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Lenkung Lenkungstechnologien für autonomes und teilautonomes Fahren

| Autor: Jan Vollmuth

Steer-by-Wire ermöglicht neue Lenkungstechnologien für autonomes und teilautonomes Fahren, die etwa wie von Geisterhand bewegte Lenkräder vergessen machen.

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Beim Steer-by-Wire-System wird die mechanische Verbindung zwischen den Rädern und dem Lenkrad durch eine elektronische Kommunikation der Aktuatoren in Lenksäule und Lenkgetriebe ersetzt.
Beim Steer-by-Wire-System wird die mechanische Verbindung zwischen den Rädern und dem Lenkrad durch eine elektronische Kommunikation der Aktuatoren in Lenksäule und Lenkgetriebe ersetzt.
(Bild: Nexteer)

Im ersten Moment zucken die Hände des Fahrers vor, wollen das Lenkrad greifen als das Fahrzeug in die Kurve geht – aber das Lenkrad bewegungslos bleibt. Doch es ist alles in Ordnung: Das autonom fahrende Fahrzeug verfügt über das neue Quiet Wheel Steering System von Nexteer. Es sorgt dafür, dass das Lenkrad im automatisierten Modus ruht, auch wenn das Fahrzeug selbstständig einlenkt.

Keine Ablenkung durch sich drehendes Lenkrad

Was den Fahrer eines Testfahrzeugs im Rahmen einer Präsentation von Nexteer noch irritiert, soll jedoch Komfort und Sicherheit im Innenraum erhöhen: So wird der Fahrer etwa beim Einparken mit einem Assistenzsystem nicht mehr von einem sich drehenden Lenkrad abgelenkt, gleichzeitig sinkt das Verletzungsrisiko.

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Quiet Wheel wurde Anfang 2018 von Nexteer Automotive auf der North American International Auto Show (NAIAS) in Detroit vorgestellt. Der Automobil-Zulieferer für Lenkungs- und Antriebssysteme mit Sitz in Auburn Hills im US-Bundesstaat Michigan präsentierte dort weitere Lenkungstechnologien für autonomes und teilautonomes Fahren, etwa das Steering on Demand System: Auf Knopfdruck oder durch eine einfache Berührung des Lenkrads kann der Fahrer zwischen manueller Bedienung und automatisiertem Fahren in Fahrzeugen wählen, die auf SAE (Society of Automotive Engineers) Stufe 3 und höher – wie in der Norm SAE J3016 definiert – ausgerichtet sind (siehe Kasten).

Mit Quiet Wheel ausgerüstete Fahrzeuge können auf Wunsch zudem mit einer verstaubaren Lenksäule ausgestattet werden. Sie zieht das Lenkrad auf Knopfdruck in den Instrumententräger zurück, das anschließend entweder auf erneuten Knopfdruck wieder herausgefahren wird oder manuell vom Fahrer hervorgezogen werden kann. Sinn dieser Technologie: mehr Komfort und Platz für den Fahrer.

Nur noch ein Kabel

Voraussetzung für die oben beschriebenen Systeme schafft die Steer-by-Wire-Technologie: Sie ersetzt die mechanische Verbindung zwischen den Rädern und dem Lenkrad durch eine elektronische Kommunikation via Kabel zwischen dem Lenkradaktuator, der sogenannten Driver Actuator Assembly, und dem Radaktuator (Road Actuator Assembly). Wird das Lenkrad bewegt, übersetzen Sensoren im Lenkradaktuator diese Bewegung in elektrische Signale um, die an einen Servomotor für die Lenkung im Radaktuator weitergeleitet werden, der die Räder bewegt. Steer-by-Wire funktioniert sowohl in manuellen als auch in automatisierten Fahrmodi.

Mit dem Wegfall der mechanischen Verbindung fehlt das „echte“ Fahrgefühl, das etwa aus der Beschaffenheit der Straße – z.B. Asphalt oder Sand – resultiert. Hier kommt Software ins Spiel: Die programmierbare Lenkübersetzung von Steer-by-Wire simuliert unter Einsatz des Aktuators das „reale Straßengefühl” von sportlich bis komfortabel, von glatt bis holperig. Die Ingenieure des Unternehmens haben Tausende Kilometer auf den unterschiedlichsten Straßen unter unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen zurückgelegt, um eine realistische Simulation sicherzustellen.

Apropos Ingenieure: Auch Konstrukteure und Entwickler können von Steer-by-Wire profitieren, meint Rüdiger Hiemenz, seines Zeichens Executive Director Engineering – Europe and South America bei Nexteer. Da die mechanische Verbindung entfalle, müsse kein Platz für die Lenkung vorgesehen werden, was die Fahrzeugkonstruktion vereinfache.

Allerdings würde „erhöhter Aufwand an anderer Stelle“ entstehen. So müsse der Instrumentenquerträger „ausreichend Steifigkeit aufweisen, damit das Gewicht von Lenkrad und Aktuator nicht zu Vertikalschwingungen führen, um etwa Rattern zu vermeiden.“ Zudem müsse die Innenraumakkustik berücksichtigt werden, damit der Elektromotor des Lenkradaktuators nicht in der Fahrgastzelle zu hören ist. (jv)

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Über den Autor

 Jan Vollmuth

Jan Vollmuth

Redakteur, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht