Damit sich Autofahren noch agiler und sicherer gestaltet, lautet bei BMW das Zauberwort Aktivlenkung. Das Herz des revolutionären Lenksystems bildet ein elektronisch kommutierter Motor. Über ein Planetengetriebe arbeitet er Hand in Hand mit der konventionellen, servo-unterstützten Lenkung. Je nach Geschwindigkeit sorgt der Elektromotor dabei für einen angepassten Lenk- beziehungsweise Radeinschlag.
Während auf der Autobahn bei Tempo 200 die Lenkausschläge nur minimal sein dürfen, ist der Lenkaufwand bei niedrigen Geschwindigkeiten entsprechend hoch. Der vollelektronischen Steuerung (Steer by Wire) fehlt jedoch die wichtige Straßen-Lenkrad-Rückkopplung. Einen Ausweg bietet die Aktivlenkung. Sie erreicht die Vorteile elektronischer Lenksteuerung, ohne auf authentisches Fahrgefühl verzichten zu müssen. Die intelligente, geschwindigkeitsabhängige Aktivlenkung erlaubt in jeder Fahrsituation optimale Lenkübersetzungen.
Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingängen
Kern der von BMW eingesetzten Lenkhilfe ist ein Planetengetriebe mit elektronisch kommutiertem EC-Motor von ebm-papst St. Georgen. Dafür wird die servounterstützte Lenkung um ein Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingängen erweitert. Ein Eingang für die manuelle Betätigung über das Lenkrad, ein zweiter für den Elektromotor. Die zwei unabhängigen Eingangsdrehzahlen werden dabei in eine Ausgangsdrehzahl umgesetzt. So bleibt die mechanische Verbindung zwischen Rädern und Lenkrad für eine authentische Lenkungsrückmeldung erhalten. Andererseits leitet eine ausgeklügelte Steuerung über den Elektromotor eine bestimmte Drehzahl und Drehrichtung in das Getriebe ein – abhängig von der Vorgabe des Fahrers und den Zuständen des Fahrzeugs. Bei langsamer Fahrt addieren sich die Motor- und Lenkraddrehzahl und der Fahrer muss weniger Lenkarbeit leisten. Im Gegensatz dazu arbeitet der Elektromotor im hohen Geschwindigkeitsbereich (>120 km/h) der Drehrichtung des Fahrers entgegen. Die Ausgangsdrehzahl und damit der Lenkwinkel am Getriebeausgang wird kleiner, der Geradeauslauf sicherer. Auch beim Bremsen auf unterschiedlichen Reibwerten wie Eis, Schnee und Asphalt stabilisiert die Aktivlenkung mit einem aktiven Lenkeingriff das Fahrzeug schneller und präziser, als dies ein Normalfahrer könnte.
Antriebsstark und unempfindlich
Gerade die Steuerung eines Fahrzeuges ist stark belastet. So galt es für die Antriebsspezialisten einen Elektromotor zu entwickeln, der leistungsstark und zuverlässig ist, mit minimalen Drehmomentpulsationen und mit geringster Geräuschentwicklung. Über die Lebensdauer sind Drehzahlen zwischen 0 und 6000 min-1 durchzustehen. Schrittmotor ähnliche Feinfühligkeit ist ebenso gefragt wie schneller Richtungswechsel und dynamischer Hochlauf. Optimal erfüllt dies ein dreiphasiger permanentmagneterregter Innenläufer-Synchronmotor mit Sinusbestromung. Geringe Kupferverluste und ein robuster Aufbau durch den Verzicht auf Spulenüberkreuzungen kombiniert mit gezielter Luftspalterweiterung in der Rotoroberfläche verleihen dem Motor seine besonderen Eigenschaften.
Die Komponenten unter der Motorhaube müssen selbst im Bereich von -40° bis +125 °C sicher funktionieren. Die Motorwelle mit aufgepresster Schnecke ist per Federvorspannung temperaturunabhängig in spielfreiem Kontakt zum Schneckenrad des Überlagerungsgetriebes. Ein integrierter Drehzahl- und Positions-Sensor stellt sicher, dass Motor und Regler die nötigen Daten erhalten. Eine Abdichtung sichert die Einhaltung der geforderten Lebensdauer von mindestens 15 000 h. Der Motor ist gegen die Wasserstrahlen eines Hochdruckreinigers resistent. Ebenso sind auch Temperaturschocktests mit Schwallwasserkühlung, Salznebelsprühtests, Tauchprüfung, Heißwasserstrahlprüfung und Tests zur Schwingfestigkeit kein Problem. Auch die Resistenz auf Motoröl, Benzin, Diesel, Biodiesel (RME) und selbst auf Kühlerflüssigkeit, Batteriesäure und Scheibenreiniger wurde geprüft. Gleichermaßen zeichnet sich der Motor durch seine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-Test) aus.
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