Die Aktivlenkung von BMW

Bei der BMW Lenkung wird bei einigen Modellen die so genannte Aktivlenkung eingesetzt (auch: AFS - Active Front Steering). Es handelt sich hierbei um ein intelligentes fahrdynamisches Lenksystem. Eine Probefahrt hat den Autor von dieser völlig anderen Lenkung überzeugt.

Bei der Aktivlenkung handelt es sich um eine Technologie mit zwei wesentlichen Merkmalen:

1) Geschwindigkeitsangepasste Lenkung Bei niedrigen Geschwindigkeiten (z.B. 30 km/h oder langsamer) sind weniger Drehungen des Lenkrads erforderlich, um die Fahrtrichtung zu ändern. Wenn man zum Beispiel rückwärts einparken will, muss man das Lenkrad nicht so weit einschlagen, wie man es bisher gewohnt war. Denn die variable Lenkübersetzung passt die Lenkübersetzung an die Fahrgeschwindigkeit und den vom Fahrer geforderten Lenkwinkel an. Das Handling des Fahrzeugs wird bei langsamer Fahrt oder beim Einparken durch AFS bedeutend gesteigert. Es ist kein Umgreifen am Lenkrad mehr nötig. Zwei Lenkradumdrehungen reichen im Stand aus, um das Lenkrad von Anschlag bis Anschlag zu bewegen.

Parken

Bei hohen Geschwindigkeiten ist die Lenkung indirekt, bei langsamer Fahrt ist die Lenkung direkt ausgelegt.

2) ESP Lenkregulierung

Durch die Verbindung der Lenkung mit dem ESP (= Elektronisches Stabilitäts-Programm, bei BMW DSC = Dynamic Stability Control genannt) stabilisiert die Aktivlenkung das Fahrzeug in schwierigen Fahrsituationen (schlechter Straßenzustand oder starker Wind). Wenn zum Beispiel die Gefahr besteht, dass das Heck des Fahrzeugs in einer Kurve auf nasser Straße ausbricht, beeinflusst diese Technologie unbemerkt die Position der Räder und somit die Fahrtrichtung. Der Fahrer kann dabei ganz normal durch die Kurve steuern.

Bei Seitenwind

Die oben beschriebenen Merkmale ermöglichen es dem Fahrzeug, Fahrsituationen zu erkennen und das Lenkverhalten für den Fahrer anzupassen.

Beschreibung der Technik

Das elektronisch geregelte Lenksystem unterstützt den Fahrer zum einen über die

• Momentunterstützung der Servolenkung und zum anderen mit einer

• variablen Lenkübersetzung

Das Kernstück der Aktivlenkung ist die Aktivlenkungs-Stelleinheit. Diese ist im Lenkgetriebe zwischen Servotronic-Ventil und Zahnstange eingebaut. Die Stelleinheit besteht aus einem Elektromotor und einem Überlagerungsgetriebe.

Das Überlagerungsgetriebe besteht im Wesentlichen, aus den Hauptkomponenten Schneckenrad, zwei Planetenradträgern und drei Stufenplaneten (siehe Bilder unten). Die Stufenplaneten stellen die mechanische Verbindung zwischen dem oberen (Welle des Servotronic-Ventils) und dem unteren Sonnenrad her.

2 Planetenradträger 3 Schneckenrad 4 Stufenplanet 5 Sonnenrad (Welle) 7 Sicherheitssperre 8 Schneckentrieb 9 Elektromotor Aktivlenkungs-Stelleinheit

Die Drehrichtung, die Drehzahl und die Dauer der Motorbewegung werden von einem angebauten Motorwinkelsensor überwacht, um den Lenkwinkel zu berechnen. Bei einer vom Elektromotor erzeugten Bewegung des Schneckenrades umkreisen die Stufenplaneten die beiden Sonnenräder. Aufgrund der Zähnezahldifferenz der Stufenplaneten entsteht eine relative Drehbewegung der Sonnenräder (Lenkspindelbewegung = Lenkbewegung) zueinander. Wäre die Zähnezahl der Sonnenräder gleich würden die Planetenräder ohne Kraftübertragung um beide Sonnenräder umlaufen. Die Lenkrad- und Schneckenbewegung (erzeugt durch den Elektromotor) wird am unteren Sonnerad zusammengeführt (Drehzahldifferenz zwischen oberen und unteren Planetensatz) und über das Antriebsritzel auf die Zahnstange übertragen.

Der Lenkwinkel fällt bei einer gleichsinnigen Bewegung von Schneckenrad und oberem Sonnenrad kleiner (negativ) aus. Bei einer gegensinnigen Bewegung fällt der wirksame Lenkwinkel größer (positiv) aus.

Als zusätzliche Bauteile zur herkömmlichen Servotronic werden neben der Stelleinheit ein Summenlenkwinkelsensor, das Aktivlenkungssteuergerät, das Sicherheits- und Gatewaymodul (SGM) und eine veränderte Hydraulikpumpe benötigt.

Der Summenlenkwinkelsensor

Der Summenlenkwinkelsensor erfasst den Drehwinkel des Lenkradritzels und somit den Radeinschlag (bzw. den Lenkwinkel) des Fahrzeugs. Er arbeitet nach dem magnetoresistiven Prinzip und ist nicht einzeln austauschbar. 

Das Sicherheits-und Gatewaymodul (SGM)

Erhält das SGM nach 100 ms keine gültige Botschaft vom Aktivlenkungssteuergerät, so arbeitet es mit einer fahrgeschwindigkeitsabhängigen Ersatzkennlinie. Diese stellt ausreichende Lenkeigenschaften für das passive Lenksystem sicher. 

Die Hydraulikpumpe

Die vektorielle Überlagerung der Stellgeschwindigkeiten des Fahrers und des Stellmotors kann – wenn beide Stellbewegungen gleichgerichtet sind – in bestimmten Fahrsituationen zu einer Stellanforderung mit deutlich höheren Zahnstangenverschiebegeschwindigkeiten als bei konventionellen Lenkungen führen. Diese Situationen erfordert dementsprechend auch einen höheren Ölvolumenstrom. Da nicht dauernd ein hoher Druck erforderlich ist, wird eine Flügelzellenpumpe mit variablem druckseitigen Volumenstromregler verwendet.

Zusammenfassung der Vorteile des Systems

• Das Lenksystem Aktivlenkung unterstützt den Fahrzeugführer bei Lenkbewegungen und bringt Zusatzlenkwinkel in Abhängigkeit von fahrdynamischen Größen aktiv in die Lenkung ein.

• Beim Einparken sind nur geringe Lenkradbewegungen nötig, um große Radeinschläge zu bewirken. Es werden von Lenkradanschlag bis Lenkradanschlag weniger als 2 Lenkradumdrehungen benötigt.

• Bei hohen Geschwindigkeiten, etwa auf der Autobahn, wird die Lenkübersetzung zunehmend indirekter bis hin zum Niveau konventioneller Lenkungen und sogar darüber hinaus. Das gleichzeitig ansteigende Lenkmomentniveau verhindert ungewollte Lenkbewegungen und der Fahrer spürt den Gewinn an Fahrstabilität.

• Ungewollte Fahrzeugbewegungen, z.B. Übersteuern, werden vom Lenksystem Aktivlenkung ausgeglichen, ohne dass der Fahrer korrigierend eingreifen muss, um die gewünschte Spur zu halten.

• Die Eingriffsschwelle der DSC liegt höher als die Eingriffsschwelle der Aktivlenkung. Wenn ein Übersteuern des Fahrzeugs erkannt wird, so greift zuerst die Aktivlenkung ein, um das Fahrzeug zu stabilisieren. Erst wenn das Stabilisieren über die Lenkung nicht ausreicht, greift DSC ein  

Quelle: BMW, Akademiebericht Dillingen

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