Es werden die Konzeption, die Auslegung, die Realisierung und die Erprobung einer neuartigen Aktivlenkung für Kraftfahrzeuge beschrieben. Diese ermöglicht durch Verwendung einer Überlagerungseinheit, die Lenkübersetzung zwischen dem Lenkrad und den Rädern zustandsabhängig zu variieren. Anforderungen bezüglich Funktionalität, Sicherheit, Modularität, Haptik und Aufwand beziehungsweise Kosten werden im gesamten Prozess berücksichtigt. Die besondere Herausforderung besteht bei dieser Anwendung darin, die volle Funktionalität des Aktivlenkungssystems bei gleichzeitiger Einhaltung der Sicherheitsanforderungen zu erreichen. Um dies sicherzustellen, werden bereits in der Auslegungsphase Simulationen auf Basis von Systemmodellen eingesetzt. Diese werden für das mechanische Teilsystem nach der Methode von Lagrange entwickelt. Die dabei entstandenen Modelle können ohne großen Aufwand und mit geringer Fehleranfälligkeit auf verschiedene zu vergleichende Konzepte angewendet werden. Nur die Parameter sind anzupassen, während die Struktur der Simulationsmodelle weitgehend gleich bleibt. Die Systemdynamiken und -parameter können so in ausreichender Genauigkeit bestimmt werden. Die Überlagerungseinheit wird hierdurch ein Dreiwellen-Summiergetriebe realisiert. Dessen Ein- und Ausgang ist mit dem Lenkrad beziehungsweise mit den Rädern verbunden. An der Stellwelle befindet sich ein Drehaktuator, dessen Drehwinkel dem der Eingangswelle überlagert wird. Eine mechanische Rückfallebene, die beispielsweise bei Ausfall der Elektronik zur Wirkung kommt, stellt sicher, dass die Lenkmomente in allen denkbaren Situationen übertragbar sind und das Fahrzeug somit stets kontrollierbar bleibt. Auch bei Einwirkung hoher Lenkmomente, wie sie beim Lenken gegen Bordsteine auftreten, kann es nicht zum Verklemmen oder Durchrutschen in der Überlagerungseinheit kommen. Um dies zu erreichen, wird eine Überlagerungseinheit mit Selbsthemmung von Getriebeeingang beziehungsweise -ausgang zur Stellwelle hin eingesetzt. Eine zweite mechanische Rückfallebene besteht in einer mechanischen passiven Verriegelung zwischen Stell- und Getriebeeingang. In einem Notfall wird die Überlagerungseinheit durch die Verriegelung in den sogenannten Kupplungsfall überführt. Dann rotiert die gesamte Überlagerungseinheit im Block, das heißt ohne Relativbewegung zwischen den verzahnten Teilen. Möglich ist dies durch den Einsatz einer Überlagerungseinheit in verschachtelter Bauweise und einem Hohlwellenmotor, der die Lenksäule umschließt. Dessen Stator wird dabei zur Abstützung des Reaktionsmomentes mittels einer Schubstrebe am Fahrzeug fixiert.

    In this thesis the conception, the design, the implementation and in vehicle tests of a novel active steering system for passenger cars is described. The system is capable of adjusting the transmission ratio between the steering wheel and the front tyres as required by the actual driving state. Important boundary conditions like functionality, safety, modularity, haptics and costs are taken into account. The main challenge is to ensure full functionality of an active steering system while maintaining all safety aspects. To guarantee compliance with all safety requirements starting from the early design stage, simulation techniques are used. Modelling the mechanical subsystems is done by the method of Lagrange. The resulting models can be deployed to other concepts with little effort. The deployment is fail-safe, as only the model parameters of the concepts selected for comparison have to be set. The structure of the simulation models will be largely equal. Thus, it is possible to predict the system dynamics in a reliable manner. The summation gear consists of a three shaft summation gear. The input and output shaft are connected to the steering wheel respectively to the wheels. An actuator is mounted to the regulation shaft. Its rotation angle is overlaid with the angle of the input shaft. The mechanical fallback into a safe operating mode, necessary e.g. for a breakdown of electronics, ensures that the steering torque is transmitted in all driving conditions and the vehicle always remains controllable. Even in the case of excess torque it is not possible for jamming or slipping inside the summation gear to occur. Therefore a summation gear with self locking between gear input respectively output shaft to the regulating shaft is employed. The main challenge is to ensure full functionality of an active steering system while maintaining all safety aspects. To guarantee compliance with all safety requirements starting from the early design stage, simulation techniques are used. Modelling the mechanical subsystems is done by the method of Lagrange. The resulting models can be deployed to other concepts with little effort. The deployment is fail-safe, as only the model parameters of the concepts selected for comparison have to be set. The structure of the simulation models will be largely equal. Thus, it is possible to predict the system dynamics in a reliable manner. The summation gear consists of a three shaft summation gear. The input and output shaft are connected to the steering wheel respectively to the wheels. An actuator is mounted to the regulation shaft. Its rotation angle is overlaid with the angle of the input shaft. The mechanical fallback into a safe operating mode, necessary e.g. for a breakdown of electronics, ensures that the steering torque is transmitted in all driving conditions and the vehicle always remains controllable. Even in the case of excess torque it is not possible for jamming or slipping inside the summation gear to occur. Therefore a summation gear with self locking between gear input respectively output shaft to the regulating shaft is employed.Additionally the system has a passive mechanical bolting between regulating shaft and gear input shaft. The summation gear can be set into coupling mode by locking in case of emergency. In this state the whole summation gear will rotate if initiated by the movement of the steering wheel, without a relative movement between the cogging parts. This is possible by using a nested summation gear together with a hollow shaft actuator, which encloses the steering column. The stator of the actuator is mounted to the chassis by a connecting rod in order to support the detent torque.


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    Titel :

    Eigensichere Überlagerungslenkung mit elektrischer und mechanischer Rückfallebene


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2012


    Format / Umfang :

    157 Seiten, 55 Bilder, 8 Tabellen, 52 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch






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