicklung bestehender Konzepte sowie durch Neuentwicklungen erheblich reduziert. Der spezifische Verbrauch konnte bei gleichzeitig erhöhtem Drehmo-

4 Schleppwiderstand des neuen A6 3.0 TDI multitronic im Vergleich zum Vorgänger MJ 2006 Januar 2011

Audi A6

mentangebot deutlich abgesenkt werden. Diese Drehmomentsteigerungen erlauben wiederum längere Getriebeauslegungen, die einen entscheidenden Baustein der Verbrauchsreduzierung darstellen. Um diesen Effekt konsequent zu nutzen, wurde beim neuen Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe außerdem eine hohe Getriebespreizung realisiert. Somit kann die Motordrehzahl bei höheren Geschwindigkeiten zusätzlich abgesenkt werden, ohne dass sich ein negativer Einfluss auf das Anfahrverhalten ergibt. Der Kunde profitiert von Verbrauchssenkungen, beispielsweise bei Autobahnfahrten. Erstmals in diesem Fahrzeugsegment sind im neuen Audi A6 alle Aggregate serienmäßig mit einer Start-Stopp-Automatik ausgestattet. Diese stellt den Motor bei Fahrzeugstillstand ab, zum Beispiel an einer roten Ampel, und startet ihn zur Grünphase schnell und komfortabel wieder, wodurch sich der Normverbrauch um bis zu 0,4 l/100 km reduziert. Kunden, die vorwiegend im Stadtverkehr unterwegs sind, können sogar mit noch höheren Einsparungen rechnen. Ein weiteres Novum ist das innovative Thermomanagement, das die gezielte Nutzung der vom Motor abgegebenen Wärme sicherstellt. Hierbei wird zunächst durch eine schaltbare Wasserpumpe das Aufheizen des Motors auf seine ideale Betriebstemperatur beschleunigt. In einem zweiten Schritt wird das erwärmte Kühlwasser dann zum Aufheizen des Automatikgetriebes genutzt. Damit wird effektiv die Warmlaufphase verkürzt und der Wirkungsgrad erhöht, was sich im Zyklus mit einer Verbrauchsreduzierung von bis zu 0,1 l/100 km auszahlt. Der Motorleistung stehen die Fahrwiderstände entgegen. Um das Beschleunigungsvermögen zu vergrößern und den Kraftstoffverbrauch zu verringern, mussten die Fahrwiderstände, das heißt Rollwiderstand der Reifen, Luftreibung und Verlustleistungen im Antriebsstrang, reduziert werden. Dies wird im neuen Audi A6 durch den Einsatz von Leichtlaufreifen, die beschriebenen Gewichtsreduzierungen, durch die Verringerung der Schleppleistung der Getriebe und eine optimierte Aerodynamik erreicht. Der abgesenkte Fahrwiderstand trägt im Vergleich zum A6 des Modelljahres 2006 mit etwa 0,25 bis 0,3 l/100 km im Zyklus zu einem geringeren Verbrauch und überdies zu einer verbesserten Längsdynamik bei, 4.

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Audi A6 Effizienz und Leichtbau

5 Umweltbilanz eines Fahrzeugs

Die Energieaufnahme der Nebenaggregate ist ein weiterer Einflussfaktor für den Kraftstoffverbrauch. Der Schlüssel zum Erfolg ist vor allem eine intelligente, bedarfsgerechte Regelung. Ein Beispiel ist die Rekuperation von Energie, eine Maßnahme, die den Generator in Schubphasen be- und in Zugphasen entlastet und sich so gleichermaßen positiv auf Kraftstoffverbrauch und Leistungsfähigkeit auswirkt. Darüber hinaus wurden die Generatoren in ihrem Wirkungsgrad verbessert, so dass die zum Antrieb benötigte mechanische Energie deutlich reduziert werden konnte. Erstmalig ist der Audi A6 in seiner siebten Generation mit einer elektromechanischen Servolenkung ausgerüstet. Im Gegensatz zu hydraulischen Systemen nimmt sie nur dann Energie auf, wenn diese zur Lenkunterstützung tatsächlich benötigt wird. Zudem zeichnet sich das Steuergerät durch minimalen Strombedarf aus. Die hocheffiziente Klimaanlage leistet einen weiteren Beitrag zur Senkung des Verbrauchs, denn sie bietet gewohnten Komfort bei deutlich reduzierter Energieaufnahme. Im Vergleich zur vorherigen Generation des Audi A6 verringert sich dadurch der Kraftstoffverbrauch im Jahresmittel um zirka 0,2 l/100 km. Für sich betrachtet liefern die einzelnen Maßnahmen scheinbar nur einen geringfügigen Beitrag zur Verbrauchsreduzierung, wie wirkungsvoll sie allerdings in Summe sind, das belegen die niedrigen CO2-Werte des neuen Audi A6, mit denen er derzeit Bestwerte im Wettbewerb setzt.

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Eco-Fahrerassistenz

Neben diesen fahrzeugseitigen Maßnahmen stehen dem Fahrer im neuen Audi A6 verschiedene Eco-Fahrerassistenzsysteme zur Verfügung, die ihm auf Wunsch helfen, den persönlichen Fahrstil auf eine ökonomische Fahrweise hin zu optimieren. Das Fahrerinformationssystem mit Effizienzprogramm stellt eine Erweiterung des bisherigen Fahrerinformationssystems dar und unterstützt den Kunden durch die intelligente Bereitstellung verbrauchsrelevanter Informationen. Durch eine neue Zusammenstellung von Strecken- und Verbrauchsdaten kann der Fahrer die wichtigsten Werte der aktuellen Fahrt auf einen Blick erfassen. Diese gleichzeitige

6 Reduzierung klimawirksamer Emissionen

Darstellung verbessert die Transparenz – zum Beispiel beim Zusammenhang von Momentan- und Durchschnittsverbrauch. Kraftstoff wird nicht ausschließlich in Fortbewegung umgesetzt, sondern indirekt auch für eine Vielzahl von Zusatzverbrauchern benötigt. Deshalb überwacht das Effizienzprogramm permanent die Energieströme im Auto und informiert darüber, welche Komfortverbraucher (zum Beispiel Klimaanlage oder Heckscheibenheizung) aktiv sind und wie hoch deren Beitrag zum Kraftstoffverbrauch ist. Im zentralen Display signalisiert eine vergrößert dargestellte Schaltanzeige dem Fahrer, wenn er schalten sollte, um in einem verbrauchsgünstigeren Drehzahlbereich zu fahren. Durch ihre Anordnung im peripheren Sichtfeld ist sie für den Fahrer stets wahrnehmbar, ohne ihn dabei vom Verkehrsgeschehen abzulenken. Des Weiteren erhält der Fahrer in Abhängigkeit von Fahrsituation und Fahrstil Hinweise zur effizienteren Nutzung seines Fahrzeugs – etwa, die Fensterscheiben zu schließen, wenn die Klimaanlage aktiv ist. Das Fahrerinformationssystem mit Effizienzprogramm stellt eine zukunftsorientierte Technik dar, die den Fahrspaß nicht einschränkt und den Fahrer zugleich an seine Verantwortung erinnert – denn bis zu 30 % des Kraftstoffverbrauchs steuert er selbst. Premiere feiert im Audi A6 der neue „efficiency“-Modus im „Audi drive select“, eine konsequente Weiterentwicklung der Eco-Assistenzsysteme bei Audi. Motorenabhängig eingesetzt, betrachtet

tung erfolgt bereits in der Konzeptphase, so dass die resultierenden Anforderungen frühzeitig in den Entwicklungsprozess eingebracht werden können und die Auswahl umweltgerechter Werkstoffe, Technikprozesse und Fertigungsverfahren sichergestellt ist. Aber auch darüber hinaus wirken sich die Ergebnisse durch ihren Einfluss auf Recycling und Rückführung in den Materialkreislauf bis zum Ende des Fahrzeuglebenszyklus aus. Die Umweltbilanz 7 Umweltbilanz nach ISO14040

und koordiniert er das Fahrzeug als Gesamtsystem und verändert die Charakteristik einzelner Fahrzeugsysteme, wie Motor, Automatikgetriebe, Fahrwerk, Thermomanagement und Klimaanlage, mit dem Ziel einer Effizienzsteigerung. Die Einbindung ins serienmäßige Audi drive select ermöglicht dem Kunden eine komfortable Aktivierung mit nur einem Tastendruck. Die Antriebskomponenten Motor und Getriebe unterstützen im Modus efficiency die verbrauchsoptimierte Fahrweise durch eine angepasste Applikation. Eine intelligente Regelung koordiniert die Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters der Klimaanlage und sorgt für eine effizientere Ausnutzung der vorhandenen Fahrzeugressourcen im Thermomanagement. Außerdem tragen die integrierten Fahrwerkssysteme Luftfe-

der (optional), elektromechanische Servolenkung und Geschwindigkeitsregelung zu einer Minimierung der Fahrwiderstände sowie zu einer Reduktion des Energiebedarfs von Nebenaggregaten bei. Umweltbilanzierung über Fahrzeuglebensdauer

Technischer Fortschritt wird bei Audi vorausschauend umweltgerecht gestaltet. Das bedeutet nicht nur eine Reduzierung der im Fahrbetrieb entstehenden Emissionen, sondern die Betrachtung des gesamten Fahrzeuglebens unter ökologischen Gesichtspunkten. Das Ziel ist dabei stets, die Auswirkungen auf die Umwelt durch effiziente Nutzung nicht erneuerbarer Ressourcen und geringe Emissionen zu minimieren. Eine ganzheitliche Bewer-

8 Werkstoffverteilung im Audi A6 2.0 TFSI nach VDA 231-106 Januar 2011

Audi A6

Das Instrument dazu ist die Umweltbilanz (auch Life Cycle Assessment (LCA) genannt). Durch die Analyse aller Prozessschritte von der Herstellung der Werkstoffe und der Bauteilfertigung über die Kraftstoffbereitstellung und -nutzung bis hin zur Verwertung („cradle-to-grave“) werden die Umweltwirkungen quantifizierbar, 5. Das Ergebnis ist eine genaue Beschrei­bung des Umweltprofils eines Fahrzeugs, wodurch ein gezielter Vergleich zum jeweiligen Vorgängermodell möglich wird, 6. Die Umweltbilanz nach ISO 14040 erfolgt in vier Schritten, 7. Nachdem das Ziel und der Untersuchungsrahmen festgelegt sind, wird eine Sachbilanz erstellt, in der alle relevanten Werkstoffe und Werkstoffmengen sowie die eingesetzten Energiearten und -mengen für alle Phasen des Lebenszyklus erfasst werden. Anschließend wird auf Grundlage der Sachbilanz eine Wirkungsabschätzung durchgeführt, die Umweltauswirkungen wie Treibhaus­ effekt, Sommersmog, Versauerung und Überdüngung betrachtet. Abschließend erfolgt die Bewertung der Ergebnisse. Ein wesentlicher Einflussfaktor einer Umweltbilanz sind die eingesetzten Werkstoffe. Gemäß der Werkstoffklassifizierung nach VDA-Richtlinie 231-106 beträgt der Leichtmetallanteil beim neuen Audi A6 17 Gew.-% vom Fahrzeugleergewicht, 8. Im Vergleich zum Vorgängermodell wurde damit der Leichtmetallanteil um 15 % erhöht. Nimmt man die Kunststoffe hinzu, so erreicht der Anteil der Leichtbauwerkstoffe Aluminium und Kunststoffe zirka ein Drittel des Fahrzeugleergewichts. Beim neuen Audi A6 war ein geringes Fahrzeuggewicht eines der vorrangigen Entwicklungsziele. Aufgrund gesetzlicher Auflagen für Insassensicherheit und höherer Komfortansprüche seitens der Kunden ist ökologischer Leichtbau unter Berück-

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Audi A6 Effizienz und Leichtbau

9 VW-SiCon-Technologie – Post-Shredder-Technologie (PST) für die Fahrzeugverwertung

Umweltbilanz geprüft. Das Umweltprofil des Aufbereitungsverfahrens wurde nach ISO DIN EN 14040 ff von einem unabhängigen Gutachter mit der werkstofflichen Verwertung demontierter Kunststoffbauteile aus Fahrzeugen verglichen. Beide Recyclingwege erreichen die gleiche gesetzlich vorgeschriebene Verwertungsquote für Altfahrzeuge. Im Gegensatz zur werkstofflichen Verwertung der Kunststoffteile besitzt das Volkswagen-SiCon-Verfahren aber in allen untersuchten Umweltaspekten wie Klimaschutz, Bodenversauerung und Sommersmog Vorteile. Besonders hervorzuheben ist die Reduzierung klimawirksamer Emissionen um zirka 30 %, weshalb diese zukunftsweisende Technik 2006 mit dem Umweltpreis der Europäischen Union ausgezeichnet wurde. Fazit

sichtigung der gesamten Energiekette eine Herausforderung, bei der technischer Fortschritt besonders gefragt ist. Dominiert wird die Gesamtenergiebilanz eines Fahrzeuges allerdings durch den Fahrbetrieb, weshalb sich Maßnahmen zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs besonders positiv auswirken. ­Insgesamt leisten ökologische Entwick­lungen, die in der Herstellungsund Nutzungsphase zum Tragen kommen, den größten Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen. In einer umfassenden Studie werden die Inhalte der Umweltbilanz dokumentiert und nach Prüfung von unabhängigen Sachverständigen veröffentlicht. Recycling: Rohstoffquelle der Zukunft

Die Entwicklung eines Fahrzeugs wird bei Audi als ganzheitliche Aufgabe gesehen. Recycling ist nicht erst am Ende des Fahrzeuglebenszyklus ein Aspekt, sondern wird bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigt mit dem Ziel, am Ende eines Fahrzeuglebens unter Einbeziehung ökonomischer und ökologischer Gesichtspunkte möglichst wenig Abfall zu hinterlassen. Deshalb wurde gemeinsam mit VW und der Partnerfirma SiCon der sogenannte PostShredderprozess entwickelt, 9, der eine ökologisch vorteilhafte Verwertung von Fahrzeugen ermöglicht. Das VW-SiCon-Verfahren erzeugt aus den nichtmetallischen Shredderresten wertvolle Sekundärrohstoffe

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und ermöglicht es Audi, die steigenden gesetzlichen Recycling- und Verwertungsquoten einzuhalten. Das vorbehandelte Fahrzeug wird dabei geshreddert, anschließend werden die Materialien anhand physikalischer Parameter getrennt, wie Dichte, Magnetisierbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, Größe und Form oder optische Eigenschaften. Metalle wie Stahl, Eisen, Aluminium oder Buntmetalle (etwa Kupfer) können so in der Metallindustrie eingeschmolzen und wiederverwertet werden. Die Nichtmetalle werden in drei Hauptgruppen getrennt: :: Granulat aus thermo- und duroplastischen Kunststoffen :: Flusen aus leichten, porösen und faserigen Werkstoffen :: Shreddersand aus Glas, Lack und Rostpartikeln. Für diese zurückgewonnenen Materialien besteht eine hohe Nachfrage. Die Shreddergranulate dienen während der Verhüttung von Eisenerz und Rohstahl im Hochofen als Reduktionsmittel und ersetzen Kohle oder Schweröl. Shredderflusen können anstelle von fein gemahlener Kohle bei der Entwässerung von Klärschlamm verwendet werden. Der Shreddersand schließlich eignet sich als Schlackebildner in der Kupfermetallurgie und als Baustoff im Bergbau. So werden wertvolle Primärrohstoffe eingespart – ein wichtiger Beitrag zur Ressourcenschonung. Konsequenterweise wurde auch die Technologieentwicklung durch eine

Der neue Audi A6 zeigt, dass sich in einem Fahrzeug Sportlichkeit und Emotionalität mit Umweltverträglichkeit und ökologischem Anspruch vereinbaren lassen. In systematischer und intensiver Zusammenarbeit aller Fachbereiche ist ein Fahrzeug entstanden, das eine überzeugende Mischung bietet – die Umkehr der Gewichtsspirale, deutlich gesteigerte Fahrleistungen und einen bei allen Aggregaten erheblich reduzierten Kraftstoffbedarf, der wiederum die Grundlage für eine klar verbesserte Umweltbilanz bildet. Vorsprung durch Technik – diesem Anspruch ist Audi mit dem neuen A6 gerecht worden.

Danke Bei der Erstellung des Beitrags haben zudem mitgewirkt: Wolfgang Kirchensteiner, Funktionsverantwortlicher im Bereich Eco-Fahrerassistenz­ systeme in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt. Michael Pröll, Funktionsverantwortlicher im Bereich Eco-Fahrerassistenzsysteme in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt. Jacqueline Fröhner, bearbeitet Umweltbilanzen in der Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Reflecting Excellence Unser Beitrag für ein Auto mit höchsten Ansprüchen an Ästhetik und technische Perfektion: Außenspiegel mit LED-Lichtleitertechnologie. Wir gratulieren der Audi AG zur Einführung der neuen A6-Generation und bedanken uns für die erfolgreiche Zusammenarbeit. smr-automotive.com

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Audi A6 Effizienz und Leichtba u

Intelligentes Energiemanagement und effizienter Generator Neben der steigenden Zahl verschiedener Elektroniksysteme stellt die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zur Bereitstellung elektrischer Energie steigende Anforderungen an das Energiesystem im Fahrzeug. Audi begegnet dieser Herausforderung mit einem Bordnetz, das von der Stromerzeugung über die Energieverteilung bis zum Energieverbrauch allumfassend optimiert ist. Der Generator des Audi A6 markiert mit seinem hohen Wirkungsgrad einen neuen Meilenstein im Automobilbereich. 36

Dipl.-Ing. (FH) Mario Wildgruber

ausforderung mit einem Energiemanagement, das den Energieverbrauch des Fahrzeugs überwacht und bedarfsgerecht regelt. Eine wesentliche Anforderung ist dabei, den Mindestladezustand der Batterie für den Motorstart sicherzustellen; dadurch wird beispielsweise eine längere Standzeit des Fahrzeugs am Flughafen ermöglicht und gleichzeitig die Lebensdauer der Batterie erhöht. Wichtig ist auch, dass die elektrischen Komfort- und Infotainmentsysteme bei stehendem Fahrzeug und im Fahrtbetrieb verfügbar sind. Stromverbrauch bedeutet gleichzeitig auch Kraftstoffverbrauch. Mit verschiedenen Maßnahmen im elektrischen Energiemanagement hat Audi im A6 Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß weiter reduziert. Der intelligente Betrieb von Klima- und Heizsystemen, die bedarfsgerechte Anpassung der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors und nicht zuletzt die Rekuperationsfunktion sind dabei wesentliche Energiemanagementfunktionen. Der innovative Generator erzeugt die elektrische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad von 75 %. Damit sorgt er ebenfalls für geringen Verbrauch und entsprechend weniger CO2-Emissionen.

ist Verantwortlicher für die Entwicklung und energiebilanz­ relevante Auslegung von Generatoren bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Funktionaler Aufbau des Energiemanagements

a u t o ren

Dipl.-Ing. Stefan Pfaller

ist Verantwortlicher für die Entwicklung des Energiemanagements im Bereich Energie-/Speichersysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

M.Sc./Dipl.-Ing. André Saal

ist Verantwortlicher für die Entwicklung von Energienetz­ konzepten im Fahrwerk im Bereich Entwicklung Fahrwerkelektronik Lenkung/Fahrerassistenz bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Stefan Bartusch

ist Verantwortlicher für die Entwicklung von Generatoren bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Effizientes Energiesystem senkt Verbrauch

Immer mehr Elektroniksysteme im Fahrzeug erhöhen die Anforderungen an die Energieversorgung hinsichtlich Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit. Ruft ein Verbraucher unkontrolliert elektrische Energie ab, kann das die Energieverfügbarkeit im Gesamtsystem herabsetzen. Deshalb ist das Phänomen der Batterieentladung zum Beispiel häufig für Pannen verantwortlich. Audi begegnet dieser HerJanuar 2011

Audi A6

Audi hat das Energiemanagement erstmals 2002 im A8 als integrales Steuergerät in den Markt eingeführt. Basierend auf diesem System wurde mittlerweile für alle Fahrzeugprojekte bei Audi eine effiziente, ganzheitliche Lösung entwickelt: Das eigenständige Steuergerät (Integralsystem) wurde aufgeteilt in ein Batteriedatenmodul (BDM) und in verteilte Softwarefunktionen, 1. Das Batteriedatenmodul besteht aus einer Sensorik, aus der Datenaufbereitung und aus dem Algorithmus zur Zustandsbestimmung der Batterie. Die Sensorik umfasst die Messung des Batteriestroms, der Batteriespannung und der Temperatur. Diese Rohdaten werden zusammen mit den Informationen über den Fahrzeugzustand und den im nichtflüchtigen Speicher (ROM) hinterlegten Batteriekennlinien bewertet und dann dem Algorithmus für die Batteriezustandserkennung (BZE) zugeführt. In der BZE werden neben dem aktuellen Batterieladezustand „SoC“ (State of Charge) und dem Verschleißzustand der Batterie

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Audi A6 Effizienz und Leichtba u

„SoH“ (State of Health) weitere fahrzeugspezifische Batterieindikatoren permanent ermittelt und dem Energiemanagement via LIN-Bussystem mitgeteilt. Als Hardware-Plattform für die Energiemanagementfunktionen dient das Gateway-Steuergerät, das gleichzeitig die Masterfunktionalität für die LIN-Kommunikation ausübt. Die Energiemanagementfunktionen, die im Gateway-Steuergerät beheimatet sind, wurden im Rahmen eines Modulbaukastens entwickelt, der modellreihenübergreifend zum Einsatz kommt. Das heißt, dass bei aktuellen und zukünftigen Fahrzeugprojekten auf vorhandene Energiemanagementmodule zugegriffen werden kann, um die verschiedensten Aufgaben im Energienetz des Fahrzeugs bei minimiertem Entwicklungsaufwand erfüllen zu können. Der Aufbau lässt sich dabei im Wesentlichen in drei Funktionsmodule untergliedern: :: Ruhestrommanagement :: Dynamisches Management :: Energienetzdiagnose.

1 Systemübersicht – Elektrisches Energiemanagement

Ruhestrommanagement

Das Ruhestrommanagement hat die Aufgabe, die konträren Anforderungen „Verfügbarkeit von Komfort-/Heizsystemen“ und „Mindestladezustand der Batterie“ für die Erhaltung der Motorstartfähigkeit gegeneinander abzuwägen. Weil es genaue Kenntnisse über den Batterieladezustand generiert, stehen dem Kunden Funktionen wie die Standklimatisierung oder die Infotainmentsysteme auch bei stehendem Fahrzeug lange zur Verfügung. Trotzdem ist die Startfähigkeit des Fahrzeugs in keiner Weise beeinträchtigt, da vor Erreichen eines kritischen Ladezustandes beispielsweise die Standheizung abgeschaltet und der Kunde via Anzeige im Kombiinstrument über den Zustand informiert wird. Dynamisches Management

Sobald der neue Audi A6 gestartet wird, übernimmt das Dynamische Management die bedarfsgerechte Verteilung der durch den Generator erzeugten Energie auf die einzelnen Verbrauchssysteme. Dies ist vor allem im Winterbetrieb erforderlich, wenn durch die gleichzeitige Anforderung von Glühkerzen-, PTC-, Heckscheiben- oder Sitzheizung die elektrische Leistungsfähig-

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2 Proaktive Leerlaufdrehzahlanpassung – Prinzip

keit des Generators nicht mehr ausreicht, um den Energiebedarf zu decken. Die Aufgabe des Dynamischen Managements besteht darin, die im Energienetz zur Verfügung stehende Leistungsreserve beziehungsweise die aktuelle Überlast kontinuierlich zu bestimmen und dem Klimasteuergerät via Komfort-CAN in Form von Leistungskontingenten mitzuteilen. Die letztendlich für die Heizsystemregelung zur Verfügung stehende Leistung wird gemäß

Kundenwunsch vom Klima­steuergerät ausgewertet und bedarfsgerecht verteilt. Auf Grundlage der genauen Kenntnis des elektrischen Leistungsbedarfs im Fahrzeug kann das Dynamische Management durch Einflussnahme auf die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors die Generatorleistung anpassen: Eine Erhöhung der Drehzahl führt zur Steigerung der Leistungsabgabe im Leerlauf. Da damit auch der Kraftstoffverbrauch steigt, wird die Leerlaufdrehzahl

sorgt die Energienetzdiagnose über eine kontinuierliche Überwachung des Energienetzes für einen stabilen Betrieb der Energieversorgung im Fahrzeug. Dabei werden zum Beispiel die Funktion des Generators und der Ladezustand der Batterie permanent überwacht; eventuell auftretende Störungen werden rechtzeitig erkannt und entsprechend im Steuergerät als Historienoder Fehlerspeichereinträge dokumentiert. Ziel dieser Protokolle ist es, den Kundendienstwerkstätten ein Werkzeug für eine zeit- und kostensparende Fehleranalyse und -behebung zur Verfügung zu stellen. Rekuperation

3 Rekuperation – Funktionsprinzip

im Fahrzeug generell abgesenkt und lediglich bei entsprechender Heizleistungsanforderung durch den Kunden angehoben, also zur Komfortsteigerung. Durch ein im Energiemanagement integriertes, genaues Generatormodell kann einerseits der aktuelle Generatorstrom exakt ermittelt und andererseits die optimale Motorleerlaufdrehzahl zur Deckung des Bordnetzbedarfs vorausberechnet werden. Diese kontinuierliche, vorausschauende Bestimmung der minimal erforderlichen Leerlaufdrehzahl wird als proaktive Anpassung der Leerlaufdrehzahl bezeichnet. Beim von Audi entwickelten Verfahren werden während der Fahrt der Bordnetzstrom und in Abhängigkeit davon die einzustellende minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt, bei der keine oder nur eine definiert zulässige Batterieentladung auftritt, 2. Diese bedarfsgerechte Anpassung der Leerlaufdrehzahl basiert nicht auf einer bereits gegebenen Batterieentladung. Schon bevor der Kunde vom Gaspedal geht, stellt die Elektronik eine optimale Leerlaufdrehzahl ein, bei der die Batterieentladung im Fahrtbetrieb vermieden wird. Zusätzlich zur Versorgung der elektrischen Verbraucher ist es erforderlich, die Batterie während des Fahrtbetriebs ausreichend mit Ladestrom zu versorgen. Beispielsweise wird einerseits im Winter – bei kalter Batterie – die Ladespannung erhöht, damit der Ladezustand und die Startfähigkeit gesteigert werden. Andererseits wird bei Januar 2011

Audi A6

hohen Temperaturen die Ladespannung zurückgenommen, um eine Schädigung der Batterie durch Gasung oder Korrosion zu vermeiden. Dabei ermittelt das BDM in Abhängigkeit von Batterietemperatur und Ladezustand einen für die Batterie optimalen Ladespannungssollwert. Über die LINSchnittstelle zum Generator wird die Reglerspannung des Generators so eingestellt, dass sich die gewünschte Ladespannung direkt an den Batteriepolen einstellt. So können auch Spannungsverluste auf der Generatorleitung kompensiert werden. Energienetzdiagnose

Neben dem aktiven Eingriff in das Energiemanagement durch Dynamisches Management und Ruhestrommanagement

Die Rekuperation ist eine Maßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und bei Audi ein wesentlicher Bestandteil des modularen Effizienzbaukastens. Unter Rekuperation versteht man im Allgemeinen die Nutzung der Bewegungsenergie beim Verzögern des Fahrzeugs: In den Brems- und Schubphasen wird Energie zurückgewonnen und in der Batterie zwischengespeichert. Als integraler Bestandteil des elektrischen Energiemanagements wird bei der Rekuperationsfunktion zwischen zwei Betriebsmodi unterschieden: einerseits den Zugbetrieb und andererseits den Schub- oder Bremsbetrieb. Im Zugbetrieb wird das Spannungsniveau am Generator unter die Batteriespannung gesenkt und die Stromabgabe des Generators sinkt. Damit wird auch die Motorlast verkleinert, Verbrauch und folglich auch CO2Ausstoß werden reduziert. In dieser Zeit übernimmt die Batterie die Versorgung des Bordnetzes. Im Gegensatz zu den Zugphasen wird in den Schubphasen des

4 Vernetzung der Fahrwerkssysteme

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Audi A6 Effizienz und Leichtba u

Motors die Generatorspannung wieder erhöht und damit die Batterie geladen, 3. Damit ein hoher Effizienzgrad der Rekuperationsfunktion erzielt werden kann, muß die Leistungsfähigkeit der Batterie kontinuierlich überwacht werden. Dies erfolgt über die Batteriesensorik des BDM. Das BDM liefert dabei alle relevanten Informationen wie Batterietemperatur, -ladezustand, -alterung und -zyklisierung. Diese Größen haben Einfluss auf die Ladefähigkeit der Batterie und folglich für die Wirksamkeit der Rekuperationsfunktion. Intelligente Energie­verteilung für Fahrwerksysteme

Mechatronische Systeme sind in den letzten Jahren zu einem wichtigen Bestandteil im Fahrzeug avanciert. Vor allem im Bereich Fahrwerk werden heute mehrere aktiv eingreifende und fahrzeugführende Systeme mit Spitzenleistungen über 1 kW eingesetzt, die hohe Anforderungen an die Energieversorgung stellen. Zusätzlich zu den bekannten Hochstromsystemen wie Brems- und Niveauregelung wird in der neuen A6-Familie erstmals eine elektromechanische Lenkunterstützung in einem Oberklassefahrzeug bei Audi eingesetzt. Ein schnelles Zusammenspiel der Hochstromsysteme ist ein Garant für eine gute Fahrzeugdynamik und -stabilität; die dabei gleichzeitig agierenden Systeme entziehen dem Stromnetz allerdings hohe Energiespitzen. Durch die konsequente Umsetzung einer intelligenten Energieverteilung im Fahrzeug und innerhalb der Systeme konnten die auftretenden Energiespitzen reduziert und mit einem herkömmlichen Energienetz, bestehend aus einem Generator und einer Batterie, abgedeckt werden. Dies wird vor allem durch eine dynamische Priorisierung unter den Fahrwerksystemen und der Kommunikation zum Energiemanagement erreicht, 4. Diese Maßnahmen haben dazu geführt, dass auf zusätzliche Energiespeicher in der neuen A6-Familie verzichtet werden konnte, was letztlich auch das Gewicht des Zusatzspeichers sowie das der erforderlichen Verkabelung im Bordnetz spart. Durch diese Maßnahmen und der bedarfsgerechten Strom­ aufnahme, zum Beispiel bei der elektromechanischen Lenkung, leisten die Fahrwerksysteme ihren Anteil an der Kraftstoff- und CO2-Einsparung.

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5 Wirkungsgradkennfeld des Generators aus dem Audi A6 der sechsten Generation

6 Wirkungsgradkennfeld des Generators aus dem neuen Audi A6

Generator setzt MaSSstab beim Wirkungsgrad

Durch die zunehmend anspruchsvolleren gesetzlichen und steuerlichen Anforderungen, bei stetig steigender Elektrifizierung der Bordnetzkomponenten, nimmt auch die Relevanz des Generatorwirkungsgrads im Hinblick auf den

Kraftstoffverbrauch und den CO2-Ausstoß zu. Bisher wurden durchschnittliche Wirkungsgrade (nach VDA-Spezifikation) von 68 bis 70 % erreicht. Mit dem Generator für den A6 macht Audi einen großen Sprung nach vorne und setzt mit einem Generatorwirkungsgrad von nun 75 % den Maßstab in der Automobilindustrie, 5 und 6. Das Wir-

kungsgradniveau wurde über den gesamten Drehzahlbereich deutlich angehoben. Eine Wirkungsgradsteigerung von 70 % auf 80 % im besten Betriebspunkt verdeutlicht dies. Eine im Automobilbereich neue Wicklungstechnik führte zu einer deutlichen Reduzierung der ohmschen Verluste des Generators. Neben dieser elektrischen Optimierung wurde auch der magnetische Kreis der Maschine verbessert. Die Einzelbleche des Eisenpaketes konnten um 0,15 mm auf 0,35 mm reduziert werden, was deutlich geringere Wirbelstromverluste nach sich zieht. Eine weitere große Anforderung an den Generator stellt die sichere Energieversorgung des Bordnetzes bei zunehmender Elektrifizierung und gleichzeitig immer niedrigerer Drehzahlen dar. Besonders im leerlaufnahen Bereich konnte die Stromabgabe des Generators deutlich gesteigert werden, was die Ladebilanz des Audi A6 verbessert. Erreicht wurde dies unter anderem durch den Einsatz von Permanentmagneten im Rotor.

Januar 2011

Audi A6

Diese Technik ist zwar nicht gänzlich neu, allerdings kann in Kombination mit der geschickten Auslegung der Maschine auf den Einsatz teurer Magnete der Seltenen Erden zugunsten von Ferritmagneten verzichtet werden. Zusammenfassung und Ausblick

Ein wesentlicher Erfolgsfaktor in der Entwicklungsphase des Audi A6 war die stark vernetzte Zusammenarbeit zwischen den unterschiedlichen Fachabteilungen. Dies ist inbesondere eine wichtige Voraussetzung bei der Entwicklung des gesamten Energiesystems, da dieses die Versorgung sämtlicher E-Komponenten sicherstellen muß. Diese interdisziplinär gelebte Entwicklung zeigt sich zum Beispiel in der Wechselwirkung der Fahrwerksysteme mit dem Energiesystem. Als weiteres Beispiel ist die Versorgung der Standheizung zu nennen: So konnte durch eine intelligente Regelungsstrategie der Standheizung der erforderliche Strombedarf um 30 bis 50 % (abhängig von Betrieb und

Außentemperatur) gesenkt werden. Die Optimierung des Standheizungsbetriebs führt gleichzeitig auch zu einer Reduzierung des Kraftstoffbedarfs um ebenfalls etwa 30 bis 50 %. Für den Kunden ergeben sich dabei keinerlei Komforteinbußen. Im Gegenteil: durch den energieoptimierten Betrieb führt dies zu einer erhöhten Verfügbarkeit der Standheizung. Auch die Generatoren hat Audi ständig weiterentwickelt: Schon 2006 gingen Schnittstellenregler auf dem Generator in Serie. Der Vorteil lag in einer verbesserten Batterieladung bei niedrigen Außentemperaturen, da die Bordnetzspannung nicht mehr auf konstantem Niveau lag, sondern in kritischen Fällen angehoben werden konnte. 2008 wurde diese Funktionalität im Audi A4 um eine Rekuperationsfähigkeit erweitert. Durch gezieltes Absenken und Anheben der Generatorspannung konnte ein Beitrag zur Kraftstoffeinsparung erreicht werden. Der Generator des Audi A6 markiert mit seinem hohen Wirkungsgrad einen neuen Meilenstein im Automobilbereich.

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audi a6 EffIzIEnz unD LEIchTbau

ZWEITE GENERATION DES 3,0-L-DIESELMOTORS bereits 1997 brachte audi mit dem 2,5-l-V6-TDI-Motor einen wegweisenden Pkw-Dieselmotor in Serie. Es folgte 2003 die erste Generation des 3,0-l-V6-TDI-Motors mit Piezo-Inline-Injektoren im common-Rail-Einspritzsystem. Diesem überaus erfolgreichen Motor folgt nun die zweite Generation mit einer Vielzahl von Innovationen. Die Kennzeichen des neuen V6-TDI-Motors sind eine leichte und kompakte bauweise, ein neuartiges Kühlkonzept sowie eine konsequente Reibungsminimierung. Der Kunde des neuen a6 erlebt ihn als kultiviertes Kraftpaket mit höchster Effizienz.

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auTOREn

dipl.-ing. andreas FrÖhlich

ist Leiter Konstruktion V6-TDI bei der auDI aG in neckarsulm.

dipl.-ing. ralph riegger

ist Leiter Motorapplikation V6-TDI bei der auDI aG in neckarsulm.

dipl.-ing. danilo rossi

ist Leiter MotormechanikEntwicklung V6-TDI bei der auDI aG in neckarsulm.

dipl.-ing. chrisToph sTreng

ist Teamkoordinator Thermodynamik-Entwicklung bei der auDI aG in neckarsulm.

Die Bezeichnung TDI bei Dieselmotoren des Volkswagen-Konzerns steht für Dynamik, Fahrspaß und Sparsamkeit. Audi hat seinen bewährten V6-TDI-Motor von Grund auf neu entwickelt und dabei die bekannten Qualitäten abermals verbessert. Das Ziel aller Anstrengungen war es, den zukünftigen Herausforderungen, insbesondere der Umweltverträglichkeit, Rechnung zu tragen. Hierzu wurden die Grundmotorkonstruktion, das Kühlkonzept und das Brennverfahren neu ausgerichtet, um einerseits Schadstoffgrenzwerte wie EU5 und künftig auch EU6 und ULEV2 unterschreiten zu können, andererseits aber auch zukunftsfähig hinsichtlich der CO2-Erwartungen zu sein.

gewichtsoptimierten Zylinderkopfhauben aus Kunststoff. Bei der Neuauslegung des Kettentriebs konnte die Anzahl der Einzelketten und Kettenspanner von vier auf zwei verringert werden. Zusätzlich wurde der Antrieb der Hochdruckpumpe in den Kettentrieb integriert. Alleine hierdurch konnten 4 kg eingespart werden, ➊. In Summe ergab sich für die zweite Generation des V6-TDI ein Gewichtsvorteil von beachtlichen 25 kg gegenüber der ersten Generation. Der neue Motor wiegt nach DIN 70020GZ nur noch 193 kg. Das ist nicht nur von Vorteil bei CO2-Emissionen und Fahrdynamik, sondern verbessert auch spürbar das Ansprechverhalten durch leichteres Hochlaufen des Motors, da auch ein signifikanter Anteil der rotierenden Massen reduziert werden konnte.

leichTbau

reibungsminimierung

Die Reduzierung des Motorgewichts war eines der zentralen Entwicklungsziele. Durch konstruktive Optimierungen und Reduzierung der Wandstärken konnte das Gewicht von Zylinderkurbelgehäuse und Kurbeltrieb deutlich verringert werden. Der Werkstoff des mehrteiligen Saugrohrs wurde von Aluminium auf Kunststoff umgestellt. Die Neukonstruktion der beiden Zylinderköpfe führte insgesamt zu 3 kg Gewichtseinsparung. Entscheidend waren ein neues Konzept für die Nockenwellenlagerung und die

Neben dem Leichtbau standen die Reibungsminimierung und die Optimierung des Brennverfahrens im Fokus der Entwicklung. Zur Reduzierung der mechanischen Reibleistung wurde eine Brillenhonung der Zylinderlaufbahnen eingeführt. Die somit optimal runde Darstellung der Bohrung im motorischen Betrieb erlaubt eine deutliche Absenkung der Kolbenringspannung. Ein druckgeregelter Ölkreislauf sowie der neue Kettentrieb senken die mechanische Reibleitung in erheblichem Maß.

dynamik, Fahrspass und sparsamkeiT

➊ Vergleich Kettentrieb Januar 2011

audi a6

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Audi A 6 Effizie nz un d Leichtbau

2 Innovatives Thermomanagement

Um zusätzlich im Motorwarmlauf die Reibungsverluste zu verringern, wurde von Audi das Split-cooling-Konzept entwickelt, 2. Durch eine getrennte KopfBlock-Kühlung kann dabei die Abwärme der Verbrennung entweder durch stehendes Wasser im Motorblock selbst gehalten oder zielgerichtet an das Getriebe oder die Innenraumheizung geleitet werden. Die Steuerung des Kühl- oder besser Wärmekreislaufs erfolgt durch das Motorsteuergerät mittels eines Regelventils für den Blockkreislauf, eines Getriebesperrventils und über einen Kennfeldthermostaten zum Hauptwasserkühler. Das Motorsteuergerät priorisiert je nach Fahrsituation und Umweltbedingungen die Wärmebeziehungsweise Kühlleistungsanforderung. Für den häufig auftretenden Motorwarmlauf wird die Abwärme CO2-optimal an den Motorblock und das Getriebe abgegeben. Thermodynamik

3 Luftführung

4 Verbrauchskennfeld des V6-TDI als 180-kW-Variante

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Das Brennverfahren wurde durch den Einsatz des neuesten Common-Rail-Systems von Bosch mit bis zu 2000 bar Einspritzdruck und Piezo-Inline-Injektoren weiterentwickelt. Zusätzlich wurde die Gemischbildung über einen angepassten Injektordurchfluss verbessert. Eine Neugestaltung stellt die Luftführung der zweiten Motorgeneration dar. Das Kunststoffsaugrohr ist mit nur noch einer zentralen Drallklappe ausgeführt, gegenüber sechs einzelnen beim Vorgängermotor, 3. Somit konnten sowohl das Füllungsverhalten als auch die Gleichverteilung auf die Zylinder optimiert werden, was Vorteile bei Verbrauch, Leistung und Ansprechverhalten mit sich bringt. Daneben wurden die Funktionselemente der Abgasrückführung, bestehend aus Ventil, Kühler und Bypasssteuerung, zu einem Modul zusammengefasst und die Kühlleistung bei gleichzeitiger Druckverlust­ reduzierung erhöht. Dies hat positive ­Auswirkungen auf Emissionen und Verbrauch. Eine motornahe Anordnung von Oxidationskatalysator und DPF ermöglicht einerseits eine hohe Konvertierung der Abgasschadstoffe, andererseits einen effizienten Rußabbrand in der Regene­ ration. Der Wirkungsgrad des Regenerationsbetriebes wurde zudem über den erstmaligen Einsatz einer Dreifach-

verbrauch von nur 5,2 l/100 km. Die 180-kW-Variante mit „quattro“-Antrieb erreicht 6,0 l/100 km. Beide Verbräuche markieren Spitzenwerte für ein Fahrzeug der Oberklasse. Gegenüber dem Vorgänger bedeutet dies eine Verbesserung von bis zu 19 %, 6. Dass daneben auch Fahrleistungen erreicht werden, wie sie noch vor einiger Zeit Sportwagen vorbehalten waren, zeigt 7. Zusammenfassung und Ausblick

5 Vergleich der Varianten mit 150 kW und 180 kW Leistung

Nacheinspritzung verbessert. Mit ihr wurden die mit der Verbrauchsoptimierung einhergehenden Temperaturverluste kompensiert. Die Summe aller Effizienzmaßnahmen ermöglicht beste Wirkungsgrade im Motorenkennfeld. 4 zeigt beispielhaft die 180-kW-Leistungsvariante. Besonders bemerkenswert sind der große Kennfeldbereich mit einem spezifischen Verbrauch von weniger als 210 g/kWh im häufig genutzten Drehzahlband sowie der Bestwert von nur 196 g/kWh. Alle Motormaßnahmen werden durch den serienmäßigen Einsatz eines StartStopp-Systems und den erstmals im neuen A6 optional wählbaren Fahrmodus „efficiency“ flankiert. Bei Anwahl von efficiency werden Leistung und Drehmoment des Motors moderat reduziert, ④. Dies senkt den Kraftstoffdurchsatz und bewirkt zudem eine Verlagerung der Volllastbetriebspunkte in Kennfeldbereiche optimaler Wirkungsgrade.

brauchspotenziale gewonnen werden. In Verbindung mit Frontantrieb und Automatikgetriebe ergibt sich für die 150-kWMotorisierung im neuen A6 ein Kraftstoff-

Audi hat mit der zweiten Generation des V6-TDI-Motors seinen bewährten Dieselmotor zukunftsfähig ausgerichtet. Er bildet das Fundament, auch weiterhin beste Kraftstoffverbräuche darzustellen und zukünftige Abgasgrenzwerte wie EU6 oder ULEV2 zu erfüllen. In Verbindung mit vielen Fahrzeuginnovationen, wie dem Start-Stopp-System, dem Doppelkupplungsgetriebe „S tronic“ und dem „Audi drive select“ mit neu eingeführten Fahrprogramm efficiency, stellt der neue Audi A6 mit V6-TDI einen optimalen Kompromiss zwischen Komfort, Fahrspaß und Umweltverträglichkeit dar.

6 Verbrauchs­ werte des V6- TDI-Motors der ersten und zweiten Generation

FahrspaSS

Im neuen A6 stehen zwei Leistungsvarianten der neuen V6-TDI-Generation zur Verfügung. Die 180-kW-Variante wird ergänzt durch eine Effizienzvariante mit 150 kW, 5. Durch eine leistungsgerechte Auslegung von Turbolader und Ladungswechsel konnten zusätzliche VerJanuar 2011

Audi A6

7 Fahrleistungen und Verbrauchswerte

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Audi A6 EFFiZiENZ uND LEicHTbau

OTTOMOTOREN IM AUDI A6 Für den neuen audi a6 wurden die Ottomotoren – sowohl die V6-Motoren mit 2,8 l und 3,0 l Hubraum als auch der 2,0-l-Reihenmotor – umfangreich weiterentwickelt. insbesondere durch weniger Reibung und optimierte Thermodynamik bieten die aggregate gleichermaßen weiter reduzierten Kraftstoffverbrauch, mehr Leistung und Drehmoment als beim alten audi a6.

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auTOREN

dR.-ing. gÜntHeR mendl

ist Leiter Motormechanik Grundmotor R4-/R5-/V6-Otto bei der auDi aG in ingolstadt.

diPl.-ing. micHAel fitzen

ist Leiter Thermodynamik/ applikation R4 und V6 bei der auDi aG in ingolstadt.

diPl.-ing. Rolf doRnHÖfeR

ist Leiter Entwicklung anbauteile/Fahrzeugintegration bei der auDi aG in ingolstadt.

V6-motoRen

2004 wurde mit dem 3,2-l-FSI-V6-Motor der erste V6-Ottomotor mit Direkteinspritzung vorgestellt. Es folgten 2006 der 2,8FSI-V6 mit der Ersteinführung des „valvelift systems“ von Audi und 2008 der 3,0-l-TFSI-V6 als erster Audi V6-Ottomotor mit Direkteinspritzung und Aufladung. Er bildet seither die Spitze der V6-Aggregate bei Audi, Titelbild. Besonderes Merkmal des Motors ist die Aufladung mittels Roots-Gebläse, welche eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringt: : schneller dynamischer Drehmomentaufbau : fülliger Drehmomentenverlauf : exzellentes Anfahrverhalten : wartungsfreundlicher Betrieb : einheitliches Grundmotorkonzept für Saugmotor und aufgeladenen Motor : extrem kompakte Bauweise der Aufladeeinheit : hoher Modularisierungsgrad zur restlichen V-Motorenfamilie : hohe Synergie des V6-Fertigungsund Montagekonzepts. scHWeRPunkte deR WeiteRentWicklung

diPl.-ing. WolfgAng tRost

ist Teamleiter Thermodynamik/ applikation R4 TFSi bei der auDi aG in ingolstadt.

Das Hauptaugenmerk bei der Weiterentwicklung des 3,0-l-Motors lag auf einer weiteren Effizienzsteigerung gegenüber dem Vorgängermodell. Sämtliche Änderungsumfänge wurden in enger Zusammenarbeit mit der Fahrzeugentwicklung

erarbeitet und kommen auch beim 2,8-l-FSI-Motor zum Einsatz, ➊. Die innermotorische Reibung konnte durch verschiedene Maßnahmen nochmals reduziert werden. Durch den Einsatz einer elektromechanischen Lenkung entfällt die hydraulische Servopumpe im Fahrzeug, was ebenfalls zur Verringerung der Reibleistung beiträgt. Ein intelligentes Thermomanagement ermöglicht die Schnellaufheizung von Motor- und Getriebeöl nach dem Start. Zusätzlich wurde das Aggregat für die Verwendung einer Start-Stopp-Automatik weiterentwickelt. Alle Maßnahmen in Verbindung mit einer angepassten Motorapplikation führen zu einer Verbrauchsverbesserung bei gleichzeitig gestiegener Leistung und leicht erhöhtem Drehmoment, 2. Des Weiteren kann beim 3,0-l-Motor mit dem wählbaren Fahrprogramm „efficiency“ erstmals ein Kompromiss zwischen Effizienz und Fahrspaß erreicht werden. tHeRmomAnAgement

Hintergrund für die Einführung des Thermomanagements ist die Erzielung einer optimalen Wärmeverteilung für die Systeme Motor, Getriebe und Fahrzeuginnenraum, abhängig von den jeweiligen Betriebzuständen beziehungsweise Umgebungsbedingungen wie Starttemperatur oder Einstellung der Klimaanlage. Die entsprechenden Wärmeanforderungen der Teilsysteme werden im Motorsteuergerät über ein zentrales Softwaremodul erfasst und an die jeweiligen Aktuatoren

➊ Eckdaten V6-Ottomotoren Januar 2011

audi a6

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Audi A6 Effizienz und Leic htbau

2 Leistung und Drehmoment V6-Ottomotoren mit 3,0 und 2,8 l Hubraum

zur Verteilung der Wärmeströme betriebspunktabhängig gesendet. Dabei sind für den Kunden keine Komforteinbußen zu bemerken. In der Warmlaufphase kann dadurch ein signifikant beschleunigtes Aufheizverhalten des Motors sowie des Getriebeaggregates erreicht werden. Der optimierte Warmlauf des Motors und die schneller abnehmende Reibung der Aggregate führen in weiterer Folge zu einer Verbrauchsersparnis. In 3 sind die Wärmeströme in der Warmlaufphase des NEFZ im Vergleich zu einem System ohne Thermomanagement schematisch dargestellt. In der Phase 1 ist ein deutlicher Unterschied im Temperaturanstieg des Zylinderkopfes im Vergleich zu einem System ohne Thermomanagement erkennbar. Dieser Vorteil wird durch stehendes Kühlmittel im gesamten Motor über eine schaltbare Wasserpumpe erreicht. Dadurch verbessert sich das Aufheizverhalten des Motorblocks sowie des Brennraums und führt zu einer signifikanten Reibungsreduzierung und Einspritzoptimierung im Warmlauf. Ein im Inneren des Zylinderkopfes positionierter Temperatursensor überwacht ständig das Temperaturniveau und schützt vor Überhitzung. Nach Beendigung der Aufheizphase wälzt die schaltbare Wasserpumpe das Kühlmittel um, und das Temperaturniveau im Kühlmit-

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telkreislauf wird stufenweise angeglichen und homogenisiert. In der Phase 2 wird das nunmehr heiße Kühlmittel des Motors benutzt, um das Getriebeöl über einen Wärmetauscher schneller aufzuheizen. Durch die eingesetzte Schaltwasserpumpe lässt sich ab Kaltstart eine Nullförderung darstellen. Aufgrund der Ventilfunktion ist die Motordurchströmung damit komplett abgesperrt. Neben dem

3 Temperaturverläufe mit Thermomanagement im NEFZ

beschleunigten Motorwarmlauf wird in diesem Betriebszustand auch die Antriebsleistung der Wasserpumpe reduziert. Im weiteren Betrieb ermöglicht die Pumpe eine digitale Regelung der Fördermenge. Kurzzeitiges Zuschalten bei hohen Drehzahlen und Lasten zum Motorschutz, wie auch ein allmählicher Temperaturausgleich über getaktete Ansteuerung während der Mischphase nach dem Warmlauf, lassen sich hiermit realisieren. Um diese neue Technik auch in bestehende Motorkonzepte übernehmen zu können, musste eine regelbare Pumpe entwickelt werden, welche in den vorhandenen Bauraum der Konstantpumpe integriert werden konnte. Dazu wurde die pneumatische Schaltfunktion vollständig im Pumpengehäuse integriert. Durch diese kompakte Bauweise konnte die gesamte Schaltmimik unter der Riemenscheibe platziert werden. Mit nur einer zusätzlichen Bearbeitung der Dichtfläche in der Druckschräge am Kurbelgehäuse verursacht der Verbau der Schaltwasserpumpe nur geringfügige Änderungen an den benachbarten Bauteilen. Die Wirkungsweise und Schaltfunktion der pneumatisch angesteuerten Pumpe ist in 4 dargestellt: Durch das Evakuieren des Unterdruckraums wird eine Kraft auf den Regelschieberkolben ausgeübt. Dadurch wird über die Führungsstangen der Regelschieber entgegen der Federkraft über das Flügelrad an das Kurbelgehäuse gedrückt. Hiermit wird

4 Schaltwasserpumpe

eine druckseitige Drosselung am Pumpenausgang erreicht. Durch die dreimal im Umfang angebrachten Rückstellfedern ist – im Falle von Problemen mit der Unterdruckversorgung – die Fail-safe-Funktion mit voller Fördermenge sichergestellt. Reibung Grundmotor

Der Grundmotor der Audi V6-Motorfamilie zeichnet sich durch sehr niedrige Reibungswerte aus. Durch konsequente Weiterentwicklung konnte die Grundmotorreibung weiter abgesenkt werden. Bereits

der Vorgängermotor des 3,0-l-TFSI-V6 verfügte über reibungsminimierende Maßnahmen, wie relativ kleine Haupt- und Pleuellagerdurchmesser, triovale Kettenräder im Steuertrieb zur Reduktion der Kettenkräfte sowie reibungsarme Rollenketten und Radialwellendichtringe. Zusätzlich verfügt der 2,8-l-FSI-V6 über das zweistufige Audi valvelift system, welches thermodynamisch entdrosselt und zusätzliche Reibungsvorteile bietet. Die Grundmotorreibung konnte durch folgende Maßnahmen weiter gesenkt werden:

:: vergrößertes Kolbeneinbauspiel :: reduzierte Vorspannung des dritten Kolbenrings :: optimierte Abstimmung des Kettentriebs :: reduzierte Ventilfederkräfte :: Ölpumpe mit reduzierten Öldrücken :: reduzierte Riemenvorspannung im Nebenaggregatetrieb. Ein wesentlicher Baustein zur Reibungsoptimierung ist die Absenkung des Öl­drucks. Der 3,0-l-Motor verfügt über eine volumenstromgeregelte Flügelzellen­pumpe mit zweistufiger Drucksteuerung, 5.

5 Volumenstromgeregelte Ölpumpe mit zweistufiger Drucksteuerung Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Effizienz und Leic htbau

6 Öldrücke

Die Ansteuerung der Ölpumpe erfolgt Lastund drehzahlabhängig mittels eines Magnetventils. Für die niedrige Druckstufe werden beide Steuerkanäle auf den Regelschieber geschaltet, ⑤ (links). Für die hohe Druckstufe wird nur der permanente Steuerkanal mit Druck beaufschlagt, ⑤ (rechts). Die Charakteristik des Öldruckanstiegs über Drehzahl konnte sowohl in der niedrigen als auch in der hohen Druckstufe gegenüber dem Vorgängermotor optimiert werden. Der Öldruck der niedrigen Druckstufe wurde zusätzlich um 0,3 bar abgesenkt, 6. Aufgrund der Summe der Reibungsmaßnahmen sortieren sich die V6-Ottomotoren von Audi im unteren Bereich des branchenüblichen FEV-Streubandes für Komplettmotoren ein. Der 2,8-l-Motor schafft es sogar zum wiederholten Mal, das Streuband in kundenrelevanten Drehzahlbereichen nach unten hin neu zu definieren, 7. Die weiter optimierten V6-Ottomotoren verhelfen dem neuen Audi A6 im Vergleich zum A6 der sechsten Generation zu erheblich besseren Fahrleistungen bei deutlich geringem Kraftstoffverbrauch, 8. Vierzylindermotor

7 FEV-Streuband

8 Fahrleistung und Verbrauch der V6-Motoren MJ 2009 und 2011 im Vergleich

50

Für den Modularen Längsbaukasten (MLB) wurden die im Jahre 2004 eingeführten TFSI-Reihenmotoren in einer zweiten Entwicklungsstufe grundlegend überarbeitet, 9. Mit der Einführung des Audi valvelift systems (AVS) auf der Auslassseite, dem „spülenden Ladungswechsel“, einem völlig neuen, reibungsoptimierten Grundmotor sowie neu entwickelten Anbauteilen auf der Einlass- und Auslassseite wurden alle Voraussetzungen geschaffen, damit der Motor Bestmarken bei Fahrleistungen und Kraftstoffverbrauch in seiner Klasse setzen kann. Der Ersteinsatz der hier beschriebenen 2,0-l-Version erfolgte im Jahr 2008 im Audi A4 mit 132/155 kW und 320/350 Nm. Die Auszeichnung des „Engine of the Year Award“ in seiner Hubraumklasse in den Jahren 2005 bis 2009 beschreibt den Erfolg des Aggregates in allen Einbau­ varianten des Volkswagen-Konzerns. Gegen­über seinem Vorgänger im Audi ­A6 mit einer Leistung von 125 KW und 280 Nm Maximaldrehmoment hat das neue Aggregat mit 132 KW und 320 Nm an Leistung und Drehmoment gewonnen, ❿. Dieser „Einsteiger“-Ottomotor wird in Verbindung mit zwei Getriebeva-

9 2,0-l-TFSI-Vierzylinder-Reihenmotor

❿ Leistung und Drehmoment des 2,0-lTFSI-Vierzylinder- Reihenmotors im A6

rianten, einem manuellen Getriebe und einem „multitronic“-Automatikgetriebe, jeweils mit Frontantrieb, angeboten und bietet gute Fahrleistungen bei geringem Verbrauch. Erstmals wird die aus dem Audi A4 und A5 mit manuellem Getriebe bekannte Start-Stopp-Applikation auch beim Automatikgetriebe eingesetzt. Im neuen Audi A6 kommt eine bedarfs­ orientiert arbeitende, elektrische Lenkung als weiterer Baustein zur Verbrauchsminimierung zum Einsatz. Folglich konnte der Nebenaggregatetrieb in einem vereinfachten Layout dargestellt werden. Der Antrieb des Generators erfolgt über eine effektiv entkoppelnde „Decoupler“-Riemenscheibe, die zum einen die hohen Belastungen durch den Start-Stopp-Betrieb ausgleichen kann und zum anderen ein reibungsminimierendes, niedriges Trumkraftniveau im Nebenaggregatetrieb ermöglicht. Der neue 2,0-l-TFSI-Motor im Audi A6 verbraucht im Vergleich zum Vorgänger

signifikante 16 % weniger Kraftstoff. Das maximale Drehmoment liegt, bei nochmals reduzierter Drehzahl (1500/min gegenüber 1850/min beim Vorgänger), nun spürbare 40 Nm höher. Das erlaubt eine verbrauchsgünstigere Getriebe­auslegung ohne Nachteile bei den Fahrleistungen, ⓫. Besonderes Augenmerk wurde auf das dynamische Ansprechverhalten des Aggregats gelegt, das im Wesentlichen über die thermodynamische Auslegung des Abgasturboladers, der gesamten Luftstrecke und der Abgasanlage beeinflusst wird. Ein hervorragender Wert in der Spontanität bei einem Lastsprung von Nulllast auf Volllast bei 2000/min von 1,2 s (Vorgänger 2 s) zeigt den Erfolg der Entwicklungsarbeit. Auch das Triebwerk wurde für den Einsatz im Audi A6 kontinuierlich weiterentwickelt. So wurde unter anderem der Wassermantel des Zylinderkurbelgehäuses für eine verbesserte Zylinderkühlung

optimiert. Die Oberflächenstruktur der Zylinderlaufbahn wird durch ein neuartiges Glatthonverfahren mit anschließender Laserbelichtung erzeugt. Das dabei entstehende Mikrodruckkammersystem ermöglicht eine optimale Tribologie zwischen Kolbenringpaket und Zylinderlaufbahn und bietet damit optimale Verschleiß­ eigenschaften für den weltweiten Einsatz des Aggregates. Bei der Herstellung des extrem hochbelasteten Pleuels kommt ebenfalls eine neuartige Technik zum Einsatz. Die Lagerung des DLC-beschichteten (diamond like carbon) Kolbenbolzens im Pleuel wird durch eine hochpräzise Formbohrung realisiert, die direkt in den Schmiedestahl eingebracht wird. Auf den Einsatz der bisher üblichen schwermetallhaltigen Pleuelbuchsen kann somit bei gleichzeitig deutlicher Robustheitssteigerung der Baugruppe verzichtet werden. Zusammenfassung und Ausblick

⓫ Technische Daten des 2,0-l-TFSI-Vierzylinder-Reihenmotors (Modelljahr 2012 vorläufige Werte) Januar 2011

Audi A6

Die motorseitigen Maßnahmen in Kombination mit den Innovationen wie der StartStopp-Funktion oder dem Thermomanagement bilden die Basis für geringe Kraftstoffverbräuche auch in der Zukunft. Damit stellen die Ottomotoren im neuen Audi A6 einen optimalen Kompromiss zwischen Fahrspaß und Wirtschaftlichkeit dar.

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Audi A 6 Effizie nz und L eichtb au

Start-Stopp-System Verteilte Intelligenz im Fahrzeug Audi führt im A6 das Start-Stopp-System auch für Varianten mit Automatikgetriebe ein. Eine umfangreiche Vernetzung in der elektronischen Fahrzeugarchitektur ermöglicht, dass das System bei möglichst vielen Anhaltesituationen verfügbar ist.

Weniger Verbrauch im Stadtverkehr

Audi führt erstmalig mit dem A7 Sportback und mit der A6-Familie für alle Motorisierungen in den Fahrzeugen des C-Segments ein Start-Stopp-System ein, auch in Verbindung mit Automatikgetrieben. Im Stadtverkehr, dem überwiegenden Einsatzbereich des Start-Stopp-Systems, wird so in den häufigen Stand­ phasen der CO2-Ausstoß reduziert. Im zulassungsrelevanten NEFZ wird der CO2

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Ausstoß um bis zu 10 g/km beziehungsweise der Kraftstoffverbrauch um bis zu 0,4 l/100 km reduziert. Um das System für den Kunden komfortabel und so einfach wie möglich zu gestalten, wurde ein kundenerlebbares Bedienkonzept mit einer spezifischen Systemarchitektur entwickelt. Bedien- und Anzeigekonzept

Für das Start-Stopp-System gilt bei Audi die grundsätzliche Festlegung: Es soll für

den Fahrer einfach zu bedienen sein und möglichst keine Änderung der bisher gewohnten Bedienung verursachen. Das Start-Stopp-System soll für den Fahrer unauffällig im Hintergrund funktionieren. Als weitere Bedingung gilt: Nicht in allen Anhaltesituationen ist ein Motorstopp sinnvoll. Durch ein zeitgesteuertes, statisches Konzept, in dem der Motorstopp erst nach einer Wartezeit ausgeführt wird, kann ein gewisser Anteil der Situationen, in denen der Motorstopp nicht erwünscht ist, abge-

fangen werden. Aber so kann nicht die vom Fahrer wahrgenommene aktuelle Fahrsituation berücksichtigt werden. Daher ist die Möglichkeit vorgesehen, den Motorstopp durch den Fahrer, orientiert am Verkehrsfluss, zu steuern. Insbesondere in der Verkehrssituation „Stop-andgo-Betrieb“ ist aus Kundenrückmeldungen bekannt, dass der Motorstopp nicht immer erwünscht ist. In Fahrzeugen mit manuellem Getriebe kann der Kunde den Motorstopp einfach über die getretene beziehungsweise gelöste Kupplung steuern, um so eine ­Verkehrssituation, wie Abbiegen oder Einfahrt in einen Kreisverkehr, mit einem laufenden Motor zu beginnen. Das Bedienkonzept des Start-Stopp-Systems in Fahr­ zeugen mit Automatikgetriebe orientiert sich an dem bisherigen für den Kunden bekannten Konzept, das Fahrzeug mit Bremse und Fahrpedal zu steuern. Im Start-Stopp-Betrieb wird das Fahrzeug bis zum Stillstand, beispielsweise an einer Ampel, gebremst. Der Fuß verbleibt auf der Bremse, damit das Fahrzeug stehen bleibt. Der Motor wird bei stehendem Fahrzeug automatisch abgestellt. Mit dem grünen Start-Stopp-Symbol wird dem Fahrer signalisiert, dass mit Lösen der Bremse der Motor wieder gestartet wird. Die Zündung bleibt während dieser Stopp-Phase eingeschaltet. Der Fahrer kann über das realisierte bremsdruckgesteuerte Verhalten selbst steuern, ob der Motor abgestellt wird oder nicht, indem er die Bremskraft zum Zeitpunkt des Fahrzeugstillstands variiert, 1. Wird die Bremse nur leicht getreten, zum Beispiel im Stop-and-goVerkehr oder beim Abbiegen, bleibt ­ der Bremsdruck unter der Bremsdruckschwelle, die für den Motorstopp notwen-

dig ist. Bei Fahrzeugstillstand wird also keine Motorstopp-Phase eingeleitet. Sobald der Kunde die Bremse stärker tritt und so den Bremsdruck erhöht, hat er die Möglichkeit, den Motor nachträglich abzustellen. Die Anzeige wechselt dann zu dem grünen Start-Stopp-Symbol. Wird der Fuß von der Bremse genommen, startet der Motor automatisch wieder und das grüne Start-Stopp-Symbol verlöscht.

autoren

Ralph Kirchhoff

ist Systementwickler im Bereich Applikation Klimaregelung A6, A7 bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Betriebsstrategie

Mit dem Erststart des Verbrennungsmotors wird das Start-Stopp-System aktiviert. Während der ersten Fahrtstrecke wird solange keine Motorstopp-Phase stattfinden, bis alle beteiligten Fahrzeugsysteme die für das Abstellen und den Wiederstart notwendigen Mindesttemperaturen erreicht haben. Diese Temperaturen sind so ausgelegt, dass eine sehr frühe Verfügbarkeit gewährleistet werden kann, ohne die einzelnen Bauteile zu schädigen. So liegt beispielsweise die Motormindesttemperatur für den Betrieb des Start-StoppSystems deutlich unter den üblicherweise für einen Volllastbetrieb notwendigen Betriebstemperaturen, die zwischen 60 °C und 90 °C liegen. Um einen reibungslosen Betrieb im Alltag zu gewährleisten, gelten die folgenden Grundvoraussetzungen für den Start-Stopp-Betrieb: Die Fahrertür ist geschlossen, der Fahrer ist angegurtet, die Motorhaube ist geschlossen, das Fahrzeug ist seit dem letzten Halt schneller als 4 km/h gefahren und es ist kein Anhänger angekuppelt. Um dem Fahrer das Rangieren zu erleichtern, wird bei stark eingeschlagener Lenkung, Lenkbewegung oder eingelegtem Rückwärtsgang ebenfalls ein Motorstopp verhindert. Die folgenden

Dr.-Ing. Marc Thele

ist Systementwickler elektrische Energie- und Speichersysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Marc Finkbohner

ist Systementwickler im Bereich Entwicklung Fahr-/Betriebsstrategie elektrisches System bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Philip Rigley

ist Systementwickler im Bereich Entwicklung Bedienkonzepte bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr. Walter Settgast

ist Technischer Projektleiter übergreifende Projekte StartStopp-System bei der AUDI AG in Ingolstadt.

1 Bremsdruckgesteuertes Verhalten Januar 2011

Audi A6

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Audi A 6 Effizie nz und L eichtb au

Randbedingungen, die das System vor jedem Motorstopp prüft, müssen zusätzlich erfüllt sein: Die per Klimaanlage gewählte Innentemperatur ist erreicht, die Grenztemperaturen der Bauteile sind nicht überschritten, die Frontscheibe wird nicht mittels Defrostfunktion enteist und der Ladezustand der Batterie ist ausreichend. Das Verhalten des Start-Stopp-Systems lässt sich mit einem Modell mit drei Ebenen beschreiben, 2. Sie entsprechen den drei Zuständen, die das System einnehmen kann, nämlich eingeschaltet, temporär deaktiviert und ausgeschaltet. Sind alle zuvor erläuterten Randbedingungen erfüllt, so befindet sich das StartStopp-System im eingeschalteten Zustand, dem normalen Betriebszustand des Systems. Zeigt das Verhalten des Fahrers, zum Beispiel durch Lösen des Gurts oder Öffnen der Türen, dass er nicht weiterfahren möchte, wird das System temporär deaktiviert. In diesem Zustand ist der Motorstart aus Sicherheitsgründen nicht mehr automatisch durchführbar. Stellt der Kunde den ursprünglichen Zustand her, in dem er beispielsweise den Gurt wieder anlegt und die Türe wieder schließt, so ist das System erneut im eingeschalteten Zustand. Der Motorstopp beziehungsweise Motorstart erfolgt wieder automatisch. Stellt der Kunde den ursprünglichen Zustand nicht wieder her, sondern verlässt das Fahrzeug, so wird das System

ausgeschaltet. Nun kann der Motor nur noch wie bei einem Erststart manuell gestartet werden. Diese, an einer möglichst hohen CO2Reduzierung orientierte Betriebsstrategie, vermindert die Anzahl der unnötigen Motorstarts und erhöht die Verfügbarkeit des Start-Stopp-Systems für den Kunden. Vernetzung der verteilten Intelligenz im Fahrzeug

Bei der Entwicklung des Start-Stopp-Systems lag ein besonderer Fokus auf einer möglichst breiten Anwendbarkeit des Systems. Ziel war, einen Einsatz über verschiedenste Baureihen und MotorGetriebe-Kombinationen zu ermöglichen. Um die vielen sehr unterschiedlichen Anforderungen realisieren zu können, galt es, eine modulare, einfach zu erweiternde und flexible Funktionsarchitektur zu entwickeln. Die prinzipielle Funktionsarchitektur wurde mit einer zentralen StartStopp-Koordination und intelligenten aktiven Teilnehmern realisiert, 3. Jedes aktive System berechnet für seine Kernfunktionalitäten, ob ein laufender Verbrennungsmotor benötigt wird oder nicht. So werden die schon im Fahrzeug vorhandenen Kernfunktionalitäten optimal für das Start-Stopp-System genutzt. Die Funktionsgrenzen des Start-Stopp-Systems werden durch die Leistungsgrenzen der verwendeten Bauteile und Baugrup-

pen bestimmt. Dadurch wird die maximal mit dem System erreichbare Verfügbarkeit für den Kunden realisiert. Über eine genormte Schnittstelle, mit nur zwei zusätzlichen Kernnachrichten, können die aktiven Teilnehmer einen Motorstopp erlauben beziehungsweise einen Motorwiederstart anfordern. Somit ist das System modular, jederzeit erweiterbar und einfach übertragbar. Die zentrale Start-Stopp-Koordination ist ein vollständig durch Audi entwickeltes Softwaremodul, welches über die genormten Schnittstellen kommuniziert. Dies ermöglicht, die Funktion der zentralen Start-StoppKoordination baureihen- und zulieferer­ übergreifend mit nur minimalen Modifikationen kostenoptimal zu nutzen. Motorwiederstart und Anfahrleistung

Um dem Kunden auch aus dem Motorstopp eine sportliche Anfahrleistung ­ zu ermöglichen, ist das harmonische Zusammenspiel vieler Funktionen notwendig. Dies beginnt schon mit dem gesteuerten Abstellvorgang, der eine günstige Ausgangsposition für den folgenden Motorstart herstellt. Für die ­Dieselmotorisierungen wird durch die zusätzliche Raildruckhaltefunktion die Wiederstartfähigkeit verbessert. Die Raildruckhaltefunktion stellt den für den Wiederstart notwendigen Druck im Kraftstoffversorgungssystem für eine längere Zeit zur Verfügung. Der Startvorgang ist ein optimales Zusammenspiel aus Startersteuerung, Drehzahlerfassung und Direktstartfunktion. Dadurch werden schnelle Motorstarts bei hohem Komfort realisiert. Im Getriebe werden die Kupplungen schon während des Motorhochlaufs geschlossen, um direkt Vortrieb erzeugen zu können. Eine Hillhold-Funktion unterstützt das Anfahren an Steigungen ohne Einfluss auf die Anfahrleistung. Alle Maßnahmen in Summe vermitteln dem Kunden ein sicheres Gefühl und stärken das Vertrauen in das Start-Stopp-System. Energiemanagement

2 Betriebsstrategie

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Das Start-Stopp-System im A6 mit Automatikgetriebe unterstützt das Entwicklungsziel einer Verbrauchs- beziehungsweise CO2-Reduzierung unter Beibehaltung einer

3 Systemvernetzung

progressiven Fahrzeugauslegung. Um die beschriebene Funktionalität zu realisieren, werden hohe Anforderungen an das Energiemanagement gestellt. Hierzu zählt, einen Mindestladezustand der Batterie in den Stopp-Phasen, eine ausreichende Leistungsfähigkeit der Batterie für den Motorstart und eine passende Batterietemperatur sicherzustellen. Da in den Stopp-Phasen der an den Verbrennungsmotor gekoppelte Generator abgeschaltet ist, muss eine durchgängige Stromversorgung für Sicherheits-, Komfort- und Infotainmentsysteme sichergestellt werden. Erreicht der Energiehaushalt einen kritischen Wert, wird ein Motorstart vom Start-Stopp-System automatisch angefordert. Um die Funktion des Energiemanagements zu gewährleisten, werden das Batteriedatenmodul (BDM) und ein DC/DC-Wandler eingesetzt. Das BDM ermittelt aus den Messgrößen Spannung, Strom und Batterietemperatur den aktuellen Batteriezustand. Der DC/DCWandler kompensiert den Spannungseinbruch, der durch den Motorstart an der belasteten Batterie entsteht. Somit werden die angebundenen Systeme nicht beeinträchtigt und vor Ausfall geschützt. Eine weitere und wesentliche Bedingung, um eine optimale Energieversorgung im Fahrzeug zu ermöglichen, ist die Einsatzbereitschaft des Generators. Diese Informationen und Eigenschaften werden per digitaler Kommunikation an das Gateway übermittelt. Das Gateway – als Host-Steuergerät – übernimmt die Energiemanagement-Funktion und sendet Januar 2011

Audi A6

4 Energienetzarchitektur

die gebündelten Informationen per CANKommunikation als Statusmeldung an das Motorsteuergerät. Im Koordinator des Start-Stopp-Systems werden die Informationen ausgewertet und gegebenenfalls Aktionen eingeleitet, beispielsweise ein vorzeitiger Motorwiederstart oder ein Motorstoppverbot. Der Aufbau der Energienetzarchitektur lässt sich in vier Module untergliedern, 4. Klimakomfort

Das Entwicklungsziel bezüglich Klimatisierung war, die maximale Verfügbar­­keit des Start-Stopp-Systems mit dem Anspruch an den Klimakomfort in Einklang zu bringen. In der MotorstoppPhase werden bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor weder Heizwärme noch Klimakälte produziert. Die Klimasensoren für Innenraum-, Ausblas- und Frontscheibentemperatur sowie der Luftfeuchte­ sensor im Innenraum überwachen den Komfortzustand der Raumluft und die Beschlagneigung der Scheibenflächen. Bei Bedarf fordert die Klimaregelung den Wiederstart des Verbrennungsmotors an, beziehungsweise verhindert bei laufendem Motor den Motorstopp. Um lange Stoppdauern zu ermöglichen, ohne dabei den Klimakomfort einzuschränken, kommen beim Audi A6 verschiedene Maßnahmen zum Tragen. Muss im Winter geheizt werden, sorgt eine elektrische Wasserpumpe im Kühlwasserkreislauf dafür, dass auch bei minutenlangen Stopp-Phasen

ausreichend Heizleistung zur Verfügung steht. Im sommerlichen Kühlbetrieb entscheidet die Klimaregelung anhand einer energetischen Betrachtung der Luftströme, ob mit einer Erhöhung des Umluftanteils eine längere Stoppdauer erreicht werden kann. Öffnen die Nutzer die Seitenscheiben oder deaktivieren sie die Klimafunktion, so greift die Klimaregelung immer weniger in die Start-Stopp-Funktion ein. Schaltet der Fahrer die Defrostungstaste ein, erwartet er eine schnelle Enteisung oder Beschlagfreihaltung. Damit dieser Sicherheitsfunktion auch in Verbindung mit dem Start-Stopp-System die maximale Systemleistung zur Verfügung steht, wird in diesem Fall ein Motorstopp sofort beendet. Fazit und Ausblick

Audi führt im A6 das Start-Stopp-System, zusätzlich zu den manuellen Getrieben, auch für alle Automatikgetriebe ein. Somit werden im Europa-Angebot des Audi A6 zukünftig mehr als 95 % der MotorGetriebe-Varianten serienmäßig mit dem Start-Stopp-System ausgerüstet. Für die Weiterentwicklung des StartStopp-Systems werden die Rückmeldungen der Kunden intensiv ausgewertet, um daraus Hinweise für eine weitere Optimierung des Bedienungs- und Anzeigekonzepts und zur Erhöhung der Verfügbarkeit des Systems zu erhalten. Denn nur über eine hohe Gesamtakzeptanz des Start-Stopp-Systems durch den Kunden kann der CO2-Ausstoß nachhaltig reduziert werden.

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AuDi A6 EFFIZIENZ UND LEICHtBAU

LUFTANSAUGSYSTEM DER V6-MOTOREN Für den neuen A6 entwickelte Audi ein neues Ansaugsystem. Es erfüllt alle klassischen Anforderungen an die Luftstrecke, wie geringer Druckverlust, große Filtrationsleistung und hohe Ansauggeräuschdämpfung. Zusätzlich konnte das System in Bezug auf Komplexität, Logistik, Produktion und Kundendienst deutlich optimiert werden.

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au t o r en

Dipl.-Ing. Thomas Karle

ist Leiter der Entwicklung Aggregate-Einbau bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Steffen Muth

ist Leiter der Entwicklung AggregateEinbau bei der AUDI AG in Neckarsulm.

Dipl.-Ing. Klaus Hartmann

ist Konstrukteur in der Entwicklung Aggregate-Einbau bei der AUDI AG in Neckarsulm.

Aufbau

Die Luftansaugung ist im Fahrzeug auf der rechten Seite positioniert und besteht aus drei wesentlichen Bereichen: :: Rohluftstrecke (ungefilterte Luft) :: Luftfilter :: Reinluftstrecke (gefilterte Luft). Rohluftstrecke

Die Ansaugmündung der Rohluftstrecke ist oberhalb des Kühlerpaketes zwischen Ziergitter (Singleframe) und Kühler ange­ ordnet. Von dort wird die Luft über eine halbseitig oben offene Hutze zur Schnitt­ stelle am Frontend geführt, welches selbst aktiver Bestandteil der Rohluftstrecke ist. Durch das Abdeckteil zwischen den Frontleuchten wird die Hutze zu einem geschlossenen Kanal. Hinter dem Front­ end schließt sich ein zweiteiliger Kanal an, welcher die Strömung in Richtung Luftfilter umlenkt. Zum Ausgleich von Toleranzen und zur akustischen Entkopp­ lung ist ein Faltenbalg vor der Schnitt­ stelle zum Luftfilter verbaut. Luftfilter

Der Luftfilter besteht aus zwei Gehäuse­ hälften, die durch Rasten unlösbar mitein­ ander verbunden sind. Zur gezielten Beeinflussung der Strömung ist am Roh­

lufteintritt eine Leitschaufel beziehungs­ weise ein Leitkanal montiert. Für den ein­ fachen Wechsel der zylindrischen Filter­ patrone ist die obere Gehäusehälfte mit einem Wartungsdeckel versehen, 1. Die­ sen gibt es in zwei Varianten: :: TDI (Anschluss Luftmassenmesser) :: TFSI/FSI (Anschluss Reinluftleitung). Die Filterpatrone ist unten in einem Auf­ nahmedom gelagert und zu diesem abge­ dichtet. Der Dom bietet außen am Gehäuse eine optionale Anschlussmög­ lichkeit für den Sekundärluftabgriff, 2. Oben dichtet die Filterpatrone zum Luft­ massenmesser (TDI) beziehungsweise Wartungsdeckel (TFSI/FSI) ab und wird dadurch zentriert. Je nach Akustikanfor­ derung ist in der unteren Gehäusehälfte noch ein Schaumstoff mit unterschiedli­ cher Dicke montiert. Die Lagerung des Luftfilters zur Karosserie erfolgt über drei identische Entkopplungselemente. Reinluftstrecke

Abhängig von der Motorisierung gibt es unterschiedliche Reinluftstrecken, 3. Bei den Ottomotoren wurde der Ansaug­ schlauch durch integrierte Bauteile akus­ tisch optimiert. Beim kompressoraufgela­ denen TFSI sind das Strömungsdämpfer und Resonator, beim frei saugenden FSI ist es ein Doppelkammerresonator. Durch die Integration von Leitungshaltern, Ent­

Dipl.-Ing. Wolfgang Pantle

ist Versuchsingenieur in der Entwicklung Aggregate-Einbau bei der AUDI AG in Neckarsulm.

2 Lagerung Filterpatrone und Sekundärluftanschluss

1 Wartungskonzept Januar 2011

Audi A6

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3 reinluftstrecken tFSI/FSI/tDI-Motor

lüftungsanschluss und Resonatorhälfte in den Rohrkrümmer konnte das System auf einfachere Fertigung hin optimiert werden. Für die Dieselmotoren ist neben dem Ansaugschlauch mit Faltenbalg ein Luft­ massenmesser erforderlich. Aus akusti­ schen Gründen ist motorseitig vor dem Turbolader ein Pulsationsdämpfer mit einem Anschluss für die Kurbelgehäu­ seentlüftung verbaut.

stRÖmungseigenschAften

Um die Motorleistung zu optimieren, den Verbrauch zu verringern und die Tempera­ turen in der Ladeluftstrecke (nur TDI/ TFSI) zu minimieren, muss der Druckver­ lust der Luftstrecke bis zur Drosselklappe beziehungsweise zum Turbolader mög­ lichst gering sein. Für den neuen A6 konnte eine erhebliche Verbesserung erzielt werden, 4.

Die geringen Druckverluste und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten in Rohluftstre­ cke und Luftfilter führen dazu, dass alle Anforderungen ohne den Einsatz einer kon­ zeptionell vorgehaltenen, gesteuerten Zusatzluftansaugung erfüllt werden. Bezüg­ lich Gischt und Schnee kann auf bekannte Zusatzmaßnahmen wie Schneesieb oder temperaturgesteuerte Ansaugung aus dem Motorraum (Warmluft) verzichtet werden. AkustikmaSSnahmen

4 Druckverluste der Luftstrecke bis zur Drosselklappe beziehungsweise zum Turbolader

Wesentliche Maßnahmen waren: :: konsequente Einhaltung definiert großer Rohluftquerschnitte :: Optimierung einzelner Bauteil­ schnittstellen

:: Leitrippen und Leitschaufel :: ausreichend großes Luftfiltervolumen zur Umströmung der Luftfilterpatrone :: minimale Umlenkungen in der Reinluftstrecke.

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Durch unterschiedliche Ladungswechsel­ konzepte (Saug-/Kompressor-/Turbomo­ tor) sind beim Audi A6 verschiedene Akus­ tikmaßnahmen notwendig. Die Rohluftstre­ cke kann für alle Motoren als Gleichteil verwendet werden. Für die Reinluftstrecke sind motorspezifische Lösungen realisiert. Beim Luftfilter können alle spezifischen Lösungen durch den modularen Aufbau mit einem Grundgehäuse dargestellt wer­ den, 5. Beim FSI-Saugmotor ist die Gehäu­ sesteifigkeit maßgeblicher Faktor für die

AuDi A6 EFFIZIENZ UND LEICHtBAU

5 Akustikmaßnahmen FSI/tFSI/tDI-Motor

Akustik. Zusammen mit einer Verlänge­ rung der Rohluftstrecke in den Luftfilter anstelle der Leitschaufel können alle akus­ tischen Anforderungen erfüllt werden. Als Akustikmaßnahme für den TFSI­Kompres­ sormotor wurde die Reinluftstrecke bis in die Filterpatrone verlängert und ein 20 mm dicker Akustikschaum angebracht. Das Luftfiltergehäuse des TDI­Motors wurde mit einem 10 mm dicken Akustikschaum versehen.

montAgeoptimieRung

Um einen optimalen Fertigungsprozess zu gewährleisten, wurde zum Projektstart das Ziel definiert, die Montagezeit zu ver­ kürzen. Wesentliche Schritte dazu waren: : konstruktive Neugestaltung der Schnittstellen : neues Montageprinzip von Einzel­ komponenten : neues Befestigungskonzept.

In der Vormontage wird zunächst der Rohluftkanal in den Luftfilter gesteckt. Neben der einfacheren Steckmontage hat dies einen entscheidenden qualitativen Vorteil. Die Toleranz der Verrastung des Faltenbalges ist so ausgeführt, dass die Bauteile dauerhaft sicher und klapperfrei befestigt sind. Der Luftmassenmesser muss zur Montage lediglich in den War­ tungsdeckel eingesteckt werden. Die Befestigung ist ohne zusätzliche Ele­ mente, wie Schrauben oder Klammern, über ringförmig angeordnete Rastnasen sichergestellt. Durch ein neuartiges Ent­ kopplungselement wird der Luftfilter inklusive Rohluftkanal über drei vertikale Steckpunkte im Motorraum befestigt, ➏. Geometrie und Werkstoff des Entkopp­ lungselements wurden so gewählt, dass die Montage sehr geringen Kraftaufwand erfordert, gleichzeitig aber ausreichend hohe Demontagekräfte sichergestellt sind. ZusAmmenfAssung

➏ Montage des Luftfilters mit rohluftkanal

60

Das neue Ansaugsystem des A6 weist neben den herkömmlichen Anforderun­ gen an die Luftstrecke auch in Bezug auf Komplexität, Logistik, Produktion und Kundendienst deutliche Optimierungen gegenüber dem Vorgänger auf. So wur­ den die Druckverluste der gesamten Ansaugstrecke minimiert, die akusti­ schen Anforderungen der unterschiedli­ chen Ladungswechselkonzepte in einem Grundluftfilter berücksichtigt, die Varian­ ten eingeschränkt und die Montagezeiten am Band reduziert.

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AuDi A6 EFFiziENz uND lEichtbAu

AutOREN

helge woloschin

ist Projektleiter für Doppelkupplungsgetriebe (S tronic) bei der AuDi AG in ingolstadt.

Dieter weiDeMAnn

ist Projektleiter quattro Antriebstrang bei der AuDi AG in ingolstadt.

steffen zÄPfel

ist Mitarbeiter in der Entwicklung Fahrwerkregelung bei der AuDi AG in ingolstadt.

KAi volKMAr

ist Mitarbeiter in der Entwicklung Fahrwerkregelung bei der AuDi AG in ingolstadt.

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getriebe Mit oPtiMierteM wirKungsgrAD

Alle Getriebetypen für den Audi A6 zeichnen sich durch geringe innere Reibung und hohen Wirkungsgrad aus. Mit ihrer weiten Spreizung sind sie für hohe Fahrgeschwindigkeit lang übersetzt. Sie sind in das Thermomanagement des Motors eingebunden. Die Steuerungen der Automatikgetriebe können auf die prädiktiven Streckendaten des Navigationssystems zugreifen. Das Vorderachsdifferenzial liegt beim A6 vor der Kupplung und hinter dem Motor. So konnten die Entwickler die Vorderachse weit vorn platzieren – das macht den Radstand länger, die Verteilung der Achslasten gleichmäßiger und trägt zu einem präzisem Handling mit sehr guter Fahrdynamik bei. Das stufenlose Automatikgetriebe „multitronic“, für den Einsatz im A6 intensiv überarbeitet, lässt den Motor stets im Bereich seines optimalen Wirkungsgrads arbeiten. Im Fahralltag besticht es durch seine geschmeidige Arbeitsweise. Für ein sportlicheres Fahrerlebnis hält es ein Sportprogramm und einen manuellen Modus mit acht festen Fahrstufen bereit.

Der Fahrer kann die Stufen, ebenso wie beim Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe „S tronic“, 1, mit dem Wählhebel oder optional mit Wippen am Lenkrad wechseln. Die S tronic vereint den Komfort einer Automatik mit der Effizienz eines manuellen Getriebes. Der äußerst schnelle Schaltvorgang erfolgt durch den Wechsel zweier getrennt arbeitender Kupplungen, die unterschiedliche Gänge bedienen. Der Vorgang dauert nur wenige Hundertstel Sekunden und erfolgt so komfortabel, dass der Fahrer ihn kaum wahrnimmt. Neben der manuellen Ebene stehen zwei vollautomatische Programme bereit, „D“ und „S“. Sowohl die multitronic als auch die S tronic sind erstmalig in das Start-StoppSystem des Fahrzeugs eingebunden. Das heißt, in den Start-Stopp-Phasen kann der Motor abgeschaltet werden, was zu einer weiteren Verbrauchsabsenkung beiträgt. Der Motor wird wieder gestartet, sobald der Bremsdruck reduziert wird und ein festgelegtes Niveau unterschreitet. Gleichzeitig mit dem Startvorgang des Motors wird der Kraftschluss des Automatikgetriebes hergestellt. Um die notwendige Leistungsfähigkeit für diesen

Kraftübertragung Der weiter optimierte Antriebsstrang trägt entscheidend zur Effizienzverbesserung des neuen Audi A6 bei, beispielsweise sind die Automatikgetriebe nun in das Start-Stopp-System des Fahrzeugs eingebunden. Der Allradantrieb verfügt über ein innovatives Kronenrad-Mittendifferenzial mit radselektiver Momentensteuerung.

Anfahrvorgang zu erreichen, wurden beide Automatikgetriebe umfassend überarbeitet. Speziell die Hydraulik wurde hinsichtlich eines schnelleren Druckaufbaus verbessert. Der neue Allradantrieb: Kronenrad-Mittendifferenzial mit radselektiver Momentensteuerung

Beim permanenten Allradantrieb „quattro“ präsentiert der A6 jene neue Evolutionsstufe, die jüngst im Hochleistungscoupé RS 5 Premiere feierte, 2. Seine zentrale Komponente ist das so genannte Kronenrad-Mittendifferenzial mit radselektiver Momentensteuerung. Das selbst sperrende Differenzial, im Antriebstrang unmittelbar am Ausgang des Getriebes gelegen, hat die Aufgabe, die Motormomente in definierten Verhältnissen auf beide Achsen zu verteilen. Wenn am Rad einer Achse Schlupf auftritt – etwa, wenn es auf glatten Untergrund gerät –, leitet das Differenzial das Gros der Kräfte verzögerungsfrei an die Achse mit der besseren Traktion um. Das neue Mittendifferenzial von Audi folgt einem innovativen Prinzip. Sein Januar 2011

Audi A6

zylindrisches Gehäuse wird vom Getriebe angetrieben. In seinem Inneren drehen sich zwei Kronenräder, die ihre Bezeichnung ihrer kronenartigen Verzahnungsgeometrie verdanken. Das hintere Kronenrad treibt die Kardanwelle zur Hinterachse an, das vordere eine Welle, die zum Differenzial der Vorderachse führt.

Die Kronenräder werden durch vier ge­rad­verzahnte Ausgleichsräder angetrieben, die in 90°-Winkeln zueinander angeordnet sind. Sie sind auf den gehäusefesten Achsen drehbar gelagert. Dadurch wird ein Drehzahlausgleich zwischen Vorderund Hinterachse, wie er beispielsweise bei Kurvenfahrt notwendig ist, möglich.

1 Effiziente S tronic: Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe

63

Audi A6 Effizien z und leichtbau

2 Neuer quattro-Antriebstrang

40:60 – die Grundverteilung der Momente zwischen vorn und hinten

Bei exakt gleichen Drehzahlen an Vorderund Hinterachse drehen sich die beiden Kronenräder mit gleicher Drehzahl wie

3 Wirkung der radselektiven Momentensteuerung

64

das Differenzialgehäuse. Aufgrund der speziellen Verzahnungsgeometrie weisen sie jedoch unterschiedliche Zähnezahlen und Eingriffspunkte auf verschieden großen Durchmessern auf. Somit ergeben sich ungleiche Hebelwirkungen. In der Grundverteilung werden 60 % des Motor-

moments zum Differenzial der Hinterachse und 40 % nach vorne geleitet. Dies ermöglicht eine sehr gute Traktion und Fahrdynamik. Bei der Einleitung von Antriebsmomenten über die Verzahnung der Ausgleichsräder entstehen axiale Kräfte im Inneren

des Differenzials. Sie führen dazu, dass beide Kronenräder nach außen gedrückt werden. Diese Axialkraft wird dazu benutzt, um Lamellenpakete hinter den Kronenrädern zusammenzudrücken. Hierdurch wird ein Sperrmoment erzeugt, welches die Drehmomente zwischen den Kronenrädern umverteilt. Wenn der A6 beispielsweise mit den Vorderrädern auf einen Schneefleck gerät, erhöht sich die Drehzahl der Vorderachse für einen Augenblick. Dadurch entsteht zwischen den beiden Kronenrädern und dem Gehäuse eine Drehzahldifferenz und die Lamellenpakete werden aneinander gepresst. Die entstehende Selbstsperrwirkung im Kronenrad-Mittendifferenzial leitet nun unmittelbar das Antriebsmoment auf die Achse mit der besseren Traktion. Es fließen bis zu 85 % des Antriebsmoments nach hinten. Im umgekehrten Fall – wenn die Hinterachse des A6 weniger Haftung hat – vollzieht sich dieser Vorgang analog; jetzt fließen bis zu 70 % der Momente an die Vorderachse. Mit dieser breiten Verteilung der Antriebsmomente übertrifft das neu entwickelte Kronenrad-Mittendifferenzial seine Vorgänger – die Traktion wird aufgrund höherer Sperrwerte nochmals besser. Die Umverteilung der Kräfte und Momente erfolgt permanent ohne zeitliche Verzögerung und absolut homogen. Der Fahrer kann die Situation leicht beherrschen. Eine Steuerelektronik sowie eine elektro-magnetische oder hydraulische Betätigung sind nicht nötig. Die rein mechanische Arbeitsweise garantiert höchste Effizienz und verzögerungsfreie Reaktionen. Weitere Stärken des Kronenrad-Mittendifferenzials sind seine Kompaktheit und das geringe Gewicht – mit 4,8 kg ist es bis zu 2,1 kg leichter als das Vorgängersystem. fÜr DYnAMische KurvenfAhrt – Die rADseleKtive MoMentensteuerung

Audi koppelt das Kronenrad-Mittendifferenzial auch im A6 mit einer intelligenten Softwarelösung, der radselektiven Momentensteuerung. Als Weiterentwicklung des ESP mit elektronischer Quersperre, das bereits in vielen Frontantriebsmodellen Serie ist, greift sie auf alle vier Räder zu. Das neue System macht Kurvenfahrten noch präziser und dynamischer. Aus der Januar 2011

Audi A6

Lenkvorgabe und dem Beschleunigungswunsch des Fahrers ermittelt das Steuergerät die für die Fahrsituation optimale Verteilung der Antriebskräfte auf alle vier Räder. Bei Bedarf bremst es die kurveninneren Räder ganz leicht ab – ein feines Anlegen der Beläge an die Scheibe mit minimalem Druck genügt, 3. Diese Unterstützung erfolgt bei schneller Kurvenfahrt kontinuierlich und unmittelbar. Der Bereich neutralen Fahrverhaltens wird merklich erweitert, das Untersteuern beim Einlenken und Beschleunigen vermindert. Eingriffe des ESP können später und weicher erfolgen. Das neue Kronenrad-Mittendifferenzial mit seiner gleichmäßigen, stets exakt definierten Arbeitsweise ermöglicht der radselektiven Momentensteuerung eine feinfühlige und präzise Dosierung. Für höhere Querdynamik und mehr Fahrspaß kann der quattro-Antriebsstrang mit dem Sportdifferenzial, das die Kräfte aktiv zwischen den Hinterrädern verteilt, weiter verfeinern werden. Ist das Sportdifferenzial aktiv, beschränkt sich die radselektive Momentensteuerung auf die Vorderachse. fAzit

Audi hat die gesamte Kraftübertragung des Audi A6 auf besonders hohe Effizienz hin entwickelt. So zeichnen sich alle Getriebetypen durch geringe innere Reibung und hohen Wirkungsgrad aus. Sowohl die multitronic als auch die S tronic sind erstmalig in das Start-Stopp-System des Fahrzeugs eingebunden. Beim Allradantrieb baut Audi die Führung im Wettbewerbsumfeld mit der permanenten Weiterentwicklung der quattro-Antriebstechnik weiter aus.

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Audi A6 EFFiziEnz und LEichTBAu

AuTOREn

diPL.-inG. inGO reVink

ist Projektverantwortlicher der Entwicklung Kraftstoffanlage bei der Audi AG in ingolstadt.

diPL.-inG. rOGer LetZer

ist Mitarbeiter in der Entwicklung Kraftstoffanlage bei der Audi AG in ingolstadt.

diPL.-inG. thOMAS JuSt

ist Mitarbeiter in der Entwicklung Kraftstoffanlage bei der Audi AG in ingolstadt.

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entWickLunGSZieLe

Die Kraftstoffanlage des A6 wurde auf Basis des Modularen Längsbaukastens entwickelt. Bei der Entwicklung stand hohe Zuverlässigkeit im weltweiten Einsatz im Vordergrund. Weitere Projektziele waren, Gewicht, Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß, Geräuschentwicklung sowie Varianten zu reduzieren. Die Erfüllung der relevanten Gesetze, wie die strengen US-Crashvorschriften, ist selbstverständlich. Durch gezielt ausgewählte Werkstoffe und entsprechende Förder- und Anzeigetechnik ist die Kraftstoffverträglichkeit weltweit gegeben. Die Entwickler haben der A6-Kraftstoffanlage eine Reihe von Neuerungen mit auf den Weg gegeben: : „Twin Sheet Thermoforming“ mit zwei Kavitäten

: Diesel-Fehlbetankungsschutz : Elastomer-Vollentkopplung des Tanks gegenüber der Karosserie : elektronisch kommutierte Kraftstoffpumpe : gesteuerter Vorlaufdruck auch beim Dieselmotor : „Natural Vapor Leak Detection System“ (NVLD) zur Erfüllung der US-Gesetzgebung für OBD II. SYSteMbeSchreibunG

Der Kraftstoffbehälter befindet sich crashgeschützt zwischen den Hinterrädern, außerhalb der Fahrgastzelle und der Heckaufprallzone. Er ist als Zweikammersystem mit einem Nennvolumen von 65 l, wahlweise 75 l, ausgeführt. Als Folge des geringeren Kraftstoffverbrauchs der Fahrzeuge ist das Füllvolumen für den Kraftstoffbehälter um 5 beziehungsweise 15 l, ohne

Kraftstoffanlage Für den neuen Audi A6 wurde die Kraftstoffanlage komplett neu entwickelt. Bei Modellen mit Front- und Allradantrieb kommen nun identische Tanksysteme zum Einsatz. Weitere Entwicklungen machen die Kraftstoffanlage noch leiser und leichter, und die Fördereinheit mit reduziertem Energiebedarf senkt den Kraftstoffverbrauch.

nennenswerte Einschränkungen in der Reichweite, gegenüber dem Vorgänger gesenkt worden. Während bisher für Frontund Allradantrieb „quattro“ unterschiedliche Kraftstoffbehälter eingesetzt wurden, kommt im neuen A6 eine einheitliche Kraftstoffanlage zum Einsatz. Diese Variantenreduzierung ist gewichtsneutral für Fahrzeuge mit Frontantrieb und bedeutet bei quattro-Fahrzeugen sogar eine Gewichtseinsparung von zirka 4,5 kg. Erstmalig wird der coextrudierte HDPolyethylen-Tankkörper in einem Doppelwerkzeug im Twin-Sheet-ThermoformingVerfahren hergestellt. Kurz vor dem Fügen der beiden tiefgezogenen und erwärmten Tankhälften werden innenliegende Komponenten eingeschweißt. Dadurch ergeben sich entscheidende Vorteile. Die HCEmissionen sind geringer, da der Tank weniger Öffnungen für Einschweißteile wie Ventile aufweist. Die dem ThermoforJanuar 2011

Audi A6

men folgende Endbearbeitungs- und Montagelinie kann vereinfacht werden. Das Einfüllrohr besteht ebenfalls aus coextrudiertem HD-Polyethylen. Eine leitfähige und geerdete Füllrohrinnenschicht leitet elektrostatische Aufladungen ab, die beim Betanken möglicherweise entstehen. Im Dieselfüllrohr ist ein Fehlbetankungsschutz integriert: Nur Pkw-Diesel-Zapfventile können zum Tanken eingeführt werden, ein irrtümliches falschbetanken mit den Ottokraftstoff-Zapfventilen ist wegen des geringeren Durchmessers der Auslaufrohre ausgeschlossen. Großer Wert wurde auf die Akustik gelegt. Eine eingeschweißte Barriere in der Hauptkammer dämpft die Schwappgeräusche des Kraftstoffs. Die Tankblase ist überdies entkoppelt. Sie liegt nicht mehr direkt an der Karosserie an, sondern Elastomerelemente auf der Tankoberseite stützen sie ab. Weitere Elastomerlager sorgen

für eine Entkopplung der Anschraubstellen des Tankkörpers an der Karosserie. Schwapp- und Pumpengeräusche werden durch diese Maßnahmen wirkungsvoll gedämpft. Erreicht man beim Auftanken des Fahrzeugs die nominale Füllmenge von etwa 65 oder 75 l, wird ein tankinternes Schwimmer-Entlüftungsventil mit RollOver-Funktion überflutet, 1. Der daraufhin im Einfüllrohr ansteigende Kraftstoff führt zum Abschalten des Zapfventils. Im Tankinneren ist eine Flüssigkeitsfalle untergebracht, die die geringen Kraftstoffleckagen der Entlüftungsventile speichert und auch bei sportlicher Fahrweise jeglichen Kraftstoffaustritt verhindert. Diese Flüssigkeitsfalle hat keinen Ablauf. Die Entleerung erfolgt mittels Unterdruck, der beim Abstellen des Fahrzeuges durch Rekondensation der Gasphase entsteht, über die Leitungen der Betriebsentlüftung.

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Audi A6 Effizie nz und L eichtbau

1 Entlüftungssystem für Fahrzeuge mit Ottomotor

Förder- und Gebertechnik

Die Fördereinheit in der Hauptkammer besteht aus einem Flansch, gegebenenfalls mit Kraftstofffilter und Staubehälter mit elektrischer Kraftstoffpumpe (EKP), Saugstrahlpumpe sowie Vorratsgeber, 2. Der Staubehälter wird über die Saugstrahlpumpe gefüllt und enthält ein Reservevolumen. Dieses stellt auch ­ bei fast leerem Tank und sportlicher Fahrweise die Kraftstoffversorgung des Motors sicher. Aufgrund der günstig ­ausgelegten Tankform kann auf eine ­weitere Saugstrahlpumpe zum Entleeren der Nebenkammer verzichtet werden. Der Motor der EKP wird elektronisch, das heißt bürstenlos, kommutiert. Dies ermöglicht eine präzise bedarfsgerechte Ansteuerung und Überwachung über die Drehzahl. Weiterhin bedeutet der Entfall der Kommutierungsbürsten eine erhöhte Robustheit gegenüber Medien und Kraft-

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stoffen, eine Laufgeräuschreduzierung und nicht zuletzt eine Wirkungsgraderhöhung. Bei den Ottokraftstoff-Varianten ist der auf Lebenszeit ausgelegte KraftstoffFeinfilter zum Schutz der Einspritzleiste am Motor ebenfalls in die Fördereinheit integriert. Durch den Einsatz einer tankseitigen G-Rotor-EKP bei den Dieselmotorisierungen kann die bisher außerhalb des Tanks liegende Vordruckpumpe entfallen. Dies und die bedarfsgerechte Ansteuerung führen zu einer deutlichen Entlastung des Bordnetzes und damit zu Kraftstoff- beziehungsweise CO2-Einsparungen. Die beiden Füllstandsgeber, einer an der Fördereinheit, der andere in der Nebenkammer, sind als Widerstandsgeber in sogenannter Dreileitertechnik ausgeführt. Diese ermöglicht es, kraftstoffinduzierte Übergangswiderstände über einen im Kombiinstrument abgelegten Algorith-

mus herauszurechnen. So wird eine maximale Zuverlässigkeit der Füllstandsanzeige erreicht.

2 Fördereinheit

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Der BERU Systems Hochtemperatursensor (HTS) mit Platin-Messwiderstand zeichnet sich durch kurze Ansprechzeiten und hohe mechanische Stabilität aus, arbeitet in einem Messbereich von -40 bis 1.000 °C und ist dank des geschlossenen Designs in nahezu jeder Einbaulage montierbar – bei Eintauchtiefen von 25 bis 70 mm und Biegewinkel von 0 bis 120°. Mehr über innovative und wirtschaftliche SensorikLösungen zur Temperatur- oder Bewegungsermittlung, mit und ohne integrierte Steuerung, maßgeschneidert oder standardisiert, in Groß- und Kleinserien erfahren Sie unter +49-7141-132-235. Oder per Mail: [email protected].

Mehr Fahrfreude

audi a6 EFFiziEnz unD LEicHtbAu

AutOREn entWicKlungsprämissen

dipl.-ing. gerd VerBecK

ist Leiter der Entwicklung Abgasanlagen bei der AuDi AG in ingolstadt.

dipl.-ing. Jens Kosyna

ist Projektverantwortlicher der Entwicklung Abgasanlagen des Audi A6 bei der AuDi AG in ingolstadt.

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Bei der Entwicklung der Abgasanlagen des neuen Audi A6 standen folgende Punkte im Fokus: : verringerter CO2-Ausstoß durch Leichtbau und geringen Abgasgegendruck : Erfüllung von heutigen und zukünftigen Abgasgesetzen weltweit : Konzeption der Abgasanlagen unter Nutzung des Modularen Längsbaukastens (MLB) : Variantenreduzierung : klassengerechter hoher Akustikkomfort bei gleichzeitig lastabhängigem sportlichen Klang : weitere Qualitätssteigerung und Lebensdauererhöhung.

KonZeption und modularer aufBau

Bei der Entwicklung der Abgasanlagen für den neuen Audi A6 stand der MLB im Vordergrund. In der Phase der Vorentwicklung wurden die Bauräume und Funktionen von bereits entwickelten Modulen in das Fahrzeugkonzept eingegliedert. Neuentwickelte Bauteile wurden konsequent für übergreifende Anwendung im MLB gestaltet und können somit auch in anderen Baureihen zum Einsatz kommen. Gegenüber dem bisherigen A6 konnte beim neuen A6 die Anzahl der Abgasanlagenvarianten drastisch verringert werden: Alle Abgasanlagen sind nun den

ABGASANLAGE Entwicklungsziele bei der Abgasanlage des neuen Audi A6 waren hauptsächlich, bauteilgewicht und Abgasgegendruck bei weiter verbessertem Akustikkomfort zu verringern. Gleichzeitig mussten strengere Abgasgrenzwerte und höhere Motorleistungen berücksichtigt werden. basis für die Abgasanlagen der verschiedenen Modelle des Audi A6 bildeten bereits entwickelte Module aus dem Modularen Längs bau kasten (MLb). neuentwickelte bauteile wurden konsequent für übergreifende Anwendung im MLb gestaltet und können somit in anderen baureihen zum Einsatz kommen.

MLB-Prämissen entsprechend getriebeunabhängig. Die Montage an die unterschiedlichen Getriebe wird durch standardisierte Anschraubkonsolen sichergestellt. Zudem haben die verschiedenen Karosserieformen der C-Baureihe nun identische (teilenummerngleiche) Abgasanlagen.

Durch den durchgängigen Einsatz von hochwertigen Edelstählen mit einem Chromanteil von mindestens 17 % und der Optimierung aller Bauteile durch FEMSimulationen konnten die Wandstärken beispielsweise von Abgasrohren, Schalldämpfern, Flanschen und Haltern deutlich verringert werden, 2. Mit diesen Verbesserungen konnten außerdem der Korrosions-

schutz und die Bauteillebensdauer weiter erhöht werden. Bei den Schalldämpferschalen wurde außerdem die Kontur mittels Ziehsimulationen optimiert, um geringere Wandstärken zu ermöglichen. Wie beim Vorgänger reduzieren auch beim neuen A6 Entkopplungselemente die Bauteilbelastungen der Abgasanlage. Die Elemente wurden im Detail optimiert.

geWichtseinsparung und leichtBau

Gegenüber dem Vorgänger konnte im Bereich der Abgasanlage eine deutliche Gewichtseinsparung erreicht werden, ➊, bei gleichzeitiger Leistungs- und Drehmomentsteigerung der Motoren und Erfüllung strengerer Abgasgrenzwerte. Januar 2011

Audi A6

➊ Gewichtsvergleich der kompletten Abgasanlagen mit allen Anbauteilen

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Audi A 6 Effizie nz un d Leichtbau

2 FEM-Simulation eines Halters der Abgasanlage

3 Modul aus Oxidationskatalysator und DPF für den V6-Dieselmotor

Katalysatoren und Dieselpartikelfilter

ramik 600 cpsi/2,5 mil zum Einsatz. Beim V6-Dieselmotor wurde der Bauraum für die Kombination aus dem Oxidationskatalysator und dem nachgeschalteten DPF-Modul optimal genutzt, 3; im Vordergrund der Entwicklung stand die maximale Volumenvergrößerung des Oxidationskatalysators bei gleichzeitig verbesserter Anströmung. Als Einströmtrichter wurde ein Feingußbauteil entwickelt, welches mittels CFD-Simulation optimiert wurde. Daraus resultiert ein sehr hoher Gleichverteilungsindex (γ>0,92), 4. Zusammen mit dem großen Partikelfilterdurchmesser von 178 mm konnte ein für Partikelfilter außergewöhnlich niedriger Abgasgegendruck erzielt werden.

Alle Abgasanlagen des neuen A6 zeichnen sich durch motornahe Otto- und Dieselkatalysatoren sowie motornahe Dieselpartikelfilter (DPF) mit daraus resultierenden schnellen Anspringzeiten und Gewichtsvorteilen aus. Zusammen mit großen Katalysator- und DPF-Volumina wird die Erfüllung von heutigen und zukünftigen Gesetzen sichergestellt. Die Katalysatoren für Ottomotoren werden als einstufige Bauteile mit Dünnwand-Keramikträgern in Rohrstopftechnik hergestellt. Im 2,8-l-V6-Ottomotor kommt erstmals eine Ultradünnwandke-

Entkopplungselement und Aufhängungssystem

Im neuen Audi A6 reduzieren Entkoppelelemente die Übertragung von Schwingungen in die Unterbodenstruktur. Daraus resultiert eine sehr gute akustische Isolation des Innenraums von der Abgasanlage. Zudem konnten Leichtbaupotenziale erschlossen werden, da die Aggregatbewegung von der restlichen Abgasanlage entkoppelt ist. Das Aufhängungssystem der Abgasanlage besteht je nach Motorisierung aus der Aufhängung am Getriebe, der Aufhängung zur Abstützung des Entkopplungselements, der Karosserieaufhängung am Fersblech im Bereich Mittel-

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gezielt Kontakte knüpfen.

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schalldämpfer, einer Aufhängung am Hilfsrahmen und der Nachschalldämpferaufhängung am Schließteil. Sämtliche verwendeten Aufhängungselemente sind standardisierte Bauteile des Modularen Längsbaukastens. Schalldämpfer

Das Hauptziel bei der Entwicklung der Schalldämpferanlage war die Erfüllung der gesetzlichen Geräuschvorgaben bezüglich Vorbeifahrt bei gleichzeitig attraktivem und klassengerechtem Klang sowie einem möglichst geringen Abgasgegendruck. Beim neuen Audi A6 kommen motorspezifische Mittel- und Nachschalldämpfer zum Einsatz, die zum größten Teil in Schalenbauweise ausgeführt sind. Für jede Motorisierung gibt es eine spezifische Schalldämpferabstimmung. Durch

4 Strömungsverteilung am Eingangs­ trichter des Oxidationskatalysators

5 Berechnungsergebnis Mündungsschall Januar 2011

Audi A6

strukturierte Oberflächen wird die Körperschallabstrahlung reduziert. Die Feinabstimmung von Sound, Gegendruck und Komfort wird über Variationen der Innenaufbauten sowie der zum Einsatz kommenden Entkopplung und Aufhängungen realisiert. Der Innenaufbau der Schalldämpfer und der daraus resultierende Mündungsschall wurden mit der Software „Wave“ berechnet, 5. Das Erstellen von Mündungsschall-Soundfiles mit Wave ermöglichte einen direkten Hörvergleich der berechneten Varianten. Bei der Berechnung wurden auch der Gegendruck und der dadurch resultierende Leistungseinfluss berücksichtigt. Durch die Genauigkeit der Simulation wurde es möglich, mit weniger Prototypenbaustufen zu einer sehr guten Schalldämpferabstimmung zu gelangen.

Audi A6 A erodynamik I Aero akustik

Aerodynamik und Aeroakustik Wichtige Entwicklungsziele bei Audi sind möglichst geringer Kraftstoffverbrauch und hoher Fahrkomfort. Die Aerodynamikentwicklung des Audi A6 fokussierte sich daher darauf, den Luftwiderstand im Vergleich zum Vorgängermodell weiter zu reduzieren. Darüber hinaus wurde der Aeroakustikkomfort auf ein Niveau gehoben, das einen Spitzenplatz unter den direkten Wettbewerbern sicherstellt.

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a u t o r en

Dr. Wolfgang Mayer

ist Projektleiter der A6-Modellreihe in der Entwicklung Aerodynamik/ Aeroakustik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Vorgänger setzt hohen MaSSstab

Der Premiumanspruch von Audi bedeutete für die Entwicklung von Aerodynamik und Aeroakustik des neuen Audi A6 einen Spitzenplatz im Wettbewerberumfeld als erklärtes Entwicklungsziel. Dabei war die Messlatte schon durch den Vorgänger sehr hoch gelegt. Mit dem A6 der sechsten Generation hatte Audi bereits eine der beliebtesten und leistungsfähigsten Businesslimousinen im Programm. Die Spitzenstellung, die der Vorgänger-A6 in den Bereichen Aeroakustik und Aerodynamik eingenommen hat, soll mit dem neuen A6 weiter ausgebaut werden.

Dipl.-Ing. (FH) Karsten Sebastian

ist Modellreihenverantwortlicher der C-Modellreihe in der Entwicklung Aerodynamik/Aeroakustik, Thermomanagement und Klimatisierung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Aerodynamik

Ausgehend von der anhaltenden CO2Diskussion und der bevorstehenden CO2Besteuerung war ein Hauptziel der Aerodynamikentwicklung, den Luftwiderstand im Vergleich zum Vorgängermodell weiter zu reduzieren. Dies war wegen der gewachsenen Abmessungen des neuen A6 eine besondere Herausforderung, doch konnte das für den Luftwiderstand relevante Produkt aus Stirnfläche A und Luftwiderstandsbeiwert cW deutlich gesenkt werden. Die Stirnfläche wuchs zugunsten eines größeren Innenraums, einer breiteren Spur und neuer gesetzlichen Anforderung an die Größe der Außenspiegel von 2,26 m2 auf 2,30 m2. Durch systematische Entwicklung wurde der cW-Wert von 0,28 auf 0,26 gesenkt und der Luftwiderstand cWA dadurch von 0,640 auf 0,605 reduziert, 1.

Der Fokus der Aerodynamikentwicklung lag nicht allein auf der Reduzierung des Luftwiderstands. Ein weiteres Entwicklungsziel waren niedrige Auftriebe an Vorder- und Hinterachse und eine ausgewogene Auftriebsverteilung, um so ein agiles und dynamisches Fahrverhalten verwirklichen zu können. Darüber hinaus war es ein Anliegen der Aerodynamikentwicklung, die erforderlichen Eingriffe in Fahrzeuggrundform und Proportionen auf ein Mindestmaß zu beschränken, um dem Design größtmögliche Freiheiten zu ermöglichen. Der Aerodynamikentwicklung lässt sich im Wesentlichen einteilen in: :: Grundformentwicklung und Außen­ hautoptimierung :: Entwicklung von Unterboden und Außenspiegel :: Optimierung der Kühlluftführung. Diese Schwerpunktthemen wiederum können den verschiedenen Phasen der Gesamtfahrzeugentwicklung zugeordnet werden. Trotz Verteilung der Entwicklungsschwerpunkte auf verschiedene Projektphasen müssen diese doch eng aufeinander abgestimmt entwickelt werden. Grundformentwicklung und AuSSenhautoptimierung

Mit dem Beginn der Konzeptphase werden Maßkonzept und Package des Fahrzeugs und dadurch die grundsätzlichen Proportionen festgelegt. Ausgehend von dieser Basis entstehen mehrere erste De­signentwürfe verschiedener Designer. Zusätzlich wird ein sogenanntes Technik-

1 Luftwiderstand des neuen Audi A6 im Vergleich zum Vorgänger und im Wettbewerberumfeld Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Aerodynamik I A ero akustik

modell erstellt, bei dem die Außenhaut lediglich den Packagevorgaben angepasst wird. Bereits diese Projektphase wurde von der Aerodynamikentwicklung intensiv begleitet. Mittels CFD-Simulationen konnten die aerodynamischen Eigenschaften der Designentwürfe bewertet werden. Parallel dazu wurde mit CFD-Simulationen die Grundform des Technikmodells in verschiedenen Parameterstudien auf aerodynamische Potenziale untersucht. Durch eine enge Vernetzung von Aerodynamik-, Fahrzeugdesign- und Fahrzeugkonzeptabteilung ist es gelungen, schon bei der Designfindung der Fahrzeuggrundform alle aerodynamisch relevanten Belange mit einfließen zu lassen. Nach einer Reduzierung der anfänglich zahlreichen Designentwürfe auf einige favorisierte Designs wurden im Zuge der weiteren Aerodynamikentwicklung mehrere Windkanalmodelle im Maßstab 1:4 aufgebaut. Diese Modelle bestehen aus einem Hartschaumkern und verfügen über eine Außenhaut aus Clay, um im Windkanal schnell Formänderungen durchführen zu können. Der Unterboden wurde vom Modularen Längsbaukasten abgeleitet und verfügte so über die richtigen Achsen und Anbauteile. Da bei Audi bereits die Modellentwicklung in einem Windkanal mit Bodensimulation durch­ geführt wird, sind die 1:4-Modelle mit drehenden Räder ausgerüstet. Wurden anfänglich noch mittels CFD-Simulatio­­nen Designentwürfe bewertet, begann mit Aufbau der Windkanalmodelle die gezielte aerodynamische Optimierung. Windkanalmessung und Strömungssimulation wurden so kombiniert, dass die Stärken beider Werkzeuge möglichst optimal genutzt wurden. Im Windkanal konnte in kurzer Zeit eine Vielzahl verschiedener Optimierungsschritte untersucht werden. Diese Optimierung wurde durch CFD-Simulationen intensiv begleitet. Anhand der Simulationsergebnisse war es möglich, die Strömungstopologie an kritischen Stellen zu visualisieren, was zu einem besseren Verständnis der jeweiligen Phänomene entscheidend beitrug. Diese Entwicklungsphase war vor allem durch eine sehr enge Zusammenarbeit mit den Designern geprägt. Mit Unterstützung der Aerodynamikingenieure konnten die Designentwürfe direkt im Windkanal weiterentwickelt und aerodynamisch optimiert werden. Diese enge Zusammenarbeit

76

2 Simulationsergebnisse mit und ohne Leuchtenspoiler im Vergleich

ermöglichte es, dass bereits bei der Verdichtung auf eine wesentliche Designrichtung eine Grundform entwickelt worden war, die eine sehr gute Ausgangsbasis für die aerodynamische Weiterentwicklung bot. In der nächsten Entwicklungsphase erfolgte ein Übergang von den Modellen im Maßstab 1:4 auf ein einziges 1:1-Windkanalmodell. Dieses Modell im Maßstab 1:1 ähnelt im Aufbau den 1:4-Modellen. Es verfügt über eine Außenhaut aus Clay, über die richtigen Achsen, welche aus dem Modularen Längsbaukasten zur Verfügung standen, und über einen realistisch gestalteten Unterboden. Im Gegensatz zu den 1:4-Modellen wurde das 1:1-Modell mit einem durchströmten Motorraum mit realistisch gestalteter Zu- und Abströmung aufgebaut. Dies war für diese nächste Optimierungsschleife zwingend erforderlich, da im Windkanal die Interaktion von Motorraumdurchströmung, Bodensimulation, Raddrehung und Fahrzeugumströmung wichtig für die weitere Optimierung der Außenhaut und die aerodynamische Wirksamkeit zahlreicher Detaillösungen ist.

Wie schon in der 1:4-Modellphase wurden auch in der 1:1-Phase die Windkanalmessungen mit umfangreichen CFD-Simulationen begleitet. Die erfolgreiche Kombination der beiden Werkzeuge bei der Außenhautoptimierung bewährte sich beispielsweise bei der Entwicklung des sogenannten Leuchtenspoilers. Um günstige aerodynamische Eigenschaften zu erreichen, ist eine Gestaltung des Heckabschlusses anzustreben, der ein Ablösen der Strömung an einer definierten Position sicherstellt. Das Ablösen der Strömung führt zu einem Druckanstieg im Nachlaufgebiet des Fahrzeugs, was wiederum eine Reduzierung des Luftwiderstands zur Folge hat. Simulationsergebnisse zeigten, dass sich beim A6 anfänglich die Strömung im Bereich der Rückleuchten zu spät ablöste und den Heckleuchtenbereich umströmte. Durch Integration einer Abrissleiste in die Rückleuchte, eines Leuchtenspoilers, konnte der angestrebte Strömungsabriss erreicht und dadurch das aerodynamische Verhalten verbessert werden, 2.

Unterbodenentwicklung

Bei der Entwicklung des Unterbodens mussten für den A6 sehr enge Randbedingungen eingehalten werden. Die A6 Limousine verfügt über die weitgehend identischen Technikkomponenten mit den gleichen Unterbodenverkleidungen wie der 2011 erscheinende A6 Avant und auch der kürzlich neu eingeführte A7. Um die Kosten durch Variantenreduzierung und mittels Stückzahleffekten möglichst niedrig zu halten, wurde ein einheitlicher Unterboden für diese drei Modelle angestrebt. Für die aerodynamische Auslegung des Unterbodens bedeutete dies, dass seine optimale Funktion an allen drei Karosserievarianten sichergestellt werden musste. Anspruchsvoll ist dies vor dem Hintergrund, dass sich die Grundformen „ Limousine“, „Coupé“ und „Vollheck“ der drei Modelle in ihrem aerodynamischen Verhalten stark unterscheiden können. Begonnen werden konnte mit der gezielten Optimierung des Unterbodens in der späten Konzeptphase, nach Aufbau eines 1:1-Windkanalmodells. Wichtig für die Unterbodenoptimierung ist eine realistische Unterbodenströmung. Diese wurde mittels eines durchströmten Windkanal­ models und der Bodensimulationstechnik im Audi Windkanal sichergestellt. An den ersten Prototypen und Vorserienfahrzeugen wurden im weiteren Fortgang der Entwicklung zahlreiche Detaillösungen erarbeitet und für die Serie abgesichert, 3.

3 Unterboden A6 Januar 2011

Audi A6

Ein aerodynamisch idealer Fahrzeugunterboden verfügt über eine durchgehend geschlossene, glatte Fläche, die hinter den Hinterrädern leicht ansteigt und dadurch einen Diffusor bildet. Soweit es die technischen Randbedingungen erlauben, wurde versucht, dieses Ideal beim A6 umzusetzen. Ein möglichst günstiger Einlauf der Strömung in den Unterboden wird durch die lange, dreiteilige Bugkapsel erreicht, die sich bis zum Ende des Getriebes ausdehnt. Durch die großflächigen Abdeckungen zwischen den Achsen wird die Strömung weitgehend ungestört zur Hinterachse geführt. Lediglich im Bereich des Getriebetunnels ist keine Abdeckung vorhanden. Diese wäre aus thermischen Gründen nur sehr aufwendig umsetzbar, zudem wird in diesem Bereich die abströmende Kühlluft in die Unterbodenströmung eingeleitet. Für frontgetriebene Fahrzeuge wird im Bereich der Hinterachse der Bauraum, der bei „quattro“Varianten vom Hinterachsdifferenzial eingenommen wird, durch eine zusätzliche Abdeckung glattflächig aufgefüllt. Bei Fahrzeugen mit einflutiger Abgasanlagen wird auch der Bauraum des zweiten Abgasstrangs durch eine Abdeckung verschlossen. Diese Abdeckung bildet mit der glattflächigen Reserveradmulde und der Abgasanlage den angestrebten Diffusor im Heckbereich. Zusammen mit der Frontspoilerlippe wird eine ausgewogene Auftriebsverteilung realisiert. Durch eine Kombination dieser Bauteile mit geome­ trisch optimierten Radspoilern an Vorder-

und Hinterachse und zusätzlichen Spoilerleisten an der Bugkapsel und der Tunnelstrebe kann die Strömung verlustarm über den Fahrzeugunterboden geführt werden. So ist es gelungen, mit einem aerodynamisch optimierten Unterboden den Luftwiderstand des Fahrzeugs um 10 % zu senken. AuSSenspiegelentwicklung

Die Gestaltung des Außenspiegels ist für die Aerodynamik von großer Bedeutung, da er die Umströmung des Fahrzeugs und damit die aerodynamischen Eigenschaften deutlich beeinflusst. Aus diesem Grund liegt ein Entwicklungsschwerpunkt auf der Gestaltung dieses Anbauteils. Neben der Aerodynamik haben Form und Details am Außenspiegel einen wesentlichen Einfluss auf die Aeroakustik des Fahrzeugs. Hinzu kommt, dass von der Spiegelgestaltung auch die Verschmutzung der Seitenscheibe und des Spiegelglases bestimmt wird. Um einen optimalen Kompromiss aus diesen Eigenschaftsanforderungen zu erreichen, müssen alle Eigenschaften pa­rallel entwickelt werden. Mit der Detailentwicklung am Außenspiegel wurde bereits bei Verfügbarkeit des 1:1-Windkanalmodells begonnen, damit für die weitere Erprobung schon zu Beginn der Prototypenphase Spiegel mit der richtigen Form zur Verfügung standen. Zu diesem Zweck wurde das Windkanalmodell unter anderem mit einer Frontscheibe und einer Wischeranlage ausgestattet, so dass Untersuchungen der Seitenscheiben- und der Spiegelglasverschmutzung an diesem Modell möglich waren. Die aerodynamische Optimierung der Spiegelform wurde parallel zu ersten Aeroakustikmessungen am Spiegel durchgeführt. Durch diese Parallelentwicklung entstand ein Spiegel, der über eine aerody­ namisch optimierte Grundform verfügt, die nur zirka 3 % des aerodynamischen Gesamtwiderstands ausmacht. Verglei­­­­che haben gezeigt, dass dieser Anteil in ungünstigen Fällen auf bis zu 7 % ansteigen kann. Integriert im Spiegel sind Detaillösungen, die dazu beitragen, das Spiegelglas und die Seitenscheibe bei Regen möglichst frei von Wasser zu halten, um so auch bei derartigen Witterungsverhältnissen freie Sicht auf den rückwärtigen Verkehr zu gewährleisten. So wird beispiels-

77

Audi A6 Aerodynamik I A ero akustik

4 Außenspiegel

weise durch die Nut in der Oberseite des Spiegelgehäuses das auftreffende Wasser nach außen abgeführt, 4. Dadurch wird verhindert, dass es über das Gehäuse fließt und dann das Spiegelglas verschmutzt. Die Stufe an der Spiegelgehäuseunterseite verändert die Strömung im Nachlaufgebiet des Spiegels derart, dass sie abtropfendes Wasser auf die Türbrüstung lenkt und so die Seitenscheibe von Wassertropfen weitgehend frei hält. Optimierte Kühlluftführung

Der Anteil der Motorraumdurchströmung am aerodynamischen Gesamtwiderstand kann in ungünstigen Fällen bis zu 15 % betragen. Ursache hierfür sind Leckagen, Reibungs- und Impulsverluste bei der Durchströmung des Motorraums sowie die Wechselwirkung der aus dem Motorraum austretenden Luft mit der Fahr­ zeugumströmung. Wie die aerodynamische Entwicklung der Fahrzeuggrundform, beginnt auch die Entwicklung von Aggregatekühlung und Fahrzeugklimatisierung und damit die Optimierung der Motorraumdurchströmung in der frühen Konzeptphase. Ein wesentlicher Auslegungsparameter für diese Eigenschaften ist der erforderliche Luftvolumenstrom. Ziel der Optimierung beim A6 war es, diesen Luftvolumenstrom möglichst verlustfrei durch den Motorraum zu führen und so ideal wie möglich in die Unterbodenströmung einzuleiten. Für diese Anforderung war die CFD-Simulation das ideale Entwicklungswerkzeug. Ausgehend von den Simulationsergebnissen ließ sich die Strömungstopologie analysieren und optimieren. Mit diesem Vor-

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gehen konnte die Motorraumdurchströmung sehr effizient ausgelegt werden. So wurde unter anderem erreicht, dass nahezu der gesamte Luftvolumenstrom über den Getriebetunnel abströmt und tangential und somit verlustarm in die Unterbodenströmung eingeleitet wird, 5. Die Größe des für Kühlung und Klimatisierung erforderlichen Luftvolumenstroms wurde anhand der für den A6 geplanten Maximalmotorisierungen und Ländervarianten (wie Heißland oder Kaltland) bestimmt. Aus dieser Anforderung konnte wiederum die benötigte Lufteintrittsfläche abgeleitet werden. Für bestimmte Motorund Ländervarianten, bei denen ein geringerer Luftvolumenstrom ausreichend ist, war es möglich, diese Lufteintrittsfläche zugunsten der Aerodynamik zu verkleinern.

Im Gegensatz zu verschiedenen Wettbewerbern kommt beim Audi A6 dazu kein aktives System einer Ziergitter- oder Lüfterjalousie zum Einsatz. Beim A6 werden Bereiche des „Singleframe“ durch entsprechende Einsätze im Ziergitter fest verschlossen und der einströmende Luftvolumenstrom so verringert, 6. Vergleichsmessungen haben gezeigt, dass diese Lösung ein vergleichbares aerodynamisches Potenzial bietet wie die bekannten aktiven Lösungen. Dabei ist der erforderliche technische Aufwand der gewählten Variante im A6, verglichen mit den Systemen der Wettbewerber, wesentlich geringer. Das macht diese Lösung kosteneffizienter. Um den erforderlichen Luftvolumenstrom auf das Mindestmaß begrenzen zu können, muss darüber hinaus sichergestellt sein, dass Leckageverluste bei der Zuströmung der Kühler nahezu ausgeschlossen werden. Dies wird durch eine optimierte Abdichtung des Kühlerumfeldes erreicht, ⑥. Mit den beschriebenen Maßnahmen wurden die Verluste bei der Motorraumdurchströmung deutlich reduziert und der daraus resultierende Luftwiderstandsanteil bis auf 6 % am aerodynamischen Gesamtwiderstand verringert. Erfolge der Aerodynamik­ entwicklung 7 verdeutlicht den Entwicklungsfort-

schritt, der beim neuen A6 durch die ­stetige, konsequente Entwicklung und

5 CFD-Simulation – Einströmung ins Ziergitter und Abströmung durch den Tunnel

6 Feste Ziergitterverschließung und Kühlerumfeldabdichtung

Detailoptimierung vom Beginn der Konzeptphase bis zur Serieneinführung erarbeitet wurde. Es gelang die Reduzierung des Luftwiderstandsbeiwertes von anfänglich cW=0,33 der ersten Designentwürfe auf cW=0,26 des Serienfahrzeugs. Dies bedeutet eine Verringerung des Luftwi­ derstands um 19 % beziehungsweise eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 6 g/ km. Im Neuen Europäischen Fahr­ zyklus (NEFZ) kommt das einer Einsparung des Kraftstoffverbrauchs von zirka 0,25 l/100 km gleich. Businesslimousinen werden regelmäßig zu Langstreckenfahrten auf der Autobahn genutzt. Bei einer durchschnittlichen Reisegeschwindigkeit von 130 km/h kann der Verbrauch mithilfe konsequent entwickelter Aerodynamik um 0,6 l/100 km (mit 3,0-l-Dieselmotor) reduziert werden. Bei höher motorisierten Fahrzeugen kann diese Einsparung bei 130 km/h auf bis zu 1,1 l/100 km steigen (Ottomotor mit 3,0 l Hubraum).

Sprachverständnis während der Fahrt, was beispielsweise beim Telefonieren wichtig ist. Der neue Audi A6 wird diesen Anforderungen mit seinen ausgereiften Abdicht- und Verglasungskonzepten sowie durch konsequente Detailoptimierung gerecht. Der Aeroakustikkomfort wurde auf ein Niveau gehoben, das einen Spitzenplatz unter den direkten Wettbewerbern sicherstellt und darüber hinaus auch im Bereich der Luxuslimousinen konkurrenzfähig ist. Windgeräusche werden im Allgemeinen als spektral breitbandiges Rauschen wahrgenommen und können verschiedene Ursachen haben. Entscheidend für den Qualitätseindruck ist, dass die einzelnen aeroakustischen Geräuschquellen nicht direkt geortet werden können und dass keine tonalen Anteile, wie sie zum Bei-

spiel bei einem Pfeifgeräusch auftreten, vorhanden sind. Für das subjektive Geräuschempfinden ist ein niedriges Geräuschniveau im Frequenzbereich von 1 bis 5 kHz wichtig, da die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs in diesem Frequenzbereich am größten ist. Als Werkzeug für die Aeroakustikentwicklung verfügt Audi über einen der leistungsfähigsten und leisesten Aeroakustik-Windkanäle weltweit. Mittels modernster Hohlspiegel- und Kunstkopfmesstechnik konnten schon in frühen Entwicklungsphasen Geräuschquellen am Fahrzeug identifiziert und aufgezeichnet werden. Ergänzt wurden diese objektiven Messungen durch Subjektivbewertungen der AeroakustikIngenieure. Anhand ihrer persönlichen Eindrücke von Lautstärke und Klangbild wurden die Messungen bewertet, zum

Aeroakustik

Windgeräusche sind ab einer Geschwindigkeit von zirka 120 km/h die dominierende Geräuschquelle im Fahrzeuginnenraum. Andere Geräusche wie Motor-, Antriebstrang- oder Rollgeräusche treten ab dieser Geschwindigkeit in den Hintergrund. Businesslimousinen wie der Audi A6 werden häufig und über längere Zeiträume in Geschwindigkeitsbereichen oberhalb 120 km/h bewegt. Für komfortables Fahren ist daher ein niedriges Windgeräuschniveau im Innenraum, auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, von großer Bedeutung. Außerdem sorgen niedrige Windgeräusche für ein gutes Januar 2011

Audi A6

7 Fortschritt der aerodynamischen Entwicklung über die Projektlaufzeit

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Audi A6 Aerodynamik I A ero akustik

8 Akustischer Hohlspiegel

Beispiel in Hörvergleichen im Akustikstudio oder im Windkanal beziehungsweise im Rahmen von Vergleichsfahrten, und Optimierungsmaßnahmen definiert. Um die hoch gesteckten Ziele der Aeroakustikentwicklung des A6 zu erreichen, sind folgende Schwerpunktthemen von Bedeutung: :: optimierte Fahrzeugumströmung :: Dichtkonzept :: Verglasungskonzept. Fahrzeugumströmung

Für eine ideale Aeroakustik muss die Luft ungestört um das Fahrzeug strömen können. Wird die Strömung gestört, kön-

nen sich Ablösezonen bilden, die als Geräuschquellen wahrgenommen werden. Derartige Ablösegebiete können an Karosserievorsprüngen wie an der Wasserfangleiste entstehen. Diese ist beim A6 abgerundet und verbessert so die Umströmung der A-Säule. In weit höherem Ausmaß als durch Vorsprünge der Karosserie wird die Strömung durch Anbauteile wie den Außenspiegel gestört. Dieser wird oft als aeroakustisch auffällig und störend wahrgenommen. Aus diesem Grund wurde besonderes Augenmerk auf die Entwicklung der Außenspiegelform gelegt. Neben technischen und stilistischen Anforderungen wird die aeroakustische Optimierung der Außen-

9 Vergleich des abgestrahlten Außengeräuschs – erster Spiegelentwurf (links) und Serienspiegel (rechts)

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spiegelform zusätzlich durch die Tatsache erschwert, dass der Spiegel gleichzeitig auch erheblichen Einfluss auf die Aerodynamik und die Seitenscheibenverschmutzung hat. Das Ziel der Außenspiegelentwicklung ist es daher, eine Spiegelform zu finden, die einen optimalen Kompromiss aller Eigenschaftsanforderungen darstellt. Begonnen wurde die Formentwicklung des Außenspiegels schon in der frühen Projektphase. Dazu wurden in Messungen am 1:1-Windkanalmodell verschiedene Spiegelformen parallel auf ihre aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften untersucht. Die Spiegelakustik lässt sich an diesem Windkanalmodell anhand von Hohlspiegelmessungen beurteilen. Dazu wird ein akustischer Hohlspiegel an die Traversiereinrichtung des Windkanals montiert und auf den Außenspiegel fokussiert, 8. So konnte der Schall aufgezeichnet werden, der bei der Umströmung des Spiegels entsteht und von diesem abgestrahlt wird, 9. Auf diese Weise wurden Aeroakustik und Aerodynamik des Außenspiegels parallel optimiert. Auch die für die Spiegelglasverschmutzung wichtigen Details wie die Nut an der Gehäuseoberseite konnten so sehr früh in den Spiegel integriert und aeroakustisch abgesichert werden. Durch diese sehr effektive Parallelentwicklung war es möglich eine Spiegelform zu finden, die nur eine geringe Erhöhung des Luftwiderstands zur Folge hat, die bei Regen eine saubere Seitenscheibe sicherstellt und die während der Fahrt akustisch nicht als auffällig oder gar störend wahrgenommen wird.

❿ Schnitt durch das Dichtsystem

⓫ Windgeräuschniveau des neuen Audi A6 im Wettbewerbsumfeld

den vorderen Türen 4,85 mm, an den hinteren 3,85 mm und an der festen Dreiecksscheibe 3,15 mm dick. Entsprechende Glasdicken finden sich so auch bei den Hauptwettbewerbern des A6 wieder und sind in dieser Klasse Standard. Die Frontscheibe, welche aus Verbundsicherheitsglas (VSG) besteht, verfügt über eine spezielle Akustik-Zwischenfolie (A-PVB). Auf diese Weise werden sowohl der strömungsbedingte Schalleintrag von vorne als auch die Geräusche des vorausfahrenden Verkehrs sehr wirkungsvoll reduziert und der Fahrkomfort gesteigert, ⓫. Die Kombination dieser Verglasung mit dem eingesetzten Türdichtkonzept ermöglicht es dem neuen A6, den Spitzenplatz im Wettbewerberumfeld einzunehmen. Mit der zweiten Verglasungssvariante, welche für den A6 als Sonderausstattung erhältlich ist, setzt sich der neue A6 deutlich von seinen direkten Wettbewerbern ab und senkt das Windgeräusch auf das Niveau aktueller Limousinen der Oberklasse mit spezieller Akustikverglasung. Bei dieser Variante kommen 5,13 mm dicke VSG-Türscheiben mit A-PVB-Zwischenfolie sowie feste Dreiecksscheiben aus herkömmlichem VSG-Glas (4,96 mm dick) zum Einsatz. Zur Steigerung des thermischen Komforts verfügt diese Verglasungsvariante zusätzlich über eine In­frarotbeschichtung, mit der die Aufheizung des Innenraums durch die Sonneneinstrahlung reduziert wird, ⓬. Eine vergleichbare Verglasungsvariante wird von keinem der Kernwettbewerber des neuen Audi A6 angeboten. Selbst in der Luxusklasse ist nicht für alle Fahrzeuge eine derartige Verglasung erhältlich. Vor diesem Hintergrund kann der neue Audi A6 als eine der leisesten Businesslimousinen der Premiumklasse bezeichnet werden.

A-Säule – als Fugendichtung ausgeführt ist,

Dichtkonzept

❿. Mit diesem Dichtkonzept und einer

Das Türkonzept des neuen Audi A6 ist vom Ende 2009 vorgestellten A8 abgeleitet. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger verfügt der neue A6 jetzt – wie der A8 – über Aluminiumtüren mit vergleichbarem Aufbau. Auch das Dichtkonzept ist vom A8 abgeleitet und profitiert von den Erkenntnissen, die bei seiner Entwicklung gewonnen wurden. Die Türen verfügen über zwei umlaufende Hauptdichtlinien, von denen eine karosserie-, die andere türfest montiert ist. Diese werden durch eine dritte Dichtlinie ergänzt, welche – außer an der Türfuge der Januar 2011

Audi A6

sorgfältigen Abstimmung von Fensterführungen, Fensterschachtleisten und der Abdichtung des Spiegeldreiecks ist es gelungen, den Aeroakustikkomfort des Vorgängers noch weiter zu steigern. Verglasungskonzept

Für die Tür- und Seitenscheiben des neuen Audi A6 sind zwei unterschiedliche Glasvarianten erhältlich. Die Serienvariante ist mit ESG-Scheiben (EinscheibenSicherheitsglas) ausgerüstet. Diese sind an

⓬ Aufbau Dämm-Akustikglas

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Audi A6 ThermomanaGemenT

THERMOMANAGEMENT UND INNENRAUMKLIMATISIERUNG Thermomanagement und Innenraumklimatisierung sind funktional eng miteinander vernetzt und beeinflussen sich über Durchströmung und energiebilanzen gegenseitig. Beim neuen audi a6 wurden die beiden Systeme gemeinsam betrachtet und optimiert. Damit konnte die effizienz der Systeme erhöht werden. Zudem wurden Fahrzeug-, Bedien- und Innenraumkomfort weiter gesteigert.

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aUToren

dipl.-inG. (fh) kArsten seBAstiAn

ist modellreihenverantwortlicher der C-modellreihe in der entwicklung aerodynamik/aeroakustik, Thermomanagement und Klimatisierung bei der aUDI aG in Ingolstadt.

dipl.-inG. christoph kurdzel

ist Teamkoordinator in der Technischen entwicklung Klimageräte für die C-/D-modellreihe bei der aUDI aG in Ingolstadt.

dr. techn. klAus mArtin

ist verantwortlich für die entwicklung des Kältekreislaufs der C-modellreihe bei der aUDI aG in Ingolstadt.

entwicklunGsziele komfort und VerBrAuch

Bei der Entwicklung von Thermomanagement, Klimatisierung und Aerodynamik des neuen Audi A6 lagen die Schwerpunkte darin, den für Kunden erlebbaren Fahrzeug-, Bedien- und Innenraumkomfort zu optimieren. Das Augenmerk wurde zudem auf hohe Energieeffizienz gerichtet, die sich in geringerem Kraftstoffverbrauch beziehungsweise reduziertem CO2Ausstoß des Fahrzeugs bemerkbar macht. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs stand, neben der Gewichtseinsparung und Effizienzsteigerung von Einzelbauteilen durch innovative Detaillösungen, vor allem eine optimale Abstimmung aller Komponenten aufeinander als oberste Priorität im Lastenheft. Von der Fahrzeugumströmung, den Lufteintritten über Kältekreis und Kühlungsmodul im Frontend bis hin zu Klimagerät inklusive Regelstrategie sowie Be- und Entlüftung im Fahrzeuginnenraum sind alle Umfänge funktional eng miteinander vernetzt. Über Durchströmung und Energiebilanzen beeinflussen sich diese Systeme gegenseitig in ihrer Wirkung, daher wurden sie gesamtheitlich betrachtet. kühlunGsmodul

dipl.-inG. rAlph kirchhoff

ist verantwortlich für die entwicklung der Klimaregelung der C-modellreihe bei der aUDI aG in Ingolstadt.

Januar 2011

audi a6

Das Kühlungsmodul des Modularen Längsbaukastens, das bereits im A4, A5, Q5 und A8 im Einsatz ist, wurde für den neuen A6 hinsichtlich Fahrzeugeffizienz weiterentwickelt. In der Basisversion besteht das Kühlungsmodul aus Klimakondensator, Hauptwasserkühler, Gebläsemodul und Umfeldabdichtung, 1. Je nach Motorvariante lässt sich dieser Umfang modular um einen Ladeluftkühler in der Fahrzeugfront beziehungsweise einen Niedertemperaturkühler erweitern. Das Gesamtmodul wurde unter der Prämisse entwickelt, möglichst kompakt zu sein, vor allem bei der Bautiefe in Fahrtrichtung. Der Klimakondensator der hocheffizienten Klimaanlage ist dazu einer der Schlüsselfaktoren. Einen wesentlichen Beitrag zur Effizienzsteigerung liefern neue Fertigungstechnologien und eine konsequente Optimierung der gesamten Kühlluftstrecke, von den Lufteinlässen in den Ziergittern bis in den Bereich des Verbrennungsmotorraums und Getriebetunnels. So wurde die Lamellendichte des

Hauptwasserkühlers um zirka 22 % reduziert (für leistungsstarke Motorisierung) und dessen Lamellenbild auf das des Klimakondensators abgestimmt, was zu einer deutlichen Entdrosselung und damit zu einer besseren Durchströmung des Kühlungsmoduls führt. GetrieBeÖltemperierunG

Einen weiteren Anteil zur Effizienzsteigerung leistet die neu entwickelte Getriebeölheizung beziehungsweise Getriebeölkonditionierung, die den Verbrauch sowohl im Kundenbetrieb bei eingeschalteter Klimaanlage als auch im NEFZ reduziert. Um im Warmlauf beziehungsweise Kaltstart eine Getriebeölheizung durch die bisher ungenutzte Motorabwärme realisieren zu können, musste der Kühl- beziehungsweise Heizkreislauf aller im A6 eingesetzten Aggregate erweitert und modifiziert werden. Zur Umsetzung wurde neben einer intelligenten Softwarearchitektur vor allem auch eine Neuentwicklung geeigneter Schaltventile notwendig. Dabei fiel die Entscheidung auf das Bauprinzip des Magnetventils, das alle gestellten Anforderungen bezüglich Bauraum, Gewicht, Funktionalität, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit erfüllt. Der spezielle Fokus bei der Entwicklung galt einerseits den hydraulischen Vorgaben und einer FailSafe-Funktion. Andererseits wurde eine niedrige elektrische Stromaufnahme realisiert, die sowohl beim Schaltvorgang als auch im Haltezustand bis zu 60 % geringer ist als die von Standardventilen der Automobilindustrie. Durch die kompakte Bauweise des Ventils konnte bis zu 20 % Gewicht im Vergleich zu Standardventilen eingespart werden. Mittels dieser Ventile und einer darauf abgestimmten Logik kann der Wärmetauscher am Getriebe zu geeigneten Zeitpunkten einerseits mit Warmwasser zur gezielten Aufheizung, andererseits mit kaltem Wasser zur Konditionierung beziehungsweise zum Betrieb im idealen Temperaturbereich versorgt werden. Um im Kundenbetrieb (beispielsweise bei eingeschalteter Klimaanlage) das Entwicklungsziel der Verbrauchsreduzierung zu erreichen, wird über eine entsprechende Software im Klimabedienteil die Verteilung des Wärmestroms zur Innenraumklimatisierung und Getriebeölhei-

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Audi A6 Thermomanagement

1 Komponenten des Kühlungsmoduls

zung zielgerichtet und optimal gesteu­ert. Im neuen A6 ist ein idealer Kompro­miss zwischen Innenraumkomfort und Antriebstrangeffizienz gelungen. Es gibt somit einerseits für den Kunden keinerlei Komforteinbußen, andererseits wurde die Effizienz maximiert und damit der Verbrauch um bis zu 3 g CO2/km reduziert. Die Freigabe der Getriebeölheizung ist von der Außentemperatur und somit von der Priorisierung Komfort/Effizienz abhängig, 2. Bei Minus­temperaturen wird ein längerer Zeitraum benötigt, bis eine Komforttemperatur im Innenraum erreicht ist. Anschließend wird die Getriebeölheizung freigegeben. Verkürzt sich der Aufheizzeitraum des Innenraums, wird die Getriebeölheizung wesentlich früher aktiv.

die Stromaufnahme bei gleicher Luftleistung reduziert. Zusätzlich verlängern die effizientere Wirkungsweise, die geringere Stromaufnahme sowie die reduzierten Ansteuerungszeiten des bürstenlosen Lüfters die Stoppzeit im Start-Stopp-Fahrbetrieb. Über den gesamten Betriebstemperaturbereich wirken sich die Eigenschaften des bürstenlosen Motors positiv

Bürstenloser Elektrolüfter

Um die erforderliche Luftleistung des Kühlungsmoduls für die Anforderungen des Thermomanagements und auch der Klimatisierung in allen Fahrsituationen sicherstellen zu können, sind vier unterschiedliche Gebläsemodule im Einsatz, je nach Leistungsklasse, Antriebsstrang und Sonderausstattung. Hierbei wurde im Vergleich zum Vorgänger auf einen effizienten bürstenlosen Elektrolüfter gesetzt, ①. Aufgrund des höheren Wirkungsgrads und der stufenlosen Ansteuerung wird

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2 Temperaturverlauf Innenraum/Getriebe

auf den Kraftstoffverbrauch aus. Eine Reduzierung von bis zu 0,1 l/100 km ist realisierbar. Die stufenlose Ansteuerung des Gebläsemoduls verbessert auch den Komfort. Es werden nur exakt die Drehzahlen des Lüfters eingestellt, die für die jeweilige Anforderung minimal notwendig sind. Somit werden unnötige akustische Emissionen vermieden.

3 Umfeldabdichtung

Gewichtsoptimierte Umfeldabdichtung

Um eine effiziente An- und Durchströmung des Kühlungsmoduls ohne Leckluft und Rezirkulation von warmer Luft aus dem Motorraum zu gewährleisten, wurden die Bauteile der Umfeldabdichtung, unter anderem die am Hauptwasserkühler befestigten Luftleitteile, 3, konstruktiv exakt aufeinander abgestimmt. Das Kühlungsmodul wurde in Detailarbeit an den Übergangsstellen (Kühler, Leitungsdurchtritte, Stoßfänger, -querträger und Ladeluftkühler) abgedichtet und mit den oberen und unteren Abdichtprofilen zu einer äußerst wirksamen, ganzheitlichen Luftführung weiterentwickelt. Die Umfeldabdichtung wurde nicht nur in ihrer Funktion, sondern auch hinsichtlich ihres Gewichts optimiert. Die beiden Luftleitteile haben den größten Anteil am Gesamtgewicht. Sie konnten – ohne Beeinträchtigung der Funktionalität – konstruktiv auf weniger als 1 mm Wandstärke ausgelegt werden. Sie bestehen aus hoch fließfähigem Kunststoff und werden mit einem besonderen Kunststoffspritzgießverfahren gefertigt. Dabei sind die Anordnung des Heißkanalsystems, die Schließkraft des Werkzeugs und der Einspritzdruck spe­ ziell aufeinander abgestimmt. Somit wurde im Vergleich zum Vorgänger das Januar 2011

Audi A6

Gewicht der Umfeldabdichtung bis zu 50 % (0,4 kg) reduziert und zusätzlich der Luftwiderstand verringert. Ausgleichbehälter mit Kunststoffsensorik

Um Kunden vor größeren Motorschäden zu schützen, zeigt eine Warnlampe im Kombiinstrument eine zu geringe Kühlmittelfüllmenge im Ausgleichbehälter

an. Bei Audi Modellen wurde dazu bisher ein Ausgleichbehälter mit einer Sensorik aus Edelstahlkontakten eingesetzt. Erstmals bei Audi ist im neuen A6 eine Sensorik aus einem speziell entwickelten, leitenden Kunststoff in den Ausgleichbehälter integriert, 4. Im Unterschied zu Edelstahlkontakten können die Kunststoffkontakte während des Fertigungsprozesses direkt in die Ober- oder Unterschale des Ausgleichbehälters ein-

4 Ausgleichbehälter mit Kunststoffsensorik

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Audi A6 Thermomanagement

Innenraumklimatisierung

Hauptentwicklungsziele bei der Auslegung der Innenraumklimatisierung waren, den Komfort zu erhöhen und Energieverbrauch sowie Gewicht zu reduzieren. Der Komfort für den Kunden wird zum einen durch akustisch optimierte Klimageräte gesteigert, zum anderen wurde die Anzahl der kundenindividuell einstellbaren Klimakomfortzonen erweitert, 5. Der neue A6 bietet dem Kunden ein Angebot aus Zwei- oder Vierzonenklimatisierung. Kältekreislauf

5 Innenraumklimatisierung

gespritzt werden. Zudem sind ihre Geometrie und Position im Behälter frei wählbar. Dadurch konnte der Automatisierungsgrad in der Fertigung erhöht

werden. Neben dem Potenzial der Gewichtseinsparung sind die Einzel- ­­ und Fertigungskosten deutlich redu­ziert worden.

Es ist Strategie von Audi, Klimasysteme hinsichtlich hoher Effizienz zu entwickeln, um den durch sie verursachten Kraftstoffmehrverbrauch beziehungsweise CO2-Ausstoß zu minimieren. Diese Strategie wurde bei der Entwicklung des Kältekreislaufs für den neuen A6 konsequent fortgesetzt. Aufbauend auf dem Package des Modularen Längsbaukastens von A4, A5, Q5 und A8 wurden in den Kältekreis

6 Aufbau des Kältekreislaufs im Fahrzeug

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7 Steigerung der Verdampfungsenthalpie durch TXV-Setting und inneren Wärmetauscher

8 Effizienzsteigerung des A6-Kältekreislaufs gegenüber dem aktuellen Audi A4 auf Basis von Prüfstandsmessungen

9 Klimamenü auf dem MMI-Bildschirm Januar 2011

Audi A6

des A6 die hocheffizienten Komponenten Verdampfer und innerer Wärmetauscher (IWT) aus dem Audi A8 mit einem 140-ccm³-Verdichter mit Ölabscheider integriert, 6. Aufgrund der hohen Systemeffizienz ist im neuen A6 sowohl für die Zwei- als auch die Vierzonen-Klimaanlage ein Kondensator mit einer Fläche von 22 dm², wie im A4 und Q5, ausreichend. Dies macht das gesamte Wärmetauschermodul sehr kompakt. Einen Anteil an der gestiegenen Effizienz hat der Kompressor mit Ölabscheider, auf den ein wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt gelegt wurde. Bei diesem System konnte der umlaufende Ölmassenstrom in einem großen Drehzahlbereich um zwei Drittel reduziert werden. Zudem konnte die im Verdampfer genutzte Enthalpiedifferenz vergrößert und so der Kältemittelmassenstrom reduziert werden. Einen wesentlichen Beitrag hierzu liefert ein innerer Wärmetauscher (IWT), 7. Analog zu Audi A4, A5, Q5 und A8 kommt im A6 ein innerer Wärmetauscher in Koaxialbauweise und Gegenstromprinzip zum Einsatz. Er überträgt einen Wärmestrom von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite und senkt dadurch die Eintrittsenthalpie des Kältemittels in den Verdampfer ab. Zur weiteren Steigerung der Enthalpiedifferenz am Verdampfer wurde die Kennlinie des thermostatischen Expansionsventils (TXV) gegenüber anderen Audi Modellen nochmals verbessert. Die Abstimmung des Expansionsorgans (TXVs) wurde konsequent auf Überhitzung des Kältemittels nach Verdampfer getrimmt, um so den gewünschten Zugewinn an Verdampfungsenthalpie zu gewährleisten. Dies konnte durch eine sogenannte Parallelfüllung des Steuerkopfs erreicht werden. Diese gewährleistet, dass die Kennlinie des TXVs und die Sättigungslinie des Kältemittels parallel verlaufen und somit der Verdampferaustritt grundsätzlich im überhitzten Bereich liegt. Alle diese Maßnahmen, verbunden mit einer Wärmetauschertechnik, die hinsichtlich Leistungsdichte und -gewicht derzeit Maßstäbe setzt, führen dazu, dass beim neuen A6 der vom Kältekreislauf verursachte Kraftstoffmehrverbrauch im Vergleich zum aktuellen Maßstab beim Audi A4 bei gleichem Package und gleicher Leistung im Mittel um 17 % gesenkt werden konnte, 8. Damit setzt der Kältekreislauf im A6 neue Maßstäbe hinsichtlich

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Audi A6 Thermomanagement

Kälteleistung und Effizienz. Der hoch­ effiziente Kältekreislauf kann den CO2Ausstoß des Fahrzeugs um bis zu 8 g/km reduzieren. Klimabedienkonzept

Ziel bei der Entwicklung des Bedienkonzepts der Klimaanlage war es, ein in allen Zielmärkten gleichermaßen verständliches, intuitives und anwenderfreundliches System zu schaffen, mit dem der Kunde möglichst einfach und komfortabel seine individuellen Einstellungen vorzunehmen kann. Alle wichtigen Klimafunktionen wie Temperaturwahl, Defrost-Funktion, Heckscheibenheizung und Umluftschaltung liegen im Direktzugriff, das heißt sie können von den Passagieren direkt an der Klimabedieneinheit angewählt werden. Neu ist die vereinfachte Bedienung der Sitzheizung und der Sitzlüftung. Durch wiederholtes Drücken der entsprechenden Tasten werden jeweils drei Stufen direkt eingestellt. Die Rückmeldung erfolgt über Leuchtdioden. Funktionen und Einstellungen, die eher selten verändert werden, sind im Klimamenü des „MMI“ zu finden, 9. Darunter fallen Klimatisierungsstile, Luftgütesensor, Fußraumtemperierung, Zuheizsysteme bei Dieselmotorisierungen, Standheizung/ Standlüftung und die Fernbedienung der Klimazonen im Fond. Die Serienausstattung des neuen Audi A6 bietet eine vollautomatische Zwei­ zonen-Klimatisierung mit links/rechts getrennter Temperaturregelung, sowie zentraler Luftmengensteuerung und Luftverteilung, ❿. In der optional erhältlichen Klimakomfortausstattung mit vier Klimazonen können die Fondraumpassagiere über eine zweite Bedieneinheit in der Mittelkonsole, ⓫, den Klimakomfort individuell einstellen. Die linke und rechte Fondraumseite können in Temperatur, Luftmenge und -verteilung unabhängig voneinander eingestellt werden. Somit wird auch den Fondpassagieren Klimakomfort auf höchstem Niveau geboten, der dem der Frontpassagiere gleichwertig ist. Die Einstellungen der Klimazonen werden im jeweiligen Display dargestellt. Zusätzlich werden Verstellungen an den beiden vorderen Klimazonen im MMIDisplay mit „Pop-ups“ kurz angezeigt. Die Blickänderung des Fahrers ist damit

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gering und er kann seine Aufmerksamkeit weiter auf die Straße richten. Die „SYNC“Taste bietet die Möglichkeit, die vier Klimazonen übersichtlich und zentral zu steuern. Mit nur einem Tastendruck werden alle Zonen auf die Einstellungen des Fahrers eingestellt und für weitere Verstellungen angekoppelt. Die optional erhältliche Standheizung erhielt ein neues Bedienkonzept. Muss bei herkömmlichen Standheizungssystemen jeweils die Einschaltzeit und die Betriebsdauer der Standheizung festgelegt werden, so wählt der Kunde beim neuen A6 lediglich den Zeitpunkt, zu dem er losfahren möchte. Vollautomatisch bestimmt die intelligente Steuerung nun, wann die Standheizung eingeschaltet werden muss, um eine ideale und gleichzeitig energieoptimierte Heizdauer zu gewährleisten. Damit entfallen unnötig lange Laufzeiten der Standheizung. Im MMI-Menü stehen dem Kunden zwei Betriebsmodi der Standheizung zur Auswahl. Im Modus „warm“ werden die Scheiben abgetaut und der Innenraum aufgeheizt. Der Modus „abtauen“ entfrostet lediglich die Scheiben. Klimakomfortregelung

Bei der Klimaregelung wurden bewährte Funktionen weiter optimiert und neue Techniken für einen komfortableren und effizienteren Betrieb eingeführt. Eine Volumenstromregelung bietet eine gezieltere Steuerung des Klimakomforts. Das neue Energie- und Luftfeuchtemanagement ermöglicht einen verbrauchsoptimierten Betrieb der Klimaanlage. Die Klimaregelung ermittelt die Temperatur der Innenraumluft mit einem unbelüfteten Innenraumluftfühler. Der Fühler erfasst zunächst die Bauteiltemperaturen

❿ Bedienteil der Zweizonen-Klimatisierung (Serie)

in der Mittelkonsole. Über einen Rechenalgorithmus wird die eigentliche Lufttemperatur im Innenraum ermittelt. Um den Energieeintrag der Sonne in den Fahrzeug­ innenraum zu erfassen, kommt ein Zweizonen-Infrarotsolarsensor zum Einsatz. Aus den gemessenen Sensorwerten und der eingestellten Wunschtemperatur wird die zuzuführende Luftmenge und Lufttemperatur für jede Klimazone separat errechnet. Die Zulufttemperaturen für jede Zone werden über eine Temperaturmischluftklappe und zwei Ausblaslufttemperaturfühler geregelt. Eine Volumenstromregelung passt die Luftmengen und die Luftverteilung komfortabel und feindosiert an. Unter Berücksichtigung der Luftwiderstände des Lüftungssystems lenkt sie die aufbereitete Luft über die Luftverteilklappen zu den gewünschten Auslässen. Das Gebläse wird dabei stets auf die minimal mögliche und damit akustisch optimale Drehzahl eingestellt. Werden bei seitlich einfallender Sonne nur ein Teil der Passagiere beschienen, so erhöht die Volumenstromregelung die Luftmenge gezielt in den entsprechenden Klimazonen. Um den Klimakomfort den unterschiedlichen Bedürfnissen der Passagiere anzupassen, können im Klimatisierungsmenü des MMI-Bildschirms die Funktionen „Klimastile“ und „Fußraumtemperierung“ ausgewählt werden. Der Klimastil „sanft“ ermöglicht einen nahezu zugfreien Betrieb mit reduzierten Luftgeschwindigkeiten. Der Klimastil „intensiv“ kühlt den Innenraum stärker ab und bietet eine erhöhte Konvektion. Mit der „Fußraumtemperierung“ kann im Winterbetrieb die Aufheizung der Fußräume individuell gesteuert werden. Die Regelung des Kältekreislaufs wurde energetisch optimiert und bein­

⓫ Bedienteile der Vierzonen-Klimatisierung Front/Fond (Option)

haltet ein umfangreiches Energie- und Luftfeuchtemanagement. Ein Taupunktsensor im Innenraum erfasst sowohl die Beschlagneigung der Scheiben als auch die für den Komfort relevante Raumluftfeuchte. Der Klimakompressor kann damit bedarfsgerecht zurückgeregelt werden. Im Sommerbetrieb wird mithilfe der Luftfeuchtesensorik der Energiegehalt der angesaugten Außen- und Umluft erfasst. Die Klimaanlage kann nun die Luft mit dem geringeren Energiegehalt Januar 2011

Audi A6

ansaugen, wodurch der Kältekreislauf weniger belastet wird und seine Leistungsaufnahme sinkt. Ohne den Komfort einzuschränken, können damit für Mitteleuropa zusätzlich Kraftstoffeinsparungen von 0,05 l/100 km erzielt werden, für Länder in wärmeren Klimazonen fallen die Einsparungen höher aus. Die Außenluftenthalpie wird dabei durch einen neu entwickelten Luftfeuchte- und Temperaturfühler in der Luftansaugung erfasst. In der Komfortausstattung wird

dieser Sensor um einen Luftgütesensor erweitert, ⓬. Bei Fahrzeugen, die mit dem „effi­ ciency“-Modus ausgestattet sind, erlaubt der Klimastil „ECO“ zusätzliche Einsparungen. Die Klimaregelung läuft hier verbrauchsoptimiert. Aufheiz- und Abkühlvorgänge verlaufen langsamer, womit die Leistungsaufnahmen von Klimakompressor und Zuheizmaßnahmen reduziert werden. Eine sehr angenehme Funktion in den Wintermonaten ist die Nutzung der Restwärme bei abgestelltem Fahrzeug. Wählt der Kunde sie an, fördert eine elektrische Zusatzwasserpumpe das warme Kühlwasser im Motor durch den Heizungswärmetauscher. So kann im Stand die vorhandene Wärmeenergie des Motors dazu genutzt werden, die Innenraumtemperatur möglichst lange auf einem angenehmen Niveau zu halten. Motorabhängig wird die Zusatzwasserpumpe auch als Nachlaufpumpe eingesetzt. Nach Abstellen des Motors wird damit der Kühlwasserstrom zur Kühlung von Motorbauteilen aufrechterhalten. Im Rahmen der Start-Stopp-Funktion überwacht die Klimaregelung den Klimakomfort und die Beschlagneigung der Scheiben. In der Stopp-Phase werden bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor weder Heizwärme noch Klimakälte produziert. Erkennt die Klimaregelung zu hohe oder tiefe Innenraumtemperaturen, kann sie den Wiederstart des Verbrennungsmotors anfordern. Um lange Stoppzeiten zu ermöglichen, wird im Heizbetrieb die elektrische Zusatzwasserpumpe im Kühlwasserkreislauf betrieben. Damit steht auch bei minutenlangen Stopp-Phasen ausreichend Heizleistung zur Verfügung. Im sommerlichen Kühlbetrieb entscheidet die Klimaregelung anhand einer energetischen Betrachtung der angesaugten Luftströme, ob mit höherem Umluftanteil eine längere Stoppdauer erreicht werden kann. Klimageräte und Belüftungssystem

Bei der Entwicklung der Klimageräte und des Belüftungssystems wurden die drei Hauptentwicklungsziele – Steigerung des Kundenkomforts sowie Reduzierung von Energieverbrauch und Gewicht – im Vergleich zum Vorgängermodell fortgeschrie-

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Audi A6 Thermomanagement

⓬ Kombisensor für Luftfeuchte, -temperatur und -güte im Luftansaugtrakt der Klimaanlage

ben und konsequent umgesetzt. Zu Beginn der Entwicklung sowie entwicklungsbegleitend wurde das komplette Belüftungssystem inklusive der Klimageräte strömungstechnisch simuliert und optimiert. So konnten die Druckverluste aller luftführen-

den Bauteile optimiert und die Bauteile aufeinander abgestimmt werden. Dies bildet die Voraussetzung, um die Volumenstromregelung realisieren zu können. Mithilfe von CFD-Simulationen konnte beispielsweise das Defrostsystem derart

⓭ Stromlinien und Isotachen der Variante mit Head-up Display

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optimiert werden, dass der gewohnte Audi Standard, Front und Seitenscheiben zu jeder Zeit beschlagfrei zu halten, selbst bei der Ausstattungsvariante mit „Headup Display“ gewährleistet ist, obwohl diese nur ein Kanalsystem besitzt, ⓭.

Im neuen Audi A6 ist optional zur Zweizonen-Klimatisierung eine Vierzonen-Klimatisierung erhältlich. Bei dieser können in jeder Zone Lufttemperatur, Menge und Verteilung unabhängig eingeregelt werden. Bei der Vierzonen-Klimatisierung können die Fondraumpassagiere über eine zweite Bedieneinheit in der Mittelkonsole das Klima individuell einstellen. Die Temperatur, die Luftmenge sowie die Luftverteilung können automatisch oder manuell für die linke und rechte Fondraumseite jeweils getrennt geregelt werden. Somit wird auch den Fondpassagieren Klimakomfort auf höchstem Niveau geboten, der dem der Frontpassagiere gleichwertig ist. Mit diesem Funktionsumfang im Fond setzt der neue Audi A6 Maßstäbe im Wettbewerbsumfeld der Premiumanbieter des C-Segments. Die Funktion wird ermöglicht, da für jede Zone eine eigene Temperaturklappe im Klimagerät vorgesehen ist und die Luftverteilungsklappen einzeln angesteuert werden können. Die Einstellung der Luftmenge für die Fondzonen erfolgt nicht, wie zum Teil von Wettbewerbern umgesetzt, durch zusätzliche Gebläse, sondern durch eine Luftvolumenstromregelung. Die für diese Regelung notwendigen, einzeln einstellbaren Temperatur- und Luftverteilungsklappen werden von intelli­genten und akustisch optimierten Schritt­motoren angesteuert. Durch diese hochgradige Funktionsintegration in das Klimagerät und den Verzicht auf Zusatzgebläse bleibt dem Kunden der Raum in der Mittelkonsole als Ablagemöglichkeit erhalten. Weniger Immissionen

Die Fokussierung auf maximalen Kundennutzen und -komfort wird auch dadurch unterstrichen, dass in allen Klimageräten des neuen Audi A6 bereits serienmäßig Feinstaubinnenraumfilter mit Aktivkohle zum Einsatz kommen. Somit werden nicht nur unangenehme Pollen- und Grobstäube gefiltert, sondern auch Feinstäube und Schadgase aus dem Innenraum ferngehalten. Die neu entwickelten Klimageräte erweitern den bereits im Audi A8 eingesetzten modularen Klimagerätebaukasten nach unten und decken den Einsatzbereich von

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Audi A6

⓮ Vergleich Gleichstrommotor mit Bürsten/bürstenlos

⓯ Gesamtschallpegel Klimagerät

der Zweizonen- bis zur optio­nalen Vierzonen-Klimatisierung ab. Wesentliche Komponenten der Klimageräte werden im Zuge dieses modularen Konstruktionskonzepts übernommen. So wird beispielsweise im neuen Audi A6 der gleiche, effiziente bürstenlose Gebläsemotor (EC) wie im Audi A8 verwendet. Im Vergleich mit dem A6-Vorgänger weist er einen um 3 A geringeren Stromverbrauch über den kundenrelevanten Betriebsbereich auf, ⓮. Damit wird der Kraftstoffverbrauch für den Kunden weiter reduziert und der CO2-Ausstoß um 1 g/km gesenkt. Neben der energetisch optimierten Auslegung der Klimageräte wurde ein

besonderes Augenmerk auf die Optimierung der Gesamtakustik gelegt. Insbesondere im akustisch sensiblen StartStopp-Betrieb während der Standphase konnten die Geräusche reduziert und der Komfort gesteigert werden. Durch Detailoptimierungen an Motorlagerung, Gebläserad, Druckzunge, Kanalquerschnitten, Luftleitvorrichtungen und Klappen sowie den Stellmotoren konnten akustisch auffällige Quellen merklich reduziert werden. Der Geräuschgesamtpegel der Klimageräte konnte gegenüber dem Vorgänger im spezifizierten Messpunkt somit in Summe um 5 dB(A) reduziert werden, ⓯.

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Audi A6 Fa hrdynamik

Das Fahrwerk Das Ziel bei der Entwicklung des Fahrwerks für den neuen Audi A6 bestand darin, Fahrdynamik und -komfort auf hohem Niveau zu steigern. Auf Basis des Modularen Längsbaukastens wurden dazu bewährte Komponenten gezielt weiterentwickelt und Innovationen wie die radselektive Momentensteuerung in das Fahrwerksystem integriert.

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Entwicklungsschwerpunkte

Die Entwicklungsschwerpunkte für das Fahrwerk des neuen Audi A6 lagen darin, das anerkannt hohe Niveau des Vorgängers hinsichtlich Fahrdynamik und -komfort zu übertreffen. Bereits bei der Konzeption des Modularen Längsbaukastens wurde der Grundstein dafür gelegt. Bewährte Systeme wie die Fünflenker-Vorderachse, die Trapezlenker-Hinterachse und die „adaptive air suspension“, eine sogenannte 4-Corner-Luftfederung mit stufenlos geregelten Dämpfern, wurden gezielt weiterentwickelt, um diese Ziele zu erreichen. Optional sind das aus dem S4 bekannte Sportdifferenzial und später auch die Dynamiklenkung erhältlich. Diese und weitere Systeme sind über das erstmals ins „Multi Media Interface“ (MMI) integrierte „Audi drive select“ zentral beeinflussbar. Zielsetzung für die Entwickler von Audi drive select war es, die maßgeblichen Fahrzeugregelsysteme Audi typisch intuitiv bedienbar zu machen. Audi drive select bietet dem Fahrer daher die Möglichkeit, die Charakteristiken der Längsdynamik, der Querdynamik sowie der Komfortelektronik über ein zentrales Bedienelement einfach zu beeinflussen. Durch den Einsatz der elektromechanischen Servolenkung konnte ein entscheidender Beitrag zur Effizienzsteigerung des neuen A6 geleistet werden. Zudem erlaubt sie den Einsatz innovativer Fahrerassistenzsysteme wie den „active lane assist“ oder den „Parkassistenten“.

aut o r en

Dr. Ing. Horst Glaser

ist Leiter Entwicklung Fahrwerk bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Joerg Starr

ist Technischer Projektleiter Entwicklung Fahrwerk bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

Kombination mit Fahrdynamikregelung

Beim Audi A6 wird durch die Kombination des ESP mit den Fahrwerksregelsystemen ein hohes Maß an Fahrsicherheit, Sportlichkeit und Traktion erreicht. Die Interaktion zwischen ESP und elektromechanischer Lenkung unterstützt den Fahrer beim Bremsen auf µ-split durch Lenkimpulse am Lenkrad. Bei den „quattro“-Varianten des Audi A6 ist eine weitere sportliche Technik von Audi Serie: die radselektive Momentensteuerung. Wenn ein kurveninneres Rad bei dynamischer Gangart zu stark entlastet wird, wird es ganz leicht abgebremst, noch bevor Schlupf auftritt. Durch die Vernetzung des ESP mit dem optionalen Sportdifferenzial wird das Beschleunigungsvermögen auf µ-split gesteigert.

Konstruktive Vorteile des A6 genutzt

Durch eine Vielzahl von Konstruktionsdetails, wie der Lenkungslage vor der weit vorne liegenden Vorderachse und der damit verbundenen optimalen Gewichtsverteilung oder der Optimierung der lokalen Karosseriesteifigkeiten, bot der neue A6 ein außerordentliches Abstimmpotenzial für die Fahrdynamik, das konsequent genutzt wurde. So konnte dank der optimalen Lenkungslage in Verbindung mit der neuen elektromechanischen Lenkung sowie der verbesserten Elastokinematik eine sehr gute Lenkansprache erzielt werden. Zusammen mit der direkten Lenkübersetzung und dem daraus resultierenden geringen Lenkwinkelbedarf wurden Agilität und Fahrspaß merklich verbessert. Hilfreich war dabei auch die ausgewogene Gewichtsverteilung, die ein agileres Einlenken ermöglicht und insgesamt zu einem neutralen Fahrverhalten führt – ex­tremes Untersteuern gibt es beim Audi A6 nicht. Dieses Fahrgefühl wird auch durch eine neue Hinterachse mit Bremsnickausgleich unterstützt. Die neu konzipierten Achsen in Verbindung mit den hohen Steifigkeiten der Karosserie reduzieren störende Schwingungen wie Prellen und Zittern spürbar. Gleichzeitig konnten durch intensive Zusammenarbeit mit dem für Fahrzeugakustik verantwortlichen Entwicklungsbereich das Abrollverhalten und das Abrollgeräusch entscheidend optimiert werden. Den positiven Gesamteindruck rundet die aus bewährten Komponenten weiterentwickelte Luftfederung mit kontinuierlich verstellbarer Dämpferregelung ab. So konnten durch eine neuentwickelte Dämpferhydraulik in Verbindung mit neuen Modulen in der Dämpferregelung der Abrollkomfort, das Aufbauschwingverhalten sowie das Wankverhalten deutlich verbessert werden. Fazit

Insgesamt wurde durch die beschriebene konsequente Ausnutzung der Abstimmungsspielräume eine bisher nicht gekannte Synthese aus Fahrspaß und Fahrkomfort erzielt, an der sich der Wettbewerb orientieren wird.

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Audi A6 FAhrDynAMiK

FAHRZEUGABSTIMMUNG EINE FRAGE DES CHARAKTERS Fahrzeugabstimmung nach Wunsch: Mit dem serienmäßigen Fahrdynamiksystem „Audi drive select“ kann der Fahrer eines neuen Audi A6 die Charakteristik der Systeme, die über das Fahrgefühl entscheiden, jederzeit neu an seine persönlichen Vorlieben anpassen. Veränderbar sind beispielsweise die Abstimmungen von Motor, Getriebe und Lenkung sowie einer Vielzahl weiterer Fahrdynamikregel- und Komfortsysteme.

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AUTOrEn

dr.-ing. rAlF SCHWArz

ist Leiter Entwicklung Fahrwerk hybrid-/Elektrofahrzeuge, Fahrwerkregelung bei der AUDi AG in ingolstadt.

zielkonFlikt zWiSCHen eFFizienz, koMFort und dYnAMik AuFgelÖSt

Bei einem konventionellen Fahrzeug ist die Abstimmung der Systeme, die über die Fahrzeugeigenschaften entscheiden, ein Kompromiss aus Komfort, Sportlichkeit und Effizienz. Deshalb hat Audi das innovative System „Audi drive select“ – bekannt aus dem A4, A5, Q5, A7 und A8 – weiterentwickelt und in den A6 serienmäßig integriert. Der Fahrer kann neben Motor, Getriebe und Lenkung eine Vielzahl weiterer Fahrdynamikregel- und Komfortsysteme elektronisch beeinflussen. Mit einem Tastendruck lassen sich diese beliebig zwischen einer sportlichen, komfortablen und besonders effizienten Einstellung verändern. Erstmalig ist im A6 der Modus „efficiency“ integriert, ein Assistenzsystem, das auf Knopfdruck eine kraftstoffsparende Fahrweise unterstützt. Dazu werden die beteiligten Fahrzeugkomponenten in einen besonders verbrauchsoptimierenden Zustand versetzt. Die grundlegenden Komponenten von Audi drive select sind der Motor, das Getriebe und die Lenkung sowie die optionale elektronische Regelung der Stoßdämpfer in Verbindung mit der Luftfederung, das Sportdifferenzial und die Dynamiklenkung. Im Modus efficiency wird zusätzlich eine Vielzahl weiterer Komfortsysteme angepasst. So konnte der Zielkonflikt zwischen Effizienz, Komfort und Fahrdynamik in der Oberklasse in beeindruckender Weise gelöst und neue Maßstäbe gesetzt werden. Januar 2011

Audi A6

dr.-ing. SteFAn ullMAnn

ist Projektleiter Audi drive select in der Entwicklung Fahrwerk hybrid-/ Elektrofahrzeuge, Fahrwerkregelung bei der AUDi AG in ingolstadt.

einFACHe HAndHABung

Die Automobilentwicklung der vergangenen Jahre zeigt einen klaren Trend zum Ausbau elektronisch geregelter Fahrzeugsysteme. Sie verbessern die Fahrdynamik und den Komfort über das mit konventioneller Technik mögliche Maß hinaus. Bisher ließen sich diese Systeme in der Regel nur einzeln vom Fahrer in ihrer Charakteristik per Taster oder Schalter verstellen. Oft führte die wachsende Anzahl an Fahrzeugfunktionen jedoch zu einer Überfrachtung, die sich im Fahrzeuginnenraum in einer entsprechend großen Zahl von Tastern und Schaltern niederschlug und den Fahrer überforderte. Man überließ es dem Fahrer, selbst eine Konfiguration für die Einzelsysteme einzustellen. Dabei ist dem Fahrer nicht immer bewusst, welche konfigurierbaren Systemeigenschaften zu einem für ihn sinnvollen Fahrzeugcharakter führen. Die Automobilindustrie bietet zunehmend Lösungen an, wo Systeme über ein zentrales Bedienelement vereinheitlicht werden. Diese umfassen häufig nur Veränderungen von Systemen zur Beeinflussung der Längs- oder Querdynamik, nicht aber eine stimmige Zusammenfassung der Gesamtfahrzeugeigenschaften. Audi drive select geht daher einen Schritt weiter: Im neuen Audi A6 lassen sich bis zu sieben Systeme der Längs- und Querdynamik, sowie eine Vielzahl weiterer Fahrzeugfunktionen, die einen Einfluss auf die Fahrzeugeigenschaft haben, gleichzeitig elektronisch beeinflussen und in ihrer Charakteristik zwischen sportlich,

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Audi A6 Fa hrdynamik

1 Audi drive select – elektronische Beeinflussung der Charakteristik von Motor, Getriebeautomatik, Dämpfung/Luftfederung, Dynamiklenkung, Sportdifferenzial, Kurvenlicht und Klimaanlage

komfortabel und betont effizient umstellen. Audi drive select bietet dem Fahrer die Möglichkeit, die Charakteristiken der Längsdynamik (beispielsweise des Motors und der Getriebeautomatik), der Querdynamik (wie Lenkunterstützung, Dynamiklenkung, Sportdifferenzial und die Dämpferregelung/Luftfederung), sowie der Komfortelektronik über ein zentrales Bedienelement einfach zu beeinflussen, 1. Die Anforderungen nach hoher Erlebbarkeit und sinnvoller Modus-Spreizung ließen sich erfüllen, indem vier Betriebsarten – „efficiency“, „comfort“, „auto“ und „dynamic“ – festgelegt wurden. Die Effekte der einzelnen beteiligten Fahrzeugsysteme verschmelzen in jedem ­dieser vier Modi zu einem stimmigen Gesamtbild. Für Kunden, deren Wunschcharakter dennoch nicht über einen dieser vier Modi abgedeckt ist, wurde mit dem Modus „individual“ noch eine fünfte, vom Fahrer konfigurierbare Einstellung geschaffen. Die Änderungen der Charakteristik der eingebundenen Systeme werden dabei durch die Variation der folgenden Größen erzielt: :: Beim Motor werden die FahrpedalKennlinie und das Lastwechselverhalten variiert.

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:: Bei der Getriebeautomatik verschieben sich die Drehzahlen, bei denen Gangwechsel stattfinden. :: Bei der Lenkung wird der Verlauf des Lenkmoments über der Fahrgeschwindigkeit verändert. :: Bei der Dynamiklenkung wird der Verlauf der Lenkübersetzung über der Fahrgeschwindigkeit variiert. :: Bei der Dämpferregelung wird das Niveau der Dämpfkräfte verschoben. :: Bei der Luftfederung wird das Fahrzeugniveau verändert. :: Beim Sportdifferenzial wird das verteilte Antriebsmoment variiert. :: Beim Kurvenlicht wird die Stelldynamik und Leuchtweite variiert. :: Beim reversiblen Gurtstraffer werden die Auslöseschwellen in Abhängigkeit von der Querdynamik verändert. :: Bei der Klimaanlage wird der Klimatisierungsstil im Modus efficiency angepasst. Modi und Bedienkonzept

Die aus Sicht der Fahrzeuginsassen ideale Charakteristik des Fahrzeugs unterscheidet sich von Fall zu Fall und hängt von verschiedenen Faktoren ab: von der grundsätzlichen Vorliebe oder der augenblicklichen Stimmung des Fahrers und

seiner Passagiere oder auch von der Fahrbahnbeschaffenheit und dem Streckenverlauf. Eine Beschränkung der Einstellungen auf nur zwei Stufen (zum Beispiel „Sport aus“ und „Sport ein“) hat sich als nicht zielführend herausgestellt. Das Entwicklungsziel von Audi war vielmehr, dass die ganze Bandbreite der Fahrzeugcharaktere von „betont effizient“, „komfortabel“ über „ausgewogen“ bis hin zu „deutlich sportlich“ vom Fahrer einstellbar sein sollte. Deshalb unterscheidet Audi drive select vier fest definierte Betriebsarten. Das Auswahlmenü von Audi drive select wird über die fahrerorientierte „CAR“-Taste zur Anzeige im Display des „Multi Media Interface“ (MMI) aufgerufen, 2. Der aktive Modus wird mittels einer Markierung im MMI angezeigt. Durch Drücken der CAR-Taste und Drehen des Dreh-Drückstellers kann der gewünschte Modus ausgewählt und aktiviert werden. Der Ausgangszustand, den der Fahrer beim Start vorfindet, ist der Modus, in dem er das Fahrzeug zuletzt abgestellt hat. Der Modus auto bietet eine ausgewogene Betriebsart, in der sich der Audi A6 in einer bis dato noch nie dagewesenen agilen und zugleich komfortablen Weise bewegen lässt. Die beteiligten

2 Bedienung des Audi drive select

Fahrzeugsysteme arbeiten dabei nicht in einer unveränderlichen Festeinstellung. Ihr Charakter ergibt sich aus ausgewogenen und adaptiven Regelstrategien. ­ So passen sich das Getriebe oder die Dämpferregelung ohne Zutun des Fahrers in Sekundenbruchteilen der jeweiligen Fahrsituation an – zum Beispiel reagieren die geregelten Dämpfer durch vorübergehende Erhöhung der dynamischen Wankabstützkräfte stabilisierend auf ein plötzliches Ausweichmanöver. Die Lenkung bietet ein ausgewogenes Handmoment und eine ausgewogene Übersetzung. Das Sportdifferenzial hält das Fahrzeug auf einem neutralen, agilen Kurs. Die volle Ausprägung in Richtung Komfort beziehungsweise Sportlichkeit wird in diesem Modus jedoch nicht ausgeschöpft. Mit dem Modus comfort entscheidet sich der Fahrer für eine betont komfortable Charakteristik des Fahrzeugs. Fahrbahnunebenheiten werden durch im Mittel weicher geregelte Dämpfer weniger stark an die Insassen weitergegeben, die Luftfederung hebt das Fahrzeug auf ein komfortables Niveau, die Lenkung ist leichtgängiger und indirekter, Motor und Getriebe reagieren souverän und komfortabel auf die Beschleunigungsanforderungen des Fahrers, das Sportdifferenzial Januar 2011

Audi A6

bedämpft die Fahrzeuggierreaktion und eine Anpassung des Lichtdesigns run­det das komfortable Fahrerlebnis ab. Die Betriebsart comfort eignet sich beson­ders für entspanntes Reisen auf langen Strecken. Der Modus dynamic verleiht dem Fahrzeug einen betont sportlichen Charakter. Die Dämpferregelung bietet im Mittel höhere Dämpfkräfte und minimiert auf diese Weise unerwünschte Karosseriebewegungen, was durch die Niveauabsenkung der Luftfederung unterstützt wird. Die Lenkung ist straffer und direkter, der Motor nimmt besonders willig Gas an, und das Getriebe reagiert noch spontaner. Das im Modus dynamic gewünschte kurvenwilligere Fahrverhalten wird mit dem Sportdifferenzial durch die aktive und radselektive Verteilung der Antriebs-

kräfte an der Hinterachse maßgeblich beeinflusst. Die Adaption des Lichtdesigns und der Komfortelektronik unterstreicht das sportliche Fahrerlebnis. Die Betriebsart dynamic eignet sich besonders für sportliches Fahren auf kurvenreichen Strecken. Der Modus efficiency versetzt das Fahrzeug in einen besonders verbrauchs­ optimierten Zustand und unterstützt den Fahrer aktiv bei einer verbrauchssenkenden Fahrweise. Motor, Getriebe und Sportdifferenzial reagieren besonders verbrauchsoptimiert ausgewogen auf Gaspedalbewegungen. Außerdem verlagert das Getriebe seine Schaltpunkte in tiefere Drehzahlbereiche. Zudem unterstützen die integrierten Fahrwerksregelund Fahrerassistenzsysteme, wie die Luftfederung, die elektromechanische Servolenkung sowie die Geschwindigkeitsregelanlage oder die „adaptive cruise control“ (ACC), die Minimierung der Fahrwiderstände und den verbrauchsoptimierten Betrieb von Nebenaggregaten. Ebenso wird die Klimaanlage angepasst, indem der Klimatisierungsstil „eco“ eingestellt wird. Für Fahrer, die diese vier Grundcharakteristiken an ihre speziellen, persönlichen Vorlieben anpassen möchten, hat Audi eine neue Möglichkeit zur Individualisierung des Systems geschaffen. Durch den Modus individual hat der Fahrer die Möglichkeit, über das MMI auf einfache, anschauliche und erlebbare Weise seinen Vorstellungen entsprechend das Fahrerlebnis selbst zu konfigurieren, 3. Um den Fahrer bei der Suche nach seiner persönlichen Einstellung zu unterstützen, wird jede Veränderung der Teilsystemmodi im Modus individual sofort umgesetzt. Der Fahrer „erlebt“ seine Veränderungen in den Teilsystemen und kann sich seinen persönlich

3 MMI-Menü für den Modus individual

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Audi A6 Fa hrdynamik

auf ihn zugeschnittenen Modus zusammenstellen. Sobald die Konfiguration im MMI definiert und abgelegt ist, kann er sie aktivieren, sooft er es wünscht. Über das MMI lässt sich die gespeicherte individual-Kombination jederzeit wieder verändern. Um Komplexität zu vermeiden, wurde in der Entwicklung großer Wert darauf gelegt, dass nur Kombinationen einstellbar sind, die auch sinnvoll sind. Daher wurden die Systeme zu Gruppen zusammengefasst, bei denen eine unabhängige Einstellbarkeit nicht sinnvoll erscheint, zum Beispiel „Motor/ Getriebe“ oder „Lenkung/Dynamiklenkung“. Für diese Teilnehmersystemgruppen kann der Fahrer getrennt festlegen, ob ihr Charakter im Modus individual demjenigen entsprechen soll, den er ­ aus den festen Modi comfort, auto oder dynamic kennt. Eine komfortable Besonderheit stellt die Personalisierungsfunktion dar. Das Fahrzeug erkennt, welcher von mehreren Fahrzeugschlüsseln benutzt wird. Für jeden Schlüssel kann eine eigene individual-Konfiguration gespeichert werden. Wenn ein Audi A6 von mehreren Personen genutzt wird, erhält jeder Fahrer seine persönliche Konfiguration, wenn ­ er das Fahrzeug mit seinem Schüssel startet.

4 Vernetzungsarchitektur

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Vernetzung und Kommunikation

Zur Realisierung der Idee zu Audi drive select wurde eine Infrastruktur geschaffen, die eine Kommunikation der Teilnehmersysteme mit dem koordinierenden Steuergerät ermöglicht, 4. Die Koordination von Audi drive select erfolgt über ein Softwaremodul des zen­ tralen Steuergeräts, des „Bodycomputers“. Das Softwaremodul nimmt die Moduswechsel entgegen, die der Fahrer über den Dreh-Drücksteller im MMI vornimmt, und versendet eine Umschaltaufforderung an alle Teilnehmersysteme. Plausibilisierungsfunktionen stellen sicher, dass nur Umschaltungen erfolgen, wenn das Bedien­element betätigt wurde. Löst der Fahrer einen Moduswechsel aus, so versendet der Bodycomputer eine Botschaft, die über das Gateway zu allen beteiligten Bus-Systemen weitergeleitet wird. Die an diese Bus-Systeme angebundenen Steuergeräte der Teilnehmersysteme empfangen und interpretieren die Botschaft. Sofern alle implementierten Sicherheitsbedingungen erfüllt sind, erfolgt die Umschaltung von der bisherigen auf die neue Charakteristik. Das Teilnehmersystem-Steuergerät bestätigt die erfolgte Umschaltung mit einer Quittierungsbotschaft, die es über das Gateway an den Bodycomputer

zurücksendet. Auf diese Weise liegt dem Bodycomputer stets eine eindeutige Information darüber vor, welches Teilnehmersystem in welcher Charakteristik betrieben wird, sodass er ein für den Fahrer nachvollziehbares Umschaltverhalten sicherstellen kann. Das Konzept der Vernetzung und die Struktur der für die Kommunikation definierten Botschaften ist flexibel und skalierbar, um künftig auch weitere Teilnehmersysteme mit geringem Aufwand in Audi drive select einbinden zu können. Applikation und Erprobung

Bei der Applikation der Charakteristiken der einzelnen Teilnehmersysteme war es von besonderer Bedeutung, dass zum einen jeder Modus in sich – bezogen auf das individuelle Teilnehmersystem und das Zusammenspiel der Systeme untereinander – stimmig ist und zum anderen die Übergänge von Modus zu Modus sicher und harmonisch ablaufen. Sie sollen für den Fahrer erlebbar sein, ihn aber auf keinen Fall stören. Aufgrund der hohen Komplexität und Anzahl der zu applizierenden Varianten war es von Vorteil, dass auf innovative Simulations- und Rapid-Prototyping-Verfahren zurückgegriffen werden konnte. In der Definitionsphase leisteten umfangreiche Simulationen der Kommunikation, der Vernetzung und des Fahrverhaltens sowie Verbrauchsanalysen wichtige Dienste. Ebenso lieferten Probandenstudien wichtige Erkenntnisse, um die Kundensicht konsequent in die Anforderungen an Systemausprägung und -applikation zu integrieren. Bereits ab einem sehr frühen Zeitpunkt konnten so die Entwicklungsstände der beteiligten Systeme auf vernetzten „Hardware-in-the-Loop“Prüfständen und in Fahrzeugen erprobt und abgesichert werden. Bei der Erprobung lagen die Schwerpunkte sowohl auf der Überprüfung des Systemverhaltens im fahrdynamischen Grenzbereich als auch im kundenrelevanten Betrieb. So wurde das System im Ex­trem- und im Normalbetrieb – jeweils auch auf alle denkbaren Fehlerfälle und Modi-Kombinationen hin – umfassend überprüft. Dies ermöglichte es, die Entwicklungszeit und -absicherung signifikant zu reduzieren und die Qualität maßgeblich zu steigern.

ZF sollte drin sein. Denn unsere Getriebe-, Fahrwerkund Lenksysteme reduzieren den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß deutlich.

www.zf.com Entwicklungen wie das neue 8-Gang-Automatgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Hybridmodule und -systeme leisten einen wichtigen Beitrag zu ressourcenschonender Mobilität. Ebenso wie Elektrolenkungen oder der Einsatz von Leichtbautechnologien im Fahrwerk. Doch damit nicht genug: Fahrdynamik, hohe Sicherheit und Komfort erleben Sie mit den ZF-Produkten ebenfalls. So umgehen Sie beim Autokauf den Konflikt zwischen Vernunft und Spaß am Autofahren.

Antriebs- und Fahrwerktechnik

audi a6 FahrdynaMik

SPORTDIFFeRenZIaL FÜR Den aLLRaDanTRIeB Eine innovation im audi a6 ist das Sportdifferenzial für den „quattro“-allradantrieb. das regelsystem verteilt die antriebsmomente stufenlos variabel zwischen den hinterrädern und steigert damit agilität, Fahrspaß und aktive Fahrsicherheit.

100

aUTOrEn

dr.-inG. tim meissner

ist Projektleiter Sportdifferenzial in der Fahrwerkentwicklung hybrid/ Elektrofahrzeuge/Fahrwerkregelung bei der aUdi aG in ingolstadt.

dipl.-inG. udo pinscHmidt

ist Projektleiter Mechanik für das Sportdifferenzial in der Entwicklung antriebstrang und Systeme bei der aUdi aG in ingolstadt.

dr.-inG. ralf scHwarz

ist Leiter Entwicklung Fahrwerk hybrid-/Elektrofahrzeuge, Fahrwerkregelung bei der aUdi aG in ingolstadt.

motivation und systemÜberblicK

Mit dem aktiven Sportdifferenzial hebt Audi die Fahrdynamik des permanenten Allradantriebs „quattro“ nun auf eine neue Stufe. Das innovative Regelsystem verteilt die Antriebsmomente stufenlos variabel zwischen den Hinterrädern und steigert damit Agilität, Fahrspaß und aktive Fahrsicherheit deutlich. Durch die gezielte Steuerung des Kraftflusses lenkt das Fahrzeug noch spontaner und direkter in die Kurve ein und bleibt deutlich länger spurstabil. Das Sportdifferenzial entfaltet seine Wirkung nicht nur unter Last, sondern ebenso im Schubbetrieb. Selbst bei getretener Kupplung ist die agilitätssteigernde Momentenverteilung aktiv. In ➊ ist der Systemaufbau im Fahrzeug dargestellt. Die Momentenverteilung wird durch ein Überlagerungsdifferenzial mit elektrohydraulischer Aktuatorik ermöglicht. Die Intelligenz des Systems liegt in seinem Steuergerät, welches im Innenraum des Fahrzeugs platziert ist. Der Rechner bezieht die notwendigen Informationen aus der Sensorik für Lenkwinkel, Raddrehzahlen, Querbeschleunigung und der Gierrate sowie aus den aktuellen Motordaten. Für das Sportdifferenzial sind die Sensoren für Gierrate und Querbeschleunigung redundant verbaut. Dies

ermöglicht die extrem hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Systems: Die Daten beider Sensoren werden vom Steuergerät ständig miteinander verglichen, wodurch in kürzester Zeit zuverlässige Ergebnisse vorliegen. Audi hat die Fahrdynamik-Software selbst entwickelt – ihre Arbeitsweise ist ein Alleinstellungsmerkmal. Der Fahrdynamik-Algorithmus errechnet die für jede Fahrsituation passende Verteilung der Radmomente, beispielsweise wird beim Anlenken oder beim Beschleunigen in einer Kurve die Kraft gezielt zum kurvenäußeren Hinterrad verschoben. Das dadurch entstehende Moment verstärkt die Gierbewegung des Fahrzeugs, so dass dieses dem Winkel der Vorderräder folgen kann. Die links und rechts unterschiedlichen Antriebskräfte lenken mit, die üblichen Korrekturen am Lenkrad werden reduziert. Das Untersteuern beim Beschleunigen oder Anlenken verschwindet. Getriebe mit aKtuatoriK und sensoriK

Im Vordergrund der Definition des Hinterachsgetriebes für den quattro-Antrieb mit Sportdifferenzial stand der Anspruch, ein Produkt zur Verbesserung der fahrdynamischen Eigenschaften der quattroAntriebe zu entwickeln. Diese neue Tech-

dipl.-inG. feliX martin

ist Leiter Entwicklung antriebstrang und Systeme bei der aUdi aG in ingolstadt.

➊ Systemüberblick Januar 2011

audi a6

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Audi A 6 Fahrdynamik

Übersetzungsstufen als Hohlradsystem

2 Modularer Getriebeaufbau

nik soll den Benchmark im Wettbewerbsumfeld darstellen. Größter Wert wurde auf die Dynamik und Genauigkeit beim Momentenauf- beziehungsweise -abbau und eine unveränderte Charakteristik ­über die gesamte Lebensdauer bei gleichzeitig höchster Verfügbarkeit gelegt. Zusätz­lich spielten gerade unter den aktuellen umweltpolitischen Tendenzen ein möglichst hoher Wirkungsgrad durch geringe Schleppmomente und eine moderate Gewichtszunahme eine wichtige Rolle.

ten die Ölhaushalte auf zwei Funktions­ bereiche reduziert werden. Alle maßgeb­ lichen Bauteile konnten als Zusammenbaumodul kombiniert werden. Die Montage­tiefe in den Fahrzeugwerken wurde auf diese Weise gering gehalten. Dieser modulare Aufbau erlaubt einen flexiblen Einsatz der Audi Torque-VectoringTechnik in zukünftigen Achsgetrieben.

Grundaufbau

Als Basis für den quattro-Antrieb mit Sportdifferenzial wurden bereits existierende effiziente, konventionelle Hinterachsgetriebe übernommen, 2. Aus Packagegründen wurde das Kugeldifferenzial gegen ein Plandifferenzial aus der Handschaltgetriebefamilie von Audi ersetzt. Die mechanische Torque-VectoringFunktion wurde durch symmetrisch angeordnete, modular aufgebaute Überlagerungseinheiten realisiert. Ist der Aktuator im Ruhezustand, verhält sich das Sportdifferenzial wie ein klassisches Achsgetriebe. Die Aktuatorik wurde als Zusatzbauteil inklusive eigenem Ölsumpf direkt an das Getriebe angegliedert, somit konn-

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3 Schnitt einer Überlagerungseinheit

Mit dem Entwicklungspartner Magna Powertrain konnte das vielversprechendste Konzept für Überlagerungsdifferenziale verwirklicht werden. Die Überlagerungseinheiten, 3, jeweils ausgeführt als Zweistufen-Hohlradgetriebe mit inte­ grierter, leistungsführender Lamellenkupplung, stellen im Marktumfeld eine Innovation dar. Die Kupplung liegt zusammen mit den äußeren Verzahnungen der Hohlradstufen, die als Lamellenkorb beziehungsweise Nabe fungieren, mit einem Achsversatz parallel verschoben zur Differenzialachse. Ein Sonnenrad, das formschlüssig über eine Steckverzahnung mit dem Differenzialgehäuse verbunden ist, wirkt als Antrieb und die Flanschwelle mit zusätzlicher Laufverzahnung als Abtrieb. 4 zeigt die grundsätzliche Momentenverteilung, wenn der Aktuator das System aktiviert hat. Vom Differenzialgehäuse wird ein definiertes Moment abgenommen und in der ersten Hohlradverzahnungsstufe (Sonnen- zu Hohlrad) übersetzt. Hierbei wird die Drehzahl um das Übersetzungsverhältnis reduziert und das Drehmoment entsprechend erhöht. Anschließend führt der Leistungspfad über die Kupplungslamellen zur zweiten Hohlradverzahnungsstufe (Nabe zu Flansch­welle). Diese ist so ausgelegt, dass das Drehmoment um

werkzeugen in Serie umgesetzt. Hierdurch konnte die Abhängigkeit von einem Systemlieferanten vermieden und ein Wettbewerbsvorteil erzielt werden. Die erarbeiteten Methoden und Werkzeuge bilden zudem die Grundlage für zukünftige Software-Eigenentwicklungsprojekte. Eine weitere Herausforderung war es, Software aus drei unterschiedlichen Quellen auf einem Steuergerät zu vereinigen: der Fahrdynamikregler stammt von Audi, das Betriebssystem und die Basissoftware von Continental und die Aktuatoransteuerung von Magna Powertrain. Die Inte­ gra­tionsverantwortung lag bei Magna Powertrain. Fahrdynamik-algorithmus

4 Grundsätzliche Momentenverteilung

das Zähnezahlverhältnis reduziert und die Drehzahl entsprechend erhöht wird. Das am Differenzialgehäuse nicht abgenommene Moment wird über das Differenzial konventionell zu gleichen Teilen an die Räder geleitet. Somit ergibt sich auf der aktiven Seite ein wesentlich höheres Summenmoment. Auch die Raddrehzahl ist höher als auf der inaktiven Seite. Die konstruktiv vorgegebene Drehzahldifferenz an den Rädern der Hinterachse ermöglicht eine Aktivierung des Systems bereits ab Kurvenradien nahe dem Wendekreis. Kupplung im Leistungsfluss

Die Anordnung der Kupplung im Leistungsfluss ermöglicht eine direkte Beeinflussung der Drehmomente über den hy­draulischen Druck des Kolbens ohne weitere Verstärkungseffekte, was der ­Stellgenauigkeit zugutekommt. Zudem tritt zwischen den Innen- und Außenlamellen bei Geradeausfahrt nur ein sehr geringer Drehzahlunterschied auf. Daraus ergeben sich zwei Vorteile: Zum einen wird der Temperaturhaushalt beim Betätigen nicht übermäßig belastet, zum Januar 2011

Audi A6

anderen sind die Schleppmomente durch Schlupf in der geöffneten Kupplung sehr gering, wodurch der Lüftweg stellzeitenverbessernd klein gewählt werden konnte. Steuergeräte-Hardware

Als Rechnerkern wurde mit dem „TC1766“ ein Prozessor aus der Tricore-Familie von Infineon ausgewählt. Die integrierte Gleitkomma-Recheneinheit ermöglichte eine einfache Portierung der Reglermodule auf eine für Automobilanwendungen geeignete Hardwareplattform. Das Sicherheitskonzept wird von dem ausgewählten Prozessor durch eine Vielzahl rechnerinterner Überwachungsmechanismen sowie durch einen intelligenten Watchdog-Baustein unterstützt. Steuergeräte-software

Die modellbasierte Fahrdynamiksoftware wurde von Audi selbst entwickelt und getestet. Damit wurde bei Audi erstmals eine eigenschaftsbestimmende Fahrdynamiksoftware hoher Komplexität mit modernsten Software-Entwicklungs-

Sowohl beim Anlenken als auch beim Beschleunigen in Kurven weisen Fahrzeuge mit konventionellen Achsgetrieben – so lange alle Räder Haftung haben – eine Untersteuertendenz auf. Beim Anlenken ist dies auf den physikalischen Effekt zurückzuführen, dass sich ein bewegter Körper zunächst einer Richtungsänderung widersetzt. Bei einem Fahrzeug verspannen sich die elastischen Reifen und die Fahrwerkslager, bis es der neuen Richtung folgt. Beim Beschleunigen in der Kurve wird die Vorderachse entlastet und kann so weniger Querkraft am Reifen übertragen – das Fahrzeug untersteuert und wird auf einen größeren Radius getrieben. Das Sportdifferenzial verteilt den Kraftfluss in diesen Situationen kontinuierlich und unverzüglich zwischen den Hinterrädern und wirkt so jeder Unter- oder auch Übersteuertendenz schon im Ansatz entgegen. Für den Fahrer bedeutet das einen geringeren Lenkaufwand und eine höhere maximale Querbeschleunigung. Vergleichbar mit der präzise gezogenen Spur von Carving-Skiern im Schnee folgt das Auto den Kurvenkombinationen einer dynamisch gefahrenen Landstraße. 5 beschreibt die grundsätzliche Funktionalität des neuen quattro-Antriebs mit Sportdifferenzial beim Befahren einer S-förmigen Kurve. Deutlicher Gewinn an Sicherheit

Im fahrdynamischen Grenzbereich arbeitet das Sportdifferenzial wie ein umgekehrtes ESP: Die Bewegungskorrekturen

103

Audi A 6 Fahrdynamik

werden nicht mehr nur durch Motor- und Bremseingriffe erreicht, sondern auch durch die gezielte Umverteilung der Antriebskräfte. Das Auto lässt sich deutlich flüssiger und „runder“ bewegen, die reale und die empfundene Fahrdynamik steigen ebenso wie der Fahrspaß, weil das ESP seltener aktiv werden muss. Durch seine kurze Reaktionszeit von weniger als 100 ms arbeitet das Sportdifferenzial besonders schnell. Auch im Schubbetrieb aktiv

Das Sportdifferenzial kann zudem die klassische Lastwechselreaktion beim Gaswegnehmen oder plötzlichen Bremsen in einer Kurve dämpfen beziehungsweise sogar fast vollständig beseitigen. Nimmt der Fahrer den Fuß vom Gas, wird die Momentenverteilung zwischen den Rädern unverzüglich zur Stabilisierung des Fahrzeugs angepasst. Im Gegensatz zu anderen Torque-Vectoring-Systemen agiert das Audi Sportdifferenzial im Schubbetrieb und sogar beim freien Rollen ebenso wirkungsvoll wie unter Antriebslast. Vereinfacht beschrieben wird auch hier mithilfe der Überlagerungsstufen ein Rad gebremst und das andere beschleunigt. Damit werden die Radmomente umgeleitet und das Fahrzeug bekommt einen präzise berechneten Impuls in die richtige Richtung. Die Fahrdynamik-Software des Sportdifferenzials wurde für den Audi A6 nochmals deutlich verfeinert. Kern der Weiterentwicklung ist ein völlig neues Funktionsmodul, das die Momentenverteilung direkter in Abhängigkeit des Fahrerlenkwinkels steuert. Das Resultat: Das Fahrzeug folgt durch frühere und damit häufigere Antriebsmomentenverteilung noch präziser den Lenkbefehlen des Fahrers. Entwicklungsprozesse

Das System quattro mit Sportdifferenzial wurde nach strukturierten Entwicklungsprozessen gemäß DIN EN61508 entwickelt. Zu Beginn der Entwicklung wurde der Sicherheits-Integritäts-Level (SIL) der Funktionen des Sportdifferenzials durch eine Gefährdungs- und Risikoanalyse ermittelt. Um eine Fehlfunktion des Systems zu vermeiden, wurden zu den als sicherheitsrelevant eingestuften Funktionen Sicherheitsfunktionen definiert.

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5 Funktionsprinzip

Durch den strukturierten Entwicklungsprozess wurde die Entstehung systematischer Fehler im Entwurf und bei der Umsetzung soweit wie möglich verhindert. Die Entwicklungstätigkeiten wurden zudem durch umfassende Veri­fikationsund Validierungstätigkeiten abgesichert. Um die korrekte Ausfüh­rung der Funktionen und Sicherheitsfunk­tionen des Sportdifferenzials zu gewähr­leisten, wurde ein technisches Sicherheitskonzept umgesetzt. Mittels einer Fehlermöglichkeits-, Einfluss- und Diagno­seanalyse (FMEDA) wurde der quantitative Nachweis geführt, dass diese die Anforderungen der DIN EN61508 erfüllt.

Danke An diesem Beitrag haben mitgewirkt: Dr.-Ing. Michael Sagefka, koordiniert Funktions- und SW-Entwicklung in der Fahrwerkentwicklung Hybrid/Elektrofahrzeuge/Fahrwerkregelung bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dipl.-Math.oec. Thomas Reiß, verantwortlich für Testmanagement und Entwicklungsprozesse in der Fahrwerkentwicklung Hybrid/ Elektrofahrzeuge/Fahrwerkregelung bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dr.-Ing. Johann Fuchs, Projektleiter Signaldatenaufbereitung in der Fahrwerkentwick-

Einbindung in das selektive elektronische Fahrdynamiksystem

Die Funktionen des Sportdifferenzials lassen sich über „Audi drive select“ an die individuellen Wünsche des Fahrers adaptieren. Der Modus „comfort“ zielt hauptsächlich auf Fahrsicherheit und Fahrstabilität ab, hier werden Lastwechsel optimal gedämpft. Im Modus „auto“ ist eine ausgewogene Abstimmung aller Funktionen programmiert. Der Modus „dynamic“ schließlich betont zusätzlich alle Agili­ tätsfunktionen so, dass die dynamikerhöhende Wirkung des Sportdifferenzials maximal spürbar wird. Das Lastwech­ selverhalten ist hier ebenso agil wie beherrschbar abgestimmt.

lung Hybrid/Elektrofahrzeuge/Fahrwerkregelung bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dipl.-Ing. (FH) Thomas Meier, verantwortlich für die Applikation des Sportdifferenzials in der Fahrwerkentwicklung Hybrid/Elektrofahrzeuge/Fahrwerkregelung bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dipl.-Ing. Markus Buhlmann, verantwortlich für Entwicklung Fahrwerkelektronik Fahr­ dynamik und Sensorik bei der AUDI AG in Ingolstadt. Thomas Ferstl, verantwortlich für Entwicklung Fahrwerkelektronik Allradsteuergeräte bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dipl.-Ing. (FH) Maik Hofmann, verantwortlich für die Sensorik und Aktuatorik des Sportdifferenzials in der Entwicklung Getriebeelektronik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

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Audi A6 FAhrDynAmik

ELEKTRONISCHES STABILITÄTSPROGRAMM ESP im Audi A6 kommt eine neue Generation von ESP-Steuergeräten zum Einsatz, die erstmals im Audi A7 in Serie ging. neben verbesserten Funktionen für die aktive Sicherheit bietet das neue ESP weitreichende möglichkeiten, Fahrdynamik und -komfort zu erhöhen. So erlaubt es radselektive momentensteuerungen oder die elektronische Quersperre der angetriebenen Vorderräder. Auch Sportdifferenzial, Dynamiklenkung und elektromechanische Servolenkung arbeiten mithilfe des ESP-Systems.

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AUTOrEn

dipl. ing. (fh) kARl­WAlteR hÜneRMAnn

ist Projektverantwortlicher Stabilitätsregelsysteme im Audi A6 bei der AUDi AG in ingolstadt.

dipl. ing. (fh) sebAstiAn enzingeR

ist Funktionsentwickler Stabilitätsregelsysteme im Audi A6 bei der AUDi AG in ingolstadt.

dipl. ing. (fh) toRsten Wilk

ist Funktionsentwickler Traktion im Audi A6 bei der AUDi AG in ingolstadt.

dipl. ing. kAi volkMAR

ist Funktionsentwickler Fahrwerk hybrid-/Elektrofahrzeuge bei der AUDi AG in ingolstadt.

MotivAtion

Bei der Entwicklung des elektronischen Stabilitätsprogramms ESP im Audi A6 wurde großer Wert auf das optimale Zusammenspiel des ESP mit den Fahrwerkregelsystemen gelegt. Ziel der Auslegung war, ein Höchstmaß an Fahrsicherheit, Fahrdynamik und Traktion zu gewährleisten. sYsteMkoMponenten

Im Audi A6 kommt eine neue Generation der ESP-Steuergeräte von Bosch zum Einsatz, die erstmalig im Audi A7 in Serie Januar 2011

Audi A6

ging, 1. Neben einer höheren Leistung des Microcontrollers zeichnet sich das System durch sein Sicherheitskonzept aus, das in Anlehnung an die ISO CD 26262 entwickelt wurde. Dieses Sicherheitskonzept stützt sich auf den „SafeBackbone“, eine Hardwareplattform, auf der die Software sicher ausgeführt wird. Hauptbestandteile sind der Microcontroller und der System-ASIC. Der Microcontroller mit Dual-Core führt in beiden Rechnerkernen sämtliche Berechnungen taktversetzt durch und vergleicht die Ergebnisse. Dadurch werden Fehler sehr schnell entdeckt. Die Absicherung der Daten im Microcontroller erfolgt über „ECC“ und „Parity“. Der System-ASIC übernimmt zusätzliche unabhängige Überwachungsfunktionen und stellt Grundfunktionen des Systems wie Spannungsregler, Drehzahlfühlerinterface und CAN-Transceiver zur Verfügung. Die Kommunikation mit dem Restfahrzeug erfolgt über FlexRay und CAN, wobei der FlexRay Communication Controller jetzt im Microcontroller integriert ist. Es handelt sich dabei um das IP-Modul „E-Ray“ von Bosch. Für die Ansteuerung des ESP-Pumpenmotors kommt der „Triple-C“-ASIC (Continous Current Control) von Bosch zum Einsatz, der die Bordnetzbelastung unter anderem durch seine hochfrequente Ansteuerung minimiert. Für die Hydraulik wurde auf die im Audi A8 bewährten Komponenten zurückgegriffen. esp fÜR eRhÖhte Aktive fAhRsicheRheit

Die Funktion „Fahrerlenkempfehlung“ ist eine Lenkrichtungshilfe für den Fahrer. Sie ergänzt die bisherigen ABS- und ESPFunktionen während einer sogenannten µ-split-Bremsung. µ-split-Oberflächen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrbahnreibwert auf einer Fahrzeugseite hoch ist (beispielsweise Asphalt) und auf der anderen Fahrzeugseite niedrig (beispielsweise Eis). Solche Fahrbahnen findet man zum Beispiel dann vor, wenn verschneite oder vereiste Oberflächen teilweise aufgetaut sind oder wenn nasses Laub auf einer sonst trockenen Fahrbahn liegt. Wird auf einer derartigen Fahrbahn gebremst, dann ziehen die höheren Bremskräfte der Hochreibwertseite das Fahrzeug in diese Richtung. Um weiter

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Audi A6 Fa hrdyna mik

1 ESP-Aggregat

geradeaus fahren zu können, muss der Fahrer einen Lenkradwinkel einstellen. Dem Fahrer wird zu Beginn einer µ-split-Bremsung durch einen Lenkimpuls der elektromechanischen Servolenkung angezeigt, in welche Richtung er das Lenkrad drehen muss, um das Fahrzeug stabil auf seiner Fahrspur zu halten. Während der Bremsung hilft eine Lenkmomentvorgabe dem Fahrer, den optimalen Lenkwinkel zu finden. Ist der Audi A6 mit der sogenannten Dynamiklenkung ausgerüstet, stabilisiert das ESP das Fahrzeug in fahrdynamisch kritischen Situationen nicht nur durch das

Bremsen einzelner Räder, sondern greift auch mit zusätzlichen Radlenkwinkeln korrigierend ein. Die Gesamtstabilität des Fahrzeuges wird durch gleichzeitige Brems- und Lenkungseingriffe verbessert, das heißt die aktive Sicherheit wird deutlich erhöht. Dies gilt insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten von mehr als 100 km/h, da hier die Dynamiklenkung ihren Vorteil der sehr schnellen Reaktionszeit voll ausspielen kann. Das ESP nutzt die Funktion der Dynamiklenkung bei übersteuerndem und untersteuerndem Fahrzeug sowie beim Bremsen auf Fahrbahnen mit unterschiedlichen Reibwerten (µ-split).

Beim Übersteuern stabilisiert ESP das Fahrzeug über die Dynamiklenkung durch ein gezieltes Gegenlenken, was ein „Ausbrechen“ des Fahrzeughecks verhindert. Ein aufwendiges Arbitrierungskonzept sorgt für eine optimale Aufteilung des erforderlichen Stabilisierungsmoments ­ auf Bremse und Lenkung. Mit der Dynamiklenkung erfolgt das stabilisierende Gegenlenken automatisch und vom Fahrer unbemerkt. Dadurch reduziert sich der Lenkaufwand für den Fahrer. Die Dynamiklenkung leistet noch einen weiteren Beitrag zur aktiven Sicherheit. Bei sogenannten µ-split-Bremsungen wird der Lenkwinkel durch das ESP selbstständig eingeregelt, so dass der Fahrer das Lenkrad weitgehend in Geradeausstellung, also der Stellung seiner Wunschfahrtrichtung, belassen kann. Durch diese Maßnahmen ist die Fahrerlenkempfehlung bei Fahrzeugen mit Dynamiklenkung nicht notwendig, 2. Beim Untersteuern stellt das ESP die Übersetzung der Dynamiklenkung indirekter, so dass der Fahrer den Punkt des maximalen Kraftschlusses nicht so schnell überlenkt beziehungsweise den Punkt selber besser einstellen kann. Die Agilität des Fahrzeuges verbessert sich hierdurch spürbar. Diese Funktion ist eine Eigenentwicklung von Audi, die vom ESP-Systemlieferanten Bosch in die Softwarestruktur eingebettet wurde.

2 Stabilisierung eines Fahrzeugs mit Dynamiklenkung und ESP bei einem Ausweichmanöver (a) und einer µ-split-Bremsung (b)

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3 Elektronische Quersperre – Bremseingriff an der Vorderachse

4 Radselektive Momentensteuerung – Bremseingriff an der Vorderachse und Hinterachse

der quattro-Fahrzeuge erlaubt es, nicht nur die Quer- sondern ebenso die Längsverteilung der Antriebskräfte gezielt zu beeinflussen. Bei Fahrzeugen mit quattro-Antrieb und optionalem Sportdifferenzial beschränkt sich die radselektive Momentensteuerung auf die Vorderachse, 5. Beim schnellen Durchfahren von Kurven unter Last steigern die Systeme Agilität und Traktion auf ein neues Niveau. Diese Unterstützung erfolgt kontinuierlich und unmittelbar. Der Bereich neutralen Fahrverhaltens wird merklich erweitert, das Untersteuern beim Einlenken und Beschleunigen deutlich vermindert. Eingriffe des ESP können später und weicher erfolgen. Dabei ermöglichen die hohe Druckstellgenauigkeit und das sehr gute NVH-Verhalten der neuen ESP-Genera­tion eine optimal an die Anforderungen von Oberklassefahrzeugen angepasste Funktion. Beide von Audi entwickelten Funktionen wurden als ausführbare Spezifikation an den Systemlieferanten überge­ben und von diesem in die ESP-Softwarestruktur eingebettet. Damit konn­ten erhebliche Synergieeffekte bezüglich der Funktions- und Sicherheitskonzepte genutzt werden ESP-Abschaltkonzept

5 Radselektive Momentensteuerung im Zusammenspiel mit dem Sportdifferenzial – Bremseingriff an der Vorderachse

Radselektive Momenten­ steuerung/elektronische Quersperre

Im neuen Audi A6 wurden die bekann-­ ten Inhalte des ESP abhängig von der Antriebsart um die neuen Teilsysteme der elektronischen Quersperre, 3, bei frontgetriebenen Fahrzeugen beziehungsweise der radselektiven Momentensteuerung, 4, bei Fahrzeugen mit „quattro“Antrieb ergänzt. Sie optimieren die längsJanuar 2011

Audi A6

und querdynamischen Fahreigenschaften des neuen Audi A6, indem sie Kurvenfahrten noch präziser und dynamischer machen. Aus der Lenkvorgabe und dem Beschleunigungswunsch des Fahrers ermittelt das System die für die Fahrsituation optimale Verteilung der Antriebskräfte. Bei Bedarf bremst es die kurven­ inneren Antriebsräder ganz leicht ab. Das optimierte Zusammenwirken mit den Komponenten des Antriebsstrangs

Obwohl der neue Audi A6 auch mit voller ESP-Unterstützung dynamisches Fahren erlaubt, mag in speziellen Situationen der Wunsch aufkommen, die Wirkung des ESP zu reduzieren. Durch Betätigen des ESP-Tasters wird die Motorleistung nicht mehr vom ESP begrenzt, sondern ausschließlich durch den Fahrer bestimmt. Solange das Fahrpedal betätigt wird, lässt das Fahrzeug auch deutliches Übersteuern zu, bei untersteuerndem Fahrzeug greift das ESP dosiert zur Steigerung der Agilität ein. Sportdifferenzial

Das aktive Sportdifferenzial verteilt die Antriebsmomente stufenlos variabel zwischen den Hinterrädern und erreicht damit eine deutliche Steigerung der Agilität. Die Berechnung der Antriebsmomente erfolgt durch ein eigenes Steuergerät. Um das fahrdynamische Potenzial des Sportdifferenzials im Audi A6 optimal auszu-

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Audi A6 Fa hrdyna mik

:: der Schlupf des Rades mit hohem Reibwert an der Hinterachse wird überwacht; damit ergibt sich eine maximale Reibwertausnutzung bei gleichzeitig hoher Fahrzeugstabilität. Durch diese Maßnahmen wird im Audi A6 quattro mit Sportdifferenzial die Beschleunigung auf µ-split bei gleichem Antriebsmoment deutlich erhöht und das Traktionspotenzial des quattro-Antriebs bestmöglich genutzt, 7. Anfahrassistent 6 Anfahren auf µ-split ohne Sportdifferenzial

7 Anfahren auf µ-split mit Sportdifferenzial

nutzen, sorgt ein Arbitrierungskonzept im ESP für die optimale Aufteilung des erforderlichen Stabilisierungs- beziehungsweise Agilitätsmoments auf Bremse und Sportdifferenzial. Die Kombination von ESP mit dem Audi Sportdifferenzial optimiert die Traktion: Beim Anfahren oder Beschleuni­­­­gen auf unterschiedlichen Reibwerten (µ-split) können einzelne Räder durchdrehen. Um das Antriebsmoment auf die Hochreibwert (high-µ) Räder zu leiten, müssen die durchdrehenden Räder vom ESP/EDS (Elektronische Differenzial Sperre) abgebremst werden, 6. Im Audi A6 quattro mit Sportdifferenzial an der Hinterachse kann das Antriebsmoment an die Räder ungleich verteilt werden. Damit ist es möglich, das Antriebsmoment auf das Rad mit hohem Reibwert zu verlagern. Das EDS-Bremsmoment an der Hinterachse wird nur noch teilweise oder auch gar nicht mehr gestellt. Mit dieser Maßnahme wird das Verlustmo-

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ment an der Hinterachse reduziert. Dadurch wird eine höhere Beschleunigung bei gleichem Motormoment erreicht. Um diesen Effekt noch zu verstärken, wird das EDS-Bremsmoment an dem Vorderrad mit niedrigem Reibwert zusätzlich abgeschwächt. Es entsteht ­ein höherer Antriebsschlupf an diesem Vorderrad, wodurch weniger Antriebsmoment über die Vorderachse übertragen wird. Dieses erkennt das Mittendiffe­ renzial und verlagert das Diffe­renz­ antriebsmoment an die Hinterachse. Die Momentenverlagerung des Sportdifferenzials wird durch das ESP-Steuergerät vorgegeben und entspricht dem Betrag der EDS-Vorderachs- und Hinterachsentbremsung. Hierbei werden folgende Punkte berücksichtigt: :: die Stellreserve des Audi Sportdifferenzials wird voll ausgenutzt :: der Sperrwert des Mittendifferenzials wird berechnet und dadurch optimal ausgenutzt

Im neuen Audi A6 unterstützt der Anfahrassistent den Fahrer mit Bremseneingriffen im Stillstand und im Stop-andgo-Verkehr: Nach dem Abbremsen des Fahrzeugs in den Stillstand hält es der Anfahrassistent mittels hydraulischer Bremseneingriffe in seiner Position. Eine Anzeige im Kombiinstrument signalisiert dann, dass die Funktion arbeitet. Aktiviert wird sie vom Fahrer durch einen Taster im neu gestalteten Bedienteil der Parkbremse. Reicht der vorhandene Bremsdruck nicht aus, um das Fahrzeug dauerhaft zu halten, wird über das ESP bis zu zweimal Druck nachgefördert. Danach erfolgt eine Übergabe der Funktion an die elektromechanische Parkbremse, ebenso wie beim Verlassen des Fahrzeugs, während der Anfahrassistent den Wagen hält. Durch automatisches Lösen des Bremseneingriffs wird ein komfortables Anfahren an allen Steigungen gewährleistet. Dabei ist es auch möglich anzufahren, wenn nur die Kupplung gelöst wird. Um eine optimale Funktion des Systems darzustellen, werden unter anderem Informationen über den eingelegten Gang, den Neigungswinkel des Fahrzeugs sowie Motordrehzahl und -moment in die Systemsteuerung einbezogen.

Im Wagen vor mir fährt... Transport und Logistik in der Automobilindustrie. Automotive Agenda 07 deTThoLd aden // kai aLThoff // WoLfgang bernharT // david braun // karLhuberT dischinger // norberT dressLer // ingrid göpferT // heiner maTThias honoLd //

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issn 1867-495X

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Automotive Agenda 07

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audi a6 Fahrdynamik

DYNAMIKLENKUNG die audi dynamiklenkung verändert die Lenkübersetzung in abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und passt gleichzeitig das Lenkmoment der Übersetzung entsprechend an. im neuen audi a6 sorgt sie für ein noch präziseres Lenkgefühl und eine bessere Fahrbahnrückmeldung. Zusätzlich unterstützt die dynamiklenkung das ESP durch aktive, stabilisierende Lenkeingriffe, so dass auch die Fahrzeugstabilisierung insgesamt harmonischer und leistungsfähiger wird.

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aUTOrEn

dipl.-ing. mirko reuter

ist Projektleiter dynamiklenkung in der Entwicklung Lenkung bei der aUdi aG in ingolstadt.

dipl.-ing. matthias wiedmann

ist mitarbeiter in der Entwicklung Lenkung bei der aUdi aG in i ngolstadt.

dipl-ing. sebastian stark

ist mitarbeiter in der Funktionsentwicklung dynamiklenkung bei der aUdi aG in ingolstadt.

lenkung Fahrsituationsabhängig anpassen

Die bereits aus A4, A5, Q5 und A8 bekannte Dynamiklenkung bietet dem Fahrer im neuen Audi A6 ein in dieser Klasse bisher nicht erreichtes Maß an Fahrspaß, Agilität und gleichzeitig Fahrkomfort. Die Dynamiklenkung verändert fahrsituationsabhängig aktiv die Lenkübersetzung und die Lenkkraft. Damit löst sie den bisher durch die reine Mechanik vorgegebenen Kompromiss einer konstanten Lenkübersetzung auf: Einparken wird leichter, im Stadt- und Landstraßenbereich ist die Lenkung direkter und somit das Fahrzeug agiler und bei höheren Geschwindigkeiten führt die indirekte Lenkübersetzung zu größtmöglicher Ruhe in der Fahrzeugführung. Auf kurvenreichen Strecken im niedrigen und mittleren Geschwindigkeitsbereich verbessert eine direktere Übersetzung Agilität, Lenkpräzision und Reaktionsgeschwindigkeit. Ein angepasstes Handmoment der elektromechanischen Servolenkung unterstützt dabei Präzision und Rückmeldung der Lenkung. Zusammen mit der direkten Übersetzung führt dies zu einer in dieser Klasse nicht gekannten Handlichkeit. Ist der Fahrer bei hoher Geschwindigkeit auf der Autobahn unterwegs, bietet die Dynamiklenkung durch eine indirektere Übersetzung größtmögliche Ruhe in der Lenkung, Stabilität und einen hervorragenden Geradeauslauf. Unterstützt wird dieser Komfortund Sicherheitsgewinn durch eine gezielte Anhebung des Lenkmoments über die elektromechanische Servolen-

kung. Beim Parkieren bietet die direkte Übersetzung maximalen Komfort und vereinfacht das Rangieren. Dabei wird das erforderliche Lenkmoment über die elektromechanische Lenkung deutlich abgesenkt. Zusätzlich unterstützt die Dynamiklenkung das ESP durch aktive, stabilisierende Lenkeingriffe, so dass auch die Fahrzeugstabilisierung insgesamt harmonischer und leistungsfähiger wird. Die Lenkstabilisierungsfunktionen der Dynamiklenkung bieten ein Optimum an aktiver Sicherheit bei Übersteuern, Untersteuern und Bremsen auf µ-split-Untergrund. Die Dynamiklenkung kann über das „Audi drive select“ zusätzlich der jeweiligen Situation und dem persönlichen Geschmack angepasst werden. Hierzu wird je nach gewähltem Modus des Audi drive select – „comfort“, „auto“, „dynamic“ oder „efficiency“ – die passende Lenkungskennlinie für die Übersetzung (Lenkwinkelbedarf) und die Unterstützung (Lenkmomentenbedarf) aktiviert. Die Variation der Lenkwinkelübersetzung ermöglicht ein Elektromotor mit Getriebe, integriert in der Lenksäule, ➊ (links). Das innovative Getriebe hoher Untersetzung wurde ursprünglich für die Luft- und Raumfahrt entwickelt und für die automobile Anwendung industrialisiert. Im Vergleich zu Wettbewerbssystemen bietet es vollständige Spielfreiheit und geringste Reibung, so dass der Fahrer – neben den neuen Funktionen – das für Audi typische präzise Lenkverhalten mit hervorragendem Lenkungsrücklauf und optimaler Fahrbahnrückmeldung erlebt.

➊ Systemüberblick (links) und schematischer Verlauf der variablen Lenkübersetzung (rechts) Januar 2011

audi a6

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Audi A 6 Fahrdynamik

gefühlvolle Fahrzeugführung ermöglichen. Diese Anforderung wurde durch eine deutlich indirektere Übersetzung realisiert. Ein hohes Lenkmoment stabilisiert dabei unterstützend. Die beschreibende Größe für dieses Fahrverhalten ist die Querbeschleunigungsverstärkung. Eine geringere und konstantere Querbeschleunigungsverstärkung ermöglicht somit eine ruhigere und sicherere Fahrzeugführung, ② (unten). Durch die Integration der Dynamiklenkung in Audi drive select kann der Fahrer modusabhängig spezifische Kennlinien auswählen und das Fahrzeugverhalten je nach Wunsch beeinflussen. Diese Kennlinien berücksichtigen die Konstruktionsparameter in unterschiedlicher Ausprägung und beeinflussen so das Gier- und Querbeschleunigungs-Verstärkungsverhalten deutlich. Eine besondere Herausforderung für die Einbindung der Dynamiklenkung in Audi drive select war das sichere und für den Fahrer harmonische Umschalten zwischen den Kennlinien während der Fahrt. Hierzu wurde eine neue Funktion entwickelt, die den Übergang von der ursprünglichen zur neuen Übersetzung sanft synchronisiert. Dieser Übergang berücksichtigt sowohl die notwendige Differenzierung der Fahrprogramme als auch die notwendige Stetigkeit im Lenkverhalten.

2 Stationäre Gierverstärkung (oben) und Querbeschleunigungsverstärkung (unten) – Verstärkung je 3,5 m/s2

Variable Lenkübersetzung

Zur optimalen Lenkübersetzungsauslegung des neuen A6 wurde die Lenkaufgabe für die drei charakteristischen Fahrgeschwindigkeitsbereiche Parkieren, Fahren im niedrigen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich (Stadt und Überland) und Fahren im hohen Geschwindigkeitsbereich (Autobahn) betrachtet, ① (rechts). Für diese Bereiche wurden Zielkriterien entsprechend der jeweiligen Fahraufgabe definiert. Das Auslegungsziel beim Parkieren war, dem Fahrer das Rangieren durch wenig Lenkwinkelbedarf und geringe Handmomente zu erleichtern. Daher wurde die Lenkübersetzung in diesem Geschwindigkeitsbereich sehr direkt gewählt, um den

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Aufwand für den Fahrer beim Lenken und Umgreifen zu reduzieren. Zusätzlich trägt dazu ein hohes Unterstützungsmoment der Dynamiklenkung bei. Beim Fahren in der Stadt und Überland ermöglicht die Dynamiklenkung Abbiegen und sogar enge Kurvenfahrten ohne Umgreifen. Technisch betrachtet muss dazu, um die gewünschte Agilität zu erreichen, die Gierverstärkung über der Fahrzeuggeschwindigkeit im unteren Geschwindigkeitsbereich schnell ansteigen und im mittleren Geschwindigkeitsbereich möglichst konstant bleiben, 2 (oben). Für die höheren Geschwindigkeiten und größere Kurvenradien muss die Lenkübersetzung auch weiterhin eine ruhige und

Aktive Fahrzeugstabilisierung

Beim A6 mit Dynamiklenkung stabilisiert das ESP das Fahrzeug in fahrdynamisch kritischen Situationen nicht nur durch das Bremsen einzelner Räder, sondern greift auch mit zusätzlichen Radlenkwinkeln korrigierend ein. Hierdurch ergeben sich zwei Hauptvorteile: Erstens wird die Gesamtstabilität des Fahrzeuges durch gleichzeitige Brems- und Lenkungsein­griffe verbessert, das heißt die aktive Sicherheit wird deutlich erhöht. Dies gilt insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten (>100 km/h), da hier die Dynamiklenkung ihren Vorteil der sehr schnellen Reaktionszeit voll ausspielen kann. Zweitens kann in weniger kritischen Fahrsituationen entweder teilweise oder sogar vollständig auf Bremseneingriffe verzichtet werden, was die Fahrzeugstabilisierung harmonischer und komfortabler macht. Das Fahrzeug fährt sich durch die Reduktion der Brem-

seneingriffe gerade auf Fahrbahnen mit niedrigem Reibwert, zum Beispiel auf Schnee, bei gleicher Fahrstabilität spür­bar agiler als ein Fahrzeug, das nur über Brems­eingriffe stabilisiert wird. Systemarchitektur

Die Funktionen der Überlagerungslenkung verteilen sich auf eine Vielzahl mechatro­ nischer Komponenten. 3 zeigt die prinzipielle Architektur sowie die Systemgren­­­­ zen der neu entwickelten Bauteile und Softwaremodule. Verbrauchsoptimales Lenksystem

Die erstmals im neuen A6 eingeführte Kombination von Dynamiklenkung und elektromechanischer Servolenkung führt – neben einem erweiterten Funktionsumfang – gegenüber vergleichbaren Systemen zu bis zu 0,3 l weniger Kraftstoffverbrauch auf 100 km. Die Einsparung ist auf das effiziente Funktionsprinzip des Gesamtlenksystems zurückzuführen, bei dem die benötigte Lenkunterstützung im Gegensatz zu konventionellen Lenksystemen bedarfsgerecht geregelt wird. Dabei wird beispielsweise bei Geradeausfahrt der Leistungsbedarf auf ein Minimum abgesenkt. Um zusätzlich ein optimales Zusammenspiel der beiden mechatronischen Lenksysteme zu erreichen, wurde die elektromechanische Lenkung intelligent mit der Dynamiklenkung vernetzt. Hierbei wurde

ein besonderes Augenmerk darauf gelegt, die Erlebbarkeit der Funktionen für den Fahrer noch weiter zu verbessern. Durch die enge Abstimmung zwischen der Lenkunterstützung der Servolenkung und der Winkelüberlagerung der Dynamiklenkung war es möglich, das Ansprechverhalten des Gesamtlenksystems und gleichzeitig die Lenkpräzision weiter zu steigern. Im Zuge dieser Weiterentwicklung konnte die Spreizung der Fahrmodi weiter ausgedehnt werden, so dass alle Ansprüche an Lenkkomfort und sportlichen Fahrstil noch besser erfüllt werden. Aktuatorik

Der in der Lenksäule integrierte Steller besteht aus einem elektronisch kommutierten Elektromotor mit Lagesensorik, dem Überlagerungsgetriebe und einer Sperre, die den Elektromotor im stromlosen Zustand verriegelt und so den direkten Durchgriff zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe herstellt, 4 (links). Diese Komponenten sind konzentrisch um die Lenkwelle angeordnet, was eine sehr kompakte und gleichzeitig modulare Bauweise ermöglicht, ④ (rechts). Hierdurch kann bei minimalem Änderungsaufwand der Überlagerungsaktuator in die Lenksäule integriert werden. Das in Lenksystemen erstmals eingesetzte Wellgetriebe bietet für die Anwendung in der Dynamiklenkung gegenüber anderen Getriebeprinzipien entscheidende Vorteile:

:: kompakte, koaxiale Bauform mit geringem Bauteilgewicht :: hohe Übersetzung und hohe Momentenkapazität :: hohe Torsionssteifigkeit und Spielfreiheit bei sehr geringer Reibung. Das Wirkprinzip des Wellgetriebes ist dem eines Planetengetriebes sehr ähnlich, 5. Zur Überlagerung eines Winkels dreht der Elektromotor den elliptisch ausgeformten Innenläufer (WG). Dieser verformt über ein flexibles DünnringKugellager (FB) das mit der Lenkeingangswelle (lenkradseitig) verbundene dünnwandige Sonnenrad (FS). Das Sonnenrad steht an den Hochachsen der Antriebsellipse des Innenläufers im Eingriff mit einem Hohlrad (CS), welches mit der Lenkausgangswelle verbunden ist. Aufgrund des Zahnzahlunterschiedes zwischen Sonnenrad und Hohlrad (lenkgetriebeseitig) kommt es bei Rotieren der Antriebsellipse zu einer Überlagerung. Im Sicherheitskonzept des Gesamtsystems ist ein dauerfester Sperrmechanismus der gesamten Überlagerungseinheit als Rückfallebene für schwerwiegende Systemfehler definiert. Dieser sperrt die Motorwelle und nimmt somit dem Wellgetriebe den zusätzlichen Freiheitsgrad, so dass hierdurch der kontinuierliche mechanische Durchtrieb des Getriebes auf die Eingangs- und Ausgangswelle gewährleistet wird. Eine wichtige Kon­ struktionsanforderung für den Sperrmechanismus war, dass dieser Eingriff in jeder Betriebssituation des Systems mög-

3 Systemvernetzung der Dynamiklenkung Januar 2011

Audi A6

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Audi A 6 Fahrdynamik

4 Schnittbild des Aktuators in der Lenksäule (links) und Einzelkomponenten (rechts)

lich sein muss. Neben der robusten Kon­ struktion ist ebenfalls eine stetige Überprüfung dieses Systems zur Gewährleistung der maximalen Verfügbarkeit und Sicherheit implementiert. Elektronikplattform

Um den Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, wird bei der Dynamiklenkung auf ein Einprozessorkonzept mit einem Smart-Watchdog gesetzt. Kombiniert mit einer robusten Schaltungsauslegung, einer hohen Diagnose- und Überwachungsabdeckung sowie einer hohen EMV-Festigkeit bildet das Steuergerät eine leistungsfähige Elektronikplattform für sicherheitsrelevante Anwendungen. Softwarearchitektur

monische Winkelsynchronisierung integriert. Eine Asynchronität zwischen Lenkrad und Vorderachse kann entstehen, wenn im inaktiven Zustand, beispielsweise bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, große Lenkradbewegungen stattgefunden haben. Die Summe der ersten beiden Signale „Lenkübersetzung“ und „Synchronisierung“ werden zusammen mit dem verarbeiteten ESP-Lenkeingriff im Koordinator zu einem Gesamt-Sollwinkel addiert. Die zweite Aufgabe des Koordinators ist, eine geeignete Fail-Safe-Reaktion in Abhängigkeit des ausgegebenen Status aus der Datenplausibilisierung sicher­ zustellen. Die Lageregelung und die Motorkommutierung haben die Aufgabe, die Sollwinkel mit der erforderlichen Regelgüte an den Endstufentreiber weiterzuleiten.

6 zeigt den funktionalen Signalfluss des

Lenkungssteuergeräts (Steering Control Unit, SCU). Das Datenaufbereitungsmodul bereitet die notwendigen Eingangssignale wie Lenkradwinkel und Radgeschwindigkeitsinformationen auf und gleicht eventuell vorhandene kleine Signal-Offsetfehler aus. Weiterhin berechnet dieses Modul eine Fahrgeschwindigkeit, die sowohl für frontangetriebene als auch für „quattro“Fahrzeuge die erforderliche Güte in allen Fahrsituationen sicherstellt. Die variable Lenkübersetzungsfunktion liest diese Signale ein und berechnet die gewünschte Lenkwinkelüberlagerung. Zusätzlich ist in diese Funktion eine har-

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5 Funktionsprinzip des Wellgetriebes

Neben den klassischen Anforderungen ergab die Einbaulage des Überlagerungsgetriebes zwischen Lenkventil und Lenkrad erhöhte Anforderungen an die zulässigen Momentensprünge im Motor. Sicherheitskonzept der Dynamiklenkung

Die Dynamiklenkung und deren gesamter Enwicklungsprozess wurden nach neuesten Sicherheitsrichtlinien entwickelt (IEC 61508 beziehungsweise ISO 26262). Dies wurde für das System und den Entwicklungsprozess bei Audi und allen Unterlieferanten durch externe Instanzen überwacht und zertifiziert. Um diesen Sicherheitsstandard zu erreichen, wurde unter anderem zu Beginn der Entwicklung über eine Gefahren- und Risikoanalyse der Sicherheits-

Integritätslevel (SIL) der Systemfunktionen ermittelt. Durch einen anschließenden strukturierten Entwicklungsprozess mit umfassenden Verifikations- und Validierungstätigkeiten wurde die Einhaltung der resultierenden Anforderungen wiederum abgesichert. Im technischen Sicherheitskonzept wurden diese Anforderungen ebenfalls ins Konzept der Dynamiklenkung inte­ griert. 7 zeigt beispielsweise das DreiEbenen-Prinzip der SCU. In der ersten Ebene sind alle notwendigen Software­ module integriert, die aus funktionaler Sicht notwendig sind, einschließlich der Signalplausibilisierung und der Fehlerstrategie. Alle kritischen Pfade, die zu einer Fehlfunktion führen können, werden in der zweiten Ebene diversitär gerechnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass beispielsweise sporadische RAMFehler nicht zu einer Fehlfunktion führen können. Die dritte Ebene stellt dann übergeordnet den Programmablauf und ein korrektes Ausführen des Befehlsatzes sicher. Modularität

Ein primäres Entwicklungsziel bei der Entwicklung der Dynamiklenkung im A6 war die optimale Umsetzung einer Gleichteilestrategie mit bisher entwickelten Fahrzeugmodellen, bei gleichzeitiger Schaffung größtmöglicher Parameter- und Lieferantenflexibilität. Daher wurde das aus dem A4, A5, Q5 und A8 bekannte System um eine modulare Schnittstelle zur Grundlenksäule erwei-

6 Softwarearchitektur des Lenkungssteuergeräts

tert, 8. Dies ermöglicht die Kombination des Dynamiklenkungsaktuators der Firma ZF-Lenksysteme mit einer Lenksäule eines anderen Herstellers bei gleichzeitig optimaler Systemintegration und Kosteneffizienz. Durch die eigenständige Funktions- und Akustikprüfung der Baugruppe Aktuator, sowie einer erneuten Prüfung der Gesamteinheit Dynamiklenkungslenksäule nach Zusammenbau, ist eine maximale Qualität bei gleichzeitiger effektiver Modularisierung gewährleistet.

7 Das Drei-EbenenPrinzip der SCU Januar 2011

Audi A6

Zusammenfassung

Die Dynamiklenkung im neuen A6 zeigt, dass die Anforderung Fahrspaß und Agilität zu steigern und gleichzeitig den Komfort zu optimieren durch eine fortschritt­ liche Technik und eine intelligente Systemvernetzung erfüllt werden kann. Mit der Dynamiklenkung ist nun auch in der Oberklasse durch die Kombination mit dem Audi drive select eine individuelle Anpassung der Lenkungseigenschaften an den Fahrerwunsch möglich.

8 Integration des Dynamiklenkungsmoduls in die Lenksäule

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audi a6 FahrDyNamIK

ACHSSYSTEM UND LUFTFEDERUNG Die Zielsetzung für den neuen audi a6 lautete, ein Fahrwerk zu entwickeln, welches maximalen Komfort und Fahrspaß bei gleichzeitig hoher Sicherheit vermittelt. Dies machte eine grundlegende Neuentwicklung der aus dem Vorgänger bekannten Vorder- und hinterachse und damit eine entsprechende Neuauslegung ihrer Kinematik und Elastokinematik notwendig. Optional ist für den a6 ein Luftfedersystem erhältlich, das den Schwingungs- und Langstreckenkomfort noch weiter erhöht.

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vorderacHse

Beim neuen Audi A6 kommt eine Fünflen­ ker­Vorderachse in Druckstrebenanord­ nung zum Einsatz, 1. Obere und untere Lenkerebene wurden als Viergelenkge­ triebe ausgeführt, so dass die kinemati­ schen Zielwerte optimal realisiert werden konnten. konzeptionelle auslegung

Die Vorderachse ist gegenüber dem Vor­ gängermodell im Fahrzeugnetz um 71 mm nach vorne verlagert. Dadurch konnte nicht nur der Radstand vergrößert sondern auch die Achslast ausgewogener verteilt werden. In Verbindung mit der um 19 mm vergrößerten Spurweite führt dies zu einem deutlich höheren fahrdynamischen Potenzial. Der verlängerte Radstand wirkt sich nicht nur auf das Platzangebot im Innenraum positiv aus, sondern verbessert auch den Schwingungskomfort. Im Rah­ men der kinematischen Neuauslegung war es möglich, trotz des vergrößerten Rad­ stands einen Wendekreis darzustellen, der dem des Vorgängermodells entspricht.

Einen zentralen Aspekt des neu entwi­ ckelten Fünflenker­Vorderachskonzepts stellt die Integration der elektromechani­ schen Lenkung dar. Diese wurde in der unteren Lenkerebene und vor Radmitte positioniert, was zu einer direkten Einlei­ tung der Spurstangenkräfte ins Rad und folglich zu einer hervorragenden Lenkprä­ zision führt. Gleichzeitig konnte mit die­ ser Lenkungslage der Spurhebelradius reduziert und somit eine direktere Lenk­ übersetzung erzielt werden. Um eine gute Selbstzentrierung der Lenkung bei Geradeausfahrt und ein prä­ zises Lenkgefühl aus der Mittenlage her­ aus zu erreichen, wurden der Spreizungs­ und der Nachlaufwinkel, 2, gegenüber dem Vorgänger leicht erhöht. Zusätzlich ist der Radlasthebelarm so ausgelegt, dass Rückwirkungen von Radlastschwankun­ gen auf die Lenkung – etwa auf schlechter Fahrbahn – vermieden werden. Die virtu­ elle Lenkachse wurde nahe der Radmitte positioniert. In Folge dessen wirken Antriebs­ und Stoßkräfte nur mit kleinen Hebelarmen, so dass störende resultie­ rende Lenkmomente bewusst vom Fahrer ferngehalten werden.

aUTOrEN

dipl.-ing. dipl.-wirt.-ing. cHristian stengel

ist Projektverantwortlicher für Kinematikentwicklung Vorder- und hinterachse bei der aUDI aG in Ingolstadt.

Januar 2011

audi a6

dipl.-ing. (fH) ulricH luX

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Vorderachse bei der aUDI aG in Ingolstadt.

dipl.-ing. (fH) siegfried fiscHer

ist verantwortlich für die Projektsteuerung der hinterachsen bei der aUDI aG in Ingolstadt.

dipl.-ing. markus pauligk

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Federungssysteme bei der aUDI aG in Ingolstadt.

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Audi A 6 Fahrdyn amik

Tief angeordnete Gelenkpunkte sor­gen für die aus fahrdynamischer Sicht gewünschte Lage des Momentanzen­ trums. Mit einem separaten Traggelenk, das nicht mehr im Traglenker, sondern direkt im Schwenklager montiert ist, konnten die kinematischen Anforderun­ gen konstruktiv umgesetzt werden. Bauteilentwicklung

1 Fünflenker-Vorderachse mit Stahlfederung

Abgeleitet von der sportlich, komforta­ blen Charakteristik des Gesamtfahrzeugs wurde die Vorderachse auch elastokinema­ tisch neu abgestimmt. Die Pfeilung der Lenker und die Steifigkeiten der Gummi­ metalllager wurden so ausgeführt, dass trotz erhöhter Agilität und Lenkpräzision die Stabilität des Fahrzeugs bis in den fahr­ dynamischen Grenzbereich hinein stets gewährleistet ist. Dazu wurde der elastoki­ nematische Querpol in der unteren Lenker­ ebene so ausgelegt, dass die durch Seiten­

kräfte bedingten Spurwinkeländerungen zu einem harmonischen Anlenkverhalten bis in den Hochgeschwindigkeitsbereich hin­ ein führen. Der starr angebundene Achsträ­ ger erlaubt eine höhere Sturzsteifigkeit und so eine bessere Ausnutzung des Seiten­ kraftpotenzials der Reifen. In Verbindung mit einer erhöhten Sturzzunahme über dem Einfederweg, 3, wurde so für den Fahrer ein deutlich spürbarer Zugewinn an Fahrspaß bei gleichzeitig hohen Sicher­ heitsreserven realisiert.

2 Kennwerte der Vorderachskinematik (Beladungszustand DIN leer, Basisrad)

120

Um die hohen Leichtbauziele im A6 zu erreichen und gleichzeitig den Fahrkom­ fort zu erhöhen, wurden innerhalb der Vorderachse möglichst geringe ungefe­ derte Massen realisiert. So sind alle Achs­ lenker als Aluminium-Schmiedeteile aus­ geführt, was neben geringem Gewicht auch eine präzise Radführung bei sehr gutem Crashverhalten bedeutet. Hierzu müssen die Bauteile so dimensi­ oniert werden, dass sie bei Überlastung nicht brechen, sondern sich kontrolliert verformen. Dieses Verhalten lässt sich durch nichtlineare FEM-Berechnungen vorhersagen. In 4 ist als typischer Anwendungsfall die Auslegung des Füh­ rungslenkers dargestellt. Die berechnete Kraft-Weg-Kurve zeigt, dass sich das Bau­ teil oberhalb der Maximalkraft wie gefor­ dert plastisch verformt. Die Lenker der oberen Ebene werden nicht mehr an einem separaten Lager­ bock, sondern direkt in den Aluminium­ gusskonsolen der Karosseriestruktur ver­ schraubt. Diese Funktionsintegration trägt signifikant zur Gewichtsreduktion bei und erhöht gleichzeitig die lokaldynamischen Steifigkeiten im Bereich der Anbindungs­ punkte. Auch beim Schwenklager kommen Alu­ miniumlegierungen zum Einsatz. ­Als Rad­ lager wurde ein Flanschlager der zweiten Generation integriert. Dank deutlich ver­ größertem Radlagerdurchmesser reduziert sich die spezifische Wälzkörperbelastung, was die Lebensdauer des Radlagers erhöht. Der Vorderachsträger aus hochfesten Stahlblechen wurde gezielt auf die hohen Anforderungen bezüglich Festigkeit, Fahr­ zeugsicherheit und Akustik hin entwickelt. Der Rohrstabilisator, der an Federbein und Achsträger angebunden ist, konnte durch ein gutes Übersetzungsverhältnis ebenfalls sehr leicht ausgeführt werden. Das Rohr aus hochfestem Stahl wird zusätzlich innen festigkeitsgestrahlt. Dies

3 Kinematiklinien der Fünflenker-Vorderachse

ermöglicht bei gleicher Stabilisatorrate eine Reduktion der Querschnitte. Die Gummilager wurden für die Erfül­ lung der Anforderungen des neuen A6 komplett neu abgestimmt. Ein besonderes Augenmerk galt dabei der Lagerstelle des Führungslenkers am Achsträger. Im A6

4 Nichtlineare FEM-Auslegung des Führungslenkers

kommt ein eigens auf die spezifischen Anforderungen aus Akustik, Fahrdynamik und Schwingungskomfort hin entwickeltes hydraulisch dämpfendes Lager zum Ein­ satz, 5. Der ballige innenliegende Anschlag im Lager erlaubt in allen Lenker­ stellungen, die dem Lager über die Kine­

matik aufgezwungen werden, eine ideale Abstützung der auftretenden Kräfte. Die zwischen Innenbuchse und Zwischenhülse liegende Gummispur entkoppelt die Bewe­ gung des Anschlags. Im Lager werden zwei Elastomerkomponenten eingesetzt. Bremsund Beschleunigungsanschlag und die

Audi A 6 Fahrdyn amik

5 Schnittbild Komfortlager

innere Lagerspur bestehen aus einer harten Gummimischung, um die Lebensdaueran­ forderungen zu erfüllen. Blähwände und Tragstollen sind für bestmögliche Schwin­ gungsisolation aus einer weichen Gummi­­­­­­ mischung. Die Frequenz des Hydrolagers ist auf die Achseigenfrequenz von 13 Hz abgestimmt. Die Dämpfung ist so gewählt, dass eingeleitete Schwingungen wirksam minimiert werden. Hinterachse

Beim neuen A6 wurde das Konzept der spurgesteuerten Trapezlenker-Hinterachse in wesentlichen Punkten verändert, 6. Das Ergebnis ist ein dynamisches Fahr­ verhalten, gepaart mit erstklassigem Fahrkomfort.

nellen und hinteren hydraulischen Lager ausgeschöpft werden. Eine weitere Maßnahme für den hohen Komfort des A6 ist die Isolation der gesamten Achse zum Aufbau. Fahrbahn­ anregungen werden somit spürbar gedämpft und von den Passagieren fern­ gehalten. Alle radführenden Gummilager bestehen aus hochdämpfenden Werkstoff­ mischungen und wurden mit integrierten Zwischenhülsen versehen, um die Neben­ federrate zu reduzieren. Hieraus resultie­ ren ein perfektes Anfederverhalten und somit niedrige Aufbaubeschleunigungen bei fahrbahnseitigen Vertikalanregungen. Ohne Abstriche bei Präzision und Dyna­ mik konnte im Gegensatz zum Wettbe­ werb auf Kugelgelenke verzichtet werden. Dies betrifft insbesondere das Verbin­ dungsgelenk zwischen Radträger und Tra­ pezlenker, aber auch die Lagerung der Stabilisatorkoppel. Zusätzlich zu den hervorragenden Fahrund Komforteigenschaften ermöglicht die neue Trapezlenkerachse eine sehr kom­ pakte Bauweise. Diese lässt im neuen A6 einen Hinterwagen mit tief liegendem, völ­ lig ebenem Ladeboden zu, der nach wie vor über eine Reserveradmulde verfügt. Da die Radmomente und die Längskräfte aus­ schließlich auf die Trapezlenker abgestützt werden, ist die obere Ebene der Achse auf

Konzeptionelle Auslegung

Der kinematische Längspol der Achse wurde im neuen A6 durch die Anordnung der Lenker und Lager so verändert, dass der Bremsabstützwinkel, 7, deutlich erhöht werden konnte. Das Ergebnis sind geringe Nickwinkel, die wesentlich zur sportlichen Auslegung des Gesamtfahrzeuges beitragen. Weiterhin sind beim Beschleunigen und Bremsen Vertikalbewegungen kaum spür­ bar, was vom Fahrer als auch von den Fond­ passagieren als sehr komfortabel empfun­ den wird. Die Feder stützt sich nun direkt am Radträger ab und nicht wie beim Vorgän­ ger auf dem Trapezlenker. Infolgedessen bleiben die Achsträgerlager annähernd frei von Feder- und Dämpferreaktionskräf­ ten, was eine komfortbetonte Auslegung ermöglicht. Somit konnte das gesamte Komfortpotenzial der vorderen konventio­

122

6 Hinterachse mit Stahlfederung

einen einzigen und gekröpften Stablenker reduziert. Damit ist ein geradliniger Längs­ trägerverlauf möglich, der ein großes Lade­ volumen ermöglicht, sowie maßgeblich zur Steifigkeit des Hinterwagens und zu einem guten Crashverhalten beiträgt. Bauteilauslegung

Alle radführenden Komponenten sind in Leichtbauweise ausgeführt. Die daraus resultierenden geringen ungefederten und gefederten Massen leisten einen sehr wichtigen Beitrag zu den hervorragenden Komforteigenschaften des neuen Audi A6. Das namensgebende Bauteil der Hinterachse – der Trapezlenker – ist als Hohlprofil ausgeführt und wird aus warmausgehärtetem Aluminium im Sandgussverfahren hergestellt, was unter den Gießverfahren als besonders leis­ tungsfähige Lösung anzusehen ist. Der Aluminiumradträger entsteht im bewähr­ ten Kokillengussverfahren und ist auf höchste Steifigkeitsanforderungen ausge­ legt. Zusammen mit deutlich vergrößer­ ten Radlagern konnte somit die Kippstei­ figkeit erhöht werden. Die dadurch ver­ besserte Stellung des Rades zur Fahrbahn unter angreifenden Seitenkräften erhöht die Stabilität des Fahrzeugs beim schnel­ len Anlenken.

7 Kennwerte der Hinterachskinematik (Beladungszustand DIN leer, Basisrad)

Sowohl die als Blechumformteil ausgeführte Spurstange als auch der obere Aluminium-Schmiede-Lenker erfüllen höchste Steifigkeitsanforderun­ gen. Die hieraus resultierende präzise Führung des Rades erlebt der Kunde in Form eines agilen Handlings und stabilen Geradeauslaufs. Der Stabilisator – ein Rohr aus vergüte­ tem Stahl – wird an der Hinterachse, trotz des geringen Rohrdurchmessers, erstmals innen-kugelgestrahlt. Diese Festigkeitsstei­ gerung ermöglicht eine geringe Rohr­ wanddicke und trägt zusammen mit der Stabilisatorkoppel aus glasfaserverstärk­ tem Kunststoff zum extrem geringen Gewicht der Achse bei.

Luftfederung

Seit der Markteinführung des A6 allroad im Jahre 1999 gilt Audi mit der „adaptive air suspension“ als Vorreiter im Bereich luftgefederter Fahrzeuge. Das System von Audi besteht aus einer 4-Corner-Luftfede­ rung mit stufenlos geregelten Dämpfern. Dies ermöglicht es, Höhenlage und Bodenfreiheit der Karosserie automatisch oder entsprechend des Fahrerwunsches zu variieren. Auf der Autobahn wird die Karosserie abgesenkt – das erhöht die Sta­ bilität und senkt den Kraftstoffverbrauch durch einen reduzierten Luftwiderstand. Zum Befahren von Schlechtwegstrecken beziehungsweise zum Überqueren von Hindernissen wie Einfahrten kann das Fahrzeug angehoben und die Bodenfrei­ heit erhöht werden. Durch einen vollstän­ digen Beladungsausgleich steht immer der gesamte Einfederweg zur Verfügung – Voraussetzung für eine weiche und damit komfort­orientierte Federauslegung. Die stufenlos verstellbaren Dämpfer sorgen dabei für eine der Fahrsituation ange­ passte Fahrzeugdämpfung. Zudem kön­

8 Schnittbild Elastomergelenk Januar 2011

Als Verbindungselement zwischen Rad­ träger und Trapezlenker wurde ein völlig neuartiges und patentiertes Elastomerge­ lenk entwickelt, 8. Es kombiniert hohe translatorische Federsteifigkeiten mit einer geringen rotatorischen Steifigkeit. Das führt zu hoher Robustheit und bester Geräuschisolation. Ein ähnlich komplexes Elastomerlager nimmt große Relativbewegungen in Fahr­ zeugquerrichtung zwischen Radträger und Trapezlenker auf, 9. Dieses ebenfalls neuartige und patentierte ElastomerSchub­element weist eine maximierte Federsteifigkeit in Hochrichtung auf und stützt die aus Längs- und Bremskräften resultierenden Momente ab. Im Vergleich

zur bekannten Technik mit Verbindungs­ koppeln zeigt dieses Lager hervorragende Dämpfungseigenschaften gegenüber Schwingungen, die durch Fahrbahnanre­ gungen erzeugt werden. Das Gewicht des Achsträgers konnte durch Längsrohre gesenkt werden, die als sogenannte Tailored tubes gefertigt wer­ den – sie erhalten ihre endgültige Kontur durch einen Innen-Hochdruck-Umform­ prozess. Um die Hinterachse gut zu ent­ koppeln, wird der Achsträger elastisch an die Karosserie angebunden. Dafür kom­ men an der vorderen Lagerstelle konventi­ onelle und an der hinteren hydraulisch dämpfende Elastomerlager zum Einsatz. ❿. Das Steifigkeitsverhältnis von Fahr­ zeughoch- zu Querrichtung beträgt beim hydraulischen Lager 1:10. Dadurch wird das Querführungsvermögen der Achse bei abrupten Spurwechseln positiv beein­ flusst. Das Elastomer der hydraulischen Lager wurde in einer niedrigen Shorehärte ausgeführt, um eine geringe dynamische Verhärtung und eine sehr gute hydrauli­ sche Dämpfung zu realisieren. Durch Unwuchten oder Fahrbahnunebenheiten angeregte Schwingungen werden so gedämpft, dass sie von den Insassen nicht mehr wahrgenommen werden.

Audi A6

123

Audi A 6 Fahrdyn amik

Luftversorgungseinheit

Als Kompressor zur Luftdruckerzeugung kommt ein einstufiger, trockenlaufender Kolbenverdichter zum Einsatz, ⓬. Durch die Anhebung des maximalen System­ drucks auf 18 bar steht in Kombination mit einem ausreichend dimensionierten Druckspeicher genügend pneumatische Energie zur Verfügung, um erforderliche Niveauverstellungen im Stand beziehungs­ weise bei nicht laufendem Verbrennungs­ motor (im Start-Stopp-Betrieb oder bei abgestelltem Fahrzeug) auch ohne Bord­ netzbelastung auszu­führen. Der Kompressor wurde akustisch opti­ miert und wird gegenüber der Karosserie doppelt entkoppelt. Die erste Entkoppel­ stufe besteht aus Stahlfederelementen, die zur besseren Wirksamkeit parallel zur Hubrichtung des Kolbens ausgerichtet sind und große Schwingwege ermöglichen. Die zweite Stufe bilden reine Elastomerlager zur Schwingungsisolierung. Die ebenfalls akustisch wirksame Unterbodenverklei­ dung fungiert gleichzeitig als Wärmeab­ schirmung und Steinschlagschutz. Durch die Entwicklung eines Tempera­ turmodells, welches sowohl die Umge­ bungsbedingungen als auch die Kompres­ sorbelastung berücksichtigt, konnte auf einen Temperatursensor am Kompressor verzichtet werden, ohne die Verfügbarkeit einzuschränken.

9 Baueinheit Schubelement Drehlager

Luftfeder und Dämpfer

❿ Hydraulisch dämpfende Gummi-Metall-Lager

nen über die Dämpferregelung die Fahr­ zeugeigenschaften von ausgesprochen dynamisch bis sehr komfortabel variiert werden. Im Entwicklungslastenheft für den Audi A6 standen neben dem Ausbau dieser bekannten Vorteile einer 4-Corner-Luftfe­ derung insbesondere ein gesteigerter Schwingungs- und Langstreckenkomfort, eine leistungsgesteigerte Luftversorgung, die Integration in den Modularen Längs­ baukasten sowie die Bedienungsintegra­ tion in das „Audi drive select“. Die Summe all dieser Anforderungen führte

124

zu einer kompletten Neuentwicklung aller Systemkomponenten im neuen A6 gegen­ über dem Vorgängermodell, ⓫: :: Luftversorgung (Kompressor, Magnet­ ventilblock, Druckspeicher) :: Luftfederbeine an der Vorderachse :: Hinterachsluftfedern und geregelte Stoßdämpfer in getrennter Anordnung :: Steuergerät inklusive Niveau- und Dämpferregler :: Sensorik, bestehend aus vier Rad­ wegsensoren und systemüber­greifend genutzten Aufbaubeschleunigungs­ sensoren.

Um den Zielkonflikt eines zugleich ausge­ sprochen sportlichen und dennoch sehr komfortablen Fahrwerks erfüllen zu kön­ nen, wurden die Feder-Dämpfer-Kompo­ nenten gegenüber dem Vorgängermodell komplett neu entwickelt. Maßgeblichen Einfluss haben Faltenlager in den Vorder­ achsfederbeinen, die Kardanik- und Torsi­ onsbewegungen kompensieren. Dadurch werden Verspannungen in der Rollfalte reduziert und das Abrollverhalten spürbar verbessert. Harshnessoptimierte Gummi­ mischungen in Kombination mit einem außengeführten Axialfaltenbalg an der Vorderachse und einem dünnwandigen Kreuzlagenbalg an der Hinterachse opti­ mieren das Anfederverhalten.
An der Hin­ terachse kommt das bereits im Vorgän­ germodell bewährte Konzept einer auf­ gelösten Feder-Dämpfer-Anordnung zum Einsatz. Die Anordnung der Luftfeder

⓫ Das Luftfederungssystem

unterhalb des Ladebodens ermöglicht eine großzügig bemessene Durchlade­ breite im Kofferraum. Die Zweirohrdämp­ fer verfügen über stufenlos verstellbare, innenliegende Ventile und ausgespro­­chen reibungsreduzierte Kolbenstangen-­ dichtungen.

Steuergerät und Sensorik

Das Luftfedersteuergerät ist über FlexRay mit dem Fahrzeug vernetzt. Dies ermög­ licht eine systemübergreifende Nutzung wichtiger Signale wie die der Aufbaube­ schleunigung. Systemspezifische Beschleu­

nigungssensoren, wie in früheren Fahr­ zeuggenerationen eingesetzt, sind nicht mehr erforderlich. Innerhalb des Baukas­ tens kann das Steuergerät mit geringsten Anpassungen baureihenübergreifend ein­ gesetzt werden, da die Architektur vom aktuellen A8 übernommen wurde. Dämpferregler

⓬ Kompressor mit Entkoppelelementen

Januar 2011

Audi A6

Um das Audi typische Fahrgefühl zu ermöglichen, wird ein von Audi selbst ent­ wickelter Dämpferregler mit kraftbasier­ tem Regelungsansatz eingesetzt. Anhand der Fahrzeugbewegungen legt der Regler die Kräfte fest, die für das Fahrzeug hin­ sichtlich Fahrdynamik und Fahrkomfort optimal sind. Anschließend werden die geforderten Kräfte über den Dämpferven­ tilstrom im Millisekundentakt radselektiv eingestellt. So ist unabhängig von der aktuellen Bewegung des Dämpfers gewährleistet, dass die für die Fahrsitua­ tion ideale Kraft eingestellt wird. Durch die Vernetzung der Steuergeräte über das FlexRay-Bus-System können auch Infor­ mationen zur Fahrsitua­tionen, wie Brems­ betätigung, Beschleunigung, Lenkmanö­ ver, Nick- und Wankbewegungen oder Übersteuern, bei der Regelung berücksich­ tigt und diese zudem beeinflusst werden.

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auDi a6 FAhrDynAMIk

AGGREGATELAGERUNG Bei Entwicklung der Aggregatelagerung des Audi A6 wurden die Möglichkeiten des Modularen Längsbaukastens konsequent ausgeschöpft. Abhängig vom Antriebsaggregat kommt nun ein hydraulisch dämpfendes Getriebelager zum Einsatz. Als Ergebnis der Maßnahmen konnten der Schwingungskomfort und die akustischen Eigenschaften weiter verbessert werden.

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au t o r

Dipl.- Ing. (FH) Thomas Müller

ist Projektverantwortlicher für die Entwicklung Aggregatelagerung A6 bei der AUDI AG in Ingolstadt.

1 Aggregatelagerung mit hydraulischem Getriebelager

Dreipunktlagerung des Aggregats

Bei der Entwicklung der Aggregatelagerung für den Audi A6 standen die Verbesserungen der Fahrzeugeigenschaften gegenüber dem Vorgängermodell sowie eine Optimierung von Gewicht und Steifigkeit im Fokus. Konsequent wurde auf Grundlage des Modularen Längsbaukastens am Schwingungskomfort und an den akustischen Eigenschaften gearbeitet. Die im Modularen Längsbaukasten eingeführte Dreipunktlagerung wurde hinsichtlich der Anforderungen einer sportlichen Businesslimousine, wie dem Audi A6, weiterentwickelt, 1. Damit

wird erstmalig ein hydraulisch dämpfendes Getriebelager eingesetzt, um vor allem den Schwingungskomfort zu verbessern. Motorlagerung

Die Motorlager für den Audi A6 wurden neu entwickelt. Bei der Gestaltung wurde darauf geachtet, dass die Akustik- und Komforteigenschaften die klassengerechten Anforderungen des A6 erfüllen. Ein besonderes Augenmerk wurde auf das Hochfrequenzverhalten und die Dämpfung der Lager gelegt. Beim Lageraufbau wurde darauf geachtet, einen großen Abstimmungsspielraum zu haben.

2 zeigt den modularen Aufbau der Lager im Schnitt. Der Tragkörper ist direkt an das Lagergehäuse vulkanisiert. Bauteilvarianten mit unterschiedlicher Steifigkeit werden durch die Anpassungen der Elastomermischung erzeugt. Änderungen der Kennlinienspreizung werden durch unterschiedliche Geome­ trien des Tragkörpers erreicht, ohne dabei das Lagergehäuse überarbeiten zu müssen. Das Hydraulikpaket ist von unten zusammen mit der Schutzkappe in das Lagergehäuse eingeschoben und wird mittels Umbördeln des Randes befestigt. Dank des modularen Aufbaus mit Düsenplatte, Kanalscheibe und Membran sind Änderungen an der Frequenz des Dämp-

2 Detailansicht Motorlager geschaltet/ ungeschaltet Januar 2011

Audi A6

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Audi A 6 Fa hrdynamik

unterschiedlichen Anregungen dargestellt. Die gestrichelten Linien zeigen dabei die Absenkung im Leerlaufbetrieb. Das Lagergehäuse ist baukastenkonform in die steife Achsträgerstruktur inte­griert. Damit ist gewährleistet, dass durch den am Achsträger angebrachten Druckpuffer ein direkter Kraftfluss von der Motorstütze über den Tragkörper des Lagers in die Fahrzeugstruktur stattfindet. Die Zugkräfte werden direkt über den Anschlagbügel abgeführt, 4. Damit liegt der untere Teil des Motorlagers außerhalb des Kraftflusses, wodurch der hydraulische Teil des Lagers durch Einsatz von Kunststoffteilen deutlich schlanker und leichter ausgeführt werden konnte. Gleichzeitig dient das Motorlagergehäuse zur Aussteifung des Achsträgers. Simulation und Erprobung

3 Dämpfung und dynamische Steifigkeit der Motorlager

fungsmaximums durch einfachen Austausch dieser Komponenten möglich. Der als Strangpressprofil ausgeführte und auf das Lagergehäuse aufgepresste Anschlagbügel dient als Wegbegrenzung für das Lager. Die Anschlagpuffer für Zug-, Längs- und Querkräfte sind auf diesen Bügel vulkanisiert. Hierdurch kann unabhängig vom Tragkörper des Lagers die Steifigkeit des Elastomers und auch die Progression der Lagerkennlinie durch die Puffergeometrie abgestimmt werden. Durch die Kombination von Lager und Bügel lassen sich auf einfache Weise verschiedene Lagervarianten darstellen. Für den A6 sind bestimmte Motorlager mit einer Leerlaufschaltung versehen, die

128

die Dämpfung und die dynamische Steifigkeit an die gewünschten Betriebszustände anpasst. Zur Realisierung der Schaltfunktion wird ein elektromagnetischer Aktor eingesetzt, der seitlich am Motorlager angebracht ist. Dieser wurde aufgrund gestiegener Anforderungen hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Medienbeständigkeit, Energiebedarf und Bauraum für den Audi A6 neu entwickelt. So wird im Leerlaufbetrieb eine dynamisch weiche Kennlinie realisiert, die Geräusche und Vibrationen optimal vom Innenraum isoliert. Im Fahrbetrieb dagegen ist hohe Dämpfung erforderlich, um störende Triebwerkschwingungen von den Insassen fernzuhalten. In 3 sind die Dämpfung und die dynamische Steifigkeit mit

Um klassengerechte akustische Eigenschaften zu erreichen, kamen für die Lastenhefterstellung sowie die Auslegung der Motorlagerkomponenten modernste CAEMethoden zum Einsatz. Bei der Auslegung der einzelnen Komponenten wurde darauf geachtet, dass störende Resonanzen vermieden oder ihre Frequenzen in unkritische Bereiche verschoben wurden. Durch die angewandten Entwicklungsmethoden wurde sichergestellt, dass die Eigenschaften der allerersten Prototypenbauteile bereits sehr nah an der angestrebten Serienabstimmung lagen. Auch mit den modernsten heute zur Verfügung stehenden Auslegungsmethoden mit Simulationsprogrammen kann nach wie vor nicht auf die Erprobung der Eigenschaften auf Prüfständen und in Fahrzeugen verzichtet werden. Aus diesem Grund wurden die Prototypenteile einer Reihe verschiedener Versuche unterzogen. Die Ermittlung der Lagereigenschaften erfolgte mit modernen Prüfstands- und Fahrzeugmessmethoden. So wurde für den neuen Audi A6 neben den üblichen statischen und dynamischen Kennlinien auch ergebnisorientiert an dem hochfrequenten Verhalten der Motorlager über 1000 Hz gearbeitet. Hier kam im zunehmenden Maße ein Hochfrequenz-Prüfstand mit zugehörigem Messverfahren zum Einsatz. Es hat sich gezeigt, dass gerade in diesem Frequenzbereich zunehmend Konstruktionsmerkmale wie Gehäusesteifigkeiten, Verbindungstechniken oder Eigenresonanzen der Elastomertrag-

4 Einbindung des Motor­ lagers in den Achsträger

körper eine entscheidende Rolle spielen und schon durch kleine Detailoptimierungen deutliche Verbesserungen erzielt werden können.

Neben den akustischen Zielsetzungen der Motorlager müssen auch die gestiegenen Beanspruchungen durch höhere Leistungen und Drehmomente der

Aggregate bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Bei der Auslegung der einzelnen Komponenten werden bereits an den virtuellen Modellen Festigkeitsuntersuchungen durchgeführt. Dadurch ist es möglich, die Geometrie noch vor Herstellung der ersten Lager zu optimieren. Auf die Erprobung der Dauerhaltbarkeit von realen Motorlagern unter verschiedensten Bedingungen kann aber trotzdem nicht verzichtet werden. Die Erprobung umfasst Prüfungen von einzelnen Bauteilen auf einem dreiaxialen Komponentenprüfstand in einer Klimakammer. Der Test ist vor allem für den Tragkörper von Bedeutung, da seine Lebensdauer von hohen Temperaturen negativ beeinflusst wird. Des Weiteren werden Prüfungen an Fahrzeugen auf einem Gesamtfahrzeugprüfstand unter realen extremen Fahrbedingungen durchgeführt.

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Audi A 6 Fa hrdynamik

5 Konventionelles Getriebelager – abgeleitet vom Audi A8

bestimmten Aggregatekombinationen stärker gedämpft werden. Die vorhandene Dämpfung der Motorlager allein reicht hier nicht aus. Aus diesem Grund wurde der Modulare Längsbaukasten um ein hydraulisch dämpfendes Getriebelager erweitert. Das bei vibrationsarmen Aggregaten eingesetzte konventionelle Getriebelager ohne zusätzliche hydraulische Dämpfung basiert auf dem Lager des aktuellen Audi A8 und wurde entsprechend der geforderten Fahrzeugeigenschaften angepasst, 5. Um es auf die individuellen Belange des Fahrzeugs abzustimmen, wurden Steifigkeit und Spreizung geändert. Die Funktionstrennung durch einzelne Tragkörper und der modulare Aufbau des Lagers schaffen mehr Abstimmspielraum für das Gesamtsystem. Auch bei der Getriebelagerung für den Audi A6 hat Audi das hochfrequente Verhalten verbessert. Hierfür wurden einzelne Komponenten, insbesondere die Tragkörper, geometrisch optimiert. Dadurch konnte die bereits durch die Grundauslegung vorhandene, sehr gute Isolation gegen hochfrequenten Körperschall weiter verbessert werden.

6 Hydraulisch dämpfendes Getriebelager als Neuentwicklung für den A6

Hydraulische Dämpfung

Getriebelagerung

Auch die Getriebelagerung des neuen Audi A6 baut auf dem Lagerungskonzept des Modularen Längsbaukastens auf. Das modulare Getriebelager befindet sich hierbei

7 Schnittansicht der Hydraulikeinheit

130

mittig im Fahrzeugtunnel am hinteren Ende des Getriebes und verbindet es mit einem karosseriefesten Tunnelquerträger aus Aluminiumdruckguss. Um für den Audi A6 einen klassengerechten Schwingungskomfort zu erreichen, muss das Lagersystem bei

Das hydraulische dämpfende Getriebelager wurde speziell für den Audi A6 neu entwickelt. Es vermindert das Aggregatstuckern und die Zittrigkeit des Fahrzeugs im Vergleich zum Vorgänger deutlich. Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung des Lagers war der Zielkonflikt zwischen akustischer Entkoppelung und erforderlicher Dämpfung. Daher wurde – analog zum konventionellen – auch beim hydraulischen Lager konsequent auf eine Trennung der einzelnen Funktionen geachtet: Ein Z-Tragkörper ist vorrangig für die Vertikalkräfte, ein X/Y-Tragkörper für die Längs- und Querkräfte und ein separater Anschlagbereich ist für die Wegbegrenzung zuständig, 6. Herausforderung bei der Konstruktion war die Integration der Hydraulikeinheit in den vorhandenen Bauraum des Getriebelagers. Durch die Position des Getriebe­ lagers mittig unter dem Getriebe im Tunnel ist, unter Berücksichtigung der Bodenfreiheit, eine besonders flache Bauweise der einzelnen Komponenten notwendig. Die kompakteste Möglichkeit ist die Anordnung des Hydraulikelements unterhalb des X/Y-Tragkörpers für die Längsund Querkräfte, 7. Die Kanalscheibe mit

montiertem Ausgleichsbalg wird dazu in den Lagerflansch eingeschoben. Dann wird der Tragkörper eingepresst und mit dem Flansch verstemmt. Aufgrund der Lage des Ausgleichsbalgs ist ein zusätzlicher Schutz gegen Umwelteinflüsse von der Fahrbahn notwendig. Dies wird durch den Lagerflansch gewährleistet. Wie bei bekannten Hydrolagern wird die Dämpfungswirkung durch die Verdrängung des Hydraulikfluids erreicht. Bei vertikaler Anregung ändert der Tragkörper das oberhalb der Kanalscheibe zur Verfügung stehende Volumen. Durch die Trägheitswirkung des Fluids bildet sich ein Tilgereffekt aus, der der Aggregatschwingung entgegen wirkt. Durch die Geometrie des Kanals ist es möglich, das Maximum und die Frequenzlage dieses Dämpfungseffekts auf die Fahrzeuganforderungen abzustimmen. Bei Anregungen oberhalb dieser Frequenz ist die Trägheit des Fluids so hoch, das es der Anregung nicht mehr folgen kann. Dadurch steigt die dynamische Steifigkeit deutlich an. Durch die Gestaltung der Kanalplatte und der Anordnung im Lager-

8 Hochfrequenzkennlinie des hydraulischen Getriebelagers

flansch wurde dieser Effekt kompensiert. Ebenfalls wurde darauf geachtet, Eigenresonanzen der Lagerkomponenten in akustisch relevanten Bereichen zu vermeiden.

Verglichen mit ähnlichen Bauteilen konnte das hochfrequente Verhalten des hydraulisch dämpfenden Getriebelagers deutlich verbessert werden, 8.

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audi a6 FaHRdyNamik

BREMSANLAGE, RÄDER UND REIFENDRUCKSENSIERUNG die Entwicklung von Bremsen, Räder/Reifen und der Reifendrucksensierung für den neuen audi a6 waren maßgeblich durch Sicherheits-, komfort-, dynamik- und Umweltaspekte bestimmt: die Bremsanlage bietet in jeder Fahrsituation gute Verzögerungswerte und große Leistungsreserven, die Räder mit neu entwickelten Reifen haben verbesserte komfort- und Rollwiderstandseigenschaften und das innovative indirekte Reifendruckkon trollsystem „Rka +“ warnt zuverlässig vor druckverlust auch an mehreren Rädern gleichzeitig.

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aUTOREN

diPl.-ing. (fh) Paul schuller

ist Projektverantwortlicher für die Radbremse a6/a7 bei der aUdi aG in ingolstadt.

diPl.-ing. thorsten BoJarra

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Bremsbetätigung, Fußhebelwerk bei der aUdi aG in ingolstadt.

diPl.-ing. (fh) uwe henrich

ist Projektverantwortlicher für mechatronikprojekte bei der aUdi aG in ingolstadt.

Bremsanlage

Bei der Entwicklung der Bremsanlage des neuen Audi A6 lag der Fokus auf der gezielten Abstimmung aller beteiligten Komponenten: Angefangen beim Fußhebelwerk über den Bremskraftverstärker, die Bremsleitungen und das ESP-Hydroaggregat bis hin zu den Radbremsen und Bremsscheiben wurde auf ein ideales Zusammenwirken aller Bauteile geachtet. So ist es gelungen, ein Gesamtsystem zu schaffen, welches in seiner Charakteristik sehr stimmig zum Fahrzeugkonzept des Audi A6 passt und den Maßstab in seiner Klasse setzt. Die Verzögerungsleistung der Bremsanlage ist herausragend. Über alle Geschwindigkeits- und Verzögerungsniveaus hinweg ist sie sehr fein dosiert abrufbar und zeigt das von Audi Fahrzeugen bekannte, hervorragende Bremspedalgefühl. Alle Komponenten werden den gewohnt hohen Qualitätsansprüchen gerecht, sind zuverlässig und wartungsarm. Neben der Funktionsoptimierung lag ein wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt im konsequenten Leichtbau sowie in der Optimierung der akustischen Systemeigenschaften. fussheBelwerk

diPl.-ing. (fh) stePhan kraus

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Räder/Reifen/ Radantriebe bei der aUdi aG in ingolstadt.

diPl.-ing. JÖrg Burghardt

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Räder/Reifen/Radantriebe bei der aUdi aG in ingolstadt.

diPl.-ing. heiko diederichs

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Bremssysteme, ESP, Reifendruckkontrollsysteme bei der aUdi aG in ingolstadt.

Januar 2011

audi a6

Das Fußhebelwerk bildet die direkte Schnittstelle zum Fahrer und wurde daher ergonomisch ideal gestaltet. Im Vergleich zum Vorgängermodell wurde der Stufensprung zwischen Gas- und Bremspedal reduziert und so das Wechseln von einem zum anderen Pedal erleichtert. Das Ansprechverhalten und die Dosierbarkeit der Bremsanlage konnten durch eine reduzierte Pedalübersetzung und eine Überarbeitung weiterer Komponenten verbessert werden. Die Pedalerie wurde gegenüber der des Vorgängermodells gewichtsoptimiert. Dies gelang durch den Einsatz von Leichtbaumaterialien (Kunststoff, Aluminium) sowie durch konstruktive Maßnahmen. Beispielsweise besteht das Bremspedal nun aus Stahl in geschweißter Schalenbauweise und mit reduzierter Wandstärke. Über die Anforderungen hinsichtlich Komfort und aktiver Sicherheit hinaus wurde das Fußhebelwerk auch in seinen Crasheigenschaften optimal ausgeführt. Bei einem Aufprall wird die Pedalerie von

Audi A 6 Fahrdyn amik

1 Fußhebelwerk und Bremskraftverstärker

2 Faustrahmensattel 2FNR im eingebauten Zustand

3 Bremsscheibe Vorderachse

der Stirnwandintrusion entkoppelt, eine negative Beeinflussung des Fahrers wird dadurch verhindert. Jegliche Sensorik ­ zur Fahrerwunscherfassung im Fußhebelwerk wurde berührungslos und damit nach dem neuesten Stand der Technik ausgeführt.

Druckaufbaudynamik und Stellgenauigkeit insbesondere für Fahrerassistenzsysteme deutlich optimiert werden. Eine verbesserte ABS-Funktionalität trägt zu reduzierten Bremswegen bei. Darüber hinaus konnten Druckpulsationen und Regelgeräusche minimiert werden. Letztendlich tragen auch der elastomergelagerte Aluminiumhalter des ESP-Geräts, die flexiblen Stahlgewebeanteile der Bremsdruckleitungen sowie die Positionierung der Zweikomponenten-Bremslei-

tungsclips an Stellen hoher lokaler Steifigkeit der Karosserie zur akustischen Unauffälligkeit des Gesamtsystems bei. Die Positionen der Befestigungsclips wurden dabei schon in einer frühen Projektphase mittels modernster FEM-Methodik ausgewählt.

Bremskraftverstärker

Als Bremsgerät kommen ein 8/9-ZollVakuum-Bremskraftverstärker in Kompaktbauweise sowie ein Tandem-Hauptbremszylinder aus Aluminium zum ­Einsatz, 1. Die gezielt abgestimmte Verstärkerkennlinie hat einen wesentlichen Einfluss auf das Ansprechverhalten und die Dosierbarkeit der Bremsanlage. Die Dynamik des Druckaufbaus konnte im Vergleich zum Vorgängermodell nochmals gesteigert werden. Akustisch bleibt das Gerät dabei gewohnt unauffällig. Weitestgehend wurde Stahl durch Aluminium substituiert, dadurch ist der neue Bremskraftverstärker rund 30 % leichter als ­ der alte. ESP-Aggregat

Im neuen Audi A6 wird eine hochwertige und leistungsfähige ESP-Hydraulik der Firma Bosch eingesetzt, das sogenannte ESPremium. In Verbindung mit kurzen Bremsrohrleitungen und saugseitig großen Leitungsdurchmessern konnte die

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4 Hinterachsbremse mit elektrischer Parkbremse

Radbremsen Vorderachse

Die Faustsättel stammen aus dem Vorderachsbremsen-Baukasten von Audi und

bestehen aus gewichtssparendem Aluminium. Die im Vergleich zum Vorgänger gestiegenen Leistungen und größeren Drehmomente der Motoren erhöhen beim neuen A6 auch die Anforderungen an die Radbremse. Der Herausforderung, bei gleichgebliebenem Bauraum die Bremsleistung entsprechend anzupassen, wurde beim neuen A6 bis in die mittleren Leistungsklassen mit dem Einsatz eines zweiteiligen Bremssattels nach dem FBC-Prinzip (Kompositeausführung) begegnet. Der Hydraulikteil besteht dabei aus einer Aluminiumlegierung, während die Faust als Gussteil die hohe Steifigkeit der Bremse sicherstellt. Somit steigt trotz nahezu unveränderter Bremsscheibenabmessungen die maximale Bremsleistung nochmals um rund 20 % im Vergleich zum Vorgänger. Die etwa 20 % größeren Bremsbelagflächen sichern trotz des erhöhten Reibwerts die erwartete Lebensdauer. ­Der Bremsbelagverschleiß wird an beiden Achsen über Verschleißsensoren überwacht. Ein weiterer Schwerpunkt der Entwicklung war das Design der Bremsen. Da das Raddesign einen sehr großen Einfluss auf das Gesamtbild eines Fahrzeugs hat, wurden die Felgen im Laufe der Jahre

immer offener und sportlicher gestaltet. Dies ermöglicht einen freien Blick auf die Radbremse, die dementsprechend auch das hohe Designniveau des Gesamtfahrzeugs fortführen muss. Die für die V6-Topmotorisierungen entwickelte „2FNR“-Doppelkolbenbremse besteht aus Aluminium. Eine einteilige Faust ermöglicht neben dem für diese Leistungsklasse sehr niedrigen Bauteilgewicht ein einzigartiges Faustsattelbremsen-Design, 2. Zusammen mit der Audi Designabteilung wurde so eine Bremse entwickelt, die dem Kunden die Hochleistungs-Bremsentechnik auch optisch überzeugend näherbringt. Die Anforderungen an die Bremsscheiben sind zum einen höchste Belastbarkeit und zum anderen größtmöglicher Komfort bei allen Betriebszuständen. Um den gestiegenen Ansprüchen beim neuen A6 gerecht zu werden, wurden die Vorderachsbremsscheiben komplett neu entwickelt. Das Design der Kühlkanäle trägt hier zur Gesamtleistung des Bremssystems maßgeblich bei, während die Kon­ struktion der Reibringanbindung an den Topf großen Einfluss auf das thermoelastische Verhalten und somit den Bremskomfort hat, 3.

Hinterachsbremsen mit elektrischer Parkbremse

In den Hinterachsbremssätteln ist eine akustisch optimierte und gewichtsreduzierte elektromechanische Parkbremse integriert, 4. Sie dient in erster Linie zur Sicherung des Fahrzeugs gegen unbeabsichtigtes Wegrollen und ersetzt die Handbremse. Zudem bietet die integrierte Anfahrhilfe die Möglichkeit, komfortabel anzufahren ohne die Parkbremse über den Parkbremstaster lösen zu müssen. Zusätzlich zur elektromechanischen Parkbremse unterstützt der Anfahrassistent im neuen A6 den Fahrer mit Bremseingriffen im Stillstand und im Stop-and-go-Verkehr. Der Anfahrassistent erleichtert insbesondere Anfahrvorgänge an Steigungen, bei Anhängerbetrieb und im Start-Stopp-Betrieb. Seine Komfort- und Sicherheitsfunktionen sind in die Regelstrategie des ESP eingebunden. Räder und Reifen

Abhängig von der Motorisierung sind Räder in der Größe 7,5J x 16“ ET 37 mit Reifen 225/60 R 16 oder 8,0J x 17“ ET 39 mit Reifen 225/55 R 17 die Basis für den neuen Audi A6, 5.

5 Rad-/Reifenkombinationen für den Audi A6 Januar 2011

Audi A6

135

audi a6 FaHRdyNamik

Optional sind ein weiteres Raddesign in 8,0J x 17“ ET 39 sowie zwei Räderdesigns in 8,0J x 18“ ET 39 mit Reifen 245/45 R18 und ein Leichtbaurad in „Flow Forming“ der Dimension 8,5J x 19 ET45 mit Reifen 255/40 R19 erhältlich, wobei es diese Dimension auch in einer Notlaufausführung gibt (AOE), die es erlaubt, auch nach vollständigem Druckverlust eine gewisse Fahrstrecke mobil zu bleiben. AOE bezeichnet dabei Audi spezifische Reifen mit erweiterten Notlaufeigenschaften bei ausgewogenem Fahrkomfort. Den absoluten Höhepunkt stellt das 20“-Aluschmiederad in Bicolor-Ausführung dar. Das Mehrspeichenrad ist an den Speichenflanken Anthrazit lackiert und über der Designfläche teilpoliert. Dazu ist ein Reifen der Dimension 255/35 R20 verbaut. winterräder

Mit gleichem Design wie die Räder mit Sommerreifen stehen kettentaugliche 16-, 17- und 18- Zoll-Winterräder mit Winterbereifung zur Verfügung. Auf Wunsch gibt es auch für den Winter einen kettentauglichen Notlaufreifen (AOE) in der Dimension 225/50 R18. AOE-Reifen ermöglichen bei totalem Druckverlust eine Weiterfahrt über mindestens 30 km bei maximal 80 km/h. Durch das „Tire Mobility System“ (TMS) lässt sich die Notlaufstrecke verlängern, um problemlos die nächste Servicestation zu erreichen. Der neue Audi A6 ist in Deutschland serienmäßig mit dem TMS ausgestattet. Mit diesem System kann der Fahrer im Falle einer Reifenpanne, ohne einen Rad-

wechsel vornehmen zu müssen, noch die nächste Servicestation erreichen und profitiert von der deutlichen Gewichtseinsparung. Optional wird ein platzsparendes Notrad in der Dimensionen 4,5J x 20 mit dem Reifen T145/60 R 20 angeboten. Das Gesamterscheinungsbild des neuen Audi A6 wird durch die gleichbleibende Außenbündigkeit der Räder positiv unterstrichen. Diese Außenbündigkeit wird durch unterschiedliche Einpresstiefen (ET) und der entsprechenden Reifenbreite erreicht. Die ET hängt dabei von der jeweiligen Maulweite der verschiedenen Raddimensionen ab. Komfort und speziell Rollwiderstand wurden durch vollkommen neu entwickelte Reifen bei allen Dimensionen verbessert, wobei die fahrdynamischen sportlichen Eigenschaften weiterhin Audi typisch ausgeprägt sind. Reifenquerschnitt, Seitenwand sowie Profilierung optimieren die aerodynamischen Eigenschaften und das Gesamterscheinungsbild des neuen Audi A6. indirektes reifendruckkontrollsYstem

Der Reifen ist eines der wichtigsten Bauteile für die Fahreigenschaften am Fahrzeug. Er stellt die einzige Kontaktfläche zwischen Fahrbahn und Fahrzeug dar. Quer- und Längskräfte müssen stabil übertragen werden, bei hohen Anforderungen an Komfort, Dynamik und Verschleißfestigkeit. Um diesen Aufgaben unter verschiedensten Fahrzuständen und Witterungsbedingungen gerecht zu wer-

den, legt Audi den optimalen Reifendruck für die jeweilige Rad-/Reifenkombination fest. Neben der Fahrsicherheit werden durch den Reifendruck viele Reifeneigenschaften entscheidend beeinflusst, unter anderem der Rollwiderstand. Zu niedriger Reifendruck erhöht den Rollwiderstand, den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß. Beim Druckverlust im Reifen werden drei klassische Szenarien unterschieden, ➏: : Reifenplatzer (Blowouts) können von derzeit am Markt befindlichen Reifendruckkontrollsystemen, egal ob mit direkter oder indirekter Sensierung, nicht erkannt werden, da die Zeitspanne des Druckverlusts zu kurz ist. : Ein schneller Druckverlust (Panne) entsteht aufgrund von in den/die Reifen eingefahrenen Fremdkörpern, wie Schrauben, Nägel oder ähnlich scharfkantige Gegenstände. Typische Druckverlustraten liegen hier über 0,1 bis 0,2 bar/Minute. : Ein langsamer Druckverlust entsteht aufgrund von natürlicher Diffusion (Luftmoleküle diffundieren aufgrund ihrer geringen Größe durch die Reifenwände). Bei Druckverlusten durch Diffusion geht man von einer Verlustrate von zirka 0,1 bar/Monat aus. Diffusionsverluste sind nach derzeitigem Reifenentwicklungsstand unvermeidbar. Dem Druckverlust durch Diffusion ist deshalb nur durch regelmäßiges Prüfen der Reifendrücke entgegenzuwirken. Im Rahmen nachhaltiger Mobilität steht bei der Fahrzeugentwicklung stark im

➏ druckverlustszenarien

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ZUKUNFT LESEN

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SEIT 1898 DIE NUMMER 1 IN SACHEN AUTOMOBILTECHNIK

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DATUM / UNTERSCHRIFT

Audi A 6 Fahrdyn amik

Fokus, den CO2-Ausstoß weiter zu reduzieren. In diesem Zusammenhang gewinnen Systeme zur Reifendruckkontrolle zunehmend an Bedeutung. Vorhandene Fahrzeugsensorik genutzt

Die heutzutage in Fahrzeugen verbaute Elektronik und Sensorik macht es möglich, aus vorhandenen Sensorsignalen und der intelligenten Verknüpfung dieser Si­gnale indirekt einen Reifendruckverlust zuverlässig zu erkennen. Audi hat mit der Entwicklung des Systems „RKA+“ einen innovativen Schritt in die Zukunft der Reifendruckkontrolle gemacht. Die aufwendige Technik direkter Reifendruckkontrollsysteme (Sensoren, Antennen, Steuergerät) wird durch ein Softwaremodul ersetzt. Das System ist über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs leistungsfähig, robust, preiswert und vor allem wartungsfrei, damit verursacht es für den Kunden keine Folgekosten. Bereits für den Vorgänger des neuen A6 wurde das indirekte System der zweiten Generation RKA+ entwickelt, lief hier jedoch noch in einem separaten Steuergerät. Wie schon beim Audi A4, dem Audi Q5 und dem Audi A8 ist beim neuen Audi A6 RKA+ als Softwaremodul in das ESPSteuergerät integriert, in dem die Drehzahlsignale aller vier Räder ohnehin ausgewertet werden. RKA+ ist mittlerweile für alle aktuellen Audi Modellreihen in Entwicklung beziehungsweise teilweise bereits in Serie. Indirekte Reifendruck­ kontrolle mit Diffusions­ erkennung

Die Reifendruckkontrolle mit Diffusionserkennung im Fahrzeug war bis vor kurzem den direkt messenden RDK-Systemen (Reifendruckkontrolle). vorbehalten, bei denen Sensoren die im Reifen gemessenen Drücke und Temperaturen per Antenne an ein Steuergerät senden. Parallel sind seit einigen Jahren indirekte RKASysteme (Reifenkontrollanzeige) der ersten Generation bei vielen Fahrzeugherstellern in Serie. Diese Systeme nutzen bereits Raddrehzahlsignale zur Auswertung der Relativgeschwindigkeiten der Reifen untereinander. Dadurch können Reifenpannen an einer Radposition erkannt wer-

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7 Frequenzspektrum RKA + (bei verschiedenen Reifendruckwerten)

den, jedoch kein gleichzeitiger schleichender Druckverlust in allen vier Reifen. ­Fortschritte in Signalverarbeitung bezie­ hungsweise -verknüpfung ermöglichen zusätzlich die Schwingungsanalyse des

Reifens und damit auch die Diffusionserkennung. Diese verbesserte Technik der zweiten Generation ist bei Audi seit Anfang 2004 in Entwicklung und wird ­ seit 2006 als RKA+ in Serie verbaut. Soft-

8 Erkennung des Druckverlustes an einem Rad durch einen Pannenfall

9 Druckverlust an allen Reifen durch Diffusion

warelieferant und wichtigster Entwicklungspartner ist die schwedische Firma Nira Dynamics. Durch konsequente Weiterentwicklung des Softwarealgorithmus in enger Abstimmung zwischen den Entwicklern bei Audi und Nira ist es gelungen, die harten Anforderungen der US-Gesetzgebung FMVSS138, die seit September 2007 für alle Neufahrzeuge gilt, abzudecken. Der Anlauf des Audi A6, Modelljahr 2009, in den USA bedeutete den Ersteinsatz für ein indirektes Reifendruckkontrollsystem, welches die US-Anforderungen erfüllt. Auch für Europa wurde bereits eine gesetzliche Regelung zur Reifendruckkontrolle erarbeitet, die ab 2012 gelten soll. Im europäischen Markt läuft RKA+ bereits seit April 2006 mit hoher Kundenzufriedenheit im Audi TT; ebenso ist das System in den aktuellen Modellen Audi A4, A5, A6, Q5, und Q7 optional verfügbar und wird nun, wie im Audi A8, im neuen A6 serienmäßig verbaut. Der Reifen selbst dient als Sensor

RKA+ nutzt die ohnehin schon vorhandenen Rohsignale der ABS-Drehzahlsensoren für eine Analyse der Radabrollumfänge und für die Auswertung charakteristischer Schwingungen der Reifen, um so indirekt auf einen möglichen Luftdruckverlust zu schließen, 7. Zusätzlich eingelesene Si­gnale wie Gierrate oder Motordrehmoment ermöglichen es, den Fahrzustand zu erkennen und somit die eingelesenen Raddrehzahlinformationen zu plausibilisieren. Die Spektralanalyse ergänzt dabei die Informationen aus der Abrollumfangsauswertung und ermöglicht, neben der Anzeige welches der Räder vom Luftverlust betroffen ist, Reifendruckverlust durch Diffusion zu erkennen. Das ausgewertete Spektrum der Reifenschwingungen in Umfangsrichtung, 8, zeigt dabei einen Anstieg der Schwingungsamplitude der Reifen bei Luftverlust, während gleichzeitig die Eigenfrequenz abfällt. In ⑧ ist schematisch ein Signalverlauf bei Druckverlust vorne links dargestellt. Zur Detektion dieses Pannenfalls wird die Änderung des Abrollumfangs ausgewertet. Um einen schleichenden Druckverlust an mehreren Reifen festzustellen, werden hauptsächlich die Informationen der Schwingungsanalyse herangezogen, 9. Januar 2011

Audi A6

❿ Druckverlustwarnung mit Positionsanzeige

Die Erprobung von RKA+ für den A6 wurde weltweit durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf der Messung von Fahrzeug-/Reifendaten mit unterschiedlichen Parameterkombinationen lag. Damit wurde sichergestellt, dass das System auf allen bekannten Fahrbahnoberflächen, bei Temperatur- und Beladungswechseln, mit verschiedensten Fahrerprofilen und unter verschiedensten Randbedingungen zuverlässig funktioniert. Reifendruckwarnungen erfolgen bei RKA+ nach Unterschreitung einer Warnschwelle von 25 % Minderdruck im Vergleich zum Solldruck, das heißt durch Erkennung von relativen Druckverlusten. Ein Reifendruckkontrollsystem hilft dem Fahrer, Druckverlust im Reifen beziehungsweise drohende Reifenpannen zu erkennen und rechtzeitig geeignete Maßnahmen zu ergreifen und damit Reifenschäden beziehungsweise daraus resultierende Unfälle abzuwenden. Das System entbindet den Fahrer jedoch nicht davon, die Reifendrücke regelmäßig (mindestens alle vier Wochen) zu überprüfen. Abspeichern der Solldrücke notwendig

Sowohl direkt als auch indirekt messende Reifendruckkontrollsysteme erfordern bei unterschiedlichen Reifendruckniveaus

(Vorderachse/Hinterachse, Volllast/Teillast) immer dann eine Systembedienung durch den Kunden, wenn :: Räder/Reifen gewechselt (Sommer/ Winter) oder am Fahrzeug getauscht werden (vorne/hinten, links/rechts) :: Drücke in einem oder mehreren Reifen geändert werden, zum Beispiel aufgrund von signifikanter Beladungsänderung, Anhängerbetrieb, oder nach Behebung einer Reifenpanne. Der Kunde muss an allen vier Reifen die vorgeschriebenen Reifendrücke (nach Fülldruckaufkleber beziehungsweise Bedienungshandbuch) eingestellt haben und diesen Sollzustand der Reifendrücke abspeichern. Das Reifenverhalten bei diesen Druckwerten – beziehungsweise aus Sicht RKA+ die Abrollumfänge – und die charakteristischen Schwingungen werden daraufhin vom System eingelernt und als Referenz mit dem jeweiligen Istzustand des Reifenverhaltens verglichen. Die Bedienung erfolgt beim Audi A6 über das „CAR“-Menü im „MMI“. Rückmeldungen des Systems werden dem Fahrer im „Fahrerinformationssystem“ (FIS) im Mitteldisplay angezeigt. Wird ein signifikanter Druckverlust an nur einem Reifen erkannt (Pannenfall), ist die Warnung positionsbezogen, ❿. Sind mehrere Reifen betroffen, erfolgt eine allgemeine Druckverlustwarnung.

139

audi a6 FahrdynaMik

LENKSYSTEM der neue audi a6 ist mit einer elektromechanischen Servolenkung ausgerüstet. Sie bietet das hohe niveau einer hydrauliklenkung bezüglich agilität und Lenkungsansprache, verbraucht aber bis zu 0,3 l weniger kraftstoff. komplett neu entwickelt für den a6 wurde die serienmäßig manuell verstellbare Lenksäule. die optional elektrisch verstellbare Lenksäule für den a6 stammt aus dem audi a8. Beide Systeme erfüllen höchste anforderungen an Funktionalität, komfort und insassenschutz.

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aUTOrEn

diPL. iNg. (ba) aNdreas bOCHert

ist Projektleiter Lenkung bei der aUdi aG in ingolstadt.

diPL.-iNg. tHOMas Cäsar

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Lenksäule bei der aUdi aG in ingolstadt.

Rotor des Elektromotors ist als Hohlwelle ausgeführt und fest mit der Kugelumlaufmutter verbunden. Der Kugelgewindetrieb überträgt die rotatorische Bewegung des Motors in eine translatorische Bewegung der Zahnstange, ➋. Zur Steuerung des Elektromotors werden zwei lenkungsinterne Sensoren verwendet. Der Lenkmomentensensor erfasst das Fahrerhandmoment. Er ist zwischen der Eingangswelle (Schnittstelle zur Lenksäule) und dem Lenkritzel angeordnet. Der Rotorlagesensor ermittelt die exakte Position des Rotors. Er ist zwischen Motor und Lenkgetriebegehäuse positioniert. Das Steuergerät ist angebaut und über drei externe Schnittstellen (Sensorsignale vom Lenkmomentensensor, Kommunikation, Spannungsversorgung) sowie zwei interne Schnittstellen (Kontaktierung für Motoransteuerung und Rotorlagesensor) angebunden. Der Elektromotor ist als permanent erregter Synchronmotor ausgelegt. Dieses Motorkonzept zeichnet sich durch kompakte Bauart bei großer Leistung aus.

FuNktiON uNd bedieNuNg

Um die erforderliche Vernetzung sicherzustellen, kommuniziert die Lenkung via FlexRay mit den relevanten Steuergeräten. Nach Motorstart initialisiert sich die Lenkung über einen Abgleich mit dem Lenkwinkelsensor im Schaltermodul der Lenksäule und über eine Abfrage der Motordrehzahl. Dann wird der Elektromotor in Abhängigkeit vom Fahrerhandmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit angesteuert. Die Lenkungscharakteristik kann durch den Fahrer über „Audi drive select“ von komfortabel bis sportlich angepasst werden. Bei µ-Split-Bremsungen unterstützt die Lenkung den Fahrer mit einer Lenkmomentenempfehlung. Bei Fahrzeugen mit Audi active lane assist wird die Lenkunterstützung gezielt eingesetzt, um ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur zu verhindern. In Kombination mit dem Parklenkassistenten ermöglicht die Lenkung ein komfortables Einparken, ohne dass der Fahrer das Lenkrad bedienen muss.

diPL.-iNg. JOHaNN eiCHLer

ist Projektverantwortlicher in der Entwicklung Lenkrad/Fahrerairbag bei der aUdi aG in ingolstadt.

eLektrOMeCHaNisCHe serVOLeNkuNg

Mit dem Audi A7 hielt die elektromechanische Servolenkung Einzug in den Modularen Längsbaukasten von Audi. Diese Lenkung wird auch im A6 eingesetzt. Das System arbeitet hocheffizient und senkt im Vergleich zu einer herkömmlichen Hydrauliklenkung den Kraftstoffverbrauch motorisierungsabhängig um bis zu 0,3 l/100 km. Die Servounterstützung erfolgt serienmäßig geschwindigkeitsabhängig. Darüber hinaus ermöglicht das Lenksystem den Einsatz von Fahrerassistenzsystemen, wie den „Audi active lane assist“ und den „Parkassistenten“.

➊ aufbau der elektromechanischen Servolenkung

auFbau

Um die elektromechanische Lenkung in den Vorderwagen zu integrieren, war eine Neuentwicklung erforderlich, charakterisiert durch eine konzentrische Anordnung des Servoantriebs zur Zahnstange, ➊. Der Januar 2011

audi a6

➋ Explosionsdarstellung der Lenkung

141

Audi A 6 Fahrdynamik

3 Manuell verstellbare Lenksäule mit Lenkwelle

Auf die Verfügbarkeit der Lenkunterstützung wurde im Rahmen der Lenkungsentwicklung ein besonderer Schwerpunkt gelegt. Daher sind die wesentlichen Bauteile der Elektronik redundant ausgeführt. Außerdem wurde das System mit einer entsprechenden Eigendiagnose ausgerüstet. Neuer Lenkungsbaukasten

Bei der elektromechanischen Lenkung von Audi entfällt eine zusätzliche Übersetzungsstufe, somit kann eine hochpräzise Spurführung und eine leicht ansprechende Lenkung mit einer geringen Empfindlichkeit gegen störende Fahrbahneinflüsse kombiniert werden. Durch ihre konzentrische Bauform ist die Lenkung äußerst kompakt. Damit wird es möglich, eine elektrische Lenkunterstützung auch in ein Fahrzeug zu integrieren, bei dem nicht ausreichend Bauraum für eine Lenkung mit achsparalleler Anordnung des Lenkungsmotors vorhanden ist. Die elektromechanische Servolenkung im A6 reduziert den Kraftstoffverbrauch und behält dabei Agilität und Lenkungsansprache einer Hydrauliklenkung bei. Das macht die Lenkung zu einem Beispiel für die Innovationskraft des VW-Konzerns. Sie wurde in Zusammenarbeit mit der Komponentenentwicklung in Braunschweig konzipiert und legt den Grundstein für einen neuen Lenkungsbaukasten bei Audi.

4 Elektrisch verstellbare Lenksäule mit Lenkwelle

verstellbare Lenksäule zum Einsatz, 3 und 4. Um höchste Anforderungen an Funktionalität, Komfort und Insassenschutz zu erfüllen, wurde die manuell verstellbare Lenksäule komplett neu entwickelt. Die elektrisch verstellbare Lenksäule wurde für den Audi A8 neu entwickelt und in den Audi A6 übernommen. Die Lenkradposition lässt sich durch die Lenksäule stufenlos bis zu 50 mm in Hochrichtung und 60 mm in Längsrichtung einstellen. Durch den großen Verstellbereich kann jeder Fahrer manuell oder per Schalter eine ergonomische und ermüdungsfreie Lenkradposition einstellen. Die Fixierung der Einstellposition bei der manuell verstellbaren Lenksäule erfolgt durch eine Klemmmechanik mit gefederten Rastierelementen. Diese bieten eine stufenlose Verstellmöglichkeit und hohe Haltekräfte

gegen ein undefiniertes Durchrutschen der Lenksäule bei einem Crash. Die optionale elektrisch verstellbare Lenksäule wird mittels zweier geräuschoptimierter Motoren positioniert. Eine separate Regelelektronik, die im Zusammenbauumfang der Lenksäule integriert ist, steuert die Motoren. Die Säule kann über einen Schalter verstellt werden, zudem ist eine automatische Easy-Entry-Funktion für den komfortableren Ein- und Ausstieg über das „MMI“-Menüsystem zuschaltbar. Dabei fährt die Lenksäule samt Lenkrad beim Abziehen des Zündschlüssels nach oben und vergrößert so die Beinfreiheit. Zusätzlich erlaubt eine Speicherfunktion, zwei Zündschlüssel zu codieren, damit fahrerbezogen zwei persönliche Einstellungen wie Lenksäulenposition oder Sitzposition gespeichert werden können.

Lenksäule und Lenkwelle

Der neue A6 ist mit einer Sicherheitslenksäule ausgestattet. Es kommt serienmäßig eine manuell oder optional eine elektrisch

142

5 Lenkwelle mit integrierter Stirnwanddichtung

Die Lenksäule ist mit einer elektrischen Verriegelung ausgestattet, die beim Abziehen des Zündschlüssels automatisch ­aktiviert wird. Damit ermöglicht sie auch das optional wählbare „Advanced Key“Zugangssystem mit Start-/Stopp-Taster für den Motorstart. Die Anbindung der Lenksäule im Cockpit bildet gemeinsam mit dem Modulquerträger und dem Stirnwandlagerbock eine auf Basis aufwendiger Simulationen optimierte steife Tragstruktur, die zusammen mit der Lenksäule eine hervorragende Stabilität des Lenkrads gegen Fahrerabstützkräfte aufweist, störende Lenkradvibrationen zuverlässig verhindert und somit einen komfortablen Fahreindruck unterstützt. In Verbindung mit der Lenkwelle bildet die Lenk­ säule einen verdrehsteifen Lenkstrang, sorgt für ein präzises Lenkgefühl auch um die Mittellage und unterstreicht damit die agile Lenkansprache des neuen Audi A6, 5. Um die hohen Anforderungen an den Insassenschutz zu erfüllen, ist in die Lenksäule ein System zur Energieaufnahme integriert. Es wurde in Verbindung mit dem Fahrerairbag und dem Gurtsystem speziell auf den neuen A6 abgestimmt und hält die Belastung des Fahrers während eines Frontalaufpralls auf niedrigem Niveau. Gleichzeitig verhindert eine teleskopierbare Lenkwelle, dass sich die Lenksäule in den Innenraum in Richtung Fahrer verschiebt. Somit ist eine Lenkgetriebe- und Stirnwandintrusion von der oberen Lenksäule entkoppelt. Die Entwicklung des neuen Crashsystems wurde erstmals komplett durch Simulationen von der Komponente zum Fahrzeug begleitet, abgestimmt und validiert. Dieses Verfahren ermöglicht eine effiziente Integration der Komponentenfunktion ins Rückhaltesystem des Gesamtfahrzeugs. Lenkrad

Die Lenkräder des Audi A6 entstammen einer neu entwickelten Audi Lenkradgeneration, die erstmals im neuen Audi A8 eingesetzt wurde. Ein Sachverhalt, der den Premiumcharakter des Audi A6 unterstreicht und höchstes Qualitätsniveau verspricht. Dieser Anspruch wird durch hochwertige Materialien und die feinen Chromapplikationen auf Lenkradspeichen und der Airbagkappe umgesetzt. Um den individuellen Wünschen der Kunden nachzukommen, werden wieder Vierspeichenlenkräder und optional auch Januar 2011

Audi A6

6 Vierspeichenlenkrad, optional mit beheizbarem Kranz

7 Dreispeichenlenkrad, ebenfalls optional mit beheizbarem Kranz

Dreispeichen-Sportlenkräder angeboten. Die optische Differenzierung zwischen den unterschiedlichen Ausführungen wurde im Vergleich zu früheren Lenkradgenerationen stärker herausgearbeitet. Zudem wurden die bisher bereits sehr guten ergonomischen Eigenschaften nochmals optimiert. Bereits als Serienausstattung werden im Audi A6 Multifunktionslenkräder angeboten. Das neue, evolutionär weiterentwickelte Bedienkonzept mit zwei zusätzlichen Schaltwippen erlaubt eine sehr komfortable Bedienung von Telefon, Audiogeräten und Bordcomputer, ohne den Lenkradkranz loslassen zu müssen. Optional können „Tiptronic“-Paddel für manuellen Gangwechsel geordert werden. Als weitere Option ist der Lenkradkranz beheizbar – sowohl für die Vierspeichen- als auch für die Dreispeichenvariante. Diese Komfortfunktion lässt sich bequem über eine im Multifunktions-Tastenblock integrierte Tipptaste aktivieren und deaktivieren, 6 und 7.

Als Überzug für den Lenkradkranz findet feinstes Nappaleder Verwendung, das mit hochwertiger Nahttechnik in Handarbeit aufgebracht wird. Dabei kann der Kunde zwischen drei sorgsam auf den Fahrzeuginnenraum abgestimmten Farbvarianten wählen. Wer seinen Audi A6 mit „S line“-Ausstattungspaket ordert, bekommt ein Dreispeichen-Sportlenkrad mit besonders griffigem, Micropunkt-geprägtem Nappaleder und einer dekorativen Lenkradplakette. Die Airbageinheit der Lenkräder ist als „Floating Horn“ ausgeführt, die es dem Fahrer ermöglicht, die Hupe an jeder Stelle der Airbagkappe aktivieren zu können; ein nicht zu unterschätzender Sicherheitsfaktor in Gefahrsituationen. Dass auch beim Lenkrad Leichtbau großgeschrieben wird und beispielsweise für das Lenkradskelett nur ultraleichte Magnesiumwerkstoffe in Frage kommen – die dennoch höchste Festigkeitsanforderungen erfüllen müssen – hat sich bei Audi bereits als Standard etabliert.

143

audI a6 FAhRdyNAMik

ELEKTRONIKVERNETZUNG UND SENSORFUSION IM FAHRWERK im neuen Audi A6 sind annähernd alle Fahrwerkregelsysteme über das Bus-System FlexRay vernetzt. damit konnte eine informationsstruktur geschaffen werden, bei der alle Regelsysteme auf die gleiche Sensorbasis zugreifen – statt vieler einzelner Sensoren im Fahrzeug, die jeweils nur mit einem Regelsystem verknüpft sind. Wichtige Sensoren wurden im Audi A6 dazu in einer zentralen inertialsensorik zusammengefasst, dem „Sensor Array Audi“.

144

AUTOREN

dIpl.­Ing. markus Buhlmann

ist verantwortlich für die Entwicklung Fahrwerkelektronik Fahrdynamik und Sensorik bei der AUdi AG in ingolstadt.

dIpl.­Ing. roland sugg

ist zuständig für die Entwicklung des SARA-Steuergeräts bei der AUdi AG in ingolstadt.

fleXraY­IntegratIon In fahrwerksteuergerÄte

Bei der Entwicklung von Fahrwerksteuergeräten setzt der neue Audi A6 einen Meilenstein, denn erstmals wird eine breitbandige Kommunikation mit einer hoch

Januar 2011

Audi A6

dIpl.­wIrtsCh.­Ing. armIn roller

ist Projektleiter für SARA bei der AUdi AG in ingolstadt.

standardisierten Integrationsplattform kombiniert. Dies sind für Audi die grundlegenden Voraussetzungen, um auch zukünftige Herausforderungen erfolgreich zu bewältigen. Die im Audi A6 umgesetzte Vernetzung bildet die Grundlage für eine funktionsorientierte Fahrwerkarchitektur, welche auch in zukünftigen Modellen und Baureihen Verwendung finden wird. Das Konzept dahinter ist, die Systeme einer Funktionsdomäne zusammenzuziehen und über ein leistungsfähiges, zukunftssicheres Bus-System miteinander zu verbinden. Im neuen Audi A6 werden daher annähernd alle Fahrwerkregelsysteme über das Bus-System FlexRay vernetzt, 1. FlexRay dient als zentrale Informationsdrehscheibe, um unterschiedlichste Arten von Sensorsignalen für alle Nutzer zur Verfügung zu stellen. Damit konnte zum ersten Mal eine Informationsstruktur geschaffen werden, bei der alle

dIpl.­Ing. (fh) ChrIstIan Braun

ist zuständig für Vernetzung und Messtechnik im Fahrwerk bei der AUdi AG in ingolstadt.

Regelsysteme auf die gleiche Sensorbasis zugreifen. Die Fahrerassistenzsysteme des Audi A6 nutzen die Bandbreite des neuen Bus-Systems zum schnellen Austausch von Objektlisten und zur Datenfusion der Umfeldsensoren. Ein Erfolgsfaktor bei der Implementierung von FlexRay war die Unterstützung durch den Hersteller der Softwaremodule, die Firma TTTech Automotive. Das Unternehmen hat auch bei Fragestellungen zur Optimierung des Gesamtsystems einen wichtigen Beitrag geleistet. Alle Lieferanten hatten sich mit der Aufgabe auseinanderzusetzen, FlexRay in ein Fahrwerksystem zu integrieren, und haben dies gemeinsam mit Audi im neuen A6 erfolgreich umgesetzt. Bei Entwicklung der A6-Architektur hat sich gezeigt, dass die Integrationsfähigkeit wesentlich davon bestimmt wird, wie weit auch interne Schnittstellen im Steuergerät

145

Audi A 6 Fa hrdynamik

genau definiert und mit allen beteiligten Entwicklungspartnern abgestimmt sind. Hier wurde der Vorteil des Einsatzes von Autosar-Modulen deutlich. Die Integration eines zeitgesteuerten Bus-Systems wirft nämlich auch bezüglich des zeitlichen Gesamtsystemverhaltens neue Fragestellungen auf, zum Beispiel beim Scheduling und bei der Zeitsynchronisation. Audi konnte mit seinen Systemlieferanten und Partnern optimale Lösungen erarbeiten und in den Steuergeräten umsetzen. Teilweise wurden in Steuergeräte Funktionen integriert, welche von Audi selbst entwickelt wurden. Dies war auf der Basis genau definierter interner Schnittstellen möglich, wie sie auch bei Autosar angewendet werden. Die zugrunde liegende Softwarearchitektur war nicht in allen Fällen Autosarkonform, folgte aber diesem Ansatz. Beispiele für die erfolgreiche Integration sind die Anwendungen „Fahrdynamikregler im Sportdifferenzial“, „indirekte Reifendruckkontrolle“ und „Vertikaldynamikregler“.

1 Systemvernetzung mittels CAN und FlexRay

Zentrale Inertialsensorik und Integrationsplattform

Im neuen Audi A6 kommt erstmalig ein zentrales Steuergerät zum Einsatz, welches Drehraten- und Beschleunigungssensoren in Richtung aller drei Raumachsen zentral vereint und zugleich eine Integrationsplattform für Softwarefunktionen bereitstellt.

2 Sensoren im Fahrzeug: Mehrfachverbau statt Mehrfachnutzung

Zentralsensorik

In bisherigen Fahrzeugprojekten waren vergleichbare Sensoren oft mehrfach im Fahrzeug verbaut, 2. Die verschiedenen Fahrzeugsysteme griffen meist exklusiv auf eigene Sensoren zu. Für den A6 als neues Projekt lag es nahe, die Sensoren für mehrere Systeme zu verwenden, um Synergien zu nutzen. Zudem sah das Konzept des A6 vor, Sensorsignale durch berechnete Informationen zu substituieren und weitere Sensoren und damit Kosten einzusparen. Konkret sollten die karosserieseitig angebrachten Aufbaubeschleunigungssensoren der Dämpferregelung durch eine kostenoptimierte Zentralsensorik ersetzt werden. Dazu wurden die Sensoren räumlich zu einer zentralen Inertialsensorik zusammengefasst, dem „Sensor Array Audi“ (SARA). Dieses zen­ trale Steuergerät stellt systemübergreifend Sensordaten für unterschiedlichste Fahr-

146

3 Zusammenführung von Sensoren als Basis für die Mehrfachnutzung der Signale

zeugfunktionen zur Verfügung. Bei den Sensoren selber wurde dabei auf bewährte Techniken zurückgegriffen, um das maximale Rationalisierungspotenzial zu nutzen. Erstmals ist mit SARA ein paralleler, zeitlich determinierter Zugriff auf die

Sensordaten möglich, 3. Grundlage für die übergreifende Nutzung der Sensorsi­ gnale ist eine Signaldatenvorverarbeitung, die die Systeme über den Status der Sen­ sordaten informiert und damit festlegt, inwieweit diese genutzt werden können.

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Audi A 6 Fa hrdynamik

Funktionale Integrations­ plattform

Viele Funktionen im Fahrwerkbereich nutzen zur Regelung Sensorinformationen über Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeit als Eingangsgrößen. Für jede Funktion wurde bisher ein eigener Sensor verbaut und genutzt. Gerade im Fahrwerkbereich ergab sich jedoch die Notwendigkeit, die Signale auf einer Plattform zentral aufzubereiten und den verschiedenen Funktionen zur Verfügung zu stellen. Damit bietet sich auch die Möglichkeit, künftig weitere Funktionen auf der Plattform zu integrieren. Bei Entwicklung der Hard- und Software mussten selbstverständlich die

besonderen Anforderungen an ein Fahrwerksystem berücksichtigt werden. Wesentliche Aspekte hierbei waren: :: Funktionsmodule müssen voneinander gekapselt implementiert werden, um eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen :: Datenportierung und -austausch soll durch eine einheitliche Schnittstelle zum System realisiert werden :: Einsatz eines statischen Betriebssystems zum Ressourcenmanagement der Funktionsmodule :: Auslegung der Architektur für sicherheitsrelevante Funktionen. Die eingesetzte Autosar-Softwarearchitektur deckt die Anforderungen weitgehend ab. Die Festlegung hinsichtlich Architekturkon-

4 Darstellung der Raumachsen, der Beschleunigungen und Drehraten

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zept und Absicherung wurde gemeinsam mit der Audi Electronics Venture (AEV) definiert. In enger Zusammenarbeit mit dem Halbleiterhersteller Infineon wurden die Autosar-kompatiblen Softwaremodule entwickelt. In diesem Prozess waren darüber hinaus der Hersteller des AutosarBetriebssystems, die Firma Elektrobit Automotive, sowie die Firma TTTech Automotive und weitere Unternehmen involviert. Serienumsetzung

Nach der erfolgreichen Vorentwicklung konnten die positiven Ergebnisse in die Serienentwicklung übernommen werden. Im Audi A6 kommt – je nach verbauten Fahrzeugsystemen – eine der vier Varian-

ten 3D, 3Dred, 6D und 6Dred zum Einsatz. Die höchste Ausbaustufe misst: Längs-, zweimal Quer- und Vertikalbeschleunigung, zweimal Gier-, Roll- und Nickrate, 4. Die Verwendung verschiedener Ausbaustufen optimiert Entwicklungsaufwand, Kosten und Qualität. Der Sensor liefert Informationen für Fahrzeugsysteme der Domänen Fahrwerk, Antrieb, Sicherheit und Komfort sowie für die jeweiligen BusSysteme. Fahrzeugfunktion wie das SARASteuergerät, die geringe Latenzzeiten, hohe Wiederholfrequenzen oder eine hohe Bandbreite der Sensorsignale benötigen, sind vornehmlich mittels FlexRay vernetzt. Durch die Zentralsensorik ergeben sich neue Ansätze bei der Diagnose. Das SARA-Steuergerät ist voll diagnosefähig, Diagnose und Reprogrammieren wird über Standardtools der Servicewerkstätten sichergestellt. Während der Entwicklungsphase lassen sich per „XCP“ (Universal Measurement and Calibration Protocol über FlexRay) frühzeitig Informationen und Daten aus dem Steuergerät auslesen. Applikations- und Messunterstützung

FlexRay bietet neue Möglichkeiten der Onlinemessung interner Größen. Die Bandbreite des Fahrzeug-Bus-Systems ermöglicht die Übertragung von Messgrößen, ohne proprietäre zusätzliche Busse am Steuergerät einsetzen zu müssen. Bei der Entwicklung der Fahrwerk-Elek­ troniksysteme ist es notwendig, eine große Anzahl von Parametern zu applizieren und interne Messgrößen zu beobachten. Aufgrund der hohen Komplexität der innovativen Systeme und Funktionen reichen die bisherigen (beispielsweise CAN-basierten) Messbandbreiten nicht aus. Aus diesem Grund musste ein Weg gefunden werden, eine hohe Bandbreite für die Entwicklungsund Messaufgaben idealerweise mit der im Fahrzeug vorhandenen Infrastruktur zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren sollte kein proprietäres Format zum Einsatz kommen, sondern auf einen verbreiteten Industriestandard gesetzt werden, der die Verwendung bekannter und bewährter Messwerkzeuge ermöglicht. Unter diesen Gesichtspunkten fiel die Entscheidung für eine Implementierung des ASAM-Standards XCP auf dem FlexRay-Transportlayer. Implementiert wurde das Protokoll mittels eines Autosar-komJanuar 2011

Audi A6

patiblen Standard-Softwaremoduls, so dass die Integration in die Steuergeräte mit relativ geringem Aufwand möglich war. Die Integration stellt einerseits eine weitere Herausforderung bezüglich der Gesamtleistungsfähigkeit des Systems dar, bietet aber andererseits die Chance einer stabilen und breitbandigen Kommunikation. „XCPonFlexRay“ kann während der gesamten Entwicklungszeit eingesetzt werden und auch darüber hinaus. Aufgrund des Master-Slave-Konzepts von XCP ist mit einem zentralen Messsystem (Master) die Messung und Applikation mehrerer Steuergeräte (Slaves) gleichzeitig möglich. Bei der Audi Implementierung wurde die XCP-Kommunikation im dynamischen Segment des FlexRay-Cycle umgesetzt. Somit wird die Bandbreite für jeden Anwendungsfall dynamisch belegt. Im statischen Segment hat die Funktion keine Rückwirkungen auf die Ressourcen und die Kommunikationssicherheit. Die gewählte Implementierung ermöglicht eine Bandbreite von bis zu 120 KB/s für ein Steuergerät oder eine Verteilung der Bandbreite auf mehrere Teilnehmer. Die kollisionsfreie Verteilung der Slots auf die Steuergeräte wird durch den XCP-Master sichergestellt. XCP ermöglicht eine höherfrequente Messsignalübertragung als die FlexRay-Zykluszeit. Dabei wird jedem Messwert ein Zeitstempel zugewiesen, mit dem der Master die im Paket übertragenen Messwerte korrekt anordnen kann. Als Schutz vor unbefugtem Zugriff auf XCP wurde ein sogenannter Seed-andKey-Algorithmus implementiert. Daher kann XCP auch in den Seriensteuergeräten belassen werden, um jederzeit eine schnelle und zielführende Analyseunterstützung zu bieten.

zugeschnittenes Manipulationstool ein. Der FlexRay-Bus wird sende- beziehungsweise empfangsseitig vor dem zu prüfendem System aufgetrennt und beide Seiten mit dem Manipulations­tool verbunden. Beide Kanäle des Tools werden mit den Bus-Parametern konfiguriert, so dass das korrekte Routing in beide Richtungen möglich ist. Datenlogger und Fehlerauswertung

Aufgrund der hohen Datenrate des FlexRay von 10 MBit/s werden an die Messund Loggersysteme wesentlich höhere Anforderungen als bei CAN gestellt. Beim Loggen sind zwei Anwendungsfälle zu unterscheiden: Zum einen eine Langzeitaufzeichnung, welche den gesamten BusVerkehr während des Messzeitraums aufzeichnet. Deren Auswertung erfolgt automatisiert und ermöglicht den Zugriff auf definierte Ereignisse und Betriebszustände. Zum anderen kommen alternativ auch Datenlogger zum Einsatz, welche die Messdaten ständig aufzeichnen und schon während der Messung eine Auswertung der Daten ermöglichen. Im Falle eines Trigger-Ereignisses werden die Messdaten erfasst, so dass eine kompakte Messdatei mit entsprechendem Vorlauf für die anschließende Analyse vorliegt. Für die Online-Auswertung wird nicht nur der applikative Datenverkehr bewertet, sondern von jedem Steuergerät auch der interne Fehlerspeicher mittels standardisierter Botschaften überwacht. Außerdem ist es auch möglich, interne Zustände und Größen zu bewerten. Dadurch werden Prüftiefe und Softwarequalität erhöht.

Manipulation von Signalen zur Prüfung

Während der Entwicklungsphase ist es notwendig, auch im Fahrzeugeinsatz die Reaktion von Systemen und Funktionen auf unterschiedliche Signalwerte und -verläufe zu testen. Bei einem FlexRayBus-System ist hierzu im Gegensatz zum CAN-Bus ein Rechner mit entsprechenden Interfaces als „Manipulations-Gateway“ ungeeignet. Deshalb setzt Audi ein speziell auf die FlexRay-Anforderungen

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Audi A6 Komfort

Auslegung von Akustik und Schwingungskomfort Die Entwicklungsziele für den Akustik- und Schwingungskomfort des neuen Audi A6 lagen hoch: Er sollte mindestens das Niveau des jeweils besten Wettbewerbers erreichen und beim Langstreckenkomfort die Wettbewerber klar übertreffen. Unter Verwendung und gezielter Weiterentwicklung des Modularen Längsbaukastens sowie dem Einsatz modernster Entwicklungsmethoden wurde ein Fahrzeug entwickelt, das in seiner Klasse neue Maßstäbe setzt.

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au t o r en

Dipl.-Ing. Andreas Buder

ist Projektkoordinator für Akustik und Schwingungskomfort der CReihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr.-Ing. Wolfram Gerschütz

ist zuständig für Akustik und Schwingungskomfort Triebwerks­ lagerung der C-Reihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Heiko Kolm

ist zuständig für Akustik und Schwingungskomfort Fahrwerk der C-Reihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. René Rotter

ist zuständig für Akustik und Schwingungskomfort Fahrwerk der C-Reihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Eigenschaftsprofil

Langstreckenkomfort und Sportlichkeit dürfen in der Oberklasse keinen Widerspruch darstellen. Dieser Anspruch stand bei der Entwicklung von Akustik und Schwingungskomfort des neuen Audi A6 stets im Vordergrund. Dementsprechend hoch gesteckt waren die Ziele für die NVH-Bereiche, wie das Zielprofil im Vergleich zum Wettbewerbsumfeld zeigt, 1. Die grundsätzliche Zielsetzung bestand darin, in den für Akustik- und Schwingungskomfort bestimmenden Eigenschaften mindestens das Niveau des jeweils besten Wettbewerbers zu erreichen. Beim Langstreckenkomfort sollte der Wettbewerb dagegen klar übertroffen werden. Besonderes Augenmerk wurde deshalb auf einen deutlich verbesserten Schwingungs- und Abrollkomfort bei gleichermaßen kompaktem Fahrverhalten sowie auf sehr niedrige Innengeräuschwerte gelegt, die für ein entspanntes Reisen ausschlaggebend sind. Um die gesetzten Ziele zu erreichen war es notwendig, eine Vielzahl von Baukastenkomponenten und Bauteilen in ihrem Zusammenwirken zu optimieren und zum Teil auch in ihren Eigenschaften neu zu definieren. Mit bestehenden Komponenten aus dem Modularen Längsbaukasten konnten bereits in der Konzeptphase Variationen der NVH-Eigenschaften dargestellt, im Gesamtfahrzeug bewertet und optimal umgesetzt werden. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Weiterentwicklung bewährter Komponenten der Karosserie, des Antriebstrangs, des Fahrwerks und der Ausstattung. Schwingungskomfort

Das Niveau im vertikalen Schwingungskomfort ist bei modernen Premiumfahrzeugen aufgrund verbesserter Dämpfertechnik und der Weiterentwicklung der hydraulischen Motorlager bereits hoch. Daher wird in zunehmendem Maße auch die Betrachtung des Schwingungskomforts in Längsrichtung erforderlich, der maßgeblich durch Achs- und Aggregatelagerung bestimmt wird. Dies bildete einen Schwerpunkt bei der Entwicklung des neuen Audi A6. Innerhalb der Fünflenker-Vorderachse hat die Lagerung der Führungslenker einen erheblichen Einfluss auf den Schwingungskomfort und das Abrollgeräusch. Die Januar 2011

Audi A6

Kennlinie des Lagers bestimmt maßgeblich das Anlenkverhalten des Fahrzeugs, und für ein sportliches Fahrerlebnis ist eine steife Anbindung notwendig. Gleichzeitig muss das Lager Längskräfte aufnehmen und bedämpfen, die beim Bremsen und beim Beschleunigen auftreten oder – in deutlich dynamischerer Form – beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten. Für hohen Komfort wurde eine geringe statische Steifigkeit gewählt, was den Einsatz eines Lagers mit hydraulischer Dämpfung ermöglicht. Diese Dämpfung verbessert die komfortrelevanten Eigenschaften des Fahrzeugs deutlich – etwa das Nachprellverhalten, das Zitterverhalten sowie die Reaktion auf bremserregte Schwingungen und die Empfindlichkeit auf Drehungleichförmigkeiten des Rades. Durch den Einsatz des hydraulisch gedämpften Lagers werden etwa am Komfortpunkt „Lenkrad“ die aus den Längsresonanzen der Achse resultierenden Schwingpegel deutlich gesenkt, 2. Aufgrund der höheren dynamischen Verhärtung können Hydrolager jedoch bezüglich der Abrollakustik kritisch werden. Ein weiterer Schritt zur Verbesserung der längsdynamischen Eigenschaften ist die Optimierung der Achsträgerlagerung der Hinterachse, die im Gegensatz zu der der Vorderachse elastisch ausgeführt ist. Über die Achsträgerlager werden sowohl die aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt als auch die aus inneren Anregungen der Achse resultierenden Längskräfte wie Unwuchtkräfte in die Karosseriestruktur eingeleitet. Auch hier kommen Lager mit hydraulischer Dämpfung zum Einsatz. Durch diese Lagertechnik lässt sich gezielt eine Längsdämpfung einstellen und dadurch der Schwingungskomfort deutlich verbessern. Das Konzept des Einsatzes zweier hydraulisch gedämpfter Lager an den hinteren Lagerpositionen sowie zweier konventioneller Lager an den vorderen Lagerpositionen hat sich im Audi Q5 bereits bewährt und wurde daher in den neuen Audi A6 übernommen. Gegenüber den im Audi Q5 eingesetzten Lagern konnte die Dämpfungswirkung allerdings nochmals deutlich erhöht werden. Abstimmung der Lagereigenschaften

Eine besondere Herausforderung stellt die Abstimmung der Lagereigenschaften in den drei Achsen des Fahrzeugkoordina-

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Audi A6 Komfort

tensystems dar. Die Steifigkeiten in Fahrzeug-Querrichtung werden zugunsten von Agilität und Fahrdynamik relativ hoch angesetzt, während in Fahrzeug-Hochrichtung mit Hinblick auf eine gute akustische Isolation ein geringes Steifigkeitsniveau angestrebt wird. In der Entwicklung war somit eine hohe Steifigkeitsspreizung zwischen Quer- und Hochrichtung bei gleichzeitigem Einsatz hydraulischer Dämpfung in Längsrichtung zu realisieren. Ein Blick auf die Vorgehensweise zeigt, wie diese Herausforderung bewältigt wurde: Für die Grundauslegung einer Lagerung sowohl innerhalb einer Sub­ struktur als auch im Gesamtfahrzeug kommen zunächst komplexe Simulationsmodelle zum Einsatz, die neben nichtlinearen Elastomerlagern bei Bedarf auch elastische Bauteilstrukturen abbilden können. Die finale Abstimmung erfolgt anschließend im Gesamtfahrzeugversuch auf Prüfständen und auf der Straße. Ein entscheidender Faktor bei einem Hydrolager ist beispielsweise die Frequenz des Dämpfungsmaximums. Durch optimale Abstimmung dieser Frequenz lassen sich die Schwingpegel an verschiedenen Komfortpunkten deutlich absenken. Eine häufige und kundenrelevante Anregung entsteht bei der Fahrt über eine Stuckerstrecke. Durch optimale Lagerabstimmung konnten hierfür die Schwingpegel am Komfortpunkt Fahrersitzschiene im Frequenzbereich zwischen 13 Hz und 21 Hz breitbandig abgesenkt werden. Eine deutliche Verbesserung zeigt sich auch im Vergleich zu einem Lager ohne hydraulische Dämpfung, 3. Dreipunktlagerung des Antriebsaggregats

Neben der Achslagerung ist die Lagerung des Motor-Getriebe-Verbandes in der Karosserie einer der wichtigsten Parameter für einen ausgewogenen Schwingungsund Geräuschkomfort. Die im Modularen Längsbaukasten eingesetzte Dreipunktlagerung mit zwei hydraulischen Motorlagern und einem Getriebelager in zentraler Tunnelposition, die sich in Audi A4 und Q5 bewährt hat, wurde im neuen Audi A6 weiter verbessert. Um einen im Wettbewerbsvergleich führenden Fahrkomfort zu erreichen, wurde – einzigartig in dieser Fahrzeugklasse – ein hydraulisches Getriebelager entwickelt.

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1 Akustik- und Schwingungskomfortprofil des neuen Audi A6

2 Schwingpegel am Komfortpunkt „Lenkrad“ bei Unwuchtanregung über die Vorderachse mit und ohne hydraulisch gedämpftem Führungslenkerlager

Ziel bei der Konzeption dieses Getriebelagers war die Trennung der unterschiedlichen Funktionen und die konsequente Optimierung der Bereiche auf ihre jeweiligen Aufgaben. Ein großer Druck­ stollen nimmt vornehmlich die Vertikalkräfte auf, während zwei in der X/YEbene liegende Stollen die horizontalen Anregungen abstützen. In der Querrichtung wird dabei ein sehr weiches Gummielement eingesetzt, das den Leerlaufkomfort erheblich verbessert; gleichzeitig kann aber in X-Richtung eine sehr steife Gummifeder zur Erhöhung des Fahrkomforts verwendet werden. Damit wird auch der große Vorteil dieses Konzepts offenbar: eine nahezu unabhängig voneinander ein-

stellbare Steifigkeit in der Hoch-, Querund Längsrichtung des Lagers. Eine Besonderheit des Lagers liegt unter der X/Y-Tragfeder. Hier konnte – trotz des stark beschränkten Bauraums – ein hy­draulisches Element untergebracht werden, das eine weitere Verbesserung des Schwingungskomforts im Fahrzeug ermöglicht. Dazu wurde in das Hydraulikvolumen eine Kanalscheibe integriert, durch die – wie bei Motorlagern – bei Bewegung des Aggregats Hydraulikflüssigkeit strömt. Diese Funktionsweise basiert auf dem Tilgungseffekt der im Kanal bewegten Fluidmasse. Durch Änderung der Kanalgeome­ trie kann die Frequenzlage verschoben und optimal auf die Fahrzeugbedürfnisse ange-

3 Wirkung von Hydrolagern auf den Schwingungskomfort bei Stuckeranregung

Ein Praxisbeispiel aus der Entwicklung des neuen Audi A6 ist die Frequenzoptimierung des hydraulischen Getriebelagers. Die Anregung lieferte die Fahrt über eine Zitterstrecke. Am Komfortpunkt „Fahrersitzschiene“ konnten die Schwingpegel in Fahrzeug-Längsrichtung im Vergleich zum konventionellen Getriebelager des Vorgängermodells erheblich reduziert und so der Fahrkomfort klar gesteigert werden. Die vorteilhafte Wirkung des hydraulischen Getriebelagers zeigt sich in einem breiten Frequenzbereich zwischen 5 und 14 Hz, 4. Im Fahrzeug führt dies zu deutlich weniger Triebwerkstuckern, Zittrigkeit des Fahrzeugs und Prelligkeit bei Einzelhindernisüberfahrten. Der positive Wirkung des hydraulischen Getriebelagers auf den Schwingungskomfort stehen aber gleichzeitig neue Herausforderung gegenüber: Einerseits kann das Lager aufgrund seiner Hydraulik dynamisch verhärten, andererseits macht es seine Positionierung im Tunnel empfindlich gegen hochfrequente Körperschallübertragung, 5. Kontaktstelle Lenkrad

4 Wirkung des hydraulischen Getriebelagers auf den Schwingungskomfort bei Zitteranregung

passt werden. Damit wurde ein weiterer bedeutsamer Abstimmparameter für die Auslegung des niederfrequenten Schwingungskomforts geschaffen. Abstimmung des hydraulischen Getriebelagers

Auch die Adaption des hydraulischen Getriebelagers begann mit Simulation. Die Grundlage bildete ein Gesamtfahrzeug-MKS-Modell mit einer detaillierten Darstellung der Triebwerklagerung. Neben realen Bauteilen können in den nichtlinearen Elastomerlagermodellen auch fiktive Hydrolager erzeugt werden, die über die statische und dynamische Januar 2011

Audi A6

Steifigkeit sowie Höhe und Verlauf des Verlustwinkels als wesentliche Parameter beschrieben werden. Durch Berechnungen mit Parametervariation im Frequenzbereich kann in sehr kurzer Zeit eine Vielzahl von unterschiedlichen Kombinationen kalkuliert, in einem Postprocessing-Verfahren bewertet und in einem iterativen Prozess zu einem optimalen Ergebnis geführt werden. Auch ist die Definition einer Zielfunktion für den Schwingungskomfort und die automatische Optimierung der Bauteile, um diese Funktion zu erreichen, möglich. Die Simulationsergebnisse bilden somit die Basis für die spätere Abstimmarbeit am realen Fahrzeug.

Das Lenkrad stellt eine direkte Kontaktstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug dar. Es ist ein Schlüsselelement, das dem Fahrer wichtige Eindrücke zu Fahrempfinden und Fahrkomfort vermittelt. Gleichzeitig werden Störeinflusse wie Vibrationen, verursacht beispielsweise durch Anregungen vom Verbrennungsmotor oder das Abrollen auf unebener Fahrbahn, als nicht hochwertig wahrgenommen. Das Entwicklungsziel für den neuen Audi A6 war daher eindeutig – ein Schwingungskomfort auf höchstem Niveau an dieser essenziellen Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug. Dem wurde durch eine möglichst steife Auslegung des Modulquerträgers, seiner Anbindung zur Karosserie, der Lenksäule und des Lenkrads Rechnung getragen. Die Einzelsteifigkeiten in dieser Bauteilkette sind im Zusammenspiel mit den beteiligten Bauteilmassen und Massenverteilungen für die resultierende Gesamtsteifigkeit unter dynamischer Beanspruchung bestimmend. Als Maß für die Gesamtsteifigkeit dient aus schwingungstechnischer Sicht unter anderem die Lage der ersten Eigenfrequenzen für die Hoch- und Querrichtung. Der Mensch empfindet Schwingungen und Vibrationen je nach Frequenz unter-

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Audi A6 Komfort

5 Schwingpegel am Triebwerk und akustisches Übertragungsverhalten in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Längskoordinate

6 Resonanzlagen an der Lenksäule in Querrichtung (links) und Hochrichtung (rechts) während des Abrollens auf rauem Fahrbahnbelag

schiedlich stark. Für den Schwingungseindruck über das Hand-Arm-System werden – bei gleicher Amplitude – Schwingungsfrequenzen oberhalb von 16 Hz als weniger stark oder lästig empfunden. Eine möglichst hohe Eigenfrequenzlage sowie eine ausreichende Trennung der Frequenzen von Hoch- und Quermode vermitteln dem Fahrer daher einen kompakten, vi­bra­tionsarmen Eindruck. Beim neuen Audi A6 konnte das hohe Steifigkeitsniveau des Vorgängermodells nochmals deutlich verbessert werden. Der Abstand zum Wettbewerbsumfeld wurde in dieser Eigenschaft weiter ausgebaut, der neue Audi A6 setzt hier Maßstäbe. Dies belegen zum Beispiel die Eigenfrequenzmessungen an der Lenksäule in Quer- und Hochrichtung, angeregt in diesem Fall durch das Abrollen auf rauer Fahrbahn, 6.

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Abrollgeräusch

Eine hervorragende Abrollakustik ist heute ohne den Einsatz modernster Simulationsverfahren bereits in den Frühphasen der Entwicklung undenkbar. Ein Beispiel hierfür ist das Vorderachskonzept. Das Konzept des in den Baureihen A4 und Q5 eingesetzten Modularen Längsbaukastens wurde für die Anforderungen des neuen Audi A6 rechnerisch optimiert. Der starr mit der Karosserie verbundene vordere Achsträger erforderte einen besonderen Aufwand in der akustischen Auslegung. Als Strukturbauteil dient er einerseits der Versteifung der Vorderwagenstruktur für einen hohen Schwingungskomfort im Frequenzbereich bis 30 Hz. Andererseits nimmt er die statischen und dynamischen Kräfte aus dem

Fahrwerk auf. Hier müssen für ein niedriges Abrollgeräusch möglichst hohe lokale Anbindungssteifigkeiten realisiert werden. Die heutigen Rechnerleistungen ermöglichen Simulationen mit Gesamtfahrzeugmodellen mit mehreren Millionen Freiheitsgraden. Nur mit solch komplexen Modellen lassen sich Interaktionen der Einzelstrukturen untersuchen, eine Grundvoraussetzung für die Simulation des Abrollgeräusches. Durch den Einsatz von Rollgeräuschsimulationen konnten bei der Entwicklung des neuen Audi A6 Schwachstellen im Gesamtkonzept frühzeitig erkannt und beseitigt werden. Ein Beispiel ist die Anbindung des Achs­trägers an die Karosseriestruktur. Den Ausgangspunkt bildete eine aus der Rollgeräuschsimulation abgeleitete Transferpfadanalyse, die die Beiträge der Einzelpfade der Fahrwerkslager zeigt, 7. Deutlich zu erkennen ist der pegelbestimmende Pfad über die Lagerstelle der Führungslenker im Frequenzbereich um 80 Hz. Die Dominanz dieses Übertragungspfades konnte auf zwei Hauptursachen zurückgeführt werden, zum einen auf eine nicht ausreichende Isolation des Lagerelements und zum anderen auf eine zu geringe Anbindungssteifigkeit des Lagers zur Karosserie. Bei dem als Hydrolager ausgeführten Lagerelement bestand das Entwicklungsziel darin, die dynamische Lagersteifigkeit bei größtmöglicher Dämpfungswirkung so gering wie möglich einzustellen. Unter den Randbedingungen Fahrdynamik und Lebensdauer ist dies eine sehr komplexe Aufgabenstellung. Durch eine hochelastische Gummimischung, eine optimierte Blähwandkontur und einen bei Unterdruck verlaufenden Befüllprozess des Lagers konnte die dynamische Lagersteifigkeit bei annähernd gleicher Dämpfungswirkung im Vergleich zu ersten Bauteilmustern halbiert werden. Parallel wurde mithilfe der Finite-Element-Simulation das Schwingungsverhalten des Vorderachsträgers an der Verschraubung nahe dem Lenkerlager analysiert. Die Betriebsschwingform zeigte eine Nachgiebigkeit der Karosserielängsträgerstruktur im Bereich der hinteren Verschraubungspunkte, der mit einer Optimierung des Vorderachsträgers im Längsträger begegnet wurde, 8. Dadurch wurde die lokale Anbindungssteifigkeit an dieser Stelle um 50 % gesteigert. In Ver-

7 Transferpfadanalyse aus einer Rollgeräuschsimulation

bindung mit der Optimierung des Führungslenkerlagers führte dies zu einer Verbesserung des gesamten Transferpfades und zu einer deutlichen Senkung des Innengeräuschs: Die Pegel in den einzelnen Terzbändern konnten um bis zu 4 dB gesenkt werden. Motor- und Getriebegeräusche

Neben den Rollgeräuschen tragen die Motor- und Getriebegeräusche wesentlich zum Fahrgeräusch bei. Ein bedeutender potenzieller Körperschallpfad führt über die Lagerstelle des Getriebes im Tunnel – insbesondere beim Einsatz eines hydraulischen Getriebelagers. Das liegt in der möglichen dynamischen Verhärtung der Hydraulik begründet, die im Vergleich zu einem konventionellen Getriebelager deutlich kritischer einzustufen ist. Daher wurde für einen insgesamt sehr niedrigen Gesamtpegel im Innenraum besonderes Augenmerk auf die hochfrequenten Geräuschanteile gelegt. Nur durch konsequente Betrachtung aller Bauteile und ihrer Wechselwirkungen kann dieser Übertragungspfad optimal gestaltet werden. Den Beginn bildete eine Minimierung der vom Getriebe ausgehenden Anregung. Bereits bei der Produktion der Getriebe werden die strengen Grenzwerte der wichtigen Anregungsordnungen daher auf Prüfständen überwacht. Im weiteren Verlauf des Körperschallpfads wurde auf eine möglichst Januar 2011

Audi A6

hohe Eigenfrequenz der Bauteile geachtet. Dazu wurde beispielsweise die Getriebestütze extrem flach und steif ausgeführt, damit ihre Eigenfrequenzen deutlich über den Anregungsordnungen des Getriebes liegen. Beim für den A6 entwickelten hydraulischen Getriebelager sind die verschiedenen Lagerfunktionen voneinander getrennt. Durch die Opti-

mierung der einzelnen Gummielemente auf die speziellen Anforderungen konnten diese Elemente vergleichsweise klein ausgeführt werden. Das hochfrequente Übertragungsverhalten wird durch das geringe Gummivolumen und die damit verbundenen sehr hohen Eigenfrequenzen deutlich positiv beeinflusst. Die Eigenfrequenzen der einzelnen Elemente wurden zudem individuell eingestellt, so dass eine Entzerrung der spezifischen Frequenzlage erfolgte. Somit entstand ein gleichmäßiger Verlauf der dynamischen Lagersteifigkeit. Darüber hinaus konnten über eine optimal gewählte geometrische Gestaltung der Gummifedern ungünstige Bewegungsformen ausgeschlossen und Resonanzerscheinungen minimiert werden. Neben den Gummielementen mussten auch die weiteren Bestandteile des Lagers bezüglich ihres Resonanzverhaltens angepasst werden. Mittels FEM-Simulationen wurden die Bewegungsformen des Gehäuses im Frequenzbereich bis 3000 Hz betrachtet und anschließend optimiert. Verrippungen und Wandstärkenänderungen sind bewährte Maßnahmen, um unerwünschte Schwingungen zu reduzieren. Auch hydraulische Elemente wie die Kanalscheibe wurden hinsichtlich ihres

8 Optimierte Anbindung des Vorderachsträgers

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Audi A6 Komfort

Verhaltens im Gesamtsystem optimiert. Dabei spielen oft kleine Änderungen an den Kontaktflächen der Bauteile oder die richtige Toleranzeinschränkung eine wichtige Rolle. Mit diesen Maßnahmen konnte die dynamische Verhärtung des hydraulischen Lagers minimiert werden. Das hochfrequente Isolationsverhalten des Lagers ab 400 Hz, das vornehmlich von den Eigenschaften der Einzelelemente bestimmt wird, konnte deutlich verbessert werden, 9. Leichtbau-Querträger

Das hydraulische Getriebelager ist im Tunnelquerträger fixiert. Dieser wurde einer gezielten Gewichtsoptimierung unterzogen, ohne seine akustischen Eigenschaften zu vernachlässigen, und ­ ist damit ein weiteres Beispiel für pre­ miumgerechten Leichtbau bei Audi. Mithilfe simultaner Berechnungen und Messungen gelang es, die Anzahl der Rippen auf den Flankenflächen des Trägers zu reduzieren und ein optimales Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht zu erzielen. Durch die Analyse der höherfrequenten Moden wurden die Anzahl und Ausrichtung der einzelnen Rippen so gewählt, dass die Abstrahlung minimal ist. Das Resultat lässt sich am Fahrzeug mit einer akustischen Kamera zeigen, ­ ❿. Sie macht die Schallabstrahlung der Tunnelquerträgerflanke im Frequenzbereich um 1600 Hz sichtbar, die nach der erfolgten Optimierung deutlich geringer ausfällt.

9 Hochfrequenz-Kennlinie des Getriebelagers

es, die Schallenergieabstrahlung auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei wurde durch Modalanalysen von Teil- und Gesamtfahrzeugmodellen, durch Frequency-Response-Rechnungen sowie durch Panel- und Mode-Participations hauptabstrahlende Flächen mit ihren Moden identifiziert und optimiert. Für die Topographieoptimierung wurden einerseits bereits etablierte Methoden ­zur Erhöhung der Eigenfrequenzen genutzt. Andererseits wurden Berechnungsstra­ tegien eingesetzt, bei denen die Ziel­ vorgabe war, Schallabstrahlung und Blechfeldmobilität über vorgegebene ­Frequenzbereiche zu reduzieren. Sicken­ parameter wie beispielsweise Tiefe und Mindestbreite wurden als Randbedingungen gesetzt und die Struktur in einer Fre-

quency-Response-Rechnung optimal ausgelegt, ⓫. Innovatives Dämmkonzept

Entsprechend der Philosophie, den Modu­laren Längsbaukastens stetig zu erweitern, wurde das Ausstattungskonzept beim neuen Audi A6 hinsichtlich Abdichtung, Dämmung, Dämpfung und Absorption überarbeitet und verbessert. Ziel war es, das leichteste und leiseste Fahrzeug seiner Klasse zu entwickeln. Diese Zielsetzung bedingt ein innovatives Dämmkonzept. Ein wichtiger Schritt war die Reduzierung der Anzahl der Durchbrüche in der Stirnwand und ihre konsequente Abdichtung. Einen anderen Schwerpunkt bildeten innovative Werk-

Optimierung Karosseriestruktur

Neben der akustischen Optimierung von Anbauteilen wie dem Tunnelquerträger war es ebenso wichtig, die angrenzende Karosseriestruktur hinsichtlich ihres NVHVerhaltens zu betrachten. Hierbei wurde auf die dynamischen Anbindungssteifigkeiten der Koppelstellen der Karosseriestruktur zu Aggregat und Fahrwerk sowie auf die Optimierung des Abstrahlverhaltens einzelner Blechflächen großen Wert gelegt. Die den Innenraum begrenzenden Blechflächen des neuen Audi A6 wurden mittels FE-Simulation und unter Verwendung modernster, automatisierter Topographieoptimierung ausgelegt. Ziel war

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❿ Visualisierung des Optimierungsergebnisses mittels akustischer Kamera

Mi­krofaservliese mit absorbierenden Eigenschaften eingesetzt, wie das dreischichtig aufgebaute Stirnwandsand­­wich (Schaum – EPDM-Layer – Absorptions­ vlies) oder die Dämmungen im Hinter­ wagen. Erstmalig ist im neuen Audi A6 die gesamte Unterbodenverkleidung ein inte­ graler Bestandteil des akustischen Dämmkonzepts. Sie besteht aus einem glasfaserverstärkten Material mit hervorragenden schallabsorbierenden Eigenschaften und trägt deutlich zur Absenkung des Innengeräuschpegels bei, ⓬. Um die Abrollgeräusche zu reduzieren, kommen zudem textile Radlaufschalen mit zusätzlichen Mikrofaservliesen zum Einsatz. Für eine bessere Isolation gegen Wind- und Umgebungsgeräusche sorgt eine neuartige akustisch wirksame Verbundverglasung. Fazit

⓫ Optimierungsergebnis Sickenbild Bodenstruktur und Reduktion Blechfeldmobilität am Beispiel Boden hinten

stoffe. Ein Beispiel dafür ist der gezielte Einsatz von spritzbarer Bedämpfung. Im Vergleich zu konventionellen Bedämpfungsfolien ist sie bei vergleichbarer

akustischer Wirkung leichter und günstiger. Weiterhin werden im gesamten Innenraum des neuen Audi A6 hochwertige

Durch die gezielte Weiterentwicklung der akustischen und schwingungstechnischen Eigenschaften des Modularen Längsbaukastens ist es gelungen, die für den neuen Audi A6 angestrebten Ziele im Geräuschund Schwingungskomfort zu erreichen und gleichzeitig die konsequente sportliche Ausrichtung des Fahrzeugs zu unterstützen. Die Basis dafür bildeten modernste Entwicklungswerkzeuge aus den Bereichen der numerischen Simulationen sowie der Versuchs- und Messtechnik. Im subjektiven Fahrversuch wurden die Eigenschaften feingeschliffen und so das Gesamtbild des neuen Audi A6 abgerundet.

Danke Bei der Erstellung des Beitrags haben zudem mitgewirkt: Dipl.-Ing. Benjamin Henrich, zuständig für Akustik und Schwingungskomfort Karosserie der C-Reihe bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dr.-Ing. Christian Pilath, zuständig für Akustik und Schwingungskomfort Karosserie der C-Reihe bei der AUDI AG in Ingolstadt. Sijbrand Verkerk, MSc., zuständig für Akustik Ausstattung der C-Reihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

⓬ Akustisch wirksame Unterbodenverkleidung und akustisch optimierte Radlaufschale Januar 2011

Audi A6

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AudI A6 KomFort

AUtorEN

JüRGEN LINSEISEN

ist Projektleiter A6 in der Entwicklung Ausstattung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

dIE HERAuSFORdERuNG

MICHAEL SCHNEIdER

ist verantwortlich für die Prozess kette Sitze der Entwicklung Ausstattung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

TOBIAS OTT

ist zuständig für die Entwicklung von Fahrerberechtigungssystemen in der Entwicklung Zugangssysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

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Der erste Eindruck entscheidet bereits innerhalb wenigen Sekunden darüber, ob dem Kunden ein Interieur gefällt. Diesen Eindruck gewinnt er über seine Sinneswahrnehmung in dem er sieht, fühlt und hört. Eigene Gefühle und Bedürfnisse werden durch das Interieur erfüllt und zum Ausdruck gebracht, wobei der erste Eindruck nachhaltig bestätigt werden muss, damit das Produkt wirklich überzeugt. Das Interieur des neuen Audi A6 ist mit dem klaren Ziel entstanden, im Wettbewerbsumfeld einen neuen Maßstab zu setzen. Dabei reicht es nicht aus, die bekannt hohe Audi Qualität, Anmutung und Passgenauigkeit in einem neuen Design abzubilden. Vielmehr besteht die Herausforde-

rung darin, durch intelligente Interieurkonzeption den stark gestiegenen Komplexitätsgrad der modernen Fahrzeugarchitektur so zu gestalten, dass Freiraum für progressives, innovatives und kundenorientiertes Design entsteht. Ergebnis dieser Anstrengungen ist ein Interieur auf Oberklasseniveau, das neben überragender Funktionalität durch die hochwertige Inszenierung von Fahrzeugfunktionen, wie sie mit dem ausfahrbarem Bildschirm oder ausfahrenden Hochtönern im „B & O Advanced Sound System“ sichtbar werden, in Bezug auf visuelle, haptische und auditive Wahrnehmung Maßstäbe setzt. Nichts ist dem Zufall überlassen, der Kunde findet alles an seinem Platz wo er es erwartet und an den Stellen, an denen es für ihn optimal ist.

DAS INTERIEUR Beim Interieur des Audi A6 haben die Ingenieure die Vielzahl der Fahrzeugfunktionen und Ergonomieanforderungen durch innovative technische Lösungen in einem einmaligen Design zusammengeführt. Damit setzt der Audi A6 den neuen maßstab in der automobilen oberklasse.

BILdSCHIRMKINEMATIK

OPTIK

Das Sehen liefert dem Menschen zirka 80 % der Informationen die er benötigt, um einen ersten Eindruck seiner Umgebung zu gewinnen. Dabei spielen grundsätzliche Gestaltungsgesetze, wie Prägnanz, Symmetrie, Kontinuität und Geschlossenheit von Linien und Flächen eine wesentliche Rolle. Der Audi A6 verwirklicht in beeindruckender Weise die von Design- und Technikabteilungen gemeinsam gefundenen Lösungen zur Serienumsetzung eines Interieurdesigns nahe der einzigartigen Studie „Audi Sportback concept“, 1. Vorsprung durch Technik wird sichtbar und untermauert den Führungsanspruch von Audi. Januar 2011

Audi A6

Ein Novum in dieser Fahrzeugklasse ist das elektrisch angetriebene zentrale Mittendisplay des Audi A6, das bereits in der Basis mit hochauflösendem 6,5-Zoll-Bildschirm und als Mehrausstattung mit AchtZoll-Bildschirm geliefert wird. Einzigartig ist die designintegrierte, dem Fahrer zugewandte Lösung: Der Bildschirm ist sozusagen in den mittleren Luftausströmer integriert und nimmt sowohl in geschlossener als auch offener Stellung die Linienführung des auf den Fahrer hin orientierten Instrumenteneinsatzes auf, 2. Die Bildschirminszenierung als zentrales Designelement der Instrumententafel und Entwicklungsschwerpunkt trägt wesentlich zum leichten Gesamterscheinungsbild bei und forderte von allen beteiligten Fachabteilungen ein Maximum an Kreativität und Können. Der flach bauende neuartige Antrieb, in Verbindung mit einem präzisen Montage- und Toleranzkonzept, ermöglichte schlussendlich diese einzigartige Lösung. HORIZONTALE INTERIEuRLEISTE

Die Interieurleiste, der „Wrap-around“, umschließt nun auch im Audi A6 den

Insassen in einem horizontalen Bogen. Mit dem Schließen der Türen verbindet sich dieser Bogen im Zusammenspiel von Türverkleidung und Instrumententafel zu einem vom Insassen als Ganzes wahrnehmbaren Designelement. Um dieses Design technisch umzusetzen, wurde in Abstimmung mit den Planungs- und Fertigungsabteilungen die höchste Präzision anhand von Toleranzstudien und mittels eines Detailmodells ermittelt. Die Liebe zum Detail wird dabei durch die in den Wrap-around von Instrumententafel und Türverkleidung integrierten Applikationsleisten sichtbar, deren feine Ausführung eine hochwertige Materialkombination aus Aluminium und Holz ermöglichen, 3. SOuNdSYSTEM

Das B & O Advanced Sound System steht für höchste Klangqualität und hält nun auch in den Audi A6 Einzug. Die in Inseln in den Wrap-around der Instrumententafel integrierten, ausfahrbaren Hochtöner mit „Acoustic Lense Technology“ und die Tieftöner-Lautsprecherblenden in den Türen aus massivem Aluminium, welche in einem sehr aufwendigen Prozess hergestellt und speziell auf das Soundsystem abgestimmt

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Audi A6 Komfort

1 Interieurdesign der Studie Audi Sportback concept (links) und des Audi A6 Serie (rechts)

2 Funktion Bildschirmkinematik

werden, unterstreichen die Hochwertigkeit dieses Soundsystems und sind ein in das Gesamtbild passender Blickfang. HAPTIK

Die haptische und taktile Wahrnehmung erfolgt über die Haut. Mit Ihr erfühlt man sozusagen das Fahrzeug. Darum sind alle Oberflächen des A6-Interieurs mit äußerster Sorgfalt gewählt und gestaltet. Beispielsweise lassen sich im neuen Audi A6 alle primären Berührflächen zum Insassen, wie Sitze, Armauflagen und Lenkrad, über entsprechende Ausstattungen in Leder ordern. Neu ist die bei der Ausstattung „Lederpaket“ enthaltene belederte Beinanlage der Mittelkonsole sowie die Folienkaschierung der Mittelkonsole. SITZKONZEPT

Der wichtigste Kontakt zum Fahrzeug er­folgt über den Sitz. Er ist das zentrale Bindeglied zwischen Insassen und Fahrzeug und trägt maßgeblich über seine Ergonomieeigenschaften und Funktionalitäten zum Wohlbefinden der Insassen bei.

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Beim A6 ist es gelungen, ein ausgesprochen innovatives und umfangreiches Gesamtsitzkonzept anzubieten. Der Kunde kann zwischen „Normal“-, „Klima“-, „Sport“- und „Multikontursitz“

3 Präzision beim Wrap-around

auswählen und den Sitz durch die zur Verfügung stehenden Optionen und Bezüge auf seine Bedürfnisse anpassen. Erstmalig bei Audi verfügen alle Sitze über eine sowohl in der Höhe als auch

Gänsehaut bei 360°.

Noch nie klang Musik in einem Kompaktwagen so räumlich und mitreißend wie im neuen Audi A1. Dank Bose® 5.1 SurroundSound mit realistischem 360°- Panorama bietet der knapp vier Meter lange Stadtflitzer ganz großes Kino auf kleinem Raum.

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Audi A6 Komfort

im Abstand einstellbare Kopfstütze, die dadurch ein Höchstmaß an individuellen Einstellmöglichkeiten bietet. Bereits der Normalsitz verfügt über ausgezeichneten Sitzkomfort, aufgrund ergonomisch geformter Sitzflächen in Verbindung mit einem innovativen Horizontalschaum im Sitz mit variierenden Härtezonen. Der Horizontalschaum kommt in der A6-Familie erstmalig zum Einsatz. Der neu erhältliche Klimasitz ist serienmäßig mit einer elektrischen Verstellung und Memoryfunktion für den Fahrersitz ausgestattet. Über jeweils zwei in den Sitz und in die Lehne integrierte Lüfter werden die Sitz- und Lehnenflächen belüftet. Die dreistufige Klimatisierung hält auch bei hochsommerlichen Temperaturen das Sitzklima auf einem angenehmen Niveau und trägt damit zum entspannten, ermüdungsfreien und damit sicheren Fahren bei. Die Spitze des Sitzangebots ist der komplett neu entwickelte Multikontursitz, 4. Natürlich verfügt der Multikontursitz über alle Verstellmöglichkeiten des Normalsitzes. Beim Multikontursitz sind diese immer elektrisch, sowohl der Fahrersitz als auch der Beifahrersitz sind mit Memoryfunktion ausgestattet. Die Sitztiefe ist elek­trisch und spaltfrei an die gewünschte Beinauflagenlänge anpassbar. Erstmalig bei Audi im C-Segment können die Sitz- und Lehnenwangen pneumatisch verstellt werden. Über die sitzintegrierte Pumpe wird neben den Sitz- und Lehnenwangen auch die pneumatische Dreikammerlordose und die Massagefunktion angesteuert. Durch die Wangenverstellung gelingt mit diesem Sitz der Spagat zwischen Sportsitz mit hervorragendem Seitenhalt und Komfortsitz mit optimalem Langstreckenkomfort. Der Multikontursitz ist also nicht nur optimal auf die Physiologie des Fahrers, sondern auch auf die aktuelle Fahrsituation anpassbar. Als Luxusextra kann der Multikontursitz mit Klimafunktion und mit Massagesystem geordert werden. Die Klimafunktion zeichnet sich durch ihr innovatives, saugendes Konzept aus. Die zehn in der Lehne individuell ansteuerbaren Einzelkammern schaffen die Voraussetzung für die unterschiedlichsten Massageprogramme, die in ihrer Intensität individuell an die jeweiligen Kundenbedürfnisse angepasst werden können. So kann zum Beispiel nur der

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4 Multikontursitz

Schulterbereich oder der ganze Rücken massiert werden. Die Massagefunktion trägt, wie die Klimafunktion, dazu bei, dass der Fahrer auch lange Etappen entspannt bewältigen kann. Die intuitive Bedienung des Multikontursitzes erfolgt über die bewährten Audi Sitzverstellschalter, mit denen sich Sitzhöhe, Sitzlänge, Sitzneigung und Lehnenneigung direkt einstellen lassen, und einen neuartigen Multifunktionsschalter. Bei Betätigung des Multifunktionsschalters wird ein Auswahlmenü im „MMI“Bildschirm eingeblendet. Diese Bedienfunktionalität ist für die beiden vorderen Insassen gleichzeitig verfügbar und gewährleistet eine intuitive Steuerung der komplexen Zusatzfunktionen. Eine Vorbereitung für ein „Rear Seat Entertainment“, bestehend aus zwei Zehn-Zoll-Monitoren, die an der Rückseite der Vordersitze angebracht werden können, rundet das Angebot ab. Die Monitore

können entnommen und durch die externe Stromversorgung sowie die inte­ grierten DVD-Laufwerke auch am Zielort unab­hängig vom Fahrzeug genutzt werden. AKUSTIK

Die auditive Wahrnehmung beschreibt den Vorgang des Hörens und in welcher Form Schall wahrgenommen wird. Die definierte Auslegung und Gestaltung von Fahrzeug- und Motorgeräuschen sowie der leistungsstarken Soundsysteme trägt wesentliche zum hochwertigen Gesamteindruck des Fahrzeugs bei und ist wesentlicher Entwicklungsbestandteil. Das Interieur leistet hier seinen Beitrag, indem es durch den gezielten Einsatz von Dämmungen und Dämpfungen ein einzigartig niedriges Geräuschniveau realisiert, das in dieser Fahrzeugklasse bisher nicht erreicht wurde. Ein Schwerpunkt war die

From idea to innovation...

5 Ablagenkonzept

aufwendige und intensive Abstimmung aller bewegten mechanischen und mechatronischen Komponenten. Grundlagen dafür waren die Messmethoden und die Einstufung von Wertigkeiten, auf deren

Basis durch gemeinsame, schrittweise Optimierung der Einzelkomponenten und abschließende Beurteilung eine hochwertige und stimmige Akustik im Gesamtfahrzeug erzielt werden konnte.

ABLAGENKONZEPT

Das Ablagenkonzept, 5, wurde auf Basis von Wettbewerbsanalysen, Benchmark­ vergleichen und nicht zuletzt Kundenbe-

Der Audi A6 fährt mit Faurecia-Technologie Faurecia-Komponenten im neuen Audi A6 Die hochfesten Rahmen der Rückenlehnen sorgen für maximalen Schutz von Fahrer und Beifahrer. Das Cold End der Abgasanlage ist aus äußerst leichten Materialien gefertigt und reduziert so das Fahrzeuggewicht. Der Seitenschweller verbessert die Aerodynamik. Die energieabsorbierende Konstruktion des Kunststoffstoßfängers minimiert im Falle eines Aufpralls Verletzungen bei Fußgängern und Radfahrern.

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Audi A6 Komfort

6 Verstellmechanismus der Mittelarmlehne

fragungen auf die Bedürfnisse der Insassen abgestimmt. Daraus entstand ein so­genannter repräsentativer Warenkorb von Gegenständen, der als Auslegungs­ kriterium bereits in der Konzeptphase im Fahrzeug platziert wurde. Dabei wurden ergonomische Gesichtpunkte und eine größtmögliche Flexibilität in der Nutzung berücksichtigt. So bietet das Interieur bereits in der Basisausstattung eine Vielzahl gut nutzbarer Ablagen. Neu ist das Ablagefach mit Deckel vor der Schaltung mit Stauraum für eine Vielzahl von kleineren Gegenständen wie Schlüssel oder Geldbeutel. Außerdem sind die Getränkehalter, ausgelegt für bis zu 0,7 l große Becher für Fahrer und Beifahrer in der Mittelkonsole nun so angeordnet, dass die gleichzeitige Nutzung der Mittel­ armlehne uneingeschränkt möglich ist. Zusätzlich finden alle Insassen jeweils in den Tür­verkleidungen großvolumige Ablagefächer vor. In ihnen finden Getränkeflaschen bis zu 1,5 l Inhalt oder große Gegenstände Platz, bei den vorderen Türen bis zum DIN-A4-Format. Ein ­kleines Ablagefach in der Mittelkonsole hinten sowie zwei Tütenhaken im Kofferraum runden den erweiterten Basisumfang bei den Ablagen ab. Durch ein optionales „Ablagenpaket“ mit Netzen an der Rückseite der Vordersitze, Getränkehaltern in der Mittelarmlehne hinten, zwei zusätzlichen herausklappbaren 12-V-Steckdosen im Fond und einem Gepäcknetz für den Kofferraum lässt sich dieser Umfang noch erweitern. Neu sind auch das Netz und die 12-V-Steckdose in der

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Kofferraumseitenverkleidung, welche in Verbindung mit der klappbaren Rücksitzlehne angeboten werden. MITTELARMLEHNE VORNE

Erstmalig lässt sich die Mittelarmlehne im neuen Audi A6 stufenlos höhenverstellen, 6. Der innovative Mechanismus ermöglicht die stufenlose und praktisch geräuschfreie Höhenanpassung der Armauflagefläche in einem Bereich von 0 bis 30°. Bei Bedarf lässt sie sich komplett wegklappen und ermöglicht den Zugang zum Ablagefach in der Mittelkonsole. Auch in der Mittelarmlehne selbst befindet sich ein geräumiges Ablagefach. HECKSCHEIBENROLLO

Ein Maximum an Beschattung für die Insassen bietet das neu entwickelte, optionale Heckscheibenrollo im Fond. Das in den Säulenverkleidungen geführte Rollo ersetzt das bisherige Scherenkonzept und ermöglicht so eine quasi hundertprozentige Abschattung der Heckscheibe. Gleichzeitig bietet dieses Konzept durch den Entfall sichtbarer Verstellelemente für den Fahrer eine optimale Sicht durch den Innenspiegel. Schlüsselloser Fahrzeugstart

Im neuen Audi A6 wird das bereits aus dem A8 bekannte Fahrzeugstartsystem eingesetzt. Erstmals ist in der A6-Fahrzeugklasse der schlüssellose Fahrzeugstart Serienausstattung, um dem Fahrer einen

noch höheren Komfort zu bieten. Die mechanische Blockierung der Lenksäule erfolgt weiterhin durch eine elektrische Lenksäulensperre, die Schlüsselidentifikation erfolgt rein elektronisch. Im neuen A6 ist kein Zündschloss mehr vorhanden. Stattdessen erfolgt der Motorstart und -stopp serienmäßig durch Betätigung des Start-Stopp-Tasters. Für den Fahrer entfällt beim Fahrzeugstart somit die Handhabung des Schlüssels – der Schlüssel kann sozusagen „in der Hosentasche bleiben“. Erkennt das Steuergerät für Zugang- und Startberechtigung eine Betätigung des Start-Stopp-Tasters, so kommuniziert es über zwei intelligente Sensoren in der Mittelkonsole und im Kofferraum mit dem Schlüssel. Über eine verschlüsselte Kommunikation kann das Steuergerät die Position des Schlüssels innerhalb des Fahrzeugs und die Zugehörigkeit des Schlüssels zum Fahrzeug feststellen. Das Entriegeln der Lenksäulensperre, das Aktivieren der Zündung und der Fahrzeugstart werden zugelassen, wenn sich der Schlüssel innerhalb des Fahrgastraums oder des Kofferraums befindet und eindeutig zum Fahrzeug zu­gehörig ist. Über die Schlüssel­ erkennung werden gleichzeitig bestimmte Komfort­systeme des Fahrzeugs auf diesen Schlüssel eingestellt, 7. Zum Starten des Fahrzeugs reicht ein kurzer Druck auf den Start-Stopp-Taster aus, der gesamte Startvorgang wird durch das Steuergerät für Zugang- und Startberechtigung und das Motorsteuergerät gesteuert und läuft automatisch ab. Das Abstellen des Motors

7 Komfortschlüssel, Start-Stopp-Taster und Positionssensoren

erfolgt wiederum durch Betätigung des Start-Stopp-Tasters, wie bereits beim A8 in Serie umgesetzt. Wenn der Schlüssel das Fahrzeug verlässt, beispielsweise wenn er sich in einer Tasche befindet, die aus dem Fahrzeug gegeben wird, wird der Fahrer gewarnt.

Durch intelligente Suchalgorithmen zu festgelegten Zeitpunkten stellt das Steuergerät für Zugang- und Startberechtigung sicher, dass immer dann eine Warnung im Kombiinstrument angezeigt wird, wenn der Schlüssel innerhalb des Fahrzeugs nicht mehr gefunden wurde.

Hat sich die Batterie des Schlüssels unter eine definierte Schwelle entladen, wird dem Fahrer bei jedem Einschalten der Zündung eine Warnung im Kombiinstrument angezeigt. Der Schlüssel funktioniert nach Anzeige dieser Meldung noch mehrere Wochen; wird die Batterie jedoch nicht gewechselt und ist so schwach, dass keine Kommunikation mehr zustande kommt, kann das Steuergerät für Zugang- und Startberechtigung den Schlüssel nicht mehr finden. Um in diesem Fall das Fahrzeug weiter startfähig zu halten, ist in der In­strumententafel eine Transponderspule eingebaut, mit deren Hilfe das Steuergerät für Zugang- und Startberech­tigung kontaktlos mit dem Schlüssel kommuniziert. Da neben der notwendigen Wegfahrsperrenkommunikation auch Energie zum Schlüssel übertragen wird, muss der ­Fahrer den Schlüssel an die an der Instrumententafel gekennzeichneten Stelle halten, 8. Schlüsselloser Fahrzeugzugang

Neben der Möglichkeit, das Fahrzeug durch eine Funk-Zentralverriegelung zu öffnen und zu schließen, ist als Option weiterhin der schlüssellose Fahrzeugzugang bestellbar. Die Bedienung der Zen­ tralverriegelung kann mit diesem System an jeder Tür des Fahrzeugs erfolgen. Dazu ist in jedem Türgriff eine Sensorik inte­ griert, die das Öffnen und Schließen des Fahrzeugs durch Näherung beziehungsweise Berührung von Sensorflächen am Türgriff veranlasst.

8 Notstart Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Kaross erie

intelligente Leichtbaukarosserie Der Entwicklungsprozess der Karosserie des neuen Audi A6 war geprägt durch drei wesentliche Herausforderungen: Erstens sollte der Modulare Längsbaukasten fortgeschrieben werden und zweites galt es, eine Basis für herausragende Gesamtfahrzeugeigenschaften zu schaffen; die dritte Aufgabe war die Umsetzung der beiden erstgenannten Ziele in einem Leichtbaukonzept, das seinen Beitrag zur Ressourcenschonung und Verringerung von Emissionen leistet.

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au t o re n

Dipl-Ing. Hans-Dieter Wilde

Dipl.-Ing. Martin Schromm

ist Karosseriearchitekt für die A6-Baureihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

ist Projektverantwortlicher für die Funktionsauslegung der Karosserie der A6 Limousine bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Übergreifende Architekturen, individuelle Auslegungen

Das Karosseriekonzept des Modularen Längsbaukastens ist gekennzeichnet durch baureihenübergreifende konstruktive Prinzipien, Architekturen und Fügefolgen. Das reduziert einerseits den Entwicklungsaufwand und schafft andererseits die Voraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung einer flexiblen Produktionsdrehscheibe zwischen den Baureihen A4, A5, Q5, A7 und A6 sowie den Standorten Ingolstadt und Neckarsulm. Die Bauteile der Karosserien sind beanspruchungsgerecht und für die individuellen Anforderungen jeder einzelnen Baureihe ausgelegt, fügen sich jedoch in die übergeordnete einheitliche Architektur ein. Diese individuelle Auslegung auf Bauteilebene ist die Voraussetzung für die Differenzierung der Baureihen und das Einstellen des gewünschten Eigenschaftsprofils. Der Modulare Längsbaukasten bietet die Möglichkeit, Technologien von einer Baureihe auf eine andere zu übertragen. Hier profitiert der neue Audi A6 von technischen Lösungen, die für den A8 entwickelt wurden, wie Strukturgussbauteilen im Vorderwagen und Türen aus Aluminium.

Integrale funktionale Auslegung der Karosserie

Die Karosserie ist mitbestimmend für vielfältige kundenrelevante Gesamtfahrzeugfunktionen. Ein multidisziplinärer, virtueller Auslegungsprozess ist die Voraussetzung dafür, diese im Einzelnen und gerade auch in ihrer Wechselwirkung beschreibbar zu machen. So können Zielkonflikte frühzeitig erkannt und eine ausgewogene Gewichtung der Funktionen erreicht werden. Bemerkenswert im Entwicklungsprozess der Karosserie des neuen Audi A6 war der erstmalige umfassende Einsatz der Methodik „Technikmodell“, 1. Dafür wird ein parametrisch assoziatives CAD-Modell erstellt, das um die in der Konzeptphase unwesentlichen Dinge reduziert ist. Dadurch ist es jedoch sehr reaktionsschnell und ermöglicht im Spannungsfeld von Designfindung, Maßkonzept und Karosseriearchitektur aussagestarke Funktionsbewertungen, die zu einem sehr hohen Reifegrad des Konzepts beitragen. Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Kaross erie

1 Technikmodell mit Konzeptstrak und Prinzipschnitten

Leichtbau als Kernaufgabe

In den vergangenen Jahrzehnten haben gestiegene Komfort- und Sicherheitsbedürfnisse zu einem stetigen Gewichtswachstum im Gesamtfahrzeug und auch bei der Karosserie geführt. Die Herausforderung liegt darin, eine Trendwende herbeizuführen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen oder Komfortmerkmale aufzugeben. Eine Lösung kann ein konsequenter und wirtschaftlich sinnvol-

2 Biegewirksame Strukturen

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ler Karosserie­leichtbau sein, bei dem drei miteinander in Wechselwirkung stehende Felder bearbeitet werden: der integrative, der geome­trische und der technologische Leichtbau. Integrativer Leichtbau bedeutet in diesem Fall, dass die Karosserie Systeme mit dem Gesamtfahrzeug bildet, die sich aus Funktionsanforderungen ergeben. Die Komponenten eines solchen Systems ergänzen sich bei der Erfüllung der Funktionen, so dass jede einzelne besser wirkt

und in Summe eine Gewichtsreduzierung die Folge ist. Dabei werden Prinzipien des geometrischen Leichtbaus vom Einzelnen auf das Ganze übertragen. Diese bestehen genauso in der Umsetzung einer beanspruchungsgerechten Gestaltung wie in der vorteilhaften Beeinflussung wirkender Beanspruchungen. Geometrischer Leichtbau ist auch die Voraussetzung für wirtschaftlich attraktiven technologischen und stofflichen Leichtbau: neben der Nutzung der mechanischen Kennwerte der Leichtbauwerkstoffe ist dabei gerade auch die konsequente Ausschöpfung neuer geometrischer Freiheitsgrade anzustreben. Um diese Potenziale konsequent zu nutzen, ist eine intensive Zusammenarbeit von Design, Konstruktion, Technologieentwicklung und Produktion bereits in der frühen Konzeptphase erforderlich. Schwingungskomfort und Akustik

Ziel der Auslegung der Karosserie des neuen Audi A6 war es, bei minimalem Gewichtseinsatz eine homogene Struktur darzustellen, die durch hohe lokale und globale Steifigkeit ideale Voraussetzungen

für ein kompaktes Fahrgefühl mit ausgewogenem Schwingungskomfort, klassengerechter Innenraumakustik und Fahrdynamik auf hohem Niveau schafft. Zur Auslegung der globalen Karosseriesteifigkeit wurden bereits in einer frühen Phase der Konzeptentwicklung anhand einer Lastpfadanalyse optimierte und teilweise neue Profilverläufe gefunden. Im Anschluss an diese Untersuchungen wurden über mehrere weitere Optimierungsläufe die hierfür erforderlichen Querschnittsabmessungen ermittelt, um eine funktions- und gewichtsoptimierte kon­ struktive Lösung zu finden. In 2 sind die wichtigsten Strukturlastpfade zu sehen, um eine hohe Biegesteifigkeit zu erreichen, 3 zeigt die Ringstrukturen für eine hohe Torsionssteifigkeit. Dabei wurde im neuen A6 ein zweiter Torsionsring ausgeprägt, der ein Ergebnis der Lastpfadanalyse war. Ergänzt werden die Torsionsringe durch eine als Schubfeld ausgeprägte Trennwand Gepäckraum. Durch einen Tausch der Positionen von Querträger und Blechfeld im Vergleich zum Vorgängermodell entsteht ein hochwirksames horizontales Schubfeld. Die Torsionseigenfrequenz konnte damit gewichtsneutral um 0,5 Hz, bezogen auf

den Aufbauzustand „Trimmed Body“, gesteigert werden. Ein Strebenkonzept erhöht im neuen Audi A6 die Vorderwagensteifigkeit und reduziert die Beschleunigungspegel an den Komfortpunkten. Im Rahmen einer Topologieoptimierung bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Steifigkeitsziele, des Deformationsverhaltens im Frontalaufprall und des vorhandenen Bauraums stellte sich heraus, dass ein V-förmiger Strebenverlauf die optimale Lösung darstellt. Ein weiterer Schwerpunkt in der Karosserieauslegung ist die Gestaltung der Anbindungspunkte zum Fahrwerk. Ziel der Entwicklung ist es hier, einen ausreichend großen Impedanzsprung in den Steifigkeiten zwischen Karosserie und Fahrwerk zu erzielen, damit der Energieeintrag aus Fahrwerk und Antriebsstrang so gering wie möglich bleibt und unerwünschte Geräusche und Schwingungen im Fahrzeuginnenraum minimiert werden. Durch die Integration des hinteren Anschraubpunktes des Hinterachsträgers in den zweiten Torsionsring, 4, konnte einerseits die geforderte Anbindungssteifigkeit realisiert und andererseits das Gewicht durch den Wegfall der bisherigen Anschraubkonsole verringert werden.

Durch numerisch optimierte Versickung aller größeren Blechfelder wird, neben der Minimierung des Energieeintrags in die Karosserie, auch die Abstrahlung von spürbarem und hörbarem Schall und Vi­brationen zu den Insassen minimiert. Fahrzeugsicherheit und Typschaden

Die Auslegung der Karosserie des neuen Audi A6 in Bezug auf Fahrzeugsicherheit schafft die Voraussetzung dafür, dass alle weltweiten gesetzlichen Anforderungen, Verbraucherschutztests und hausinternen Anforderungen übertroffen beziehungsweise in der bestmöglichen Bewertungsklasse absolviert werden. Durch ein fein abgestimmtes System aus einer hochsteifen Sicherheitszelle und lokal begrenzten Bereichen energetisch hochwertiger Absorption werden günstige Voraussetzungen für den Insassenschutz geschaffen. Für den Partnerschutz bestand die Herausforderung darin, gestiegene Anforderungen im Fußgängerschutz mit den Wünschen des Designs zu vereinbaren. Besonderes Augenmerk bei der Entwicklung galt auch der Auslegung für Unfälle

3 Torsionswirksame Strukturen Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Kaross erie

mit niedriger Geschwindigkeit, sogenannte Low-speed-Crashs, um dort die Beschädigung gering zu halten und eine günstige Vollkasko-Versicherungseinstufung zu erreichen. Für diese Einstufung sind jeweils ein Typschadencrash vorne und hinten mit 15 km/h und ein Seitencrash, der theoretisch berechnet wird, relevant. Um die Versicherungseinstufung noch näher am realen Unfallgeschehen zu orientieren, gilt seit April 2010 für neu auf den Markt gebrachte Fahrzeuge ein zusätzlicher Einstufungstest, der sogenannte RCAR-Bumpertest. Bei diesem Test fährt das Fahrzeug mit 10 km/h auf eine

dem Stoßfänger nachempfundene Barriere mit Hart- und Weichkomponenten. Dabei wird die Kompatibilität der energieabsorbierenden Elemente zum Unfallgegner überprüft, was insbesondere Anforderungen an Stoßfängerlage und -steifigkeit stellt. Der A6 konnte bereits in einer frühen Phase hinsichtlich dieser Anforderungen entwickelt werden. Frontalaufprall

In den Crashlastfällen in Fahrzeuglängsrichtung, insbesondere beim Frontalcrash, besteht eine starke Wechselwirkung dieser

4 Integration der Achsaufnahmen in den hinteren Torsionsring

Themenfelder. So wurde das Kraftniveau der Vorderwagenstruktur bei Deformation im Vergleich zum Vorgänger deutlich gesteigert und dadurch die erforderlichen Verformungswege bei Unfällen mit niedriger Geschwindigkeit verringert. Auf diese Weise konnte zum einen der für den Fußgängerschutz erforderliche, räumlich vorgelagerte Deformationsweg geschaffen werden, ohne das Design durch einen längeren vorderen Überhang zu beeinträchtigen. Zum anderen wurde dadurch für die schnellen Crashlastfälle der Energieumsatz im Vorderwagen gesteigert, was die Verzögerungscharakteristik des Fahrzeugs in Hinblick auf den Insassenschutz weiter verbessert. Das dabei gewählte technische Lösungskonzept ist ein Beispiel für inte­ grativen Leichtbau: Der starr verschraubte Vorderachsträger hat eine vorgeschaltete untere Lastebene und in die Unterbodenverkleidung integrierte Verstärkungen. Er ergänzt sich mit den Längsträgern der Karosserie und den hocheffizienten, als Aluminium-Strangpressprofil ausgeführten Stoßfängerelementen zu einem funk­ tionalen System, 5. Die Konstruktion ist als wartungsfreundliches Montagekonzept ausgeführt, so ­ dass die Folgen eines Unfalls mit geringer Geschwindigkeit durch den einfachen Austausch der Crashelemente und ohne Schweißarbeiten behoben werden können. Durch die Länge der Crashbox kann nicht nur die beim 15-km/h-Normcrash auftretende Energie abgebaut werden. Auch im realen Unfallgeschehen auftretende Kollisionen mit geringfügig höheren Geschwindigkeiten bleiben meist ohne größere Folgen für die Längsträgerstruktur. Seitenaufprall

5 Integrale Vorderwagenstruktur für schnellen Crash, Typschaden und Partnerschutz

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Eine besondere Herausforderung für die Auslegung der Karosseriestruktur stellen aufgrund des prinzipbedingt geringen zur Verfügung stehenden Deformationsweges Kollisionen von der Seite dar. Um das Schutzpotenzial der Karosserie bestmöglich auszuschöpfen, wurde für den neuen Audi A6 auch hier ein funktionales System entwickelt, dessen wesentliche Komponenten die B-Säule und die Türen sind. Die B-Säule ist in formgehärtetem Stahl ausgeführt, 6. Mit einem speziellen Herstellungsverfahren erhält sie entlang ihrer Höhe unterschiedliche Werkstoffeigen-

Audi A6 verlangte nach der Verbesserung bestehender, aber auch nach der Entwicklung neuer konstruktiver und technologischer Lösungen. Dem beschriebenen Leichtbauansatz folgend wurde hierbei stets die Wechselwirkung zwischen dem Gesamtsystem, der Komponenten- und der Bauteilebene berücksichtigt. Entstanden ist eine Karosserie in StahlAluminium-Mischbauweise, in deren Werkstoffkonzept das umfassende Wissen des Volkswagen-Konzerns auf dem Gebiet der formgehärteten Stähle ebenso einfließt wie die von Audi als Pionier auf diesem Gebiet erarbeitete Aluminiumkompetenz. Nur so konnte neben dem stofflichen Leichtbaupotenzial dieser Werkstoffe auch das mit ihren Verarbeitungstechniken verknüpfte Potenzial für weiteren geometrischen Leichtbau erschlossen werden.

6 Warmumgeformte und partiell vergütete B-Säule

schaften. Durch einen unnachgiebigen oberen und einen gezielt deformierbaren unteren Bereich wird im Falle eines Seitenaufpralls eine günstige Deformations­ kinematik eingestellt. Die Türen sind aus Aluminium ausgeführt und wirken bei einem Seitencrash als Lastverteiler, unterstützt durch ebenfalls aus Aluminium ausgeführte Tür­ aufprallträger, die sich auf stabil ausgeführte Auflageflächen an den Säulen abstützen. So wird für eine Vielzahl

möglicher Seitencrashszenarien ein Verhalten erreicht, bei dem Deformation überwiegend in Bereichen stattfindet, die aus Sicht des Insassenschutzes günstig sind, und empfindliche Bereiche werden wirksam geschützt. Konstruktive und technologische Umsetzung

Die Umsetzung der integralen funktionalen Auslegung der Karosserie des neuen

Karosseriezelle in Multimaterialbauweise 7 zeigt die Karosseriezelle des neuen

Audi A6. Die vorderen Federbeinaufnahmen bestehen aus Aluminiumdruckguss. Hier konnte die umfassende Erfahrung mit der topologischen Gestaltung eines solchen Bauteils aus dem Audi A8 umgesetzt werden. Beim A6 wurde diese Technik aber erstmals bei Audi in eine Stahl-

7 Baugruppen der Karosseriezelle Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Kaross erie

umgebung integriert, 8. Um die hohen internen Anforderungen hinsichtlich Langzeitqualität zu erfüllen, wurden alle Kontaktstellen abgedichtet und die Bauteile zusätzlich durch Strukturkleber voneinander getrennt. Wo dies nicht sinnvoll war, wurden die relevanten Stahlbauteile partiell mittels kathodischer Tauchlackierung (KTL) beschichtet. Durch die

8 Aluminium-Federbeinaufnahmen und V-Strebe

9 Flexibel gewalzter und warmumgeformter Stirnwandquerträger

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Summe dieser Maßnahmen konnte eine KTL-Beschichtung der Federbeinaufnahme selbst vermieden werden – und damit auch deren negative Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Verbindungstechnik. Das Ziel der Multifunktionalität wurde umgesetzt, denn bereits vorhandene Prozessmaterialien dienen zusätzlich dem Korrosionsschutz.

Im Sinne des integrativen Leichtbaus konnte auf einen fahrwerksseitigen Lagerbock verzichtet werden: Die obere Lenker­ ebene der Vorderachse wird direkt in der Federbeinaufnahme verschraubt. Hierdurch ergaben sich wiederum neue Aufgabenstellungen in der Karosserieentwicklung: Die Lasten aus dem Fahrwerk müssen in jeder Betriebssituation sicher in Hinblick auf Festigkeit und aus Akustikgründen mit entsprechender lokaler Einleitungssteifigkeit aufgenommen werden. Darüber hinaus müssen die hohen Toleranzansprüche einer Mehrlenkerachse prozesssicher in der Produktion umgesetzt werden. Um die Toleranzen zu entkoppeln, wurden die Fügestellen so gestaltet, dass das Bauteil zum Rest der Karosserie eingestellt werden kann. Funktional werden die Federbeinaufnahmen durch das Strebenkonzept ergänzt, ⑧. Trotz der komplexen Anforderungen wurde eine Umsetzung gefunden, die eine Ausführung als einteiliges Aluminium-Strangpressprofil mit geringstem Gewicht ermöglicht. Insgesamt wurde durch das Aluminium-Leichtbaukonzept der vorderen Federbeinaufnahmen und der V-Strebe die Vorderwagensteifigkeit erhöht, das Gewicht der Karosserie reduziert und in Verbindung mit den ebenfalls aus Aluminium ausgeführten vorderen Seitenwänden die Gewichtsverteilung des Gesamtfahrzeugs optimiert. Auch die als Schubfeld wirkende Trennwand zum Gepäckraum und der zugehörige Quer­träger wurden aus Aluminium ausge­führt und damit ein mit dem Vorgänger erfolgreich eingeführtes Konzept fortgeschrieben. Für diejenigen Bereiche der Karosseriezelle, die im Crashfall wenig Deformation erfahren und als Lastverteiler wirken sollen, haben Bauteile aus formgehärtetem Stahl aufgrund ihrer sehr hohen spezifischen Festigkeit großes Leichtbaupotenzial. Dieses Potenzial wurde für die Karosserie des neuen Audi A6 durch die Kombination des Formhärtungsverfahrens mit Verfahren zur Modifikation der Material- und Materialeigenschafts-Verteilung innerhalb eines Bauteils weiter gesteigert. In Kombination mit dem „Tailor Rolled Blank“-Verfahren wird durch optimierte Blechstärkenverläufe eine ideale Verteilung der Lasten erreicht. Dadurch kann ein Maximum an Strukturverhalten bei einem Minimum an Gewicht erzielt werden. Ein Beispiel dafür ist der Stirnwandquerverbund, 9.

❿ Frontklappe mit Zweischloss-System

Ein zweites Beispiel für die Kombination der Warmumformung mit weiteren Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Funk­ tionseigenschaften bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung ist die B-Säule: Durch das Verfahren der partiellen Vergütung erfüllt sie ihr komplexes Anforderungsprofil in einem einzigen Bauteil ohne den Mehraufwand und das Mehrgewicht zusätzlicher Flansche und Fügestellen. Türen und Klappen aus Aluminium

Beim neuen Audi A6 werden alle Anbauteile, das heißt Frontklappe, Türen und Heckklappe, aus Aluminiumblech gefertigt. Um aus diesem Werkstoffkonzept größtmöglichen Nutzen zu ziehen, wurde die grundlegende Bauweise, aber auch die Auslegungsstrategie und die Anbindekonzepte, den neuen Gegebenheiten des Werkstoffs und des Designs angepasst. So wurden die Auslegungskriterien für die Frontklappe, ❿, zu Beginn der Entwicklung durch eine breit angelegte Messreihe kritisch hinterfragt und optimiert. Auf diese Weise wurde eine detaillierte Funktionsauslegung für die Frontklappensteifigkeit und den Fußgängerschutz Januar 2011

Audi A6

bereits in der Simulation ermöglicht. Um die Zielwerte im Fußgängerschutz sowie in der Steifigkeit zu erreichen, wurde das Innenblech der Frontklappe in Aluminiumbauweise mit einem optimierten Strebenkonzept ausgeführt. Der Zielkonflikt zwischen Frontklappensteifigkeit und Fußgängerschutz ließ sich mit einer Topologieoptimierung durch gezielten Einsatz von profilierten Streben auflösen. Zusätzlich wurden die Anzahl und die Positionen der Clinchpunkte zwischen Verstärkungen und Innenblech auf Festigkeit und Fertigungszeit optimiert. Trotz einer deutlich größeren Frontklappe als beim Vorgängermodell konnten die Materialstärken für das Innenblech und die Verstärkungen durch den Einsatz eines Zweischloss-Systems reduziert werden. Außerdem konnten die Verstärkungen kleiner ausfallen. Durch einen höheren Detaillierungsgrad und die Berücksichtigung zusätzlicher Randbedingungen wurde in der Simulation eine solide Grundauslegung entwickelt, welche bei der späteren Erprobung eine gute Korrelation zu den Versuchen aufwies. Dabei stand die Frontklappe als System im Fokus und nicht nur einzelne Komponenten.

Ein grundlegend neues technisches Konzept kommt bei den Türen zum Einsatz: während das Vorgängermodell Stahltüren mit Einsteckrahmen hatte, kommt beim neuen Audi A6 eine vollgepresste Aluminium-Systemtür in Doppelschalenbauweise zum Einsatz, ⓫. Das Türsystems teilt sich dabei in zwei Hauptumfänge auf: in einen Strukturumfang mit Türinnenteil außen, Scharnieraufnahmen, Türaufprallträger und Schachtverstärkung und einen Funktionsumfang für die Aufnahme von Komponenten wie Schloss, Türfeststeller, Fensterheber oder Teilen des Infotainments. Im Strukturumfang bestehen nahezu alle relevanten Verstärkungen aus einfachen Kantteilen, im Funktionsumfang wird eine kleine Montageplatte eingesetzt. Mit Unterstützung von Simulationswerkzeugen konnten trotz reduziertem Materialeinsatz höhere Steifigkeiten erzielt werden. Dadurch konnte der akustische uns haptische Komfort und dadurch das Qualitätsgefühl insgesamt wesentlich verbessert werden. Vervollständigt wird das Anbauteilekonzept mit der zu 100 % aus Aluminium gefertigten Heckklappe, ⓬. Durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Entwicklungs- und Planungsabteilungen sowie dem Werkzeugbau ist es gelungen, die in dieser Fahrzeugklasse leichteste Limousinen-Heckklappe darzustellen, die dennoch sowohl im Bedienkomfort als auch in der Designsprache premiumgerechte Hochwertigkeit widerspiegelt. Als Verbindung zur Karosserie kommt ein mit dem Modularen Längsbaukasten eingeführtes Bügelscharnier zum Einsatz. Durch das einfache und dennoch steife Konzept der Anbindung mit Verschraubung in Y-Richtung erschloss es weiteres Leichtbaupotenzial in der Karosseriezelle und trägt damit dem Gedanken des integrativen Leichtbaus Rechnung. StoSSfängersystem

Der Stoßfänger ist heute nicht mehr nur ein designbetontes, formintegriertes Bau­ teil, das die darunter liegende Struktur abdeckt. In den vergangenen Jahren wurden zum einen immer mehr Funk­tionen und Bauteile integriert, zum anderen muss das Stoßfängersystem dem erwähnten komplexen Anforderungsprofil aus schnellem Crash, Typschadencrash und, im Falle des vorderen Systems, dem Fußgängerschutz konstruktiv Rechnung tragen.

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Audi A6 Kaross erie

⓫ Das Türsystem

So wurden im neuen Audi A6 zwei Radarsensoren zur Abstandsmessung für die „adaptive cruise control“ (ACC) ganz bewusst in den vorderen Stoßfänger inte­ griert. Die Bewegung des Sensors mit dem Stoßfängerüberzug schützt vor Beschä­ digungen und sorgt somit für weniger Kosten bei leichten Unfällen. Wünscht der Kunde einen Nachtsichtassistenten, wird auch dessen Kamera im Stoßfänger montiert. Das eigentliche Stoßfängersystem, bei Audi Crash Management System (CMS) genannt, ist vorne und hinten aus verschweißten und verschraubten Aluminium-Strangpressprofilen aufgebaut. Die Strangpressprofile deformieren sich, unterstützt durch Anfaltsicken, unter Faltenbeulen mit hohem energetischen Wirkungsgrad und mit hoher Robustheit gegenüber Störgrößen. Beim vorderen CMS, ⓭, wurden die Crashboxrückplatten an der Anbindung zum Karosserielängsträger nach unten verlängert. Sie verhindern zusammen mit

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⓬ Heckklappe und Scharnierkonzept

⓭ Stoßfängersystem vorne

⓮ Stoßfängersystem hinten Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 KARossERiE

⓯ Gewichtsreduzierung und Leichtbaugüte

faserverstärkten Kunststoffteilen an der Dämpfungswanne Schäden an teuren Bauteilen, beispielsweise beim ungewollten Überfahren von Hindernissen. Diese Kon-

stellation dient in Fahrzeuglängsrichtung gemeinsam mit dem unteren Schließteil des Stoßfängers auch als untere Abstützung bei einem Fußgänger-Beinaufprall.

Das hintere CMS, ⓮, wird weltweit eingesetzt und erfüllt auch die hohen Anforderungen in den USA, bei denen das Fahrzeug in einem 80-km/h-Heckcrash geprüft wird. Um der neuen Anforderung des RCAR Bumpertests Rechnung zu tragen, wurde vorne und hinten bereits in der Konstruktion auf eine große Überdeckung zwischen Querträger und Barriere geachtet, der Querträger sehr torsionssteif ausgelegt und somit eine Deformation der Struktur und dahinterliegender Komponenten wie dem Kühlerpaket und der Heckklappe vermieden. Durch seine konstruktive Ausführung und sein technisches Konzept erfüllt das Stoßfängersystem des neuen Audi A6 zum einen die Anforderungen einer multidisziplinären Auslegung, zum anderen trägt es an exponierter Stelle zur Verringerung des Gesamtfahrzeuggewichts und zur Optimierung der Gewichtsverteilung bei.

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dAs ergebnis: die uMkehrung der geWichtsspirAle

Mit der Karosserie des neuen Audi A6 wurde durch konsequenten und stets in seinen Wechselwirkungen betrachteten, integrativen, geometrischen und stofflichen Leichtbau eine Gewichtsreduzierung von mehr als 30 kg für den Gesamtumfang gegenüber dem Vorgängermodell erreicht, ⓯. Im Wettbewerb nimmt die Karosserie des neuen A6 damit eine Spitzenstellung ein, zu der alle Komponenten ihren Beitrag leisten, die Karosseriezelle, die Türen, Klappen und das Stoßfängersystem. Die Leichtbaugüte wurde im Vergleich zum Vorgängermodell von 3,1 auf 2,6 verbessert. In der Historie des Audi A6 und seiner Vorgängermodelle wurde somit zum ersten Mal trotz Größenwachstums

Danke Bei der Erstellung des Beitrags haben zudem mitgewirkt: Mario Gabbert, Mitarbeiter der Funktions auslegung Karosserie bei der AUDi AG in ingolstadt. Dr. Florian Bartl, Mitarbeiter der Funktionsauslegung Karosserie bei der AUDi AG in ingolstadt. Jochen Breyer, Leiter der Konstruktion Karosseriestruktur bei der AUDi AG in ingolstadt. Robert Kaufmann, Mitarbeiter der Konstruktion Karosseriestruktur bei der AUDi AG in ingolstadt. Bernhard-Konrad Pfaller, Mitarbeiter der Entwicklung Frontklappe, Kotflügel bei der AUDi AG in ingolstadt. Arnaud Freyburger, Eigenschaftsentwickler Fußgängerschutz im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDi AG in ingolstadt. Frank Martin, Mitarbeiter der Entwicklung türsystem bei der AUDi AG in neckarsulm. norbert Mayer, Mitarbeiter der Entwicklung Heckklappen bei der AUDi AG in ingolstadt. Wolfgang Dorfner, Mitarbeiter der Entwicklung Anbauteile Exterieur bei der AUDi AG in ingolstadt.

und gestiegener Funktionsanforderungen die Gewichtsspirale umgedreht und ein Beitrag dazu geleistet, dass auch das Gesamtfahrzeuggewicht im Vergleich zum

Vorgängermodell reduziert und durch die räumliche Anordnung der Leichtbauumfänge die Gewichtsverteilung fahrdynamisch optimiert wird.

audi a6 FAhRERASSIStEnz

FaHReRaSSISTenZSYSTeMe VERNETZUNG UND SENSORDATENFUSION Für den neuen A6 wurden die bekannten Fahrerassistenzsysteme konsequent weiterentwickelt und das Angebot um neue Funktionen ergänzt. Ein zentraler Punkt der Entwicklung für den Audi A6 war eine umfassende Sensordatenfusion. Den Kern der dazu notwendigen Vernetzungsarchitektur bildet das FlexRay­Bus­System. Die Mehrfachnutzung der Daten, die das Fahrzeugumfeld beschreiben, in verschiedenen Assistenzsystemen macht die Anwendungen noch sicherer und komfortabler. 178

WeiteReNtWiCKelte systeme uNd Neue FuNKtiONeN

Damit der Fahrer des neuen Audi A6 komfortabler und sicherer an sein Ziel kommt, unterstützen ihn moderne Fahrerassistenzsysteme. Dank intelligenter Vernetzung können dabei die Signale unterschiedlicher Sensoren für verschiedene Fahrerassistenzsysteme genutzt werden. Für den neuen A6 wurden die bestehenden Fahrerassistenzsysteme konsequent weiterentwickelt und neue Funktionalitäten geschaffen. So stehen Systeme zur Unterstützung der Längsführung („adaptive cruise control“ (ACC)) und Querführung („Audi active lane assist“) zur Verfügung. Für eine Unterstützung beim Einparken des Fahrzeugs kann der Kunde verschiedene Funktionen von der ultraschallbasierten „Einparkhilfe“ über anzeigende Kamerasysteme bis hin zum „Parkassistenten“ auswählen. Zahlreiche Systeme informieren den Fahrer über sein Fahrzeugumfeld, um gefährliche Verkehrssituationen zu entschärfen. So warnt der Audi active lane assist vor Fahrzeugen in den Nebenspuren, während der „Nachtsichtassistent“ die Sichtbarkeit von Fußgängern in der Dunkelheit mithilfe einer Wärmebildkamera verbessert. Die „Tempolimitanzeige“ informiert den Fahrer über die aktuell zulässige Höchstgeschwindigkeit. Eine neue Scheinwerfertechnik ermöglicht zusammen mit moderner Videosensorik eine automatisierte Beleuchtung des Fahrzeugumfelds; die Leuchtweite des Fernlichts wird dabei gleitend angepasst.

AUtOREn

diPl.-iNG. aleJaNdRO VuKOtiCH

ist Abteilungsleiter Fahrerassistenz­ systeme in der Elektronik­Entwick­ lung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

diPl.-iNG. GeORG PeteR duBa

ist Abteilungsleiter Fahrerassistenz­ systeme in der Fahrwerkentwicklung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

diPl.-iNG. tORsteN GOlleWsKi

ist Abteilungsleiter Entwicklung Sicherheitselektronik Vernetzung aktive/passive Sicherheit in der Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

teCHNiKFusiON uNd VeRNetZuNG

Während Fahrerassistenzsysteme bisher überwiegend unabhängig voneinander arbeiteten, profitieren die hochentwickelten Fahrerassistenzsysteme im A6 vom gegenseitigen Datenaustausch mithilfe einer komplexen Vernetzung über verschiedene Bus-Systeme. Diese Kommunikation verbessert die Funktion einzelner Fahrerassistenzsysteme durch zusätzliche Sensorinformationen anderer Systeme. Die Fahrerassistenzsysteme werden im A6 ganz nach Wunsch des Kunden mit einem skalierbaren Funktionsumfang angeboten. Das Fahrzeug wird – abhängig von den vom Kunden gewählten Assistenzsystemen – mit der entsprechenden Systemarchitektur ausgestattet. Dabei wird zwischen benötigten und optionalen Komponenten unterschieden. Benötigte Komponenten werden jeweils mit Auswahl des entsprechenden Assistenzsystems verbaut. Wählt der Kunde zusätzlich andere Systeme aus, deren Komponenten einen optionalen Mehrwert generieren, adaptieren sich die Assistenzsysteme automatisch an die verbesserten Gegebenheiten. Informationen über den bevorstehenden Streckenverlauf werden bei verbauter Navigation zum Beispiel zusätzlich der ACC zur Verfügung gestellt. Auch für die benötigten Steuergeräte wurde eine konfigurierbare Ausstattung umgesetzt. Wählt der Kunde beispielsweise die Lichtfunktion „Gleitende Leuchtweite“, wird eine Kamera verbaut, die ein kontinuierliches Zuschalten des Fernlichts ermöglicht. Entscheidet sich der Kunde für die ACC, wird zusätzlich zur Kamera ein Bildverarbeitungssteuergerät verbaut. Die von der Kamera aufgenommenen Bilddaten werden über eine LVDSSchnittstelle an dieses Steuergerät übertragen. Eine darin integrierte, leistungsfähige Bildverarbeitungsfunktion erkennt andere

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Audi A 6 Fa hrerassistenz

1 Die vielfältigen Sensoren und Fahrerassistenz­ systeme sind durch verschiedene Bus-Systeme miteinander vernetzt, das zentrale Bus-System ist der FlexRay

Verkehrsteilnehmer vor dem eigenen Fahrzeug. Diese Daten werden an das ACCSteuergerät übertragen und dort zusammen mit den Radarmessdaten für die Abstandsregelung verarbeitet. Die Bildverarbeitungsfunktion abstrahiert die von der Kamera aufgenommenen Bilder durch aufwendige Algorithmen in einer Objektliste, in der erkannte Fahrzeuge einzeln beschrieben werden. Die Datenmenge wird dadurch erheblich reduzieren, was die Datenübertragung zum ACC erst möglich macht. Ein weiterer deutlicher Vorteil dieser Abstraktion ist die verhältnismäßig einfache Nutzung der erkannten Fahrzeuge in verschiedenen im Fahrzeug verteilten Funktionen, ohne die aufwendigen Bildverarbeitungsprozesse mehrfach wiederholen zu müssen. FlexRay-Bus-System

Den Kern der Vernetzungsarchitektur bildet das FlexRay-Bus-System, 1. Es verbindet das Bildverarbeitungssteuergerät mit dem zentralen Gateway, den Radarsensoren und dem „Sensor Array Audi“ (SARA), das für alle Systeme im Fahrzeug Drehraten in allen drei Drehachsen und Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen misst. Mithilfe der zeitgesteuerten Kommunikation von FlexRay wird die Zeitbasis aller Kommunikationsteilnehmer synchronisiert. Das ermöglicht eine zeit-

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synchrone Verarbeitung aller ausgetauschten Daten in den einzelnen Steuergeräten. Im Vergleich zu CAN bietet FlexRay eine deutlich höhere Übertragungskapazität. So können nun auch umfangreiche Datenmengen wie Objektlisten, die bei der Sensorerfassung der Fahrzeugumgebung entstehen, zwischen den Sensoren und Steuergeräten ausgetauscht werden. Durch seine zeitgesteuerte Architektur ermöglicht das FlexRay-Bus-System zeitkritische Regelsysteme über Steuergerätegrenzen hinweg. So kann beispielsweise der Audi active lane assist direkt über dieses BusSystem in garantierten Zyklen mit der Lenkung kommunizieren und so die Querführung des Fahrzeugs regeln. Das zentrale Gateway stellt die Verbindung zwischen dem FlexRay-Bus-System und dem restlichen Fahrzeug her. Hier erfolgt der Datenaustausch mit weiteren Bus-Systemen. So überträgt das Gateway beispielsweise die Ultraschall-Messdaten der Einparkhilfe sowie Messdaten des am Fahrzeugheck verbauten Radars von CANBus-Systemen auf das FlexRay-Bus-System des Audi side assist. Von dort können diese zusätzlichen Informationen bei Bedarf von anderen Systemen abgerufen werden. Der Vorteil der aufwendigen Vernetzung der Sensoren und Steuergeräte ist die konsequente Mehrfachnutzung von Sensorinformationen in verschiedenen Steuergerä-

ten und für unterschiedliche Funktionen. Von der Kamera erkannte Fahrspurmarkierungen werden beispielsweise vom Audi active lane assist über das Bildverarbeitungssteuergerät berücksichtigt, Audi side assist sowie ACC nutzen die Informationen in der Funktionssteuerung. Die Kombination unterschiedlicher Sensoren wird durch den Einsatz von Algorithmen zur Sensordatenfusion umgesetzt. Dabei können gezielt Schwächen einzelner Sensorprinzipien durch die Stärken anderer Sensorprinzipien ausgeglichen werden. Für die ACC-Funktion werden beispielsweise Kamera- und Radarsensordaten fusioniert, um Informationen zur lateralen Position, die von der Kamera sehr gut bestimmbar ist, mit der von den Radarsensoren sehr gut messbaren Abstandsinformation zu kombinieren. Zusätzlich erhöht eine Sensordatenfusion durch redundante Messungen die Entscheidungssicherheit für kritische Eingriffe in die Fahrzeugdynamik. Das gilt beispielsweise für einen Bremseingriff ­zur Unfallschwereminderung: Der Eingriff in das Bremssystem lässt sich durch die re­dundante Messung zweier Sensorprin­ zipien besser absichern.

Danke Bei der Erstellung des Beitrags hat zudem mitgewirkt: Dr.-Ing. Stefan Wender, verantwortlich für die Architektur Fahrerassistenzsysteme & inte­ grale Sicherheit in der Elektronik-Entwick­ lung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Fahrerassi stenz Audi A6

Assistenzsysteme für die Längs- und Querführung Audi hat für den neuen A6 ein umfassendes Paket innovativer Fahrerassistenzsysteme für die Längs- und Querführung des Fahrzeugs geschnürt: Der „Audi active lane assist“ warnt nicht nur vor dem Spurverlassen, sondern unterstützt den Fahrer durch geregelte Lenkmomente am Lenkrad bei der Spurhaltung. Die „adaptive cruise control Stop & Go“ arbeitet nun im gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs und entlastet den Fahrer zudem im Stop-and-go-Verkehr. Und der „Audi side assist“ zeigt sowohl im toten Winkel „mitschwimmende“ als auch sich annähernde Fahrzeuge im Außenspiegel an, wenn er die Geschwindigkeitsdifferenz und den Abstand als kritisch für einen Spurwechsel einstuft.

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Audi A6

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Audi A6 Fa hrerassis tenz

au t o r e n

Dr.- Ing. Jörn Freyer

ist Projektleiter Audi active lane assist bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Lydia Winkler

ist zuständig für die Funktionsentwicklung Audi active lane assist bei der AUDI AG in Ingolstadt

Dipl.-Ing. Ralf Held

ist Projektleiter ACC bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Stefan Schuberth

ist zuständig für die Sensorik und Sensordatenfusion in der ACC bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr.-Ing. Rachid Khlifi

ist Projektleiter der Funktion Audi side assist bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Spurverlassenswarnung

Neben der Wahl einer angemessenen Geschwindigkeit sind vor allem das Lenken und das Halten der Fahrspur wesentliche Aufgaben, die vom Fahrer eine permanente Überwachung des Straßenverlaufs und der Fahrzeugbewegung verlangt. Um das Autofahren komfortabler und sicherer zu machen, ist es sinnvoll, den Fahrer bei diesen anspruchsvollen Aufgaben zu unterstützen. Aktuelle Querführungs-Assistenzsysteme warnen den Fahrer vor dem Verlassen der Fahrspur durch eine Vibration des Lenkrads, des Fahrersitzes oder durch einen Warnton. Der Fahrer muss je nach Situation selbst entscheiden, was zu tun ist. Da ihm bei der Spurhaltung aber teilweise nur wenig Reaktionszeit bleibt, ist es sinnvoll, die Assistenz von einer Warnung auf eine aktive Unterstützung zu erweitern. Neue Generation der Querführungsassistenz

Der „Audi active lane assist“ stellt eine neue Generation der Querführungs-Assistenzsysteme dar, da er nicht mehr nur vor dem Spurverlassen warnt, sondern den Fahrer auf Autobahnen und Landstraßen durch geregelte Lenkmomente am Lenkrad bei der Spurhaltung unterstützen kann. Der Vorteil: Durch richtungsspezifische Lenkmomente wird dem Fahrer direkt die Reaktion übermittelt, die in der jeweiligen Situation notwendig ist. Die Zeit, die der Fahrer bei rein warnenden Systemen benötigt, um sich zu orientieren, wird dadurch deutlich reduziert. Damit wird nicht nur ein Sicherheitsgewinn erzielt, sondern auch eine deutlich intuitivere Form der Assistenz erreicht. Die Basis für den Audi active lane assist bildet die Vernetzung von Steuergeräten

und Systemen. Die Mono-Videokamera am Innenspiegelfuß erfasst bis zu acht Fahrbahnmarkierungen des jeweiligen Linientyps (unterbrochen, durchgezogen oder sogenannte Bott’ Dots) sowie der Linienfarbe (gelb oder weiß) und ermöglicht damit eine hohe Systemverfügbarkeit (beispielsweise auch in Baustellen). Diese Informationen werden im Regelalgorithmus auf dem Bildverarbeitungssteuergerät weiterverarbeitet. Das System errechnet die tatsächliche Fahrspur und bestimmt die Notwendigkeit einer Unterstützung. Dazu prüft es weitere Kriterien, wie die prädizierte Fahrzeugbewegung relativ zur Spur und den aktuellen Lenkwunsch des Fahrers. Bei Bedarf wird die gezielte Lenkunterstützung initiiert und über die elek­ tromechanische Lenkung ein geregeltes Lenkmoment erzeugt, das den Fahrer intuitiv unterstützt. Wurde der Audi active lane assist über einen Taster am Blinkerhebel aktiviert ­und ist eine Geschwindigkeit von 65  km/h überschritten, wird das System bei mindestens einer von der Kamera erfassten Fahrbahnmarkierung betriebsbereit. Im Kombiinstrument werden dem Fahrer ­ der Systemstatus sowie die erkannten Fahrbahnmarkierungen angezeigt, 1. Je nach Einstellung greift der Audi active lane assist kurz vor dem Verlassen der Spur ein oder unterstützt den Fahrer permanent durch kontinuierliche Lenkmomente. Folgt der Fahrer diesen Lenkmomenten, wird er in Richtung Spurmitte zurückgeführt. Der Fahrer wird dabei in seiner gewohnten Fahrweise nicht eingeschränkt. Erkennt das System an der Betätigung des Blinkers oder einer gezielten Lenkbewegung, dass der Fahrer die Spur bewusst verlassen möchte, erfolgen keine Eingriffe. Eine Unterstützung erfolgt nur dann, wenn sie notwendig ist. Die Verantwortung für die Spurhaltung liegt weiterhin in

Dipl.-Inform. Markus Popken

ist zuständig in der ElektronikEntwicklung für die Anzeige und Bedienung von Fahrerassistenz­ systemen bei der AUDI AG in Ingolstadt.

1 Systemstatus (grüne LED) und erkannte Fahrbahnmarkierungen; zwei Markierungen erkannt (links), eine Markierung rechts erkannt (rechts)

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zusätzlich durch Lenkradvibration beim Überfahren einer Fahrbahnmarkierung gewarnt werden, wenn er diese Funktion im MMI aktiviert. Intelligente Assistenz durch Vernetzung

2 Unterstützung in der Einstellung „Lenkzeitpunkt: spät“

3 Unterstützung in der Einstellung „Lenkzeitpunkt: früh“

jeder Situation beim Fahrer. Wird erkannt, dass der Fahrer die Hände vom Lenkrad genommen hat, schaltet sich der Audi active lane assist ab. Lenkunterstützung nach Wunsch

Der Fahrer kann über das „CAR“-Menü im „MMI“ des Fahrzeugs zwischen zwei Varianten der Unterstützung wählen. In der Einstellung „Lenkzeitpunkt: spät“ erfolgen die Lenkeingriffe des Systems kurz vor dem Überfahren einer Fahrbahnmarkierung. Sie können den Fahrer somit vor einem ungewollten Verlassen der Fahrspur bewahren. Fährt der Fahrer im Bereich der Fahrspurmitte, erfolgen keine Eingriffe. Das System kann in kritischen Situationen eingreifen, ohne den Fahrer bei normaler Fahrweise einzuschränken. Eine Veranschaulichung dieser Unterstützung ist in 2 dargestellt. Januar 2011

Audi A6

Neben der Spurverlassens-Vermeidung bietet der Audi active lane assist eine weitere Ausprägung der Querführungsassistenz an. Gerade auf längeren Fahrten ist das Halten der Spur ermüdend, so dass eine stärkere Unterstützung bei der Spurhaltung den Fahrer entlasten und das Fahren somit komfortabler machen kann. Wählt der Fahrer die Einstellung „Lenkzeitpunkt: früh“, erzeugt der Audi active lane assist schon bei kleineren Abweichungen von der Spurmitte geregelte Lenkmomente, so dass das Fahrzeug kontinuierlich in Richtung Spurmitte geführt wird. Auch wenn die Hauptaufgabe des Lenkens beim Fahrer verbleibt und der Audi active lane assist nur mit sanften Lenkmomenten unterstützt, führt dies zu einer signifikanten Verbesserung der Spurführung und zu einem Komfortgewinn. Ein Schema der Unterstützung bei der Einstellung „Lenkzeitpunkt: früh“ ist in 3 dargestellt. Wie gewohnt kann der Fahrer

Neben Fahrbahnmarkierungen muss der Fahrer auch andere Fahrzeuge oder Objekte berücksichtigen, um seine Spurhaltung anzupassen. Ist das Fahrzeug neben dem Audi active lane assist zusätzlich noch mit der „adaptive cruise control“ (ACC) oder einem Audi Parksystem ausgestattet, erfolgen die Lenkeingriffe noch gezielter, durch Berücksichtigung der Situation auf der Nachbarspur und dem Fahrbahnrand. Neben den Begrenzungslinien berücksichtigt das System dann über Radar-, Video- und Ultraschallsensorik auch andere Fahrzeuge und Objekte. Wird eindeutig erkannt, dass der Fahrer überholen möchte, erfolgen unabhängig von der Nutzung des Blinkers beim Aus- und Einscheren keine Eingriffe. Werden andere Fahrzeuge oder Leitplanken dicht neben dem eigenen Fahrzeug detektiert, unterstützt der Audi active lane assist den Fahrer dabei, nicht zu nah an diese ­heranzufahren. Die Lenkeingriffe des Systems erfolgen somit gezielt, wenn der Fahrer sie wirklich benötigt, jedoch ohne ihn in seiner gewohnten Fahrweise einzuschränken. Adaptive Cruise Control

Für den neuen Audi A6 wurde das Assistenzsystem „adaptive cruise control Stop & Go“ (ACC Stop & Go) weiterentwickelt, das den Fahrer im gesamten Geschwindigkeitsbereich bei seiner Fahraufgabe wirkungsvoll entlastet. In kritischen Situationen steht mit dem „Audi pre sense front“ eine Sicherheitsfunktion zur Verfügung, die seit 2005 im A6 konsequent weiterentwickelt wurde und den Fahrer situationsgerecht unterstützt. Um das Fahrzeugumfeld nach vorn und hinten zu erfassen, werden im A6 die Informationen zweier Long-Range-Radarsensoren mit weiteren im Fahrzeug vorhandenen Umfeldsensoren vernetzt. Die Videokamera der Verkehrszeichenerkennung und vier Ultraschallsensoren des „Audi parking systems“ decken den Frontbereich ab. Optional werden Informatio-

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Audi A6 Fa hrerassis tenz

nen der beiden Heckradarsensoren des „Audi side assist“ und die Streckendaten aus dem Audi Navigationssystem genutzt. In ihren unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften ergänzen sich die Senso­­­ren im Frontbereich und liefern den Assistenzfunktionen alle notwendigen Informationen, 4. Die Long-Range-Radarsensoren der ­dritten Generation von Bosch arbeiten im global verfügbaren Band von 76 bis 77 GHz. Der Messbereich der Sensoren beträgt 0,5 bis 250 m bei einem Öffnungswinkel von 30°. Das System ist als Doppelradarkonzept ausgeführt und package­ optimiert dort angeordnet, wo sich normalerweise die Nebelscheinwerfer befinden. Dadurch wird der effektive Überwachungsbereich vor dem Fahrzeug signifikant vergrößert. Erreicht wird dies durch eine minimale Ausrichtung der Sensoren nach außen mit einem Gesamtöffnungswinkel von 40°. Der Nutzen liegt unter anderem in einer besseren Erkennung von einscherenden Fahrzeugen und der redundanten Verfügbarkeit von Messdaten im mittleren, sich überlappenden Bereich der Radarsensoren. Damit wird die Erkennungssicherheit in großer Entfernung für den oberen Geschwindigkeitsbereich bis 250 km/h erhöht und die Anfälligkeit gegenüber Fehlmessungen reduziert. Stehende Objekte werden für Audi pre sense als unter- oder überfahrbar (Brücken, Kanaldeckel) klassifiziert, so dass zwischen relevanten und nichtrelevanten Objekten differenziert werden kann. Zur weiteren Funktionsausprägung werden die Informationen der Radarsensoren mit Daten des Videokamerasystems

4 Sensoren und deren Detektionsbereiche

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fusioniert, 5: Die Stärken der Radarsensoren liegen in der genauen Erfassung von Abstand und Relativgeschwindigkeit vorausfahrender Fahrzeuge. Die Videokamera, ebenfalls mit einem Öffnungswinkel von 40°, bestimmt bis zu einer Entfernung von zirka 60 m die Winkelposition vorausfahrender Fahrzeuge in der jeweiligen Fahrspur. Zudem erkennt das System Fahrbahnmarkierungen und trägt damit zur genaueren Bestimmung des Straßenverlaufs bei. Ein weiterer Indikator für das Verhalten vorausfahrender Fahrzeug wird aus der Blinkererkennung abgeleitet, beispielsweise ob das Fahrzeug die Fahrspur wechseln wird. Für das automatische Anfahren des ACC werden die Signale der vier Ultraschallsensoren der Einparkhilfe im Frontstoßfänger verwendet. Sie dienen unterstützend zur Überwachung des Anfahrkorridors. Ergänzend zu den Daten der Sensoren liefert das Navigationssystem Informationen über den Straßenverlauf. Damit kann die Fahrzeugspurprädiktion weiter verbessert werden, beispielsweise durch Hinweise über Kurvenradien oder Abstände zu Kreuzungen und Ausfahrten. Die über die Heckradarsensoren des Audi side assist ermittelten Daten der rückwärtigen Fahrzeuge werden für die Spurwechselunterstützung verwendet. Die Informationen der Umfeldsensoren werden im ACC gebündelt. Zen­trale Stelle dieser Bündelung ist die Sen­sordaten­fu­ sion. Dabei werden als erstes die Signale der beiden Radarsensoren (Master und Slave) zu einer konsistenten Objektliste zusammengeführt. Diese Radarobjektliste und die Objekte aus der Videoerkennung

werden in einem zweiten Fusionsschritt der Schnittstelle für die Funktionen der ACC und Audi pre sense front zur Ver­ fügung gestellt. Weitere Umfeldsensordaten wie die Abstandsinformationen der Einparkhilfe, die Spurmarkierungen, die Anfahrüberwachung des Videosystems, die Navigationsdaten und die Daten des Audi side assists (Heckradar) gehen direkt in die Situationsinterpretation der Funk­ tionen ein. Stop-and-Go-Funktion

Mit der adaptive cruise control Stop & Go wurde die Abstandsregelung im neuen A6 um eine vollwertige Stop-and-go-Funktion erweitert. Ein komfortables Bremsen bis in den Stillstand hinter einem anhaltenden Vorderfahrzeug wird durch Ansteuerung der ESP-Hydraulikeinheit erreicht. Einmal im Stillstand, hält die Stop-and-goFunktion das Fahrzeug ohne Fahrereingriff solange fest, bis das Vorderfahrzeug wieder losfährt. Während des Stillstands wird überwacht, ob der Fahrer oder die Insassen das Fahrzeug verlassen wollen. Dazu werden die Signale der Türkontaktschalter und des Fahrergurtschlosses ausgewertet. Erkennt das System beispielsweise eine offene Türe, wird die Stop-and-go-Funktion deaktiviert. Das weitere Halten des Fahrzeugs in der Standposition wird dann durch die elektromechanische Parkbremse sichergestellt. Fährt das Vorderfahrzeug nach kurzer Standzeit wieder los, setzt sich das eigene Fahrzeug automatisch in Bewegung. Dauert der Stillstand länger, so genügt eine Betätigung des Bedienhebels

5 Unterstützung der Objekterkennung und Spurzuordnung durch Videoinformationen

(„Resume“) oder ein kurzes Antippen des Gaspedals, und der A6 fährt mit dem Vorderfahrzeug an. Ein frühzeitiger Pretrigger des Anfahrvorganges, der bis zu 15 s vor dem Anfahren erfolgen kann, steigert den Nutzen der Funktion deutlich: Stellt der Fahrer beispielsweise fest, dass sich der Stau in Kürze auflösen wird, kann er durch früh-

zeitige Triggerung (ebenfalls mit dem Bedienhebel „Resume“) das unmittelbare Anfahren nach Losfahren des Vordermannes auslösen. Neu ist auch, dass der Fahrer das ACC-System zu jedem Zeitpunkt aktivieren kann: Im Stillstand mit getretener Bremse und unabhängig davon, ob ein Vorderfahrzeug detektiert ist oder nicht, lässt sich die ACC-Funktion einschalten.

Um das automatisierte Anfahren abzu­ sichern, wurde eine redundante sensorbasierte Anfahrüberwachung entwickelt. Erstmals werden dafür neben den Radardaten auch Informationen der Mono-Videokamera und der Ultraschall-Einparksensoren verwendet. Wird während oder kurz nach dem Anfahrvorgang ein relevantes Hindernis erkannt, 6, warnt das System den Fahrer optisch und akustisch. Zusätzlich wird in diesem Fall die Anfahrdynamik reduziert, damit der Fahrer ausreichend Zeit zum Eingreifen hat. Weiterentwicklung der Abstandsregelung

6 Anfahrüberwachung mittels Radar, Video und Ultraschallsensoren Januar 2011

Audi A6

Für den Audi A6 sollte das ACC so weiterentwickelt werden, dass es vorausschauender arbeitet und zudem dynamische Fahrweisen unterstützt. Die Verfügbar­­keit wurde auf die maximale Wunschgeschwindigkeit von 250 km/h erweitert. Eine fahrerindividuelle Einstellung der Systemcharakteristik in den Stufen „dynamic“, „standard“ und „comfort“ ist über das MMI möglich.

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Audi A6 Fa hrerassis tenz

Folgeverhalten auf kurvigen StraSSen

Durch den erweiterten Erfassungsbereich der Sensorik ist es möglich, ein vorausfahrendes Fahrzeug auch auf kurvigen Straßen wesentlich stabiler zu detektieren. Zur korrekten Objektauswahl auf kurvigen Strecken wurde die Kursprädiktion so optimiert, dass auch unstetige Krümmungen und Wechselkurven abgebildet werden können. Dazu wurde der Prädiktionsverlauf in mehrere Segmente unterteilt. Als Eingangsgrößen für die Kursprädiktion werden, zusätzlich zur Gierrate, Radarobjekte, die durch die Mono-Videokamera erkannten Spurmarkierungen und die vorausschauenden Streckendaten der Navigation verwendet. Damit können Kurveneinund -ausfahrten besser erfasst werden. Auch Fehlbremsungen auf Fahrzeuge in der Nachbarspur lassen sich reduzieren und damit die Detektionssicherheit von Objekten verbessern. Erkennung ein- oder ausscherender Fahrzeuge

Durch die Informationen der Video­ kamera und Informationen aus dem Navigationssystem kann das System bei einscherenden oder abbiegenden vorausfahrenden Fahrzeugen frühzeitiger reagieren. Zur schnelleren Plausibilisierung von Einscherern werden die Blinkzeichen vorausfahrender Fahrzeuge aus Videoinformationen detektiert. Wird bei einem vorausfahrenden Fahrzeug auf der Nebenspur das Richtungsblinken auf die eigene Fahrspur erkannt, geht das System von einer

7 Überholunterstützung

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hohen Wahrscheinlichkeit eines bevorstehenden Spurwechsels aus. Ergänzend wird verfolgt, ob sich der Abstand des vorausfahrenden Fahrzeugs zur Spurmarkierung ändert. Ebenso wurde die Reaktion auf Abbieger verbessert. Bekannte Systeme regeln bei einer Folgefahrt länger auf abbiegende Fahrzeuge, was zu einem Überbremsen des eigenen Fahrzeugs führt. Das ACC im neuen A6 kann einen Abbiegevorgang eines vorausfahrenden Fahrzeugs bewerten und so das Fahrzeug früher „loslassen“. Dazu nutzt es Informationen über dessen Verzögerung, Richtungsblinken und die Entfernung des abbiegenden Fahrzeugs zur nächsten Kreuzung. Die Kreuzungsentfernung wird über die prädiktiven Streckendaten aus der Navigation berechnet. Überholunterstützung

Mit den Informationen der Front- und Heckradarsensorik kann das ACC aus der Annäherungsgeschwindigkeit auf ein Zielfahrzeug interpretieren, wie hoch die Überholwahrscheinlichkeit des eigenen Fahrzeugs ist. Abhängig von dieser Größe wird auf ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug später reagiert, um den Fahrer in seiner Überholabsicht nicht zu früh einzubremsen. Über die Informationen des Heckradars und des Doppelradars wird erkannt, ob sich Verkehr auf der Überholspur (Autobahn) befindet. Bei schneller Annäherung eines Fahrzeugs auf dieser Spur wird die Über­hol­ unterstützung abgebrochen und es erfolgt ein normales komfortables Ein-

bremsen auf das vorausfahrende Fahrzeug. Die gleiche Reaktion erfolgt, falls keine Überholmöglichkeit besteht, da sich das eigene Fahrzeug zum Beispiel auf der äußerst linken Spur befindet, 7. Rechtsüberholverhinderung

Beim Befahren der mittleren oder rech­ten Spuren auf Autobahnen verhindert das ACC-System ein unbewusstes Rechts­ überholen, indem das System auf die Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Fahrzeugs in der linken Nachbarspur regelt. Der Fahrer kann diese Funktion jederzeit durch Gasgeben oder Ändern der Wunschgeschwindigkeit übersteuern. Boostfunktion

Eine neue Bedienmöglichkeit ist das temporäre „Übertreten“ des Systems, nicht nur per Gaspedal, sondern auch per Hand. Dazu zieht der Fahrer den Bedienhebel (Resume). Während der Betätigung beschleunigt das Fahrzeug, beispielsweise für einen dynamischen Überholvorgang. Lässt der Fahrer den Hebel wieder los, geht das System in die normale Regelfunktion, die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit wird nicht geändert. Spurwechselassistent

Der Audi side assist unterstützt den Fahrer bei Spurwechseln. Dazu sind in den beiden Außenspiegeln Anzeigen inte­ griert. Ab einer Geschwindigkeit von 30 km/h misst der Audi side assist mit zwei 24-GHz-Radarsensoren den Abstand

8 Verhalten des side assist in verschiedenen Fahrsituationen

und die Geschwindigkeitsdifferenz der erfassten Fahrzeuge zum eigenen Fahrzeug. Immer, wenn der Audi side assist die Geschwindigkeitsdifferenz und den Abstand als kritisch für einen Spurwechsel einstuft, zeigt er dies am jeweiligen Außenspiegel an. Durch die hohe Sensorreichweite von zirka 70 m werden sowohl sich annähernde als auch im Toten Winkel „mitschwimmende“ Fahrzeuge erkannt. Damit unterscheidet sich der Audi side assist von vielen marktgängigen Systemen, die sich auf die Überwachung des Toten Winkels beschränken. Hat der Audi side assist auf dieser Seite ein Fahrzeug erkannt und als kritisch bei einem Spurwechsel eingestuft, signalisiert er dies durch ein Leuchten der Anzeige im linken oder rechten Außenspiegel, 8. Diese Form der Anzeige wird Informationsstufe genannt. Die Informationsanzeige hat eine geringere Helligkeit und ist so eingestellt, dass sie aus dem Augenwinkel bei Geradeaussicht nicht wahrgenommen wird. Die Anzeige ist bezüglich der peripheren Januar 2011

Audi A6

Wahrnehmung also unterschwellig ausgelegt. Damit wird eine Störung des Fahrers durch häufiges „Flackern“ im Spiegel vermieden. Erst bei einem direkten Blick in den Spiegel ist die Anzeige deutlich erkennbar. Wenn der Fahrer den Blinker setzt und der side assist ein als kritisch eingestuftes Fahrzeug erfasst hat, blinkt die jeweilige Anzeige am Außenspiegel mehrmals kurz hell auf. Diese Form der Anzeige wird Warnstufe genannt. Das Blinken der Warnstufenanzeige ist wahrnehmungspsychologisch so optimiert, dass es mit möglichst geringer Helligkeit (um keine Blendgefahr bei direktem Blick zur Anzeige zu erzeugen) eine maximale Auffälligkeit der Anzeige im peripheren Sichtfeld des Fahrers erreicht. Weil die menschliche Helligkeitswahrnehmung relativ zur Umgebung arbeitet, muss die Anzeigenhelligkeit immer an die Umgebungshelligkeit angepasst werden: Eine Anzeigenhelligkeit, die bei Nachtfahrten als angenehm empfunden wird, stellt sich tagsüber als nicht mehr

erkennbar heraus. Daher wird die Anzeigenhelligkeit automatisch an die Außenhelligkeit angepasst. Diese Anpassung lässt die Anzeige für den Fahrer immer gleich hell wirken, unabhängig von Wetter und Tageszeit. Weitere Untersuchungen zeigen, dass Menschen unterschiedlich empfindlich auf visuelle Warnsignale im peripheren Sichtbereich reagieren, also unterschiedlich helle Rückmeldungen der Anzeigen benötigen. Daher kann sich der Fahrer im MMI die Grundhelligkeit aus fünf Stufen auswählen, wobei die mittlere Stufe werkseitige Voreinstellung ist. Eine besondere Stärke des Audi side assist ist, dass er keine weiteren zusätzlichen Sinneskanäle nutzt. Er kommt beispielsweise ohne weitere Störung des Fahrers und seiner Mitfahrer aus. Die Warnung des Audi side assist ist präzise auf den Fahrer gerichtet und sofort eindeutig der Gefahr zuordenbar. Das hochwertige Anzeigekonzept macht dem Fahrer das überlegene Leistungsspektrum des Audi side assist auf hervorragende Weise zugänglich.

187

Audi A 6 Fah rerassistenz

Tempolimitanzeige Die „Tempolimitanzeige“ im neuen Audi A6 zeigt dem Fahrer die aktuell zulässige Höchstgeschwindigkeit im Komiinstrument oder im „Head-up Display“ an. Sie erkennt neben Verkehrsschildern auch temporäre Beschränkungen oder digitale Anzeigen und berücksichtigt länderspezifische generelle Geschwindigkeitsbeschränkungen. Kern der Funktion ist neben dem Erkennungsalgorithmus für die Verkehrsschilder das sogenannte Fusionsmodul, das die Daten von Kamera, Navigation und Fahrzeug sowie Informationen über grundsätzliche Tempolimits verarbeitet.

aut o r

Dipl.-Ing. Daniel Lipinski

ist Projektleiter der Funktion Tempolimitanzeige bei der AUDI AG in Ingolstadt.

188

Umfangreiche Funktionalität

Die „Tempolimitanzeige“ ist eine weitere Innovation im neuen Audi A6. Durch sie ist der Fahrer zu jeder Zeit über die aktuelle Geschwindigkeitsbegrenzung informiert. Die Tempolimitanzeige kann er sich nach Wunsch im Kombiinstrument und im optional verbauten „Head-up Display“ darstellen lassen. Im Vergleich zu vielen bekannten Systemen zeichnet sich die Tempolimitanzeige im A6 durch eine erweiterte Funktionalität aus: :: Das System erkennt auch wechselnde, temporäre Geschwindigkeitsbegrenzungen, wie in Baustellen und auf digitalen Anzeigen. :: Geschwindigkeitsbegrenzungen, die nur­ zu bestimmten Zeiten oder für spezielle Umgebungsbedingungen gelten, wie bei Regen oder im Anhängerbetrieb, erfasst das System und zeigt diese dem Fahrer

nur dann an, wenn sie für ihn relevant sind. :: Ergänzend kann sich der Fahrer jederzeit über die erlaubte Höchstgeschwindigkeit informieren, die für die aktuell befahrene Straßenkategorie gilt. Dadurch weiß der Fahrer bei Fahrten in anderen Ländern innerhalb des Einsatzgebietes zu jeder Zeit, wie schnell er fahren darf, auch wenn dies nicht explizit durch ein aufgestelltes Verkehrszeichen angezeigt wird. Um diese umfangreiche Funktion zu ermöglichen, werden für die Tempolimitanzeige Informationen aus mehreren Datenquellen herangezogen: Als zentraler Sensor fungiert eine hinter dem Rückspiegel an der Frontscheibe angebrachte Kamera. Sie erkennt – innerhalb der Systemgrenzen – neben den am Straßenrand aufgestellten Tempolimitschildern auch digitale Geschwindigkeitsanzeigen sowie piktogrammbasierte Zusatzschilder. Die von der Kamera erfassten Verkehrszeichen

werden anschließend mit den Daten des Navigationssystems, den im jeweiligen Land zulässigen Höchstgeschwindigkeiten und Informationen aus dem Fahrzeug, wie Scheibenwischernutzung und aktuelle Uhrzeit, verglichen und bewertet. Der Einsatzbereich der Funktion erstreckt sich auf das gesamte westeuropäische Festland sowie auf Großbritannien und Irland. Anzeige und Bedienung

Der Fahrer kann zwischen verschiedenen Arten der Tempolimitanzeige wählen, 1. In der Vollbildanzeige im Kombiinstrument werden bis zu drei Geschwindigkeitsbegrenzungen inklusive eventuell vorhandener Zusatzschilder angezeigt. Eine Bewertung durch das System findet bei dieser Anzeige nicht statt. Der Fahrer sieht auf einen Blick alle dem System bekannten Geschwindigkeitsbegrenzungen für den aktuell befahrenen StraßenabJanuar 2011

Audi A6

schnitt und kann die für ihn gültige Höchstgeschwindigkeit selbst auswählen. Neben dieser Vollbildanzeige kann sich der Fahrer die aktuell erlaubte Geschwindigkeit auch in anderen Modi des Kombiinstruments, beispielsweise im Navigationskontext, einblenden lassen. Bei dieser „erweiterten Anzeige“ wählt das System aus den erkannten Verboten das als vorrangig eingestufte aus. Nur dieses als gültig eingeschätzte Tempolimit wird dem Fahrer inklusive Zusatzzeichen angezeigt. Das plausibilisierte Tempolimit kann auch im optional verbauten Head-up Display angezeigt werden. Die erweiterte Anzeige und die Anzeige im Head-up Display werden im „CAR“Menü des „MMI“ aktiviert. Hier kann der Fahrer auch angeben, dass er mit einem Anhänger fährt und somit die landesspezifisch gültigen Höchstgeschwindigkeiten für Fahrzeuge mit Anhänger angezeigt werden. Über die Bedienelemente des

Multifunktionslenkrads kann der Fahrer jederzeit bequem zwischen der Vollbildund der erweiterten Anzeige im Kombiinstrument wechseln. Vernetzung

Die Tempolimitanzeige-Funktion ist in ein zentrales, leistungsstarkes Steuergerät für bildbasierte Fahrerassistenzfunktionen implementiert. Dort werden neben der Tempolimitanzeige auch rechenintensive Zusatzfunktionen für die „adaptive cruise control“ und den „Audi active lane assist“ ausgeführt. Die Tempolimitanzeige ist eine stark vernetzte Funktion, 2. Um den Betrieb zu ermöglichen, müssen Informationen mehrerer Partnersteuergeräte, beispielsweise vom Navigationssystem, ausgelesen und verarbeitet werden. Die Kommunikation der beteiligten Funktionspartner erfolgt über FlexRay. Die Funktion Tempolimitan-

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Audi A 6 Fah rerassistenz

zeige ist intern auf mehrere Module aufgeteilt, die letztlich Informationen über bis zu drei Verkehrszeichen inklusive Zusatzzeichen nach Relevanz sortiert auf die Ausgabeschnittstellen legen. Kern der Funktion ist neben dem Erkennungsalgorithmus für die Verkehrsschilder das sogenannte Fusionsmodul, das die Daten von Kamera, Navigation und Fahrzeug sowie Informationen über grundsätzliche Tempolimits verarbeitet und daraus die Ausgabebotschaft erzeugt. Der Erkennungsalgorithmus erfasst Verkehrszeichen für Geschwindigkeitsbegrenzungen und deren Aufhebung sowie piktogrammbasierte Zusatzzeichen, die unter den Geschwindigkeitsbegrenzungen angebracht sind. Dazu detektiert der Algorithmus zunächst Kreise im Kamerabild als mögliche Verkehrsschilder und verfolgt sie. Ist im weiteren Trackingverlauf der Inhalt der Zeichen groß genug im Bild zu erkennen, wird der Inhalt klassifiziert. Dabei werden auch landesspezifisch unterschiedliche Schriftarten sowie LEDZeichen erkannt. Die Navigationsdaten werden in Form eines sogenannten elektronischen Horizonts zur Verfügung gestellt. Neben Informationen über das Land, die Straßenkategorie, Bebauungsgrenzen und aktuelle Geschwindigkeitsbegrenzungen werden dabei auch Informationen über das gesamte vor dem Fahrzeug liegende Streckennetz mit einbezogen. Damit lassen sich zum Beispiel Kreuzungen und Ausfahrten erkennen, die den Gültigkeitsbereich von erkannten Verkehrszeichen beeinflussen. Alle Eingabedaten zu bewerten und zu entscheiden, welche Geschwindigkeitsbegrenzung dem Fahrer angezeigt werden soll, ist Aufgabe des Fusionsmoduls. Hier wird beispielsweise entschieden, ob ein von der Kamera erkanntes Verkehrszeichen für die Straßenkategorie und die Situation plausibel, relevant und gültig ist. Außerdem wird berechnet, wie lange ein erkanntes Verkehrszeichen angezeigt wird, ob eine Einschränkungsbedingung vorliegt, wie die Gültigkeit nur zu einer bestimmten Tageszeit oder bei Nässe, und in welcher Reihenfolge – nach Relevanz sortiert – die erkannten Geschwindigkeitsbegrenzungen auf die Ausgabeschnittstelle gelegt werden. Die Informationen des Fusionsmoduls werden dem Fahrer dann im Kombiinstrument oder im Head-up Display als Tempolimitanzeige dargestellt.

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1 Tempolimitanzeige im Head-up Display und im Kombiinstrument in verschiedenen Fahrsituationen

2 Systemkomponenten der Tempolimitanzeige

Audi A6 Fa hrerassistenz

Assistenzsysteme zur ver­b esserung der Sicht bei Tag und Nacht Audi rüstet den neuen A6 mit einer Vielzahl neuer Assistenzsysteme aus, die die Sicht des Fahrers bei Tag und in der Nacht entscheidend verbessern und so die aktive Sicherheit weiter erhöhen. Das „Allwetterlicht“ reduziert die Eigenblendung des Fahrers bei Regen und Schnee, die „Gleitende Leuchtweite“ optimiert die Reichweite des Lichts, ohne dabei andere Verkehrsteilnehmer zu blenden, und eine adaptive Lichtverteilung passt die Ausleuchtung des Fahrzeugs anhand der Daten des Navigationssystems an. Mit dem „Nachtsichtassistenten“ bietet Audi für den A6 die nach dem heutigen Stand der Technik bestmögliche Unterstützung zur Erkennung von Personen bei Nacht.

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aut o ren

Dipl.-Ing. Stephan Berlitz

ist Leiter Konzepte/Elektronik/ Simulation/Versuch Lichttechnik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Lichtbasierte Fahrerassistenz

Für den neuen Audi A6 sind zahlreiche neue Lichtassistenzsysteme verfügbar. Die Scheinwerfer passen ihre Lichtverteilung adaptiv den verschiedenen Umwelt-, Fahrund Umgebungssituationen an. Schwenkende Scheinwerfer und der „Fernlichtassistent“ sind bei Audi bereits seit längerem im Einsatz, neu sind hingegen die Anpassung der Lichtverteilung bei widrigen Wetterbedingungen, die Nutzung von Navigationsdaten für die Scheinwerferansteuerung und das neuartige Lichtassistenzsystem „Gleitende Leuchtweite“ aus dem Audi A8.

Dipl.-Ing. (FH) Christian Funk

ist zuständig für lichtbasierte Fahrerassistenz bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. (FH) Roman Horst

ist zuständig für die Beleuchtungselektronik im Audi A6 bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Andrej Rosenow

ist Projektleiter für den Nachtsichtassistenten bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Allwetterlicht

Fast jedes Fahrzeug besitzt die allgemein bekannten Lichtfunktionen: Tagfahrlicht ist immer aktiv und dient einer besseren Wahrnehmung des bewegten Fahrzeuges im Straßenverkehr bei Tag. Durch das Positionslicht wird nachts ein am Straßenrand parkendes Auto schon von weitem erkennbar. Abblend- und Fernlicht helfen dem Fahrer, die Umgebung sowie Gefahrensituationen vor dem eigenen Fahrzeug und in etwas weiterer Entfernung zu erkennen. Kritisch wird es für den Fahrer bei widrigen Wetterbedingungen wie dichtem Nebel, Regen oder Schnee. Die Nebelscheinwerfer helfen in diesen Fahrsituationen, da sie die Straßenränder besser ausleuchten und ihr „flaches“ Licht nach vorne das Abblendlicht unterstützt. Bei Nässe, Schnee oder Nebel in der Dunkelheit hat der Fahrer zwei Probleme. Das erste ist die Dunkelheit selbst. In der Nacht muss der Fahrer das Abblendlicht einschalten, um sehen zu können. Das Abblendlicht bringt aber das zweite Pro­

blem mit sich. Reflektionen des Lichts von Wassertropfen oder Schneeflocken in der Luft blenden den Fahrer, was die ohnehin schon komplexe Fahrsituation verschlimmert. Das Einschalten der Nebelscheinwerfer verbessert die Ausleuchtung des Straßenrands, behebt aber das Grundproblem nicht, die sogenannte „Eigenblendung“ des Fahrers durch die eigenen Scheinwerfer. Genau da setzt das „Allwetterlicht“ an, 1: Es reduziert die Helligkeit des Asymmetriebereichs, so dass Eigenblendungen des Fahrers weitestgehend vermieden werden. Aufgrund der hohen Anbaulage und der gesetzlich zulässigen geringen Absenkung der Scheinwerfer ist die Reichweite gegenüber Nebelscheinwerfern viermal so hoch. Ein Nebelscheinwerfer hat eine Reichweite von zirka 15 m, das Allwetterlicht des Audi A6 eine von zirka 60 m. Ähnlich wie beim Nebelscheinwerfer werden die Seiten dabei deutlich breiter ausgeleuchtet. Eine erhöhte Nachtfahrsicherheit sowie mehr Fahrkomfort unter schwierigen Wetterbedingungen sind die Vorteile der neuen Lichtfunktion. Das Allwetterlicht wird durch die bestehende Lichttechnik und Aktuatorik des Scheinwerfers realisiert, 2. Dabei ersetzt es die Nebelscheinwerfer und entwickelt dabei keinen zusätzlichen Energiebedarf. Zudem entstehen Bauraumvorteile: Der Nebelscheinwerfer muss nicht mehr verbaut und verkabelt werden. Den freigewordenen Bauraum im Stoßfänger nutzen im Audi A6 zwei Radarsensoren der „adaptive cruise control“. Gleitende Leuchtweite

Bei der Funktion Gleitende Leuchtweite handelt es sich um eine Weiterentwick-

1 Prinzipdarstellung Allwetterlicht Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Fa hrerassistenz

ßen mit Kuppen und Wannenvertiefungen zum Tragen. Dadurch wird die eigene Sicht vor einer Wanne nochmals deutlich spürbar erweitert und gleichzeitig vor einer Kuppe die Blendung des vorausfahrenden Verkehrs vermieden. Navigationsbasierte Lichtassistenz

2 Aktiviertes Allwetterlicht

3 Lichtfunktion Gleitende Leuchtweite

lung des Fernlichtassistenten. Dabei analysiert eine Videokamera im Innenspiegelfuß den Verkehrsraum vor dem eigenen Fahrzeug. Entgegenkommende und vorausfahrende Verkehrsteilnehmer werden anhand ihrer Scheinwerfer und Heckleuchten erkannt. Deren Positionen werden über ein Bus-System an das Licht­ steuergerät übertragen. Der große Unterschied zum Fernlicht­ assistenten besteht bei der Gleitenden Leuchtweite darin, dass die Position der Hell-Dunkel-Grenze vom Abblendlicht zum Fernlicht kontinuierlich verändert werden kann. Dadurch ist es möglich, diese Grenze bis an erkannte Fahrzeuge heran einzustellen, 3. Der Fahrer kann

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somit immer mit maximaler Fahrbahnausleuchtung fahren. Gleichzeitig werden entgegenkommende oder vorausfahrende Fahrzeuge rechtzeitig erkannt, das Licht angepasst und die Blendung der anderen Verkehrsteilnehmer verhindert. Der gleitende Übergang vom Abblendlicht zum Fernlicht ist hierbei deutlich erlebbar und wird vom Fahrer als angenehmer und ermüdungsfreier empfunden als ein hartes Umschalten. Darüber hinaus besteht ein Sicherheitsgewinn durch die zusätzlich über das Abblendlicht hinausgehende Fahrbahnausleuchtung. Bei Audi beinhaltet die Gleitende Leuchtweite einen aktiven Topografieausgleich. Dieser kommt speziell auf hügeligen Landstra-

Die meisten heutigen Fahrzeuge stellen dem Fahrer eine einzige Lichtverteilung für die Ausleuchtung in verschiedensten Verkehrssituationen zur Verfügung. Diese ist asymmetrisch ausgeführt, bei Rechtsverkehr auf der linken Hälfte um 1 % vertikal beschnitten und stellt einen Kompromiss für alle unterschiedlichen Straßenkategorien dar. Eine Erweiterung dieser Lichtverteilung ist das dynamische Kurvenlicht, welches die Lichtverteilung geschwindigkeits- und lenkwinkelbasiert in die Kurven­ innenseite schwenkt. Allerdings werden so die grundsätzlichen Nachteile der herkömmlichen asymmetrischen Lichtverteilung nicht kompensiert, wie eine zu geringe Reichweite auf Autobahnen und eine zu geringe horizontale Ausleuchtung auf Stadtstraßen. Weiterhin besteht ein erhöhtes Defizit bei der angemessenen Ausleuchtung in Kreuzungsbereichen. Aufgrund der stetig steigenden Einbaurate von Navigationssystemen lässt sich deren Funktionalität nicht nur zur Routenberechnung nutzen, sondern auch als Sensor für Fahrerassistenzsysteme. Mit sogenannten prädiktiven Streckendaten ist es möglich, die aktuell befahrene Straßenkategorie, die zugelassene Höchstgeschwindigkeit und die Verkehrsart (Rechts-/Linksverkehr) des aktuellen Landes eindeutig zu bestimmen und auch Kreuzungsbereiche zu detektieren. Damit kann die Lichtverteilung an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden. So ist es möglich, auf einer innerstädtischen Straße eine andere Lichtverteilung einzustellen als beispielsweise auf einer Autobahn. Audi hat für das adaptive Licht eine umfangreiche Strategie entwickelt, 4. Stadtlicht Das Stadtlicht hat eine breite horizontale Lichtverteilung, um in Ortschaften oder Städten laterale Gefahrenmomente besser erkennen zu können. Um die Lichtverteilung einzustellen, werden die Abblendlichtmodule symmetrisch nach außen

geschwenkt. Die Aktivierung des Stadtlichts erfolgt innerhalb der Bebauungsgrenzen einer Ortschaft bis zu einer bestimmten Maximalgeschwindigkeit. Dabei wird unter anderem die zulässige Geschwindigkeit zugrunde gelegt, damit das Stadtlicht auf Stadtautobahnen und Bundesstraßen mit höherem Tempolimit und mehreren Fahrspuren entsprechend deaktiviert werden kann. Autobahnlicht Das Autobahnlicht bietet durch die Anhebung der Hell-Dunkel-Grenze eine höhere Sichtweite. Es wird auf Autobahnen und baulich getrennten vierspurigen Bundesstraßen mit erhöhtem Tempolimit aktiviert – vorausgesetzt, die gesetzliche Mindestgeschwindigkeit ist überschritten. Dabei erfolgt eine Aktivierung bereits auf der Auffahrt, eine Deaktivierung mit dem Abfahren von der Autobahn. Landstraßenlicht Das Landstraßenlicht besitzt eine asymmetrische, wie durch das normale Abblendlicht bekannte Lichtverteilung und ist das Licht, das für alle übrigen Straßenkategorien aktiviert wird. Kreuzungslicht Die Lichtverteilung des Kreuzungslichts wird durch das Einschalten der Abbiegelichter auf beiden Seiten realisiert. Damit können auch Gefahrensituationen seitlich an Kreuzungen frühzeitig erkannt werden. Das Kreuzungslicht wird bei langsamer

Annäherung in einem definierbaren Abstand vor der Kreuzung eingeschaltet. Um ein ständiges Ein- und Ausschalten zu verhindern, werden verschiedenste fahrdynamische Größen berücksichtigt, wie Annäherungsgeschwindigkeit und Beschleunigungsverhalten sowie der Abstand zur nächsten Kreuzung. Nicht zuletzt ermöglicht die über GPS bekannte Länderkennung eine automatisierte Umstellung der Scheinwerfer von Rechts- auf Linksverkehr (oder umgekehrt). Dabei wird der 45°-Anstieg der Hell-Dunkel-Grenze zwischen linker und rechter Seite durch intelligente Scheinwerferaktuatorik gespiegelt. Die adaptive Lichtverteilung ermöglicht optimale Sicht bei Nacht und erzielt somit einen beträchtlichen Sicherheits- und Komfortgewinn. Nachtsichtassistent mit FuSSgängermarkierung und Kollisionswarnung

Mit dem gesetzlich reglementierten Abblendlicht kann der Fahrer Hindernisse am rechten Fahrbahnrand ab einer Entfernung von etwa 60 m und am linken Fahrbahnrand ab einer Entfernung von etwa 40 m erkennen. Bei Geschwindigkeiten über 70 km/h reichen diese Abstände meist nicht aus, um das Fahrzeug rechtzeitig vor einem Hindernis anzuhalten. Das Fernlicht hingegen bietet zwar genügend Sichtweite, jedoch ist die Nutzung des Fernlichts in vielen Situationen nicht möglich. Der

„Nachtsichtassistent“ im neuen Audi A6 vergrößert die Sichtweite des Fahrers bei Nacht auf eine Entfernung von bis zu 300 m und warnt ihn vor erkannten Fußgängern im Gefahrenbereich. Systembeschreibung

Der Nachtsichtassistent nutzt eine Wärmebildkamera, die ein thermisches Abbild der Szene vor dem Fahrzeug generiert. In diesem Wärmebild sind warme Objekte hell und kalte Objekte eher dunkel dargestellt. Dadurch stechen Menschen und Tiere aufgrund der ausgestrahlten Körperwärme im Bild gegenüber dem kühleren Hintergrund besonders hervor – aber auch der Fahrbahnverlauf und Umrisse von Gebäuden und Fahrzeugen sind sichtbar. Auf diese Weise erweitert das Fahrzeug die Wahrnehmung des Fahrers um ein Wärmebild seiner Umgebung. Die Kamera überträgt das Bild an ein Steuergerät, das die Rohdaten der Kamera auswertet und mit einem Bildverarbeitungsalgorithmus nach Personen sucht. Dieser Algorithmus hebt alle im Bild erkannten Personen mit einer gelben Markierung hervor, 5. Das Wärmebild erscheint im zentralen Display des Kombiinstruments: Durch die Anzeige in der Sichtachse des Fahrers ist es ihm möglich, auch bei einem kurzen Blick auf die Anzeige potentielle Gefahren zu erkennen. Dabei stört das Bild den Fahrer nicht – er kann es ignorieren, wenn er die Unterstützung des Systems nicht benötigt.

4 Navigationsbasierte adaptive Lichtassistenz Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Fa hrerassistenz

Das Steuergerät wertet zusätzlich die Bewegung des eigenen Fahrzeugs und die der erkannten Personen aus, um die Kollisionsgefahr unter der Annahme einer konstanten Bewegung von Personen und Fahrzeug abzuschätzen. Berechnet das System, dass eine Kollision zwischen Person und Fahrzeug droht, wird der Fahrer durch ein Tonsignal gewarnt. Gleichzeitig wechselt die Markierung des die Warnung auslösenden Fußgängers von gelb auf rot, 6. Ist ein „Head-up Display“ im Fahrzeug verbaut, wird zusätzlich ein Fußgänger-Warnsymbol in die Frontscheibe projiziert, 7. Der Zeitpunkt der Warnung ist so gewählt, dass der Fahrer das Fahrzeug noch vor einer Kollision mit dem Fußgänger zum Stehen bringen könnte. Audi hat bewusst auf den Einsatz von Nachtsichtsystemen der ersten Generation verzichtet, das heißt ohne Markierung erkannter Personen, da Studien gezeigt haben, dass rein anzeigende Systeme den Fahrer weniger unterstützen kön-

nen und ihn in kritischen Situationen möglicherweise eher belasten. Die Markierung der erkannten Fußgänger schaltet sich automatisch ab, wenn die Außentemperatur über 28 °C steigt oder die Umgebungshelligkeit zu hoch ist. Diese Einschränkungen minimieren die Anzahl von Fehlerkennungen. Befindet sich das System außerhalb der Systemgrenzen beziehungsweise hat der Fahrer Markierung oder Warnton ausgeschaltet, weist ihn das System durch die Anzeige entsprechender Symbole im Display darauf hin. Durch die Integration des Nachtsichtbildes in das Bedienkonzept des Kombiinstruments kann der Fahrer mit den Tasten des Multifunktionslenkrads schnell zwischen verschiedenen Inhalten im Kombiinstrument wechseln, um beispielsweise einen Telefonanruf entgegenzunehmen und dann wieder zurück zur Anzeige des Nachtsicht­ assistenten zu wechseln. Bleibt das System innerhalb der Systemgrenzen, gibt es bei

Kollisionsgefahr mit einem erkannten Fußgänger auch eine Fußgängerwarnung aus, wenn das System zwar eingeschaltet, das Bild des Nachtsichtassistenten aber aktuell nicht in der Anzeige ist. Bilderfassung

Audi verwendet als Sensor eine Wärmebildkamera, deren Sensitivität im fernen Infrarotbereich liegt, das heißt bei Wellenlängen von 8 μm bis 14 μm, und die eine Auflösung von 320×240 Bildpunkten hat. Der Vanadiumoxid-Sensorchip entstammt militärischen Anwendungen und wurde für den Einsatz im Automobilbereich angepasst. Der Sensor empfängt die Wärmestrahlung der Objekte im Erfassungsbereich der Kamera und stellt die Temperaturunterschiede dieser Objekte in einem SchwarzWeiß-Bild dar. Die Kamera mit einem Öffnungswinkel von 24° ist nahezu unsichtbar in die Audi Ringe des „Singleframe“-Kühlergrills integriert, 8. Ein GermaniumSchutzfenster schützt die Kamera vor Steinschlägen. Um den Betrieb auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen zu ermöglichen, wird das Schutzfenster der Kamera bei niedrigen Außentemperaturen beheizt. Eine ebenfalls nicht sichtbar verbaute Spritzdüse säubert die Kamera, wenn die Scheinwerferreinigung aktiviert wird. FuSSgängererkennung

5 Gelbe Markierung erkannter Fußgänger

6 Fußgängerwarnung mit roter Markierung

196

Die Bildübertragung von der Kamera zum Steuergerät erfolgt über eine digitale LVDSVerbindung. Eine zusätzliche CAN-Schnittstelle ermöglicht die Steuerung und Diagnose der Kamera. Im Steuergerät kommen neben einem Mikrocontroller zwei 32-bitDSP (digital signal processor) mit 500 MHz Taktfrequenz zum Einsatz. Die Hauptaufgabe des ersten DSP ist es, das Rohbild der Kamera zu verbessern und eine für den Fahrer angenehme Darstellung des Wärmebildes zu erzeugen. Dazu ermittelt das System die Histogrammverteilung der aufgezeichneten Bilder und ordnet diese einer bestimmten Szenenart zu. Die Bildaufbereitungsfunktion verwendet je nach Szenenart diverse Bildparameter zur Optimierung der Darstellung des Kamerabildes. Beispielsweise passt sie das Kontrastverhältnis, die Tiefpassfilterung oder die Rauschunterdrückung des Bildes an. Auf dem zweiten DSP läuft der Algorithmus zur Markierung von Personen ab. Er liest das Rohbild der

7 Fußgängerwarnung im Head-up Display

Kamera ein und teilt die Daten dann in zwei Pfade. Im Erkennungs- und Klassifikationspfad reduziert der Algorithmus die Bildinformation auf den Wertebereich, der für Personen relevant ist. Anschließend ermittelt die Extraktionsstufe potentielle Fußgänger, indem sie Merkmale von Personen aus dem restlichen Bild herausfiltert. In dieser Kandidatenliste sind neben Personen auch Straßenlaternen, Ampeln, Rückleuchten von Fahrzeugen oder andere warme Objekte mit ähnlicher Form enthalten. Diese Kandidaten werden in der Klassifikationsstufe von einer sogenannten Support Vector Machine analysiert und als Fußgänger klassifiziert oder verworfen. Für diese Entscheidungsfähigkeit wurde der Algorithmus mit einer Datenbank trainiert, die Personen in den unterschiedlichsten Haltungen, in verschiedenen Abständen, bei wechselnden Wetterbedingungen mit entsprechender Bekleidung enthält. Auf diese

8 Integration der Wärmebildkamera

Januar 2011

Audi A6

Weise erreicht das System eine hohe Erkennungsrate bei gleichzeitig geringer Anzahl an Fehlerkennungen. Im Kalibrierungspfad berechnet der Algorithmus den aktuellen Fluchtpunkt der Kamera. Auf diese Weise ist es möglich, die Orientierung der Kamera während der Fahrt zu überwachen und den Horizont im Bild zu ermitteln. Diese Information fließt zusammen mit der Geschwindigkeit und der Gierrate des Fahrzeugs in den ersten Pfad zurück, in dem ein Tracker die Bewegung der Person verfolgt und auf diese Weise die Klassifikationsstufe stabilisiert. Erreicht die Personenverfolgung die geforderte Stabilität, markiert das System die erkannte Person gelb. Unter der Annahme einer konstanten Bewegung von Personen und Fahrzeug kann der Algorithmus zusätzlich eine drohende Kollision abschätzen und gegebenenfalls die Farbe der Markierung

von Gelb auf Rot wechseln und einen Warnton im Kombiinstrument auslösen. Das System kann Personen bis zu einer Entfernung von etwa 100 m erkennen. Nachvollziehbares Systemverhalten

Der Nachtsichtassistent ist nach dem Grundsatz der bestmöglichen Systemtransparenz für den Fahrer ausgelegt, das heißt, das Systemverhalten soll jederzeit nach­ vollziehbar sein. Auch Systemgrenzen, ­ wie kontrastarme Bilder bei ungünstigen Witterungsbedingungen, werden damit einschätzbar und machen dem Fahrer jederzeit deutlich, dass das System lediglich unterstützend wirkt, ihm die Verantwortung für sein Handeln jedoch nicht abnehmen kann. Über einen Taster am Lichtdrehschalter wird der Nachtsichtassistent aktiviert. Der Fahrer kann darüber hinaus im „MMI“Menü den Kontrast des Bildes einstellen. Dabei passt das System automatisch den jeweils optimalen Helligkeitswert an. Sollte eine Markierung erkannter Personen oder ein Warnton vom Fahrer nicht gewünscht sein, kann er diese ebenfalls deaktivieren. Mit dem Nachtsichtassistenten ergänzt Audi das Programm innovativer Lichtsysteme für den A6 wie LEDScheinwerfer, Fernlichtassistent und die Gleitende Leuchtweite und bietet dem Fahrer die nach dem heutigen Stand der Technik bestmögliche Ausleuchtung und Unterstützung zur Erkennung von Personen bei Nacht.

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Audi A6 Fa hrerassistenz

au t o r e n

Dipl.-Ing. (FH) Andreas Nagler

ist Projektleiter Parksysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Michael Lübcke

ist Projektleiter videobasierte Parksysteme bei der AUDI AG­ in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. (FH) Christian Haas

ist Projektleiter Parksysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

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Der Parkassistent lenkt automatisch

Immer weniger Parkraum bei einer gleichzeitig steigenden Anzahl an Fahrzeugen macht das Einparken im hektischen Alltagsverkehr zu einer Stresssituation für viele Fahrer. Schnell und problemlos in eine Lücke zu kommen wird durch unübersichtliche Parksituationen noch erschwert. Der „Parkassistent“ bietet hier Unterstützung. Er ermöglicht zielsichere, schnelle und komfortable Parkvorgänge, da er eine für das Fahrzeug passende Parklücke erkennt und aktiv in den Einund Ausparkvorgang eingreift. Dabei übernimmt das System alle erforderlichen Lenkbewegungen. Der Fahrer hat die Hände frei, beobachtet die Umgebung und steuert den Parkvorgang durch Gasgeben und Bremsen. Die Kontrolle bleibt somit weiterhin beim Fahrer. Die neueste Generation des Parkassistenten, welche im A6 seine Audi Premiere feiert, ermöglicht neben dem Einparken in Längsparklücken erstmals auch das Einparken in Querparklücken und das Aus-

parken aus Längsparklücken. Da das System mehrzügige Parkvorgänge durchführen kann, wurde zudem die benötigte Lückenlänge stark verkürzt: Rangiert werden kann nun auch in sehr enge Parklücken, welche nur 80 cm länger als das eigene Fahrzeug sind. Komponenten des Parkassistenten

Zur Aktivierung des Parkassistenten dient eine Taste in der Mittelkonsole neben dem Schalter der Einparkhilfe. Drückt der Fahrer diese Taste während mäßiger Fahrt, wird Längsparken aktiviert. Durch erneutes Drücken wechselt der Assistent zum Querparken. Ein weiterer Tastendruck schaltet den Assistenten wieder ab. Neben den bekannten acht Ultraschallsensoren der Einparkhilfe nutzt der Park­ assistent vier weitere Ultraschallsensoren, die in den Stoßfängern vorne und hinten seitlich verbaut sind. Die beiden hinteren Sensoren dienen der Ausrichtung des Fahrzeugs in der Parklücke beim Querpar-

Assistenzsysteme für das Parken Im neuen Audi A6 kann der Kunde zwischen verschiedenen Assistenzsystemen wählen, die ihn beim Parkvorgang optimal unterstützen: Neben den bewährten Einparkhilfesystemen steht nun auch der neue „Parkassistent“ zur Verfügung. Er greift aktiv in den Parkvorgang ein, indem er den idealen Lenkeinschlag berechnet und einstellt.

ken. Die beiden vorderen Sensoren sind für das Vermessen der Parklücke zuständig. Die Sensorinformationen über den gemessenen Abstand werden zur Auswertung an das Parkassistent-Steuergerät gesendet. In diesem Steuergerät laufen alle für den Parkassistenten erforderlichen Informationen zusammen. Andere Steuergeräte, wie das der Lenkung, des ESP oder des Kombiinstruments, sind über Bus-Systeme vernetzt. Sie liefern Informationen an den Parkassistenten oder werden mit Signalen vom Parkassistenten gesteuert. Auf diese Weise wertet das Steuergerät die Situationen aus, berechnet eine mögliche Einparktrajektorie und steuert das HMI. Einparkvorgang

Die Parklückenvermessung hilft bei der Parkplatzsuche. Hierzu suchen die beiden seitlich vorne angebrachten Sensoren bis zu einer Geschwindigkeit von 40 km/h beim Längsparken und 20 km/h beim Querparken kontinuierlich den Fahrbahnrand auf Fahrer- und Beifahrerseite nach Januar 2011

Audi A6

potenziellen Parklücken ab. Aktiviert der Fahrer nun mittels Tastendruck den Park­ assistenten, erscheint die ParkassistentAnzeige im Display des Kombiinstruments. Durch Betätigen des Blinkers wählt der Fahrer die Straßenseite aus, in die er einparken will. Wird kein Blinker gesetzt, wählt das System automatisch die Beifahrerseite. Erkennt der Einparkassistent eine passende Parklücke, wird dies im Kombiin­ strument angezeigt, 1 und 2. Sobald der Fahrer die Auswahl der Parklücke bestätigt hat – das erfolgt durch Einlegen des Rückwärtsgangs –, wird das Parkmanöver eingeleitet. Nun berechnet das System die optimalen Lenkbewegungen und stellt diese automatisch ein. Der Fahrer betätigt Gas und Bremse und ist für die Gangwechsel zuständig. Die jeweils erforderliche Fahrtrichtung wird ihm im Display des Kombiinstruments angezeigt. Am Umkehrpunkt fordert das System den Fahrer zum Gangwechsel auf. Bei einem erkannten Hindernis dient dazu der Warnton der Einparkhilfe. Beim Querparken wurde für den vorderen Umkehr-

punkt ohne Hindernis sowie für Fälle ohne hintere Begrenzung ein zusätzliches akustisches Signal eingeführt, welches den Zeitpunkt des Gangwechsels markiert. Der Fahrer kann den Parkassistenten durch Drücken der Parkassistent-Taste oder über einen Lenkeingriff jederzeit abbrechen. Die maximale Einparkgeschwindigkeit beträgt 7 km/h. Fährt der Fahrer schneller, wird die Unterstützung ebenfalls vorzeitig beendet. Wenn der Park­assistent innerhalb des ersten Parkzugs, also vor dem ersten Umkehrpunkt, abgebrochen wurde, kann der Fahrer ihn durch erneutes Betätigen der Parkassistent-Taste wieder aufnehmen. Ausparkvorgang

Im neuen Audi A6 ist erstmals auch das Ausparken aus Längsparklücken mit automatischer Lenkunterstützung möglich. Wird die Parkassistent-Taste nach einem erfolgreichen Einparkvorgang oder nach einem Motorstart betätigt, wird die Funktion „Ausparken“ angeboten.

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AuDi A6 FAhrerAssIstenz

1 einparkvorgang in eine Längslücke mit dem Parkassistenten

Nach Setzen des Blinkers und Einlegen des Rückwärtsgangs rangiert das System innerhalb der Parklücke, bis der Fahrer mit dem eingestellten Lenkeinschlag aus der Lücke fahren kann. Das Betätigen von Gas, Bremse und Gangschaltung bleibt auch beim Ausparken Fahreraufgabe. Die maximale Ausparkgeschwindigkeit beträgt 5 km/h. optiscHe unD AkustiscHe einpArkHilFe

Im neuen Audi A6 stehen die bewährten Einparkhilfesysteme von Audi in verfeinerten Versionen zur Verfügung. Schon für das Einstiegssystem, die „Einparkhilfe plus“, sind im neuen Audi A6 je vier Sensoren vorne und hinten verbaut. Diese arbeiten im nicht hörbaren Ultraschallbereich und berechnen die Position von Objekten der Umgebung anhand reflektierter Schallwellen. Eine Recheneinheit im zugehörigen Steuergerät filtert dabei neben ungewollten Echo-Artefakten auch Reflexionen des Bodens heraus. Nur so sind die Signale richtig interpretierbar. Die Rückmeldung erkannter Objekte erfolgt akustisch und optisch: Eine Intervalltonfolge dient zur akustischen Anzeige

200

2 einparkvorgang in eine Querlücke mit dem Parkassistenten

eines erkannten Hindernisses. Bei Annäherung an das Hindernis werden die Intervalle zunehmend kürzer. Bei einem Objektabstand von zirka 30 cm geht das Signal in einen Dauerton über, der dem Fahrer anzeigt, dass er sich in kritischer Nähe zum erfassten Hindernis befindet. Für Warnungen vorne und hinten steht jeweils ein eigener Tongeber (vorne und hinten) zur Verfügung, so dass der Fahrer die Richtung des Tones orten und die Warnung zuordnen kann. Über das „MMI“-Menü lassen sich Tonhöhe und Lautstärke für den genutzten Rückmeldeton vorne und hinten getrennt einstellen. Eine akustische Rückmeldung hat für den Fahrer den Vorteil, dass er die Abstandseinschätzung des Systems unabhängig von seiner Blickrichtung immer wahrnehmen kann. Die Funktion konnte unter anderem durch die Kommunikation des Steuergeräts mit anderen Steuergeräten weiter optimiert werden: : Entfernt sich das Fahrzeug vom erkannten Hindernis, wird die akustische Ausgabe ausgeschaltet. : Bei angezogener Parkbremse (EPB) oder Wählhebelstellung „P“ wird die akustische Warnung ausgeschaltet.

: Zu Beginn des Parkens wird die Lautstärke des Entertainmentsystems (beispielweise Radio oder CD-Spieler) auf einen einstellbaren Wert abgesenkt, damit die Signale der Einparkhilfe besser wahrnehmbar sind. Nach Beendigung des Parkvorgangs wird die Lautstärke wieder auf den zuvor eingestellten Wert zurückgeregelt. : Ist ein Anhänger angekoppelt, schaltet die Einparkhilfe die hinteren Sensoren aus, da die Deichsel des Anhängers und der Anhänger selbst als Hindernis wahrgenommen werden. : Bleibt nach einer Annäherung an ein Hindernis der gemessene Abstand unverändert (beispielsweise bei stehendem Fahrzeug), wird die Lautstärke des Tongebers nach zirka 4 s langsam abgesenkt. Verkürzt sich der Abstand zum Hindernis erneut, erfolgt die weitere Warnung wieder in der eingestellten Lautstärke. : Bleibt der Abstand zum Hindernis bei den Sensoren an den Fahrzeugecken konstant, wird die Abstandswarnung nach 3 s abgeschaltet, da es sich dabei meist um eine (unkritische) Fahrt entlang einer Wand handelt.

Als visuelle Unterstützung wird im Bildschirm des MMI eine stilisierte Fahrzeuggrafik eingeblendet, in der die erkannten Objekte vor und hinter dem Fahrzeug dargestellt sind, ➌. Die Audi Einparkhilfe plus wird, wie alle Audi Einparkhilfesysteme, durch Einlegen des Rückwärtsgangs oder Betätigung der Parkhilfetaste aktiviert. Bei Vorwärtsfahrt mit mehr als 10 km/h Geschwindigkeit oder durch erneutes Drücken der Parkhilfetaste wird das System deaktiviert. speZiell unterstütZte pArksituAtionen

Das System stellt im Rückfahrkamerabild spezielle Hilfslinien und -flächen (sogenannte Overlays) für das Längs- und Querparken dar, 4. Die Linien unterstützen den Fahrer beim Parken in Längsparklücken, beispielsweise dem Parken paral-

➌ sensorerfassungsbereiche der einparkhilfe plus mit zugehöriger Visualisierung im MMI

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Audi A6 Fa hrerassistenz

lel zum Bordstein. Um abzuschätzen, ob die Parklücke groß genug für das Fahrzeug ist, dient der blau unterlegte Bereich. Der Fahrer richtet sein Fahrzeug so aus, dass sich dieser blaue Bereich über der freien Parklücke befindet und dabei seitlich mit dem Bordstein abschließt. Wenn der blaue Bereich an die rückwärtige Begrenzung der Parklücke stößt, lenkt der Fahrer voll in die Parklücke ein. Eine blaue Hilfslinie markiert die Umlenkpunkte für das Parkmanöver. Berührt diese bogenförmige Linie den Bordstein, schlägt der Fahrer die Lenkung maximal in die andere Richtung ein, 5. Somit wird das Fahrzeug auf eine optimale Position parallel zur Bordsteinkante ausgerichtet. Zieht der Fahrer das Fahrzeug anschließend vor, kann er es endgültig ausrichten und mittig in der Lücke platzieren. Die Hilfslinien für das Parken am Bordstein werden für beide Fahrbahnseiten dargestellt. Wird der Blinker betätigt, zeigt das System nur noch die Hilfslinien für die entsprechende Seite an und blendet die anderen aus. Dem Fahrer werden somit nur die für diese Situation notwendigen Informationen gezeigt. Um das Einparken in Querparklücken zu erleichtern, werden Hilfslinien angezeigt, die an den Lenkeinschlag gekoppelt sind. Diese dynamischen Hilfslinien entsprechen der Fahrspur, der das Fahrzeug beim aktuellen Lenkeinschlag folgen würde. Sie unterstützen den Fahrer beim Einparken in quer zur Fahrbahn liegende Parkplätze sowie beim Rangieren in Garagenein- und -durchfahrten. An diesen Hilfslinien sind kleine Markierungen angebracht, mit denen sich Abstände besser einschätzen lassen. Ergänzend wird die Fahrzeugkontur um etwa eine Fahrzeuglänge nach hinten verlängert eingeblendet. Das vereinfacht das Ausrichten des Fahrzeugs an Markierungen, Wänden oder Bordsteinen. Technik

4 Unterstützung durch die Einparkhilfe beim Längs- und Querparken

202

Das Rückfahrkamerasystem besteht aus der Kamera und einem zugehörigen Steuergerät. Eine Kamera mit CCD-Bildaufnehmer (Charge-coupled Device), montiert in der Heckklappe, erfasst den hinter dem Fahrzeug liegenden Bereich mittels einer Fischaugenoptik mit einem horizontalen Blickfeld von 130°. Die Auswahl einer sehr lichtempfindlichen CCD-Kamera

erlaubt es, die Funktion des Rückfahrkamerasystems auch bei Dunkelheit nur mithilfe der serienmäßigen Rückfahrlichter darzustellen. Im Steuergerät wird das Kamerabild entzerrt, um die Fischaugenoptik auszugleichen. Zudem werden die graphischen Überlagerungen eingeblendet, die dem Fahrer Hilfslinien und -flächen für die Parkmanöver anbieten. Diese Overlays sind teiltransparent und so berechnet, dass sie perspektivisch korrekt auf der Straßenoberfläche liegen. Um die dynamischen Hilfslinien passend zum Lenkeinschlag anzuzeigen, ist im Steuergerät eine Zuordnung der Lenkwinkel zu den gefahrenen Fahrschläuchen hinterlegt; die zugehörigen Linien werden dann passend eingeblendet.

5 Mithilfe der Over­-lays kann das Fahrzeug auf eine optimale Position parallel zur Bordstein­ kante ausgerichtet werden

Fahrzeugtechnik im Gespräch. FachTaGunGen Für auTomobil-inGenieure : : : : :

Gesamtfahrzeug Motor und Antriebsstrang Elektronik Simulation und Testen Produktion

Aktuelle Tagungsprogramme: www.ATZlive.de Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 fahrzeugsicherh eit

Fahrerassistenz und Integrale Sicherheit Die Sicherheits- und Assistenzsysteme werden immer stärker vernetzt, um das Autofahren mit innovativen Funktionen noch sicherer zu machen, Unfälle ganz zu verhindern oder zumindest in ihrer Schwere zu mildern. Audi setzt auch im A6 einen neuen Meilenstein: In Situationen, bei denen eine Kollision wahrscheinlich ist, kann „Audi pre sense plus“ eine Teilbremsung einleiten. Ist die Kollision unvermeidbar, kann sich nach der Teilbremsung eine Vollverzögerung anschließen. Damit wird die Stärke des Aufpralls verringert. Eine Ziel­ bremsung unterstützt den Fahrer in Situationen, in denen er – trotz vorangegangener optischer und akustischer Warnung – nur unzureichend bremst.

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aut o r e n

Dipl.-Ing. Horst Pankalla

ist Projektleiter C-Reihe im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Math. (FH) Raluca Salzberger

ist Projektleiterin Audi pre sense im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Eiko Hänsel

ist Funktionsverantwortlicher Audi pre sense im Bereich Fahrer­ assistenzsysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr.-Ing. Michael Botsch

ist Funktionsverantwortlicher Audi pre sense im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Umfassendes Sicherheitskonzept

Im neuen Audi A6 sind Assistenz- und Sicherheitssysteme eng miteinander vernetzt. Dadurch können diese Systeme auch komplexe Szenarien immer besser erkennen und den Fahrer unterstützen. Der Fahrkomfort wird erhöht und der Fahrer unterstützt. Der neue Audi A6 zeigt hier deutlich seinen Vorsprung durch Technik. Er kombiniert eine Vielzahl von Assistenz- und Sicherheitsfunktionen, basierend auf der bereits im Audi A8 eingeführten und weiter verfeinerten Technik. Zu den Innovationen gehören beispielsweise die Heckradarsensoren, die den rückwärtigen Verkehr beobachten und die Funktion “Audi pre sense rear” mit Informationen versorgen, um gegebenenfalls präventive Maßnahmen einzuleiten. Die Basis für viele dieser Systeme bildet die Umfelderfassung unter Nutzung von Radarsystemen und Kameras. Durch die intelligente Vernetzung der verschiedenen Systeme ist das Ergebnis im neuen A6 mehr als die Summe der Einzelfunktionen. Bezogen auf die Fahrsicherheit bieten diese Systeme eine vorbeugende Unterstützung des Fahrers und setzen damit am Kern an: Fehlverhalten des Fahrers ist mit über 90 % die häufigste Unfallursache, 1. Der Audi A6 demons­triert damit wiederum den inte­ gralen Ansatz, den Audi bezüglich Fahrerassistenz und Verkehrssicherheit verfolgt. Das intelligente Zusammenführen einer Vielzahl von Einzelkomponenten und das interdisziplinäre Betrachten eines allumfassenden Sicherheitskon-

zepts verdeutlichen den Gesamtansatz von Audi bei der Fahrerassistenz und Verkehrssicherheit, 2. pre sense

Das Assistenzsystem „Audi pre sense“ nutzt die technisch hochvernetzten Systeme im Fahrzeug, 3, um eine Unfallgefahr frühzeitig zu erkennen und situationsgerecht noch vor dem Crash präventive Maßnahmen einzuleiten. Ziel ist eine möglichst optimale Vorbereitung von Fahrzeug und Insassen auf eine bevorstehende Kollision. Im Zusammenspiel mit dem „Audi braking guard“ unterstützt das System den Fahrer in kritischen Situationen und gibt ihm die Möglichkeit, vermindernde Maßnahmen einzuleiten. Falls notwendig, werden im Rahmen der Systemgrenzen automatisch deeskalierende Maßnahmen ausgeführt, die die Unfallschwere durch Geschwindigkeitsabbau mindern. pre sense basic

Die Funktion „Audi pre sense basic“ erkennt ein längs- oder querdynamisch ungewöhnliches Fahrmanöver und errechnet daraus, wie kritisch die Situation ist. Auf Basis von Erkenntniswerten werden Kritikalitätsschwellen definiert, bei deren Überschreitung präventive Schutzfunktionen ausgelöst werden: Fahrer- und Beifahrersicherheitsgurt werden elektrisch gestrafft; situationsabhängig schließen sich Schiebedach und Seitenfenster bis auf einen Restspalt und der nachfolgende Verkehr wird optisch vorgewarnt.

Dipl.-Ing. Alexander Breu

ist Funktionsverantwortlicher Audi pre sense im Bereich Fahrer­ assistenzsysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Ralf Held

ist Projektleiter Audi pre sense im Bereich Fahrerassistenzsysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

1 Unfallursachen (Quelle: VW GIDAS Datenbank)

205

Audi A6 Fa hrzeugsicherh eit

2 Gesamtheitliche Betrachtung aller Systeme

Durch die Vernetzung zu anderen Steuergeräten können die Algorithmen des Audi pre sense basic Fahrsituationen differenzierter einschätzen und den Aktionszeitpunkt situationsangepasster steuern. Zusätzlich zu den grundlegenden Funktionen, die darauf ausgelegt sind nur im äußersten Fall einzugreifen, gibt es Unterstützungsfunktionen, mit denen das System bereits im Vorfeld agiert. Im neuen A6 kann der Fahrer entscheiden, wie sensibel Audi pre sense reagieren soll und die Empfindlichkeit des Systems

entsprechend anpassen. Die Einstellung erfolgt im „Audi drive select“ zwischen den Modi „auto“, „comfort“ und „dynamic“. Dementsprechend werden die Unterstützungsfunktionen zu- oder abgeschaltet. Pre sense front und pre sense plus

„Audi pre sense front“ verknüpft die Basisfunktionen von Audi pre sense basic mit den Sensordaten der „Audi

adaptive cruise control“ und dem Audi braking guard. Die intelligente Vernetzung mehrerer Steuergeräte in der Elek­ tronikentwicklung und Sensordaten­­fu­ sionen ermöglichen weitere voraus­ schauende Systeme, die den Fahrer in kritischen Situationen unterstützen, oder wenn notwendig automatisch entsprechende unterstützende Maßnahmen einleiten. Das System im neuen A6 wertet permanent die Messdaten der Doppelradarsensoren und der Videokamera aus und

3 Überblick Sensoren und Funktionen des Audi A6

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berechnet daraus das Kollisionsrisiko. Erkennt das System im Rahmen seiner Systemgrenzen einen möglicherweise bevorstehenden Unfall, 4, wird der Fahrer in der ersten Phase durch eine akus­ tische Warnung und eine Anzeige im Kombiinstrument darauf aufmerksam gemacht. Gleichzeitig bereitet der Audi braking guard das Fahrzeug auf ein Brems- und/oder Ausweichmanöver ­ vor: Durch eine Vorbefüllung der Bremsanlage und eine Dämpferverstellung kann das Fahrzeug die zu erwartenden Brems- und Seitenführungskräfte besser umsetzen.

In der zweiten Phase erfolgt als Warnung ein Rucken des Fahrzeugs, das durch einen kurzen Druckaufbau im Bremssystem erzeugt wird. Dies soll den Fahrer auch haptisch vor der Situation warnen. Ziel ist, dass er infolgedessen reagiert, um die Situation zu entschärfen. Ist die Fahrerbremsung dabei nicht stark genug, wird der fehlende Bremsdruck durch das System ergänzt, so dass das Fahrzeug in vielen Situationen noch gezielt vor dem Hindernis zum Stehen kommen kann. Reagiert der Fahrer nicht, leitet das System automatisch deeskalierende Maß-

4 Die verschiedenen Phasen der Funktionen Audi pre sense front und Audi pre sense plus

nahmen ein. Nach der Fahrerwarnung wird eine Teilbremsung eingeleitet und der reversible Gurtstraffer reduziert präventiv die Gurtlose bei Fahrer und Beifahrer. Ist der Fahrer weiterhin passiv, wird in der dritten Phase die Bremsleistung erhöht (Teilbremsung 2). Das Fahrzeug wird weiterhin verzögert und berechnet dabei kontinuierlich die Kollisionswahrscheinlichkeit. Lässt sich ein Unfall nicht mehr verhindern, kann in der vierten Phase „Audi pre sense plus“ eine Vollverzögerung einleiten und erhöht die Bremsleistung. In Summe ist eine Reduktion der Aufprallgeschwindigkeit um maximal bis zu 40 km/h möglich. Parallel werden die präventiven Schutzmaßnahmen ausgelöst. Zusätzlich wird zum Partnerschutz dabei der rückwärtige Verkehr durch die Ansteuerung der Warnblinker gewarnt. Die Teilbremsung 2 und die Vollverzögerung erfolgen nur bei Fahrzeugen in Verbindung mit dem „Audi side assist“. Als weiteres Feature des Audi pre sense-Paketes wird mithilfe der Informationen aus den vorausschauenden Systemen der wahrscheinliche Kollisionszeitpunkt sowie die mögliche Kollisionsgeschwindigkeit berechnet und dem Aufprallerkennungssystem übergeben. Diese Zusatzinformationen erlauben es dem Fahrzeug, im Moment des ersten Kontaktes mit dem Unfallgegner die Rückhaltesysteme vor zu konditionieren und so noch situationsgerechter anzupassen. Auslegungsziel des Gesamtsystems ist die Reduktion der Aufprallgeschwindigkeit und eine verbesserte präventive Vorbereitung der Insassen auf den bevorstehenden Unfall. Audi pre sense rear

5 Die verschiedenen Phasen der Funktion Audi pre sense rear Januar 2011

Audi A6

Audi pre sense rear nutzt die Daten des Audi side assist, um das Risiko einer Heckkollision zu ermitteln. Erkennt das System, dass eine kritische Situation bevorsteht, 5, wird der nachfolgende ­Verkehr über die Warnblinkanlage vorgewarnt. Steigt das Risiko eines Heckaufpralls, wird präventiv das Schließen von Schiebedach und Seitenscheiben bis auf einen Restspalt veranlasst. Errechnet das System, dass ein Heckaufprall unvermeidbar ist, werden die reversiblen Gurtstraffer gespannt.

207

Audi A 6 Fah rzeugsiche rheit

au t o r e n

Dipl.-Ing. (FH) Michael Broscheit

ist Eigenschaftsentwickler Frontschutz im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Jose david­ Martin Rodriguez

ist Eigenschaftsentwickler Seitenschutz im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Schutzsystem auf hohem Niveau

Der neue Audi A6 bietet höchstes Sicher­ heitsniveau der aktuellen Audi Flotte. Dabei machten die Erfüllung aktueller Gesetzgebungen sowie Verbrauchertests, bei denen sich der neue A6 im Spitzenfeld der Bewertungen etablieren wird, nur einen kleinen Teil der umfangreichen Sicherheitsanforderungen aus. Das zen­ trale Augenmerk bei Entwicklung der pas­ siven Sicherheit des A6 galt dem Schutz­ potenzial im realen Unfallgeschehen. Wesentliche Komponenten der passiven Sicherheit wurden im Rahmen des Modu­ laren Längsbaukastens vom Audi A8 auf den A6 übertragen und weiterentwickelt, 1. Sie sind wesentlicher Bestandteil der integralen Sicherheit des Audi A6.

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Klaus Semmler

Dipl.-Ing. (BA) Christian HeSS

ist Eigenschaftsentwickler Heckaufprallschutz im Bereich Fahrzeug­s icherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

ist Eigenschaftsentwickler Fußgängerschutz im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Entwicklungsziele

Bei der sicherheitstechnischen Ausle­­gung von Fahrzeugen nutzt Audi unter anderem wissenschaftlich gewonnene Erkennt­ nisse aus dem tatsächlichen Unfallge­ schehen und deren Auswirkungen. ­Hierfür untersucht die AARU-Verkehrs­­­­ unfallforschung (AARU steht für Audi Accident Research Unit) Unfallereig­nisse, an denen Fahrzeuge des Unternehmens beteiligt waren, und wertet zudem die einschlägigen Unfalldatenbanken aus. Die Aufgabe des Forschungsteams besteht darin, Unfälle zu analysieren, zu rekonstruieren und Verbesserungspoten­ ziale herauszuarbeiten. Dazu bewertet das interdisziplinär besetzte Entwick­ lungsteam verschiedene Designmodelle, Konstruktions- und Packagevarianten

und erarbeitet daraus die wichtigsten Parameter der Karosseriestruktur, des Interieurs und der Rückhaltesysteme. Aus den so gewonnenen Erkenntnissen ent­ stehen Richtlinien für Design und Sicher­ heitsfunktionen aller crashrelevanten Komponenten. Ziel der Fahrzeugentwicklung bei Audi ist, neben den bereits zu Standard gewor­ denen elektronischen Sicherheitsfunktio­ nen, wie Kraftstoffabschaltung, Batte­ rietrennung, Türentriegelung oder Warn­ blinken nach einem Crash, weiterhin eine sehr steife Fahrgastzelle, damit die Rückhaltesysteme ihre Schutzwirkung bei einem Aufprall vollständig entfalten können. Schon in der Konzeptphase des neuen Audi A6 wurde darauf geach­ tet, dass Karosserie, Sicherheitsgurte und Airbags bei einem Aufprall optimal

Passive Sicherheit Der neue Audi A6 bietet passive Sicherheit auf höchstem Niveau. Schon in der Konzeptphase wurde darauf ­geachtet, dass Karosserie und Sicherheitssysteme wie Gurte und Airbags bei einem Aufprall optimal ­zusammenarbeiten. Dazu wurde das Deformationsverhalten des Fahrzeugs gezielt beeinflusst, damit die ­Systeme ihre Schutzwirkung bei einem Aufprall bestmöglich entfalten können. Das sportlich flache Design ­ des neuen A6 wurde durch besonders effiziente Sicherheitsmaßnahmen so ausgelegt, dass bei Kollisionen die Unfallfolgen für Fußgänger deutlich reduziert werden.

zusammenarbeiten, 2. Dabei wurde das Deformationsverhalten des Fahrzeugs gezielt beeinflusst, um die Fahrzeugin­ sassen bei einem Crash bestmöglich zu schützen. Zusätzlich zu den Sicherheitskompo­ nenten Karosserie und Rückhaltesysteme wurden alle Packagekomponenten wie Klimaanlage, Cockpitelemente, Verklei­ dungen sowie Nebenaggregate im Motor­ raum mit Blick auf die Sicherheit positio­

niert und ausgelegt. Hierbei konnten Simulationen sehr frühzeitig den richtigen Weg bei Konzeptentscheidungen vorge­ ben. Von der Konzeptphase bis zur Seri­ enreife wurden mit virtuellen Prototypen über 4000 Crashsimulationen durchge­ führt, die die Basis für ein gutes Crashver­ halten des realen Fahrzeugs schufen. Dabei wurden verstärkt Robustheitsanaly­ sen mithilfe stochastischer Simulations­ methoden eingesetzt und alle sicherheits­

relevanten Fahrzeugkomponenten auf ihr Crashverhalten untersucht und optimiert. Die enge Vernetzung der Abteilungen Konstruktion, Simulation und Versuch von Projektbeginn an führte schon bei den ersten Prototypen des A6 zu verlässli­ chen Crashergebnissen. Eine ausgeprägte Teamarbeit ermöglichte die interdiszipli­ näre Zusammenarbeit und leistete so ihren Beitrag zur integralen Sicherheit des neuen Audi A6.

1 Übersicht über die passive Sicherheit Januar 2011

Audi A6

209

Audi A 6 Fah rzeugsiche rheit

Frontschutz

Der Schutz der Insassen bei einem ­Frontalaufprall hängt insbesondere vom Zusammenspiel der Fahrzeugstruktur und einem optimal auf die Insassen abge­ stimmten Rückhaltesystem ab. Auf beides wurde bei der Entwicklung des Frontal­ aufprallschutzes großen Wert gelegt. So galt es zunächst, die Plattform des Modu­ laren Längsbaukastens hinsichtlich des Crashverhaltens weiterzuentwickeln. Auslegung der Frontstruktur

Vor allem das Stoßfängersystem, die Längsträger und der Vorderachsträger wurden an die hohen Anforderungen eines Fahrzeugs der Oberklasse ange­passt. Dabei sind Werkstoffe, geo­metrische Gestaltung und Verbindungstechnik so gewählt, dass bei einem Frontalaufprall möglichst viel Aufprallenergie durch Ver­ formung aufgenommen und der zur Ver­ fügung stehende Defor­mationsweg opti­ mal genutzt wird. Zudem sorgt der gezielte Einsatz von warmumgeformten

2 Airbags und Schutzkomponenten im Frontend

210

hochfesten Stählen in Schweller, Mittel­ tunnel und Stirnwandquerträger dafür, dass die Fahrgastzelle den Insassen bei einem schwereren Unfall einen sicheren Überlebensraum bietet. Der Fußraum bietet beim Frontcrash definierte Schutzzonen, in denen kaum Verformung zugelassen wird. Durch spezi­ elle Crashschäume wird ein hoher Schutz für die Füße und Beine erreicht. Dazu trägt auch die Pedalerie auf der Fahrerseite bei. Im Falle eines schweren Crashs wird die Pedalerie gezielt von der Fahrzeugstruktur entkoppelt, um somit die Belastungen der Füße und Beine des Fahrers gering zu hal­ ten. Ergänzt wird das Rückhaltesystem auf der Fahrerseite durch eine Sicherheitslenk­ säule, die den Vorverlagerungsweg des Fahrers während des Aufpralls um 80 mm vergrößern kann. Dabei ist die Lenksäule mit einer Kraft-Weg-Kennung ausgestattet, die unabhängig von der Insassengröße eine optimale Rückhaltung bietet. Zur Konstruktion des Frontschutzes wurde auf modernste Entwicklungsme­ thoden zurückgegriffen, die von Crashsi­ mulation über Komponentenversuche bis

hin zu Gesamtfahrzeugversuchen die gesamte Bandbreite der Fahrzeugsicher­ heit abdecken. 3 zeigt eine Überlagerung von Simulation und Fahrzeugcrash. adaptives Rückhaltesystem

Die Sicherheitsgurte sowie die beiden Frontairbags des neuen A6 wurden im Vergleich zum Vorgängermodell wesent­ lich weiterentwickelt. Sie basieren auf der gleichen Technik, die auch schon im A8 zum Einsatz kommt. Das bewährte adap­ tive Rückhaltesystem besteht aus schalt­ baren Sicherheitsgurten und mehrstufigen Frontairbags. Bei einem Crash wird anhand von Unfallschwere, Gurttragesta­ tus und Sitzposition festgelegt, welcher Lastfall vorliegt. Die einstellbaren Gurtund Airbagsysteme werden dann vom Air­ bagsteuergerät so angesteuert, dass der zur Verfügung stehende Vorverlagerungs­ weg optimal genutzt wird. Damit bieten adaptive Rückhaltesysteme eine gute Auslegungsgrundlage für verschiedene Körpergrößen und Insassen. 4 gibt einen Überblick über die unterschiedlichen

4 Auslegungskonflikt zwischen verschiedenen Körpergrößen

3 Überlagerung von Simulation und Fahrzeug­crash zu den Zeitpunkten 0 ms, 20 ms, 40 ms, 60 ms, 80 ms und 100 ms

5 Unterschiedliche Vorverlagerung des Insassen bei Einsatz eines adaptiven (grün) im Vergleich zu einem konventionellen Rückhaltesystem (rot)

Anforderungen an Rückhaltesysteme in Abhängigkeit von der Körpergröße der Insassen. Das adaptive Gurtsystem im neuen Audi A6 ist mit einem leistungsstarken Gurtstraffer und einem schaltbaren Kraftbegrenzer ausgestattet. Im Aus­ gangszustand ist immer die hohe Kraft­ begrenzung aktiv. Zu einem für den Insassen optimalen Zeitpunkt wird auf ein niedriges Kraftbegrenzungsniveau geschaltet. Dieses führt zu einer geringe­ ren Rückhaltewirkung und entsprechend reduzierten Brustbelastungen für den Insassen, wodurch sich dieser weiter vorwärts verlagern kann. Der adaptive Fahrerairbag des neuen A6 hat ein kon­ ventionelles Füllvolumen von 60 l. Die­ ses Luftsackvolumen wird komplett ent­

faltet, bei Bedarf wird die ursprüngliche Airbaghärte mithilfe einer zusätzlichen Abströmöffnung reduziert – der Airbag hat eine weichere Kraft-Weg-Kennung, welche die Belastung für kleinere Insas­ sen ebenfalls verringert. 5 zeigt einen größeren Vorverlagerungsweg des Insas­ sen bei Einsatz eines adaptiven (grün) Rückhaltesystems im Vergleich zu einem konventionellen (rot) Rückhaltesystem. Der adaptive Beifahrerairbag beinhal­ tet ebenfalls einen konventionellen ­Luftsack mit einem Volumen von zirka 120 l. Wie beim Fahrerairbag kann auch hier bei Bedarf über eine zusätzliche Abströmöffnung die Airbaghärte redu­ ziert werden. Unterschiedliche Airbag­ füllgrade führen zu unterschiedlichen Vorverlagerungswegen der Insassen.

Januar 2011

Audi A6

Durch diese Steuerungsmöglichkeiten der Gurt- und Airbaghärte werden die Belastungen für Passagiere verschiede­ ner Größen minimiert. Seitenschutz

Durch eine intensive Simulationsausle­ gung in der frühen Projektphase wurden schon in der Konzeptfindung die Sicher­ heitsanforderungen umfassend berück­ sichtigt. Um diese Konzepte robust und gewichtsoptimal in die Serie zu führen, ist beim A6 die versuchsbegleitende Aus­ legung über Simulation und Validierung von Teilkomponenten in reproduzierba­ ren und belastungsnahen Komponenten­ versuchen weiter ausgebaut worden. Über die so validierten Gesamtmodelle in

211

Audi A 6 Fah rzeugsiche rheit

der Simulation konnten durch Robust­ heits- und Stochastikanalysen von Karos­ seriebaustruktur und Interieurkomponen­ ten gewichtsoptimale Lösungen zielge­ richtet entwickelt werden, um den bei Audi traditionell vorhandenen höchsten Sicherheitsstandard im Seitenschutz zu erzielen. Auslegung der Seitenstruktur

Bei der Entwicklung eines Fahrzeuges ist die Auslegung der Seitenstruktur eine große Herausforderung. Im Vergleich zur Vorderwagenstruktur steht hier weniger Raum zur Verfügung, um die Aufprall­ energie zu absorbieren. Daher hat Audi bei der Entwicklung des A6 besonderes Augenmerk auf die Stabilität und Verformungscharakteristik der tragenden Struktur Seitenwandrah­ men und der Türen gelegt. Durch eine optimale Abstimmung von Struktur- und Interieurkomponenten wurde sicherge­

6 Seitencrash

stellt, dass die Belastung auf den Insas­ sen im Seitenaufprall so gering wie mög­ lich ist. Am Beispiel der Türen heißt dies, dass sowohl hochfeste Werkstoffe als auch Aluminium zum Einsatz kommen. Dabei wurde unter anderem auch darauf geach­ tet, dass die Türen durch ihre große Über­ deckung zum Seitenwandrahmen die Las­ ten gleichmäßig verteilen und so höchste Strukturanforderungen erfüllen. Des wei­ teren wurden die Türverkleidungen so verformbar ausgelegt, dass sie möglichst viel Aufprallenergie abbauen, 6. Auslegung des Seitenschutzsystems

Durch das Zusammenwirken der opti­ mierten Seitenstruktur der Karosserie mit den Türen und den Türinnenverkleidun­ gen werden beim neuen Audi A6 geringe Intrusionen und niedrigere Eindringge­ schwindigkeiten erreicht. Auf Basis die­ser

Crashkinematik sind die weiteren Teilsys­ teme – das großvolumige Kopfairbagsys­ tem, die optimal in den Sitzen positionier­ ten Seitenairbags und die Auslösung der aktiven Gurtkomponenten – exakt abge­ stimmt. Zusätzlich schützen die Sitze durch ihre hohe Quersteifigkeit den Insas­ sen bei Unfällen vor starken lokalen Beaufschlagungen, 7. Für die zeitgerechte Auslösung der Sei­ tenairbags sorgen Beschleunigungssenso­ ren im Bereich der C-Säule sowie Druck­ sensoren in den vorderen Türen. In Kom­ bination mit den Informationen des zentralen Beschleunigungssensors im Air­ bagsteuergerät erfolgt über alle Crashsze­ narien eine schnelle und angepasste Aus­ lösung der Rückhaltesysteme. Heckaufprallschutz

Die Integrität des Kraftstoffsystems und die Stabilität der Fahrgastzelle hängen bei einem Heckaufprall insbesondere von den Kraftpfaden der Fahrzeugstruk­ tur ab. Das Hauptaugenmerk bei der Entwicklung des Heckaufprallschutzes für den neuen A6 lag darin, die schon sehr guten Crasheigenschaften des Vor­ gängers weiterzuentwickeln. Bei einem Heckcrash des neuen Audi A6 wird die Last über den stabilen Stoß­ fängerquerträger und die dazugehörigen Deformationselemente auf die aus hoch­ festem Stahl gefertigten hinteren zwei Längsträger übertragen. Durch diesen Lastpfad bleibt der Tank – der durch seine Lage ohnehin schon geschützt ist - auch im Falle eines Heckanpralls außerhalb der Deformationszone, 8. Selbstverständlich werden auch die Insassen durch die hochfesten Längsträ­ ger und die gewählte Lastverteilung in der Karosserie effektiv geschützt; Die Fahr­ gastzellendeformation wird durch diese Maßnahmen minimiert, 9. Bei höheren Kollisionsgeschwindigkeiten werden zusätzlich die Gurtstraffer vorne aktiviert, um die Insassen noch effektiver im Fahr­ zeug zu schützen. whiplashoptimierter Vordersitz

7 Insassenschutzsysteme (Simulation/Versuch)

212

Studien der Unfallforschung zeigen, dass besonders Auffahrunfälle mit 32 bis 50 km/h viele Verletzungen an der Halswir­ belsäule hervorrufen. Die Auslegung der

8 Kraftstoffbehälter außerhalb der Deformationszone

Vordersitze des neuen A6 erfolgte daher mithilfe eines aus den Studien abgeleite­ ten Stoßversuchs, bei dem der Sitz inner­ halb von 90 ms auf eine Geschwindigkeit von 16 km/h beschleunigt wird. Eine wichtige Auslegungshilfe in der frühen Entwicklungsphase ist dabei die FEMSimulation, die diese Unfallkonstellatio­ nen genau nachstellt. Dabei werden die Belastungen auf die Halswirbelsäule (HWS) mit einem detaillierten Dummy­ modell erfasst – dem „Biorid II“, ❿. In dieser sogenannten Whiplash-Simulation wird der Sitz ganzheitlich optimiert, um die Belastung der Halswirbelsäule beim Crash möglichst gering zu halten. Dazu muss der Oberkörper leicht in die Lehne eintauchen und der Kopf frühzeitig von der Kopfstütze aufgefangen werden. Kon­ struktiv wurde dies durch energieabsor­ bierende Schaumelemente in der Sitz­ lehne, eine optimierte Struktursteifigkeit und eine stabile Kopfstütze gelöst. Die Wirksamkeit des Systems wurde durch Simulation realer Unfälle in Versu­ chen mit einer Schlittenanlage und mittels Heckcrashs überprüft. Die Kombination von Versuchen und FEM-Simulationen erlaubte detailliertere Parameterstudien und gezielte Optimierungsschleifen, die letztendlich zu einem effizienten Gesamt­ system führten. Die Vergleichstests von bekannten Verbraucherschutzverbänden wie ADAC, Thatcham, IIHS, GdV und Folksam belegen die Wirksamkeit der Kopfstützenauslegung und sichern damit Audi Sitzen Bestnoten.

9 Sicherstellen der Integrität Fahrgastzelle

FuSSgängerschutz

Das sportlich flache Design des neuen A6 wurde durch besonders effiziente Sicher­ heitsmaßnahmen so ausgelegt, dass bei Kollisionen die Unfallfolgen für Fußgänger deutlich reduziert werden, ⓫. Bereits in der Konzeptphase hatte der aktive und passive Fußgängerschutz bei der Ausle­ gung des Vorderwagens eine sehr große Bedeutung, so dass die komplette Fahr­

zeugfront inklusive aller Anbauteile im Fokus der Entwicklung stand. Um bei einem Kopfaufprall auf die Frontklappe ein hohes Schutzpotenzial zu bieten, sind alle Bauteile im Motorraum nachgiebig gestaltet oder entsprechend tief positioniert. Zudem spielt das energie­ absorbierende Verhalten der Frontklappe eine entscheidende Rolle. Durch frühzei­ tige, konzeptbegleitende Simulationen sind bauraumeffiziente Lösungen im Vor­

❿ Detailliertes Dummymodell Biorid II Januar 2011

Audi A6

213

Audi A 6 Fah rzeugsiche rheit

⓫ Übersicht aktiver und passiver Fußgängerschutz

derwagenpackage entwickelt worden. ⓬ zeigt die gute Prognosefähigkeit der Simu­ lation beispielhaft für einen Kopfaufprall auf die Frontklappe mit Kontakt auf der nachgiebigen Motordesignabdeckung. Durch das effiziente Stoßfängersystem konnten die hohen Anforderungen des Fußgängerschutzes bei gleichzeitig kur­ zem Überhang der Fahrzeugfront erreicht werden. Der energieabsorbierende Stoß­ fängerüberzug und ein bauraumeffizienter Deformationsschaum bieten dabei im

Falle eines Beinaufpralls ein optimales Schutzpotenzial für den Fußgänger. Bei Auslegung des Fahrzeugs war es das Ziel, höchstes Schutzniveau beim pas­ siven Fußgängerschutz unter Berücksich­ tigung aktueller Unfallanalysen zu errei­ chen. Als Ergebnis bietet der neue A6 einen passiven Fußgängerschutz, der über die geltenden gesetzlichen Vorschriften und Verbraucherschutz-Anforderungen hinausgeht. Neben den passiven Maßnah­ men verfügt der neue A6 über ein serien­

mäßiges Tagfahrlicht, welches dafür sorgt, dass das Fahrzeug von anderen Verkehrs­ teilnehmern schneller erkannt wird. Der optional erhältliche Nachtsichtassistent mit Markierung erkannter Fußgänger und Fußgängerwarnung unterstützt den Fahrer bei Fahrten in der Dunkelheit. Tagfahrlicht und Nachtsichtassistent bieten einen erheblichen Beitrag, Fußgängerunfälle zu verhindern und bilden zusammen mit passiven Maßnahmen ein integrales Fuß­ gängerschutzsystem.

Danke Bei der Erstellung des Beitrags haben zudem mitgewirkt: Dipl.-Ing. Horst Pankalla, Projektleiter CReihe im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dipl.-Ing. Arnaud Freyburger, Eigenschaftsentwickler Fußgängerschutz im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt. Dipl.-Ing. (FH) Franz-Xaver Riedl, Eigenschaftsentwickler Crashsensoriksysteme im Bereich Fahrzeugsicherheit bei der AUDI AG in Ingolstadt.

⓬ Beschleunigungskurve Simulation und Versuch, Kopfanprall auf die Frontklappe mit nachgiebiger Motordesignabdeckung

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Audi A6 elektrik I elektronik

Die Elektrik / Elektronik des Audi A6 Der neue Audi A6 setzt Maßstäbe im Segment der Businesslimousinen. Er dokumentiert seine Hochwertigkeit nicht nur durch modernes Design und exklusive Materialien, sondern auch durch hohe Effizienz und modernste Technik im Bereich Elektrik/Elektronik.

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aut o r e n

Ricky Hudi

ist Leiter Elektrik/Elektronik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Alexander Makowski

ist Projektleiter Elektrik/Elektronik für die A6 Baureihe bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Selbsterklärende Bedienund Anzeigekonzepte

Wie der Audi A8 bringt auch die A6 Limousine einen neuen Grad an technischer Intelligenz mit einer logischen, intuitiven Ergonomie zusammen. Er bietet eine Fülle an Funktionen – seine Bedienung ist einfach und selbsterklärend. Das Bediensystem des „MMI“ wurde mit einer zentralen Menütaste und einer deutlich reduzierten Tastenanzahl weiter verbessert – und das bei einem gleichzeitigen Funktionszuwachs von mehr als 50 % gegenüber dem Vorgängermodell. Wie in der Luxuslimousine A8 bringt die „MMI Navigation plus“ auch im A6 eine wegJanuar 2011

Audi A6

weisende Innovation mit – das „MMI touch“. Damit kann der Fahrer viele Funktionen hochkomfortabel nahezu ohne Blickabwendung von der Straße ausführen – beispielsweise Buchstaben des Navigations­ziels oder Ziffern der Telefonnummer mit dem Finger schreiben. Das MMI touch erkennt auch die Schriftzeichen vieler asiatischer Sprachen. Als besondere Neuheit ist der A6 optional mit „Head-up Display“ erhältlich. Es projiziert die wichtigsten Informationen auf die Windschutzscheibe, so dass sie in zirka 2,3 m Entfernung zu schweben scheinen. Der Fahrer nimmt diese Informationen extrem schnell auf, weil sich seine Augen, beim Fahren an die Fernsicht gewöhnt, nicht umstellen müssen. Über das MMI kann er festlegen, welche Informationen – etwa die Geschwindigkeit, die Navigationspfeile oder die Anzeigen der Assistenzsysteme – das Head-up Display zeigen soll. Attraktive Infotainment­angebote

Der neue A6 bietet aber auch im Infotainmentbereich viele attraktive Bausteine. Die Online-Dienste verbinden den neuen Audi A6 über das BluetoothAutotelefon mit dem Internet. Ein UMTSModul lädt Bilder und Informationen von „Google Earth“ auf den Monitor und kombiniert sie mit der Navigationsroute. Ein WLAN-Hotspot stellt den Kontakt zu mobilen Geräten her. Bis zu acht Endgeräte wie Laptop, „Apple iPad“ oder Netbook lassen sich darüber gleichzeitig mit dem Internet verbinden. In Sachen Multimedia bildet das „Bang & Olufsen Advanced Sound System“ mit 1300 Watt Leistung die Spitze der HiFi-Palette im A6. Seine 15 Lautsprecher – darunter zwei akus­tische Linsen, die beim Start aus der ­Instrumententafel fahren – sind einzig­ artig in dieser Fahrzeugklasse. Die Verstärker für die Tieftöner arbeiten ausgesprochen energieeffizient. Licht-Kunstwerke

Die Scheinwerfer sind, wie immer bei Audi, technische Kunstwerke. Sie präsentieren den Vorsprung, den Audi sich in der Lichttechnik erarbeitet hat. Neben den serienmäßigen Halogenscheinwerfern nutzt der A6 die „Xenon plus“-Technik mit integrierter

Allwetterlichtfunktion, die die klassischen Nebelscheinwerfer ersetzt. Optional wählbar ist die Funktion „adaptive light“, die in der Stadt, beim Abbiegen, auf der Landstraße und auf der Autobahn stets die passende Ausleuchtung bietet. Sie integriert die gleitende Leuchtweitenregulierung, die andere Fahrzeuge erkennt und das eigene Licht mit leichten Übergängen anpasst. Auf Wunsch verleihen die innovativen Voll-LEDScheinwerfer dem Gesicht des A6 einen unverwechselbaren Ausdruck. Sie realisieren alle Funktionen mit Leuchtdioden, und das bei sehr geringem Energieverbrauch. Hochwertige Fahrer­ assistenzsysteme

Ganz besonders freuen dürfen sich A6-Kunden auf eine breite Palette an Fahrerassistenzsystemen der jüngsten Generation von Audi, wie den Nachsichtassistenten mit Markierung erkannter Fußgänger, das Sicherheitssystem „adaptive cruise control Stop & Go“, die „Tempolimitanzeige“, den „Audi side assist“ oder den „Audi active lane assist“. Als Höhepunkt wird im A6 der neue „Parkassistent“ mit selbsttätiger Einpark-/Lenkfunktion angeboten, der den A6 in Längs- und Querparklücken lenkt – sogar in mehreren Zügen, vorwärts und rückwärts. Die Assistenzsysteme sind untereinander und mit weiteren Systemen im Fahrzeug eng vernetzt und können so komplexe Szenarien erkennen. Das macht sie extrem leistungsfähig, vielseitig und intelligent. Das Navigationssystem der Luxusklasse liest beispielsweise im Vo­raus den Verlauf der Strecke mit und leitet die prädiktiven Daten der Route an die Steuergeräte der Scheinwerfer, des Automatikgetriebes und der adaptive cruise control mit Stop-and-go-Funktion weiter. Um die Fahrerassistenz- und Fahrwerksysteme noch präziser regeln zu können, wurde das hochmoderne und extrem schnelle Datenbus-System FlexRay in die Fahrzeugarchitektur integriert. Qualität und Zuverlässigkeit dieser Systeme steht für Audi an oberster Stelle, denn erst das optimale Zusammenspiel aller Einzelsysteme macht ein Auto perfekt. Deshalb wird Audi die Qualität über alle Fahrzeuggenerationen hinweg weiter steigern und die Elektronik als Kernkompetenz weiter ausbauen. Das geschieht selbstverständlich entlang der gesamten Prozesskette.

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Audi A6 elektrik I elektron ik

AuSSen- und Innenbeleuchtung in LED-Technik Für den Audi A6 sind drei verschiedene Varianten für Frontscheinwerfer und drei unterschiedliche Innenraum-Beleuchtungspakete erhältlich. Besonders innovativ sind die Voll-LED-Scheinwerfer, die tageslichtähnliche Ausleuchtung der Fahrbahn durch neueste Lichttechnik erlauben. Bei der Innenbeleuchtung setzen LEDs durch Lichtszenarien komfortable Akzente. Die LED-Heckleuchten vervollständigen das unverwechselbare Erscheinungsbild des Audi A6.

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au t o r e n

Dipl.-Ing. Stephan Berlitz

ist verantwortlich für die Entwicklung Lichtelektronik und Innovationen Lichttechnik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. (FH) Roman Horst

ist zuständig für die Beleuchtungselektronik im Audi A6 bei der AUDI AG in Ingolstadt.

1 Explosionszeichnung LED-Scheinwerfer

AuSSenbeleuchtung

Dipl.-Ing. (FH) Tobias Schwab

ist Teamkoordinator in der Entwicklung Innenlicht bei der AUDI AG in Ingolstadt

Es ist schon zu einer Tradition bei Audi geworden, dass die Fahrzeuge der Marke durch ein unverwechselbares Nachtdesign ein besonderes Erscheinungsbild auf der Straße abgeben. Mit dem Audi A6 werden allerdings die Maßstäbe für Design, Innovation und Effizienz der Fahrzeugbeleuchtung neu gesetzt. Er verfügt über drei unterschiedliche Varianten von Frontscheinwerfern, der Kunde kann zwischen Halogen-, Xenon- und LED-Scheinwerfern, 1, wählen.

Dipl.-Ing. Michael Mayer

ist zuständig für die Entwicklung der Dachmodulelektronik in der Entwicklung Komfort­e lektronik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. (FH) Markus Meier

ist zuständig für die Entwicklung des Innenlichts A6 in der Entwicklung Innenlicht bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

Voll-LED-Scheinwerfer

Der Voll-LED-Scheinwerfer beim Audi A6 besteht aus effizienten Hochleistungs-LEDs, mehreren leistungsfähigen und mit dem Gesamtfahrzeug vernetzten Steuergeräten, präzise ausgelegten Linsen- und Reflektorsystemen und einem bis in das kleinste Detail durchdachten Gehäuse. Für das Thermomanagement und die Durchlüftung im Scheinwerfer sorgt ein Lüfter, der Elektronik und Lichtquelle vor Übertemperatur bewahrt und die Konvektion verstärkt. Für die optimale Lichtverteilung im Abblendlicht sorgen vier Ein-Chip- und fünf Zwei-Chip-LEDs, verbaut in insgesamt neun aufeinander genau abgestimmten Reflektor-Linsenmodulen. Der Voll-LEDScheinwerfer im Audi A6 erschließt eine neue Dimension der Nachtfahrtsicherheit. Die Lichtverteilung wird mittels eines Schrittmotors auf die Beladungszustände

und Karosserieneigungen beim Beschleunigen und Bremsen vollautomatisch und blitzschnell angepasst. Das automatische Autobahnlicht erhöht die Sichtweite auf ausgebauten Landstraßen und Auto­ bahnen: Schrittmotoren heben die HellDunkel-Grenze bei schnelleren Fahrten an. Bei Nachtfahrten verbessert das Fernlicht die Sicht, erzeugt durch drei Vier-Chip-LEDs und in einem Freiflächen­ reflektions­system. Das LED-Abbiegelicht, erzeugt durch einen Vier-Chip-LED, überzeugt durch seine Lichtleistung beim Abbiegen in Kurven, dunkleren Gassen oder Hofeinfahrten. Um die Blendung des Gegenverkehrs bei Änderung der Verkehrsrichtung zu vermeiden, lässt sich der Scheinwerfer über das „CAR“-Menü im „MMI“ in einen Touristenmodus versetzen. Umgesetzt wird diese Lichtfunktion durch das Abschalten der drei asymmetrischen LEDReichweitenmodule. Ein Werkstattbesuch für das Umschalten mechanischer Scheinwerferkomponenten oder Abkleben bestimmter Bereiche der Scheinwerferlichtscheibe ist somit überflüssig. Allwetterlicht

Das neuartige Allwetterlicht wird mithilfe mehrerer elektronischer und elektromechanischer Komponenten des Scheinwerfers realisiert. Durch eine Kombination der LED-Ansteuerung mit der gleichzeitigen Verstellung der Hell-Dunkel-Grenze

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über die Schrittmotoren wird die Eigenblendung des Fahrers bei Nebel und Regen reduziert. Zusätzlich wird der Straßenrand weiter ausgeleuchtet, was zur Erhöhung des Fahrkomforts beiträgt. Durch die Einführung des Allwetterlichts ist es auch im Audi A6 möglich geworden, den bisherigen 55-Watt-Halogen-Nebelscheinwerfer entfallen zu lassen. Die Vorteile dieser Lösung sind enorm. Es gibt keinen Farbkonflikt zwischen den Farbtemperaturen des tageslichtähnlichen Voll-LEDScheinwerfers (5500 K) und des gelblichen Halogennebelscheinwerfers (3000 K). Nicht zu vergessen ist auch die Energiebilanz zwischen Allwetterlicht und Nebelscheinwerfer. Das Einschalten der beiden herkömmlichen Nebelscheinwerfer im Fahrzeug belastet die Energieversorgung mit einer Leistung von zirka 110 Watt. Das Allwetterlicht dagegen wird durch eine Umschaltung der Lichtverteilung realisiert, wobei kein zusätzlicher Energiebedarf entsteht. Der freigewordene Bauraum im Stoßfänger kann für die Radarsenso­­­ren der „adaptive cruise control“ (ACC) genutzt werden. Die Leistungsfähigkeit des ACC-Systems wird durch die neue Einbaulage erheblich verbessert. LED-Blinklicht

Zu der bekannten LED-Tagfahrlicht/Positionslicht-Doppelfunktion ist die LED-Blinklichtfunktion hinzugekommen. Dadurch bietet der Scheinwerfer im Audi A6 das gleiche, durch eine Dickwandoptik sehr homogene Erscheinungsbild für alle drei

2 Zweiteilige Heckleuchte in LED-Technik

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Lichtfunktionen und nutzt den bestehenden Bauraum optimal. Umgesetzt wird das Tagfahrlicht/Positionslicht durch 24 weiße LEDs. Das Blinklicht wird ebenfalls mit 24 LEDs erzeugt, die allerdings gelb leuchten. Hierbei werden InGaN-LEDs (Indium Gallium Nitrid) eingesetzt, bei denen das gelbe Licht durch Phosphorkonvertierung blauer LEDs entsteht. Die LEDs zeichnen sich durch eine deutlich geringere Degradation als herkömmliche AlInGaP-LEDs (Aluminium Gallium Indium Phosphid) aus. Die Kombination aller Lichtfunktionen auf geringstem Bauraum mit höchsten Ansprüchen an Lichttechnik, Homogenität und Design stellt dabei neue Anforderungen an Optikberechnung, Thermomanagement, Package sowie Werkzeugauslegung. LED-Heckleuchten

Die zweiteiligen LED-Heckleuchten, 2, vervollständigen das unverwechselbare Erscheinungsbild des Audi A6 sowohl bei Nacht als auch bei Tag. Die LED-Elektronik zeichnet sich durch eine intelligente Auslegung von Ansteuerung und Dia­ gnose aus. Obwohl die Lebensdauer einer LED um einiges höher als die einer Glühlampe ist, wird die Funktion der LEDs mittels einer integrierten Ausfallerkennung überwacht. Die Analogelektronik innerhalb der Heckleuchte sorgt für die korrekte Ansteuerung der einzelnen Lichtfunktionen, die Einhaltung der geforderten Lichtwerte und die Überwachung der einzelnen LEDs.

Das Schlusslicht wird durch insgesamt 60 LEDs realisiert. Eine besondere Herausforderung an die Lichttechnik und Kon­ struktion sind Homogenität sowie Lichtleistung. Das von den LEDs emittierte Licht wird durch 60 aufeinander abgestimmte Reflektoren umgelenkt und durch eine Streuoptik verteilt. Das Ergebnis ist ein Erscheinungsbild, das den neuen Audi A6 deutlich innerhalb der Audi Familie und gegenüber dem Wett­bewerb differenziert. Nicht weniger aufwendig sind auch die Brems- und Blinklicht-Signalfunktionen aufgebaut. Jeweils 50 rote und 56 gelbe LEDs sorgen für die sichere Wahrnehmung des neuen Audi A6 im Straßenverkehr. Innenbeleuchtung

Komfort und Ambiente im Innenraum tendieren in den gehobenen Fahrzeugklassen der Fahrzeughersteller immer öfter zu einem wichtigen Differenzierungsmerkmal. Innenraumlichtpakete und Ambientelichtinszenierungen tragen dazu primär bei. Dazu müssen sich die Hersteller der Herausforderung stellen, den unbewusst wahrgenommenen Anteil am Ambiente deutlicher hervorzuheben und so in der Wahrnehmung des Kunden zu steigern. Am Ende steht das Ziel, Ambientebeleuchtung und Innenlichtszenarien zu begehrenswerten und markenspezifischen Ausstattungen zu entwickeln. LED-Innenbeleuchtung

Ausgeprägter Premiumcharakter und sportlicher Reisekomfort sind die Eckpfeiler der Innenlichtinszenierung des Audi A6. Beleuchtete LED-Einstiegsleisten, LED-Vorfeldbeleuchtung und Lichtszenarien begrüßen Fahrer und Mitreisende und laden sie in das Fahrzeug ein. Dezente Ambientelichtleiter in den Türen und in der Mittelkonsole durch indirekte LED-Lichtleiter geben dem Raum bei Dunkelheit Größe und Weite. Technisch gesehen verwendet Audi für alle LED-Innenraum-Lichtquellen eine dem Tageslicht angeglichene, kaltweiße Farbtemperatur von 5500 K mit einem hohen spektralen Blauanteil. Da diese Farbe die Helligkeitsadaption der Augen verringert, steigert sie bereits in kleinen Dosierungen den Aufmerksamkeitsgrad des Fahrers beim Blickwechsel zwischen Straße und Innenraum. Ein weiterer positiver Nebeneffekt des LED-Lichts ist die deutliche Differenzierung gegenüber

3 Ambiente Interieur

konventionellem Licht der Glühlampe. Im „Premium LED Lichtpaket“ sind auch alle übrigen Lichtquellen bezüglich ihrer Lichtfarbe angeglichen. So sind alle funktions­ orientierten Leuchten, wie die Fußraum-, Makeup- und Türtaschenleuchten, ebenfalls in LED-Technik ausgeführt. Mit der LED-Technik im Innenraum verfolgt Audi konsequent den Weg, Lichtinnovationen und Lichtdesign über Scheinwerfer und Heckleuchten hinaus nun auch im Innenraum zu etablieren und zu standardisieren. Einer der großen Vorteile von LEDs für die Innenbeleuchtung ist ihre geringe Baugröße im Vergleich zur konventionellen Lichttechnik. So sind kleinste Bauräume, beispielsweise als Lichtquelle von Türlichtleitern, für einen Verbau ausreichend, 3. Wenn bisher der verfügbare Bauraum die Position eines Ambientelichtes vorgab, so stehen nun Designvorgaben im Vordergrund und können das Spiel der Koexistenz von Licht und Form perfektionieren. Lichtszenarien

Eine der markantesten Neuerungen gegenüber dem bisherigen A6 sind die Lichtszenarien aus dem Funktionsumfang des Premium LED Lichtpaketes: Mit dem Aufschließen des Fahrzeuges verteilt sich das Innenlicht vom Fahrersitz über den Beifahrersitz bis zu den Fondsitzen und erhellt Januar 2011

Audi A6

somit den gesamten Innenraum. Die Fußraumbeleuchtung und die Ambientebeleuchtung in den Türen werden aktiviert. Durch dieses verzögerte und gedimmte Einschalten wird der Effekt einer sich ­ im Fahrzeug ausbreitenden Lichtwelle erzeugt. Zusätzlich wird mit der „Coming/ Leaving Home“-Funktion die kombinierte Vorfeld- und Türgriffbeleuchtung aktiviert, um das Umfeld des Fahrzeugs und den Türgriff zu beleuchten. Wird eine Tür geöffnet, fokussiert sich das Innenlicht auf den entsprechenden Sitz und beleuchtet diesen („Welcome Light“). Um dennoch eine Grundhelligkeit im Fahrzeuginnenraum zu gewährleisten, wird die Umleuchtung der Mittelkonsole gedimmt eingeschalten und die Ambientebeleuchtung in den Türen angesteuert. Wird das Fahrzeug wieder abgeschlos­­­­ sen, dann zieht sich das Innenlicht, bei den Fondsitzen beginnend, über den Beifahrersitz bis zum Fahrersitz zurück, bis ­ es schließlich im Lenkrad „verschwindet“. Lediglich die Vorfeldbeleuchtung im Türgriff bleibt, ergänzend zur Außenbeleuchtung und gesteuert über „Coming/Leaving Home“, aktiv. Lichtstärken von mehr als 30 Lux für das LED-Leselicht, homogenisiert und mit einer optimierten Lichtverteilung auf den jeweiligen Sitzplatz ausgerichtet, bieten einen ermüdungsfreien Lesekomfort, der mit kon-

ventioneller Technik so nicht realisierbar ist. Allerdings müssen Hochleistungs-LEDs effizient und im optimalen Leistungsbereich betrieben werden. Strom- und Spannungsschwankungen im Bordnetz, beispielsweise hervorgerufen durch Rekuperation, müssen zusätzlich kompensiert werden. Steigende Lichteffizienz während eines gesamten Fahrzeuglebens erfordert kontinuierliche Anpassung der Elektronik. Temperaturmanagement und elektrisches Leistungsmanagement sind auch im Innenlicht die Basis für Strom- und Lichteffizienz, sowie für eine lange Lebensdauer der LEDs. Die Angebotstruktur der Innenlichtpakete ist auf den Premiumanspruch des Audi A6 ausgerichtet. Der Kunde hat die individuelle Wahl, eine bereits hochwertige Serienausstattung durch zwei auf einander aufbauende Lichtpakete zu erweitern. Das erste Lichtpaket ergänzt dabei die Serienausstattung um LED-Ambientelichtleiter in allen Türen, Einstiegsleuchten an den hinteren Türen und einer Vorfeldbeleuchtung aus den Seitenrückspiegeln. Das zweite, das Premium LED Lichtpaket, ersetzt im Innenlichtmodul die konventionelle Technik durch LED-Technik, erweitert die Ambientebeleuchtung um eine indirekte Umleuchtung der Mittelkonsole und beleuchtete Einstiegsleisten, eine Kartenfachbeleuchtung in den Vordertüren, sowie um das oben beschriebene Einstiegsszenario.

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Bedienkonzept Das Bedienkonzept des neuen Audi A6 erlaubt die schnelle und logische Steuerung der Fahrzeug-, Komfortund Infotainmentfunktionen: Alle Bedienelemente sind logisch und griffgünstig platziert. Das bewährte „MMI“ wurde weiter verbessert, beim innovativen „MMI touch“ können Befehle per Touchpad eingegeben werden. Auch die Sprachsteuerung wurde für den neuen Audi A6 deutlich weiterentwickelt.

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aut o r e n

Dr.-Ing. Werner Hamberger

ist Leiter der Entwicklung Bedienkonzept bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Sozialwiss. Philip Rigley

ist Fachverantwortlicher für das Bedienkonzept Fahrzeugfunktionen bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Michael Betz

ist Projektleiter der Konzeptentwicklung von grafischen Benutzerschnitt­ stellen bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr. rer.nat. Stefan Christ

verantwortet die Projektsteuerung der Abteilung Bedienung und Anzeige bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr.-Ing. André Ebner

ist verantwortlich für die Entwicklung des Bedien- und Anzeigekonzepts von Infotainmentgeräten bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Kristin Dettmer, M.A.

ist verantwortlich für die Entwicklung multimodaler Bedienkonzepte bei der AUDI AG in Ingolstadt.

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Audi A6

Optimale Fahrerunterstützung

Das Vorgängermodell des Audi A6 erntete viel Lob für sein klares und durchdachtes Bedienkonzept und fungierte daher als Ausgangsbasis für das neue Modell. Neue und weiterentwickelte Funktionen sowie sich wandelnde und wachsende Ansprüche der Kunden gaben die Richtung für die Weiterentwicklung des Bedienkonzepts vor. Der neue Audi A6 soll den Fahrer optimal bei seiner Fahrt unterstützen, die Nutzung der Infotainment- und Komfortfunktio­ nen soll nicht vom Verkehrsgeschehen ablenken. Die folgenden Leitsätze dienten im gesamten Entwicklungsprozess dazu, dieses Ziel zu erreichen: :: Häufig bediente Funktionen können schnell aufgefunden und direkt abgerufen werden. :: Alle Bedienelemente sind logisch und griffgünstig platziert. :: Anzeigen im Fahrzeug können mit geringen Blickabwendungen abgelesen werden. :: Alle Bedienelemente ermöglichen durch eine eindeutige Haptik eine sichere Bedienung. :: Alle Bedienhandlungen sind erwartungskonform ausgestaltet. :: Komplexe Funktionen werden anschaulich erläutert. Die augenfälligsten Anzeige- und Bedienelemente im neuen A6 sind das Kombiinstrument mit Fahrerinformationssystem und Multifunktionslenkrad sowie das „Multi Media Interface“ (MMI). Das Kombiinstrument dient als direkte und schnelle Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug. Alle zum sicheren Führen des Fahrzeugs relevanten Informationen kann der Fahrer hier ablesen, dabei muss er seinen Blick nur minimal abwenden. Zusätzlich bietet das Kombiinstrument gemeinsam mit dem Multifunktionslenkrad die Möglichkeit, wichtige Funktionen des Audi MMI abzurufen, ohne die Hände vom Lenkrad oder den Blick lange von der Straße abwenden zu müssen. Das MMI dient als zentrale Schnittstelle zwischen den Fahrzeuginsassen und den Infotainmentfunktionen des Fahrzeugs. Egal ob es um die Wahl des richtigen Radiosenders oder des Lieblingsmusikstücks geht, ob ein Navigationsziel schnell eingegeben werden oder ein verpasster Anruf beantwortet werden soll, stets bietet das Audi MMI durch sein weit oben positioniertes Display und sein griffgünstig platziertes Bedienteil eine komfortable und sichere Bedienung, die durch „MMI touch“, Tasten und Drehsteller verschiedene Eingabemöglichkeiten bietet. Neben Kombiinstrument und MMI tragen auch die weiteren Komfortbedienelemente einen wichtigen Teil zu einem gelungenen Gesamtbedienkonzept bei. Klimabedienteil

Die Klimaautomatik des neuen Audi A6 bietet mit ihrer zonengetrennten Bedienung ein Höchstmaß an Komfort, 1. Bei Fahrzeugen mit Klimaautomatik wird die Temperatur für Fahrer- und ­Beifahrer über den linken beziehungsweise rechten Drehsteller getrennt geregelt. Durch den zentralen Drehsteller kann das Gebläse schnell reguliert werden, drei darunter liegende Tasten bieten die Möglichkeit, den Luftstrom schnell zu variieren. Fahrer- beziehungsweise beifahrerseitig positioniert sind die Tasten für die Sitzheizung: Mit diesen Direktwahltasten kann die Heizwirkung schnell eingestellt werden. Die eingestellte Heizstufe wird durch LEDs in den Tasten angezeigt.

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Sitzbedienung

1 Das neugestaltete Klimabedienteil ermöglicht einen schnellen Zugriff auf die zahlreichen Einstellmöglichkeiten

Die Komfortklimaautomatik bietet eine individuelle Klimaregelung für alle vier Sitzplätze: Neben der Temperatur kön­ nen auch Luftmenge und Luftverteilung unabhängig voneinander eingestellt werden. Damit dieser Klimatisierungskomfort auch mit hohem Bedienkomfort einhergeht, wurde das Klimabedienteil in vielen Punkten verbessert. Über zwei Drehstel­ler mit verbesserter Haptik lässt sich die gewünschte Temperatur schnell und präzise einstellen. Eine Synchronisierungstaste bietet dem Alleinfahrer auf Tastendruck den Bedienkomfort einer Einzo­­nen-Klimaautomatik. Sitzheizung und Sitzlüftung können mit Direktwahl-

tasten schnell eingestellt werden, die in den Tasten platzierten LEDs geben jederzeit Auskunft über die eingestellte Heizoder Lüftungsstufe. Neben diesen wichtigen, im direkten Bedienzugriff platzierten Funktionen bietet die Klimaautomatik noch weitere Annehmlichkeiten, die bequem und anschaulich über das „CAR“-Menü des MMI bedient werden können: Hier können der bevorzugte Klimatisierungsstil eingestellt, ein Standheizungstimer programmiert oder die Fondbedienung aktiviert werden, die ein unkompliziertes Einstellen der beiden hinteren Klimatisierungszonen mit dem vorderen Bedienteil ermöglicht.

2 Die Bedienung der Komfortfunktionen der Vordersitze wird durch eine anschauliche Grafik unterstützt

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Um den Sitzkomfort im neuen Audi A6 noch weiter zu erhöhen, wurden die ­Verstellmöglichkeiten der Sitze noch­­­­­ mals erweitert, wodurch eine bessere Anpassung an den Fahrer oder Beifahrer ermöglicht wird. Bei der Entwicklung des Bedien­konzepts stellte sich die Herausforderung, dass die Vielfalt der Verstellung nicht zu Lasten einer intuitiven und schnellen Einstellung der wichtigsten Parameter gehen darf. Gelöst wurde dieser Zielkonflikt durch eine logische Gruppierung in Hauptfunktionen und Komfortfunktionen. Bei den elektrisch einstellbaren Vordersitzen lassen sich die Hauptfunktionen, zu denen beispielsweise die Sitzlängsverstellung oder die Verstellung ­ der Lehnenneigung gehören, gewohnt schnell bedienen. Die zwei Schalter sind seitlich am Sitz platziert und können betätigt werden, ohne den Blick vom Verkehr abzuwenden. Die zusätzlichen Komfortfunktionen sind auf einem Multifunktionsschalter gebündelt, der direkt neben den beiden Hauptbedienschaltern platziert ist. Jede Bedienung mit diesem Multifunktionsschalter wird durch eine anschauliche, animierte Abbildung im MMI-Display unterstützt, die sowohl die zu verstellenden Sitzbereiche als auch die dazugehörigen Verstellrichtungen darstellt, 2. Ist zusätzlich noch die Massagefunktion in den Sitz integriert, wird auch diese über den Multifunktionsschalter bedient: Es können fünf ­verschiedene Programme gewählt und diese in ihrer Intensität eingestellt werden.

3 Das CAR-Menü bietet mit seinen zahlreichen Einstellungsmöglichkeiten eine optimale Anpassung des Fahrzeugs an den Fahrer

Schiebedachbedienung

Auch der Schiebedachschalter wurde so gestaltet, dass der Fahrer ihn mit möglichst wenig Ablenkung bedienen kann. Dazu orientiert sich die Bedienrichtung des Schalters an der des Schiebedachs: Ein Druck nach oben öffnet das Hubdach, ein Druck nach hinten lässt das Schiebedach nach hinten fahren. Der Fahrer kann nun noch entscheiden, ob das Schiebedach automatisch bis zur Endposition öffnen oder schließen soll (Automatiklauf), oder nur so lange er das Bedienelement betätigt. Diese Bedienweise ist von der Fensterheberbedienung seit langem bekannt. Bedienung der Fahrzeug­abstimmung und des Fahrzeugmenüs

„Audi drive select“ erlaubt es dem Fahrer, den Charakter seines Fahrzeugs mit einem Bedienschritt zwischen dynamisch und komfortabel zu verstellen. Im CAR-Menü wird dem Fahrer die Auswahl der unterschiedlichen Fahrzeugmodi auf der oberen Ebene übersichtlich präsentiert. Sollte der Fahrer über diese Bandbreite hinaus weitere Anpassungen des Fahrzeugs an seine Bedürfnisse vornehmen wollen, so bietet ihm das übersichtlich strukturierte und grafisch hochwertige CAR-Menü hierzu viele Möglichkeiten, 3: :: Ein Überblick über Ölstand und anstehende Servicetermine kann bequem unter „Service & Kontrolle“ abgerufen werden. :: Die zahlreichen Assistenzsysteme können unter dem Eintrag „Fahrerassistenz“ den Bedürfnissen angepasst werden. :: Unter „Klima“ sorgen zahlreiche Parameter für eine bedarfsgerechte Auslegung der Klimaautomatik. :: Das Einschalten oder Programmieren des Standheizungstimers wird unter „Standheizung“ ermöglicht. :: Zusammengefasst unter „Einstellungen und Komfort“ finden sich zahlreiche weitere Optionen von Ambientelicht bis Zentralverriegelung. MMI-Bedienteil

Wie bei Audi üblich, ist das MMI-Bedienteil optimal erreichbar auf der Mittelkonsole platziert. Neben der ergonomischen Januar 2011

Audi A6

4 Das MMI-Bedienteil ermöglicht mit dem MMI touch eine ablenkungsarme Eingabe von Navigationszielen und Telefonnummern

Position trägt auch die Aufteilung des MMI-Bedienteils selbst zu einer effizienten und vor allem ablenkungsarmen Bedienung bei. Hierzu wurde das MMI-Bedienteil in drei klar abgegrenzte Bereiche gegliedert: In der Mitte findet sich der ­zentrale Dreh-Drück-Steller mit den vier Audi typischen Steuerungstasten. Mit diesen Bedienelementen können alle aktuellen Bildschirminhalte schnell angewählt werden. Ergänzt werden diese Bedienelemente um die schnell erreichbare „BACKTaste“, mit deren Hilfe man eine Menü­ ebene zurück gelangt. Griffgünstig neben ­ der BACK-Taste findet sich die zentrale Menütaste, mit deren Hilfe durch kurzen Blick auf den Bildschirm ein anderes Hauptmenü angewählt werden kann. ­ Eine charakteristische Mulde hilft, die Taste schnell und sicher zu erfühlen. Der Blick auf das Bedienteil ist während der Fahrt nicht mehr notwendig. Zur schnellen Wahl eines Hauptmenüs im Stand dienen die Funktionstasten, die die Steuerungstas­­­­ ten flankieren: „NAV“, „TEL“, „RADIO“, „MEDIA“ und „CAR“. Direkt vor den Funktionstasten RADIO und MEDIA befindet sich der Lautstärkeregler mit den Pfeiltasten für die direkte Steuerung der Musikausgabe. Fahrerseitig neben dem Getriebewählhebel findet sich die Bedienfläche des MMI touch, 4, zur schnellen und ablen-

kungsfreien Eingabe von Buchstaben und Zif­fern sowie zum Aufrufen und Speichern der Radiovoreinstellungen, zum Verschie­ben der Karte und zur Bedienung eines DVD-Menüs. Bedienung des MMI

Die jetzt vorliegende Generation des Multi Media Interface (MMI), bekannt aus dem aktuellen Audi A8, ist das Premium-Infotainmentsystem im Audi A6. Es wurde einerseits technisch optimiert und mit neuen Funktionen ausgestattet, andererseits wurde auch das Bedien- und Anzeigekonzept weiterentwickelt und verbessert. Diese Verbesserungen zeigen sich in allen Bereichen der Interaktion des Benutzers mit dem MMI, von der Eingabe über die Menüsteuerung bis hin zur Anzeige. Alle Änderungen des Bedienkonzepts im neuen Audi A6 mussten drei wesentlichen Kriterien entsprechen: Sie mussten eine Verbesserung der Bedienung des MMI durch den Kunden bewirken, sie mussten sich in das allgemein als Branchenmaßstab anerkannte Bedienkonzept der Vorgängergeneration des MMI einfügen und sie mussten das Kriterium der Durchgängigkeit in der Bedienung erfüllen. Die wesentlichen neuen Merkmale der aktuellen MMI-Generation sind:

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5 Das übergeordnete Hauptmenü minimiert die Blickabwendung des Fahrers während der Bedienung des MMI

:: neue Designsprache mit verbesser­ter Displayaufteilung und größeren Schriften :: stärkere Strukturierung der Menüabläufe und damit besonders im Erstkontakt mit dem Gerät vereinfachte Interaktion mit dem Infotainmentsystem :: gegenüber der Vorgängergeneration verbessertes Sprachdialogsystem :: Anbindung eines Touchpads als Eingabemedium mit integrierter Schrifterkennung in die MMI Navigation plus. Grafisches Interface und Menülogik des MMI

Als wesentliche Grundpfeiler des MMIBedienkonzepts haben sich die vier Steuerungstasten um den zentralen Drehsteller erwiesen, die Zugang zu den wichtigsten Funktionen des gerade aktiven Menükontexts bieten. War bisher ein nicht unbeträchtlicher Teil der Anzeigefläche durch das grafische Bild der Steuerungstasten fest reserviert, so schafft eine

deutlich reduzierte Darstellung zusammen mit dem nun eingesetzten AchtZoll-Display in der MMI Navigation plus eine deutlich größere nutzbare Fläche für die Menüinhalte. Zusammen mit der neuen Farb- und Formensprache resultiert dies in einer noch klareren grafischen Gliederung, einer leichter ablesbaren Schrift und einem noch ­kundenfreundlicheren Design. Insbe­ sondere bei kognitiv fordernden Anwendungen, wie der Buchstabeneingabe, konnte so ein beträchtlicher Gewinn an Bedienkomfort und Bediensicherheit erzielt werden. Im neuen Audi MMI debütierten ebenfalls eine Reihe von grafischen Hilfsmitteln, die nicht nur die Wertigkeit des visuellen Eindrucks steigern, sondern insbesondere der schnellen Erfassbarkeit der angezeigten Menüinhalte dienen. Generell erklären nun häufig Piktogramme das korrespondierende Menüelement zusätzlich. Dieses Prinzip nutzen auch die neu eingeführten dreidimensio-

6 Kommandoanzeige des Sprachdialogsystems im MMI für Navigation (links) und Telefon (rechts)

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nalen Auswahlmenüs, die als Hauptelemente mehrere kreisförmig angeordnete Icons enthalten und die Grundfunktionen der aktuellen Hauptgruppe zusammenfassen. Auch in den Fahrzeugeinstellungen wird ab sofort jedes Fahrzeugsystem durch eine entsprechende Grafik unterstützt. Neu eingeführte Animationen visualisieren die Menühierarchie und helfen dem Benutzer beim Erstellen eines mentalen Modells der MMI-Struktur. Neben der grafischen Oberfläche wurde die Menülogik weiter optimiert. Um die Blickabwendung während der Fahrt auf ein Mindestmaß zu reduzieren, wurde eine zentral positionierte, haptisch deutlich differenzierte Menütaste eingeführt, über die sich alle MMI-Hauptgruppen mittels eines grafischen Auswahlmenüs anwählen lassen, 5. Um die Bedienkomplexität weiter zu verringern, wurde auf die separate Setup-Taste verzichtet. Die Einstelloptionen werden zukünftig durchgängig mit der rechten unteren Steuerungstaste bedient. Schon die bisher bekannten Menüüberschriften erleichterten die ­Orientierung in der Menüstruktur. Dieses Prinzip wurde mit der Einführung einer Pfadangabe nochmals erweitert, die jederzeit einen noch besseren Aufschluss über die aktuelle Position in der Menüstruktur gibt. Konzept der Sprachbedienung

Bereits seit 1999 bietet Audi für die Bedienung des MMI eine Sprachsteuerung an. Als eine der innovativsten und natürlichsten Kommunikationswege bietet die Sprachbedienung dem Fahrer ein Maxi-

mum an Komfort und Sicherheit. Im neuen A6 ist die Weiterentwicklung des bisherigen Audi Sprachdialogsystems sicht- und vor allem hörbar. Der Fokus des neuen Sprach­dialogsystems liegt auf der intuitiven Benutzbarkeit. Bei der Weiterentwicklung wurde besonderer Fokus auf die Funktionen gelegt, die während der Fahrt häufig bedient werden. Als Ergebnis wurde bewusst nicht jeder MMIMenüeintrag mit einem Sprachkommando belegt. Beispielsweise sind Telefon- und Navigationsfunktionen umfassend sprachbedienbar, während das CAR-Menü mit seinen Fahrzeugeinstellungen nicht per Sprache einstellbar ist. Zudem wird nach Druck auf die Sprechtaste eine Auswahl der wichtigsten Kommandos für das jeweils geöffnete Menü angezeigt, wodurch sich die Benutzerfreundlichkeit weiter erhöht. Die Kommandoanzeige trägt dazu bei, die Einstiegshürde für ungeübte Nutzer zu verkleinern. Diese rein visuelle Unterstützung kann, wenn nicht mehr benötigt, deaktiviert werden, 6. Die Dialoge werden durch geschlossene Fragen gestaltet, um eine maximale Fokussierung auf den Straßenverkehr zu gewährleisten: eindeutige Rückfragen wie „Bitte wählen Sie das Ziel: geschäftlich oder privat?“ geben die Antwortmöglichkeiten vor und reduzieren so den mentalen Aufwand während des Sprachdialogs. Das Sprachdialogkonzept erlaubt es zudem, komplexe Vorgänge menüübergreifend mit einem einzelnen Sprachkommando durchzuführen, während bei haptischer Eingabe ein Wechsel in den jeweiligen Funktionskontext notwendig wäre. So ist es zum Beispiel

möglich, bei geöffneter Navigationskarte gleichzeitig Sprachkommandos zur Karteneinstellung und für die aktive Audioquelle zu geben. Somit ist per Sprachkommando ein Wechsel des Radiosenders möglich, ohne die Kartenansicht zu verlassen. Besonders kundenrelevante Funktio­ nen wie die Eingabe eines Navigations­ zieles können durch einen ideal gestalteten ­Dialog innerhalb weniger Sekunden ausgeführt werden. Nach dem kurzen Kommando „Ziel eingeben“ erfolgt eine ­akustische und visuelle Rückfrage nach Ort und Straße. Im ­ MMI Navigation plus kann der Kunde eine komplette Adresse inklusive der Hausnummer in einem Satz sprechen. Das steigert die Qualität der Erkennung zusätzlich, sodass nach einer – ebenfalls akustischen und visu­ellen – Bestätigung durch das System direkt die Zielführung gestartet werden kann. Durch die Verkürzung des Dialogs und die Unterstützung durch ein multimodales Design wird maximale Nutzerunterstützung gewährleistet. Die Jukebox in der MMI Navigation plus erlaubt das Importieren von Musiksammlungen. Per Sprachdialog sind diese direkt auswählbar und daher auch während der Fahrt mit minimalem kognitiven Aufwand bedienbar: Interpreten werden über den Begriff „Interpret“ und anschließender Nennung des Namens direkt aufgerufen, gleiches ist für Titel oder Alben möglich. Neben Deutsch versteht die Spracherkennung weitere Sprachen wie Englisch, so dass auch ein Album mit dem Titel „Greatest Hits“ problemlos erkannt wird.

Touchpad

Mit der Integration eines Touchpads in die Bedieneinheit der MMI Navigation plus werden dem Benutzer neue und im Umfeld eines Fahrzeugs einzigartige Möglichkeiten der Bedienung des MMI gegeben. Per MMI touch wird eine Reihe unterschiedlicher Funktionen realisiert, die eine in wesentlichen Teilen ablenkungsfreie Bedienung ermöglichen. An erster Stelle steht hier die im Touchpad umgesetzte Handschrifterkennung mit akustischer Rückmeldung der erkannten Buchstaben oder Zahlen. Wann immer der Benutzer eine Eingabe von Schriftzeichen innerhalb des MMI benötigt, zum Beispiel bei der Eingabe eines Ortsnamens innerhalb der Navigation, kann dies sowohl auf die bekannte Art über den zentralen Drehsteller erfolgen oder aber durch direktes Schreiben des Ortsnamens auf dem Touchpad. Das MMI erkennt hierbei die jeweilige Eingabe­methode des Kunden automatisch, so dass ein manuelles Umschalten nicht notwendig ist. Die Schrifterkennung zeichnet sich durch ihre hohe Flexibilität und Erkennrate aus. Da das Schreiben von Zahlen oder Buchstaben in aller Regel als motorisch automatisierter Prozess abläuft, eröffnet MMI touch die Möglichkeit der Dateneingabe, ohne den Blick von der Straße zu lenken, 7. Als weitere Funktion lässt sich mit dem Touchpad genauso einfach und intuitiv in der Navigationskarte scrollen wie in DVDMenüs. Neben all diesen situationsspezifischen Funktionen ist das MMI touch mit frei belegbaren Radiostationstasten ausgerüstet; eine Funktion, die insbesondere für den amerikanischen Markt als besonders wichtig erachtet wird.

7 Eingabe von Buchstaben mit dem Touchpad in die MMI Navigation plus Januar 2011

Audi A6

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Anzeigekonzept Für den neuen Audi A6 wurde das Kombiinstrument komplett überarbeitet. Das „Fahrerinformationssystem“ bildet Informationen nun noch verständlicher ab und wartet mit einer verbesserten Menüführung auf. Abgerundet wird das Informationskonzept durch das optionale „Head-up Display“ für die Anzeige ausgewählter Informationen im primären Sichtbereich des Fahrers.

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au t o r e n

Dipl.-Ing. Ewald GöSSmann

ist Leiter der Entwicklung Anzeigen und Bedienelemente bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Robert Kolar

ist Leiter Entwicklung Kombi­ instrumente und Head-up Display bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr. Stephan Hummel

ist verantwortlich für die Entwicklung des Bedien- und Anzeigekonzepts Kombiinstrumente und Head-up Display bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Tobias Schumm

ist Projektleiter Head-up Display bei der AUDI AG in Ingolstadt.

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Audi A6

Informationen klar strukturiert

Das Kombiinstrument des neuen Audi A6 bettet sich harmonisch in die Schalttafel ein und bildet zusammen mit dem serienmäßigen Multifunktionslenkrad die primäre Interaktionsschnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug. Als zentrales Kontroll- und Informationsinstrument hat es die vielfältige Aufgabe, je nach Anforderung und Wichtigkeit zur richtigen Zeit die benötigte Information übersichtlich und mit minimaler Blickabwendung an den Fahrer weiterzugeben. Im A6 hat der Kunde die Wahl zwischen zwei verschiedenen Kombiinstrumenten. Abgerundet wird das Informationskonzept durch das optionale „Head-up Display“ für die Anzeige ausgewählter Informationen im primären Sichtbereich des Fahrers. Leitgedanke bei der Gestaltung der Anzeigen im neuen Audi A6 war, wie beim „Multi Media Interface“ (MMI), eine klare Strukturierung der Information. Die zen­ trale Rolle hierbei spielt das „Fahrerinformationssystem“ im mittleren Bereich des Kombiinstruments zwischen Drehzahlmesser und Tachometer. Auf einem fünf Zoll großen Schwarz-Weiß-Display werden vielfältige Fahrzeug- und Infotainment-Informationen direkt im Blickfeld des Fahrers angezeigt. Optional ist auch ein sieben Zoll großes Farbdisplay erhältlich, welches vom neuen Audi A8 übernommen wurde. Das Display gliedert sich in drei Anzeigebereiche. Zentral werden wahlweise Informationen über den Fahrzeugstatus (Bordcomputer und Warnhinweise), Audio, Telefon und Navigation großflächig angezeigt. Direkt darüber befindet sich ein „Reiterbereich“, der den gewählten Kontext analog einer Karteikarte visualisiert. Durch die Anzeige dieser aus der Computerwelt bekannten Reiter ist für den Fahrer klar ersichtlich, in welchem Kontext er sich gerade befindet. Dies fördert die Transparenz des Bedienkonzepts und unterstützt ein schnelles Systemverständnis des Nutzers. Unten im Display werden die aktuelle Tageszeit, die Außentemperatur, die Gesamtwegstrecke und die zurückgelegten Tageskilometer angezeigt. Die aktuell eingelegte Wählstufe des Getriebes steht mittig an zentraler Stelle. Diese Informationen werden dem Fahrer permanent angezeigt, egal welchen Kontext er angewählt hat.

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1 Anzeige des Bordcomputers in den beiden Kombiinstrumenten

Der zentrale Anzeigebereich des Kombiinstruments informiert den Fahrer zudem über den Fahrzeugzustand. Dazu gehören Hinweise zu den verschiedenen Systemen wie Bremse, Antrieb oder Außenbeleuchtung. Zudem wird der Fahrer über den aktuellen Verbrauch oder aufgezeichnete Durchschnittswerte im Bordcomputer informiert. Der Bordcomputer berechnet einerseits die aktuellen Verbrauchswerte, andererseits speichert er Daten in zwei Ebenen ab. Fahrzeit, Durchschnittsverbrauch, gefahrene Kilometer sowie die gefahrene Durchschnittsgeschwindigkeit seit Fahrtbeginn sind im Kurzzeitspeicher abgelegt und werden als Einzelwert komfortabel ablesbar dargestellt. Dieser Speicher wird automatisch nach einer Standzeit von mehr als zwei Stunden zurück­ gesetzt – oder wahlweise durch den Benutzer selbst. Für den besseren Überblick sind diese vier Werte zusätzlich als Übersicht darstellbar. Als zweite Speicher­

2 Anzeige einer Warnung

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ebene sind die genannten vier Werte zusammen im Langzeitspeicher abgelegt, 1. Der Langzeitspeicher hat keine automatische Rückstellung. Über die „Option“-Taste kann sich der Fahrer weitere Informationen anzeigen lassen. Dabei kann ein Digitaltacho dargestellt werden. Auch dann muss der Fahrer keineswegs auf aktuelle Werte des Bordcomputers verzichten. In einer kleinen Darstellung über dem Statusbereich werden ausgewählte Werte weiterhin angezeigt. Ein weiterer Bestandteil des Menüs bezieht sich auf die Anzeige von Fahrerassistenzsystemen wie der „Audi adaptive cruise control“ oder dem „Audi active lane assist“. In dieser Ansicht kann der Fahrer beispielsweise den Status der erkannten Fahrbahnbegrenzungen verfolgen. Wünscht der Fahrer keine Anzeige im Mitteldisplay des Kombiinstruments, kann er die Anzeige über die Funktion „Reduzierte Anzeige“ ­ auf den Statusbereich reduzieren.

Eine weitere Funktion des Audi A6 ist der „Nachtsichtassistent“, der erstmals im neuen Audi A8 eingeführt wurde. Wird er aktiviert, schaltet sich das Videobild im Kombiinstrument ein. Ist der Nachtsicht– assistent aktiv, ist er auch aus anderen Menüebenen stets über einen eigenen ­Reiter anwählbar. Da diese Funktion ein hochauflösendes Display erfordert, ist diese Funktion nur mit dem Farb-Kombiinstrument erhältlich. Tritt am Fahrzeug ein Fehler auf, wird der Fahrer durch einen großflächigen Hinweis im zentralen Anzeigebereich darüber informiert. Dabei wird zusätzlich zu einem Symbol ein erklärender Text ein­ geblendet, um den Fahrer möglichst gut über die Art des Fehlers zu informieren, 2. Je nach Gefahrenpotenzial ertönt zudem eine akustische Warnung. Nach Ablauf der Anzeigezeit werden wichtige Fehler in einem extra Reiter gespeichert, welcher sich dynamisch in die

3 Parkplatz-Suchfahrt mit Parkassistenten

Reiterzeile einfügt und wie die anderen Kontexte mittels Multifunktionslenkrad erneut abgerufen werden kann. Dieser Reiter trägt das Symbol eines Warndreiecks, um den Fahrer stetig anzuzeigen, dass Hinweise vorliegen. Da im Fünf-Zoll-Kombiinstrument die Reiter nicht permanent eingeblendet werden können, wird hier eine Warnung durch eine farbig ansteuerbare LED im Tachometer angezeigt. Durch die großzügige Displayfläche im Kombiinstrument ist es zudem möglich, Anzeigen neuartiger Funktionen, wie die des „Parkassistenten“, klar und eindeutig darzustellen. Während des gesamten Einparkvorgangs wird der Fahrer graphisch unterstützt, 3. Effizientes Fahren und somit ein ökonomischer Umgang mit Energie steht natürlich auch im Premiumsegment des Audi A6 im Fokus von Entwicklern und Fahrern. Möchte sich der Fahrer über den Kraftstoffverbrauch informieren, steht ihm

im Optionsmenü des Kombiinstruments der Eintrag „Effizenzprogramm“ zur Verfügung. Damit sind aktuelle Verbrauchswerte sowie eine optisch ansprechende Schaltempfehlung (nur bei Handschaltgetriebe) anwählbar. Zudem werden dem Fahrer aktive Stromverbraucher zusammen mit dem Kraftstoffverbrauch, den ­ sie verursachen, angezeigt, 4. Multifunktionslenkrad als schnelles Bedienelement

Ergänzend zu den Fahrzeuginformationen können mit dem Kombiinstrument über das Multifunktionslenkrad auch grundlegende Funktionen der Bereiche Audio, Telefon und Navigation bedient werden. So kann der Fahrer die Hände während der Bedienung am Lenkrad belassen. Die Struktur der Informationsdarstellung ist analog der Anzeige im MMI, so dass sich der Nutzer ohne lange Orientierung

zurechtfindet. Durch die Wippe der linken Lenkradspeiche lassen sich die genannten Bereiche schnell anwählen. Hierbei visualisieren die Reiter den gerade gewählten Kontext. Zudem kann der Fahrer über die Option-Taste am Lenkrad beispielsweise die Audioquellen oder auch Telefonlisten wechseln. All diese Funktionen sind natürlich auch über das Bedienteil in der Mittelkonsole anwählbar. Somit ist es dem Nutzer überlassen, wie stark er die Funktionsvielfalt des Kombiinstruments nutzen möchte. Neben der Wippe für den Reiterwechsel und der Taste für weiterführende Optionen findet sich auf der linken Seite des Multifunktionslenkrads eine Walze für die Auswahl von Listeneinträgen. Hier­über können über ein­ faches Drehen beispielsweise Musiktitel angewählt und über einen Druck auf die Walze abgespielt werden. Trotz unterschiedlicher Displaygrößen unterscheiden sich die Lenkradbedienung und die

4 Anzeige der aktiven Energieverbraucher im Bordcomputer mit Effizienzprogramm Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Elektrik I elektron ik

Menülogik der beiden Varianten des Kombiinstruments nicht. Bis auf wenige automatisiert dargestellte Informationen bestimmt der Fahrer die Darstellungen im Hauptanzeigebereich des Kombiinstrumentes. Automatisch werden dem Fahrer neben fahrzeugbezogenen Hinweisen auch eingehende Anrufe signalisiert. In diesem Fall wird die Telefonnummer beziehungsweise der Name des ­Anrufers im Reiterbereich eingeblendet. Gleichzeitig wird der Anruf auch auf dem zentralen Bildschirm des MMI angezeigt, so dass auch der Beifahrer den Anruf entgegennehmen kann. Wird der Anruf am MMI angenommen, schaltet das Kombi­ instrument zurück in den zuletzt aktiven Reiter. Natürlich kann der Fahrer mit­hilfe des Multifunktionslenkrads und der Anzeige im Kombiinstrument auch selbst Gesprächspartner anrufen. Über die Option-Taste sind verschiedene Telefonlisten anwählbar. Gewählte Nummern sowie verpasste oder angenommene Anrufe können analog zum gewohnten Mobiltelefon als Liste in der Anzeige dargestellt werden. Zudem ist der Zugriff auf das Adressbuch des MMI über das Lenkrad möglich. Ein weiteres Glanzlicht des neuen Kombiinstruments ist die Anzeige von Navigationsinformationen, 5. Zusätzlich zu der bewährten Navigationspfeilanzeige bietet der neue Audi A6 einen weiteren, detailreicheren Anzeigemodus für die Routenführung (nur mit der „MMI Navigation plus“ erhältlich). Ergänzend zu den üblichen Fahranweisungen werden im Kombiinstrument Informationen über ein bevorstehendes Fahrmanöver, Staus sowie nächstliegende Parkplätze oder Rasthäu-

5 Anzeige von Navigationsinformationen

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ser angezeigt. Zudem wird die Straßenführung bei Abbiegesituationen realitätsgenau abgebildet, damit sich der Fahrer leichter orientieren kann. Head-up Display

Audi A6 und A7 sind im Volkswagen Konzern die ersten Serienfahrzeuge mit einem optionalen, vollfarbigen Head-up Display, 6. Dabei wurde bewusst ein klassischer Aufbau ohne zusätzliche ­Projektionsscheibe gewählt. Dies ermöglicht, fahrrelevante Informationen über die im Fahrzeug vorhandene Frontscheibe darzustellen. Das Head-up Display ist ein Projektionssystem, das Informationen über die Frontscheibe im primären Sichtbereich des Fahrers darstellt. Diese Technik wurde erstmals für die Luftfahrt entwickelt, um den Piloten schnellstmöglich mit allen relevanten Fluginformationen zu versorgen. Eine Übertragung ins Fahrzeug erfolgte sehr viel später. Das Headup Display eignet sich besonders zur ­Einblendung von Informationen wie Fahr­geschwindigkeit oder der Hinweise von Navigations- und Fahrerassistenz­ systemen. Vorteile des Head-up Displays

Im Vergleich mit einem Kombiinstrument ergeben sich für das Head-up Display folgende Vorteile: :: Minimale Akkommodationszeit: Unter Akkommodationszeit versteht man die Zeitdauer, die das Auge benötigt, um zum Beispiel von einem Objekt, das

sich in der Nähe befindet, auf ein anderes Objekt in großer Entfernung scharf zu stellen. Gegenüber dem Kombiin­ strument, das sich weniger als einen Meter vom Fahrerauge entfernt befindet, sind die Akkommodationszeiten beim Head-up Display mit einer virtu­ ellen Entfernung von 2,3 m kürzer. :: Geringere Blickabwendung: Da die Head-up-Anzeige im primären Sicht­ feld des Fahrers liegt, muss der Kopf beim Head-up Display nur um zirka 5° geneigt werden – beim Kombiinstrument hingegen sind es zirka 20°. Der Fahrer hat sowohl das Fahrgeschehen als auch die Head-up-Einblendung im gleichen Sichtfeld und muss seinen Blick zum Ablesen von Informationen nicht von der Straße abwenden. Durch die beiden Punkte ist es möglich, fahrrelevante Informationen schneller und leichter zu erfassen als bei einem Blick auf das Kombiinstrument. Somit trägt die Nutzung des Head-up Displays zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr bei. Funktionsprinzip

Die Informationen des Head-up Displays sind nur für den Fahrer sichtbar; es handelt sich hierbei um ein personalisiertes beziehungsweise fahrerorientiertes Display. Der Fahrer nimmt ein virtuelles Bild war, das zirka 2,3 m (Betrachtungsabstand) über der Motorhaube zu schweben scheint. Das Head-up Display setzt sich aus Elektronik, Optik und Mechanik zusammen. Das eigentliche Bild wird auf einem kleinen Bildschirm im Head-up Display

Wer macht denn sowas? Wer sich ans Steuer des neuen Audi A6 begibt, nimmt unwillkürlich Tuchfühlung zu Preh auf: Denn mit den Schaltern des Lenkrads hat man buchstäblich alles im Griff. Und mittels Schaltwippen lassen sich die Gänge spielend wechseln. Ob ins Lenkrad integriert oder als Schaltermodul der Garagentorfernbedienung: Bedienlösungen von Preh zeichnen sich durch ihre hochwertige Anmutung und Haptik aus – oder wie wir es sagen – durch Pre(h)mium look and feel.

Preh GmbH, D-97616 Bad Neustadt a. d. Saale, www.preh.com

Audi A6 Elektrik I elektron ik

6 Anzeigen im Head-up Display

erzeugt, der von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Erst durch Reflexion ­ an der Fahrzeugfrontscheibe wird die Anzeige für den Betrachter sichtbar, 7. Die Scheibe wirkt dabei wie ein gewölbter Spiegel, der die Darstellung vergrößert, aber auch verzerrt. Die Bildver­ zerrung entsteht, weil die Scheibe den Außenkonturen des Fahrzeugs folgt und nicht gleichmäßig gewölbt ist. Zur Bildkorrektur des Head-up Displays kommen Spiegel zum Einsatz. Mithilfe eines schwenkbaren Spiegels hat der Fahrer die Möglichkeit, den Sichtbereich individuell einzustellen. Reflexionen von Sonnenstrahlen und Straßenleuchten im Sichtbereich des Fahrers werden durch eine transparente Abdeckung (Deckglas) und eine sogenannte Spiegelbank, in die die Reflexionen abgelenkt werden, vermieden. Die Spiegelbank ist in eine Blende über dem Head-up Display integriert.

tern setzt Audi neue Polarisationsfilter ein. Diese weisen eine höhere Temperaturbeständigkeit und einen höheren Kon­ trast auf als herkömmliche Displays. Das Kontrastverhältnis für das Gesamtsystem ist größer als 1000:1. Somit bleibt der Displayhintergrund auch bei schwierigen Lichtverhältnissen unsichtbar. Für ein hochwertiges Vollfarbsystem ­ ist eine spezielle Lichtquelle notwendig. Entwicklungsziel von Audi bei der Beleuchtung war eine exzellente Farbwiedergabe und jederzeit gute Ablesbarkeit der Informationen. Das Auge ist sehr empfindlich auf Farbunterschiede und

kann beispielsweise ein „schmutziges“ Weiß von einem „strahlenden“ Weiß sehr leicht unterscheiden. Deshalb werden für das Audi Head-up Display speziell ausgewählte, bläulich/weiße Leuchtdioden verwendet. 15 hocheffiziente weiße Leuchtdioden sorgen für eine Anzeigenhelligkeit im Fahrzeug von 10.000 cd/m². Mit der neuen Beleuchtungseinheit ist die Ablesbarkeit auch unter schwierigen Bedingungen wie bei Sonnenschein oder Schnee gegeben. Mithilfe eines Sensors im Fuß des Innenspiegels wird die Umgebungshelligkeit zirka 15 m vor dem Fahrzeug gemessen. Die Information dient als

Technik

Als erster Hersteller bietet Audi ein vollfarbiges Head-up Display mit TFT-Bildschirmtechnik an. Dadurch war es möglich, die Anzeigephilosophie der Monitore von MMI und Kombiinstrument auf das Head-up Display zu übertragen und das Bild in hoher Brillanz darzustellen. Das TFT-Display wurde speziell für Audi entwickelt und für den Einsatz im Fahrzeug qualifiziert. Neben Rot-Grün-Blau-Farbfil-

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7 Schematischer Aufbau der Bildprojektion beim Head-up Display

sind. Deswegen wurden die Fertigungsprozesse der Frontscheiben gemeinsam mit dem Lieferanten optimiert. Integration ins Fahrzeug

8 Mechatronischer Aufbau des Head-up Displays

Größe für eine automatische Helligkeit­ steuerung. Damit wird die Helligkeit so angepasst, dass der Fahrer tagsüber die Anzeige gut ablesen kann und in der Nacht nicht geblendet wird. Darüber hinaus hat der Fahrer die Möglichkeit, die Helligkeit im MMI und über die Instrumentenbeleuchtung manuell ein­zustellen. Sonneneinstrahlung und hohe Anzeigehelligkeiten haben einen entscheidenden Einfluss auf den Wärmehaushalt des Head-up Displays. Prinzipbedingt ist das Head-up Display in der Schalttafel vor dem Kombiinstrument verbaut und hat eine transparente Abdeckung. Dies führt dazu, dass es sich durch den Glashaus­ effekt aufheizt. Jedoch auch das selbst erzeugte Licht erwärmt das Head-up Display signifikant. Daher musste schon in der Konzeptphase auf ein ausgeglichenes Temperaturmanagement geachtet werden. Hocheffiziente Leuchtdioden, ein hochtransmissives TFT-Display und intelligente Hardwarekonzepte sorgen für geringe Verlustleistungen und niedrigen Stromverbrauch. Zusätzlich wurden für das Headup Display hochtemperaturfeste Komponenten und Materialien verwendet. Der TFT-Bildschirm wurde in Bezug auf seine Polarisationsrichtung gezielt so ausgerichtet, dass die Reflektivität an der Frontscheibe um das Fünffache gesteigert werden konnte; typischerweise liegt die Reflektiviät einer Glasoberfläche bei etwa 4 %, über 90 % des Lichts gehen ungeJanuar 2011

Audi A6

nutzt verloren. Durch diese und weitere Maßnahmen konnte auf eine aktive Kühlung gänzlich verzichtet und eine sehr gute Energiebilanz erreicht werden. Freiheit beim Frontscheibendesign

Da die Frontscheibe Teil des optischen Systems ist, sind deren geometrische Eigenschaften entscheidend für die optische Bildqualität des Head-up Displays. Um den Scheibendesignern ein höchstmögliches Maß an Freiheit zu geben, wird im Audi Head-up Display erstmals kein planer Faltspiegel eingesetzt, sondern zwei gewölbte Korrekturspiegel, 8. Der Faltspiegel wurde bisher aus Glas gefer­tigt und hatte zwei Aufgaben. Einerseits diente er dazu, den Bauraum klein zu halten, andererseits schützte er das Display vor zu starker Erwärmung durch Sonnenlicht, denn als sogenannter Kaltlichtspiegel reflektiert er keine Infrarotstrahlung. Im neuen Head-up Display wurde der Glasspiegel durch einen Kunststoffspiegel mit einer speziellen Beschichtung ersetzt. Dadurch ist es möglich, die Frontscheibengeometrie mit beiden Spiegeln zu korrigieren und die optische Abbildungsleistung zu steigern. Eine weitere Herausforderung bei den Frontscheiben war ihre Audi typisch starke Wölbung. Durch große Krümmungsradien können sich im Fertigungsprozess Fehler ergeben, die später im Bild des Head-up Displays sichtbar

Der erste Schritt zur Integration eines Head-up Displays in ein Fahrzeug ist, die Position des Systems und daraus abgeleitet den verfügbaren Bauraum zu bestimmen. Maßgebliche Faktoren sind hierbei Form und Lage der Frontscheibe sowie die Lage der Augen des Fahrers. Im A6 musste das Volumen gegenüber vergleichbaren Systemen auf dem Markt um über 30 % reduziert werden. Dies wurde hauptsächlich durch das grundlegend verbesserte Thermomanagement, die Konstruktion der Optik und zusätzliche Softwarefunktionen möglich. Durch die Verwendung der zwei Korrekturspiegel konnte der Bauraum klein gehalten werden. Platzsparend hat sich auch eine weitere Innovation des Audi Head-up Displays ausgewirkt: Bisher wurde das Display zum Ausgleich einer Bildrotation mechanisch mit einem Schrittmotor gedreht. Im Audi Head-up Display wird die Bewegung erstmals elektronisch korrigiert. Damit können Verbautoleranzen ausgeglichen werden, ohne wertvollen Bauraum zu verschenken. Auf diese flexible elektronische Korrektur von Bildverzerrungen kann effizient über UDSDia­gnose mit Kundendienstmitteln und Prüfsystemen zugegriffen werden. Das Head-up Display erzeugt das Projektionsbild anhand der Informationen, die es vom CAN-Bus erhält. Die hohen Grafikanforderungen machten einen leistungsstarken Prozessor für das Head-up Display erforderlich. Mit dem „Capricorn-M“ von Toshiba ist es gelungen, minimale Latenzzeiten, hochwertige Grafiken sowie die CAN-Kommunikation in einem Prozessor abzubilden. Die Steuergerätehardware beinhaltet externe Flashund RAM- Bausteine, Netzteile für die LED-Hintergrundbeleuchtung, ein über CAN-Bus weckfähiges Netzteil für den Prozessor sowie die Elektronik für die Ansteuerung eines Schrittmotors, der für die manuelle Verstellung des schwenkbaren Spiegels verwendet wird. Die hochkomplexe Steuergeräteelektronik wurde durch ein effizientes EMV-Gesamtkonzept störungsfrei in das Fahrzeug integriert.

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Audi A6 Elektrik I Elektro nik

Infotainmentsysteme Audi bietet für den neuen A6 eine breite Palette innovativer Multimedialösungen: Je zwei Radio- und Navigationssysteme machen den A6 zum Knotenpunkt für Information und Kommunikation, drei Soundsysteme liefern Klangfülle in Konzertsaalqualität.

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a u t o ren

Dipl.-Ing. (FH) Heinz Sturm

ist Projektleiter für Infotainmentsysteme in der Elektronik-Entwicklung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Der A6 als Mobile-Office

Der neue Audi A6 wird zum mobilen Home Office: Information und Kommunikation wie im Büro und innovative Unterhaltung wie zu Hause. Der Audi A6-Fahrer hat im Fahrzeug alles, was das Informations- und Unterhaltungselektronik-Herz begeistert, mit bewährter Audi Bedienphilosophie und -qualität. Beim Infotainment des neuen Audi A6 hat der Kunde die Auswahl zwischen zwei Radio- und zwei Navigationssystemen. Das „MMI Radio“, das „MMI Radio plus“ und die „MMI Navigation“ basieren auf einer neu entwickelten, hochintegrierten Infotainmentplattform. Das bewährte „Multi Media Interface“ (MMI) wurde mit innovativen Features erweitert und wird als „MMI Navigation plus“ angeboten. MMI Radio, MMI Radio plus und MMI Navigation

Dipl.-Ing. Jürgen Lehmann

ist zuständig für Connectivity in der Infotainmententwicklung bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Peter Gleim

ist zuständig für die Entwicklung A6-Soundysteme bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl. Ing. Friedhelm Hirschburger

ist verantwortlicher Projektleiter für die MMI High Plattformen im Bereich der MMI Plattformapplikation bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

Für den neuen Audi A6 wurde ein neues Basis-Infotainment­ system entwickelt, dass auch im Audi A1 eingesetzt wird. Um Gewicht und Bauraum zu reduzieren, wurden alle Komponenten in einem 1-DIN-Steuergerät untergebracht, 1. Das Herzstück ist der Hochleistungsprozessor, der aus zwei Rechenkernen besteht. Aus Softwaresicht bilden der 408-MHz-ARM-Kern und der 552-MHz-DSP eine klassische Master-Slave-Anordnung. Der ARM-Rechenkern enthält das Betriebssystem und verarbeitet alle typischen MMI-Steuer- und Multimedia-Zugriffsfunktionen. Der DSP übernimmt alle rechenintensiven Aufgaben, wie die Berechnung der Grafikdarstellung für HMI und Navigation, das Dekodieren von Musikdaten und die Spracherkennung/-ausgabe. Die Vernetzung zum Fahrzeug wird mit einem zusätzlichen Vehicle-Prozessor realisiert, der eine Vielzahl wichtiger OnBoard- und Bus-Funktionen steuert. Verschiedene Hardware- ­ und Softwarevarianten ermöglichen eine flexibel konfigurierbare Plattform und bieten dem Kunden somit ein bedarfsgerechtes Angebot.

1 Topologie des MMI Radio

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Audi A6 Elektrik I Elektro nik

2 Kreuzungszoom bei der Navigation

Medien

Für die neue Infotainmentplattform wurde die für Audi typische, durchgängige und intuitive Medienbedienung übernommen, die dem Benutzer eine einheitliche Steuerung der unterschiedlichsten Medienquellen gewährt: Egal ob SD-Karte, USBSticks, Festplatte, Solid State Discs (SSD) oder einfach nur CD – alles ist identisch bedienbar. Auf Wunsch können über das „Audi music interface“ (AMI) zusätzliche Medienquellen („iPod“ oder USB-Anbindung mit Listensteuerung) angeschlossen werden, die komfortabel über das MMI bedient werden können. Eine Besonderheit im Medienkontext ist die Unterstützung eines analogen Videoeingangs über ein AMI-Adapterkabel. Hiermit kann bequem im Hauptdisplay zum Beispiel ein Video vom iPod oder der letzte Clip von der Digitalkamera wiedergegeben werden – natürlich nur im Stand des Fahrzeugs, damit die Konzentration des Fahrers während der Fahrt nicht gestört wird.

4 Topografische Kartendarstellung

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3 Slide-Show-Bildübertragung

Abgerundet werden die verfügbaren Quellen durch die Wiedergabe von Bluetooth-Audioplayern (BT) mittels der Pro­ tokolle A2DP und AVRCP. Hiermit ist es möglich, per Funkverbindung Musik von Mobiltelefonen oder BT-Playern zu steuern und abzuspielen. Eine weitere Kernfunktion im Medienbereich ist die Darstellung von eingebetteten „Cover Arts“. Hier werden die im Musiktitel befindlichen Zusatzinformationen über das Albumbild in einer optionalen Detailansicht im Vordergrund dargestellt. Navigation

Die Navigation im Audi A6 bietet alle Funktionalitäten, die bei einer Navigation Stand der aktuellen Technik sind. Dazu zählen unter anderem die Europanavigation auf SD-Karte (45 Länder), vier Kartentypen (2D, Birdview, Übersicht und Zielkarte), ein automatischer Zoom, eine Kreuzungsdetailkarte sowie Routeninformationsdetails als Splitscreen (RoutInfo).

Für eine optimale Übersicht sorgen Spurempfehlungen an Kreuzungspunkten und Autobahnkreuzen, und dank der dynamischen Stauumfahrung TMC (Traffic Message Channel) kommt der Fahrer schnell ans Ziel, 2. AM/FM-Radio

Für störungsfreien FM-Empfang sorgt ein Empfangskonzept mit zwei Tunern und digitaler Signalverarbeitung. Damit wird in Verbindung mit der sehr hohen Empfindlichkeit und der intelligenten Kombination aus Antennen- und Phasen-Diversity eine Empfangsqualität erzielt, die besten Empfang in der A6-Fahrzeugklasse gewährleistet. In Empfangssituationen, in denen Phasen-Diversity nicht benötigt wird, übernimmt ein Tuner die automatische Aktualisierung im Hintergrund. Dem Hörer steht somit immer eine aktuelle Senderliste aller gut empfangbaren Radiostationen zur Verfügung. Ein manuelles Aktualisieren ist nicht erforderlich. Droht

5 Darstellung als dreidimensionales Stadtmodell

6 Google-Online-Suche

sich in Grenzsituationen die Empfangsqualität zu verschlechtern, schaltet sich der zweite Tuner wieder mit in den Empfangspfad, um eine optimale Störkom­ pensation von Mehrwege- oder Schwach­ signalsituationen durch Phasen-Diversity zu gewährleisten. Funktionen wie Verkehrsfunk, Verkehrsmeldungsspeicher, „PTY“ (Einteilung der Sender nach Sparten wie PopMusik, Nachrichten, Klassik oder Jazz) sowie der Datendienst „Radiotext“, bei dem die Sendestationen Programm begleitende Informationen übertragen können, sind selbstverständlich vorhanden. Darüber hinaus verfügt die MMI Navigation über einen zusätzlichen dritten Tuner, der ausschließlich für den Empfang der TMCVerkehrsmeldungen zuständig ist. Die Navigation zeigt auf dessen Basis Verkehrsstörungen an und bezieht diese in die Berechnung von Alternativrouten ein. Digital Audio Broadcasting

Im Zuge der Digitalisierung werden analoge Übertragungswege zunehmend durch digitale Verfahren ersetzt beziehungsweise ergänzt. Auch im Radiobereich ist der Standard DAB/DAB+ (Digital Audio Broadcasting) immer weiter auf dem Vormarsch. Eine bessere Klangqualität, größere Programmvielfalt und erweiterte Datendienste wie Bildübertragung (SLSSlide Show: hier werden Informationen wie Albumcover, Wetterkarten und andere Nachrichten in Bildform übertragen) sowie „Dynamic Label“ (Übertragung von Textinformation wie Interpret, Titel, Album oder Nachrichtentext zu dem gerade gehörten Programm) sind die Vorteile von DAB, 3. Verlässt man den EmpJanuar 2011

Audi A6

fangsbereich eines DAB-Senders, so wird automatisch auf den verfügbaren korrespondierenden Sender innerhalb des FMBereichs geschaltet. MMI Navigation plus

Die MMI Navigation plus, bekannt aus dem aktuellen Audi A8, ist das SpitzenInfotainmentsystem im Audi A6. Es bietet alles, was die moderne Multimedia-Elek­ tronik zu bieten hat: Festplatten-Navigationssystem mit 3D-Darstellung, Autotelefon mit Bluetooth, digitale Surround-Soundsysteme und eine Vielfalt von Medienquellen. Wer möchte, kann sich wahlweise aus der internen Jukebox, von einer der zwei SDKarten oder von einer der sieben CDs oder DVDs, die das System aufnehmen kann, unterhalten lassen. Das Audi music interface erweitert diese Möglichkeiten auf „iPod“, USB- oder AUX-IN-Geräte. Als Neuheit bietet es jetzt auch die Verbindung zu externen Videoquellen an. Wem das nicht ausreicht, der stellt mit einem geeigneten Endgerät einfach eine drahtlose Verbindung her: Das Infotainmentsystem des neuen Audi A6 unterstützt die Audiowiedergabe auch über Bluetooth. Im A6 bietet Audi die Möglichkeit, die MMI Navigation plus um hochaktuelle, standortbasierte Dienste aus dem Internet zu erweitern. Bedienung und Anzeige

Zentraler Blickfang ist der elektrisch ausfahrbare Acht-Zoll-WVGA-Bildschirm, der mit einer Auflösung von 800x480 Bildpunkten für eine scharfe Darstellung in leuchtenden Farben sorgt. Durch die wei-

terentwickelte Bedienoberfläche und das im MMI-Bedienteil integrierte Touchpad ist die MMI intuitiv bedienbar. Die neu gestaltete Multimediasteuerung bietet unter anderem die Wiedergabe des Bildes, das in der aktuell abgespielten MP3-Datei eingebetteten ist, dem Cover Art. Das Touchpad ist neben dem Dreh-Drücksteller und der Sprachbedienung eine weitere komfortable Möglichkeit zur Eingabe von Navigationszielen, Telefonnummern und Namen. Die universelle Handschrifter­ kennung ist schnell und einfach zu bedienen, ohne den Fahrer dabei abzulenken. Zusätzlich kann das Touchpad zum Steuern der Navigationskarte oder zur Auswahl eines gespeicherten Radiosenders genutzt werden. Navigationsfunktion

Die Navigation der MMI Navigation plus besticht durch eine dreidimensionale Darstellung und zeigt die komplette Karte topografisch mit Schattierungen, Tunneln und Brücken, 4. Für viele europäische Städte gibt es dreidimensionale Stadtmodelle, in denen Sehenswürdigkeiten detailgetreu dargestellt sind, 5. Die Suche nach Sonderzielen wird durch eine „Google“Onlineabfrage unterstützt, 6. Die Ergebnisse werden je nach Bedarf als Ergebnisliste oder direkt in der Navigationskarte angezeigt, wo sie per Knopfdruck als Ziel übernommen werden oder ein Anruf zum gewünschten Sonderziel aufgebaut wird. Besonders einfach gestaltet sich die neue Zieleingabe per Spracheingabe. Diese kann in einem Satz erfolgen, beispielsweise: „Ingolstadt, Ettinger Straße 20.“ Mittels der Navigationsdatenbank werden prädiktive Streckendaten (zum Beispiel

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Audi A6 Elektrik I Elektro nik

Straßentyp, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Anzahl der Fahrspuren) aufbereitet und an das Fahrzeug übertragen. Getriebe, ACC und Kurvenlicht nutzen die Daten für ein optimales Fahrerlebnis. Radio/Medien/TV

Die MMI Navigation plus bietet vielfältige Möglichkeiten zum perfekten Hörgenuss. Die optimale Radioempfangsqualität wird durch das Zusammenspiel von integriertem Radioempfänger, zusätzlichem Tuner und Heckscheibenantennen gewährleistet. Es werden sowohl die analogen Frequenzbereiche UKW, MW, LW als auch das Digitalradio DAB unterstützt. Dazu ist lediglich der DAB-Doppeltuner erforderlich, der zusätzlich noch Informationen wie DABSlide Show und Radiotext anzeigt. Für das Abspielen von Medien kann ­der Kunde auf die bereits integrierten Medienplayer wie DVD-Laufwerk, SD-Kartenle­ser oder aber auch die Festplatten-Jukebox zurückgreifen. Mittels AMI können zusätzlich externe Medienplayer an die MMI angeschlossen werden. AMI bildet die universelle Schnittstelle zum Audi MMI und kann über verschiedene Adapterleitungen für USB, Mini-USB, iPod und 3,5-mm-Klinkenstecker auf jedes Gerät zugreifen. Wem Hören nicht ausreicht, der kann auf den neuen AV-Adapter (Audio/Video), zurückgreifen. Damit können spielend leicht externe Video- und Bildquellen angeschlossen und auf das MMI-Display transferiert werden. Ergänzt wird das Angebot durch den externen TV-Tuner, mit dem man digitalen Fernsehgenuss im DVB-T-Format genießen kann.

7 Audi Onlinedienste

ced Sound System“, das erstmalig in der C-Reihe angeboten wird. Insgesamt 15 Lautsprecher sorgen mit einer Ausgangsleistung von 1300 Watt für einen einzigartigen Klang, der im heimischen Wohnzimmer kaum besser ist. Connectivity/Telefon

Für den Geschäftskunden ist das Telefon im Fahrzeug unabdingbar. Dafür stehen die Bluetooth-Freisprechanlage und das Bluetooth-Autotelefon zur Verfügung, die gleichzeitiges Fahren und Telefonieren gefahrenlos ermöglichen. Das Autotelefon kann mit einem Bluetooth-Bedienhörer ergänzt werden, um auch vertrauliche Gespräche zu führen. Für den Betrieb als klassisches festeingebautes Autotelefon wird die SIM-Karte im gut zugänglichen Kartenleser platziert. Alternativ nutzt das Autotelefon über das sogenannte SIMAcces-Profile (SAP) die SIM-Kartendaten des über Bluetooth gekoppelten Mobiltelefons.

Klang

Die innovativen Medien(-quellen) werden jedoch erst mit den Audio-Soundsystemen zu einem einzigartigen Hörerlebnis. Für den A6 gibt es vier optimal auf das Fahrzeug abgestimmte Soundsysteme, für jeden Geschmack ist das richtige dabei. Den Einstieg bildet das serienmäßige VierkanalBasis-Soundsystem; optional kann man auf das „Audi sound system“ erweitern und erhält ein leistungsstarkes 180-Watt-System. Dem anspruchsvollen Kunden bietet das premiumgerechte „Bose-Soundsystem“ 14 Lautsprecher. Absoluter Höhepunkt in der Audiowiedergabe ist das „B & O Advan-

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8 Zieleinspeisung vom Heim-PC

Systemvernetzung

Der Datenaustausch der InfotainmentKomponenten erfolgt über den MOSTBus. Der Ring-Lichtwellenleiter ermöglicht eine sehr hohe Datenübertragungsrate, wie sie beispielsweise für die Weiterleitung von Audiodaten nötig ist. Die Bildsignale von TV-Tuner, Rückfahrkamera oder DVD-Wechsler werden über analoge Videoleitungen als FBAS-Signal übertragen. Die Anbindung an die andere Fahrzeugelek­tronik erfolgt zentral über das Gateway. Onlinedienste

Ordert der Kunde des A6 das „Audi Bluetooth-Autotelefon online“, erhält er die Möglichkeit, komfortabel zu telefonieren und zusätzlich ausgewählte Onlinedienste zu nutzen, 7. Die Nutzung der Dienste ist kostenlos. Der Zugang zum Internet selbst wird über den Mobilfunkvertrag (Datentarif) des Kunden ermöglicht.

9 Abruf vom myAudi-Account

Mit der Onlinesuche erhält der Kunde die Möglichkeit, nach Sonderzielen am Standort, Zielort oder einem frei gewählten Ort zu suchen. Durch die Freitexteingabe ist auch die Suche nach ungewöhnlichen Zielen möglich, wie dem nächsten Zigarrenladen. Die gefundenen Suchergebnisse können entweder in der Standard-Navigationskarte angezeigt oder als Navigationsziel übernommen werden. Sind für die online gefundenen Ziele Telefonnummern hinterlegt, besteht die Möglichkeit, diese direkt vom MMI aus anzurufen. Weitere den Zielen zugeordnete Zusatzinformationen, wie Erläuterungen oder Bilder, sind im MMI darstellbar. Im „Info“-Menü erhält der Kunde mithilfe der Onlinedienste aktuelle Informationen zum Wetter sowie Reiseinformationen und Nachrichten. Diese „Audi Onlinedienste“ lassen sich auch gut vom heimischen Schreibtisch aus nutzen, 8. Voraussetzung für die Nutzung dieser Funktion ist ein Benutzerkonto im Audi Portal „MyAudi“, 9. Nachdem das Konto angelegt wurde, steht die Zieleinspeisungsfunktion („Send-to-Car“) über „Google maps“ zur Verfügung. Diese Funktion erlaubt es beispielsweise, am Abend vor der großen Fahrt in den Urlaub interessante Zwischenziele, Sehenswürdigkeiten oder kulturelle Veranstaltungen am heimischen PC zu definieren und diese dann dem Fahrzeug online zur Verfügung zu stellen. Die Fahrt an den Urlaubsort wird damit zu einem kurzweiligen, kulturellen Höhepunkt. Diese Funktion kann auch gut im täglichen Einsatz für eine gezielte Steuerung von Vertriebskräften im Außendienst genutzt werden, indem neue Treffpunkte mit GeschäftsJanuar 2011

Audi A6

partnern aus dem Büro direkt ins Fahrzeug übermittelt werden. Diese Beispiele zeigen nur einen Teil der vielen verschiedenen Nutzungsmöglichkeiten auf. Google Earth

Über die schnelle Datenverbindung wird es möglich, das Navigationssystem um die aus dem Internet bekannte „Google Earth“Darstellung mit Satelliten- und Luftbildern zu erweitern. Zusätzlich sind die in der Karte markierten Points-of-Interest anwählbar, um sich zusätzlich zu informieren. Hotspot

Mit dem „rollenden Hotspot“ im A6 erhält der Kunde die Möglichkeit, mit seinen Endgeräten im Fahrzeug online in Verbindung zu stehen, ❿. Als erster Hersteller nutzt Audi dazu ein UMTS-Modul mit „High Speed Downlink Packet Access“ (HSDPA). Voraussetzung dafür ist eine datenfähige SIM-Karte. Die Verbindung erfolgt entweder über den im MMI inte­grierten SIM-Kartenleser oder mittels Blue­tooth vom eigenen Handy aus. Hierbei wird das SAP genutzt und die SIM-Karte kann im Mobiltelefon bleiben, während die Verbindung zum Internet über das im Fahrzeug verbaute UMTS-Modul besteht. Das Telefonmodul ist Teil der optionalen Ausstattung „Audi Bluetooth-Autotelefon online“ und unterstützt HSDPA mit einer Datenrate bis zu 7,2 MBit/s im UMTS-Mode und kann als „Quadband-EGDE-Modul“ auch in ländlichen Gebieten für eine Internetverbindung sorgen. Diese Verbindung kann über den fahrzeuginternen WLAN-Hotspot genutzt wer-

den. Dabei können zeitgleich bis zu acht WLAN-Endgeräte verbunden sein. Als Endgeräte sind alle internetfähigen Geräte wie Laptops, Netbooks, Mobiltelefone und natürlich auch Apple-Produkte wie „iPhone“ und „iPad“ geeignet, ⓫. Die Hotspot-Funktion ist unabhängig vom Betriebssystem, das heißt sie unterstützt „Apple Mac OS“, „Microsoft Windows“, „Android“, „Symbian OS“ und OpenSource-Betriebssysteme. Die WLAN-Verbindung kann, wie vom heimischen DSL-WLAN-Router bekannt, am MMI komfortabel konfiguriert werden. Dazu besteht die Möglichkeit, am MMI den Netzwerknamen (SSID), die Verschlüsselungsart und das Kennwort einzustellen. Diese Einstellungen müssen dann am Endgerät übernommen werden, um den Zugriff auf das Internet zu ermöglichen. Somit entspricht der A6 beim Thema Sicherheit dem Stand der Technik und bietet alle Mechanismen, um das WLAN zu schützen. Das Kennwort wird im Auslieferungszustand auf eine zufällig generierte Zeichenkette gesetzt; dies verhindert, dass der Zugang für Eindringlinge offen steht. Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann der Hotspot vom Nutzer, wenn er nicht benötigt wird, komplett deaktiviert oder nur die Sichtbarkeit ausgeschaltet werden. Medien/AMI

Wie bisher werden in der Quellenliste alle verfügbaren Medien angezeigt. Neben dem internen DVD-Laufwerk und den SD-Karten können über das optionale AMI zusätzliche Medienquellen angeschlossen werden, ⓬. Dazu können die Adapterkabel für iPod/iPhone, USB (Buchse Typ A, Stecker Mini-B und Stecker Micro-B) und 3,5-mm-Klinkenstecker genutzt werden. Eine Besonderheit im Medienkontext ist der AV-Adapter, mit dem auch externe Videoquellen mit dem MMI verbunden werden können. Der AVAdapter bietet dazu einen CompositeVideoeingang und zwei Audiokanäle als drei getrennte Cinchbuchsen. Hiermit kann man am MMI-Display zum Beispiel ein Video vom Medienplayer oder die Urlaubsbilder von der Digitalkamera wiedergeben. Mit dem Adapterkabel für den iPod kann man auf den Inhalt eines angesteck-

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Audi A6 Elektrik I Elektro nik

❿ Der Audi A6 als Mobile Office

ten iPods einfach und schnell am Audi MMI zugreifen und über das FahrzeugSoundsystem wiedergeben. Dabei ist der vollständige Zugriff auf die Titel und die bekannten Suchlisten, wie Alben oder Interpreten, möglich. Mit den verschiedenen USB-Adaptern bekommen alle Geräte Verbindung zum MMI, welche als Massenspeicher genutzt werden können. Dazu zählen Memorysticks, Festplatten, Medienplayer und auch viele Handys. Das MMI zeigt die Ordnerstruktur und bietet damit eine komfortable Möglichkeit zur Auswahl der Titel auf dem Speichermedium. Abgerundet werden die verfügbaren Quellen durch die Möglichkeit der Audiowiedergabe mittels Bluetooth. Durch die Unterstützung der Protokolle „Advanced Audio Distribution Profile“ (A2DP) und „Audio Video Remote Control Profile“ (AVRCP) ist es möglich, Musik von Mobiltelefonen oder Medienplayern mit Bluetooth-Unterstützung abzuspielen und zu steuern, wenn dies vom Endgerät unterstützt wird. Ein Anstecken vor Fahrtbeginn ist aufgrund der drahtlosen Bluetooth-Technik nicht notwendig. Unterstützt das mobile Endgerät die Protokollversion AVRCP 1.3, werden zudem die Titelinformationen des aktuell gespielten Liedes angezeigt. Titel, Interpret und Album werden dann auf dem großen MMI-Display dargestellt. Der neue A6 ist perfekt gerüstet, um mit iPhone und iPad zu kommunizieren. Das iPhone kann über die AMI-Schnittstelle zur Audio- und Videowiedergabe genutzt und gleichzeitig über Bluetooth an die Freisprecheinrichtung angebunden werden. Das iPad ist in Verbindung mit dem Hotspot der innovativste Weg, um unterwegs das Internet zu nutzen. Die Soundsysteme für den Audi A6

⓫ iPad-Nutzung im Audi A6

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Grundlage für den guten Klang bei der Entwicklung von Soundsystemen sind die Komponentenqualität, passende Verbauräume und die klangliche Abstimmung durch einen erfahrenen Akustiker. Beim neuen Audi A6 kann der Kunde zwischen der Serienausstattung, dem Audi sound system, dem „Bose Surround Sound“ und erstmalig in dieser Fahrzeugklasse dem ­B & O Advanced Sound System wählen, ⓭.

Serien-Soundsystem

Die Serienausstattung besteht aus vier Hoch- und Tieftönern, die jeweils als Zweiwegesysteme ausgeführt sind. Für das vordere System wurde eine Kombi­nation aus 200-mm-Tieftönern in den Türen in Ver­ bindung mit 32-mm-Hochtönern gewählt, ­welche in der Instrumententafel verbaut sind. Die hinteren Türen sind mit je ­ einem 168-mm-Tiefmitteltöner und einem 25-mm-Hochtöner bestückt. Angesteuert werden die Lautsprecherkombinationen von vier Endstufen mit je 20 Watt, welche in die Headunit integriert sind. Audi Sound system

Wählt ein Kunde das Audi sound system, erhält er leistungsstärkere Tieftonlautsprecher in den vorderen Türen und zusätzlich zum Seriensystem einen 100-mmCenterlautsprecher in der Instrumenten­ tafel und einen 250-mm-Subwoofer auf der Hutablage. Als Kraftquelle dienen sechs integrierte Endstufen mit insge­samt 180 Watt Ausgangsleistung. Während der Entwicklungsphase konnten dank ausgefeilter Messtechnik bei Audi eine Reihe von Verbesserungen an einzelnen Lautsprecherchassis erarbeitet werden. Damit wurde nicht nur die Komponentenqualität deutlich verbessert. Auch die tonale Abstimmung im Fahrzeug, bei der die Filter der digitalen ­Signalverarbeitung an die Lautsprecher und den Fahrzeuginnenraum angepasst werden, vereinfachte sich. Das Ergebnis kann sich hören lassen: knackiger Bass, ausgewogene Mitten und spritzige Höhen in Verbindung mit einer breiten Bühnenabbildung ergeben ein Soundsystem, welches in seiner Klasse keinen Vergleich scheuen muss. BOSE SURROUND SOUND

Für den in Sachen Audio anspruchsvol­ leren Kunden steht der Bose Surround Sound zur Wahl, ⓮. Mittelpunkt ist der Zwölfkanal-Verstärker mit insgesamt 630 Watt Leistung, welcher die 14 verbauten Lautsprecher zu akustischen Höchstleistungen antreibt. Ein digitaler Signalprozessor sorgt für die optimale Anpassung der Lautsprecher an den Fahrzeuginnenraum. Dank „Bose AudioPilot“ wird der Innengeräuschpegel konJanuar 2011

Audi A6

tinuierlich mithilfe eines Mikrofons überwacht und das Musiksignal entsprechend angepasst, so dass auch im Fahrbetrieb eine gleichbleibende Wiedergabequalität ohne Maskierungseffekte gewährleistet ist. Schaltnetzteile im Verstärker sorgen dafür, dass auch bei deutlichen Einbrüchen der Versorgungsspannung, wie sie bei Start-Stopp-Systemen auftreten können, die volle Funktionalität erhalten bleibt. Als Tieftonquelle kommen neben dem 260-mm-Subwoofer auf der Hut­ ablage Türboxen in den vorderen Türen zum Einsatz. Diese sind nach dem Bassreflexprinzip ausgeführt und verfügen über spezielle Langhublautsprecher mit 100 mm Durchmesser. Unterstüt­ zung erfährt der Midbassbereich von ­ den in den hinteren Türen verbauten 168-mm-Tiefmitteltönern. Für den wichtigen Mittenbereich – hier befinden sich die Grundtöne der allermeisten Instrumente und der menschlichen Stimme – sind die in den vorderen Türen verbauten 100-mm-Lautsprecher zuständig. Hierbei handelt es sich um speziell entwickelte, besonders flach bauende Exemplare. In der Instrumententafel sind die genau auf die Mitteltöner abgestimmten 19-mmHochtöner und der 100-mm-Centerlautsprecher verbaut. Ein weiteres Paar 100-mm-Lautsprecher findet sich in der Hutablage. Hierüber wird der von dem Bose eigenen Algorithmus „Centerpoint 2“ berechnete Surroundanteil wiedergegeben. Das obere Frequenzspektrum hinten komplettiert je eine, passend zu den 168-mm-Tiefmitteltönern in den Türen gewählte, 25-mm-Hochtonkalotte. Alles zusammen ergibt ein PremiumSoundsystem der Extraklasse, welches kaum noch Wünsche offen lässt. Der Bose Surround Sound glänzt mit Detailreichtum und Klangfülle. Ermüdungsfreies Hören auch über längere Zeit, ohne dabei den Spaßfaktor außer Acht zu lassen, ist ein weiteres Bose-Qualitätsmerkmal.

⓬ Anbindung des iPod an AMI in der Mittelkonsole

⓭ Übersicht der Soundsysteme für den Audi A6

B & O ADVANCED SOUND System

Höhepunkt der Produktpalette ist zweifellos das Bang & Olufsen Advanced Sound System. Erstmalig ist High End ab Werk in einer Limousine des C-Segments umgesetzt. Unverwechselbares Erkennungsmerkmal sind die akustischen Linsen,

welche beim Einschalten des Infotainmentsystems aus der Instrumenten­tafel ausfahren. Ihre Aufgabe ist die optimale Schallverteilung der Hochtonsi­gnale für die vorderen Sitze. Das Design der soge-

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Audi A6 Elektrik I Elektro nik

⓮ Bose Surround Sound

nannten ALT (Acustic Lens Technology) wurde der modernen Linienführung des Fahrzeugs angepasst und wirkt deutlich filigraner und organischer als die aus ­ dem A8 (D3) und Q7 bekannten Vorgängermodelle. Von entscheidender Bedeutung für die Bühnenabbildung ist das ZweiwegeGespann aus 100-mm-Centermitteltöner und 25-mm-Hochtöner, welches mittig in der Instrumententafel angeordnet ist. Dabei bestand die Herausforderung darin, einen Mitteltonlautsprecher in besonders flacher Bauweise (die Einbautiefe beträgt weniger als 40 mm) zu entwickeln, welcher den hohen akustischen Anforderungen des Soundsystems gerecht wird.

In den vorderen Türen sind geschlossene Boxen verbaut, welche über zwei separate Kammern verfügen, ⓯. Das größere Volumen steht dem 160-mm-Tieftöner zur Verfügung, die zweite Kammer ist für den 100-mm-Mitteltöner reserviert. Um das notwendige Boxenvolumen sicherzustellen, wurde während der Entwicklungsphase ein Arbeitskreis aus allen beteiligten Bereichen bei Audi gebildet (Türkarosseriebau, Innenausstattung, Fahrzeugsicherheit, Fertigung und Akustik). Hier wurde in enger Abstimmung ein Bauraum definiert, der akustisch sinnvoll nutzbar ist und gleichzeitig sicherstellt, dass alle Funktions- und Fertigungsanforderungen an die Tür gewahrt bleiben.

⓯ Abdeckung der Lautsprecher des B & O Advanced Sound Systems in der Tür und Hochtöner-Linsen in der Instrumententafel

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In den hinteren Türen ist ein 160-mmTiefmitteltöner in Kombination mit einem 25-mm-Hochtöner untergebracht. Dabei ist der Tiefmitteltöner, wie es das Konzept des Soundsystems erfordert, in einem geschlossenen Gehäuse verbaut. Auf der Hutablage befinden sich drei Lautsprecher, die jeweils in einer eigenen Box verbaut sind. Der für den Tiefbass zuständige 200-mm-Subwoofer kann auf ein Arbeitsvolumen von zirka 13 l zurückgreifen, was optimale Bedingungen für eine trockene und tiefe Basswiedergabe schafft. Rechts und links neben dem Subwoofer befinden sich die 100-mmSurroundlautsprecher, die ebenfalls in geschlossenen Boxen untergebracht sind. Sie sorgen für die perfekte klangliche Einhüllung der Passagiere mit Raumklanginformationen. Für die Ansteuerung der 15 Lautsprecher sind zwei Verstärker mit insgesamt 15 Kanälen und 1300 Watt Ausgangsleistung zuständig. Allein 900 Watt werden dabei auf die Tieftonlautsprecher in den Türen und den Subwoofer auf der Hut­ ablage verteilt. Hierbei kommt die B & O-eigene „ICEPower“-Technik, eine hocheffiziente und klanglich überragende „Class D“-Variante, zum Einsatz. Die Mittel- und Hochtöner werden ­ebenfalls von Class-D-Endstufen mit je 60 Watt (Mitteltöner) beziehungsweise 20 Watt (Hochtöner) Ausgangsleistung versorgt. Die umfangreiche digitale ­Signalverarbeitung beinhaltet neben ­ der Anpassung an den Fahrzeuginnenraum auch eine aufwendige Fahrgeräuschmaskierung und einen von B & O entwickelten „Upmix“-Algorithmus, welcher die normalen Stereosignale auf bis zu sieben Wiedergabekanälen aufteilt. Der klangliche Eindruck ist überragend und begeistert sowohl den Rockfan mit einer knackigen und präzisen Basswiedergabe als auch den Klassik­ lieb­haber mit einer fantastischen Transparenz und Luftigkeit. Stimmen und Instrumente beeindrucken durch ihre Natürlichkeit. Es ergibt sich ein überaus stimmiges Gesamtbild, welches sich auch optisch in den hochwertigen Aluminium-Lautsprecherblenden widerspiegelt. Wie der Kunde sich auch entscheidet, er kann sicher sein, ein bezogen auf die Preisklasse optimales Soundsystem im Audi A6 vorzufinden.

Anzeigen-Sonderveröffentlichung

Klangvorsprung durch enge Kooperation Zweimal vier Buchstaben, lange Erfahrung, ein Anspruch der verbindet: Audi und Bose® setzen gemeinsam seit über zwei Jahrzehnten Klangtrends im Automobilbereich.

a

udi und Bose. Die beiden Marken verbindet nicht nur ein kompromissloser Qualitätsanspruch, sondern auch eine über 20 Jahre gewachsene erfolgreiche Partnerschaft. 1989 debütierte das erste in Europa ab Werk installierte Premium Sound-System in einem Wagen mit den vier Ringen am Kühlergrill. Das von Bose gelieferte 200 Watt starke Vierkanal-Audio-System des Audi 200 V8 markierte einen Meilenstein in Sachen Klangqualität und begründete einen Trend, der bis heute besteht. Seitdem präsentierten die beiden Unternehmen immer wieder Höchstleistungen, um das Klangerlebnis weiter auf die Spitze zu treiben.

Vordertüren des aktuellen Audi A8 neue Klangperspektiven mit tiefen, präzisen Bässen in der Oberklasse. Weitere Klangfortschritte ermöglichen die patentierten Bose Technologien Centerpoint® 2 für Surround-Wiedergabe auf Basis von Stereo-Quellen und AudioPilot® 2 zur Kompensation von Fahrgeräuschen anhand von Mikrofonmessungen und Algorithmus-Berechnungen. Diese aufwändige dynamische Klanganpassung debütierte bereits 2003 im Audi A4. Wie Centerpoint® 2 findet sich AudioPilot® 2 auch im neuen A6, mit dem Audi und Bose die Erfolgsgeschichte von über einer Million weltweit verkauften Sound-Systemen seit Beginn der Zusammenarbeit um ein neues Kapitel erweitern.

Im Zuge der ökologisch sinnvollen Gewichtsreduzierung im Fahrzeugbau setzte Bose 2002 im Audi A8 erstmals patentierte Nd® Tieftöner ein. Deren hocheffiziente Konstruktion verringert Gewicht und Platzbedarf der ausgeklügelten Audio-Anlage. In der Top-Limousine A8 feierte 2008 ein weiteres Highlight Premiere: diskrete 5.1 Surround-Wiedergabe für räumliches Hörempfinden wie im Kino oder Konzertsaal. Diese tonangebende Technologie hielt dank der gemeinsamen Anstrengungen 2010 sogar Einzug in das Kompaktsegment. Als erster seiner Klasse kann der neue Audi A1 mit 5.1 Sound aufwarten. Gleichzeitig eröffnen die Waveguide-Kammern in den

Mehr über Bose automotive sound-systeme: www.bose.de

Audi A6 ElEktrik i ElEktronik

:

INTELLIGENTE ELEKTRIK / ELEKTRONIK-ARCHITEKTUR im neuen A6 wird die skalierbare oberklassenarchitektur des Modularen längsbaukastens mit zentralem Gateway-Ansatz fortgesetzt. Basierend auf dieser Grundlage wird durch Übernahmen kompletter Bus-Domänen und der jeweiligen Elektronikkomponenten aus vorgehenden Projekten (Audi A5 und Audi A8) der Änderungs- und neuentwicklungsaufwand reduziert.

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AUtorEn

dipl.-inG. (fh) richArd reGler

ist verantwortlich für die Entwicklung E/E-Architektur bei der AUDi AG in ingolstadt.

dipl.-inG. JÖrG schlinkheider

ist leiter der Entwicklung Elektrik/ Elektronik konzept/Architektur und Gateway bei der AUDi AG in ingolstadt.

dipl.-phYs. MArkus MAier

ist Projektleiter für die Entwicklung Bordnetz C-reihe bei der AUDi AG in ingolstadt.

reinhArd prechler

ist leiter Entwicklung Bordnetz B- und C-reihe bei der AUDi AG in ingolstadt.

fleXrAY-Bus-sYsteM

Für den neuen A6 wurde die skalierbare Oberklassenarchitektur mit zentralem Gateway-Ansatz des Modularen Längsbaukastens weiterentwickelt, 1. Basierend auf dieser Grundlage konnte der Änderungs- und Neuentwicklungsaufwand durch Übernahmen kompletter BusDomänen und der jeweiligen Elektronikkomponenten aus vorherigen Projekten (Audi A5 und Audi A8) reduziert werden. Der Funktionszuwachs kundenrelevanter Ausstattungen in der Oberklasse im Fahrwerks-, Fahrerassistenz- und Antriebsbereich setzt sich auch im neuen Audi A6 fort. Steigender Vernetzungsgrad (Anteil der Steuergeräte für eine Funktion) und Bus-Lastbedarf machen eine zukunftsfähige Architektur erforderlich. Seit Einführung des CAN-Netzwerks für Antriebs- und Fahrwerksumfänge wurde das zentrale Gateway um weitere CANSegmente ergänzt, um die maximale technische Bus-Lastgrenze nicht zu überschreiten. Schon im neuen Audi A8 wurde im Komfortbereich auf Hochgeschwindigkeits-CAN umgestellt, um Applikationsund Timinganforderungen der Funktionen zu gewährleisten. Stark vernetzte Funktionen, wie der „Audi active lane assist“ zur Querregelung, die „adaptive cruise control“ (ACC) zur Längsregelung mit bis zu 26 beteiligten Systemen oder der „Parkassistent“ nutzen unterschiedliche Sensordaten, zum Beispiel Bilddaten und Radar- oder Ultraschallwerte, sowie elektrische Aktuatoren. Auch um Kraftstoff einzusparen und damit den CO2-Ausstoß zu reduzieren, müssen Elektrifizierungsumfänge zunehmend vernetzt werden, wie dies beispielsweise bei der elektromechanischen Lenkung des neuen A6 der Fall ist.

eduArd BerGer

ist Projektleiter für die konstruktion und Package Steuergeräte C-reihe bei der AUDi AG in ingolstadt.

dipl.-inG. leo prÖll

ist leiter konstruktion, Package und Freigabe Steuergeräte bei der AUDi AG in ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

Von cAn Zu fleXrAY

Gerade im Fahrwerks- und Assistenzbereich entstehen erhöhte Timing- und Bandbreiteanforderungen, die nicht mehr mit CAN umgesetzt werden können. Die Einführung von FlexRay erfolgte deswegen bereits im Audi A8 und wurde mit neuen Funktionen (elektromechanische Lenkung, Spurhalteassistent) konsequent in den A6 übertragen. Neben den eigentlichen Fahrwerks- und Assistenzfunktionen wurden weitere,

247

Audi A6 Elektrik I e lektronik

1 Modulare Erweiterung neuer Funktionen in die bestehende Bus-Architektur

standardisierte interne Applikationen ­ von CAN zu FlexRay übertragen, wie Netzwerkmanagement (Steuerung Weckund Sleep-Modus bei Zündung aus) und Anzeige-, Bedien- oder Diagnoseprotokolle. Damit konnten die Softwareänderungen in den FlexRay-Steuergeräten reduziert werden. Durch den Einsatz ­ von Autosar als Standard-Softwarearchitektur mit zusätzlichen Änderungspe­zi­ fika­tio­nen wurde die Vorgehensweise erst ermöglicht. Der Aufbau der Kommunikationsmatrix (FlexRay-Schedule) sowie die Konfiguration des Parametersatzes des Bus-Systems berücksichtigen unterschiedlichste Anforderungen. Dabei müssen Steuergeräte einerseits rückwärtskompatibel sein, das heißt im Rahmen der Modulstrategie flexibel in zukünftigen Fahrzeugen eingesetzt werden können, ohne den Parametersatz oder das Schedule zu ändern. Andererseits muss anhand der Kommunikationsbeziehung der Steuergeräte ein Optimum für die Ausnutzung der Bus-Ressourcen und freien Slots gefunden werden. Die freie Bandbreite ermöglicht die Integration neuer Funktionen auf FlexRay. Parametersatz sowie Schedule wurden nach einer theoretischen Analyse in einem speziellen Brettaufbau auf Robustheit gegenüber Störungen, Bauteilstreuungen und Umwelteinflüssen getestet und optimiert. Das FlexRay-Bus-System wurde mit gleichem Parametersatz und Schedule sowie mit Standardsoftware, allerdings mit funktionellen Erweiterungen (Fahrwerk, Assistenzsysteme), in den Audi A6 übernommen. Die Möglichkeit der kompatiblen Erweiterung des FlexRay-BusSegments reduzierte den Aufwand und damit Kosten und Komplexität.

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Zukunftsorientiertes Bus-Konzept

Für zukünftige Fahrzeugprojekte wird der Funktionsinhalt (Elektrifizierung, Sicherheit, Fahrerassistenz) weiter wachsen. Hochintegration von Funktionen in Steuergeräte für Serien- und Mehrausstattungen, um Kosten für die Hardware zu sparen, erfordert eine technisch sinnvolle Funktionsverteilung. Der Bedarf einer erhöhten Übertragungsbandbreite für „Rear Seat Infotainment“-Systeme, verteilte HMI-Konzepte oder die Einbindung von externer Unterhaltungselektronik führt zu konsequenter Weiterentwicklung von Most25 auf Most150. Energieoptimierte Vernetzung ist notwendig, um Energie einzusparen und damit den CO2Ausstoß zu reduzieren. FlexRay wird in den Funktionsdomänen Sicherheit/Crash, Assistenzsysteme sowie Vertikal-, Längs- und Querdy­­ namik­anforderung aufgrund der tech­ nischen Vorteile eine wichtige Rolle spielen. Daher wird Audi den FlexRayEinsatz in zukünftigen Fahrzeug­ge­ne­ra­­­ tionen weiter ausbauen. Bordnetz

Generell entwickelt sich das Bordnetz durch immer neue Innovationen zu einem der technisch aufwendigsten, größten und teuersten Bauteile im Fahrzeug. Der Anspruch an die Bordnetzentwicklung, die gesetzten Ziele bei Kosten, Gewicht und Fertigungszeit zu erreichen und dabei die gewohnte Gesamtqualität zu gewährleisten, ist hoch. Durch den stetig steigenden Anteil an Sicherheits-, Assistenz und Komfortsystemen im Fahr-

zeug steigt auch der elektrische Vernetzungsgrad und somit die Anforderungen bezüglich Varianz, Umfang und Technik an das Bordnetz. Bei der Bordnetzentwicklung für den neuen A6 spielten darüber hinaus Energie- und Umweltaspekte eine wichtige Rolle. Der Verbrauch und der damit verbundene CO2-Emissionsausstoß ist eine maßgebliche Herausforderung für die Entwicklung leichterer Bordnetzkonzepte. Um den Bauraum im A6 optimal auszunutzen, war das Konzept der Leitungsverlegung im Fahrzeug eines der relevantesten Entwicklungsschwerpunkte. Das Verkabelungskonzept der sogenannten H-Struktur mit Querung im Bereich der Fondsitze, welches sich schon im A4 und A8 bewährt hat, wurde maßgeblich angepasst. Mit virtueller Unterstützung wurden die Leitungsquerschnitte, die Leitungslängen und die Sicherungsverteilung entsprechend dem Entwicklungsstand immer wieder überprüft. Die ausgearbeiteten Ergebnisse konnten sehr schnell in den realen Prototypen umgesetzt werden, so dass diese immer mit der bestmöglichen Bordnetzauslegung erprobt werden konnten. Gewichtsreduzierung

Die Batterie wurde wie beim Vorgängermodell in der Reserveradmulde im Kofferraum platziert, um die Gewichtsverteilung zu optimieren. Die dadurch lange Batterie­leitung wird im A6 aus Aluminium statt Kupfer gefertigt, da das Leichtmetall 70 % weniger wiegt und zudem kostengünstiger ist, 2. Durch die neu entwickelte Reibschweiß-Verbindungstechnik konnte der Übergangswiderstand zwischen den Kontakten und der Leitung reduziert werden. Um den Bauraumbedarf zu optimieren, wurde das Kabel von einer Rundleitung auf eine formbare Flachleitung umgestellt. Dadurch konnte auch der Montageaufwand in der Fahrzeugfertigung für die Verlegung im Unterflurbereich minimiert werden. Aufgrund der hohen Anforderungen der Steuergeräte hinsichtlich Datenübertragungsraten, Echtzeitfähigkeiten und Ausfallsicherheit wird im A6 ein FlexRayBus-System eingesetzt. In enger Zusammenarbeit mit dem entsprechenden Entwicklungsbereich konnten die daraus

resultierenden Anforderungen an die EMV-Verträglichkeit des Kabelstrangs erfüllt werden. Die verwendeten Leitungen haben eine für die Datenübertragungskapazität wichtige Impedanz von 80 bis 110 Ω im Temperaturbereich von -40 bis 105 °C. Diese große Temperaturspreizung konnte durch neue Isolationsmaterialien gewährleistet werden. Virtuelle Entwicklung

Bei der Auslegung des Leitungsnetzes kamen neue Entwicklungssysteme zum Einsatz, insbesondere für die Simulationen. Im Bereich EMV ist dabei besonders das Harness-Studio zu erwähnen, mit dessen Hilfe der Verlauf der einzelnen Leitungen virtuell im Fahrzeug simuliert wurde. Somit konnten die Anforderungen der EMV schon während der Entwicklungsphase erkannt und frühzeitig berücksichtigt werden. Für Leitungen, die an einer Kinema­tik geführt werden, kam die Software IDO:Flexible zum Einsatz. Diese kann Kabelverlegungen, die im Betrieb erhöh-

ten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, simulieren. Diese Leitungen haben festgelegte Grenzwerte für mechanische Kenngrößen, beispielsweise den minimalen Biegeradius im statischen und quasi-statischen Lastfall. Diese Grenzwerte und der zur Verfügung stehende Bauraum laufen einer optimalen Verlegung oft zuwider. Um die Zielvorgaben dennoch zu erreichen, wurden diese Leitungen mithilfe der Software als flexible Elemente in Echtzeit simuliert. Das ermöglicht die virtuelle Auslegung von Leitungslängen und -verläufen über den Bewegungsablauf der Kinematik. Möglichkeiten zur Analyse von Biegung, Torsion, Längenveränderung, Abstand oder Kollision unterstützen die Bordnetzentwickler dabei, Problemstellen zu erkennen. Die Simulationsergebnisse sowie Filme, die das Verhalten der Leitung über den Simulationsverlauf zeigen, dienen als Argumentationshilfen bei der Konstruktionsoptimierung. Durch die Anwendung des Simulationswerkzeuges war es möglich, innerhalb von zwei Optimierungsschritten die Funktion „Kabelfüh-

rung“ in das Rahmenteil „Bildschirm“ zu integrieren, 3, 4 und 5. Diese vir­tuelle Entwicklung vorab führte zu einem deutlich geringeren Aufwand in der anschließenden Hardware­erprobung der Leitung. Qualitätsverbesserung

Ein Ziel der Bordnetzentwicklung für den A6 war die weitere Steigerung der Produktqualität. Eine maßgebliche Qualitätsverbesserung wurde bei den Steckersystemen erreicht: Die technischen Funktionsverbesserungen haben unter anderem den Türtrennstecker, die 12-V-Steckdosen, die RD-Gehäuse (wasserdichte Stecker) und die Steckdose an der Anhängerkupplung robuster und qualitativ hochwertiger gemacht. Um die klaren Qualitäts-, Kosten-, Gewichts- und EHPV-Ziele (engineering hours per vehicle) zu erfüllen, wurden die Prozesse über ProjektmanagementWerkzeuge gesteuert und die Entwicklung durch die SPICE-Methode (Software Process Improvement Capability Model) zertifiziert. Durch die Einführung innova-

2 Batterieleitung aus Aluminium Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Elektrik I e lektronik

3 Bildschirm geschlossen; Detail­ optimierung: Rippe gegen Herunter­ rutschen in Endlage

4 Bildschirm halb geöffnet; Der magnentafarbene Streifen zeigt den Kontakt mit dem Bildschirmrahmen auf

spielsweise von Motor oder Abgasanlage, werden häufig Wärmeabschirmmaßnahmen umgesetzt. Eine weitere Möglichkeit zur Wärmeabfuhr bei Steuergeräten besteht in der Werkstoffwahl des Steuergerätegehäuses und des zugehörigen Halters. Durch entsprechende Anbindung an die Karosserie kann das Gehäuse als Temperatursenke genutzt werden. Im neuen Audi A6 wurde dieses Bauprinzip beim Steuergerät für die Dynamiklenkung umgesetzt. Da das Steuergerät unter dem Bodenteppich des Fahrzeugs verbaut wird, ist es nach oben wärmeisoliert. Daher wurde der Steuergerätehalter aus Aluminium so konzipiert, dass er mit dem Steuergerät und dem Karosserieblech fest verschraubt wird und so die Wärme überträgt. Das System wurde über eine thermische Simulation und praktische Versuche abgesichert. In Bauräume, die als Feucht- beziehungsweise Nassraum definiert sind, können nur Elektronikkomponenten platziert werden, die die entsprechende Schutzklasse erfüllen. Sind die Komponenten in dieser Ausführung nicht verfügbar, sind wasserdichte Boxen zu entwickeln, über die die entsprechende IP-Schutzklasse erreicht wird. Steuergeräte-Topologie

5 Bildschirm geöffnet, Detailoptimierung: Auflauframpe

tiver Zertifizierungsmethoden werden die Entwicklungsprozesse präzise definiert, genauestens beurteilt und optimal standardisiert. Diese Prozesssteuerung hat den Vorteil, dass der Abstimmungsaufwand zwischen den Abteilungen so gering wie möglich ist. Der Entwicklungsprozess wird effizienter gestaltet und trägt zu einer maßgeblichen Qualitätsverbesserung bei. Intelligentes Steuergeräte-Package

Voraussetzung für die zuverlässige Funktion von elektronischen Komponenten, wie Steuergeräten, Antennen, Sensoren und Kameras, ist deren automobilgerechte Aufbau- und Verbindungstechnik. Im Fahrzeug müssen viele verschiedene

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Funktionen abgebildet werden. Dafür müssen die mechanischen und mecha­ tronischen Eigenschaften der E/E-Komponenten einerseits auf die Funktion des Systems und andererseits auf den Bauraum abgestimmt werden, beziehungsweise der Bauraum muss angepasst werden. Mechanische Einflüsse

Besonders in der Elektronik gilt es, die Systeme unempfindlich gegenüber physikalischen Umwelteinflüssen wie Temperatur, Schwingung und Feuchte zu kons­truieren. Intelligente Befestigungskonzepte können Beschädigungen an Komponenten durch Vibrationsbelastung vorbeugen. Zum Schutz der Elektronik vor zu hohen Temperaturen, bei-

Um eine optimale Bordnetzstruktur ­realisieren zu können, arbeiten die ­beteiligten Bereiche Verkabelung, Ver­ netzung, Bus-Topologie sowie EMV bereits von Beginn der Entwicklungsaktivitäten ­an eng zusammen. Ziel ist, ein kostenoptimales und robustes Bord­netz mit kurzen Leitungen und wenigen Schnittstellen zu entwickeln. Ein weiteres Augenmerk bei den Steuergeräten wird auf das Package der Serien- und Zusatzausstattung gelegt. Derzeit sind 17 Steuergeräte für die Serienfunktionen und bis zu 40 weitere für die ­optionalen Funktionen im Fahrzeug verbaut, 6. Ein weiteres Ziel der Package-Entwicklung des A6 war es, die Steuergeräte nach Einbauraten in Geräte­racks so zu bündeln, dass möglichst wenige Aufnahmen ohne Bestückung bleiben. Auch in der Fahrzeugfertigung bieten Racks Vorteile, da eine Vormontage der Komponenten möglich ist und so Montagezeit am Band reduziert werden kann. Es ist wesentlich effizienter, in ein Rack mehrere Steuer-

6 Steuergeräte-Topologie A6 und A7

geräte in Einschubtechnik ­zu montieren und es dann über zwei Schraubverbindungen im Fahrzeug zu befestigen, als jede Komponente einzeln einzubauen. Bei Einzelgeräten ist es das Ziel, auf Verschraubungen ganz zu verzichten. Beispiele dafür sind das Tür- und das Heckklappensteuergerät, deren Anbindung über eine am Gehäuse integrierte Befestigung gelöst ist, die in ein gestanztes Lochbild der Karosserie ver­ clipst wird. In der Tür ist diese montage­ zeitoptimierte Anbindung so ausgeführt, dass die Montagefläche Nass- und Trockenraum über eine umlaufende EPDM-

Dichtung abtrennt. Wie dieses Beispiel zeigt, können durch permanente Abstimmung mit den verantwortlichen Abteilungen für den Karosseriebau optimale Befestigungsmöglichkeiten entwickelt werden. Einheitspackage

Ein besonderes Augenmerk bei der Steuergeräteentwicklung für den neuen Audi A6 wurde auf die derivatunabhängige Positionierung der Komponenten gelegt. Dies konnte durch ständige Querver­ gleiche der unterschiedlichen Aufbauten

auf Basis der gleichen Fahrzeug-Plattform erreicht werden, 7. Die Heraus­ forderung dabei war der zeitliche Ent­ wicklungsversatz von drei Modell­ varianten. Gleiches E/E-Komponentenpackage bringt durch reduzierte Teilevarianz erhebliche Vorteile im Logistikprozess und in der Produktion. So sind im Fertigungswerk geringere Bereitstellungsflächen notwendig und die Komplexität wird reduziert. Auch der Kundendienst und die Werkstätten profitieren von der einheitlichen Unterbringung der Elektronikumfänge.

7 Hinterwagenpackage A7 (links) und A6 (rechts) Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Elektrik I elektron ik

Elektronische Systemvernetzung Chancen und Herausforderungen Immer mehr Komfort- und Sicherheitsfunktionen werden durch die intelligente Vernetzung elektronischer Einzelsysteme dargestellt. Audi hat für die systemübergreifende Funktionsentwicklung, die Diagnose sowie die Breitenerprobung spezielle Entwicklungsprozesse entwickelt. Mit dieser bewährten Vorgehensweise konnten auch beim neuen Audi A6 Fehler frühzeitig erkannt, abgestellt und damit das hohe Audi Qualitätsniveau erreicht werden.

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au t o r e n

Dipl.-Ing. Stephan Laube

ist innerhalb der Abteilung Integration Elektrik/Elektronik Gesamtsystem zuständig für die Funktionsintegration im Audi A6 bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dr.-Ing. Robert Tappe

ist Leiter der Entwicklung Diagnose, Datenprozesse Elektrik/Elektronik und Schnittstelle für Werke/Service bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Dipl.-Ing. Manfred Liebler

ist Leiter Integration Elektrik/ Elektronik Gesamtsystem bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Systemübergreifende Funktionsentwicklung

Abgeleitet aus den immer höheren Kundenanforderungen steigt in Audi Fahrzeugen einerseits die Anzahl der Systemkomponenten, andererseits aber auch die Zahl der über mehrere Komponenten verteilten, hochvernetzten Funktionen, 1. Daraus folgt die Herausforderung, vernetzte Funktionen für die Serie zu entwickeln, und zwar über alle Funktionsbereiche und Bus-Domänen hinweg. Audi hat dazu einen Entwicklungsprozess etabliert, der auch beim neuen A6 Anwendung fand: Gesteuert durch das Team „Integration E/E Gesamtsystem“ wird die funktionsorientierte Entwicklung mit dem Ergebnis einer Vernetzungsfreigabe (VNF) durchlaufen. Für die Steuerung des VNF-Prozesses und der Integration von E/E-Funktionen in das Gesamtsystem eines Fahrzeugprojektes ist der sogenannte Funktionsintegrator maßgeblich. Er sorgt dafür, dass die in der Konzeptphase aus den Kundenanforderungen abgeleiteten Funktionen gesteuert inte­ griert, getestet, freigegeben und der Serienfertigung qualitativ hochwertig über­ geben werden. Neuigkeitsgrad ermitteln

Dipl.-Ing. Dennis Schmitz

ist Leiter Dauererprobung und Qualitätsbildung Elektrik/Elektronik bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Nach Abschluss der Konzeptphase bewertet der E/E-Funktions­integrator den Neuigkeitsgrad der E/E-Umfänge im jeweiligen Fahrzeugprojekt. Dazu wird eine Methodik verwendet, mit der der Neuig-

keitsgrad jedes vernetzten Steuergeräts anhand von sechs Bewertungskriterien ermittelt wird. Die Kriterien sind beispielsweise Neuigkeitsgrad der Hard- und Software, verbleibende Entwicklungszeit bis zum geplanten Serieneinsatztermin und der Softwareumfang. Abschließend wird ein Neuigkeitsgrad für das Gesamtfahrzeug ermittelt, zu einem Referenzprojekt in Relation gesetzt und somit im Ganzen veranschaulicht. Diese Information dient unter anderem als Eingangsgröße für weitere Abschätzungen von Entwicklungs- und Testmaßnahmen, wie Bedarf an Erprobungsfahrzeugen, Anzahl und Dauer von Erprobungsfahrten und Intensiverprobungen sowie Breitenerprobung/-absicherung. Funktionsspiegel als Steuerungsinstrument

Um eine vernetzte Funktion für den Audi A6 bei der Neu- oder Weiterentwicklung im Entwicklungsprozess zu integrieren, bekommt der Funktionsteamsprecher mit dem „Funktionsspiegel“, 2, ein Werkzeug an die Hand, um die individuellen Funktionstermine mit den Fahrzeug-Projektmeilensteinen abzugleichen und kontinuierlich eine Standortbestimmung erstellen zu können. Der Funktionsteamsprecher sorgt unter Verwendung des Funktionsspiegels dafür, dass eine auf verschiedene Steuergeräte und Aktuatoren/Sensoren verteilte Funktion im Unternehmen spezifiziert, entwickelt, geprüft und freigeben wird.

1 Anstieg der vernetzen Funktionen bei Audi

Dipl.-Ing. Alexander Schönauer

ist Leiter Elektrik/Breiten­ absicherung innerhalb der Absicherung Funktion bei der AUDI AG in Ingolstadt.

Januar 2011

Audi A6

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Audi A6 Elektrik I elektron ik

der wöchentliche Fehlerzulauf und -abbau der zu erwartenden Gesamtfehler abgeschätzt. Der Funktionsintegrator erstellt parallel eine Pro­gnose des Fehlerverlaufs auf Gesamtfahrzeugebene. Durch den Vergleich des tatsächlichen Fehlerverlaufs mit den prognostizierten Fehlerzahlen kann eine stetige Standortbestimmung erfolgen, bei Bedarf können gegensteuernde Maßnahmen ergriffen werden. Finale Freigabe

Anhand von positiv abgeschlossenen Fahrzeugtests, wie Vernetzungstests, EMV-Tests und Referenzfahrzeugtests, wird für alle hochvernetzten Funktionen eine Funktionsfreigabe und für die Systemkomponenten eine Softwarefreigabe erteilt. Am Ende der Fahrzeugentwicklung wird die Breitenerprobung/-absicherung durchgeführt. Dieser Prozess wurde auch beim Audi A6 angewendet; abschließend wurde durch die Bereiche Entwicklung Gesamtfahrzeug und Entwicklung Elek­trik/Elektronik die Vernetzungsfreigabe erteilt und somit der Audi A6 bezüglich der E/E- Entwicklungsumfänge für die Serienfertigung freigegeben.

2 Funktionsspiegel

Fahrzeugerprobung und Absicherung der Eigenschaften

3 Fieberkurve der E/E-Funktionen

Aggregation auf Gesamtfahrzeugebene

Fehlermanagement als Reifegradmesser

Alle Funktionsverantwortlichen berichten regelmäßig, gesteuert durch den E/EFunktionsintegrator, den aktuellen Entwicklungsstand beziehungsweise Reifegrad ihrer vernetzten Funktion. In Form einer graphischen „Funktionsfieberkurve“, 3, legt der E/E-Funktions­inte­grator den Entwicklungsverantwortlichen den Gesamtstatus vor. Der Funktionsintegrator steuert somit die funktionsorientierte Entwicklung, leitet das Eskalationsmanagement ein und sorgt dafür, dass notwendige Entscheidungen getroffen werden.

Auf dem Weg zur Vernetzungsfreigabe wird ab einem bestimmten Meilenstein ein zentrales Fehlermanagement gestartet, 4. Hierfür steht den Testabteilungen und den bauteilverantwortlichen Abteilungen eine Aus­tausch­ebene zur Verfügung, auf der alle gefundenen Auffälligkeiten ausgetauscht werden. Mit Unterstützung der Fehlermanager, der Komponentenverantwortlichen und der Systemlieferanten aus den E/E-Ent­wick­­lungs­­be­reichen wird in der frühen Phase des Berichtswesens eine Prognose für jedes vernetzte Steuergerät erstellt. Dabei wird

254

Die Breitenerprobung/-absicherung hat sich als wichtiges Instrument im Prüfund Freigabeprozess etabliert. Es handelt sich um einen geschäftsbereichsübergreifenden Fahrtest der Bereiche Elektrik/ Elektronik, Gesamtfahrzeugentwicklung und Qualitätssicherung. Als wesentliche Grundlage für die Vernetzungsfreigabe beziehungsweise zum Produktionsstart findet diese Erprobung unter Kundenbedingungen auf öffentlichen Straßen statt. Ausschlaggebende Größe sind hier – im Gegensatz zur Dauerfahrerprobung – nicht die gefahrenen Kilometer, sondern die Anzahl der ausgeführten Fahrzeugfunktionen mit Schwerpunkt Elektrik/ Elektronik und Mechatronik. Bei der A6-Breitenerprobung/-absicherung wurde der Erprobungsschwerpunkt in Richtung Antriebsstrang und Ausstattung weiter ergänzt. Auch die neuen Fahrerassistenzsysteme wurden sehr intensiv und unter Kundengesichtspunkten erprobt. Insgesamt spielt das freie Testen von kundenrelevanten Anwendungsfällen,

4 Fehlermanagement

zusätzlich zur strukturierten Erprobung anhand von Funktionslisten, eine zentrale Rolle bei der Qualitätssteigerung der Systeme. Fehler systematisch beheben

Die katalogisierten und systematisierten Tests werden hinsichtlich der Systemreaktionen überprüft und Auffälligkeiten mittels der aufgezeichneten Daten in den täglich stattfindenden Fehlerrunden bewertet. Eine strukturierte Abarbeitung erfolgt dann unter Zuhilfenahme von hausinternen Fehlermanagementsystemen. So wird eine gesamthafte, klassifizierte und mit einer Historie belegte Reifegradbestimmung sichergestellt, 5.

Aspekt, um zu jedem Zeitpunkt die aktuellsten Fahrzeuge und Steuergeräte in der Erprobung zu haben. Im laufenden Betrieb der Breitenerprobung war außerdem eine dynamische und bedarfsorientierte Aktualisierung der Hardware- und Softwarestände erforderlich. Messgröße für die Planung der Breiten­ erprobung ist der Erprobungsbedarf beziehungsweise die Erprobungstauglichkeit je „System“. Unter System wird ein Paket aus Steuergeräten, Funktionen und Fahrzeugeigenschaften verstanden. Diese Definition wird der in der kundennahen Erprobung erforderlichen Synthese der Dimensionen „Steuergerätesicht“ und „Funktionssicht“ gerecht. Es wird nämlich

jedes kundenerlebbare System entweder mit einer frei wählbaren Sonderausstattungsnummer (beispielsweise die „adaptive cruise control“) beschrieben oder ist in der Basiskonfiguration eines Fahrzeugs enthalten (wie die Zentralverriegelung). Frühzeitige Statusaussagen

Um frühzeitig eine Statusaussage zur Breitenerprobung machen zu können, wurden für etwa 40 Systeme des neuen Audi A6 Systemspiegel angelegt, die Aussagen hinsichtlich Varianten und Anläufe, Erprobungsbedarf und -planung, Aufbauqualität sowie Erprobungsrandbedingungen beinhalten und mit einer Ampelstellung belegen.

Vorbereitungen für die Erprobung

Aufgrund der starken Vernetzung und der vielen neuen Funktionen im Audi A6 war es erforderlich, die Breitenerprobung-/ absicherung bereits lange vor dem eigentlichen Start optimal mit einem vorgeschalteten Planungs- und Steuerungsprozess vorzubereiten. Konkret bestand der Bedarf, die Fahrzeuge, die in der Breitenerprobung zum Einsatz kamen, hinsichtlich erforderlicher Menge, zeitlichem Einsatz im Sinne von geregeltem Zu- und Ablauf, voraussichtlichem Aufbauzustand (Hardware, Software, Mechanik) sowie Ausstattungsvarianten und -kombinationen frühzeitig zu planen. Auch die terminlich richtige Staffelung der Fahrzeuge war hier ein wichtiger Januar 2011

Audi A6

5 Fehlerstatusbericht – historisierte Aggregationssicht Gesamtfahrzeug

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Audi A6 Elektrik I elektron ik

Produktbeeinflussung

6 Detaillierter Fehlerbericht inklusive Bewertung und nächste Schritte

7 Prozess der Diagnoseabsicherung

Quelle für diese Informationen waren einerseits die offiziellen Projektinformationen beziehungsweise -stände und andererseits systembezogene Entwicklerinterviews. Der Erprobungsstatus wurde den Entwicklungsverantwortlichen der beteiligten Bereiche während der laufenden Erprobung in einer wöchentlichen Runde berichtet und das weitere Vorgehen abgestimmt, 6. In der frühen Phase wurde die Breiten­ erprobung durch Klausurfahrten zur Beurteilung der Konzeptpunkte ergänzt. Zudem kamen in der späten Phase, kurz vor der Freigabe, Beurteilungs- und Abnahmefahrten mit den Verantwortlichen hinzu.

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Diagnose – Von der Entwicklung bis zum Kundendienst

Wesentliche Ursachen für den Erfolg des bisherigen Audi A6 waren seine hohe Zuverlässigkeit (ADAC-Pannenstatistik 2008/2009 jeweils Platz 1) und die niedrigste Versicherungseinstufung in seiner Klasse. Um dieses Ergebnis trotz steigender Elektronikkomplexität beim neuen Audi A6 halten zu können, wurde die Produktbeeinflussung intensiviert, die Dia­ gnose- und Protokolltests erweitert und die Testtiefe erhöht.

Bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt der Produktentwicklung des neuen Audi A6 wurde gemeinsam mit den Abteilungen Technische Entwicklung, Produktion und Kundendienst die sogenannte Produktbeeinflussung des Fahrzeugs gestartet. Dieser Prozessschritt hat wesentliche Auswirkungen auf Qualität und Kosten des Fahrzeugs und bildet die Basis für die Diagnoseentwicklung und die Prozesse bei Produktion und Kundendienst. Im Rahmen der Produktbeeinflussung werden Inbetriebnahme ­ und Prüfung neuer Systeme in der Produktion und im Kundendienst bewertet und optimiert. Dabei gilt es, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Produktkosten und der möglichen Reduzierungen von Fertigungs- und Servicekosten zu erreichen. Bei der Fahrzeugmontage ist die Inbetriebnahme der Steuergeräte ein wesentlicher Schritt zwischen Verbau und Prüfung geworden. Hierbei werden Wegfahrsperre und Komponentenschutz programmiert, die Steuergeräte auf die jeweilige Fahrzeugausstattung codiert (beispielsweise wird das Motorsteuergerät auf Handschaltung oder Automatikgetriebe codiert) und insbesondere mechatronische Systeme angelernt (beispielsweise der automatische Hochlauf des Fensterhebers). Mit dem Einsatz von Fahrerassistenzsystemen ist ein weiterer Schritt zwischen Inbetriebnahme und Prüfung hinzugekommen. In der Produktion ergeben sich beim Anbau der Sensoren systemimmanent Toleranzen. Diese müssen nach der Inbetriebnahme der Assistenzsysteme ausgeglichen werden, soweit es die Technik zulässt. Dazu werden die Systeme in speziellen Prüfständen kali­briert. Durch intensive Produktbeeinflussung beim Sensor der adaptive cruise control konnte beispielsweise die erforderliche Kalibrierungszeit um 50 % reduziert werden. Auch das effiziente Zusammenspiel zwischen Prüfanlage und Fahrzeug in der Produktion ist das Ergebnis einer intensiven Produktbeeinflussung. Die Verbesserungen am Produkt sind dabei so konzipiert, dass sie auch den Kundendienst mit entsprechenden Prüfmitteln erleichtern. Ein weiterer wesentlicher Effizienzfaktor bei der Fahrzeugproduktion und beim

Kundendienst ist die Eigenüberwachung der Systeme durch eine verbesserte OnBoard-Diagnose. Dadurch wird die automatische Prüfung der Systeme ermöglicht und somit Kosten eingespart und der Kundennutzen erhöht. Diagnosetest

Nach der Produktbeeinflussung folgt die Absicherung zusammen mit den Bereichen Entwicklung, Produktion und Kundendienst, damit die Systeme auch über Laufzeit zuverlässig funktionieren. Im Wesentlichen erfolgt die Absicherung der Diagnose in drei Schritten, 7. Protokoll- und Flashtest

Die Kommunikation mit einem Steuer­ gerät bildet die Basis für eine On-BoardDiagnose. Daher wird sie zum frühestmöglichen Zeitpunkt getestet. Im Rahmen von Protokoll- und Flashtests werden die Grundparameter und das ­korrekte Verhalten der Komponente geprüft. So wird erreicht, dass später die vernetzte Dia­

gnose der Steuergeräte im Fahrzeug untereinander und die Kommunikation mit der Produktionsprüfanlage und dem Kundendiensttester zuverlässig erfolgen. Diagnose-Intensiverprobung

Zum Zeitpunkt der Diagnose-Intensiverprobung befindet sich das Fahrzeug kurz vor dem Serienstart. Bevor die sogenannte Geführte Fehlersuche an die Händler zur Wartung des Fahrzeugs ausgeliefert wird, erfolgt im Rahmen der Diagnose-Intensiv­ erprobung eine gesamtheitliche Überprüfung der On-Board-Diagnose im Gesamtfahrzeug, verbunden mit der Off-BoardDiagnose des Kundendiensttesters. 8 zeigt die Diagnose-Intensiverprobung beim neuen Audi A6, bei der das Zusammenspiel zwischen einem realen Fahrzeug und dem Servicetester erprobt wird. Dabei werden im Fahrzeug die vorher definierten Fehlerbedingungen hergestellt. Anhand der Reaktion des Systems wird dann bewertet, ob dieser „Fehler“ auch korrekt von der On-Board-Diagnose erkannt wurde. Im nächsten Schritt wird

die Ermittlung der Fehlerur­sache – wie sie auch später im Kundendienst erfolgen würde – geprüft. Im Rahmen der Breitenerprobung wird das Fahrzeug unter Kundenbedingungen gefahren und das Systemverhalten kontrolliert. Damit soll sichergestellt werden, dass über die Lebenszeit des Fahrzeugs die Eigenüberwachung der On-BoardSysteme im Fahrzeug zuverlässig funktioniert und defekte Komponenten über die Warnleuchte gemeldet werden. Dies gilt insbesondere für sicherheitsrelevante Komponenten, bei denen zwischen einer Deaktivierung des Systems bis hin zum Notlauf unterschieden werden kann und das Fahrzeug in den elektronisch sicheren Zustand gesetzt wird. Mit dieser Vorgehensweise können Fehler frühzeitig erkannt und abgestellt und damit das hohe Audi Qualitätsniveau erreicht werden. Dieser sehr aufwendige Prozess ist ein wichtiger Bestandteil der Absicherung, um das Fahrzeug später im Service effizient zu warten und die Kunden auch nachhaltig zu begeistern.

8 Diagnose-Intensiverprobung beim neuen Audi A6 Januar 2011

Audi A6

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Audi A 6 Produktion

Hoher Invest

Für die Fertigung der neuen A6-Familie wurden im Werk Neckarsulm zirka 700 Millionen Euro investiert. Die Schwerpunkte der Investitionen lagen bei der Werkzeuganfertigung für die Karosserieteile und bei der Integration des Karosseriebaus in die laufende A6- und A4Fertigung. Durch die Berücksichtigung und Einhaltung des Audi Produktionsystems bereits während der Produktentstehung konnten Prozesssicherheit und Qualität bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung erreicht werden. Auch die Ergonomieverbesserungen an den Arbeitsplätzen waren ein wichtiger Bestandteil der Umsetzungsmaßnahmen. Im Folgenden werden die Schwerpunktthemen der einzelnen Gewerke erläutert.

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Presswerk – die neue Grossraumsauger-Transferpresse

Das modernisierte Presswerk Neckarsulm ist vollständig auf Effizienz ausgerichtet. Eine optimale Flächennutzung, ein direkter Logistik- und Materialfluss sowie hochmoderne Anlagen steigern die Produktivität weiter und ermöglichen ein Höchstmaß an Präzision und Qualität. Spezielle Einrichtungen sorgen für ein angenehmes Arbeitsumfeld und berücksichtigen die Aspekte des Um­welt­schutzes. Herzstück des Presswerks ist die neue Großraumsauger-Transferpresse, 1, die mit bis zu 35.000 Pressteilen am Tag effizienter produziert als ihre Vorgängermodelle. Damit schafft die hochmoderne Anlage rund sechs Millionen Karosserieteile im Jahr – alle drei Sekunden eine Komponente. Internationale Branchenver-

gleiche und zahlreiche Auszeichnungen zeigen, dass Audi in Sachen Produktivität und Effizienz hier Maßstäbe setzt. Die Pressenstraße besteht aus sechs mechanischen Großpressen, in denen Werkzeuge mit einer Gesamtpresskraft von rund 8000 t Karosserieteile wie Dächer, Türen oder Motorhauben fertigen. Allein für die Modellreihe des neuen A6 sind zirka 140 Werkzeuge eingeplant. Der Arbeitsschwerpunkt liegt auf dem Umformen von Aluminium. Da Leichtmetall aufgrund der Forderung zur weiteren Reduzierung der Fahrzeugemissionen immer mehr zum Einsatz kommt, ändern sich die spezifischen Anforderungen an die ­Peripherie: Beim Umformen von Aluminium werden höhere Presskräfte benötigt. Darüber hinaus konnten durch einen verbesserten Pressenfreiraum die Anzahl der Mehrfachfertigungen (Anzahl Teile pro Hub) im Vergleich zu den Vorgängermo-

Die Produktion

autoren

Hohe Effizienz, große Flexibilität und Audi typische Qualität sind nur einige der hohen Anforderungen, die an die Fertigung des neuen Audi A6 gestellt werden. Durch

Dipl.-Ing. Alfred Weber

ist Projektleiter Gewerk Presswerk A6 Limousine/Avant bei der AUDI AG in Neckarsulm.

innovative Lösungen, wie dem Einsatz von Diodenlasern im Karosseriebau, der Dämmung mit spritzbaren Materialien, einer optimierten Arbeitsplatzgestaltung oder neuer Prüftechnik, konnten die Erwartungen erfüllt und zudem die Ergonomie an den Arbeitsplätzen in der Produktion weiter

Dipl.-Ing. Christian Ebert

ist Mitarbeiter der Technologie­ entwicklung Produktion bei der AUDI AG in Neckarsulm.

verbessert werden.

Dipl.-Ing. Sotirios Arambatzis

ist Anlagenplaner Lackiererei bei der AUDI AG in Neckarsulm.

dellen erhöht werden. Die zunehmende Komplexität, die zusätzliche Modellreihen und moderne Werkzeugtechnik mit sich bringen, fordert zudem neue Lösungen in der Organisation der Werkzeugwartung und der Kapazitätsplanung der Anlagen. Dieser Anforderung trägt Audi Rechnung, indem die Presswerke Neckarsulm und Ingolstadt nicht nur organisatorisch zusammen gehören: Struktur und Prozesse der Presswerke sind an beiden Standorten identisch. Damit können Sy­nergien in der Instandhaltung und Werkzeuginbetriebnahme genutzt werden und noch flexibler auf Anforderungen aus der Produktion ­reagiert werden. Eine automatische Restmetallentsorgung im Untergeschoss des Presswerks sammelt und sortiert den anfallenden Stahl- und Aluminiumverschnitt und führt diesen dem Recyclingkreislauf zu. Die Anlage besteht aus einer doppelt ausgeJanuar 2011

Audi A6

führten Fördertechnik und drei Pressen, die das Restmetall sortenrein zu Würfelpaketen formen. Diese werden nahezu geräuschlos in Waggons verladen und per Bahn zum Einschmelzen ins Hüttenwerk transportiert. Im Vergleich zur Verladung von losem Verschnitt wird durch das Pressen zu Paketen die Tonnage der Waggons deutlich optimiert und somit das Verkehrsaufkommen reduziert. Eine spezielle Einhausung der Pressenanlage reduziert die Lärmpegel und sorgt bei den Mitarbeitern für ein angenehmes Arbeitsumfeld. Dabei reduziert der Dämmschutz auch die Schallausbreitung in die nahe gelegenen Wohngebiete. Pressen, die im Automobilbau zum Einsatz kommen, leiten erhebliche dynamische Kräfte in Form von Vibrationen in den Untergrund ein. Um dem entgegenzuwirken, wurde die Pressenstraße elastisch gelagert. Ähnlich wie bei einem

Dipl.-Ing. Kerstin Hettich

ist Fertigungsplanerin bei der AUDI AG in Neckarsulm.

Dipl.-Ing. Dirk Bönisch

ist Fachprojektleiter Elektrik/ Elektronik A6 bei der AUDI AG in Neckarsulm.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Heptner

ist Leiter Werklogistikplanung A6 bei der AUDI AG in Neckarsulm.

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Audi A 6 Produktion

1 Eröffnungsfeier der Transferpresse im Werk Neckarsulm 2009

Kraftfahrzeug kommen hierfür Stahlfedern und Dämpfer zum Einsatz. Das Ergebnis ist eine deutliche Schwingungsreduzierung. Karosseriebau – Einsatz Diodenlaser

Im Karosseriebau der A6-Familie kommt in verschiedenen Applikationen Laserstrahltechnik zum Einsatz. Für die Applikationen Hartlöten und Schweißen von Stahlkomponenten sowie das Schweißen des Leichtbauwerkstoffs Aluminium kommen jetzt hocheffiziente Diodenlaser anstelle der bisher verwendeten Festkörperquellen zum Einsatz. Neben der deutlich kleineren Aufstellfläche dieser Aggregate spielt insbesondere der geringe Energieverbrauch eine entscheidende Rolle, um auch in der Fertigung den Umweltanforderungen gerecht zu werden. Aufgrund der hohen Effizienz von Diodenlasern wurde der Energieverbrauch gegenüber Festkörperlaserquellen deutlich reduziert.

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Die Einsparung führt zu einer Reduzierung des CO2-Ausstoßes von rund 3060 t pro Jahr, 2. In der Fertigung der verschiedenen Karosserievarianten werden insgesamt 20 Diodenlaserquellen eingesetzt, welche Lötund Schweißaufgaben im Stahl- und Aluminiumbereich übernehmen. So werden allein in der Fertigung der Aluminiumtüren von A6 Limousine und A6 Avant insgesamt zwölf Diodenlaser eingesetzt, 3, die in einer Taktzeit von 75 s die Türen zur Schweißgruppe fügen. Um die Schweißnahtqualität sicherzustellen, werden die rund 50 Schweißnähte je Tür, die in unterschiedlichen Nahtformen ausgeführt sind, vollautomatisiert einer 100-%-Kontrolle unterzogen. Diese Aufgabe übernimmt eine optische 3D-Nahtvisualisierung, welche nach dem Lasertri­angulationsprinzip arbeitet. Die 3D-Nahtvisualisierung überwacht die 2,50 m lange Laserschweißnaht je Tür und stellt sicher, dass nur korrekt verschweißte Baugruppen in die folgenden Fertigungsprozesse laufen.

Ein weiteres Einsatzgebiet findet der Diodenlaser in der Heckklappenfertigung von Limousine und Avant. Hier werden die Aluminiumaußenbleche im Bereich der Kennzeichenaufnahme mit einer Nahtlänge von etwa 750 mm verschweißt. Die hierbei realisierte Nahtoberflächenqualität ermöglicht eine nacharbeitsfreie Schweißverbindung im Sichtbereich. Neben dem Schweißen von Aluminiumanbauteilen werden auch in der Karosseriestruktur Löt- und Schweißaufgaben mit dem Diodenlaser realisiert. Hier wird zum einen der Seitenwandrahmen mittels Überlappschweißnaht mit der Karosseriestruktur verbunden; durch den Einsatz der Lasertechnik wurden die Flanschlängen in diesem Bereich gegenüber einer Punktschweißlösung reduziert. Zum anderen wird die bei Audi typische sogenannte Nullfuge, die Verbindung zwischen Seitenwandrahmen und Dach, durch eine Laserlötnaht realisiert. Durch den Einsatz des Diodenlasers, in Kombination mit einer auf den Prozess abstimm-

2 Übersicht der CO2-Ein­s­pa­ rungen durch den Einsatz von Diodenlasern

ten Auslegung, konnte die Lötgeschwindigkeit gegenüber den zuvor eingesetz­ten Festkörperlaserquel­­len auf 3 m/min erhöht werden. Lackiererei – Automatisierung spritzbare Dämmmassen

Bei den neuen Fahrzeugen der A6-Familie setzt Audi zur Geräusch- und Vibrationsdämmung vollständig auf spritzbare Dämmmassen. Im Vergleich mit den bisher eingesetzten Bitumenmatten bieten die spritzbaren Dämmmassen ganz neue Möglichkeiten zur Dämmung und Dämpfung von Körperschall. Das gezielte Auftragen der spritzbaren Dämmmassen an den kritischen Stellen, den sogenannten Hot-Spots, führt zu einem hohen akusti-

3 Türanlage C7 Laserschweißen Januar 2011

Audi A6

schen Komfort und spart gegenüber Bitumenmatten gleichzeitig Gewicht ein. Durch die gleichen akustischen Eigenschaften, verbunden mit einem geringeren Flächengewicht, werden im Vergleich zu den Bitumenmatten mehr als 2 kg pro Karosserie eingespart – ein weiterer wichtiger Beitrag zur Senkung des CO2-Ausstoßes. Mit dem Einsatz von spritzbaren Dämmmassen entfällt der hohe logistische Aufwand zur Bereitstellung der Bitumenmatten für die einzelnen Modelle. Auch wird die Prozesssicherheit durch die automatisierte Applikation erhöht. Bei den spritzbaren Dämmmassen handelt es sich um ein wässriges Acrylat (Dispersion). Das Material erfordert durch seinen Wassergehalt von zirka 20 % und seine abrasiven Feststoffe eine angepasste Anlagentechnik. Die Anlieferung erfolgt in

1000-l-Gebinden. Das Material wird aus der Versorgungsstation über Rohrleitungen zu den Robotern gepumpt. Aus Korrosionsschutzgründen ist die komplette Materialversorgung in rostfreiem Edelstahl ausgeführt. Um das Material aufzutragen, wird es über Doppelkolbendosierer und Applikationslanzen mit drei Düsen auf das Karosseriebauteil gespritzt. Diese aus dem Bereich der PVCNahtabdichtung bekannte Technik wurde weiterentwickelt und für den größeren Materialdurchsatz und die höheren Applikationsdrücke modifiziert. Die Applikationszellen sind jeweils mit einem stationären Vermessungssystem und drei Robotern auf externen Verfahrachsen ausgerüstet. Im Fertigungsprozess wird die Karosserie zunächst in die Applikationszelle eingefördert. Mittels Kameras erfolgt dann eine 3D-Lage- und Typerkennung. In den Robotern wird daraufhin das typspezifische Programm aufgerufen und anschließend die von den Akustikingenieuren festgelegten Flächen im Innenraum der Karosserie mit Dämmmasse appliziert, 4. Als Applikationsverfahren kommt das sogenannte Flatstream-Verfahren zum Einsatz, das eine hohe Flächenleistung und eine randscharfe Applikation ermöglicht. Die physikalische Trocknung der Dämmmasse erfolgt in den nachgelagerten Wärmeprozessen der Lackiererei. Durch den effizienten Einsatz von spritzbaren Dämmmassen wird mit einem optimalen Materialauftrag ein Maximum an Geräusch- und Vibrationsdämpfung erreicht.

4 Auftrag Dämmmasse mit Roboter

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Audi A 6 Produktion

5 höhenverstell­barer Montageskid mit Pickup

Montage – Arbeitsplatzgestaltung

Grundsätzlich besteht das Ziel, die allgemeinen Arbeitsbedingungen in der Montage permanent zu verbessern. Darüber hinaus wurden, auch aufgrund der demografischen Entwicklung, bereits in der frühen Projektphase Maßnahmen für ergonomisches Arbeiten eingeplant. Der zukünftige Bedarf an solchen Arbeitsplätzen (Anzahl und ergonomische Anforderungen) wurde aus der Ist-Personalstruktur abgeleitet. Diesem Bedarf wird in drei Themenfeldern Rechnung getragen: Produktgestaltung, Arbeitsplatzgestaltung und Prozessgestaltung. Produktseitig wurde bereits in der Konzeptphase darauf geachtet, dass keine ergonomisch ungünstigen Einbauund Montagesituationen entstehen. Bei Umfängen mit hohem Gewicht, schwieriger Teilegeometrie oder Teilegröße werden Hilfsmittel wie Hebehilfen oder Vormontagehilfen eingesetzt. Eine weitere Möglichkeit ist, einen kritischen Umfang an einen anderen Fertigungstakt zu verlegen oder aus der Fertigungslinie herauszunehmen. Im günstigsten Fall können so mehrere Arbeitsgänge an einer Montagestation zusammengefasst werden. Eine der größten Ergonomiemaßnahmen für die Fertigung des neuen A6 war der Umbau der Montage auf höhenverstellbare Montagegestelle, sogenannte Skids. Bisher wurden die Karosserien ­ des A6 auf starren Skids aufgenommen und auf einem festen Höhenniveau transportiert.

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Um die existierende Struktur der Skidfördertechnik nutzen zu können, wurde erstmalig eine Höhenverstellung in den Montageskid, 5, integriert. Prämissen für den Einsatz der Technik waren: :: schmale, flache Bauform mit weitgehend identischen Abmessungen zum bisherigen, starren Skid, damit der Wechsel auf neue höhenverstellbare Skids sukzessive erfolgen kann (in der Übergangsphase können alte und neue Skids parallel genutzt werden) :: die Energieübertragung muss induktiv erfolgen (keine Schleifleitungen)

6 Aufgaben­ stellung Elektrik/ Elektronik in der Produktion

:: der maximale Hub soll 800 mm betragen. Für die Energieübertragung wurde an der Fördertechnik seitlich ein Podest installiert. Es dient der Aufnahme der Linienleiter, die die induktive Energieversorgung der Skids entlang der Mon­tagelinien gewährleisten. Über den so­genannten Pickup wird die Energie vom Linienleiter abgenommen und dem höhenverstellbaren Skid zugeführt. Aufgrund des Zusatzgewichts von 500 kg pro Skid wurden Verstärkungsmaß­nahmen sowie Störkonturbeseitigungen an zirka 1550 m Förderstrecke erforderlich. Am Band verbaute Transponder dienen der Übertragung der aktuellen Taktnummer an die Skidsteuerung. Auf Basis dieser Information wird die für diesen Takt ergonomisch richtige Arbeitshöhe eingestellt. In Abhängigkeit vom Fahrzeug können unterschiedliche Skidhöhen hinterlegt werden. Elektrik/Elektronik

Innovative Fahrzeugtechniken und die steigende Anzahl von Komfortfunktionen basieren bei neuen Fahrzeuggenerationen in immer größerem Umfang auf vernetzten Elektroniksystemen. Die Inbetriebnahme und Prüfung, 6, dieser elektronischen Systeme erfordert die Entwicklung und den Einsatz neuer Anlagen- und Prüftechnik.

Entwicklungsumgebung

Die Programmierung der erforderlichen Inbetriebnahme- und Prüfprogramme an den einzelnen Stationen entlang der Montagelinie und den Prüfständen erfolgt in der Entwicklungsumgebung „SIDIS PRO“ der Firma Siemens. SIDIS PRO wurde beim Audi A6 erstmals eingesetzt und bietet durch die Systemarchitektur und durch neue Funktionen ein hohes Maß an Flexibilität und Modularität für die Prüfprogrammierung. Neue Prüfprogrammkonzepte ­ und Organisationsstrukturen wirken sich dabei positiv auf die Entwicklungs­ zei­ten der Prüfprogramme sowie die Fertigungs- und Prozesszeiten in der Produktion aus. SIDIS PRO wurde parallel zum Vorgängersystem in die vorhandene Hardware integriert. Mittels eines softwarebasierten Umschaltkonzepts wird innerhalb des Fertigungsflusses in Abhängigkeit des Fahrzeugmodells (alt – neu) zwischen den beiden Systemen umgeschaltet. Dabei werden beispielsweise Anlagenschnittstellen zu SPSSteuerungen, das Kommunikationsinterface zum Fahrzeug und die angeschlossene Peripherie verwaltet. Durch diese Technik konnten beim Anlauf des neuen Audi A6 Hardwareinvestitionen reduziert werden. Neue mobile Prüftechnik

Die Zunahme der Inbetriebnahme- und Prüfumfänge sowie die reduzierten Prozesszeiten stehen in direkter Verbindung zur Weiterentwicklung der Prüftechnik. Die steigenden Datenmengen bei der Steuergerätebedatung erfordern eine höhere Leistungsfähigkeit bei der Datenübertragung zwischen Prüfsystem und Fahrzeug. In enger Zusammenarbeit mit Siemens wurde eine neue mobile Prüftechnik, die „MPS 7“, mit einem kabelgebunden Kommunikationsinterface, 7, entwickelt. Zusätzliche Anforderungen an ­ die neue mobile Prüftechnik waren optimale Eigenschaften bezüglich Bauraum, Gewicht und Haptik sowie eine hohe Robustheit für den Einsatz in der Produktion. Die Abmaße konnten dabei um 65 % und das Gewicht um 18 % reduziert werden. Die Leistungsfähigkeit wurde um 175 % gesteigert. Durch eine gezielte Januar 2011

Audi A6

Beeinflussung der Massenspeicherleistung bei der MPS 7 konnten die Prozesszeiten der Inbetriebnahmen in der Produktion um 20 % reduziert werden. Kalibrierung Head-up Display

Erstmals bei Audi wird beim neuen A6 ein „Head-up Display“ (HUD) zur verbesserten Informationsdarstellung eingesetzt. Dabei werden Informationen auf die Frontscheibe projiziert. Die Einbautoleranz der Schalttafel, Bauteiltoleranzen des HUD-Projektors sowie die optische Qualität der Frontscheibe sind die qualitätsrelevanten Einflussgrößen. In der Produktion müssen deshalb alle mit HUD ausgerüsteten Fahrzeuge speziell überprüft und kalibriert werden. Die dazu benötigte Anlagentechnik wurde in die bestehenden Fahrerassistenzsystem-Prüfstände inte­ griert. Mittels einer verfahrbaren Kamera, welche in den Fahrzeuginnenraum eingefahren wird, und einer komplexen Bildverarbeitungssoftware wird das HUD-System getestet, 8. Um die hohen Qualitätsansprüche sicherzustellen, wird das virtuelle HUD-Bild bei Bedarf anhand einer individuell berechneten Vektorma­ trix korrigiert. Logistikkonzept

Die A6-Familie und der neue Audi A7 werden ­auf einer Montagelinie gefertigt. Daraus resultieren zusätzliche Herausforderungen an die Logistik, die im Rahmen eines neuen Logistikkonzepts als

7 Mobile Prüftechnik MPS 7

Bestandteil des Audi Produktionssystems umgesetzt wurden. Da der neue Audi A7 parallel zum A6 gefertigt wird, erhöht sich die Varianz der Bauteile erheblich. Auch muss die Materialbereitstellung am Verbauort im ergonomisch idealen Griffbereich des Montagemitarbeiters erfolgen. Das erfordert eine verdichtete Materialbereitstellung, die bei einigen hochvarianten und voluminösen Schwerpunktumfängen durch eine Industrieparkfertigung in Werksnähe erreicht wird. Alternativ hierzu erfolgt die Vorbereitung der ergonomischen Bereitstellung in fertigungsnahen „Supermärkten“, in denen Reihenfolgen hochvarianter Bauteile und auch Warenkörbe aus verschie-

8 Kalibrieranlage Head-up Display

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Audi A 6 Produktion

9 Konzept Perlenkette

denartigen Bauteilen gebildet werden. Um den Flächenbedarf hierfür im Rahmen zu halten, kommt beim neuen Audi A6 das sogenannte Perlenkettenkonzept zum Einsatz. Hierbei werden hochvariante Teile ­ in kundenspezifischer Reihenfolge vom Produktionswerk der Lieferanten angeliefert. Im Idealfall werden die Teile dabei ­ in Sequenz – synchron zur Audi Ferti­­­­­­ gung – produziert. Perlenkette

Beim Perlenkettenkonzept werden sechs Tage vor dem geplanten Montagetermin ­ 17 Teileumfänge in der geplanten Produk­ tionssequenz abgerufen und aus 16 verschiedenen Lieferantenwerken angeliefert. Diese 17 Teileumfänge umfassen mehr als 20 % des Montagevolumens. Somit bleibt genug Zeit, die Teile auch aus großen Entfernungen „Just-in-Sequence“ anzuliefern. Dies gilt zum Beispiel für den Innenraumleitungssatz, der aus Rumänien zugeliefert wird. Durch diese Vorgehensweise wird die flächen- und personalintensive Sequenzierung und Lagerung in Werksnähe vermieden. Die Teile werden nach Anlieferung auf rollbare Anhänger gestellt und ziehend sowie fahrplangesteuert bereitgestellt. ­ Die Verpackung wird im Rahmen eines 1:1-Tauschs als Leergut gesammelt und ­ an die Lieferanten zurückgesendet. Damit wird der Bestand des Materials in Werksnähe verringert und die Durchlaufzeit vom Lieferanten bis zum Verbau in Neckarsulm im Idealfall auf unter einen Arbeitstag reduziert. Diese Vorgehensweise ermög-

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licht eine prozesssichere Materialflusssteuerung. Fahrzeugspezifisch stehen vor Ort nur die benötigten Bauteile zur Verfügung, so dass die Prinzipien des wertschöpfungsorientierten, synchronen Unternehmens ideal umgesetzt sowie Kosten gespart ­werden, 9. Das Logistikkonzept „Perlenkette“ wirkt sich auf den Fluss der Karosserien aus. Die beim Lieferanten abgerufene Reihenfolge der Bauteile wird auch beim Aufbau der Fahrzeuge in der Fabrik eingehalten, so dass der Teilefluss mit dem Fluss der Karosserien synchronisiert ist. Dazu wurde die Linienstruktur in den Gewerken „Karosseriebau“ und „Lackiererei“ auf die Perlenkettensteuerung ausgerichtet. Abarbeitungsreihenfolgen orientieren sich mit oberster Priorität an der Perlenkette. „Verwirbelungspunkte“, das heißt Stellen möglicher Reihenfolgeveränderung, werden identifiziert und eliminiert. Auf diese Weise werden die Durchlaufzeiten im Produktionsprozess stabilisiert, die Termintreue gegenüber dem Kunden nimmt weiter zu. Supermarkt

Die ergonomische Anlieferung der Teile an der Montagelinie wird im „Supermarkt“ vorbereitet, der fertigungsnah angeordnet ist. Neben Sequenzierungen, dem „in Reihenfolge bringen“ von Teilen mit hoher Varianz und dem Bilden von Warenkörben, wird hier die behälterlose Materialversorgung vorbereitet. Hierbei werden platzsparende Bereitstellwagen verwendet, mit

deren Hilfe die Montagemitarbeiter wege­ optimiert und ergonomisch auf die Bauteile zugreifen können. Sowohl an der Linie als auch im Supermarkt kommen diese Wagen zum Einsatz. Sie werden im Rahmen der KVP-Aktivitäten (kontinuierlicher Verbesserungsprozess) zusammengestellt und so optimiert, dass eine ergonomische Entnahme sichergestellt ist und insbesondere ein zu tiefes Bücken vermieden wird. Die Einrichtung des Supermarktes, in dem sich in der Phase der Parallelfertigung von altem und neuem A6-Modell bis zu 3000 verschiedene Teile befinden, ist flexibel. Auch bei geänderten Rahmenbedingungen hinsichtlich Teilevarianz und Verbauorten können die Bauteile daher nach wie vor verdichtet und ergonomisch bereitgestellt werden. Und das sowohl im Parallellauf mit dem Vorgängermodell als auch in der späteren alleinigen Fertigung des neuen A6. Die Bereitstellung am Verbauort und im Supermarkt erfolgt in kurzen, 30- oder 60-minütigen Abständen ziehend und fahrplangesteuert. Auf diese Weise wird ein Flussprinzip umgesetzt. Im sogenannten Trailerbahnhof wird festgelegt, welchen Weg die Bauteile auf einer der 16 verschiedenen, festgelegten Routen durch die Montagehalle hin zum Verbauort nehmen. Über die Routen werden nach einem festgelegten Fahrplan die verschiedenen Bandabschnitte versorgt. Hierdurch wird das „Verkehrsaufkommen“ strukturiert, die Belastung der verschiedenen „Verkehrswege“ ist so besser steuerbar und Wartezeiten werden reduziert.

IMPRESSUM

www.ATZonline.de

Der neue Audi A6 Januar 2011 Springer Automotive Media | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Postfach 15 46 · 65173 Wiesbaden · Abraham-Lincoln-Straße 46 · 65189 Wiesbaden Amtsgericht Wiesbaden, HRB 9754, USt-IdNr. DE811148419 Geschäftsführer Dr. Ralf Birkelbach (Vors.), Armin Gross, Albrecht Schirmacher | Gesamtleitung Anzeigen und Märkte Armin Gross Gesamtleitung Marketing Rolf-Günther Hobbeling | Gesamtleitung Produktion Christian Staral | Gesamtleitung Vertrieb Gabriel Göttlinger

WISSENSCHAFTLICHER BEIRAT

Herausgeber Wolfgang Siebenpfeiffer

Ständige Mitarbeiter Richard Backhaus (rb), Prof. Dr.-Ing. Stefan Breuer (sb), Dipl.-Ing. (FH) Andreas Fuchs (fu), Jürgen ­Grandel (gl), Prof. Dr.-Ing. Fred Schäfer (fs)

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