Bordcomputer für Geländefahrzeuge: Zwei Ausfälle, die ein Arbeitsjahr kosten

Zwei Gründe führen dazu, dass ein Taxi-Terminal an den Lieferanten zurückgeschickt wird. Der erste Grund ist eine Batterie, die sich innerhalb eines Jahres aufbläht. Der zweite Grund ist ein Gerät, das abgestellt werden muss, weil das Display nicht witterungsbeständig ist.

Beide Fehler werden unter „Geräteausfall“ kategorisiert. Es handelt sich jedoch nicht um denselben Fehler. Der eine ist ein chemischer Prozess mit vorhersehbarem Zeitablauf. Der andere betrifft üblicherweise ein Schutzniveau, das für den tatsächlichen Einsatzort des Endgeräts nicht spezifiziert wurde. Ein robuster Fahrzeugcomputer, der auf den Arbeitsalltag abgestimmt ist, behandelt diese beiden Fehler als separate technische Fragestellungen, da sie zwei unterschiedliche Lösungen erfordern – genau wie der Ansatz, der auch in diesem Leitfaden für Fahrzeugcomputer in der Präzisionslandwirtschaft für den Arbeitsalltag entwickelt wurde.

Wenn man die Unterscheidung richtig trifft, werden beide Fehler vorhersehbar. Der erste Fehler lässt sich vollständig aus dem Design entfernen.

Eine Fahrerkabine ist wie ein Gewächshaus, und eine darin befindliche Lithiumzelle ist ein Verschleißteil.

Eine geschlossene Maschinenkabine verhält sich wie ein Gewächshaus. Studien an Traktorkabinen ergaben eine ungekühlte Trockenkugeltemperatur von etwa 34 °C, die nach dem Einschalten einer Kühlung auf rund 29 °C sank. Dies entspricht dem Leerlaufzustand an einem sonnigen Tag. Die Lithium-Ionen-Degradation beschleunigt sich im Allgemeinen oberhalb von etwa 35 °C, einem Wert, den eine geparkte Kabine im europäischen Sommer regelmäßig überschreitet.

Die Wärme allein wäre noch zu bewältigen. Der Unterschied bei einer fest installierten Zelle besteht darin, dass die Wärme nie isoliert auftritt.

Anhaltend hoher Ladezustand. Ein im Fahrerhaus fest installierter Anschluss ist täglich mit der Stromversorgung der Maschine verbunden. Bleibt die Maschine angeschlossen, bleibt die Zelle monatelang nahezu voll geladen. Lithium-Ionen-Akkus sind für Ladezyklen ausgelegt und nicht dafür, dauerhaft im Vollladezustand gehalten zu werden – ein Punkt , den die Universität Reading in ihren Hinweisen zu aufgeblähten Lithium-Ionen-Akkus deutlich hervorhebt und davor warnt, ein Gerät nach Abschluss des Ladezyklus dauerhaft am Ladegerät zu lassen.

Vibrationen. Eine im Feld eingesetzte Maschine belastet ihre Elektronik kontinuierlich. Ein Übersichtsartikel in Wiley's Engineering Reports mit dem Titel „An Overview of the Impact of Vibrations on Li-Ion Battery“ zeigt, dass anhaltende Vibrationseinwirkung zu Elektrodenablösungen, Separatorverformungen und Elektrolytverlusten führt, was sich elektrisch in einem Anstieg des Innenwiderstands und einer Abnahme der Kapazität äußert. Der Ausfall ist mechanischer Natur, bevor er elektrische Auswirkungen hat.

Berücksichtigt man diese drei Faktoren, verliert das Ergebnis seine Qualität. Die Quellung ist auf die Gasbildung durch Elektrolytzersetzung in einem versiegelten Beutel zurückzuführen – ein sichtbares Symptom einer bereits versagten inneren Zellstruktur, kein kosmetischer Mangel. Lithium-Akkus für Endverbraucher erreichen nach Einwirkung heißer Fahrzeuge üblicherweise nach zwölf bis achtzehn Monaten ihre Lebensdauer. Dies deckt sich mit den Beobachtungen aus der Praxis, die eine Lebensdauer von etwa einem Jahr vorsehen. Das entspricht den Erwartungen, wenn der Mechanismus und nicht der Lieferant die Lebensdauer bestimmt.

Wichtigste Erkenntnis : In einem fest installierten Terminal ist die Zelle kein Gestaltungselement. Sie ist ein Verschleißteil mit begrenzter Lebensdauer, das an der heißesten und vibrationsstärksten Stelle der Maschine montiert ist.

Die praktische Folge ist der erhöhte Lagerbestand. Eine Zelle, die nach vierzehn Monaten an einer Maschine mit zehnjähriger Laufzeit ausfällt, ist kein Garantiefall, sondern ein wiederkehrender. Der Ausfall betrifft auch die angeschlossene Hardware: Ein aufgeblähter Beutel drückt gegen das Gehäuse, und die Reparatur erfordert eine Einheit, die abgeschraubt, aus der Maschine ausgebaut und zurückgeschickt werden muss. Am Nachmittag des Ausfalls steht die Maschine still.

Der zweite Fehler ist elektrischer Natur und hat nichts mit der Batterie zu tun.

Hier liegt das Problem bei der Spezifikationsprüfung am häufigsten. Selbst ohne Batterie ist ein robuster Fahrzeugcomputer weiterhin an die Bordstromversorgung angeschlossen, und diese ist nicht mit einer Laborstromversorgung vergleichbar. Anlassvorgang, Lichtmaschinenbetrieb, Relaisschaltung und induktive Lasten erzeugen leitungsgebundene Spannungsspitzen an den Zuleitungen zum Anschluss.

ISO 7637-2 definiert diese Transienten für Straßenfahrzeuge. Es ist wichtig zu wissen, was jeder Impuls bedeutet, denn die Aussage „Wir haben nach ISO 7637 geprüft“ sagt nichts aus, solange man nicht weiß, was geprüft wurde.

Die Lastabwurfprüfung bedarf gesonderter Betrachtung, da sich ihr Anwendungsbereich verlagert hat. Die Fachliteratur zur Versorgungssicherheit in der Halbleiterindustrie dokumentiert, dass mit der Übertragung der Lastabwurfprüfung von ISO 7637-2 in ISO 16750-2 gleichzeitig die Mindestanforderungen an die Prüfung erhöht wurden – von einem einzelnen Ereignis hin zu mehreren Impulsen im Minutentakt. ISO 16750-2:2023 behandelt die Lastabwurfprüfung nun in einem eigenen Unterabschnitt und enthält einen informativen Anhang, der den Ursprung des Impulses im Bordnetz eines Fahrzeugs erläutert. Ein Lieferant, der sich auf eine ältere ISO 7637-2-Referenz aus dem Jahr 2004 beruft, und ein anderer, der einen aktuellen ISO 16750-2-Bericht zitiert, beschreiben nicht dieselbe Prüfung.

Derselbe Standard definiert den zulässigen Versorgungsspannungsbereich für die Geräte. Die Ausgabe 2023 legt eine maximale Versorgungsspannung von 16 V für 12-V-Nennsysteme und 32 V für 24-V-Nennsysteme fest. Die minimale Versorgungsspannung wird durch einen zwischen Kunde und Lieferant vereinbarten Code bestimmt – im Bereich von 6 V bis 10,5 V bei einem 12-V-System. Darüber hinaus spezifiziert sie einen Langzeit-Überspannungstest zur Überprüfung des Ausfalls von Lichtmaschinenreglern: 18 V für 60 Minuten bei einem 12-V-System und 36 V für 60 Minuten bei einem 24-V-System, angewendet auf alle relevanten Eingänge. Diese Werte sind insbesondere für Landmaschinen relevant, bei denen 24-V-Systeme üblich sind und die Versorgungsqualität je nach elektrischer Architektur der Maschine variiert.

Profi-Tipp : Fragen Sie nach der Impulsliste, nicht nach der Normnummer. Ein Lieferant, der die verwendeten Impulstypen, deren Intensität und die im Test verwendeten Kabelbäume und Stecker benennen kann, hat die Entwicklung durchgeführt. Ein Lieferant, der nur die Norm nennen kann, hat sie lediglich gelesen.

Hier liegt der Haken an der intuitiven Schlussfolgerung. Ein Terminal ohne interne Batterie hat den Aufblähungsmechanismus vollständig ausgeschaltet – und ist genauso anfällig für Impuls 2a oder einen Lastabwurf wie jedes andere Gerät im System. Die beiden Lösungen sind unabhängig voneinander. Die Angabe der einen Lösung führt nicht automatisch zur anderen.

Ein fahrzeugbetriebenes Terminal beseitigt eine mögliche Fehlerquelle von vornherein.

Die gestalterische Antwort auf das erste Problem ist keine bessere Zelle. Sie benötigt auch keine.

Ein robuster Fahrzeugcomputer, der seine Energie vom Fahrzeug bezieht und keine internen Speicher besitzt, kommt ohne zersetzende Elektrolyte, ohne zu verwaltenden Ladezustand, ohne aufquellende Speicherzellen und ohne alle vierzehn Monate auszutauschende Zellen aus. Er reduziert außerdem die Ersatzteilplanung und den Serviceaufwand – Kostenfaktoren, die bei einem Einzelpreisvergleich nicht sichtbar sind. Die PDS-Terminals sind folgendermaßen konstruiert: Sie werden vom Fahrzeug mit Strom versorgt, ohne internen Akku, sind fest im Fahrzeug installiert und müssen nicht zwischen den Schichten ausgebaut werden. Der angegebene Eingangsspannungsbereich von 9–36 V DC entspricht der Norm ISO 7637-II für Fahrzeugstromversorgung, und der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen −20 °C und +70 °C.

Daraus ergeben sich drei Konsequenzen, und alle drei gehören eher in ein Beschaffungsgespräch als in ein technisches.

Zunächst stellt sich die Frage der Abschaltung. Da keine Zelle das System aufrechterhält, benötigt das Terminal eine definierte Zündsequenz und ein kontrolliertes Abschaltfenster, um Daten vor dem Spannungsabfall zu speichern. Dies ist eine Entscheidung bezüglich Software und Verdrahtung und sollte dokumentiert statt vorausgesetzt werden.

Zweitens wird der Standby-Strom zu einer konkreten Zahl. Ein permanent angeschlossenes Gerät bezieht rund um die Uhr Strom aus der Maschinenbatterie, und eine Maschine, die drei Wochen lang abgestellt ist, ist eine Maschine, deren Batterie über diesen Anschluss geladen wurde.

Drittens sagt das Fehlen einer Batterie nichts über den Schutz gegen Eindringen von Fremdkörpern, die Toleranz gegenüber kurzzeitigen Störungen oder den Temperaturbereich aus. Jede dieser Spezifikationen muss separat geprüft werden. Ein batterieloses Design beseitigt zwar eine mögliche Fehlerquelle, ist aber keine allgemeine Garantie.

IP66, IP67 und IP69K sind drei verschiedene Prüfverfahren, nicht drei Wasserdichtigkeitsklassen.

Nun zu dem Teil, der darüber entscheidet, ob das Gerät auch bei Regen funktioniert – und zu dem Teil, bei dem die meisten Suchergebnisse für einen wasserdichten Fahrzeugcomputer in die Irre führen.

Die zweite Ziffer einer IP-Schutzart stellt keine Leiter dar, und ihre fälschliche Behandlung ist der häufigste Spezifikationsfehler in dieser Kategorie. IEC 60529 definiert für jede Ziffer einen spezifischen Test, und diese Tests messen unterschiedliche Eigenschaften.

Die erste Ziffer ist in allen Fällen gleich: 6 bedeutet staubdicht.

Ein IP66-Gehäuse ist staubdicht und übersteht einen starken Wasserstrahl. Es ist nicht auf Wasserdichtigkeit geprüft – dafür ist IP67 erforderlich – und auch nicht auf die Beständigkeit gegenüber einem Hochdruckreiniger bei 80 °C und 100 bar, was IP69K entspricht. Das „K“ in dieser Bezeichnung steht für ISO 20653 für Komponenten von Straßenfahrzeugen. In einigen Publikationen dieser Kategorie wird IP66 fälschlicherweise als Schutz gegen kurzzeitiges Überschwemmungen beschrieben. Dieser Fehler kann zu Ausfällen im praktischen Einsatz führen, beispielsweise bei der Reinigung einer Maschine oder wenn ein Anschluss in stehendem Wasser liegt.

Die Schutzart IP66 umfasst in keiner Weise die Ablesbarkeit bei Sonnenlicht, die Betriebstemperatur, Vibrationen oder den Zustand der angeschlossenen Kabel und Steckverbinder. Ein IP66-Gehäuse mit unversiegeltem Stecker ist ein geschütztes Gehäuse innerhalb einer nicht geschützten Baugruppe; die Zertifizierung beschreibt ausschließlich die geprüfte Konfiguration.

Bei einem Terminal, das in einer geschlossenen Fahrerkabine montiert und während der Regenzeit genutzt wird, ist nicht die höchste Schutzart entscheidend. Vielmehr kommt es darauf an, ob die Schutzart für die installierte Konfiguration inklusive Kabelbaum, Steckerkappen und Montagedurchführungen ermittelt wurde. Die PDS-Terminals sind nach IP66 zertifiziert. Wird das Gerät direkt mit einem Hochdruckreiniger abgespritzt, gelten andere Anforderungen, die gesondert spezifiziert werden müssen . Ein DLG-Testbericht über ein in der Fahrerkabine montiertes Rundumsichtdisplay verdeutlicht, wie stark sich die Anforderungen mit der Position ändern – von einer Basisschutzart in einer trockenen Fahrerkabine bis hin zu höheren Schutzarten bei zunehmender Exposition.

Was die Regenregel Sie in einer Saison tatsächlich kostet

Der Grund, warum dies von Bedeutung ist, liegt nicht im Terminal, sondern im Kalender.

Wenn das Display bei jeder Regenvorhersage von der Maschine abmontiert werden muss, ergeben sich drei Probleme gleichzeitig. Die Rüstzeit fällt jeden Arbeitstag erneut an, da die wieder installierte Einheit ihre Halterung, ihre Anschlüsse und ihre Position neu einstellen muss. Die Maschine muss überdacht werden, was bei einem abgestellten Gerät während einer Regenperiode oft nicht möglich ist. Und der Fahrer verliert die Navigationsschnittstelle genau in dem Teil der Saison, in dem sie am dringendsten benötigt wird – in den Wochen, in denen ein nasses Feld die Regel und nicht die Ausnahme ist.

An diesem letzten Punkt konzentrieren sich die Betriebskosten. Ein Terminal, das auch bei Regen und auf durchnässtem Boden zuverlässig funktioniert, spart nicht nur das tägliche Abschrauben. Es gewährleistet die Verfügbarkeit des automatischen Lenksystems an Tagen, an denen die Wiederholgenauigkeit von Fahrt zu Fahrt entscheidend ist und eine zweite Überfahrt über ein nasses Feld messbare Schäden verursacht. Das Terminal ist ein Glied in dieser Kette, und eine landwirtschaftliche Lösung für automatisches Lenken liefert nur dann eine optimale Führung, wenn die Benutzeroberfläche an den Arbeitstagen vorhanden und lesbar ist.

⚠️ Warnung : Wenn ein Lieferant eine Aussage zur Wetterfestigkeit macht, ohne die getestete Konfiguration zu nennen, betrachten Sie diese Aussage als nicht verifiziert. Das Gehäuse mag zwar zertifiziert sein, die Installation jedoch nicht.

Wenn Sie nach „Fahrzeughalterung für Tablet“ gesucht haben

Ein Hinweis zur Wortwahl, da diese Käufer in die falsche Produktkategorie führt.

Sucht man nach einer Fahrzeughalterung für ein Tablet , findet man meist genau das: Halterungen und Befestigungen für handelsübliche Tablets – Armaturenbretthalterungen, Sitzschienenhalterungen, Getränkehalterarme, Kopfstützenhalterungen. Diese Produkte lösen zwar ein Befestigungsproblem, berücksichtigen aber weder die Stromversorgung, die Stoßfestigkeit, den Schutz vor eindringendem Wasser, den Temperaturbereich noch das Zündverhalten, da das Tablet, das sie halten, nie für den Einsatz in einer Maschine konzipiert wurde.

Ein Systemintegrator, der ein Terminal für die Fahrerkabine spezifiziert, kauft keine Halterung. Die Unterscheidung zwischen robusten und industriellen Fahrzeugcomputern ist sinnvoller, da sie die Designprioritäten und nicht die Montagehardware trennt – und diese Unterscheidung entscheidet darüber, ob das Gerät einen Maschineneinsatz oder eine Saison übersteht.

Die Fehlermodustabelle und die für jede Zeile anzufordernden Informationen.

Dieses Dokument sollten Sie bei einer Lieferantenprüfung mitbringen. Jede Zeile listet ein Symptom mit seiner Ursache, der entsprechenden Norm und den Nachweisen auf, die die Frage klären.

Bitte prüfen Sie es innerhalb eines Werktages.

Der Mechanismus entscheidet über die Funktionsfähigkeit eines Designs. Die Konfiguration entscheidet über die Umsetzung. Ein Tag am eigenen Rechner ist aussagekräftiger als eine Dokumentenprüfung.

Führen Sie mit der Maschine eine normale Schicht durch, während das Terminal installiert ist, so wie es später im Betrieb sein wird. Schalten Sie die Zündung mehrmals ein und aus und vergewissern Sie sich, dass die Abschaltsequenz den aktuellen Auftrag speichert. Lassen Sie die Maschine über Nacht im Regen im Freien stehen, während das Terminal installiert ist. Beginnen Sie die Arbeit am nächsten Tag, ohne die Halterung oder die Anschlüsse zu berühren. Falls die Reinigung mit einer Nassreinigungsanlage zu Ihrem Betrieb gehört, reinigen Sie die Anlage so, wie Ihre Bediener sie üblicherweise reinigen. Überprüfen Sie anschließend die Steckerdichtungen und Kabeleinführungen, nicht aber das Display. Vergleichen Sie am Ende des Tages den Zeitstempel im Terminalprotokoll mit Ihren Feldaufzeichnungen. Eine Lücke in der Aufzeichnung sagt mehr über die Stromversorgungsarchitektur aus als jedes Datenblatt.

Fragen Sie dann nach den beiden noch offenen Nummern: der Liste der getesteten Impulse für den Versorgungseingang und dem zulässigen Temperaturbereich für alles, was sich im Inneren des abgedichteten Gehäuses befindet.

Häufig gestellte Fragen

Verfügen robuste Fahrzeugcomputer über interne Batterien?

Manche Terminals funktionieren, manche nicht – der Grund dafür ist eher architektonischer als kosmetischer Natur. Ein Terminal mit interner Batterie enthält ein Verbrauchsmaterial in einem abgedichteten Gehäuse, das an der heißesten Stelle der Maschine montiert ist. Ein fahrzeugbetriebenes Terminal ohne Batterie beseitigt diese Fehlerquelle und die damit verbundenen wiederkehrenden Ausfallzeiten. Fragen Sie nach, welches Design Ihnen angeboten wird, da sich die beiden nach etwa zwölf Monaten unterschiedlich verhalten.

Ist IP66 wasserdicht genug für Feldarbeiten im Regen?

IP66 steht für Staubdichtigkeit und Schutz gegen einen starken Wasserstrahl aus jeder Richtung (12,5-mm-Düse, ca. 100 l/min bei ca. 100 kPa). Regen und nasser Untergrund dringen problemlos ein. IP66 bietet jedoch keinen Schutz gegen Eintauchen (hierfür gilt IP67) und auch nicht gegen einen heißen Hochdruckreiniger bei 80 °C und 8–10 MPa (hierfür gilt IP69K). Ob IP66 ausreichend ist, hängt vom Montageort des Geräts und der Art der Reinigung ab, nicht allein von der Schutzart.

Was genau verursacht das Aufblähen einer Batterie in einer Maschinenkabine?

Drei Faktoren wirken zusammen: anhaltende Hitze in einer geschlossenen Kabine, eine permanent nahezu voll geladene Zelle, da der Anschluss täglich verbunden ist, und kontinuierliche Maschinenvibrationen. Die Hitze treibt die Elektrolytzersetzung und Gasbildung voran, der permanent hohe Ladezustand verhindert die für die Chemie vorgesehenen Lade- und Entladezyklen, und die Vibrationen verursachen interne mechanische Schäden. Die Schwellung ist das sichtbare Ende eines Prozesses, der bereits früher begonnen hat.

Ist ein Terminal ohne Batterie immun gegen elektrische Schäden?

Nein. Durch das Entfernen der Batterie wird zwar eine Fehlerursache – das Aufquellen der Batteriezellen – beseitigt, jedoch nicht die Gefährdung durch leitungsgebundene Überspannungen im Fahrzeugstromnetz. Diese stellen eine separate Gefahrenquelle dar und unterliegen einer eigenen Norm. Der Schutz vor Überspannungen muss unabhängig von der Stromversorgungsarchitektur gesondert spezifiziert und verifiziert werden.

Gibt mir die IP-Schutzart Auskunft darüber, ob das Terminal in feuchter Umgebung funktioniert?

Es besagt, dass die geprüfte Gehäusekonfiguration die definierten Anforderungen an Staub- und Wasserdichtigkeit erfüllt. Es sagt jedoch nichts über die Ablesbarkeit bei Sonnenlicht, die Betriebstemperatur, die Vibrationsfestigkeit oder den Zustand der angeschlossenen Steckverbinder und Kabel aus. Dies sind separate Spezifikationen, die gesonderte Nachweise erfordern.

Welche Fragen sollte ich einem Lieferanten stellen, bevor ich einen robusten Fahrzeugcomputer spezifiziere?

Vier Punkte: Welche Impulsarten und -stärken wurden am Versorgungseingang getestet und ob der Kabelbaum enthalten war; ob das Gerät eine interne Zelle enthält und, falls ja, deren zulässiger Temperaturbereich; die IP-Schutzart zusammen mit der Bestätigung, dass sie in der installierten Konfiguration erreicht wurde; und der zulässige Betriebstemperaturbereich des gesamten Geräts.

Wie geht es von hier aus weiter?

Die beiden in diesem Artikel beschriebenen Fehler sollten in Ihrer Spezifikationsvorlage separat aufgeführt werden, da sie in verschiedenen Dokumenten behandelt werden. Stellen Sie eine Frage zur Energiearchitektur – beispielsweise, ob sich Komponenten innerhalb dieses geschlossenen Systems im Laufe der Zeit verschlechtern – neben eine Frage zu transienten Störungen und eine Frage zum Eindringen von Fremdkörpern und fordern Sie für jede Frage einen Nachweis an.

Ein vollständiges Beispiel finden Sie in den veröffentlichten Spezifikationen des T12 12-Zoll-Fahrzeugcomputers. Dort sind folgende Angaben aufgeführt: 9–36 V DC-Eingang (gemäß ISO 7637-II), Schutzart IP66, Betriebstemperaturbereich von −20 °C bis +70 °C, Vibrations- und Stoßprüfung nach MIL-STD-810 sowie kein interner Akku. Nutzen Sie diese Konfiguration als Vergleichsmöglichkeit für Ihre eigenen Anforderungen.

Führen Sie anschließend den eintägigen Test durch. Ein Tag im Regen mit installiertem Terminal liefert Ihnen mehr Informationen über die Spezifikationen als eine Woche mit Datenblättern.

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Die Informationen in diesem Artikel dienen lediglich als Referenz. PDS Technology Co., Ltd. übernimmt keine Haftung für Fehler, Auslassungen oder die Eignung des Inhalts für bestimmte Anwendungen. Produktspezifikationen können sich ohne vorherige Ankündigung ändern. Käufer sollten alle technischen Details vor der Verwendung mit unserem Team abklären.

Über PDS Technology

PDS Technology ist ein führender OEM/ODM-Hersteller von hochpräzisen RTK-GNSS-Terminals und Fahrzeugcomputern und beliefert seit 2011 die Branchen Landwirtschaft, Bauwesen, Bergbau, Taxi und Logistik.

Mit über 15 Jahren Erfahrung in der Forschung und Entwicklung für die Automobilindustrie bieten wir robuste, plattformübergreifende Geräte (Android/Linux/OpenHarmony) mit zentimetergenauer RTK-Positionierung, Schutzart IP66 und KI-Unterstützung. Unsere IATF16949-zertifizierten Werke haben weltweit über 100.000 Einheiten produziert und decken über 30 % des chinesischen Marktes für automatische Lenksysteme in der Landwirtschaft ab. Wir exportieren nach Japan, in die USA, nach Großbritannien, in die Türkei, nach Russland und in weitere Länder.