Das Prototypenfahrzeug mit integrierter Vorder- und Hinterachslenkung. (Bild: ZF TRW)
Wie aus der Kombination der unterschiedlichen Kompetenzfelder der zwei ehemals eigenständigen Unternehmen ZF und TRW Lösungen entstehen, zeigt ZF Friedrichshafen jetzt mit einem neuen Testträger: Der Prototyp vereint die elektrische Servolenkung Dual Pinion EPS (Electrically Powered Steering) von ZF TRW an der Vorderachse mit der aktiven Hinterachskinematik AKC (Active Kinematics Control) von ZF. Der daraus resultierende Sicherheitsgewinn zeigte sich im Test der Redaktion als beachtlich: Der Pkw bleibt selbst auf glattem Terrain bei Spurwechselmanövern und Überholvorgängen viel länger in der Spur als ein Fahrzeug mit herkömmlicher Lenkung.
Über eine gemeinsame Steuerungselektronik sind die beiden Lenksysteme miteinander vernetzt. Um die Wirkungsweise von AKC im Zusammenspiel mit der Vorderachslenkung in unterschiedlichen Fahrsituationen zu verdeutlichen, lässt sich die aktive Hinterachskinematik im Prototyp – ein umgebauter Volkswagen Golf – aktiv hinzuschalten. Bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegt AKC dann die Hinterräder in Gegenrichtung zum Lenkeinschlag der Vorderräder: Der Wendekreis des Fahrzeugs verkleinert sich zugunsten des Fahrkomforts. Geht es zügiger voran, lenken die Hinter- und Vorderräder in dieselbe Richtung, was die Stabilität des Fahrzeugs verbessert. Durch einen Lenkeinschlag aller Räder in dieselbe Richtung reduziert sich die Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse, sodass ein sicheres Fahren möglich ist.
AKC in modulares Hinterachssystem integriert
Um die Hinterachskinematik AKC in das Versuchsfahrzeug zu integrieren, ersetzten die Ingenieure die ursprüngliche Hinterachse durch ein neu entwickeltes modulares Hinterachskonzept. Bei der Basisachse handelt es sich um eine modulare Weiterentwicklung einer Schräglenkerhinterachse. Dabei wurde der hintere der beiden radseitigen Kinematikpunkte des unteren Querlenkers durch einen Integrallenker ersetzt und ein Spurlenker ergänzt. Dieser definiert den Spurverlauf über dem Radhub und erlaubt eine präzise Einstellung der Vorspur. Alternativ zu einem bei Schräglenkerachsen üblichen Federbein ermöglicht der weit außen liegende Integrallenker die Verwendung von getrennten Federn und Dämpfern. Die Hinterachse kann nicht nur mit AKC, sondern auch mit einem elektrischen oder konventionellen Antriebsmodul kombiniert werden.
Steer by Wire: Lenkung in Richtung automatisiertes Fahren
Die Vernetzung der beiden Lenkungen lässt sich auch für zukünftige teil- oder vollautomatisierte Fahrzeuge nutzen. Dies demonstriert der ZF-Prototyp anhand eines zusätzlichen Bedienelements in der Mittelkonsole des Fahrzeugcockpits. Damit lassen sich die Lenksysteme an Vorder- und Hinterachse rein elektronisch steuern. Eine solche Steer-by-Wire-Funktion, im Prototyp noch im Demo-Modus realisiert, lässt sich zukünftig für teil- und vollautomatisierte Lenkmanöver, beispielsweise Überhol- und Spurwechselvorgänge, nutzen. Die Kopplung der beiden Lenksysteme in diesem Demo-Fahrzeug zeigt, wie viel Sicherheit auch auf glattem Untergrund erreicht werden kann, um ein Ausbrechen des Fahrzeugs bei Spurwechseln und Überholvorgängen zu verhindern.
Redundanz fürs automatisierte Fahren?
Weil AKC bei Geschwindigkeiten ab 50 km/h bereits zur Lenkung in den Standardsituationen ausreicht, bietet sich diesem System eine zusätzliche Perspektive: Als Fallback-Lösung beim Ausfall der Vorderradlenkung in hochautomatisierten Fahrzeugen. Unterhalb von 50 km/h kann dann das ABS/ESC die Lenkungsfunktion während eines Nothalts übernehmen.
