Mechatronische Lenksysteme

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1 Juni Mechatronische Lenksysteme Alexander Gaedke ZF Lenksysteme GmbH

2 Juni im Kurzprofil ZF Lenksysteme entwickelt und produziert Lenkungstechnik für Pkw und Nutzfahrzeuge. Führungsgesellschaft: ZF Lenksysteme GmbH, Schwäbisch Gmünd Geschäftsfelder: Pkw-Lenkungen, Lenkungspumpen, Pkw-Lenksäulen, Nkw-Lenkungen, Nkw-Lenksäulen Umsatz: Mio. Mitarbeiter: Pkw-Aktivlenkung Investitionen: 102 Mio.

3 Juni Weltweite Standorte Standorte: 18 Länder: 11 Regionen: 4

4 Juni Umsatzentwicklung Mio Sonstiges Nkw-Lenkungen & Nkw-Lenksäulen Pumpen Pkw-Lenksäulen Pkw-Lenkungen

5 Juni Mitarbeiter

6 Juni Kunden im Bereich Pkw

7 Lenksysteme mechanische Lenkung mechanische Lenkung 1932 Juni

8 Lenksysteme Hydrauliklenkung Lenkung mit hydraulischer Servounterstützung 1969 Juni

9 Lenksysteme Hydrauliklenkung Zahnstangenhydrolenkung (ZHL) im RO 80 von 1973 Juni

10 Lenksysteme Hydrauliklenkung Zahnstangenhydolenkung (ZHL) Juni Stand der Technik ist nach wie vor die hydraulische Servolenkung

11 Lenksysteme Hydrauliklenkung die Unterstützungskennlinie Juni die Unterstützungskennlinie bestimmt wesentlich die Charakteristik der Lenkung Komfort Sport Unterstützungskraft Fahrzeuggeschwindigkeit Fahrzeuggeschwindigkeit Lenkradmoment

12 Lenksysteme Hydrauliklenkung wesentliche Funktionsparameter einer ZHL Juni Variable Übersetzung Hydraulische Endbegrenzung Einstellbare Dämpfung Geschwindigkeitsabh. Unterstützung H/Udr. P P v LRW Q M T

13 Lenksysteme Elektrolenkung Patentschrift von 1917 zu einem Steer by Wire System Juni

14 Lenksysteme Elektrolenkung Funktionsprinzip der Elektrolenkung (EPS) Juni

15 Lenksysteme Elektrolenkung Anordnungsprinzipien heutiger Elektrolenkungen Juni Lenksäule Ritzel Doppelritzel Achsparallel

16 Lenksysteme Elektrolenkung Einsatzgebiete von Elektrolenkungen Juni Fahrzeugsegmente Zahnstangenkräfte [N] SUV/LKW Oberklasse Obere Mittelklasse Mittelklasse Untere 8500 Mittelklasse Klein- und Kleinstwagen Lenksäule Ritzel Doppelritzel Achsparallel

17 Lenksysteme Aktivlenkung (AS) Winkelüberlagerung durch Elektromotor Juni δ S Planetengetriebe δ + δ V Lenkgetrieb e M M E-Motor

18 Lenksysteme Aktivlenkung Funktionsprinzip der Winkelüberlagerung Juni

19 Lenksysteme Funktionalität Juni Steer by Wire nahe Funktionalität Fahrdynamikregelung AS Spurführung Übersetzungsänderung AS HMS Spurführung Parkmanöverassistent ZHL geschwindigkeitsabh. Unterstützung i var Servounterstützung EPS Hydraulik Moment Winkel Elektrik

20 Lenksysteme EPS als mechatronisches System Komponenten einer Doppelritzel-Elektro-Lenkung Juni Momentensensor Getriebe ECU Motor

21 Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Juni ECU

22 Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Temperaturbereich: -40 C bis +120 C Spannungsbereich: (6V) 10 V... 16V (28V) / < 85A Hohe Schwingungsanforderungen Watfähig 32bit μc mit DSP Funktion Überwachungsprozessor FET Leistungsteil CAN Kommunikation End of Line Programmierung (flash version) Juni

23 Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Juni Gehäuse mit Substrat Stanzgitterrahmen Eingangsbeschaltung Zwischenkreis Kondensatoren Gehäuse

24 Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Juni Generation I Sensor als separates Bauteil Generation II Sensor auf dem Substrat integriert Sensor

25 Lenksysteme Funktionsanforderungen Einteilung der Lenkfunktionen Juni Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Grundlenkfunktionen Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl

26 Lenksysteme Funktionsanforderungen die Regelungsgrundstruktur Juni Eingang Steuerlogik Sollwert Lenkwinkel extern intern Reibungskompensation Lenkradmoment Motordrehzahl Lenkwinkelgeschw. Fahrzeuggeschw. Unterstützung Geradeauslauf Aktiver Rücklauf + Regler Trägheitskompensation Motor moment

27 Lenksysteme Funktionsanforderungen Einteilung der Lenkfunktionen Juni Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Grundlenkfunktion Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl

28 Lenksysteme Funktionsanforderungen Assistenzfunktion Parkmanöverassistent Einparkassistent: Durch semiautonome Fahrzeugführung Juni

29 Lenksysteme Funktionsanforderungen Einteilung der Lenkfunktionen Juni Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Grundlenkfunktion Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl

30 Lenksysteme Funktionsanforderungen Gierratenregelung mit AFS Juni Lenkwinkel [ ] Gierrate [ /s] ohne Gierratenregelung mit Gierratenregelung

31 Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Juni Individualisierung Antriebsmoment IWD Individualisierung Radstellung Individualisierung Radlast Optimierung Reifenkraftpotential

32 Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Juni dezentral zentral Friedliche Koexistenz Koordinator Zentral- Regler TV ARS AFS ESP VDM Intelligente Steller Aktuatoren

33 Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Juni Fahrzeugkoordinator Vertikaldynamik Koordinator Längs- und Querdynamik Koordinator Koordination LF CDC ARS EGS VTG HAQ AS MS EHB Intelligente Steller LF Luftfeder CDC Elektronische Dämpfer ARS Aktiver Stabilisator EGS Getriebesteuerung VTG Verteilergetriebe HAQ Hinterachsgetriebe mit Sperre AS Aktivlenkung MS Motorsteuerung EHB Elektr. Hydr. Bremssystem

34 Juni Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Ausgang: μ high μ low Fahrmanöver: Beschleunigen auf μ-split Problematik: Giermoment in Richtung μ low Lösung: Korrektur mit Aktivlenkung Lösung: Giermoment Korrekturmoment Funktionalität: volle Traktion Sicherheit: spurstabiles Fahrzeug

35 Juni Mechatronische Lenksysteme Alexander Gaedke ZF Lenksysteme GmbH