Steer-by-Wire Lenkung: Algorithmen, Aktuatorik und Rapid-Control-Prototyping

Kurzfassung

Für die Erhöhung von Fahrsicherheit, Komfort und Wirtschaftlichkeit werden in Straßenfahrzeugen zunehmend mechanische und hydraulische durch entsprechende mechatronische Komponenten und Baugruppen ersetzt. Zu den gegenwärtigen Entwicklungszielen der Fahrzeugindustrie gehört beispielsweise das Ersetzen der mechanischen Verbindung zwischen Lenkrad und Vorderrädern durch vernetzte mechatronische Komponenten. Eine derartige Lenkungstechnologie wird als Steer-by-Wire (SbW) bezeichnet. Auf dem Weg dorthin sind jedoch noch eine Reihe von komplexen Aufgaben bezüglich Aktuatorik, Sensorik, Fehlertoleranz und Regelung zu lösen. Die Regelungsaufgaben bei einer Steer-by-Wire-Lenkung können in zwei unterschiedlichen Ebenen definiert werden. Während die Aufgaben in der Aktuatorikebene beinhalten das Führungsverhalten mit Reib- und Störkompensation, die Aufgabe in der Funktionsebene ist das Erreichen einer definierten Wunsch-Lenkreaktion des Fahrzeugs und eines Wunschgefühls des Fahrers unter Berücksichtigung der Unsicherheiten der Fahrer- und Fahrzeugdynamik. In dem vorliegenden Beitrag werden Komponenten und Algorithmen eines Steer-by-Wire-Prüfstandes vorgestellt. Im Wesentlichen beinhaltet dies die Interaktion eines Force-Feedback- und eines Radstellaktuators mit dem Menschen (Fahrer) und einem in Echtzeit simulierten Fahrzeugdynamikmodell. Die dazu verwendete Aktuatorik und Sensorik stellt eine neuartige Technologie dar, die ursprünglich in der Robotik angewandt wurde. Der Steer-by-Wire-Prüfstand wird in der Rapid-Control-Prototyping Entwurfsphase der Steer-by-Wire Systeme verwendet um mechatronische Komponenten und regelungstechnische Algorithmen wirklichkeitsnah zu entwickeln und zu erproben.