Elektrische Servolenkung stellt Informationen für Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme zur Verfügung

Vernetztes Fahren

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Der Einsatz elektrischer Servolenkungen für Pkw, wie die von ZF Lenksysteme entwickelte Servolectric, ermöglicht neben Top-Fahrkomfort und hoher Präzision auch die Anbindung und Unterstützung einer Vielzahl von Assistenzsystemen. Diese dienen der Steigerung von Fahrsicherheit und Komfort. Eine zentrale Bedeutung kommt beim Zusammenspiel dieser vernetzen Systeme der Datenübermittlung an das Lenksystem zu. Diese fahrdynamischen Parameter müssen zusätzlich zu der vom Fahrer geforderten Lenkunterstützung koordiniert und priorisiert werden.

Der Autor: Götz Klausenburger, Produktkommunikation Presse Technik, ZF Lenksysteme GmbH, Schwäbisch Gmünd

Mit der zunehmenden Verbreitung elektromechanischer Lenkgetriebe (Electric Power Steering, EPS) im Pkw geht eine zunehmende Erhöhung von Sicherheit, Fahrkomfort und Fahrpräzision einher. Der Einsatz von Elektromotoren als Hilfskraftunterstützung erlaubt im Gegensatz zu Hydrauliklenkungen eine einfache Regelung der eingesetzten Unterstützungskraft, nicht nur abhängig vom Fahrerwunsch, sondern auch durch Überlagerung von zusätzlichen Momenten. Bei der Elektrolenkung wird das Lenkmoment des Fahrers mithilfe eines Sensors erfasst und über ein Steuergerät an den Elektromotor weitergegeben, der via Zahnstange die Unterstützungskraft an die gelenkten Räder weitergibt.
Wesentlicher Vorteil dabei ist, dass die Berechnung des Hilfsmoments nun nicht nur abhängig von dem Lenkmoment am Lenkrad ermittelt werden kann, sondern auf einfache Weise mittels Software eine Vielzahl von zusätzlichen Zustandsgrößen im Fahrzeug berücksichtigt werden können. Mit drei Bauarten deckt die ZF-Servolectric alle Fahrzeugklassen ab – von der Kleinstwagenklasse über die Mittel- und Oberklasse bis hin zum Transporter. Je nach Einbauraum, Leistung des Bordnetzes und benötigtem Lenkmoment wird die Servoeinheit an der Lenksäule, an einem zweiten Ritzel oder parallel zur Zahnstange angebaut.
Assistenzsysteme: „Fahrer denkt – Auto lenkt“
In heutigen Serienanwendungen elektromechanischer Lenkungen sind bereits eine Reihe von Assistenzfunktionen mit der Lenkung verknüpft bzw. werden durch die EPS erst ermöglicht. Ein Beispiel für eine Fahrerassistenzfunktion zur Komforterhöhung im Rahmen der erweiterten Lenkfunktionen ist die geschwindigkeitsabhängige Servounterstützung. Eine weitere, bereits in Serie umgesetzte Möglichkeit zur Komforterhöhung besteht darin, die für das Lenkgefühl zuständigen Parameter zu personalisieren, d. h. verschiedene Abstimmungsvarianten darzustellen, die z. B. eine sportliche und eine komfortbetonte Fahrweise erlauben. Ebenfalls zu den erweiterten Lenkfunktionen zählen Algorithmen, die zur Geradeauslaufkorrektur eingesetzt werden. So ergibt sich beispielsweise durch Seitenwind oder eine geneigte Fahrbahn ein Moment am Lenkrad, das mit geeigneten Algorithmen kompensiert werden kann.
Durch den Einsatz einer elektromechanischen Lenkung werden in Verbindung mit anderen Systemen aber auch neue Funktionen, wie z. B. das automatische Einparken, ermöglicht. Über separate Steuergeräte erfolgt eine Vermessung infrage kommender Parklücken und die Berechnung der Bahnkurve. Das Gas- und Bremspedal werden weiterhin vom Fahrer betätigt, die Lenkbewegungen erfolgen dann automatisch durch die Lenkung selbst. Ebenfalls in Serie sind Funktionen zur Warnung des Fahrers beim Verlassen der Spur bzw. als Weiterentwicklung daraus, Funktionen zum Halten der Spur. Diese Eingriffe erfolgen heute im Wesentlichen über Schnittstellen, die die Servolectric bereitstellt und die von vernetzten Steuergeräten genutzt werden. Neben den eigentlichen Anforderungen an die Funktionalität der Assistenzfunktionen ergeben sich zusätzliche Anforderungen aus gesetzlichen Vorschriften.
Weitere Assistenzfunktionen dienen dazu, dem Fahrer geeignete Lenkempfehlungen zu geben, um in kritischen Fahrsituationen richtig zu reagieren. Zum Tragen kommt dies z. B. beim Übersteuern oder Bremsen auf μ-Split. Über das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) wird dabei ein zusätzliches Lenkmoment angefordert, das dem Fahrer eine entsprechende Unterstützung bietet. Diese Eingriffe werden so begrenzt, dass die Lenkkorrektur durch den Fahrer jederzeit möglich bleibt.
Zukunftsvisionen
Neben den bereits aus der Serie bekannten Assistenzfunktionen sind aktuell zahlreiche erweiterte und neue Assistenzfunktionen für die Lenkung in Entwicklung. Viele heutige Assistenzfunktionen basieren auf Informationen aus anderen Steuergeräten. Werden diese Funktionen jedoch in die Lenkung integriert, so kann über die zusätzliche Einbindung von lenkungsinternen Daten eine deutliche Verbesserung der Assistenzsysteme erreicht werden. Beispielsweise wird heute die Lenkempfehlung auf Basis von ESP-Signalen ausgesprochen. Derzeit werden Funktionen entwickelt, die direkt auf dem Lenkungssteuergerät selbst eine optimierte Fahrzustandsbeurteilung durchführen und so Funktionen wie Bremsen auf μ-Split, Übersteuer-, Untersteuerkompensation, Seitenwindkompensation oder Überschlagsvermeidung ermöglichen bzw. verbessern.
Neben der Optimierung bestehender Assistenzsysteme gibt es eine Reihe an neuen Funktionalitäten in der Entwicklung. Ein Assistenzsystem, das ein zusätzliches Maß an Sicherheit ermöglichen würde, ist eine Funktion zur Ausweichassistenz. Basierend auf Kamera- und Radarinformationen in Verbindung mit klassischer Fahrdynamiksensorik kann im Fall einer drohenden Kollision eine Ausweichbahn berechnet, und bei entsprechendem Fahrerimpuls zusätzlich unterstützt werden.
Ebenfalls in Entwicklung sind erweiterte Funktionen zum Thema Spurführung. Basierend auf Informationen aus Kamerasystemen kann in der Lenkung über Informationen wie Krümmung der Fahrspur, Abstand zur Markierung und Orientierung in der Fahrspur die Zeit bis zum Verlassen der Spur und dementsprechend ein abgestuftes Warnkonzept umgesetzt werden. Es erfolgt ein entsprechender Hinweis zur Lenkkorrektur über die Vorgabe eines zusätzlichen Moments am Lenkrad. Auf ähnliche Art kann mit zusätzlichen Informationen über Objekte im toten Winkel auch eine Kollisionswarnung realisiert werden.
Ein weiteres Feld der Entwicklung ist die Erweiterung aktueller Funktionen zur Spurführung um Informationen aus Navigationssystemen. Diese erlauben eine Erweiterung des Vorausschauhorizonts, indem z. B. Informationen über Krümmungsradien außerhalb der Reichweite der Kamera, Daten über Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Fahrspurverengungen für die Vorgabe der weiteren Spurführung mit einbezogen werden.
Die Vernetzung der Lenkung nimmt immer mehr zu. Komplexe Assistenzsysteme erfordern entsprechende Strategien zur Koordination und Priorisierung der einzelnen Anforderungen. Bei ZF Lenksysteme wurde zu diesem Zweck ein sogenannter FunctionCoordinator entwickelt, der in mehreren Ebenen die verschiedenen Sollwerte koordiniert und priorisiert. Er muss dabei hohen Sicherheitsanforderungen genügen. Mit dem FunctionCoordinator ist eine Anbindung der verschiedenen Assistenzfunktionen, vernetzt oder intern, unter Einhaltung aller Anforderungen an Sicherheit, Koordination und Priorisierung möglich. Die einzelnen Anforderungen werden dabei zentral verwaltet und gesteuert. Dies erlaubt eine einfache Erweiterung und sichere Verwaltung aller Anforderungen.
ZF Lenksysteme, Tel.: 07171 31-7625, goetz.klausenburger@zf-lenksysteme.com
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