Porsche Engineering Magazin - KIT - MRT · (HMI)-Modul angeschlossen sind. Reale Fahrversuche sind bei der Entwicklung moderner Fahrzeuge nicht wegzudenken. Eine Herausforderung bei

Porsche Engineering Magazin

Exklusive Einblicke In die Technikhighlights des

Boxster Spyder

Air-Geiz bei PorscheAero-Dynamik im Fokus

Gut gefedertMit dem Luftfedersystem des

Panamera

Intelligentes Licht von PorscheSorgt für weniger Unfälle

Ausgabe 1/2010

Fahrzeugleitsysteme

Ermöglichen reproduzierbare Fahrversuche

Intelligentes Licht

Sorgt für weniger Unfälle

Maximaler Wirkungsgrad

Für eine geräuschoptimale Verzahnung

Autodieben auf den Fersen

Mit dem Porsche Vehicle Tracking System

Air-Geiz bei Porsche

Die Aero-Dynamik im Fokus

Hut ab!

Der Boxster Spyder

Gut gefedert

Mit dem Luftfedersystem des Panamera

Für Schnellschalter

Schaltkraft spürbar erleben

Inhalt

5

Editorial

Über Porsche Engineering

3

4

8

11

14

16

19

23

26

2 Porsche Engineering Magazin 1/2010

Editorial

3

Wir wahren stets die Geheimhaltung un-

serer externen Kundenprojekte. Um Ih-

nen dennoch einen Einblick in unsere

Fahrzeugentwicklung geben zu können,

stellen wir Ihnen zum Thema Derivatent-

wicklung heute ein in ternes Highlight

vor: den neuen Boxster Spyder, der mit

seiner Leichtigkeit einen neuen Bench-

mark setzt. Federleicht aber vor allem

gut gefedert geht es dann direkt weiter

mit einer Vorstellung des Luftfedersy-

stems des Panamera.

Genießen Sie diese und weitere High-

lights aus der Porsche Entwicklung.

TIPP: Unter www.porsche-engineering.de/

Kundenmagazin können Sie unser Maga-

zin auch online lesen.

Viel Spaß bei dieser Ausgabe wünschen

Ihnen

Ihr Malte Radmann und Dirk Lappe

Geschäftsleitung Porsche Engineering

Innovation und Emotion bedeuten Bewegung und das

nicht nur auf der Teststrecke, sondern auch in den

Köpfen unserer Mitarbeiter. Wir sind kreativ und

verhelfen unseren Kunden mit innovativen Ideen zum

Erfolg.

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

In unseren Projekten gestalten unsere

Ingenieure jeden Tag ein Stück Zukunft.

Gehen Sie mit uns auf eine kleine Reise

durch unsere Entwicklungsarbeit und erle-

ben Sie unsere tägliche Faszination und

unser Leistungsverständnis haut nah.

Indem wir zum Beispiel Fahrzeugleit -

sys teme entwickeln, die reproduzierbare

Fahrversuche ermöglichen und somit

nicht nur verlässliche Ergebnisse, son-

dern vor allem Zeit und Kosten in der Ent -

wicklung sparen.

Zur Zukunftsgestaltung gehört ebenso

das Thema Sicherheit. Im Lichtblick die-

ser Ausgabe stehen daher unsere intelli-

genten Lichtsysteme. Erfahren Sie mehr

darüber, wie Porsche Engineering damit

zur Reduzierung von Verkehrsunfällen

beiträgt. Wir wahren stets die Geheim-

haltung unserer externen Kundenprojek-

te. Dazu leistet das Vehicle Tracking Sy-

stem von Porsche den entscheidenden

Beitrag.

Porsche Engineering Magazin 1/2010

4

Bei Porsche Engineering tüfteln Ingeni-

eure für Sie an neuen, ungewöhnlichen

Ideen für Fahrzeuge und industrielle Pro-

dukte. Im Auftrag von Automobilherstel-

lern und Zulieferern entwickeln wir viel-

fältige Lösungen – von der Konzeption

einzelner Komponenten über die Ausle-

gung komplexer Module bis hin zur Pla-

nung und Durchführung von Gesamt-

fahrzeugentwicklungen, einschließlich

Se rien anlaufmanagement. Das Beson-

dere daran: All das geschieht mit dem

Know-how eines Serienherstellers. Sie

benötigen für Ihr Projekt einen Automo -

bilentwick ler? Oder ziehen Sie einen spe-

zialisierten Systementwickler vor? Wir

bieten unseren Kunden beides – da

Porsche Engineering an der Schnittstelle

beider Bereiche arbeitet. Das Wissen von

Porsche Engineering läuft gebündelt in

Weissach zusammen – und ist doch welt -

weit verfügbar. Selbstverständlich auch

bei Ihnen direkt vor Ort. Egal, wo wir ar-

beiten, wir bringen stets ein Stück Porsche

Engineering mit. Wenn Sie mehr über uns

erfahren möchten, dann fordern Sie unsere

Imagebroschüre per E-Mail an:

[email protected]

RedaktionsleitungNicole Möller

Gestaltung: Machart–Design, StuttgartRepro: Piltz Reproduktionen, StuttgartDruck: Leibfarth&Schwarz, Dettingen/ErmsÜbersetzung: TransMission Übersetzungen,

Stuttgart

Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck, auch auszugs-weise, nur mit Genehmigung des Herausgebers. Fürdie Rück sendung unverlangt eingegangener Fotos,Dias, Filme oder Manuskripte kann keine Gewährübernommen werden.

Porsche Engineering ist eine 100%ige Tochterge-sellschaft der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG

HerausgeberPorsche Engineering Group GmbH

AnschriftPorsche Engineering Group GmbHPorschestraßeD-71287 Weissach

Tel. +49 711 911 - 8 88 88Fax +49 711 911 - 8 89 99

E-Mail: [email protected]: www.porsche-engineering.de

Impressum

Über Porsche Engineering

Impressum • Porsche Engineering Magazin


Wechsel in der Geschäftsfüh-

rung bei Porsche Engineering

Bei der Porsche Engineering Group

GmbH und Porsche Engineering Ser-

vices GmbH wurde Malte Radmann

zum 1. Oktober 2009 zum Vorsit -

z en den der Geschäftsführung er-

nannt. In den beiden Tochtergesell-

schaften folgte er auf Dr. Peter

Schäfer, der zeitgleich zur Dr. Ing. h.

c. F. Porsche AG wechselte und dort

die Leitung der Hauptabteilung Ent -

wick lung Fahr werk übernommen hat.

Malte Radmann war bereits bisher

Mitglied der Geschäftsführung bei-

der Toch tergesellschaften und Lei-

ter der kaufmännischen Ressorts,

die er auch wei terhin führen wird.

Ergänzt wird die Geschäftsführung

durch Dirk Lappe, der seit dem Jahr

2002 bei Porsche Engineering für

den Bereich Elektrik/Elek tronik ver-

antwortlich war und nun die Posi-

tion des technischen Geschäftsfüh-

rers erhalten hat.

Porsche Engineering Magazin

auch online

Unser Porsche Engineering Magazin

können Sie auch bequem online le-

sen: www.porsche-engineering.de/

Kundenmagazin

News

Electrics & Electronics Fahrzeugleitsysteme

5

Fahrzeugleitsystem zur Durchführung reproduzierbarer

Fahrversuche

Bei der Funktionsentwicklung und Er-

probung verschiedener Systeme im Au to -

mobilbereich wie beispielsweise bei den

Fahrerassistenzsystemen kommt es dar-

auf an, ein definiertes Testszenario repro-

duzierbar zu durchfahren. Um den Test-

fahrer in diesem Zusammenhang zu un -

terstützen, hat Porsche Engineering ein

spezielles Fahrzeugleitsystem (FLS) ent-

wickelt. Die Basisversion des Fahrzeug -

leitsystems besteht aus mehreren mo-

dular aufgebauten Komponenten. Das

zentrale Modul und Herzstück ist die

Steuereinheit, an der die weiteren Kom-

ponenten wie das Differential Global Posi-

tioning System (DGPS)- und das Kommu-

nikations- und Human Machine Interface

(HMI)-Modul angeschlossen sind.

Reale Fahrversuche sind bei der Entwicklung moderner Fahrzeuge nicht wegzudenken.

Eine Herausforderung bei Versuchsfahrten im Feld ist bis heute die Reproduzierbar keit

der Versuche. Hier ist Porsche Engineering ein entscheidender Schritt gelungen.

Komponenten des Fahrzeugleitsystems

Master

Steuereinheit

Kommunikationsmodul

DGPS-Modul HMI-Modul

Slave

Steuereinheit

Kommunikationsmodul

DGPS-Modul HMI-Modul



6

höhere Genauigkeiten zu erreichen, wird

ein sogenannter Differential GPS (DGPS)-

Empfänger eingesetzt. Diese Empfän-

ger erreichen eine höhere Genauigkeit,

indem sie das Standard-GPS-Signal kor-

rigieren oder besser auswerten. Es gibt

eine Vielzahl verschiedener Korrektur-

und Auswertungssysteme, die sich in

Genauigkeit, Preis, Verfügbarkeit und in

ihren Eigenschaften unterscheiden.

Für das Fahrzeugleitsystem wurde ein

mobiler submetergenauer DGPS-Empfän-

ger mit hoher Verfügbarkeit ausgewählt.

Kommunikationsmodul

Sind in einem Testfall mehrere Fahr -

zeuge beteiligt, wird eine drahtlose Kom -

munikation zwischen den Fahrzeugen in

Form eines Ad-Hoc-Netzwerkes erfor-

derlich. Über diese wird der Ablauf eines

Testfalles synchronisiert. Zwischen den

Fahrzeugen können zudem optional Da-

ten wie GPS-Koordinaten ausgetauscht

werden. Das Slave-Fahrzeug übermittelt

zum Beispiel seine Ist-Daten an den Mas -

ter, der mithilfe seiner Ist-Daten den re-

lativen Abstand zwischen zwei Fahrzeu-

gen berechnet.

Steuereinheit

Die Steuereinheit ist der Kern des Fahr-

zeugleitsystems, mit dem alle anderen

Komponenten verbunden sind. Durch

die vielfältigen Aufgabenstellungen und

Schnittstellen ist die Steuereinheit die

komplexeste Komponente. Die Haupt-

aufgabe der Steuereinheit ist die zentrale

Ablaufsteuerung.

Die Aufgaben lassen sich

unterteilen in:

� Testfallaufnahme durch Abfahren

der Wegstrecke oder manuelles

Markieren von Wegpunkten in einer

Karte

� Testfallbearbeitung durch Verändern

der Bahnverläufe oder Wegpunkte in

einer Karte

� Reproduktion des Testfalls durch

Erteilung von Anweisungen an den

Fahrer durch das HMI

� Auswertung des Testfalls

Human Machine Interface (HMI)

Das Fahrzeugleitsystem ermöglicht es,

gespeicherte Testszenarien unter defi-

nierten Bedingungen reproduzierbar und

damit vergleichbar zu durchfahren. Be-

sonderes Augenmerk wird dabei auf die

Verständlichkeit, Aufgabenangemessen-

heit und Effektivität des HMI gelegt. Mit-

hilfe des HMI soll der Testfahrer bei ei-

Der modulare Aufbau mit definierten

Schnittstellen bietet dabei mehrere Vor-

teile: Die Module können kundenspezi-

fisch beziehungsweise projektspezifisch

angepasst werden. Zusätzlich kann das

Basissystem mit weiteren Komponen-

ten, wie die Anbindung an den Fahrzeug-

bus, einfach erweitert werden.

DGPS-Modul

Das Fahrzeugleitsystem geht von einer

Positionsbestimmung aus, welche die

aktuelle Position mit einer Referenzpo -

sition vergleicht. Um eine Positionsbe-

stimmung durchzuführen, können Diens -

te wie die des Global Positioning Systems

(GPS) genutzt werden. Jedoch sind die-

se Positionsbestimmungen für Anwen-

dungen in einem Fahrzeugleitsystem zu

ungenau, sie haben Abweichungen im

Bereich größer zehn Meter. Das Fahr-

zeugleitsystem benötigt eine Genauig-

keit kleiner 50 Zentimeter. Um diese


Manuelles Erstellen einer Fahrstrecke


7

Steuereinheit verbunden wird. Die Vi-

brationshandschuhe bieten eine weite-

re Rückmeldung über die Querführung

(vgl. Tabelle oben).

Zur Fahrzeuglängsregelung gehört das

Abstands- und Geschwindigkeitshalten

eines Fahrzeugs. Für das entwickelte

Fahrzeugleitsystem spielt vor allem das

Einhalten vorgegebener Geschwindig-

keiten eine entscheidende Rolle. Gene-

relle Anforderung ist, dass dynamisches

Fahrverhalten (Beschleunigung/Verzö -

gerung/Kurve) vorausschauend ange-

zeigt wird. Da es sich dabei um eine ein-

fache Regelungstätigkeit mit geringer

ner realen Straßenfahrt als Regler über

das Leitgerät mit visueller, haptischer

und akustischer Rückkopplung in den

Fahrprozess eingebunden werden. Der

Fahrer erfüllt dabei vorrangig Fahrauf-

gaben auf der Stabilisierungsebene. Da

die Längs- und Querabweichungen beim

Durchfahren der Soll-Bahn möglichst

gering sein dürfen, um den Anspruch

auf Vergleichbarkeit zu gewährleisten,

bedarf es einer rechtzeitigen und ein-

deutigen Rückmeldung an den Fahrer.

Die Tabelle rechts gibt einen Überblick

zu den Rückmeldestrategien.

Für die visuelle Rückmeldung wird ein

8-Zoll-Display mit Touchfunktion ver-

wendet, sodass die Testfahrer jede

Fahrt selbstständig über das Interface

starten können. Das Display ermöglicht

die Integration eines fahrzeugunabhän-

gigen Fahr zeugleitsystems bei minimaler

Installationszeit. Um den Kontakt zur

Straße zu gewährleisten, wird mittels ei-

ner an der Windschutzscheibe installier-

ten Kamera das nach vorne gerichtete

Bild angezeigt und die notwendigen

Rückmeldungen überblendet.

Das Haptikmodul besteht aus zwei

Handschuhen mit integrierten Vibra-

tionselementen und einem Steuerge-

rät, welches per USB mit der zentralen

Rückmeldestrategien im Fahrzeugleitsystem

Stabilisierungs -ebene

Unimodal

optisch

(Stufe 1: Information)

Bsp. Spurverlassen innerhalb

Toleranzschlauch

Bimodal

optisch & haptisch

(Stufe 2: Warnung mit

Handlungsaufforderung)

Bsp. Spurverlassen außerhalb

Toleranzschlauch

Manöverebene optisch

(Stufe 1: Information zur

Voranzeige)

Bsp. Symbolik zur

Ereignisanzeige

optisch & akustisch

(Stufe 2: Handlungs-

aufforderung)

Bsp. Sprachausgabe zur Be-

schreibung zukünftiger Ereignisse


Längs- und Querkorrektur erforderlichKeine Korrektur erforderlich

Komplexität handelt, ist eine unimodale

Rückmeldung für diese Fahraufgabe aus-

reichend. Ein „Follow-me“-Balken quer

über die Straße gelegt, zeigt die einzuhal-

tende Geschwindigkeit über eine Ab-

standsregelung an.

Die Fahrzeugquerführung im Fahrzeug-

leitsystem ist derart gestaltet, dass

beim Verlassen der Fahrspur (bzw. des

hinterlegten „Fahrschlauches“ aus GPS-

Koordinaten) eine zweistufige Rück -

meldestrategie entgegenwirkt. Die hap -

tische Rückmeldung wird zum besseren

Verständnis mit einer optischen Anzeige

kombiniert, welche die Richtung der zu

erfolgenden Lenkkorrektur anzeigt.

Diese Regelstrategie mit Toleranzkorri-

dor und Lenkvibration am Hysterese-

rand entspricht auch der Grundidee der

hier vorgestellten Interaktionsmetapher.

Der Fahrer kann sich dabei innerhalb

objektiver Grenzen frei bewegen und

erst beim Erreichen dieser erhält er eine

spürbare Rückmeldung.

Electrics & Electronics Intelligentes Licht

8

Intelligentes Licht hilft, Unfälle zu verhindern

Aktuelle Zahlen des Statistischen Bun -

desamtes (DESTATIS) zeigen auf, dass

die Anzahl der im Jahr 2008 verletzten

respektive getöteten Personen im Stra-

ßenverkehr weiter gesunken ist. Diese

einerseits erfreuliche Tatsache lässt sich

nicht nur auf die kontinuierliche Weiter-

entwicklung von technischen Innovati -

onen im Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel

einem verbesserten Seitenaufprallschutz,

zurückführen. Vielmehr finden mehr und

mehr neben den passiven auch aktive

Sicherheitssysteme ihre Anwendung in

allen Fahrzeugklassen, was die positive

Tendenz der Verkehrsunfallbilanz auch

in den folgenden Jahren weiter unter-

stützen sollte. Andererseits sind die ab-

soluten Zahlen von 4.600 getöteten und

407.000 verletzten Verkehrsteilnehmern

noch lange kein Grund, im Gesamtgefüge

aller verantwortlichen Institutionen (u. a.

Legislative, Wissenschaft, Industrie) nicht

nach weiteren Verbesserungen für ein

unfallfreies Fahren zu suchen.

Ein genauer Blick lohnt sich

Wo genau noch Potenzial zur effektiven

Reduzierung der oben aufgeführten Zah -

len zu finden ist, zeigen unter anderem

Datenbanken wie die der GIDAS (German

In-Deep Accident Study) auf. Gerade bei

Fahrten in der Dämmerung und Dunkel-

heit, wenn die Erkennbarkeit von Objek-

ten im Verkehrsraum für den Fahrer am

schwierigsten ist, steigt die Wahrschein-

lichkeit signifikant an, in einen Unfall mit

dritten Verkehrsteilnehmern involviert

zu werden. Ursache für dieses erhöhte

Unfallrisiko ist die relativ niedrige Umge-

bungshelligkeit zusammen mit spora-

disch auftretenden Blendungen durch

entgegenkommende Fahr zeuge, die ein

rasches Adaptieren des menschlichen

Sehapparates bedingen. Weiterhin er-

Die Sicherheit im Straßenverkehr für alle Verkehrsteilnehmer steht ganz oben auf

der Prioritätenliste von Porsche Engineering. Ein neues intelligentes Licht sorgt für den

nötigen technischen Fortschritt.


"Markierendes Licht" kann den Fahrer künftig bei Nachtfahrten unterstützen.

9

schwerend kommt hinzu, dass die Tiefen-

schärfe sowie die Sehleis tung bei Nacht

signifikant reduziert sind.

Auf dem Prüfstand

Porsche Engineering forscht deshalb in

einer eng geführten Kooperation mit dem

Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

daran, wie der Fahrzeugführer bestmög-

lich bei Nachtfahrten in seiner Fahrauf-

gabe unterstützt werden kann. Hierzu

werden verschiedene lichtbasierte Fah-

rerassistenzsysteme auf den Prüfstand

gestellt. Auf einer vielversprechenden

innovativen Lichtfunktion, welche die

Be zeichnung „Markierendes Licht“ trägt,

liegt dabei ein besonderes Augenmerk.

Hier sollen in mittelfristiger Zukunft Kol-

lisionen mit Personen (oder auch Fahr-

radfahrern/Wild) durch eine gezielte

Aus leuchtung, einer lichtbasierten Mar-

kierung, vermieden werden.

Im Rampenlicht

Um Untersuchungen zu lichtbasierten

Assistenzfunktionen durchführen zu kön-

nen, wurde ein Prototypenaufbau reali-

siert, welcher neben einem gier- und

nickfähigem Bi-Xenon-Modul ebenfalls

einen „Automotiven Spotstrahler“ (Au -

tomotive Spotlight) auf LED-Basis inte-

griert. Die Kommunikation zu den Bi-

Xenon-Modulen ist CAN (Controller Area

Network)-Bus-basiert, die Aktoren und

Sensoren des Automotive Spotstrahlers

werden über eine echtzeitfähige Proto-

typing-Einheit bedient. Als thermischer

Sensor kommt eine FIR (Far-Infrared,

Ï = 8–12µm)-Kamera zur Anwendung,

welche eine Auflösung von 320 x 240

Pixel bei einer Bildrate von 25 Hz bietet.

Analyse der Bildsequenzen Informati -

onen über potenziell gefährliche Objekte

in seiner Umgebung bereitzustellen. Da-

bei kommt der Detektion und Lokalisie-

rung von zum Beispiel Fußgängern, Fahr-

radfahrern und Wild vor dem Fahrzeug

eine zentrale Rolle zu. Das Detektieren

sowie Klassifizieren der genannten Ob-

jekte in Bildsequenzen ist hochkomplex,

weil das Erscheinungsbild oder die Pose

der zu detektierenden Objekte beliebig

variant sein kann. Deshalb wird der Pro-

zess unter anderem intensiv in den tech-

nischen Disziplinen der Bildverarbeitung

sowie Mustererkennung untersucht. Eine

entwickelte effektive Bildsegmentierung

sowie Vorabklassifizierung auf Basis von

Wärmebildsequenzen sieht einen dual-

adaptiven Grenzwertfilter vor. Dieser Al-

gorithmus vereint zwei veränderliche

Grenzwerte, die auf Basis der vorhande-

nen Bildinformationen pixelweise erho-

ben werden. Die nachfolgende Vorab-

Als zentrale Recheneinheit für die Bildver-

arbeitung respektive für nachgelagerte

strategische Auswertungen steht ein Mul-

ti-Kern-Prozessorsystem mit aus reichend

dimensionierten Ressourcen bereit.

In Lichtgeschwindigkeit

Der komplexe interne Informationsfluss

aller beteiligten Instanzen (Peripherie und

Rechenprozesse) wird über eine zentra-

le Echtzeitdatenbank abgebildet. Diese

Datenbank synchronisiert nicht nur alle

Sensor- und Aktorzustände pro Zeitein-

heit, sondern speichert diese ebenfalls

zu einer komfortablen Auswertung, zum

Beispiel am Arbeitsplatz, ab.

Detektion von Fußgängern

Die Wärmebildkamera, die als Sensor-

system verwendet wird, dient dazu, dem

Fahrzeugführer durch eine technische


1955 60

0

5

10

15

20

25

65 70 75 80 85 90 95 00 05 08*

4467

in 1000

Entwicklung der Zahl der im Straßenverkehr Getöteten 1953-2008

* vorläufiges Ergebnis © Statistisches Bundesamt, Wiesbaden 2009


‘72: Höchstge-schwindigkeit von 100 km/h auf Landstraßen

‘73: 0,8 Promille-Höchstgrenze

‘74: Richtgeschwindigkeit auf Autobahnen

‘80: Helmtragepflicht (Verwarnungsgeld)

‘84: Gurtanlegepflicht

‘98: 0,5 Promille-Höchstgrenze

Fußgänger, Fahrradfahrer, Wild) enthal-

ten. Die Klassifikation wird hierbei mittels

einer lernfähigen Instanz durchgeführt,

welche technische Indikatoren eines

Bildausschnittes mit vorab trainiertem

Wissen vergleicht. Hierbei haben diejeni-

gen Indikatoren für eine effiziente Klas-

sifikation großes Potenzial, welche auf

sogenannte „Histogram of Oriented Gran -

dients (HOG)“ basieren. Hierbei wird die

Gestalt und Form von Objekten mittels

der zugehörigen Verteilung sowie Aus-

richtung der lokal berechneten Intensi-

tätsgradienten in einem Bildausschnitt

beschrieben. Im gewählten Ansatz wer-

den die HOG-Deskriptoren in drei Stufen

bestimmt und anschließend dem finalen

Klassifikator zugeführt:

� Berechnen der Gradienten über die

Intensität im Detektionsfenster,

� Ermitteln des Histogramms über die

Orientierung der Gradienten,

� Normalisieren des Histogramms in

Relation zu einer übergeordneten

Flächeneinheit.


Aktive Assistenz von Fahrzeugen sorgt für mehr Sicherheit und Komfort.

Klassifikation von Fußgängern

Als Klassifikator wird eine sogenannte

„Support Vector Machine (SVM)“ verwen-

det, welche basierend auf einer Menge

von Trainingsobjekten mit bekannter Klas -

senzugehörigkeit eine Entscheidungsfunk-

tion erlernt. Anhand dieses erlernten Wis-

sens können im folgenden Bildausschnitte

aus alltäglichen Fahr situatio nen erfolg-

reich und effizient klassifiziert werden.

Positive Aussichten

Die Aussichten für das beschriebene

Gesamtsystem sind positiv, da erste Si-

mulationsergebnisse die erwarteten Re-

sultate einer hohen Detektions- und

Klassifikationsrate zu unterschiedlichen

Verkehrssituationen bestätigt haben. In

einem nächsten Schritt sind Probanden-

studien geplant, um eine repräsentative

Aussage hierüber zu bekommen, ob und

in welchem Maße diese innovative licht-

basierte Fahrerassistenzsysteme den

Fah rer bei seiner Aufgabe bestmöglich

un terstützen können. Die hieraus ge-

wonnenen wissenschaftlich fundierten

Erkenntnisse sorgen mittelfristig dafür,

dass die aktive Assistenz unserer Fahr-

zeuge weiter verbessert wird und somit

für unsere Kunden einen Mehrwert an

Sicher heit und Komfort bieten.

Bestimmung des Intensitätsgradienten eines Fuß-gängers als Vorbereitung für die Klassifikation.

klassifizierung binarisiert das vorliegen-

de Graustufenbild nach einem ausgeklü-

gelten Ansatz. Anbei sind Resultate des

dual-adaptiven Grenzwertfilters zu se-

hen, welche in einem nächsten Schritt

weiter segmentiert werden. Um den Re-

chenaufwand für die finale Klassifikation

mög lichst gering zu halten, reduziert die

bereits erwähnte Vorabklassifizierung

durch heuristische Annahmen die Anzahl

der Bildausschnitte. Hierzu wird die Ob-

jektgröße, die Objektposition in Bildkoor-

dinaten, das Verhältnis zwischen Breite

und Höhe sowie das Verhältnis zwischen

Objektfläche und Fläche des umschlie-

ßenden Rahmens („Bounding-Box“) eva-

luiert, um möglichst viele Quellen einer

Fehlklassifikation vorab auszuschließen.

Vorbereitung zur Klassifikation

Ein erfolgsversprechender Ansatz als

Vorbereitung für die finale Klassifikation

basiert auf der Extraktion von Merkmalen

aus Bildausschnitten, welche mutmaß-

lich zu klassifizierende Objekte (z. B.


Drivetrain Verzahnung

11

WirkungsgRAD: damit die Zähne nicht mehr knirschen

Nicht nur die komplexen Anforderungen

an die Verzahnung und deren akusti-

schen Verhalten steigen stetig. Es gilt

gleichzeitig, das Leistungsgewicht der

Bauteile zu optimieren – zwei Ziele, de-

ren Erreichung allzu oft im Widerspruch

zueinander stehen. Die genaue Kenntnis

der zu erwartenden Belastungen ge-

winnt daher zunehmend an Bedeutung.

Steigender Kostendruck erschwert zu-

sätzlich die Umsetzung wirksamer Maß-

nahmen.

Porsche Engineering begegnet dieser

Herausforderung mit einer wirkungsvol-

len Strategie. Zunächst wird die Verzah-

nung hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit aus -

gelegt und optimiert. Die Basis hierfür

bilden simulierte, auf gemessenen Da-

ten basierende Lastkollektive, die eine

bedarfsgerechte Auslegung ermög-

lichen. Besonderes Augenmerk liegt auf

der Tragfähigkeit, die ohne spezielle

Modifikationen erreicht wird. Dadurch

wird der Grundstein für eine akustisch

gut optimierbare Verzahnung gelegt.

Am richtigen Rad drehen

Porsche Engineering unterstützt seine

Kunden mit einer neuartigen Ent wick lungs -

methodik bei der effizienten Auslegung

von Antriebsträngen unter Berück sichti -

gung kundenspezifischer Anforderungen.

Zur Definition realitätsnaher Lastkollek-

tive erfolgt die Aufnahme der Betriebs-

lasten nicht in teuren Messnaben oder

an Messseitenwellen, sondern vielmehr

am Flansch des Getriebeausgangs (siehe

Abbildung auf Seite 12). Der Einfluss

der Verdrehsteifigkeit zwischen An- und

Abtrieb kann so umgangen werden und

schleichende oder dauerhafte Fehler

durch plastische Wellendeformationen

während der Messung werden vermie-

den. Die Messflansche überstehen bei

gleicher Messgenauigkeit einer Mess-

seitenwelle zehnmal höhere Spitzen-

drehmomente ohne Erhöhung des Mess -

fehlers. Die vollständige Kapselung der

Messtechnik ermöglicht deutlich ver -

längerte Dauerlaufeinsätze ge genüber

konventionellen Systemen. Durch die

patentierte Verfahrensweise der Flansch-

Applikation sind neben den gebräuch-

lichen Dauerläufen auch Missbrauchs-

belastungen im gleichen Versuchsauf-

bau durchführbar, was die Entwick -

lungskosten deutlich reduziert. Nur mit-

hilfe dieser exakten Signalgüte lässt

sich eine Simulationsumgebung zur Vor-

hersage von Triebstrangbelastungen im

Dauerlauf gesichert verifizieren. Kern

dieses Berechnungswerkzeuges ist ein

3-D-Streckenmodell für alle Porsche-

Die Anforderungen an Verzahnungen in Motoren und Getrieben steigen stetig mit der

Komplexität der Aggregate. Zusätzlich tritt durch immer leiser werdende Motoren das

akustische Verhalten der Zahnräder weiter in den Vordergrund.


Optimierung der Triebstrangbelastung durch Änderung der Betriebsstrategie

Rad-/Ritzelbelastung Änderung der Fahrstrategie

Funktionsmodell

Integration derSteuer gerätefunktionen

Strategie 1

Strategie X

Applikationsdatensätze


Das auf den Anwendungsfall maßge-

schneiderte Mechanikmodell des Fahr-

zeugs integriert zusätzlich die realen

Steuergerätefunktionen als Software-in-

the-Loop (SiL), sodass die neuesten Da-

tenstände der Software-Entwicklung oh-

ne den Zwang einer Prototypen-Verfüg-

barkeit auf ihre Auswirkung hin getestet

werden können. Es ist möglich, schnell

und kostengünstig eine Aussage darü-

ber zu liefern, wie die einzelnen Bauteile

des Antriebsstrangs durch die aktuellen

Softwarestände belastet werden und

wie man einer Überbelastung der ak-

tuellen Konstruktion durch gezielte Ein-

griffe in die Funktionen des Steuergerä-

tes entgegenwirken kann. Diese Vorge-

hensweise ermöglicht damit die syste-

matische Untersuchung der komplexen

typischen Belastungsstrecken. Hierzu

wurden Renn-, Versuchs- und definierte

Alltagsstrecken im Höhenverlauf detail-

liert vermessen und als Funktion des

Längen- und Breitengrades in einer

Datenbank abgelegt (siehe Abbildung

rechts). Durch die Vorgehensweise der

Porsche Ingenieure ist gesichert, dass

der Steigungswiderstand am Fahrzeug

mit hoher Genauigkeit in die Simulations-

umgebung eingegeben werden kann.

Realistisch ausgebremst durch

synthetisches Fahrermodell

Damit die Belastungsvorhersage unter

realistischen Bedingungen erfolgen kann,

wurde bei Porsche Engineering ein neu-

artiges synthetisches Fahrermodell mit

menschlichen Eigenschaften entwickelt.

Dieses Modell ist in der Lage, die Fahr-

und Bremspedalpositionen nahezu iden -

tisch wiederzugeben. Der virtuelle Fahrer

arbeitet mit einer Entscheidungs- und ei-

ner Handlungsebene, die die vor dem

Fahrzeug liegenden Informationen verar-

beiten und umsetzen. Die Kombination

beider Ebenen verhindert insbesondere

bei Kurvenfahrten unrealistische Beschleu -

nigungs- und Verzögerungsmanöver.

Wechselwirkungen zwischen optimalem

Wirkungsgrad und Triebstrangbelastung

im Rahmen von Variantenrechnungen

über mehrere tausend Kilometer.

Verzahnungsauslegung

Nachdem die neuen Lastkollektive fest -

gelegt sind, beginnt eine Iterationsschlei-

fe zur Festlegung der optimalen Verzah-

nungsgeometrie unter Berück sichtigung

der Anforderungen bezüglich Lebens -

dauer und Geräuschanregungsverhalten

(NVH). Durch langjährige Erfahrung ge-

lang es Porsche Engineering, den Kon-

flikt zwischen Tragfähigkeits- und Ge-

räuschoptimierung aufzulösen. Das ge-

fundene Design erfüllt die Lebensdauer-

erwartung und liefert gleichzeitig eine so-

3-D Streckenmodell

Längengrad

Höh

e


Messung der Betriebs- und Missbrauchslasten

Messflansch

Achsgetriebe

Fahrzeug- und

Fahrermodell


13Porsche Engineering Magazin 1/2010

Zur Optimierung des Geräuschanregungs -

verhaltens werden Korrekturen auf der

Zahnflanke variiert und deren Einfluss

auf die Anregung ermittelt. Dies führt zu

Millionen von Varianten, welche hinsicht-

lich ihrer akustischen Eignung und den

toleranzbedingten akustischen Schwan -

kungen in der Fertigung ausgewertet

werden. Um diese Vielzahl an Informatio-

nen fassen zu können, wird das Ge-

räuschanregungsdiagramm auf nur noch

einen Wert, die Noise Quality Dimension

(NQD) reduziert. Diese beschreibt die

akustische Qualität.

Anschließend wird die Varianz im Tole-

ranzfeld ermittelt, die gleichbedeutend

für die Stabilität steht. Je kleiner die Ab-

weichung ist, desto stabiler funk tioniert

der Herstellungsprozess. Die Kunst in

der Auswertung besteht nun darin, den

idealen Kompromiss zwischen Qualität

und Stabilität zu finden (siehe Abbil-

dung oben). Sowohl die Qualitäts- als

auch die Stabilitätskenngröße finden

Eingang in einen komplexen Algorith-

mus, der das finale Bewertungskrite-

rium errechnet: die „Noise Resistance

to Tolerances“ (NORTON). Diese be-

wegt sich korrespondierend zum ATZ-

Ranking auf einer Skala von 0 bis 10

und kann durch verschiedene Kombina-

tionen von Qualität und Stabilität er-

reicht werden.

Toleranz will geübt sein

Die gezeigte Methodik führt zu einer

hinsichtlich Lebensdauer bedarfsge-

rechten und geräuschoptimalen Ver-

zahnung. Zusätzlich lassen sich noch

Hinweise für die Fertigung generieren,

welche Flankenkorrekturen einen be-

son ders großen Einfluss auf die akusti-

sche Stabilität der Verzahnung haben –

und dies schon während der Entwick -

lung, bevor der erste Prototyp gebaut

wurde.

Im Umkehrschluss ist es auch möglich,

die für ein robustes Design notwendi-

gen Toleranzen zu ermitteln und gezielt

einzelne Toleranzen zu öffnen. Hierdurch

lassen sich gegebenenfalls Herstellkos ten

senken, ohne die akustische Qualität zu

verlieren. Resultat ist ein bezüglich Ge-

räuschentwicklung und Lebensdauer

op timales Design, welches auch der An-

forderung des steigenden Kostendrucks

in der Produktion gerecht wird.

lide Basis für die anschließende Optimie-

rung des Verzahnungsheulens, welches

durch Korrekturen auf den Zahnflanken

beeinflusst werden kann.

Zusätzlich ist das Anregungsverhalten

abhängig von der zu übertragenden Last

(Md) und den Umgebungsein flüssen

auf den Zahneingriff. Wellenbiegung und

-nei gung, Lagerspiele und Gehäusestei-

figkeiten wirken sich auf den Zahneingriff

aus und verschieben das Tragbild lastab-

hängig auf der Flanke. Diese Effekte las-

sen sich auf ein Klaffen im Zahneingriff

umrechnen und werden in der Optimie-

rung durch eine Flanken linienwin kel ab -

weichung (ƒHβ) berück sichtigt. Als Maß

für die Neigung, Verzahnungsheulen an-

zuregen, dient die „Schwankungsbreite

des Summendrehfehlers“ (σTE), welche

sich aus dem zahnsteifigkeitsbedingten

Summendreh fehler ergibt.

Geräuschanregung

Die 3-dimensionale Abbildung oben zeigt

ein ideales Geräuschanregungsdiagramm

mit kleinen Werten für σTE und geringen

Reaktionen auf Umgebungseinflüsse (Ver -

kippung) und Änderungen der Last.

Darstellung einer Toleranzwolke zur Bewertung von Stabilität und Qualität

Verkippung Last

Qua

lität

Stabilität

NQDs im Toleranzfeld (Extrakt)

σTE

Electrics & Electronics Vehicle Tracking System

14

Das Porsche Vehicle Tracking System –

Autodieben auf der Spur

Mit dem Porsche Vehicle Tracking System ist es den Entwicklern bei Porsche gelungen,

nicht nur die Fernortung eines Fahrzeugs zu ermöglichen, sondern darüber hinaus

weitere hilfreiche Anwendungen zu nutzen. Durch die Vernetzung mit anderen Steuer-

geräten können so zum Beispiel aus der Ferne Alarme am Fahrzeug ausgelöst oder

die Wegfahrsperre aktiviert werden.


Das Porsche Vehicle Tracking System wird in weiten Teilen Europas eingesetzt und kann weit mehr als Fahrzeuge nur zu orten.

Electrics & Electronics Vehicle Tracking System

15

Primäre Zielsetzung des Entwicklungs-

projektes Vehicle Tracking System war

es, die Auflagen der Versicherungsbehör-

den in den europäischen Ländern zu er-

füllen. Diese verlangen je nach Land, zum

Beispiel ab einem gewissen Fahrzeug-

wert, ein Ortungssys tem für Fahrzeuge.

Doch zur ursprünglichen Entwicklungslei-

stung kamen im Laufe des Entwicklungs-

projektes zusätzlich einige Besonderhei-

ten des Systems von Porsche hinzu. Si-

cher ein Grund, warum das System mitt-

lerweile so erfolgreich ist und schon in 27

europäischen Ländern sowie Rußland

und Südafrika eingesetzt wird.

Gut vernetzt

Das System wurde von Porsche Ingeni-

euren in Weissach entwickelt, getestet

und freigegeben – nach mehr als einer

Million Testkilometern und über 2.000

absolvierten Service-Tests. Hierzu wurden

vom Packaging über Vernetzungs- und

Funktionstests sowie Ruhestrommes-

sungen nichts ausgelassen, um ein stö-

rungsfreies System in Serie zu bringen.

Besonders stolz können die Ingenieure

auf die integrierte LIN-Authentifizierung

sein: Nur wenn das Fahrzeug-Netzwerk

das zugehörige System eindeutig er-

kannt hat, kann zum Beispiel der Motor

des Fahrzeuges gestartet werden. Dies

ermöglicht den Schutz des Systems vor

einem Manipulations- oder Überbrück -

ungsversuch. So wird unter an derem bei

folgenden Situationen im Diebstahlfall

ein Alarm ausgelöst: Abklemmen der

Batterie (Sabotagealarm), Abklemmen

der Antenne, Überfahren eines Radius

von 400 Meter ohne ein geschaltete Zün -

dung (Bewegungsalarm).

Und noch mehr haben sich die Ingenieure

einfallen lassen: Je nach Land gibt es mitt-

lerweile die verschiedensten Ausdifferen-

zierungen des Vehicle Tracking Systems.

So kann in einigen Ländern beispielsweise

per „Fernsteuerung“ durch ein zentrales

Service Center auf Wunsch der Polizei

die Alarm anlage des Fahrzeuges aktiviert

werden. Auch das Starten des Wagens

kann mithilfe der Wiederstartverhinde-

rung (En gine Lock) unterbunden werden.

Einige Versicherungsverbände fordern

daneben eine sogenannte „Driver Card“

zur zusätzlichen Authentifizierung des

Kunden.

Dem Sicherheitswunsch der Kunden, das

Fahrzeug erst nach der Eingabe einer

Zahlenkombination über einen Handsen-

der für die Fahrt freizugeben, wurde durch

die Entwicklung des „Remote Keypad“

Rechnung getragen. Wird der Zahlencode

falsch, zu spät oder gar nicht eingege-

ben, wird eine entsprechende Meldung

an ein Service Center gesendet.

Catch me if you can

Das Porsche Vehicle Tracking System

arbeitet mit der neuesten GPS-Techno-

logie. Ein integriertes Telefonmodul ist

für die Übertragung aller Meldungen

und Befehle zwischen System und Ser-

vice Center zuständig. Im Fahrzeug wer-

den zum einen eine GPS-Antenne, eine

GSM-Antenne und das System-Steuer-

gerät verbaut. Die servergestützte Or-

tung des Fahrzeugs erfolgt nicht perma-

nent, sondern nur genau dann, wenn es

darauf ankommt: im Ernstfall. Ein stiller

Alarm wird bei Diebstahl oder bei Mani-

pulation am Fahrzeug automatisch aus-

gelöst. Oder nach Meldung durch den

Fahrzeugbesitzer.

„Sicherstellung“

Bei Diebstahl oder jeglichem Manipula-

tionsversuch des Fahrzeuges sendet das

System im Fahrzeug einen Alarm an

das „Security Operation Center“, kurz

SOC. Das SOC nimmt Kontakt mit dem

Kunden auf, um den Diebstahl zu verifi-

zieren und meldet die Fahrzeugposi-

tion automatisch der Polizei.

Da sich auch bei einem Diebstahl des

Fahrzeugs im Ausland immer das SOC

des Heimatlandes des Kunden meldet,

kann dieser immer in seiner Mutter-

sprache mit den Mitarbeitern der Zen-

trale sprechen. Durch die Vernetzung

der SOCs untereinander können Dieb-

stahlsfälle im sogenannten „Roaming“

bearbeitet werden. Das SOC im Aus-

land übernimmt in diesem Fall die Kom-

munikation mit der örtlichen Polizei.

Diese nimmt dann den Diebstahl auf und

stellt das Fahrzeug sicher.

Um dabei gefährliche Situationen, wie sie

beispielsweise bei der Verfolgung eines

Fahrzeugs auftreten könnten, zu vermei-

den, kann ein erneutes Anlassen des

Fahrzeugs vom SOC aus unterbunden

werden. Stellt der Dieb also das Fahr-

zeug ab, wird ihm ein erneuter Start un-

möglich gemacht.

Auch ein Untertauchen in der Menge –

zum Beispiel auf einem großen Park-

platz – wird mit dem System unmög-

lich: Auf Wunsch der Polizeikräfte kön-

nen aus der Ferne die Warnblinkanlage

sowie die Alarmsirene aktiviert werden.


Special Aerodynamik

16

Air-Geiz bei Porsche

Aerodynamische Fahrzeuge sind keine Erfindung der Neuzeit. Weniger Luftwiderstand

macht Fahrzeuge immer schneller und sparsamer. Porsche kann auf jahrzehntelange

Erfahrung zurückblicken.


Der Windkanal in Weissach zeichnet sich bis heute durch hervorragende Strömungsqualität aus.


Special Aerodynamik

Air-fahrung

Der harte Kampf um Verbrauchsvorteile

spielt nicht erst heute eine entscheiden-

de Rolle. An Lösungen gegen den Wind

kämpften die Entwickler bei Porsche be-

reits im Jahr 1948. Bei der Entwicklung

des Porsche 356 in Gmünd zum Bei-

spiel wurde während der Vorbeifahrt die

Güte der Fahrzeugumströmung noch

beurteilt, indem man den Verlauf auf

der Karosserie aufgeklebter Wollfäden

dokumentierte. Der Luftwiderstand ei-

nes Porsches betrug schon damals, im

Vergleich zu konkurrierenden Fahrzeu-

gen, nahezu die Hälfte.

Wollfäden werden heute in Weissach

nicht mehr verwendet. Vielmehr hat

sich eine breite Zahl an Simulationsme-

thoden, wie Windkanäle oder computer-

gestützte Berechnungsmethoden ent-

wickelt. So nahm Porsche zum Beispiel

1986 einen eigenen Windkanal im For-

schungs- und Entwicklungszentrum in

Weissach in Betrieb und fing an, ver-

mehrt auch nicht automobilen Kunden

sein Wissen im Bereich der Aerodyna-

mik zugänglich zu machen.

Die Anlage zeichnet sich bis heute

durch hervorragende Strömungsqua-

lität aus und ermöglicht die Messung

der aerodynamischen Kräfte und Mo-

mente simultan zu den am Fahrzeug

wirkenden Drücken. Die Grenzschicht-

dicke der Strömung kann durch eine

vollflächige Absaugung im Messstreck -

enboden bedarfsgerecht beeinflusst

werden. Neben Fahrzeugen haben hier

schon viele spannende und herausfor-

dernde Kundenprojekte ihre Windschnit-

tigkeit beweisen müssen.

Ob Züge, Radrennmannschaften, Schirm -

hersteller oder Produzenten von Zel-

ten, die Bandbreite an Projekten die

Porsche Engineering begleitet ist vielfäl-

tig. Einige interne Highlights der Aero-

dynamik wollen wir Ihnen im Folgenden

vorstellen.

Stromaufwärts

Der Trend zu höheren Fahrleistungen

sowie die Konformität mit steigenden

gesetzlichen Rahmenbedingungen for-

dert eine stetige Verbesserung der

Aerodynamik. Nicht nur aus der histo-

rischen Verpflichtung heraus bleibt die

engagierte, trendsetzende Aerodyna-

mikentwicklung unser Ziel für die Zu-

kunft.

Gesetzliche Regulierungen und ein welt-

weit wachsender Energiebedarf steigern

die Nachfrage nach verbrauchsarmen,

effizienten Fahrzeugen mit einem niedri-

gen CO2-Ausstoß. Einen wesentlichen

Beitrag zur Verbrauchsreduktion kann

die Aerodynamik leisten.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie im

städtischen Verkehr, hat die Fahrzeug-

masse einen entscheidenden Einfluss auf

den Verbrauch. Der Luftwiderstand, der

mit dem Quadrat der Fahrgeschwindig-

keit ansteigt, übersteigt bereits ab ca. 80

km/h den Rollwiderstand und stellt spe-

ziell bei Überland- und Autobahnfahrten

den dominierenden Anteil am gesamten

äußeren Fahrwiderstand dar.

Dabei ist die Sicherstellung eines niedri-

gen Produktes aus cw-Wert und Stirnflä-

che (cw x A) eine wichtige, jedoch nicht

die einzige Aufgabe der Fahrzeugaero-

dynamik.

Für die Qualität eines Automobils arbei-

ten die Porsche Entwickler ständig an

neuen Lösungen um den Geradeaus-

lauf, das Spurwechselverhalten, die Sei-

tenwindstabilität und Kühlung von Mo-

toren zu verbessern.

Sowohl die effiziente Kühlung von Ge-

trieben, Bremsen und Einzelkomponen-

ten als auch Komfortaspekte wie Wind-

geräusche, Heizung und Belüftung des

Innenraums oder das Verschmutzungs-

verhalten, um nur einige der vielen

Einflüsse zu nennen, hängen von der

Umströmung und Durchströmung des

Fahr zeugs ab. Seit Generationen wird

bildlich gesprochen versucht, möglichst

wenig Widerstand zu leisten.

„Der Luftwiderstand eines Porsches betrug schon

damals, im Vergleich zu konkurrierenden Fahrzeugen,

nahezu die Hälfte.“

„Seit Generationen wird

bildlich gesprochen versucht,

möglichst wenig Widerstand

zu leisten.“


Special Aerodynamik

Aerodynamikentwicklung bei

Porsche hat lange Tradition

1948 1955 1971 1972

1986 1987 1988 1997

2000 2004 2006 2009

Bereits 1969 gab es den Porsche917 als Kurz- und Langheck. 1971 er-reichte der 917 LH auf der Mulsannein Le Mans eine Höchstge schwindig -keit von 386 km/h. Dies war bisdahin die höchste je gemessene Spit -zengeschwindigkeit eines Porsche-Rennwagens bei einem Rennen.

Der Carrera RS 2,7 war der erste911, der einen Front- und Heckspoil-er hatte. Mit dem Heckspoiler wurdeder große Auftrieb an der Hinter-achse reduziert. Für die gewünschteaerodynamische Balance zwischenVorder- und Hinterachse war auchein Frontspoiler erfor derlich.

Durch die aerodynamisch überar-beitete Karosserie mit glattflächi -gem verkleideten Unterboden undeffektivem Flügel, erreichte der959 eine Höchstgeschwindigkeitvon 317 km/h bei neutraler aero-dynamischer Auftriebkraft an derHinterachse.

Der Porsche 928 S4 hatte einen tiefstehenden Bugspoiler, einen breitenHeckflügel und eine den ganzenVorderwagen abdeckende Unterbo-denverkleidung sowie elektrischgesteuerte Kühlluftklappen. Der cw-Wert von 0,34 stellte den Best-wert dieser Baureihe dar.

Der 911 Carrera (996) bewies mit cw= 0,30 eine signifikante Ver bes se r -ung im Luftwiderstandsbeiwert der911 Baureihe. Die erst mals wasser -gekühlte Version des 911 hatte eineaerodyna misch sehr wirksame Kühl -luftführung mit Kühleranord nung vorden Vorderrädern.

Der Porsche 911 Turbo (996) setztemit einem cw-Wert von 0,31 neueMaßstäbe. Mit diesem Beiwert wurdeeine Geschwindigkeit von 305 km/herzielt. Erstmalig erhielt ein Serien-fahrzeug einen ausfahrbaren Spalt-flügel, aerodynamisch deutlich effi-zienter als der bisherige Heckspoiler.

Die cw-Werte des Porsche 911 Car-rera (997) lagen je nach Version zwi -schen 0,28 und 0,29. Trotz größererStirnfläche und höherem Kühlluftbe-darf konnte der Luftwiderstandsindexcw x A im Vergleich zum Vorgän gerauf 0,56 m² reduziert werden. Derbeste der Porsche 911-Baureihe.

Der Porsche 911 Turbo (997) hatteeinen cw=0,31 sowie einen negativ-en Auftriebsbeiwert von ca=-0,01.Der Spaltflügel wurde größer dimen-sioniert und dank seiner aerodyna-mischen Gestaltung kommt er miteiner geringeren Ausfahrhöhe aus.Neu: die Hinterachsbremsbelüftung.

Ein Highlight der Porsche PanameraSerie ist der aktive Vier-Wege-Heck-spoiler des Porsche Panamera Turbo, der dank optimalem Manage-ment von Anstellwinkel und Flächen-geometrie höchste Aerodynamikund Performance bringt. PorschePanamera S cw-Wert: 0,29.

wurde die neue 911-Baureihe 964vorgestellt. Das besondere Entwick-lungsfeature war eine radikale Aero-dynamikverbesserung um über 10%gegenüber dem Vorgängermodell.Der geringe cw-Wert von 0,32 unddie kleine Stirnfläche von 1,79 m² er-gab einen cw x A-Wert von 0,573 m².

Der 550 Spyder erhielt für dieHochgeschwindigkeitsstreckeAvus in Berlin eine Abdeckungdes Seitensitzes, der Räder undeine kleine Frontscheibe.

Um die Güte der Fahrzeugumströ-mung zu beurteilen, wurde beim 356die Karosserie mit Wollfäden beklebt.Der 356/2 “Gmünd” erreichte einencw-Wert von 0,29 und hatte eineStirnfläche von 1,62 m². Daraus er-gab sich der erstaunlich gute cw x A -Wert von 0,470 m².

Complete Vehicle Boxster Spyder

19

Hut ab! Boxster Spyder als Derivatentwicklung

Gesucht wurden: Extreme Wendigkeit

und die Fähigkeit, schnell aus der Kurve

heraus zu beschleunigen. Dabei sollte

das Fahrzeug leicht, stark, konsequent

offen und dabei höchst effizient werden.

Das Resultat kann sich sehen lassen.

Die einzelnen Fachbereiche von Porsche

Engineering haben mit dem Boxster

Spyder bewiesen, dass Gesamtfahrzeug-

kompetenz in allen Fachbereichen und

Modulkompetenz im Speziellen, gepaart

mit schlanken Entwicklungsprozessen,

zu einem Derivat führt, das seines Glei-

chen sucht.

Wenn weniger mehr ist

Der Boxster Spyder ist mit seinen 1.275

Kilogramm das leichteste Modell der

gesamten Porsche-Palette. Dennoch

leistet er ganze 320 PS – 10 PS mehr

als im Boxster S. Ausgestattet mit dem

Porsche -Doppelkupplungsgetriebe

(PDK) und Sport Chrono Paket be-

schleunigt er in 4,8 Sekunden auf 100

Stundenkilometer. Die Höchstgeschwin-

digkeit beträgt 267 Stundenkilometer –

mit offenem Verdeck. Die Karosserie ist

um 20 Millimeter tiefergelegt, was zu-

sammen mit den Gewichtsreduzierungs-

maßnahmen eine Absenkung des Schwer -

punkts um 25 Millimeter bedeutet. Das

sehr sportliche Fahrwerk des Boxster

Was und für wen die Ingenieure von Porsche Engineering tätig sind, ist oft streng

geheim. Dass wir Porsche Derivate entwickeln können dagegen nicht. Hut ab für

den neuen Boxster Spyder!


Kompromisslose Offenheit


für das Entwicklungsteam von Porsche

Engineering eine besondere Herausfor-

derung dar. Einem verkürzten Produkt-

entstehungsprozess standen lange Werk -

zeuglaufzeiten entgegen. Die Abmaße

von 1,5 Meter auf 1,5 Meter erforderten

Erfindungsreichtum speziell auch im

Hinblick auf die Lackierung und Fahr-

zeugendmontage. Durch Simultaneous

Engineering wurden schon während der

Stylingphase mit ersten CAD-Flächen Be -

rechnungsmodelle, sowohl für Umform-

simulationen als auch für statische und

dynamische Festigkeitsuntersuchungen,

aufgebaut. Die Ergebnisse dieser Unter-

suchungen wurden auf Leichtbaupoten-

zial überprüft und mit den ersten Konzep-

ten der Anschlussbauteile abgeglichen.

Entwickler und Designer stimmten not-

wendige Änderungen gemeinsam ab.

Durch diese kompakten Iterationsschlei-

fen konnte ein schnelles Designrelease

und eine mit nur einem Monat Abstand

folgende Werkzeugfreigabe realisiert wer-

den. Erste Bauteilversuche und Modul -

erprobungen waren schon zwölf Monate

nach Start des Projekts möglich. Begon-

nen wurde insbesondere mit den Schnitt -

stellen zum Verdeck und der aufwändi gen

Optimierung von Class-A-Aluminiumau-

ßenhautbauteilen.

Für alles offen

Hinsichtlich der „Kopfbedeckung“ war

schnell klar: Ein offenes Fahrzeugkonzept

braucht – wie der Name schon sagt –

eigentlich überhaupt kein Dach. Und

schon gar nicht ein elektrisches. Wenn,

dann ein manuelles. Für dieses sehr

sportliche Fahrzeug wurde ein puristi-

Spyder zeichnet sich durch steife und

kurze Federn, große Querstabilisatoren

an Vorder- und Hinterachse und eine an-

gepasste Abstimmung von Zug- und

Druckstufe der vier Stoßdämpfer aus.

Heck sucht Deckel

Ein für das Fahrzeug wesentliches Erken-

nungsmerkmal, der Heckdeckel, stellte

Prozessschritte der Bezugsentwicklung

Zuschnittsermittlung Bewährungsprobe

� Prüfung auf Passgenauigkeit, Funktion

und Optik

� Bezug erfüllt alle technischen und

optischen Anforderungen

� Überprüfung der Verdeckkontur mithilfe

von Strakschablonen

� Befestigung von losen Verdeckteilen

an den Anbauteilen am Fahrzeug

� Festlegung von Nähten und Konturen

� Anfertigen von Zuschnittschablonen

(Pattern) in Handarbeit

� Abstimmung aller Zuschnittschablonen

hinsichtlich Nahtstrecken und -verläufe

Beschriftung und Digitalisierung der fertigen Zuschnittschablonen

� Lagenbild für den Cutter

� Ermittlung der optimalen Stoffausnutzung und des Stoffverbrauchs

Am Anfang der Bezugentwicklung steht die Zuschnittsermittlung. Während der ersten Entwick lungs -

schleife (trim loop) werden lose Verdeckstoffteile an den Anbauteilen am Fahrzeug mittels Klebe-

band und Clipsen befestigt, um danach Nähte und Konturen festzulegen. Die Stoffteile werden

nacheinander abgenommen und auf Zuschnittschablonen (Pattern) per Handarbeit übertragen.

Dann werden die Zuschnittschablonen hinsichtlich Nahtstrecken und Nahtverläufen aufeinander

abgestimmt und durch Nahtzugaben, Zwicke und Markierungen ergänzt.


21

nen Spriegel am Überrollbügel bestimmt,

was eine elegante Linienführung ergibt.

Auch die Art der Materialien wie z. B.

Carbon und Aluminium wurden zur Ge-

wichtsoptimierung gewählt.

Das Wesentliche im Blick

Die Anforderungen an das Verdeck wur-

den in der Entwicklung des Verdeckbe-

zuges konsequent verfolgt und umge-

setzt. Auf entbehrliche und aufwändige

Extras wie den Innenhimmel wurde ver-

zichtet und die Bauteilanzahl minimiert.

Als nächster Entwicklungsschritt folgte

die Übergabe des Projektes an den Se-

rienlieferanten, dem neben einem elek -

tronischen Schablonensatz ein Anschau-

ungsmuster (Master Sample), die Stück -

liste und eine ausführliche Nähanleitung

und Montageanleitung zur Verfügung

gestellt wurde. Mit diesen Informatio-

nen konnte der Serienlieferant seine In-

dustrialisierung beginnen und die für

die Serienfertigung notwendigen Einzel-

sches Verdeck, ein sogenanntes „Not-

verdeck“ entwickelt. Der zweiteilige Auf-

bau ermöglicht es, das Verdeck als reines

Sonnensegel zu verwenden, was ein völlig

neuartiges Fahrgefühl vermittelt. Porsche

Engineering hat dieses Notverdeck bis

zur Serienreife entwickelt, erprobt und

freigegeben.

Frei gemacht

Alle Ziele der Entwicklung wurden reali-

siert. Resultat ist ein sehr leichtes und

in der Bedienung einfaches Softtop, wel -

ches dem Fahrer Schutz vor Wind und

Regen bietet. Auch der Fahrspaß mit Ver -

deck kommt nicht zu kurz, es ermög-

licht mit montiertem Notverdeck eine

freigegebene Höchstgeschwindigkeit von

200 Stundenkilometer.

Die technische Besonderheit des Ver-

decks ist die neuartige Konstruktion.

Sie ermöglicht es, das Verdeck optimal

zusammenzulegen und im Kofferraum

zu verstauen, ohne das Kofferraumvolu-

men zu verringern. Die Handhabung des

manuellen Verdecks ist aufgrund seiner

wenigen Anbindungspunkte am Fahrzeug

sehr benutzerfreundlich und in kurzer

Zeit realisierbar. Das Verdeck wird über

den Dachrahmen am Windlauf, über ein

Spannseil hinter dem Überroll-Bügel

und über die Finnen am Heckdeckel fi-

xiert. Die Kontur wird zusätzlich über ei-


teile und Betriebsmittel beschaffen, sein

Lagenbild legen, Arbeits- und Montage-

anweisung erstellen sowie seine Ferti-

gungslinie aufbauen. Ziel ist stets die

optimale Abstimmung zwischen Entwick -

ler und Lieferanten.

Der Boxster Spyder ist eine sehr sportli-

che Variante der Boxster Baureihe. Eine

weitere Steigerung des Fahrspaßes und

der Fahrdynamik-Performance standen

daher an oberster Stelle des Lastenhefts

der Fahrwerkentwickler von Porsche En-

gineering. Zur Erreichung dieses Ziels

wurde dennoch ein für den Kunden

ganz wichtiges Merkmal, der Fahrkom-

fort, keineswegs außer Acht gelassen.

Intensive Feinarbeit an Federung und

Dämpfung ermöglichte einen sehr ge-

lungen Kompromiss aus Fahrkomfort

und Fahrdynamik. Gegenüber dem Basis-

modell wurden beim Boxster Spyder eini-

ge wesentliche Fahrwerksveränderungen

vorgenommen, mit dem die Entwickler

genau richtig liegen. Zentrales Merkmal

Vergleich der Z-Radgewichte des Boxster Spyder zu Boxster S

19-Zoll Boxster Spyder Rad zu

18-Zoll Boxster S Rad

-3%

-2%

19-Zoll Boxster Spyder Rad zu

19-Zoll Boxster S Carrera Sport Rad

-9%

-12%

Vorderachse

Hinterachse

Heck mit Hutzen im

Carrera GT-Look



Leicht, effizient

und offen

ist ein um 20 Millimeter tiefergelegtes

Sportfahrwerk mit konventioneller Dämp -

fung. Hinzu kommt eine serienmäßig

verbaute mechanische Hin terachs quer -

sperre, die für die Basismodelle nur als

Option angeboten wird. Im Rahmen der

Leichtbauzielsetzung wurden Räder der

Größen 8,5J x 19“ und 10J x 19“ in einem

eigenständigen gewichtsoptimierten De -

sign entwickelt. Serienmäßig werden

Sommerreifen der Dimension 235/40

R19 und 265/35 R19 verbaut.

Easy going

Die Räder sind als Aluminium-Gussräder

in Flow-Forming-Technologie ausgeführt.

Porsche Engineering war verantwortlich

für die komplette Entwicklung der Bau-

teile. Im Weiteren wird eine Ge genprü -

fung und Bewertung der FE-Rechnung

vom Zulieferer vorgenommen sowie die

Koordination und Überwachung von des-

sen Entwicklungsablauf sowie sämtlicher

externer und interner Prüfungen, die zur

Bemusterung und Freigabe dienen. Das

Ergebnis dieser herv orragenden Detail-

optimierung ist ein reduziertes Rad- und

damit auch Z-Radgewicht.

Die Fahrdynamikauslegung des Boxster

Spyder profitiert von den hervorragen-

den dynamischen Fahrwerkseigenschaf-

ten des Basismodells. Die Absenkung

der Trimmlage ergab weiteres Potenzial

durch einen niedrigeren Schwerpunkt.

Aufgrund der 20 Millimeter Tieferstel-

lung, der geänderten Fahrzeugmasse

und den fahrdynamischen Anforderungen

wurden die Tragfedern neu ausgelegt.

Die Steifigkeiten ergeben in Konstruk-

tionslage eine steigende Aufbaueigen-

frequenz von Vorder- zur Hinterachse.

Dies reduziert die Nickempfindlichkeit

beim Überfahren von Wellen und ermög-

licht einen schnelleren Querbeschleuni-

gungsaufbau.

Kern der Fahrdynamikauslegung ist die

Auslegung der Stoßdämpferkennungen.

Spezielles Augenmerk wurde auf eine

hohe dynamische Wankabstützung, eine

möglichst geringe dynamische Radlast-

änderung für optimale Traktion an der

getriebenen Achse und ein schnelles

An sprechverhalten beider Achsen für

ein spontanes Einlenkverhalten gelegt.

Durch das Applizieren eines sehr ausge-

glichenes Verhältnis von Zug- und Druck-

dämpfung wurden diese Anforderungen

umgesetzt. Die Stabilisatoren wurden

gezielt für eine möglichst wanksteife und

neutrale Wankratenverteilung ausgelegt.

Das Ergebnis dieser Fahrwerkabstim-

mung ist ein sehr agiles und präzises

Fahrverhalten mit einer ausgeprägten

Neutralität zur Ereichung maximaler

Quer beschleunigung gepaart mit klas-

senüblichem Fahrkomfort.

Die Aluminium-Gussräder sind in Flow-Forming Technologie ausgeführt.

Drivetrain Luftfedersysten

23

Gut gefedert – das Luftfedersystem des Porsche Panamera

Der neue Porsche Panamera bietet dem

Fahrer erstmals die Möglichkeit, frei zu

wählen, ob er mit einem komfortabel

sportlich oder betont dynamisch abge-

stimmten Fahrzeug unterwegs sein will.

Den Ingenieuren ist es gelungen, ein

gleichermaßen komfortables als auch

sportliches Fahrwerk über das bislang

bekannte Leistungsvermögen hinaus mit

einem einzigen System darzustellen. Um

die für Porsche charakteristischen und

traditionellen Fahreigenschaften zu er-

füllen, wurden beim Fahrwerk und den

Fahrwerksystemen des neuen Porsche

Panamera wichtige Leitlinien erstellt:

maximale Fahrdynamik, ausgezeichnete

Traktion und exzellente Beherrschbar-

keit. Ebenfalls stehen der Fahrspaß und

die Agilität des Fahrzeugs ganz oben

auf der Anforderungsliste.

Komponenten, die zusammenspielen

Das von Grund auf neu entwickelte Luft-

federsystem in Leichtbauweise besteht

aus vier Luftfedern mit schaltbarem Zu-

satzvolumen zur Veränderung der Feder-

rate. Zusätzlich verfügt es über ein Luft-

versorgungssystem mit Kompressorag-

gregat, Druckspeicher und Magnetventil-

block. Um die Komponenten zu vervoll-

ständigen, kommen vier Höhensensoren,

ein Drucksensor, ein Temperatursensor,

drei Aufbaubeschleunigungs sensoren so-

wie ein Steuergerät für das Luftfedersys -

tem und Porsche Active Suspension

Management System (PASM) hinzu.

Zum Luft rauslassen

Eine grundlegende Neuerung stellt die

Luftversorgungsanlage dar, die Druck -

luft für das Luftfedersystem zur Verfü-

gung stellt. Charakteristisch hierfür ist

das geschlossene Funktionsprinzip.

Mit dem aktiven Luftfederfahrwerk des neuen Porsche Panamera ist es den Porsche

Ingenieuren gelungen, die bestmögliche Abstimmung zwischen Fahrdynamik und

Komfort zu erreichen.


Komponenten und Bauteile des

Luftfedersystems

Luftfederbein an der Vorderachse

Drivetrain Luftfedersystem


wickelte Kompressor, werden im Pan-

amera erstmalig bei einem europäischen

Premium-Hersteller in einem Ober klasse

Fahrzeug verwendet.

Nach allen Regelungen der Kunst

Die schaltbaren Federraten setzen sich

hauptsächlich aus einem in die Luftfedern

integrierten, neu entwickelten Ventil und

einer speziell auf die Anforderungen des

Porsche Panamera entwickelten und ab-

gestimmten Regelstrategie zusammen.

Zur Federratenschaltung wurde von den

Porsche Ingenieuren eine komplexe Re-

gelstrategie entwickelt, da nicht nur die

Anwahl durch den Fahrer, sondern auch

In geschlossenen Systemen bleibt das

Energieniveau im Fahrzeug erhalten, so-

dass sich einige prinzipbedingte Vortei-

le ergeben. In einem offenen System

wird die Luft aus der Umgebung in ei-

nen Speicher gefüllt. Aus diesem wird

die Luftfeder bei Anheben des Fahrzeu-

ges oder bei einer Zuladung befüllt.

Beim Reduzieren der Beladung oder

zum Absenken des Fahrzeuges wird

Luft in die Umgebung abgelassen. In ei-

nem geschlossenen System wird die für

die Regelvorgänge erforderliche Luft-

menge von einem Speicher in die Luft-

federn und zurück gefördert.

Die im geschlossenen System herrschen -

den sehr geringen Druckunterschiede

erzeugen einen deutlich verbesserten

Wirkungsgrad. Zusätzlich bietet das ge-

schlossene System eine Energieredu -

zierung auf rund ein Drittel und eine

Verkürzung der Kompressorlaufzeit auf

etwa ein Viertel und dies bei überlegener

Regelgeschwindigkeit, was bei offenen

Funktionssystemen nicht der Fall ist.

Die geschlossene Luftversorgung und

der speziell für diese Anwendung ent-

Kompressor für

das geschlossene

Luftfedersystem

der momentane Fahr- und Fahrzeugzu-

stand Einfluss auf den Schaltprozess hat.

Zusätzlich zu den horizontal-dynamischen

Vorgängen werden auch die vertikal-dyna-

mischen Bewegungen mit einberechnet,

um den idealen Umschaltzeitpunkt zu be-

stimmen, dessen Optimum stets in der

aktuellen Niveau-Soll-Position liegt. Dazu

ist unter anderem eine Erkennung von

aufbau- und raddominanten Signalantei-

len erforderlich, die je nach Auftreten

unterschiedliche Strategien zur Feder -

ratenverstellung zur Folge haben. Darü-

ber hinaus werden zahlreiche Son derfälle,

beispielsweise die Erwärmung des Luft-

volumens während der Fahrt, von der

Schaltstrategie berück sichtigt. Ziel dieser

Regelung ist, dass das Fahrzeug auch im

Sport-Plus-Modus ein immer identisches,

für den Fahrer bekanntes und vorherseh-

bares Fahr ver halten aufweist.

Großes Leichtgewicht

Bei der Konstruktion der Luftfedern ist es

den Porsche Ingenieuren gelungen, die

hohe Spreizung der Federraten mit einer

kompakten Bauform zu vereinen. We-

sentlicher Faktor dabei war die Entwick -

lung eines Zusatzvolumen-Ventils, das

sich gegenüber dem aktuellen Stand der

Technik durch kleinere Abmessungen

Stützlager Schaltventil Zusatzvolumen

Schaltbares Luftvolumen

Basis Luftvolumen

Luftfederbalg (Feder)

Faltenbalg

Zusatzfeder

Außenführung

PASM-Stoßdämpfer

24


Drivetrain Luftfedersystem

Vorderachse Porsche Panamera Turbo Hinterachse Porsche Panamera Turbo

und ein geringeres Gewicht auszeichnet.

Unterstützt wird die leichtgewichtige Kon -

struktion durch eine Auslegung der Luft -

federn, die zu einer Minimierung der be-

nötigten Luftvolumina führt.

Neben der großen Spreizung und dem

geringen Bauteilgewicht war es von gro-

ßer Bedeutung für die Luftfedern, ein für

diese Fahrzeugklasse sehr komfortables

Federungs- und insbesondere Anfeder-

verhalten zu erreichen, das entschei-

dend für den Komforteindruck ist. Die-

se Herausforderung wurde gemeistert,

indem sehr dünnwandige Luftfederbälge

mit entsprechend ausgewählten Gummi-

mischungen in Kombination mit einer

dünnwandigen Aluminium Außenfüh-

rung eingesetzt wurden. Die Vorderach-

se ist eine Doppelquerlenker-Achse, bei

der die Luftfeder inklusive Schaltventil

und Zusatzvolumen zusammen mit dem

Dämpfer eine kompakte Einheit bildet.

In der Mehrlenkerhinterachse sind der

Dämpfer und die Luftfedereinheit ge-

trennt angeordnet.

Trotz sehr eingeschränkten Bauraumes

konnte eine freistehende Luftfeder (Luft-

feder ist nicht koaxial auf dem Dämpfer

angeordnet) mit integriertem Zusatzvolu-

men und Schaltventil entwickelt werden.

Eine weitere Besonderheit der Hinter-

achsluftfeder ist, dass erstmalig eine frei-

stehende Luftfeder mit Außenführung zur

Optimierung des Komfortverhaltens zum

Einsatz kommt. Durch den konsequenten

Einsatz von Kunststoff konnte das Ge-

wicht des Luftfedermoduls entscheidend

gesenkt werden.

Freischwimmer inklusive

Die Porsche Ingenieure entwickelten ge-

meinsam mit dem Entwicklungs- und

Systemlieferanten einen Kompressor

speziell für die Anwendung in einem

geschlossenen Luftfedersystem. Elek -

tromotor, Verdichter, Trockner und Um -

schaltventile sind zu einem Modul inte-

griert worden. Das bietet gegenüber

offenen Luftfedersystemen einen Ge-

wichtsvorteil von rund einem Kilogramm.

Das Luftversorgungssystem ist wasser-

geschützt und komplett wartungsfrei.

Zur Ergänzung von Leckagen und zum

Ausgleich von hohen Temperatur schwan -

kungen wird Luft aus der Umgebung

nachgefüllt. Um Vereisungen zu entge-

hen, wurde von den Entwicklern eine

komplexe Regelstrategie entwickelt, die

es ermöglicht, die Luft zu trocknen.

Richtig gesteuert

Aufgrund des großen Systemumfangs

und der Vielzahl an Leistungsendstufen

des Porsche Panamera-Luftfedersys tems

entwickelte Porsche eine neue Steuerge-

räte-Hardware-Plattform. Dasselbe Steu-

er gerät wird als Variante auch für das

PASM-System ohne Luftfeder eingesetzt.

Strategisch geregelt

Die einzelnen Softwaremodule sind mo-

dular aufgebaut und so konzipiert, dass

diese in Folgeprojekten wieder verwen-

det werden können. Bereits vor Erstel-

lung einer ECU-Software kann der Soft-

wareentwickler frühzeitig mithilfe von

MIL (Modell-in-the-Loop) oder SIL (Soft-

ware-in-the-Loop) die Funktionsfähigkeit

seines Moduls oder Komponente PC-

gestützt simulieren oder mithilfe der ent -

sprechenden Hardware (zum Beispiel

einer Autobox) direkt im Fahrzeug tes -

ten, ohne auf die Erstellung einer kom-

pletten ECU-Software angewiesen zu

sein. Dies führte zu einer deutlich ver-

kürzten Entwicklungszeit und gewähr -

leis tet eine hohe Flexibilität bei Ände-

rungen in der Programmierung und im

Entwicklungsprozess.

Drivetrain Schaltkraftsimulator

26

Schaltkraft wird spürbar

Sowohl in der Eigen- als auch der Kun-

denentwicklung setzt Porsche Enginee-

ring seit 2005 einen selbst entwickel-

ten Simulator, die erste Generation, ein,

der die Schaltkraft eines beliebigen Ge-

triebes bereits in der frühen Konzept-

phase fühlbar macht. Dies ermöglicht,

wertvolle Entwick lungszeit und Kosten

zu sparen.

Noch vor wenigen Jahren beruhte die De-

finition neuer Fahrzeugschaltungen in frü-

hen Entwicklungsstadien fast ausschließ-

lich auf der Erfahrung weniger Ingenieure

und nur vereinzelt auf reinen Simulati -

Einen optimalen Schaltkomfort und ein markentypisches Schaltgefühl sicherzustellen –

das sind Anforderungen, auf die Porsche Engineering seit eh und je ein besonderes

Augenmerk legt.

onen. Seit der Fertigstellung des ersten

Schaltkraftsimulators bei Porsche können

Erfahrungen aus dem Versuch und die va-

riable Möglichkeit der Simulation mitein-

ander verknüpft werden. Bereits vor der

Verfügbarkeit erster realer Prototypen

kann die Charakteristik des „Schaltens“

gespürt werden, subjektiv bewertet und

erste Optimierungen definiert werden.

Der Simulator wird mit maßstabsgetreu-

en Sitzkisten kombiniert, mit denen die

jeweilige Fahrerumgebung fahrzeugspe-

zifisch nachgebildet wird. Die Testper-

son nimmt so ihre tatsächliche Position

im Fahrzeug ein. Einflüsse aus der Ergo-

nomie auf den Schaltvorgang werden

beim Schaltkraftsimulator durch die rea-

listische Sitzposition mit berücksichtigt.

Eine Echtzeit-Simulations-Software bildet

die Getriebeschaltung ab. Dabei werden

neben schaltspezifischen Parametern

auch die Einflüsse des Fahrzeugs auf

das Getriebe berücksichtigt, zum Beispiel

durch die Aggregatlager oder die Seiten-

wellen. Die Schaltkräfte werden in Echt-

zeit berechnet und durch spezielle Elek -

tromotoren am Handschalthebel spürbar

gemacht. Die Auswirkungen feinster


Von Porsche Engineering entwickelter Schaltkraftsimulator der 2. Generation

bietet erweitertes Anwendungsspektrum

Drivetrain Schaltkraftsimulator

27

Veränderungen der computergestützten

Parameter sind sofort am Handschalthe-

bel fühlbar. Entspricht die gefühlte Cha-

rakteristik nicht den Wünschen, können

die Kräfte, Wege und Geometrien der

Schaltung per Mausklick in Echtzeit neu

definiert und optimiert werden.

Das von Porsche Engineering entwickel-

te System unterstützt Fahrzeugingenieu-

re bereits in der Konzeptphase bei der

Definition der gewünschten Kraftverläu-

fe. So lässt sich der Schaltkomfort zu ei-

nem frühen Projektstand objektiv und

reproduzierbar bewerten. Darüber hin-

aus kann in jeder Entwicklungsphase

unter gleichen Rahmenbedingungen über -

prüft werden, ob die gewünschte Schalt-

charakteristik noch gehalten werden

kann, ohne dass ein Getriebeprototyp ein -

gesetzt werden muss.

Mit den Erfahrungen aus einer Vielzahl

von Kundenentwicklungsprojekten und

Porsche-internen Einsätzen wurde dieses

Jahr die zweite Generation des Porsche-

Schaltkraftsimulators fertiggestellt und

bereits erfolgreich bei der Sportwagenent-

wicklung in Betrieb genommen. Durch die

deutlich höhere Rechenleistung des neuen

Simulators in Verbindung mit einem neu

entwickelten Verfahren zur Rechenzeitop-

timierung ist es jetzt möglich, in der klas-

sischen Schaltsimulation (Offline/PC) und

auf dem Schaltkraftsimulator (Echtzeit -

hardware) die gleichen Modelle zu betrei-

ben. So können hochgenaue Modelle der

Sperrsynchronisierung eingesetzt werden,

die bisher nur in der Offline-Simulation

zum Tragen kamen. Darüber hinaus wird

durch die Vereinheitlichung der Modelle

der Aufwand für die Erstellung des Echt-

zeitmodells deutlich reduziert.

Doch nicht nur die Rechenleistung der

Echtzeiteinheit wurde verbessert. Wäh-

rend die Aktuatoren der ersten Genera-

tion auf Komfortschaltungen ausgelegt

waren, ist die zweite Generation der Si-

mulatoren dazu in der Lage, auch Kräfte

zu erzeugen, die erst bei sehr sportlichen

Schaltungen auftreten.

Hierzu kommen spezielle rotatorische

Elektromotoren zum Einsatz, die exklusiv

für Porsche Engineering entwickelt wur-

den. In Schaltrichtung werden zwei dieser

Motoren parallel betrieben, um maximale

Kräfte bei gleichbleibend hoher Dynamik

stellen zu können. In Wählrichtung gibt

ein Motor die berechneten Kräfte aus.

Insgesamt bietet der vollständig neu ent-

wickelte Schaltkraftsimulator der zweiten

Generation ein deutlich erwei tertes An-

wendungsspektrum. Neben der Rastier-

kraftauslegung in Schaltrichtung und der

Beurteilung der Schaltimpulse können

Schaltstörungen mit verbesserter Genau-

igkeit dargestellt werden; egal, ob es sich

dabei um doppelte Druckpunkte oder um

Schaltkratzen bei Tieftemperatur bezie-

hungsweise aufgrund von Schwingungen

im Triebstrang handelt. Zusätzlich zur

Schaltrichtung sind kombinierte Untersu-

chungen mit der Wählrichtung möglich,

wie zum Beispiel der Einfluss verschiede-

ner Wähl kraftverläufe und Kulissenkontu-

ren auf die Schrägschaltbarkeit. Auch

Schlag sperrenkräfte lassen sich auf Knopf -

druck spürbar machen und abstimmen.

Der Schaltkraftsimulator bietet den Vor-

teil, dass nicht nur fertig konstruierte

Komponenten „zum Leben erweckt“ wer-

den können. In der Simulation ist es

möglich, Ideen und Konzepte subjektiv

zu beurteilen, von denen bisher nur eine

grobe Funktionsbeschreibung existiert.

Dadurch ist es möglich, schnell erfolgver-

sprechende Konzepte zu identifizieren

und dann zielgerichtet mit der Detailkon-

struktion und Umsetzung in der Hard-

ware zu beginnen.


Aktuatorik der 2. Generation

Es gibt viele Möglichkeiten, eine Entwicklung zu optimieren.

Mehr als 2 wären aber Verschwendung.

Entwicklungsleistung: Porsche Engineering.

Entwicklungsprozess: Porsche Consulting.

Hier erfahren Sie mehr – www.porsche-consulting.com.

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Porsche Engineering Magazin - KIT - MRT · (HMI)-Modul angeschlossen sind. Reale Fahrversuche sind bei der Entwicklung moderner Fahrzeuge nicht wegzudenken. Eine Herausforderung bei