Konzeptfahrzeug "E-Jet" der RWTH Aachen mit HBM Sensoren

Das durch die Hans Hermann Voss-Stiftung geförderte Konzeptfahrzeug "E-Jet" sieht hinsichtlich der Lenkung ein neuartiges Stellteil für ein Steer-by-Wire System vor. Durch den Wegfall der physischen Verbindung zu den Rädern entfällt die mechanische Rückmeldung der Kräfte und Momente im Reifen-Fahrbahn-Kontakt, die für die Stabilisierungsaufgabe bei der Fahrzeugführung hilfreich ist. Um die Interaktion des Fahrers mit dem Fahrzeug zu gewährleisten, wurde der "Steering Bow" als aktives Stellteil entwickelt. Das heißt, dass die Bewegung des Steering Bows durch einen elektromechanischen Aktor beeinflusst werden kann, wodurch der Steering Bow den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs zurückmeldet.

Nutzung der HBM Mehrkomponentenaufnehmer im Steering Bow


Für die Betätigung des Steering Bows ist nur die tangentiale Komponente der Betätigungskraft relevant. Dennoch ist der Einsatz eines multi-axialen Kraftmesssensors in der aktuellen Phase der Entwicklung notwendig, um den Einfluss von Deviationskräften und -momenten erfassen, analysieren und kompensieren zu können. Außerdem ist es erforderlich, dass das Messsystem nicht nur zuverlässig ist, sondern auch die Krafteingabe des Nutzers hinreichend genau erfassen kann. Mit einer Genauigkeitsklasse von 0,2 und einer Kompensationsmatrix zur Reduzierung der Übersprecheffekte erfüllt der 6-axiale Mehrkomponentenaufnehmer MCS10-005-6C von HBM diese Anforderungen.

Wichtigkeit von präzisen Messinstrumenten im Lenkhebel

 

Der Steering Bow ist als ein aktives Stellteil mit Krafteingabe und Wegrückmeldung konzipiert. So erhält der Fahrer über die wahrgenommene Positionsänderung des Steering Bows Rückmeldung über den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs. Somit wird das Regel­konzept des Steer-by-Wire Systems in zwei Abschnitte geteilt: Sollwertvorgabe und Rückmeldungssynthese.

Sollwertvorgabe

Die vom Fahrer am Griffelement ausgeübte Kraft wird mit Hilfe des multi-axialen Kraftmesssensors erfasst. Über Dehnungsmessstreifen werden Kräfte und Momente im Kraftmesssensor erfasst. Diese werden dann verstärkt, digitalisiert und im Echtzeitrechner ausgewertet. Aus der Summe der Kräfte der linken und rechten Seite (wobei das Vorzeichen der Kraft auf der rechten Seite invertiert ist, da beide Sensoren ein positives Signal für die gleiche Betätigungsrichtung geben) werden in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeuggeometrie Soll-Radlenkwinkel der Vorderräder berechnet. Diese Lenkwinkel­vorgaben werden im Konzeptfahrzeug "E-Jet" von Lenkmotoren umgesetzt.

Rückmeldungssynthese

Die Lenkmotoren geben den tatsächlich umgesetzten Radlenkwinkel aus, welcher abhängig von der Fahrsituation und der Fahrbahnbeschaffenheit ist. Aus den tatsächlichen Radlenkwinkeln sowie dem Fahrzustand wird im Echtzeitrechner ein Soll-Steering Bow-Winkel errechnet. Dieser wird vom Aktor am Steering Bow umgesetzt.

Problem

Das Projekt „E-Jet“ entwickelte ein Ultraleichtfahrzeug mit seriellem Bio-Hybrid-Antrieb in Form einer Kombination aus Elektro- und Pedalantrieb. Für ein neues Fahrgefühl sorgt der eigens für dieses Projekt konstruierte Lenkhebel „Steering-Bow“. Um die genaue Krafteingabe des Fahrers und somit die exakte Übertragung der Lenkbewegung auf das Fahrzeug gewährleisten zu können, musste ein zuverlässiges Messsystem entwickelt werden.

Lösung

Mit dem MCS10-005-6C führt HBM einen Mehrkomponentenaufnehmer, der es ermöglicht, die gegeben Devitationskräfte nicht nur zu messen und zu analysieren, sondern auch zu kompensieren und zu reduzieren.

Ergebnis

Resultat des Projekts war die Entwicklung des „Steering-Bows“. Mithilfe des Mehrkomponentenaufnehmers entsteht die genaue Übertragung der Lenkbewegungen. In Kombination mit der Berechnung der Lenkwinkelvorgaben der Räder wird der „E-Jet“ lenkbar und fahrtüchtig.

ika | RWTH Aachen University

Die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH Aachen University) ist mit über 45.000 Studierenden die größte Technische Universität in Deutschland. Mit dem ika, dem „Institut für Kraftfahrzeuge“, ist die Universität im Besitz einer innovativen Prüfungseinrichtung für Kraftfahrzeuge. Das Institut forscht u.a. an den Themengebieten „Fahrzeugintelligenz & Automatisiertes Fahren“, „Fahrzeugkonzepte & HMI“, und „Energiemanagement & Antriebe“. Ziel des ika ist neben der Ausbildung zukünftiger Autobauer auch die Innovation des modernen Verkehrswesens - wie mit dem Projekt  „E-Jet“.

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