Was ist Steer-by-Wire?

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Danina Heider
ME MOBIL ELEKTRONIK GMBH
aktualisiert am 28.07.2020 - 10:03:56
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Steer-by-Wire


Steer-by-Wire (übersetzt „Lenken via Kabel“) ist ein spezielles Lenksystem in der Fahrzeugtechnik, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und den gelenkten Rädern besteht. Die Verbindungen der Systemkomponenten werden bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ausschließlich elektrisch ausgeführt. Die klassische Lenksäule entfällt komplett.

Frage/Definition: Was ist/sind Steer-by-Wire?
Auch oft gesucht: steer by wire systems, Lenksysteme, Hilfslenkanlage


Funktionsweise

Sensoren erkennen den gewünschten Lenkbefehl und geben diesen über ein elektrisches Steuergerät an den elektrohydraulischen Aktuator weiter. Dieser transformiert die elektrischen Signale in eine Bewegung. Dabei erfassen die Sensoren die aktuelle Lenkradstellung sowie die aktuelle Stellung der gelenkten Räder. Das Steuergerät verarbeitet hierbei die Signale der Sensorik und koordiniert die Erzeugung der Stellsignale für den Lenkaktuator. Dieser Lenkaktuator transformiert die elektrischen Signale dann in eine entsprechende Bewegung der Räder. Die klassische Lenksäule entfällt dabei komplett. Lenkrad oder Joystick sind nicht zwingend notwendig.

Durch über Funk gesendet Signale kann das Fahrzeug auch ferngesteuert gelenkt werden, z. B. um gefährliche Gebiete zu befahren.

Komponenten

Das Steer-by-Wire-System besteht aus

  • einem elektronisch mechanischen Lenkaktuator für die Lenkung der gelenkten Räder
  • einem redundanten Winkelgeber
  • Sensoren zur Erfassung der aktuellen Lenkradstellung
  • Sensoren zur Erfassung der aktuellen Stellung der gelenkten Räder
  • ein elektronisches Steuergerät zur Verarbeitung der Sensorik und der Erzeugung der Stellsignale für den Lenkaktuator

Vorteile

  • Die Steer-by-Wire-Steuerung lässt sich an unterschiedliche Bedienerfahrungen anpassen, wodurch jeder Fahrer mit höchster Effektivität arbeiten kann.
  • Die Technologie kann die Fahrzeugarchitektur erheblich verändern. Denn wenn Lenkrad und Lenksäule wegfallen, entsteht bedeutsam mehr Platz im Fahrercockpit. Dadurch erhöht sich die Flexibilität des Designs, der Bediener erhält ein größeres Sichtfeld, eine bessere Ergonomie und höhere Präzision. Das lässt außerdem vollkommen neue Ansätze für das Interieur zu.
  • Der elektrisch übermittelte Lenkbefehl wird viel schneller und direkter umgesetzt als beim herkömmlichen, mechanischen/hydraulischen System.
  • Die Lenkung ohne mechanische Verbindung eröffnet ganze neue Möglichkeiten für Assistenzsysteme, wie bspw. Kameraunterstützung und auch ein weiterer Schritt hin zum autonomen Fahren.
  • Die Elektronik kann zu schnelle und zu weite Lenkbewegungen in reibungslose, produktivere Ergebnisse umwandeln.
  • Weniger Vibrationen und Geräusche im Cockpit.
  • Der Hilfsenergieverbrauch wird reduziert.
  • Das Lenkrad ist durch den Wegfall der Lenksäule variabel platzierbar.
  • Dämpfung von Seitenwindversetz, da das System die Spur hält und selbst nachregelt.
  • Insgesamt mehr Sicherheit bei Unfällen.

Funktionale Sicherheit

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Bei der Betrachtung von Ausfällen von konventionellen Lenkungen und Steer-by-Wire Systemen spielt die Komplexität eine Schlüsselrolle. Ein Ausfall einer konventionellen Lenkung ist selbst mit den aktuell verfügbaren Assistenzsystemen beherrschbar, weil die Rückfallebene mechanisch ausgeführt ist. Die Absicherung der Lenkfähigkeit ist vergleichsweise überschaubar. Bei einem reinen Steer-By-Wire-System ohne mechanische Rückfallebene ist es erforderlich, die Lenkfähigkeit auf anderen Wegen sicherzustellen. Dazu sind redundante Systemkonzepte mit nachgewiesener Unabhängigkeit der Teilsysteme und Komponenten auf dem richtigen Weg. Es laufen daher stetig zwei bis drei voneinander unabhängige Steuerkreise parallel zueinander und überwachen sich gegenseitig.

Rechtliche Betrachtung

Die Regelung Nr. 79 (ECE R79) ist zuständig für die Genehmigung von Fahrzeugen hinsichtlich der Lenkanlage. Früher wurde für Hauptlenkanlagen eine formschlüssige mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und den gelenkten Rädern gefordert. Inzwischen ist Steer-by-Wire nach ECE R79 auch in Europa zulassungsfähig. Eine Forderung nach einer mechanischen Rückfallebene liegt nicht vor.

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Auf Seite 4 der ECE Regulation Nr. 79 heißt es:

„Der technische Fortschritt, der Wunsch nach Verbesserung der Insassensicherheit durch Verzicht auf die mechanische Lenksäule und die Vorteile, die sich bei der Produktion ergeben, wenn die Betätigungseinrichtung für die Lenkanlage bei Fahrzeugen mit Linkslenkung bzw. Rechtslenkung leichter auf der anderen Seite angebracht werden kann, haben zu einer Überprüfung des herkömmlichen Verfahrens geführt, und die Regelung wird jetzt geändert, damit die neuen Technologien berücksichtigt werden können. So wird es jetzt möglich, Lenkanlagen ohne formschlüssige mechanische Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung und den Laufrädern zu konstruieren.“ (Amtsblatt der Europäischen Union - UN-ECE Regelung Nr. 79)

Anwendungsbereiche

  • Innerbetriebliche Fahrzeuge (Flurföderzeuge, Flugzeugschlepper, Hafenfahrzeuge)
  • Baumaschinen
  • Agrarfahrzeuge
  • Spezialtransporter (Brammentransporter, Schwerlasttransporter)
  • Fahrerlose Fahrzeuge/AGV (Automated Guided Vehicle)

Abgrenzung zu Drive-by-Wire

Drive-by-Wire (Fahrantriebssteuerung) ist der Überbegriff für die elektronische Befehlsübertragung z. B. beim Fahren, also ohne jegliche mechanische Kraftübertragung. Der Fahrerbefehl, wie bspw. die Lenkrichtung wird dabei nur noch elektronisch weitergeleitet. Dabei umfasst Drive-by-Wire mindestens zwei oder mehr Systeme der X-by-Wire-Technik, wie z. B. Brake-by-Wire (Bremssteuerung) oder Steer-by-Wire (Lenkung).

Quellen

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