Fuldaer Elektrotechnik-Seminar 2007 Eingebettete Systeme in der Kfz - Technik Mechatronische Lenksysteme Alexander Gaedke Leiter Zentrale Entwicklung Elektronik und Funktionen 20. April 2007 1
ZFLS- Daten und Fakten Umsatz: 2.200 Mio. (45% in Deutschland) Mitarbeiter: 9.337 (61 % in Deutschland) F & E Aufwand: > 80 Mio. (ab 2007) Standorte weltweit: 19 Ausgelieferte EPS: > 5 Mio. seit 2002 Entwicklungsstandort: Elektronik / Mechanik / Software in Schwäbisch Gmünd (D) ZFLS, ein Gemeinschaftsunternehmen von & 2
Zahnstangenhydrolenkung Komponenten einer hydraulischen Servolenkung (Servotronic) Steuergerät Ölbehälter Pumpe Schläuche Ventil Lenkgetriebe 3
Zahnstangenhydrolenkung Funktionsparameter einer hydraulischen Servolenkung Variable Lenkübersetzung Hydraulischer Endanschlag Einstellbare Dämpfung Geschwindigkeitsabh. Unterstützung H/Udr. P P v LRW Q M T 4
Elektrolenkung Komponenten einer elektrischen Servolenkung (Doppelritzel) Momentensensor Getriebe ECU Motor 5
Elektrolenkung Anordnungsprinzipien heutiger Elektrolenkungen Parameter Funktion Basis: Erweitert: Lenkmoment Momentencharakteristik, Fahrbahnückmeldung Fahrerunabhängige Momentenüberlagerung Lenksäule Ritzel Doppelritzel Achsparallel Einbauort 6
Elektrolenkung Einsatzgebiete von Elektrolenkungen Lenksystem Wagenklassen [N] Lenksäule Ritzel Doppelritzel Achsparallel Hydraulisch SUV / Transporter 15000 14000 Oberklasse 13000 12000 Obere Mittelklasse 11000 10500 10000 9500 Mittelklasse 9000 8500 8000 7500 Kleinwagen 7000 6500 7
Elektrolenkung - Funktionsweise 8
Einteilung der Lenkfunktionen Die Unterstützungskennlinie bestimmt wesentlich die Charakteristik der Lenkung komfortabel sportlich Unterstützung durch Servoeinheit Fahrzeuggeschwindigkeit Fahrzeuggeschwindigkeit Lenkradmoment 9
Elektrolenkung Vorteile der Elektrolenkung Power-on-Demand führt zu Kraftstoffersparnis von 0,2-0,3 l auf 100 km Ölfreies System, keine Wartung notwendig Leichte Integrierbarkeit aufgrund geringer Komplexität Darstellung von neuen Lenkungsfunktionen (z.b. Parkassistent) System diagnostiziert sich selbst 10
Aktivlenkung Winkelüberlagerung Parameter Funktion Basis: Erweitert: Lenkwinkel Variable Lenkübersetzung Fahrerunabhängige Radlenkwinkelüberlagerung Ritzel Lenksäule Einbauort 11
Einteilung der Lenkfunktionen Variable Lenkübersetzung Lenkübersetzung i Vmax verbesserte Stabilität i V mech. erhöhter Komfort erhöhte Agilität i Vmin i V = 50 100 150 Lenkradwinkel mittlerer Radlenkwinkel Fahrzeuggeschwindigkeit [km/h] 12
Funktionen Steer by Wire Funktionalität Dynamik Winkel Stabilität ADS Variable Übersetzung ADS HMS Moment Parkassistent Spurführung Servotronic Servo Varioserv HPS + Reservoir Energieeinsparung EPS Hydraulische Servolenkung Elektrische Servolenkung 13
Steuergerät ECU 14
Lenksysteme EPS als mechatronisches System Steuergerät Technische Anforderungen Temperaturbereich: -40 C bis +120 C Spannungsbereich bei 12V Bordnetz: (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) 15
Steuergerät Gehäuse mit mit Substrat Stanzgitterrahmen Eingangsbeschaltung Zwischenkreis Kondensatoren Gehäuse 16
Steuergerät Microcontroller Power MOS FET DBC Ceramic Substrate ZFLS-ASIC ZFLS-ASIC Integrated Rotor Speed Sensor Ceramic Substrate LTCC 17
Steuergerät Integration des Rorlagesensors in das Steuergerät Generation I Sensor als separates Bauteil Generation II Sensor im Steuergerät integriert Sensor Sensor 18
Entwicklungsprozess Funktionale Sicherheit Die Norm IEC 61508 stellt Grundlage für Funktionale Sicherheit dar DIN V 19250 VDE 0801 IEC 61508 für alle Neuprojekte seit 2004 gültig - Produkthaftungsrelevant! Voraussichtlich gilt ab 2009 die ISO 26262 19
Entwicklungsprozess - Funktionale Sicherheit Risikoreduzierung durch klar definierten Prozess immer Risikoanalyse Eintrittswahrscheinlichkeit vereinzelt gering äußerst gering Systemrisiko Sicherheitsnachweis Sicherheitskonzept Minimierung durch technische Maßnahmen extrem unwahrscheinlich potentielles Restrisiko gering schwerwiegend gefährlich katastrophal sicherheitsrelevante Auswirkungen 20
Einteilung der Lenkfunktionen Basic Grundlenkfunktion Steering Functions Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung 21
Einteilung der Lenkfunktionen 2. 1. Video of Robert Bosch GmbH 22
Fuldaer Elektrotechnik-Seminar 2007 Eingebettete Systeme in der Kfz - Technik Mechatronische Lenksysteme Alexander Gaedke Leiter Zentrale Entwicklung Elektronik und Funktionen 20. April 2007 23