Weg- und Geschwindigkeitssignale für Taxameter: Impulse, k-Konstante und ein plombierbarer Wegeingang

Fahrgäste sehen einen Tarif und eine Anzeige; die Eichbehörde sieht ein Messgerät, das innerhalb von Bruchteilen eines Prozents bleiben muss. Dazwischen liegt die Impulsfolge oder der digitale Wegwert, der dem Taxameter mitteilt, wie weit das Fahrzeug gefahren ist. Stimmt dieses Signal, erfüllt das Gerät jahrelang seine Aufgabe. Stimmt es nicht, wird der Fehler jedem Fahrgast auf jeder Fahrt in Rechnung gestellt.

01Der rechtliche Rahmen: MID Anhang IX und OIML R 21

In der Europäischen Union fallen Taxameter, die in Verkehr gebracht werden, unter die Messgeräterichtlinie MID 2014/32/EU. Ihr gerätespezifischer Anhang IX, bekannt als MI-007, definiert das Taxameter als Gerät, das „zusammen mit einem Signalgeber ein Messgerät bildet“: Es misst die Zeitdauer, berechnet die Wegstrecke aus dem Signal des Wegstreckensignalgebers und berechnet den Fahrpreis. Eine Fußnote zieht dann die Grenze, die jeden Einbau prägt: Der Wegstreckensignalgeber fällt nicht in den Anwendungsbereich der Richtlinie.

International ist OIML R 21 die maßgebliche Empfehlung für Taxameter. Die meisten nationalen Vorschriften verweisen noch auf die Ausgabe von 2007, und innerhalb der OIML kursieren Revisionsentwürfe. Während MI-007 die grundlegenden Anforderungen festlegt, ergänzt R 21 die Prüfdetails: Signalpegel, Bereiche der Impulsfrequenz und die Fehler, die zulässig sind, sobald das Gerät in ein Fahrzeug eingebaut ist.

02Die k-Konstante und die Wegimpulszahl des Fahrzeugs

OIML R 21 definiert die Taxameterkonstante k als die Anzahl der Impulse, die das Taxameter empfangen muss, um einen Kilometer korrekt anzuzeigen. Das Fahrzeug hat seine eigene Kenngröße, meist w genannt: die Impulse, die es auf einem vermessenen Kilometer tatsächlich liefert. Kalibrieren heißt, k innerhalb der Geräteauflösung gleich w zu setzen und diese Einstellung zu sichern. R 21 verlangt, dass k als leicht zugängliche Dezimalzahl angezeigt werden kann und jede Änderung gesichert und von einem nicht rückstellbaren Ereigniszähler erfasst wird.

Die k-Konstante ist daher keine Eigenschaft des Taxametermodells. Sie gehört zu genau einem Fahrzeug mit genau einem Reifensatz und einem Antriebsstrang. Ändert sich eines davon, stimmt die Konstante nicht mehr.

Rechenbeispiel: vom Reifen zu Impulsen pro Kilometer

1. 01
   Abrollumfang bestimmen

   Ein Reifen 205/55 R16 hat einen Nenndurchmesser von etwa 632 mm, also rund 1.985 mm Umfang. Unter Last rollt er kürzer ab; angenommen wird ein gemessener wirksamer Abrollumfang von l = 1.935 mm.

2. 02
   In Radumdrehungen umrechnen

   1.000.000 ÷ 1.935 = 516,8 Radumdrehungen pro Kilometer.

3. 03
   Sensorgeometrie anwenden

   Ein Sensor am Getriebeausgang mit p = 8 Impulsen pro Wellenumdrehung und eine Achsübersetzung von i = 4,06 ergeben 516,8 × 4,06 × 8 ≈ 16.786 Impulse/km. Jeder Impuls entspricht etwa 6 cm Fahrstrecke.

4. 04
   Frequenzbereich prüfen

   Die Eingangsfrequenz beträgt f = w × v ÷ 3.600. Bei 5 km/h sieht das Taxameter 23 Hz, bei 50 km/h 233 Hz und bei 200 km/h 933 Hz. Die Bauartprüfung nach R 21 reicht von 5 km/h bis mindestens 200 km/h, der Eingang muss also über einen Bereich von 40:1 sauber zählen.

Warum die Reifen den Wert verschieben

Die Profiltiefe ist Teil des Abrollradius. Ein Pkw-Reifen hat neu rund 8 mm Profil; das gesetzliche Minimum in der EU beträgt 1,6 mm. Verliert der Radius 6,4 mm, verkürzt sich der Umfang um 2π × 6,4 ≈ 40 mm. Bei unserem Reifen mit 1.935 mm bedeutet das 2,1 % mehr Umdrehungen und damit 2,1 % mehr Impulse pro Kilometer. Wurde k mit neuen Reifen eingestellt, wird eine Fahrt von 20 km mit etwa 20,4 km abgerechnet. Allein das verbraucht die vollen 2 %, die R 21 einem eingebauten Taxameter zugesteht. Deshalb verlangt R 21, k möglichst nahe am Fehler null einzustellen und den Reifenverschleiß gegebenenfalls auszugleichen.

03Woher das Wegsignal kommt

Ältere Taxis boten eine einfache Antwort: einen Sensor am Getriebe oder eine Impulsleitung hinter dem Tachometer. Moderne Fahrzeuge sind vernetzte Maschinen. Raddrehzahlsensoren versorgen das Steuergerät für Bremse und Stabilitätsregelung, das Geschwindigkeit und Wegstrecke über klassisches CAN oder CAN FD mit anderen Steuergeräten teilt, oft über ein zentrales Gateway. Ein eigener Impulsausgang kann vorhanden sein, muss eventuell vom Fahrzeughersteller freigeschaltet werden oder fehlt ganz, besonders bei elektrischen Antrieben.

R 21 hat das vorweggenommen. Danach muss ein Taxameter, das an ein Fahrzeugnetzwerk wie CAN angeschlossen ist, einen Ein- und Ausgang für Weginformationen bieten; in diesem Fall „arbeitet das Taxameter nicht mit Impulsen, sondern mit digitalen Weginformationen“. In der Praxis treffen Monteure auf drei Architekturen: einen nativen Impulseingang, einen nativen digitalen Eingang und ein eigenes Interface, das Informationen aus dem Netzwerk in die Impulsfolge umsetzt, die das Taxameter erwartet. Zur Netzwerkseite siehe Architektur von Fahrzeugnetzwerken und OBD-II und Secure Gateways.

04Open Collector und Pull-up: die elektrischen Spielregeln

Die meisten Impulsausgänge, vom Geschwindigkeitsausgang des Fahrzeugs bis zu vielen Sensoren und Interfaces, sind Open-Collector-Ausgänge: ein NPN-Transistor (oder ein MOSFET als Open Drain), der die Leitung nur gegen Masse ziehen kann. Nichts treibt die Leitung auf High. Ein Pull-up-Widerstand gegen eine Referenzspannung, im empfangenden Gerät oder im Kabelbaum ergänzt, legt den High-Pegel fest. Ohne ihn floatet die Leitung, fängt Störungen aus jeder benachbarten Leitung ein und liefert entweder gar keine oder zufällige Zählimpulse.

Den Pull-up dimensionieren

Der Wert des Pull-ups ist ein Kompromiss zwischen Senkenstrom, Anstiegszeit und Störfestigkeit. Zwei Beziehungen decken die meisten Entscheidungen ab:

Nehmen wir das Fahrzeug von oben mit 16.786 Impulsen/km bei 200 km/h: 933 Hz, eine Periode von 1,07 ms und eine High-Zeit von etwa 536 µs bei 50 % Tastverhältnis. Angenommen werden ein Pull-up auf 12 V, eine Sättigungsspannung von 0,3 V, 3 m Kabel mit rund 100 pF/m und 1 nF Eingangsfilterung, also C_ges ≈ 1,3 nF.

R 21 liefert für seinen Prüfsteckverbinder einen nützlichen Richtwert: Anstiegs- und Abfallzeiten von höchstens 20 % der Impulsbreite, eine minimale Impulsbreite von 25 µs, Low-Pegel unter 0,8 V, High-Pegel zwischen 3 V und 12 V und ein Eingangswiderstand über 4,7 kΩ. Diese Werte definieren eine Prüfschnittstelle, nicht jeden Fahrzeugeingang; ein Signal, das sie mit Reserve erfüllt, wird jedoch von jedem gut konstruierten Taxameter gezählt.

Massebezug, Versorgung und der zweite Pull-up

• Masseversatz addiert sich zum Low-Pegel. Ein Ausgang, der bei 0,3 V sättigt und auf einen Karosseriepunkt bezogen ist, der beim Anlassen oder unter hoher Last 0,6 V neben der Masse des Taxameters liegt, kommt mit 0,9 V an: oberhalb einer Schwelle von 0,8 V. Führen Sie eine Signalmasse zusammen mit dem Signal als verdrillte Zweidrahtleitung und vermeiden Sie eine Masseschleife über beidseitig aufgelegte Schirme.
• Ein Pull-up, nicht zwei. Hat die Quelle bereits einen internen Pull-up und ergänzt das Taxameter seinen eigenen, liegen beide parallel. Ein kleinerer Widerstand bedeutet mehr Senkenstrom, und ein Pull-up auf 12 V an einem Eingang, der nur 5 V verträgt, kann diesen beschädigen. Lesen Sie beide Datenblätter, bevor Sie einen Widerstand ergänzen.
• Versorgungsklasse E3. MI-007 ordnet Taxameter der elektromagnetischen Klasse E3 zu, die für Geräte mit Versorgung aus einer Fahrzeugbatterie gilt: Spannungseinbrüche beim Starten und Load-Dump-Transienten sind zu erwartende Ereignisse. R 21 verweist für Versorgungsschwankungen auf ISO 16750-2 und für Transienten auf ISO 7637-2. Ein Signal-Interface an derselben Versorgung muss dieselben Ereignisse überstehen.
• Zündungslogik. Taxameter kombinieren meist Dauerplus (Klemme 30) für Speicher und Uhr mit der Zündung (Klemme 15) als Wecksignal. MI-007 verlangt, dass sie einen vorübergehenden Spannungsausfall, etwa beim Neustart des Motors, ohne Datenverlust überstehen; R 21 nennt 20 Sekunden als Beispielgrenze für einen vorübergehenden Ausfall.

05Wie ein sauberes Signal aussieht

Ein gutes Wegsignal ist unspektakulär: ein Rechtecksignal, dessen Frequenz exakt proportional zur Geschwindigkeit ist, mit steilen Flanken, stabilen Pegeln und im Stillstand ohne jede Aktivität. Alles andere ist ein Fehler mit einer Richtung: Zusätzliche Impulse führen zu überhöhten, fehlende Impulse zu zu niedrigen Fahrpreisen. Ein Multimeter kann das nicht unterscheiden; ein Oszilloskop am Taxameter-Ende der Leitung schon.

Eine praxistaugliche Prüfreihenfolge

1. 01
   Vor dem Messen prüfen

   Kontrollieren Sie Plomben, Steckverbinder, Leitungsführung und die Einbaudokumentation. Vergleichen Sie den angezeigten k-Wert mit dem dokumentierten Wert und notieren Sie den Stand des Ereigniszählers.

2. 02
   Versorgung messen

   Zeichnen Sie die Versorgung des Taxameters beim Motorstart auf. Wiederholen Sie die Messung bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-System oder Hybridantrieb für einen automatischen Neustart.

3. 03
   Am empfangenden Ende messen

   Schließen Sie das Oszilloskop am Taxametereingang an, bezogen auf dessen eigene Masse, nicht an der Quelle. Prüfen Sie Stillstand, langsames Rollen und eine konstante Geschwindigkeit.

4. 04
   Eine vermessene Strecke fahren

   Fahren Sie eine bekannte, vermessene Strecke oder nutzen Sie einen geeigneten Rollenprüfstand, und vergleichen Sie die gezählten Impulse mit k × Wegstrecke. Strecke, Geschwindigkeiten und Akzeptanzgrenzen legen die nationalen Verfahren fest.

5. 05
   Korrigieren, dann sichern

   Muss k angepasst werden, ändern Sie den Wert über das gesicherte Verfahren, dokumentieren Sie den neuen Wert und den Stand des Ereigniszählers und lassen Sie das Gerät nach den nationalen Vorschriften plombieren und eichen.

Für ein systematisches Vorgehen bei Fehlern jenseits des Taxameters selbst siehe Diagnose im Feld und Einbau nach bewährter Praxis.

06Kalibrierung, Plombierung und Eichung

In einem Taxi treffen zwei Regelwerke aufeinander. Das Inverkehrbringen ist harmonisiert: Ein Taxameterhersteller weist die Konformität mit MI-007 über Modul B mit F, B mit D oder H1 nach. Inbetriebnahme und weitere Verwendung sind national geregelt: Wer ein Taxameter nach dem Einbau eicht, in welchen Abständen es nachgeeicht wird, welche Plomben und Kennzeichen verwendet werden und welche Reparaturen eine erneute Eichung auslösen, legt das nationale gesetzliche Messwesen fest. Die Türkei etwa hat die Richtlinie mit der Ölçü Aletleri Yönetmeliği (2014/32/AB) umgesetzt, während die Verfahren für Geräte im Betrieb dort wie anderswo nationalen Regeln folgen.

MI-007 prägt dennoch den Einbau selbst. Die Richtlinie verlangt, dass:

• das Taxameter auf die Konstante des angeschlossenen Wegstreckensignalgebers eingestellt und diese Einstellung gesichert werden kann;
• die Verbindung zwischen Taxameter und Taxi gesichert werden kann, wenn Eigenschaften des Taxis für die Richtigkeit der Messung von Bedeutung sind;
• die Einbauanleitung, sofern sie befolgt wird, eine betrügerische Veränderung des Messsignals, das die Wegstrecke darstellt, hinreichend ausschließt;
• Zeitmessung, Wegmessung und Fahrpreisberechnung nach dem Einbau jeweils getrennt geprüft werden können;
• nicht rückstellbare Summenzähler die Gesamtwegstrecke, die Besetztstrecke, die Zahl der Fahrten, die Zuschläge und die Fahrpreise erfassen und ihre Werte ein Jahr lang ohne Stromversorgung behalten.

Nationales Recht kann zudem Geräte wie Drucker oder Fiskaleinrichtungen an den Schnittstellen des Taxameters vorschreiben, und Anhang I ergänzt die allgemeine Regel: Ein angeschlossenes Gerät darf die messtechnischen Merkmale nicht in unzulässiger Weise beeinflussen.

07Elektro- und Hybridtaxis

Elektro- und Hybridtaxis ändern drei Dinge. Es gibt möglicherweise keine Getriebeausgangswelle, an der gemessen werden kann; die Wegstrecke kommt dann aus den eigenen Ausgängen des Fahrzeugs oder aus seinem Netzwerk. Der Antriebsstrang ist im Zustand READY aktiv und nicht einfach bei eingeschalteter Zündung, und das 12-V-Bordnetz wird möglicherweise nur in bestimmten Zuständen von einem DC/DC-Wandler gestützt. Außerdem bringen die Schaltvorgänge des Wechselrichters steile Flanken mit sich, was Leitungsführung und Pull-up-Wahl kritischer macht. Alles, was nach dem Abschalten weiter Strom aufnimmt, muss zudem das Budget für den Ruhestrom des Fahrzeugs einhalten. Details finden Sie in CAN in Elektro- und Hybridfahrzeugen.

08Häufige Fragen