Steer-by-Wire mit magnetorheologischen Feedback Aktuator (SbW-MRFA)

Projektinhalte

Beschreibung der geplanten Projektinhalte

Automatisiertes Fahren benötigt eine völlig neue Lenkungstechnologie. In den zukünftigen Fahrzeuggenerationen sollen deshalb Steer-by-Wire (SbW) Lenksysteme konventionelle Lenksysteme mit mechanischer Verbindung ersetzen. Diese SbW benötigen einen Feedback Aktuator. Mit diesem Feedback Aktuator wird das notwendige Lenkradmoment erzeugt, um dem Fahrer die haptische Rückmeldung zu geben und um zukünftige Übergaben vom manuellen zum automatisierten Fahren zu ermöglichen. Aktuelle Systeme benutzen dazu einen elektrischen Motor. In diesem Projekt wird dem elektrischen Motor eine magnetorheologische (MR) Bremse parallel geschaltet, so kann der Elektromotor deutlich kleiner ausfallen. Dies erhöht die Lenkqualität, spart Energie, Gewicht, Kosten und reduziert den Ressourcenbedarf.
INVENTUS hat ähnliche MR Aktuatoren entwickelt und erfolgreich in Produkten wie Haptikelementen eingesetzt. MdynamiX hat langjährige Erfahrungen mit der Lenkungsentwicklung und SbW Feedback Aktuatoren. Die Hochschule München ist weltweit führend im Bereich der Lenksystemtests und Modellierung. STIWA Advanced Products GmbH hat langjährige Erfahrung mit der Serienproduktion von MR Aktuatoren. Im Rahmen des Projektes soll ein Prototyp für ein SbW Feedback Aktuator (SbW-MRFA) aufgebaut werden. INVENTUS konzipiert dazu eine passende MR Bremse und stellt ihre Technologie und die MR Bremse samt Regelung zur Verfügung, MdynamiX den Elektromotor und dessen Regelung. Der STIWA-Beitrag ist die Einbringung des Serienfertigungswissen.
Mit diesem entwickelten SbW-MRFA Demonstrator-Setup optimieren MdynamiX und die Hochschule München auf deren Lenkungsprüfständen die Auslegung und die Gesamtregelung des Systems, um ein authentisches Lenkgefühl zu erzeugen. Dadurch kann demonstriert werden, dass mit dieser von INVENTUS patentierten MR Technologie deutliche Funktionserweiterungen mit reduzierten Kosten und Ressourceneinsatz wie seltener Erden erreicht werden kann.

Erwartete Ziele des Projektes

SbW Feedback Aktuator benötigen ca. 8 Nm aktive Momente (z.B. für das Rückstellen) und ca. 25 Nm passive Momente (z.B. Endanschlag). Beide Momente werden beim Stand der Technik durch einen Elektromotor erzeugt. Besonders die hohen statischen Momente stellen hohe Anforderungen an einen Elektromotor. Durch die Analyse von Messdaten können die Anforderungen an ein SbW Lenksystem extrahiert werden. Diese Ergebnisse dienen der Grundauslegung und zur Konzeption eines SbW Lenksystems Feedback Aktuators mit einer kombinierten MR Bremse. Hierzu muss ein Simulationsmodell entwickelt werden, welches den SbW-MRFA abbildet. Es soll auch untersucht und geklärt werden, ob mit Künstlicher Intelligenz die Performance des Feedback Aktuators gesteigert werden kann. Der SbW-MRFA ist hochgradig sicherheitsrelevant, d.h. ein Ausfall bzw. eine Fehlfunktion hätte fatale Auswirkungen. Das soll bereits im Konzept berücksichtigt werden.
In einem weiteren Schritt soll der Aufbau eines SbW-MRFA Demonstrators Projektinhalt sein. Hier steht die kompakte Integration im Vordergrund, um mit minimalem Bauraum und Energiebedarf die Anforderungen zu erfüllen. Die INVENTUS MR Bremse benötigt gegenüber einem Elektromotor um bis den Faktor 100 weniger elektrische Leistung zum Erzeugen eines bestimmten Drehmomentes und baut um ein Vielfaches kleiner (Ressourceneinsparung). Durch das Know-How der STIWA kann ein Design erzielt werden, welche Anforderungen einer späteren Serienproduktion berücksichtigt und damit den Markterfolg ermöglicht.
Ziel des Projektes ist der Konzeptnachweis an einem realen SbW-MRFA System, dass das Zusammenspiel zwischen der MR Bremse und dem Elektromotor so gestaltet werden kann, dass ein authentisches Lenkgefühl erreicht wird. Hier soll auch das Fail Safe bzw. das Fail Operational Verhalten mit Probanden verifiziert werden. Durch diesen Demonstrator kann der Performancegewinn gegenüber der herkömmlichen Technologie gezeigt werden.

Mehrwert durch grenzüberschreitenden Ansatz

Durch diese grenzüberschreitende Zusammenarbeit kann mit dem Steer-by-Wire Feedback Aktuator ein völlig neues Produkt entstehen, welches deutliche Performance- und somit Wettbewerbsvorteile gegenüber den aktuellen Lösungen erzielt. Dazu wird einerseits das Know-How von INVENTUS optimal genutzt. INVENTUS hat diese patentierte MR Technologie in mehrjähriger Arbeit entwickelt, welche sich perfekt für solch einen Einsatz eignet. Die langjährigen Erfahrungen aus der Serienproduktion STIWA fließen durch die grenzüberschreitende Zusammenarbeit bereits in der Prototypenphase ein.
MdynamiX im Gegensatz hat langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der Lenkungsentwicklung und der Lenkungstests. Gleichzeitig verfügt MdynamiX über die notwendigen weltweiten Kontakte zu den Fachabteilungen für Lenkungen in der Automobil- und Zulieferindustrie um einen Marktzugang zu ermöglichen.
Die Hochschule München verfügt über langjährige Erfahrungen mit Lenkungsprüfstände, Lenkungstests und der Modellierung von Lenksystemen. Die Erfahrungen und die Ausrüstung zu fahrdynamischen Messungen ist ein weiterer wichtiger Projektbestandteil. Gleichzeitig hat die Hochschule München ein eigenes Forschungsteam, welches sich mit der Elektromotorenregelung beschäftigt.
Durch die sich in idealer Weise ergänzende Kombination des Know-Hows und der Nutzung der Einrichtungen aller Beteiligten kann der Grundstein für eine neue Produktfamilie gelegt werden, welche deutliche Performancevorteile hat und die Ressourcen schont. Durch den grenzüberschreitenden Know-How Transfer und durch die Projektergebnisse wird die Wettbewerbsfähigkeit und die Innovationskraft der Projektregion nachhaltig gestärkt und neue hochqualifizierte Arbeitsplätze geschaffen.