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Fahrzeugsicherheit ZF TRW: kombinierte Sicherheitstechnik

| Autor: Thomas Günnel

Seit Mai 2015 gehört TRW zum ZF-Konzern – als Division Aktive & Passive Sicherheitstechnik. Im Februar zeigte ZF TRW nun auf seinem Wintertestgelände in Schweden erste Ergebnisse der Integration.

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ZF TRW stellte auf dem Wintertestgelände in Schweden aktuelle Entwicklungen vor. „Steer by wire“ und die aktive Hinterachskinematik sind nur zwei Beispiele.
ZF TRW stellte auf dem Wintertestgelände in Schweden aktuelle Entwicklungen vor. „Steer by wire“ und die aktive Hinterachskinematik sind nur zwei Beispiele.
(Foto: ZF TRW)

Null Verkehrstote, nur halb so viel CO2-Ausstoß zwischen 2005 und 2025, und ab dem Jahr 2020 soll eine nennenswerte Anzahl Fahrzeuge zumindest teilautonom im öffentlichen Straßenverkehr fahren: ZF TRW präsentierte im Februar auf seinem Wintertestgelände in Schweden Ansätze, um diese Ziele zu erreichen.

Die in den unterschiedlichen Fahrzeugen erfahrbaren Brems- und Lenkungssysteme vermittelten außerdem einen Eindruck, wie viel Entwicklungsarbeit hier in den vergangenen Jahren geleistet wurde und wohin die Reise geht. „Wir sehen einen starken Anstieg bei Level-1- und Level-2-Assistenzsystemen. Ein Grund dafür ist die Gesetzgebung, die autonome Notbremsassistenten vorschreibt“, erläutert Manfred Meyer, Vice President Global Braking Engineering bei ZF TRW. Level 1 (assistiert) und Level 2 (teilautomatisiert) beschreiben dabei je-weils Entwicklungsschritte hin zum vollständig autonomen Fahren (Level 5).

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In Schweden erstmals in einem SUV zu erfahren war das integrierte Bremssystem (Integrated Brake Control – IBC). Die vakuumunabhängige Technik vereinfacht die Architektur des Bremssystems. Es ist etwa fünf Kilogramm leichter als herkömmliche vakuumbasierte ESC-Systeme – und verbessert die Bremsleistung: „IBC kann bei einer automatischen Notbremsung bis zu neun Meter Bremsweg sparen“, sagt Meyer. Ein beeindruckender Wert; die neuartige Pumpentechnik macht ihn möglich.

Schnellerer Druckaufbau

Ein elektromechanisches Ventil steuert dabei den Zufluss der Bremsflüssigkeit in einen Regelbehälter. An diesem befindet sich eine elektrische Druckpumpe, bei der bereits Flüssigkeit vor dem Kolben ist. Der Druck baut sich so unmittelbar bei Bewegung auf – und deutlich schneller als mit bisherigen Systemen oder gar manuell durch den Fahrer. Letzterer ist beim IBC perspektivisch ohnehin nicht mehr notwendig, weil das System fahrerunabhängig funktioniert: Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Bremspedal und dem Bremssystem – ein nächster Schritt hin zum autonomen Fahren.

Bis dahin lässt sich das Bremsgefühl am Pedal variieren. Ähnlich den Fahrmodi, die sich in den meisten Fahrzeugen auf das Ansprechverhalten des Motors, auf die Lenkung und wenn möglich das Fahrwerk auswirken, ist so etwa im Fahrmodus „Sport“ ein dynamischeres Ansprechverhalten des Bremssystems möglich. Vertrauensstiftender Nebeneffekt der Konstruktion: Setzt das ABS etwa auf Schnee ein, pulsiert das Bremspedal nicht mehr – die Regelvorgänge sind lediglich akustisch wahrnehmbar. Ab dem Jahr 2018 geht das System laut Hersteller bei einem großen OEM in Serie.

Komfortabel lenken

Zum Thema Lenkungen stellte der Unternehmensbereich erstmals einen Prototypen mit kombinierter Vorder- und Hinterachslenkung vor. In dem umgerüsteten Golf VII kommt an der Hinterachse die aktive Kinematik AKC (Active Kinematics Control) von ZF zum Einsatz. Sie ist über eine gemeinsame Steuerelektronik mit der elektrischen Servolenkung Dual Pinion EPS (Electrically Powered Steering) von ZF TRW vernetzt. Sensoren erkennen den Einlenkwinkel der Vorderachse, die Fahrgeschwindigkeit, die Raddrehzahl sowie den Reibwert der Fahrbahn und passen den Lenkwinkel der Hinterachse über einen Winkelbereich von +/– 3° an (größere Winkelbereiche sind in der Entwicklung).

Bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegen sich die Hinterräder entgegen des Lenkeinschlags der Vorderräder, was den Wendekreis deutlich verkleinert. Bei höheren Geschwindigkeiten lenken Hinter- und Vorderräder in dieselbe Richtung und reduzieren so die Gierrate des Autos.

Stabile Spurwechsel

Im Prototypen mit zuschaltbarem AKC war das deutlich spürbar: Das Fahrzeug ist bei Spurwechseln vor allem auf rutschigem Untergrund sehr stabil. Die reduzierte Gierrate verringert außerdem die Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus – ein wichtiger Punkt im Hinblick auf das autonome Fahren: „Wenn Fahrer und Passagiere im Auto nicht mehr jederzeit das Fahrzeug überwachen müssen, wollen sie auch keine überraschenden Bewegungen erfahren“, sagt Thilo Bitzer, Director of Steering Applications Engineering & Global Project Management Office bei ZF TRW. Die Vernetzung beider Lenkungen – und damit deren rein elektronisches Ansteuern – ist ebenfalls ein Schritt hin zum autonomen Fahren.

Im Prototypenfahrzeug demonstrierte das ein Drehmomentsensor in der Mittelkonsole. Dieser Sensor nimmt das vom Fahrer eingetragene Drehmoment in die jeweilige Richtung auf und setzt die Werte in entsprechende Lenkbewegungen um. So lassen sich die Lenksysteme elektronisch steuern, ohne dass der Fahrer das Lenkrad bewegt. Diese Steer-by-Wire-Funktion, im Prototypen noch im Demo-Modus realisiert, kann künftig teil- und vollautomatisierte Lenkmanöver ermöglichen, wie Überhol- und Spurwechselvorgänge. Außerdem sind dann neue Innenraumkonzepte denkbar, etwa mit verschiebbaren Lenkrädern.

Ausfallsicher konstruieren

Um die Systeme des autonomen Fahrens entsprechend abzusichern, sind Redundanzen ähnlich denen in der Luftfahrt unvermeidbar. „Alles doppelt auszulegen ist der einfache Weg“, sagt Meyer und ergänzt: „Wir haben aber andere Ideen, über die können wir in zwei Jahren mehr sagen.“ Einen Ausblick auf nähere Entwicklungen gab Meyer dennoch. Ein nächstes „kleineres“ Ziel sei das sogenannte Remote Parking über größere Entfernungen, bei denen der Fahrer nicht mehr im Auto sitzt und es nicht mehr zwingend beim Einparken beobachten kann – und entsprechend im Zweifel auch nicht stoppen kann.

Die Herausforderung sind hier die sicherheitsrelevanten Systeme an Bord des Fahrzeugs. Eine andere Entwicklung ist die elektrische Parkbremse an der Vorderachse. Der Vorteil: Die Vorderräder liegen näher an den Steuergeräten, somit wäre weniger Verkabelung erforderlich – das senkt die Komplexität und das Gewicht des Gesamtsystems. Außerdem sind dann an der Hinterachse in bestimmten Fahrzeugklassen Trommelbremsen denkbar, die etwa 30 Prozent günstiger sind als Scheibenbremsen.

Bei den Lenkungen ist das nächste Ziel, die interne Reibung zu reduzieren, um ein möglichst authentisches Lenkgefühl zu übertragen beziehungsweise eine sehr exakte Steuerbarkeit zu ermöglichen. Ein Kugelgewindetrieb sei hier der vielversprechendste Ansatz. Die sogenannte Belt Drive EPS des Unternehmens, also die riemengetriebene elektromechanische Lenkung, arbeitet bereits reibungsoptimiert und überzeugte im direkten Fahrvergleich tatsächlich mit mehr und authentischer Rückmeldung von der Fahrbahn – und das sogar auf den abstimmungssensiblen Untergründen Schnee und Eis.

Systeme zentral steuern

Das alles funktioniert nur mit der entsprechenden Hard- und vor allem Software. Mehrere Hundert Software-Entwickler beschäftigt der ZF-Konzern. Die Regelsysteme erfordern inzwischen etwa 700.000 Zeilen Code – in früheren Systemen genügten bis zu 50.000. Für künftige Sicherheitsfunktionen spielen entsprechend zunehmend der Speicherplatz und die Prozessorleistung eine Rolle.

Momentan entwickelt man eine Mikroprozessor-Einheit mit vier Kernen. Die Chips kommen vom Elektronik-Riesen Infineon. Ein zentrales elektronisches Steuergerät, die sogenannte Safety Domain ECU, führt dann alle Sensordaten zusammen und steuert als Integrationsplattform für Fahrerassistenzsysteme Lenkung, Bremsen, Antriebs- und Fahrwerksysteme.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE