Sonderveröffentlichung Kompakte Steuerung für aktive Fahrwerke

Das elektronisch geregelte Aktivfahrwerk des neuen Mercedes-Benz GLE ist eine Weiterentwicklung des Active-Body-Control-Systems – und verfügt über eine integrierte Motor-Pumpen-Einheit. Entwickelt hat sie der Automobilzulieferer Rausch & Pausch.

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Das Fahrwerk auf kommende Unebenheiten vorbereiten oder das Fahrzeugniveau auf der Autobahn absenken: Im neuen Mercedes-Benz GLE erledigt das ein elektronisch geregeltes, aktives Fahrwerk. Die für die Adaption notwendigen Motor-Pumpen-Einheiten stammen vom Automobilzulieferer Rausch & Pausch (RAPA), einem Unternehmen, das seit seiner Firmengründung im Jahr 1920 innovative hydraulische und pneumatische Ventilsysteme für den Automobil-, Medizin und Industriebereich entwickelt.

Motor-Pumpen-Einheit mit integrierter Steuerelektronik

Nach sechs Jahren Entwicklungszeit entstand die sogenannte Motor-Pumpen-Einheit (MPE) mit integrierter Steuerelektronik für das E-Active-Body-Control (eABC) von Daimler – ein Meilenstein in der RAPA-Unternehmensgeschichte. Das aktive Fahrwerk ist die Weiterentwicklung des etablierten Active-Body-Control-Systems. Dabei erfasst eine Stereokamera die Fahrbahnoberfläche, ein Regelalgorithmus ermöglicht es dann, die Fahrgastzelle in jeglicher Fahrsituation zu beruhigen und Wankbewegungen zu minimieren.

Als Aktor fungieren vier sogenannte „Corner Modelle“, bestehend aus einer Motor-Pumpen-Einheit und einem aktiven Federbein, bei dem der Stoßdämpfer als Aktor fungiert. Kompensiert werden Roll- und Nickmomente, zudem lässt sich das Fahrniveau verändern: zum Beispiel abgesenkt auf der Autobahn oder erhöht im Gelände. Die Motor-Pumpen-Einheit des Systems besteht aus drei Hauptkomponenten: einer Innenzahnradhydraulikpumpe, einer permanent-erregten Synchronmaschine als Elektromotor sowie dem 48-V-Steuergerät inklusive Software des Kooperationspartners Silver Atena.

Eine Innenzahnradmaschine in vierquadrantenfähiger Ausführung mit Leckagekompensation arbeitet nach dem Verdrängerprinzip. Die volumetrischen Wirkungsgrade der Maschine liegen in diesem Bereich nahezu bei 100 Prozent – das ist notwendig, weil eine aktive Kühlung aus Packagegründen nicht möglich ist.

Patentierte Geometrie

Das Verdrängerprinzip bietet eine sehr kompakte Bauform, außerdem lassen sich Verdränger und Elektromotor konstruktiv sehr gut integrieren. Der Elektromotor ist eine permanentmagneterregte Synchronmaschine, ausgeführt in Form eines Nassläufers mit Spaltrohr. Besonders knifflig bei der Entwicklung waren die geforderten technischen Eigenschaften: hohe Wirkungsgrade und eine Druckfestigkeit unter allen Betriebsbedingungen bis mindestens 150 bar. Nach zahlreichen strukturmechanischen Simulationen entwickelte RAPA eine inzwischen patentierte Geometrie für das Spaltrohr, die sich unter Druck an den Statorzähnen abstützt und selbsttätig versteift.

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Hohe Anforderungen an die Leistungselektronik

Die in den MPE integrierte Elektronikeinheit von Silver Atena besteht aus einer Leistungsplatine und einer Signalplatine. Die Elektronik stellt zahlreiche Zustandsgrößen der MPE auf dem CAN-Anschluss zur Verfügung. Neben typischen Größen wie Drehzahl, Temperatur, Eingangsspannung und Stromaufnahme steht über zwei in der hydraulischen Maschine integrierte Drucksensoren auch der tatsächlich sensierte Ist-Druck an den beiden hydraulischen Anschlüssen der MPE auf dem CAN-Bus bereit. Die Leistungselektronik hat auf die Gesamtperformance im eABC besonderen Einfluss, vor allem aufgrund der hohen systemseitigen Sicherheitsanforderungen (ASIL-Level C).

Die Bauraumanforderungen bedingen eine hochintegrierte Bauweise der gesamten Motor-Pumpen-Einheit. Zu diesem Zweck sind die hydraulische Verdrängermaschine und die elektrische Maschine ineinander integriert aufgebaut und über eine gemeinsame Welle verbunden. Je nach den Bauraumerfordernissen im Fahrzeug ist die MPE über unterschiedlich ausgeführte Halter sehr einfach montierbar – als Einzel-MPE oder als kompletter MPE-Achssatz.

Erfahrbare Entwicklung

Der Fahrkomfort und die Zusatzfunktionen wie Freifahrmodus oder „Curve Funktion“ bieten dem Kunden einen erlebbaren Fortschritt. Für Daimler ist die Weiterentwicklung des vollaktiven Fahrwerks eine der drei wichtigsten Innovationen bei der neuen Generation der GLE-Klasse.

Für RAPA ist die Entwicklung der Motor-Pumpen-Einheit nichts weniger als die größte Herausforderung im Hinblick auf die Systemkomplexität in der eigenen, fast hundertjährigen Firmengeschichte. Daimler zeichnete RAPA für die Entwicklung im Februar 2019 mit dem Special Award als innovativster Lieferant des Jahres 2018 aus. Dr. Roman Pausch, Geschäftsführer der Rausch & Pausch GmbH: „Ein Erfolg, der stolz macht und anspornt, weitere kundenspezifische Innovationen mit demselben Engagement zu verfolgen. Doch ohne die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit den Kollegen bei Daimler wäre die Entwicklung dieser Weltneuheit nicht möglich gewesen.“

Rocco Kemnitz, Leiter Vorentwicklung bei RAPA

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