Dynamiklenkung
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Die Dynamiklenkung stellt eine elektronisch geregelte Überlagerung eines Winkels zum Lenkradwinkel dar. Dieses Lenksystem ermöglicht sowohl einen vom Fahrer abhängigen als auch einen vom Fahrer unabhängigen aktiven Lenkeingriff an der Vorderachse, ohne die mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und Vorderachse auftrennen zu müssen.
Der zusätzliche Freiheitsgrad ermöglicht die kontinuierliche und situationsabhängige Adaption der Lenkeigenschaften. Komfort, Lenkaufwand, Handlichkeit und Lenkdynamik werden dadurch aktiv angepasst. Darüber hinaus sind auch Lenkeingriffe zur Verbesserung der Fahrzeugstabilisierung und damit Fahrsicherheit möglich.
Das Herzstück der Dynamiklenkung ist ein Überlagerungsgetriebe, das seine Übersetzung in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und der gewählten Einstellung durch Audi drive select variieren kann. Dieses so genannte Wellgetriebe (harmonic drive) ist sehr kompakt und leicht gebaut.
Die Dynamiklenkung wurde von ZF Lenksysteme GmbH, in Zusammenarbeit mit Audi entwickelt.
[Bearbeiten] Technik und Funktionsweise
Das System besteht im Wesentlichen aus einer Zahnstangenlenkung, einem Überlagerungsgetriebe, einem Stellmotor, Sensoren und einem Steuergerät. Der Elektromotor ist mit einer Hohlwelle ausgeführt um eine axiale und damit Platz sparende Ausrichtung von Motor und Getriebe zu realisieren. Bei dem verwendeten Wellgetriebe erfolgt die Überlagerung über zwei koaxiale Zahnräder, deren Eingriff über ein vom Hohlwellenmotor angetriebenes Oval verändert wird. Das Wellgetriebe addiert bzw. subtrahiert einen regelbaren Motorwinkel zum Fahrerlenkwinkel. Die Summe dieser beiden Winkel wirkt dann auf das Lenkgetriebe, welches den Radeinschlag erzeugt. Der regelbare Motorwinkel ermöglicht es in das Lenkverhalten und die Fahrdynamik des Fahrzeugs aktiv einzugreifen.
Ausgehend von den Signalen der Fahrzeugsensoren (Lenkradwinkel, Geschwindigkeit, etc.) berechnen Assistenz- und Stabilisierungsfunktionen (z.B. variable Lenkübersetzung und Gierratenregelung) einen gewünschten Überlagerungswinkel. Dieser dient als Sollwert für den geregelten Stellmotor, der den Zeitverlauf des gewünschten Überlagerungswinkels exakt nachfährt.
Über das Servotronic-Ventil einer Zahnstangen-Hydrolenkung kann zusätzlich die hydraulische Momentenunterstützung abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel gesteuert werden. Die mechanische Verbindung vom Lenkrad bis zum Lenkgestänge bleibt immer erhalten und dient bei Ausfall der elektronischen Zusatzfunktion als mechanische Rückfallebene.
Die wichtigste Lenkassistenzfunktion ist die geschwindigkeitsabhängige Lenkübersetzung. Sie beruht auf einem variablen Verhältnis zwischen dem Lenkradwinkel und dem Einschlagwinkel der Vorderräder. Damit fällt je nach Fahrsituation der wirksame Lenkwinkel an den Rädern größer oder kleiner aus, als ihn der Fahrer am Lenkrad einstellt. Ruht der Elektromotor, besteht wie bei konventionellen Lenkungen ein direkter Durchgriff vom Lenkrad auf die Räder.
Die Systemvernetzung mit dem ESP ermöglicht in Kombination zu den Brems- und Feder-Dämpfereingriffen automatische Lenkeingriffe zur Fahrwerkregelung und Stabilisierung. Der Vorteil dabei: der Eingriff in die Lenkung ist sehr schnell und für den Fahrer kaum spürbar. Die oft störenden und sehr lauten ESP-Bremseingriffe werden reduziert.
[Bearbeiten] Beispiele von Fahrsituationen
Die Dynamiklenkung stellt bei niedrigem Tempo eine direkte Übersetzung und eine hohe Servokraft bereit. Beim Rangieren wird der Komfort durch leichtes Lenken erhöht. Es genügen zwei Umdrehungen von Anschlag zu Anschlag. Bei langsamer Fahrt im Stadtverkehr, wenn viel Lenkarbeit notwendig ist, ergibt sich durch den Einsatz des Stellmotors bei gleichem Kraftaufwand eine geringere Anzahl von Lenkradumdrehungen.
Mit steigender Geschwindigkeit wird die Übersetzung kontinuierlich immer indirekter, parallel dazu sinkt die Unterstützung der Servokraft. Bei hohen Geschwindigkeiten wird die Stabilität durch einen ruhigen und gelassenen Geradeauslauf gesteigert.
Die Dynamiklenkung ist mit dem ESP vernetzt und deshalb über Fahrsituationen im Grenzbereich informiert. Wenn das Fahrzeug beispielsweise nach einem abrupten Ausweichmanöver – zu übersteuern droht, lenkt sie selbsttätig mit kleinen Impulsen gegen. Ihr Eingreifen macht viele Bremsimpulse überflüssig, das Fahren gewinnt an Fluss und Dynamik.
Beim Untersteuern wird das System ebenfalls aktiv – es macht die Lenkübersetzung kurzfristig indirekter, so dass der Fahrer den Bereich, in dem die Reifen noch guten Kraftschluss mit der Fahrbahn haben, sehr wahrscheinlich nicht überlenkt.
[Bearbeiten] Geschichte und Ausblick
Das Lenksystem wird mit anderem Überlagerungsgetriebe bei BMW seit 2003 unter dem Namen „Aktivlenkung“ angeboten. Bei der Aktivlenkung erfolgt die Winkelübertragung der Eingangswelle (Lenkrad) und der Ausgangswelle (Ritzel) über Sonnenräder und Planetenräder. Im Fall der Überlagerung treibt der Motor den Planetenträger und damit entsteht eine zusätzliche Relativbewegung um die Sonnenräder. Diese Bewegung führt dann zur gewünschten Überlagerung bzw. Lenkübersetzung.
Weiterentwicklungen kombinieren die Eigenschaften der Winkelüberlagerung (Dynamiklenkung) mit den Eigenschaften der Momentenüberlagerung (Elektrolenkung). Damit können Steer-by-Wire ähnliche Funktionen ohne dessen Nachteile (Sicherheitsproblem durch Auftrennung der mechanischen Verbindung zwischen Lenkrad und Vorderachse) realisiert werden.
