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Steer-by-Wire

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Unter Steer-by-wire versteht man ein System in der Fahrzeugtechnik, bei dem ein Lenkbefehl von einem Sensor (insbesondere dem Lenkrad) über ein Steuergerät ausschließlich elektrisch zum elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einem solchen System keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern.

In der Luftfahrt ist das analoge Fly-by-wire mit seiner hohen Redundanz des Lenksystems schon lange Realität. Solche System sind in Sonderfahrzeugen und als Hilfslenkanlage (Nachlauf-Lenkachse) weit verbreitet.

Eine Zulassung von reinem Steer-by-wire ist in der EU laut ECE R79 zulässig, denn ohne Lenksäule würde Gewicht gespart und die Insassensicherheit gesteigert werden. Auch wäre es einfacher Modelle für Rechts- und Linksverkehr zu entwickeln.[1]

Bisher gibt es weltweit nur einen derartigen Serien-PKW, den Infiniti Q50; dieser stellt im Fehlerfall die mechanische Verbindung über eine Kupplung wieder her.[2]

Verbreitet ist Steer-by-Wire in Fahrzeugen für Behinderte, z.B. von der Firma Paravan.

Vorteile

  • Mechanische Komponenten werden durch elektrische Komponenten ersetzt. Dadurch ergeben sich Vorteile beim Bauraum, Montage, den Rechts- und Linkslenkervarianten und beim Crash-Verhalten.
  • Der Lenkausschlag kann den fahrdynamischen Gegebenheiten angepasst werden. So kann die Funktion des ESP um einen Lenkwinkelausschlag erweitert werden.
  • Wie bei Überlagerungslenkungen ist es möglich, bestimmte Störungen zu unterdrücken, z. B. Ripple-Unterdrückung, Entfall der Gierwinkelabschwächung beim ABS, Dämpfung von Seitenwindversatz.
  • Die Rückmeldekräfte an den Fahrzeugführer können wahlfrei eingestellt werden.
  • Im Vergleich zur Servolenkung herkömmlicher Art kann der Hilfsenergieverbrauch reduziert werden.
  • Variation des Lenkverhaltens in Abhängigkeit von der Fahrsituation, z. B. untersteuernd, übersteuernd oder neutral.

Sicherheitsaspekte

Bei Ausfall des Systems hängt es vom Aufbau des Systems ab, ob das Fahrzeug noch lenkbar ist. Wenn in einem klassischen Systeme die Lenkhilfe durch einen Stellmotor ersetzt wird und die Radwinkel über ein Lenktrapez gesteuert werden ist bei Ausfall die Lenkfähigkeit nicht sichergestellt.

Die aktuelle Entwicklung im Kraftfahrzeugbau tendiert dazu, alle Fahrzeugführerbefehle nur noch elektrisch weiterzuleiten. Systeme wie das Brake-by-Wire, Shift-by-wire und Steer-by-wire sind zurzeit Gegenstand ausgiebiger Untersuchungen. Mit einer Zulassung von Steer-by-wire ist in Deutschland und anderen Ländern erst dann zu rechnen, wenn die Hersteller nachgewiesen haben, dass es mindestens genauso ausfallsicher ist wie eine konventionelle Lenkung. Die Erfüllung dieser Forderung bei einer wirtschaftlichen Produktion ist die Herausforderung bei der Entwicklung und der Hauptgrund, warum Steer-by-wire nur in Einzelfällen die Großserienreife erreicht hat.[2]

Einsatz im Sonderfahrzeugbau

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Im Sonderfahrzeugbau ist Steer-by-Wire seit rund 40 Jahren bekannt. Die ersten Systeme wurden in den 1970er Jahren für Schwerlastfahrzeuge entwickelt. Als elektronisches Lenkrad wird hier ein sogenannter Lenkkraft-Simulator eingesetzt, welcher zum einen den Lenkeinschlag des Lenkrads erfasst, zum anderen mittels einer integrierten elektrisch betätigten Bremse eine variable Lenkkraft sowie einen mechanischen Endanschlag simuliert. Die Lenkbewegung wird elektronisch-hydraulisch über Proportionalventile erzeugt, welche von einem elektronischen Steuergerät angesteuert werden. Die Lenkwinkel der Räder werden über Ist-Wert-Geber zurückgelesen, wodurch ein geschlossener Regelkreis entsteht. Heute sind Steer-by-Wire Lenksysteme Standard in allen Applikationen, in denen entweder mehrere Achsen in einer bestimmten Geometrie zueinander gelenkt werden müssen oder aber die erforderlichen Lenkkräfte für konventionelle Fremdkraft unterstützte Lenkungen zu hoch sind. Ein weiterer Vorteil der Steer-by-Wire-Technik liegt in der Möglichkeit, Spurführungs- oder Navigationssysteme zu integrieren. Steer-by-Wire-Systeme sind weit verbreitet in Schwerlast-Fahrzeugen, Flugzeugschleppern, Straddle-Carriern, Reachstackern oder auch Kommissionierstaplern.

Nachlauf-Lenkachse

LKW

Eine Sonderform des Steer-by-Wire stellt die sogenannte Hilfslenkanlage (engl. ASE = auxiliary steering equipment) dar. Hierbei wird die Hinterachse eines Nutzfahrzeugs entsprechend dem von der Hauptlenkanlage (Vorderachse) vorgegebenen Lenkwinkel nachgeführt. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs wird also konventionell über eine fremdkraftunterstützte, mechanisch durchgetriebene Lenkanlage vorgegeben, Hinterachsen werden im Sinne eines mechanisch entkoppelten, elektronisch geregelten Systems nachgeführt. Der Lenkwinkel der Vorderachse wird mittels eines Sensors erfasst. Aus dem Lenkwinkel, der Achsgeometrie und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird in einem elektronischen Steuergerät ein Sollwert gebildet, nach welchem die Hinterachse meist über einen elektronisch-hydraulischen Regelkreis gelenkt wird. Typische Anwendungen sind dreiachsige Busse, Verteiler-LKW oder Mobilkrane. Durch die Lenkung der Hinterachsen, vielfach Nachlauf- oder Vorlaufachsen, wird der Reifenverschleiß reduziert und die Wendigkeit des Fahrzeugs verbessert. Die ersten Hilfslenksysteme wurden bereits Anfang der 80er Jahre von der Firma Mobil-Elektronik GmbH vorgestellt.

Sportwagen

Seit den 80er Jahren gibt es Sportwagen mit Allradlenkung, seit Ende der 00er Jahre kommt für die Hinterachse eine elektronische Lenkungen zum Einsatz.

Einzelnachweise

  1. ↑ Agreement Concerning the Adoption of Harmonized Technical United Nations Regulations for Wheeled Vehicles, Equipment and Parts which can be Fitted and/or be Used on Wheeled Vehicles and the Conditions for Reciprocal Recognition of Approvals Granted on the Basis of these United Nations Regulations. United Nations, 30. November 2017, S. 4; (englisch): „Advancing technology, coupled with the wish to improve occupant safety by elimination of the mechanical steering column, and the production advantages associated with easier transfer of the steering control between left and right hand drive vehicles, has led to a review of the traditional approach and the Regulation is now amended to take account of the new technologies. Accordingly it will now be possible to have steering systems in which there is not any positive mechanical connection between the steering control and the road wheels.“
  2. ↑ a b Nissan bringt Steer-by-Wire in Serie. Artikel auf heise.de vom 17. Oktober 2012

Literatur

Siehe auch

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