Juni 2005 1 Mechatronische Lenksysteme Alexander Gaedke ZF Lenksysteme GmbH
Juni 2005 2 2004 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: 2.229 Mio. Mitarbeiter: 9.337 Pkw-Aktivlenkung Investitionen: 102 Mio.
Juni 2005 3 Weltweite Standorte Standorte: 18 Länder: 11 Regionen: 4
Juni 2005 4 Umsatzentwicklung 2000 1500 1000 Mio. 1.270 84 119 248 285 1.418 94 134 290 328 1.485 88 128 307 332 1.536 28 189 350 370 1.778 231 320 338 2.044 266 346 338 2.229 Sonstiges Nkw-Lenkungen & Nkw-Lenksäulen Pumpen Pkw-Lenksäulen Pkw-Lenkungen 500 588 656 705 742 889 1094 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Juni 2005 5 Mitarbeiter
Juni 2005 6 Kunden im Bereich Pkw
Lenksysteme mechanische Lenkung mechanische Lenkung 1932 Juni 2005 7
Lenksysteme Hydrauliklenkung Lenkung mit hydraulischer Servounterstützung 1969 Juni 2005 8
Lenksysteme Hydrauliklenkung Zahnstangenhydrolenkung (ZHL) im RO 80 von 1973 Juni 2005 9
Lenksysteme Hydrauliklenkung Zahnstangenhydolenkung (ZHL) Juni 2005 10 Stand der Technik ist nach wie vor die hydraulische Servolenkung
Lenksysteme Hydrauliklenkung die Unterstützungskennlinie Juni 2005 11 die Unterstützungskennlinie bestimmt wesentlich die Charakteristik der Lenkung Komfort Sport Unterstützungskraft Fahrzeuggeschwindigkeit Fahrzeuggeschwindigkeit Lenkradmoment
Lenksysteme Hydrauliklenkung wesentliche Funktionsparameter einer ZHL Juni 2005 12 Variable Übersetzung Hydraulische Endbegrenzung Einstellbare Dämpfung Geschwindigkeitsabh. Unterstützung H/Udr. P P v LRW Q M T
Lenksysteme Elektrolenkung Patentschrift von 1917 zu einem Steer by Wire System Juni 2005 13
Lenksysteme Elektrolenkung Funktionsprinzip der Elektrolenkung (EPS) Juni 2005 14
Lenksysteme Elektrolenkung Anordnungsprinzipien heutiger Elektrolenkungen Juni 2005 15 Lenksäule Ritzel Doppelritzel Achsparallel
Lenksysteme Elektrolenkung Einsatzgebiete von Elektrolenkungen Juni 2005 16 Fahrzeugsegmente Zahnstangenkräfte [N] SUV/LKW 15000 14000 Oberklasse 13000 12000 Obere 11000 Mittelklasse 10500 10000 Mittelklasse 9500 9000 Untere 8500 Mittelklasse 8000 7500 Klein- und Kleinstwagen 7000 6500 Lenksäule Ritzel Doppelritzel Achsparallel
Lenksysteme Aktivlenkung (AS) Winkelüberlagerung durch Elektromotor Juni 2005 17 δ S Planetengetriebe δ + δ V Lenkgetrieb e M M E-Motor
Lenksysteme Aktivlenkung Funktionsprinzip der Winkelüberlagerung Juni 2005 18
Lenksysteme Funktionalität Juni 2005 19 Steer by Wire nahe Funktionalität Fahrdynamikregelung AS Spurführung Übersetzungsänderung AS HMS Spurführung Parkmanöverassistent ZHL geschwindigkeitsabh. Unterstützung i var Servounterstützung EPS Hydraulik Moment Winkel Elektrik
Lenksysteme EPS als mechatronisches System Komponenten einer Doppelritzel-Elektro-Lenkung Juni 2005 20 Momentensensor Getriebe ECU Motor
Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Juni 2005 21 ECU
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 2005 22
Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Juni 2005 23 Gehäuse mit Substrat Stanzgitterrahmen Eingangsbeschaltung Zwischenkreis Kondensatoren Gehäuse
Lenksysteme EPS als mechatronisches System das Steuergerät Juni 2005 24 Generation I Sensor als separates Bauteil Generation II Sensor auf dem Substrat integriert Sensor
Lenksysteme Funktionsanforderungen Einteilung der Lenkfunktionen Juni 2005 25 Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Grundlenkfunktionen Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl
Lenksysteme Funktionsanforderungen die Regelungsgrundstruktur Juni 2005 26 Eingang Steuerlogik Sollwert Lenkwinkel extern intern Reibungskompensation Lenkradmoment Motordrehzahl Lenkwinkelgeschw. Fahrzeuggeschw. Unterstützung Geradeauslauf Aktiver Rücklauf + Regler Trägheitskompensation Motor moment
Lenksysteme Funktionsanforderungen Einteilung der Lenkfunktionen Juni 2005 27 Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Grundlenkfunktion Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl
Lenksysteme Funktionsanforderungen Assistenzfunktion Parkmanöverassistent Einparkassistent: Durch semiautonome Fahrzeugführung 2. 1. Juni 2005 28
Lenksysteme Funktionsanforderungen Einteilung der Lenkfunktionen Juni 2005 29 Lenkfunktionen Fahrzeugebene Parkmanöverassistent Fahrdynamikregelung Spurführung Fahrerwarnung Überlagerte Lenkfunktionen Variable Übersetzung Aktiver Rücklauf Geradeauslaufkorrektur Variabler Lenkanschlag Grundlenkfunktion Variable Unterstützung Reibungskompensation Aktive Dämpfung Fahrbahnrückmeldung Lenkgefühl
Lenksysteme Funktionsanforderungen Gierratenregelung mit AFS Juni 2005 30 Lenkwinkel [ ] Gierrate [ /s] ohne Gierratenregelung mit Gierratenregelung
Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Juni 2005 31 Individualisierung Antriebsmoment IWD Individualisierung Radstellung Individualisierung Radlast Optimierung Reifenkraftpotential
Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Juni 2005 32 dezentral zentral Friedliche Koexistenz Koordinator Zentral- Regler TV ARS AFS ESP VDM Intelligente Steller Aktuatoren
Lenksysteme Funktionsanforderungen Mehrwert durch Vernetzung Juni 2005 33 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
Juni 2005 34 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
Juni 2005 35 Mechatronische Lenksysteme Alexander Gaedke ZF Lenksysteme GmbH