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Lenkung: Elektronik hat festen Platz in Steuerzentrale

Das vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachte Drehmoment wird über das Lenkgetriebe auf die Lenkstockhebel übertragen. Inzwischen hat auch im Lenksystem Elektronik ihren festen Platz.

Ein mit dem Lenkrad verbundenes Gestänge, ein einfaches Lenkgetriebe das auf den Lenkstockhebel wirkt, fertig ist die Nutzfahrzeug-Lenkung – diese Zeiten sind längst vorbei. Auch hier ist mittlerweile Elektronik eingezogen. Im Zusammenspiel mit hydraulischer Unterstützung und präziser Mechanik bildet sie ein komplexes System.

Die Entwicklung aktueller Lenksysteme bewegt sich in verschiedene Richtungen: Zentrales Thema ist die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und Reduzierung der Emissionen. Ein weiterer Trend firmiert unter dem Schlagwort verminderte Lifecycle Costs. Lösungen für den Einsatz in Einzelradaufhängungssystemen gewinnen besonders im Omnibus-Bereich an Bedeutung. Eine ebenso entscheidende Rolle spielen die Fahrsicherheit verbessernde, angepasste elektronische Assistenzsysteme. Keine Hydrolenkung kommt inzwischen ohne elektronisches Steuergerät aus.

Elektronik erfasst Geschwindigkeitssignale

Grundlegende Funktionen der Elektronik sind das Erfassen der Geschwindigkeitssignale vom Tacho und das Regeln der daran angepassten Lenkkräfte. Beim Lenken richtet sich die Strategie auf „maximale Unterstützung“ im Stand und beim Rangieren und „abnehmende Unterstützung“ bei zunehmender Geschwindigkeit. Die Lenkachs-Mittenzentrierung ist eine Funktion, über die die Elektronik einen präzisen Geradeauslauf bei Spurrillen oder geneigter Fahrbahn sicherstellt.

Bis zur elektronisch gesteuerten elektrischen Lenkung dürften hingegen allein aus rechtlichen Gründen noch einige Jahre vergehen. Lenkgestänge, Hydraulik und  die mechanische Verbindung zum Lenkrad fallen bei diesem Konzept vollständig weg. Die Elektronik übernimmt die gesamte Steuerung, während Elektromotoren die Räder einschlagen.

Lebenszykluskosten reduzieren

Auf Gewichts- und Bauraumreduzierung sowie die Verringerung der Lebenszykluskosten richtet sich das Konzept einer hydraulischen Unterstützung mit einem von der Zahnstangeneinheit getrennten Arbeitszylinder. Die Vorteile: Er kann je nach Gewichtsklasse dimensioniert und seine Bauform dem erforderlichen Lenkwinkel angepasst werden. ZF verspricht für solche Lenkungssysteme eine optimierte Kinematik mit verfeinertem Lenkgefühl und einem reduzierten Verschleiß des Lenkgetriebes. Der Wegfall diverser Bauteile soll gegenüber Blocklenkungen zudem einen Gewichtsvorteil erzielen.

Eine bedarfsgerechte hydraulische Unterstützung für Lenkungen liefern Pumpen mit verstellbaren Flügelzellen. Sie sind so konzipiert, dass sie nur die tatsächlich benötigte Öl-Menge fördern. Die mögliche Energieeinsparung soll je nach Fahrzyklus und Systemauslegung bei bis zu 40 Prozent liegen. Im Kraftstoffverbrauch schlägt sich dies in bis zu 0,2 Liter pro 100 Kilometer nieder. Bei einer Jahresfahrleistung von 200.000 Kilometern summiert sich die Einsparung auf immerhin 200 bis 400 Liter.

Unterschiedliche Reibwerte können sich verhängnisvoll auswirken

Verhängnisvoll können sich für den Fahrer unterschiedliche Reibwerte auf der Straße auswirken, wie sie unter winterlichen Bedingungen in Form von Eis auf der einen Seite und griffigem Asphalt auf der anderen Seite oft auftreten. Dem trägt beispielsweise das Überlagerungslenksystem „Servotwin“ von ZF Rechnung, wie es unter anderem im Mercedes Actros zu haben ist.

Neben einem verkürzten Bremsweg soll diese Lenkung zudem Seitenwindeinflüsse ausgleichen. Lenkrad und gelenkte Räder haben dabei eine definierte Übersetzung. Entsprechende fahrdynamische Bedingungen sorgen dafür, dass sich das Lenkrad mitdreht. Ihr Aufbau entspricht der einer Zweikreislenkung, die dem vom Fahrer eingebrachten Lenkmoment ein Zusatz-Lenkmoment beisteuert. Nach Kurvenfahrten sorgt das ZF-System für einen aktiven Rücklauf. Bei Autobahnfahrten schalten solche Hydrauliksysteme komplett ab. Eine rein elektrische Unterstützung soll Antriebsenergie sparen.

Lenkung kann Spurrillen erkennen

In Verbindung mit einem entsprechenden Assistenzsystem ist diese Lenkung in der Lage, Spurrillen zu erkennen und die damit verbundenen Effekte zu kompensieren. Das Lenk-Assistenzsystem beobachtet ebenso permanent Lenkgeschwindigkeit und Querbeschleunigung, um Ausweichmanöver in fahrkritischen Situationen frühestmöglich zu erkennen. Der Ausweichassistent aktiviert dann das Lenksystem und leitet den Lkw mit maximalem Ausweichweg am Hindernis vorbei, selbstverständlich ohne dass der Zug dabei kippt.

Die Ausgangswelle dreht sich bei dieser Assistenzfunktion ohne die Eingangswelle. Bei fahrdynamischen Eingriffen findet dadurch ­keine für den Fahrer spürbare Bewegung des Lenkrads statt.

Tipp für Lkw- und Pkw-Anfänger: Wenn irgendwie möglich, niemals die Lenkung im Stand betätigen.  Das schont Reifen und Lenkmechanik. Unter keinen Umständen die Lenkung einschlagen, wenn das Fahrzeug an einer Bordsteinkante steht. Folge wäre eine Deformation der Lenk- und Spurstangen.

Volvos Lösung: Dynamic Steering greift ins Geschehen ein

Dynamic Steering nennt sich das elektrohydraulische Lenksystem, das Volvo im neuen FH anbietet. Das System ist direkt auf dem Lenkgetriebe aufgesetzt und mit der Lenkspindel verbunden. Herzstück ist ein programmgesteuerter Elektromotor, der je nach Bedarf Drehmoment auf die Lenkspindel bringt. Sensoren erfassen Regelgrößen wie Fahrtrichtung, Geschwindigkeit und Gewicht. Aus den Werten ermittelt ein elektronisches Steuergerät die benötigte Lenkunterstützung und regelt dann entsprechend den elektrischen Servomotor. Ähnlich wie das entsprechende ZF-System bietet Dynamic Steering geschwindigkeitsproportionale Funktionalität: Bei geringeren Geschwindigkeiten – auch beim Rückwärtsfahren – sorgt das System für maximale Unterstützung. Das soll selbst bei einem beladenen Kipper im Gelände funktionieren. Bei hohen Geschwindigkeiten hat Dynamic Steering hingegen die Aufgabe, die Richtungsstabilität zu verbessern. Ständige Eingriffe des Elektromotors ersparen dem Fahrer das Korrigieren des Lenkrads. Sich auf die Lenkung übertragende Unregelmäßigkeiten des Fahrbahnbelags, beispielsweise Schlaglöcher oder Spurrillen, gleicht das System ebenfalls aus. Laut Volvo gilt dies selbst für eine stark gewölbte Fahrbahnoberfläche oder Seitenwind. Das Selbstlernsystem des Rechners erkennt solche Bedingungen und merzt die daraus folgenden seitlichen Bewegungen aus.

Andreas Wolf lastauto omnibus

Autor

Foto

Volvo, ZF

Datum

8. Oktober 2013
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