Fahren wie im Flug

Die Anforderungen an ein Familienauto sind andere als die an einen Sportwagen. Diese Weisheit gilt nicht nur mit Blick auf den Antrieb, sondern auch mit Blick aufs Fahrwerk. Erwartet man von dem einen Fahrzeug eher komfortbetontes Schweben, so gehen beim anderen die Erwartungen eher in Richtung stramme Verbindlichkeit. Dank regelbarerer Fahrwerksysteme sind die Grenzen seit geraumer Zeit jedoch fließend. OEMs wie Zulieferer werben mit einer erhöhten Bandbreite von sportlich bis komfortabel, aber zugleich auch mit mehr Sicherheit. Mit einer zunehmenden Automatisierung des Fahrens gilt es aber noch weitere Aspekte in der Fahrwerkentwicklung zu berücksichtigen: In der für andere Aktivitäten als die Fahraufgaben gewonnenen Zeit, die etwa mit Lesen oder Schreiben verbracht wird, könnten die Passagiere Bewegungen des Fahrzeugaufbaus als besonders störend empfinden. Dies gilt es anzugehen.

Das vernetzte und vorausschauende Fahrwerkkonzept Flying Carpet 2.0 von ZF soll störende Fahrzeugbewegungen auflösen und Kurven, Bodenwellen oder Schlaglöcher vorausschauend ausgleichen. Bild: ZF

Umsichtig agierendes System

Eine Lösung, insbesondere für die Ansprüche des automatisierten Fahrens, sieht der Zulieferer ZF im vernetzten Fahrwerk. „Mit unserem Flying Carpet 2.0 haben wir ein Fahrwerkkonzept entwickelt, das alle Längs-, Quer-und Vertikalbewegungen des Fahrzeugs vollständig kontrollieren kann“, beschreibt Christoph Elbers, Vice President Car Chassis Technology Development bei ZF, den „fliegenden Teppich“. Das System soll Karosseriebewegungen vereinfacht gesagt vorausschauend ausgleichen. Dazu bildet eine intelligente Kombination verschiedener aktiver und semi-aktiver Systeme die technische Grundlage. Die dabei zum Einsatz kommenden sMotion-Aktuatoren reagieren nicht nur durch eine Regelung des hydraulischen Widerstands auf Anregungen. Wie der Zulieferer mitteilt, verfügen sie vielmehr über eine sehr kompakte, außenliegende Elektromotor-Pumpen-Einheit mit integrierter Elektronik, die als bidirektionaler Steller arbeitet. So können sie jedes Rad einzeln und aktiv sowohl nach oben ziehen als auch nach unten drücken. Bei Kurvenfahrt etwa, lasse sich so durch Einziehen der kurveninneren Räder erreichen, dass das Fahrzeug nahezu waagrecht bleibe.

Bei ZF denkt man dieses System zu einem Verbund aus vier integralen Fahrwerkkomponenten weiter: Für mehr Fahrkomfort soll im Flying Carpet 2.0 die aktive Hinterachslenkung AKC (Active Kinematics Control) beitragen. AKC schlägt die Hinterräder bei geringen Geschwindigkeiten zur Steigerung der Wendigkeit entgegen der Vorderräder ein, bei höheren Geschwindigkeiten zur Erhöhung der Richtungsstabilität in gleicher Richtung. Für eine optimale Reaktion auf jede Fahrsituation ergänzt der Zulieferer das System noch um seine Steer-by-Wire-Servolenkung sowie das aktive Bremssystem IBC (Integrated Brake Control). Schaltzentrale dafür ist das Steuerungssystem cubiX, ein modular ausgelegtes System. Mit den Systemen aus einer Hand sei man in der Lage, die Steuerung dieser Komponenten per Algorithmus ideal aufeinander abzustimmen und sie so zu einem vorausschauend und umsichtig agierenden System zu verknüpfen, beschreibt dies ZF-Experte Elbers. Die Steuerung erhält Daten aus einem Reigen an Sensoren: von einem Sensorset an jedem Rad, bestehend aus je einem Beschleunigungssensor an der Achse und oberhalb des Aktuators sowie aus einem Höhenstandsensor. Im Verbund mit Kamerasystemen könne ein Fahrzeug, das mit Flying Carpet 2.0 ausgestattet sei, nicht nur Bodenunebenheiten im Voraus erkennen, sondern auch Hindernisse oder Verkehrsschilder, hört man von ZF. Entsprechend könne sich die Aktuatorik auf die bevorstehenden Bewegungen vorbereiten – und beim Verlassen von Ortschaften sogar je nach Präferenz des Fahrers automatisch eine sportliche oder komfortable Fahreinstellung wählen.

Mehr Komfort in drei Dimensionen

Auf den Wunsch zur Anpassungsfähigkeit des Fahrzeugs an die Fahrbahnverhältnisse sowie an die Bedürfnisse des Fahrers wollen die Fahrwerkexperten des zu Tenneco gehörenden Unternehmens DRiV mit ihrem „Intelligent Suspension-Portfolio“ (Marke Monroe) Antworten bieten. Dazu zählen selektive Stoßdämpfungslösungen (Dualer Modus) und semiaktive Systeme mit externem Ventil (CVSAe) sowie zwei unabhängigen Ventilen (CVSA2) wie auch Kinetic, ein System zur Nick- und Wankregelung. CVSAe überprüft ständig die Straßen- und Fahrbedingungen und passt die Dämpfungslevel in Echtzeit an. Jeder elektronisch gesteuerte Stoßdämpfer ist dazu mit einer zentralen ECU verbunden, über die die Dämpfungseinstellungen basierend auf den Sensordaten angepasst werden können, mit denen die Beschleunigung, die Geschwindigkeit, die Lenkradstellung und Daten wie die Fahrzeuggeschwindigkeit überwacht werden. Wie das Unternehmen mitteilt, bietet beispielsweise BMW das Fahrwerksystem CVSAe in den Modellen 340 und 440 als Option.

Zur Verbesserung der Fahrdynamik insbesondere beim autonomen Fahren sieht man bei DRiV in der Reifenkraft-Vektortechnologie für aktive Stoßdämpfungssysteme, die in Fahrzeugen mit Elektroantrieb und in autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden, mögliche Fortschritte. Wie das Unternehmen mitteilt, bauen Reifenkraftvektoren auf den Vorteilen einer bereits etablierten Strategie für die Stoßdämpfungsregelung und Drehmomentvektoren auf, die eine Brems- oder Differenzialregelung zur Verbesserung der Fahrdynamik nutzt. Der neue Ansatz von DRiV soll eine nahezu uneingeschränkte Verteilung des Rollmoments von vorne nach hinten und eine direkte Steuerung des Antriebsmoments des Fahrzeugs in Kurven ermöglichen. Wie das Unternehmen im Vorfeld der International Advanced Suspension Systems USA Conference Ende Juli mitteilte, maximiere es aktiv den Grip der Reifen und unterdrücke die Über- und Untersteuerung des Fahrzeugs unter allen Fahrbedingungen auf intuitivere Weise als bestehende Systeme zur Fahrzeugstabilität. „Die Reifenkraftregelung vereinfacht die Einbindung von Software für die Stoßdämpfungsregelung im Rahmen einer erweiterten Architektur zur Fahrsteuerung“, so Miguel Dhaens, Senior Engineering Manager bei DRiV. „Die Herausforderung für Anbieter von Fahrsteuerungen und damit für die Hersteller von Stoßdämpfungssystemen besteht darin, eine präzise Steuerung und mehr Komfort in drei Dimensionen zu bieten – vertikal, seitlich und längsseitig.“ Dies habe viele Vorteile, nicht zuletzt im Hinblick auf die Vermeidung von Fahrfehlern, insbesondere aber hinsichtlich der Entwicklung zum autonomen Fahren.

Industrialisierung neuer Dämpfer

Im Bereich Fahrwerk setzt Thyssenkrupp auf die kontinuierliche Weiterentwicklung von adaptiven Dämpfersystemen (Marke Bilstein), bei denen Weg- und Beschleunigungssensoren die Härte radindividuell einstellen. Bei den elektronisch verstellbaren, semiaktiven Systemen liegen laut den Fahrwerkexperten die Vorteile in erster Linie in einem Höchstmaß an Komfort und Agilität sowie der stufenlosen Variabilität der Dämpfkräfte. Neue Dämpferkonzepte werden laut Thyssenkrupp von der Elektromobilität und dem autonomen Fahren getrieben. Insbesondere sieht man mit Blick darauf in der Reisekrankheit ein wichtiges Thema, für das es Lösungen zu finden gelte. Beim Unternehmen hat man dazu modulare Entwicklungsplattformen aufgebaut, getrieben auch durch das Thema Lenkungssysteme. Wie Thyssenkrupp mitteilt, arbeitet man an aktiven Dämpfersystemen, die gezielt Kräfte zwischen Rädern und Karosserie erzeugen. Eines dieser Systeme geht derzeit bereits in die Serienproduktion. Erst im Juni verkündete das Unternehmen die Eröffnung eines neuen Zuliefererwerks für Stoßdämper in Rumänien. Dank des 60-Millionen-Euro-Invests in Sibiu produziere man Stoßdämpfersysteme für Kunden wie Daimler, Jaguar Land Rover oder Porsche und gehe in die Industrialisierung neuer Stoßdämpfertechnologie für kommende Fahrzeuggenerationen. Karsten Kroos, CEO der Automobilzuliefersparte bei Thyssenkrupp, erklärt: „Diese Investition ist nicht nur eine gezielte Erweiterung unseres Produktionsnetzwerks in Europa, sondern auch eine Investition in neugewonnene Kundenprojekte und neue Technologien. In Sibiu stellen wir die technisch anspruchsvollsten Stoßdämpfersysteme her, die in den Premiummodellen unserer Kunden verbaut werden. Zudem industrialisieren wir hier gerade eine ganz neue Generation von Stoßdämpfern für hochautomatisierte und intelligente Fahrwerkssysteme“.