ZF TRW – Die ganze Kraft des Lenkens
Die Automobilhersteller weltweit arbeiten hart daran, das Gewicht, die Kosten und die Kohlenwasserstoffemissionen ihrer Fahrzeuge zu senken. Das erhöht natürlich den Druck auf die Teile- und Systemhersteller, neue kraftstoffsparende Technologien zu entwickeln oder bestehende zu optimieren. Führend auf diesem Gebiet ist die ZF-Gruppe, zu der auch die Marke TRW gehört. Der Automobilzulieferer investiert rund fünf Prozent des Umsatzes in Forschung und Entwicklung (zuletzt 1,4 Milliarden Euro).
Ein einfacher Weg, um den Kraftstoffverbrauch bei Lenkungen zu senken, ist die Entkopplung der Lenkunterstützung vom Motor, wenn keine Kraft benötigt wird. Bei einer konventionellen Servolenkung wird die Lenkhelfpumpe vom Motor über einen Riemen angetrieben. Die Pumpe arbeitet somit permanent, auch wenn der Fahrer gar nicht lenkt. Das kostet Sprit und Energie.
Elektrohydraulisches Lenksystem (EPHS)
Ein großer Schritt in der Entwicklung von Lenksystemen war der Wechsel von der riemengetriebenen zur elektrisch angetriebenen Lenkhelfpumpe. Das elektrohydraulische Lenksystem (EPHS) verbraucht nur 25 Prozent der Energie einer konventionellen Servolenkung.
EHPS ist eine elektrisch unterstützte Lenkung von ZF TRW, die die Vorteile von elektronisch gesteuerten On-Demand-Lenkungen mit robuster hydraulischer Betätigung kombiniert. EHPS von ZF TRW ist eine kompakte Motorpumpeneinheit (MPU), die mit konventionellen Servo-Zahnstangensystemen gekoppelt ist. Wie auch andere elektrische Lenkungslösungen arbeitet EHPS unabhängig vom Verbrennungsmotor. Weiterhin erfordert das System nur vergleichsweise geringe Entwicklungskosten, was es insgesamt zu einer Lösung für Hybrid- und Elektrofahrzeugplattformen macht.
Im Vergleich zu traditionellen hydraulischen Servolenkungen bieten EPHS-Systeme Kraftstoffeinsparungen von bis zu 0,3 Litern pro 100 Kilometer und eine Senkung des CO2-Ausstoßes um rund sieben Gramm pro Kilometer.
ZF TRW bietet EPHS in verschiedenen Ausstattungs- und Leistungsstufen an, die Anwendungen für das A- und B-Segment (GenB) bis zu Anwendungen mit einer maximalen Zahnstangenkraft von 18 Kilonewton (GenC) abdecken. Damit können elektrische Lenkungen auch für größere Fahrzeuge wie SUVs und Transporter eingesetzt werden. Im Rahmen der Software-Anpassung bietet EPHS eine Reihe von Vorteilen für das Lenkgefühl, wie geschwindigkeitsproportionale Funktionalität und allgemeine Lenkeigenschaften auf Kundenwunsch.
Elektromechanisches Lenksystem (EPS)
Der nächste Schritt in der Evolution ist die rein elektrische Lenkung (EPS). Dieses Lenksystem hat ein noch besseres Kraftstoffeinsparpotenzial und ist auch umweltfreundlicher, weil sich im System kein Hydrauliköl befindet.
Ein Produkt aus der EPS-Range ist die elektromechanische Servolenkung mit Lenksäulen-Antrieb. Diese wurde ursprünglich für das Kleinwagen-Segment entwickelt. Mittlerweile gibt es eine ganze Familie modularer und skalierbarer Lösungen für Lenkmomentanforderungen von vier bis zehn Kilonewton. Die Lenkungen lassen sich für eine Vielzahl an Fahrzeuganwendungen anpassen bei gleichzeitiger Senkung der Lebenszykluskosten.
Durch den Einbau des Antriebs im Fahrgastraum sinken die Anforderungen an Temperaturbeständigkeit und Abdichtung im Vergleich zu Systemen unter der Motorhaube. Mittlerweile ist die EPS mit Lenksäulen-Antrieb in mehr als 26 Millionen Fahrzeugen auf der ganzen Welt verbaut. Diese Technologie ist kosteneffizient, kraftstoffsparend und lässt sich relativ leicht an die hohen Crashanforderungen moderner Fahrzeuge anpassen. Zudem lässt sich die EPS in fortschrittliche Assistenz-Systeme integrieren auch für das automatisierte Fahren nutzen.
Zahnstangen- und Lenksäulen-EPS
Für größere Fahrzeuge und Fahrzeuge aus dem Premium-Segment eignet sich die EPS von ZF TRW mit Riemenantrieb – auch als Zahnstangenantrieb bezeichnet. Diese Lösung kombiniert einen bürstenlosen Motor mit einem Zahnriemen und einer Kugelumlaufbaugruppe mit Antriebsrad und Lager in einer Einheit. Dieser Aufbau bietet geringere Trägheit und Reibung für Hochkraftanwendungen sowie ein direkteres Lenkgefühl und erstklassiges Ansprechverhalten. Wie bei der Technologie für den Lenksäulenantrieb wurde das Riemenantrieb-EPS-System von ZF TRW für eine modulare und skalierbare Architektur entworfen, was eine größere Freiheit beim Gehäuse-Design bietet und daher für viele verschiedene Fahrzeuganwendungen geeignet ist. Der Electric Power Pack (EPP), eine Einheit von Motor und Steuergerät, ist sowohl in axialen als auch in radialen Gehäusen erhältlich und kann flexibel montiert werden.
Die Riemenantriebstechnik ist besonders geeignet für Fahrzeuge des europäischen D- Segments (US-Mittelklassesegment) und darüber. Riemenantriebssysteme von TRW bieten Zahnstangenkräfte bis zu 18 Kilonewton bei direkter Versorgung mit 12 Volt. Das System verfügt über den gleichen mechatronischen Kern (Systemarchitektur, Sicherheit, Sensor, Motor, ECU und Software-Designs) wie das Modell mit Lenksäulenantrieb. Durch Nichtbelastung des Motors bieten EPS-Systeme Kraftstoffeinsparungen von bis zu 0,33 Litern auf 100 Kilometer und eine Senkung des CO2-Ausstoßes um rund acht Gramm pro Kilometer.
Der Fortschritt steht nicht still: ZF TRW hat einen neuen Prototypen vorgestellt, der Technologien von ZF und TRW kombiniert, die die Sicherheit und die Leistung in teil- und vollautomatisierten Fahrzeugen erhöht.
Der Prototyp vereint die elektrische Servolenkung Dual Pinion EPS (Electrically Powered Steering) von ZF TRW an der Vorderachse mit der aktiven Hinterachskinematik AKC (Active Kinematics Control) von ZF. Fahrkomfort und vor allem Fahrsicherheit lassen sich deutlich erhöhen, wenn heute gängige Systeme perfekt aufeinander abgestimmt sind.“
Bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegt AKC dann die Hinterräder in Gegenrichtung zum Lenkeinschlag der Vorderräder: Der Wendekreis des Fahrzeugs verkleinert sich zugunsten des Fahrkomforts.
Geht es zügiger voran, lenken die Hinter- und Vorderräder in dieselbe Richtung, was die Stabilität des Fahrzeugs verbessert. Durch einen Lenkeinschlag aller Räder in dieselbe Richtung reduziert sich die Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse, sodass ein sicheres Fahren möglich ist.
Die Kopplung der beiden Lenksysteme in diesem Demo-Fahrzeug zeigt, wie viel Sicherheit auch auf glattem Untergrund erreicht werden kann, um ein Ausbrechen des Fahrzeugs bei Spurwechseln und Überholvorgängen zu verhindern.
Die Vernetzung der beiden Lenkungen lässt sich auch für zukünftige teil- oder vollautomatisierte Fahrzeuge nutzen. Eine Steer-by-Wire-Funktion, im Prototyp noch im Demo-Modus realisiert, lässt sich zukünftig für teil- und vollautomatisierte Lenkmanöver, beispielsweise Überhol- und Spurwechselvorgänge, nutzen.
Quelle: ZF TRW
