Der Tempomat ist eine zentrale Technologie im Automobilbereich, die eine gleichmäßige Geschwindigkeitskontrolle ermöglicht und so den Fahrkomfort erhöht. Er entlastet den Fahrer auf langen Strecken, reduziert ungewollte Geschwindigkeitsabweichungen und kann zu einer effizienteren Kraftstoffnutzung beitragen. Das nachfolgende Dokument erläutert Aufbau, Funktionsweise und Weiterentwicklungen dieses Systems.
Grundprinzip und Komponenten
Ein klassischer Tempomat arbeitet als geschlossenes System, in dem ein Sollwert (gewünschte Geschwindigkeit) mit dem Istwert (tatsächliche Geschwindigkeit) verglichen wird. Das zentrale Element bildet ein Steuergerät, das als Regler fungiert und anhand von Sensordaten den Gaszug oder das Drosselventil ansteuert. Im Wesentlichen setzt sich das System aus mechanischen und elektronischen Bauteilen zusammen.
Mechanische Elemente
- Beschleunigungs- und Bremshebel: dienen als manuelle Eingabemöglichkeit für Fahrer.
- Drosselklappenstellmotor oder Elektromagnet: regelt die Luftzufuhr zum Motor.
- Stellgestänge und Seilzüge: übertragen die Bewegungen des Aktuators auf das Drosselventil.
- Rückstellfedern: bringen bei Abschaltung die Klappe in die Ausgangsposition zurück.
- Tempomat-Bedienhebel: ermöglichen Setzen, Abbrechen und Ändern der Geschwindigkeit.
Elektronische Komponenten
- Sensoren: messen Geschwindigkeit (Radsensoren, Motordrehzahl) und liefern Daten an das Steuergerät.
- Steuergerät: verarbeitet Ist- und Sollwerte, berechnet Stellbefehle und überwacht Sicherheitsparameter.
- CAN-Bus-Verbindung: überträgt Signale zwischen Steuergerät, Tachoanzeige und Bedieneinheit.
- Aktuatoren: setzen elektrische Signale in physikalische Bewegungen um (z. B. Stellmotoren).
- Brems- bzw. Kupplungssensoren: erkennen das Betätigen der Pedale und unterbrechen bei Bedarf die Geschwindigkeitskontrolle.
Steuerung und elektronische Regelung
Im Zentrum der Regelung steht ein Regelkreis, der fortlaufend die Differenz zwischen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und der eingestellten Referenzgeschwindigkeit ermittelt. Moderne Systeme nutzen häufig einen PID-Regler, um schnell und exakt auf Abweichungen zu reagieren. Die einzelnen Regelphasen lassen sich wie folgt umreißen:
- Proportionalanteil (P): Er reagiert auf den aktuellen Fehler (Soll minus Istwert) und generiert eine Stellgröße proportional zur Abweichung.
- Integralanteil (I): Er berücksichtigt vergangene Fehler über die Zeit, um bleibende Abweichungen zu eliminieren.
- Differenzialanteil (D): Er wirkt auf die Änderungsrate des Fehlers und dämpft schnelle Schwankungen.
Der Regler bezieht ständig Eingangsdaten von Radsensoren, Motordrehzahlsensoren und weiteren Sensoren ein. Darüber hinaus erkennt das Steuergerät mittels Bremslichtschalter oder Kupplungssensor sofort, wenn der Fahrer eingreift. In solchen Fällen wird das System deaktiviert, um höchste Sicherheit zu gewährleisten. Das Steuergerät überwacht dabei auch Motortemperatur, Batteriespannung und Bremssystem, um Störungen rechtzeitig zu erkennen.
Adaptiver Tempomat und Zukunftstechnologie
Der klassische Tempomat hat sich weiterentwickelt zum adaptiven Tempomat (ACC – Adaptive Cruise Control). Er erweitert die reine Geschwindigkeitskontrolle um eine automatische Abstandsregelung zum vorausfahrenden Fahrzeug. Dazu nutzt er zusätzliche Messverfahren:
- Radar-Sensoren: senden elektromagnetische Wellen aus, messen deren Echo und errechnen so Abstand und Relativgeschwindigkeit.
- Lidar-Systeme: nutzen Laserimpulse für eine präzise Abstandsmessung und detaillierte Objekterkennung.
- Kamerasysteme: dienen der Erkennung von Fahrbahnmarkierungen, Verkehrszeichen und Objekten.
- Ultraschallsensoren: unterstützen bei geringer Geschwindigkeit oder beim Einparken.
Das Steuergerät wertet diese Daten in Echtzeit aus und regelt über das Bremssystem sowie den Beschleunigungsstellmotor den Fahrabstand. So kann das Fahrzeug eigenständig abbremsen oder beschleunigen, um ein voreingestelltes Sicherheitsintervall einzuhalten. In Verbindung mit Fahrerassistenzsystemen wie Spurhalteassistent und automatischer Notbremsfunktion ebnet der adaptive Tempomat den Weg zum teilautomatisierten Fahren.
Sicherheitsaspekte und rechtliche Rahmenbedingungen
Mit steigender Komplexität der Comfort– und Assistenzsysteme wachsen auch die Anforderungen an Funktionssicherheit und Zulassung. In vielen Ländern gelten strenge Vorschriften:
- ECE R79: legt fest, welche Bedingungen ein Geschwindigkeitsregelungssystem erfüllen muss.
- ISO 26262: beschreibt den funktionalen Sicherheitsstandard für elektrische und elektronische Systeme im Fahrzeug.
- Haftungsregelungen: klären Verantwortlichkeiten bei Unfällen unter Einsatz von Assistenzsystemen.
- Software-Updates over the Air (OTA): müssen sicher implementiert werden, um Manipulationen auszuschließen.
Fahrzeughersteller sind verpflichtet, umfangreiche Tests durchzuführen und Fail-Safe-Mechanismen zu integrieren. Bei Systemfehlern oder Ausfall einer Messkomponente muss das System sich selbst deaktivieren und den Fahrer informieren. Moderne Entwicklungen fokussieren zunehmend auf Car-to-X-Kommunikation, bei der Fahrzeuge untereinander und mit der Infrastruktur Daten austauschen, um Voraussagen zur Verkehrslage zu treffen und das Fahrerlebnis noch sicherer und effizienter zu gestalten.
