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Hybrides Lenksystem zur Kraftstoffeinsparung im schweren Nutzfahrzeug : technische und methodische Ansätze
Abstract
Die Arbeit behandelt eine neuartige Methodik zur systematischen und effizienten Entwicklung mechatronischer Systeme. Dabei liegt der Fokus auf dem Entwurf sowie der Modellierung und Validierung des Systems mit dem Ziel der Erstellung einer optimalen Betriebsstrategie und der Auswahl eines optimalen Systemdesigns. Die Methodik findet Anwendung bei dem Entwurf eines verbrauchsreduzierten hybriden Lenksystems für das schwere Nutzfahrzeug.
... Im Pkw-Bereich hat sich der Wandel von der hydraulischen zur elektrischen Servolenkung bereits vollzogen. Im Lkw werden heute hybride Lenksysteme eingesetzt, welche die klassischen hydraulischen Servolenkungen um eine elektromechanische Komponente ergänzen (Wiesel, 2010). So beschränkt sich die Gestaltung des Lenkgefühls nicht mehr nur auf einen Kompromiss zwischen dem Entwicklungsziel einer komfortablen Lenkbarkeit bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten und angenehmer Spurführung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten (Heißing & Brandl, 2002). ...
Die Lenkung ist ein elementarer Teil der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Fahrzeug. Sie ist nicht nur essentiell für die Querführung des Fahrzeugs, sondern auch ein wichtiges Rückmeldeinstrument bezüglich des Fahr-zustands. Die Summe der Wahrnehmungen eines Fahrers beim Lenken eines Fahrzeugs wird als Lenkgefühl bezeichnet. Bisher waren die Freiheiten bei der Lenkungsauslegung am schweren Nutzfahrzeug aufgrund der technischen Gegebenheiten stark eingeschränkt. Zukünftig werden jedoch hybride oder vollelektrische Lenksysteme an Bedeutung gewinnen. Mit ihnen kann die Lenkunterstützung besser an den Fahrerwunsch angepasst werden, was wiederum eine Optimierung des Lenkgefühls ermöglicht. Es gibt sowohl praktische als auch wissenschaftliche Herangehensweisen, um das Lenkgefühl auf Basis der objektiven Kennwerte des Lenksystems zu beschreiben und zu optimieren. Die verwendeten Methoden sind jedoch oft auf Experten als Beurteiler ausgerichtet. Demgegenüber fordert der menschzentrierte Gestaltungs-prozess, dass der zukünftige Nutzer in den Produktentwicklungsprozess einbezogen wird. Die Nutzer, sog. Normalfahrer, haben im Gegensatz zu Experten keine besondere Expertise bezüglich der Querdynamik. Dementsprechend ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung und Anwendung eines Versuchskonzepts, mit welchem Normalfahrer das Lenkgefühl am schweren Nutzfahrzeug bewerten können. Zunächst werden Herangehensweisen zur subjektiven Bewertung und die gewonnenen Ergebnisse vorgestellt. Dabei wird herausgearbeitet, dass die Zusammensetzung der Stichprobe, der Versuchsaufbau und der Fragebogen die erzielten Ergebnisse maßgeblich beeinflussen. Nach Ableitung der Anforderungen wird das Versuchskonzept in einem iterativen Prozess unter Einbindung von Normalfahrern entwickelt. Das Konzept wird im Rahmen eines ersten Fahrversuchs evaluiert, in dem verschiedene Fahrzeuge im Straßenverkehr verglichen werden. Die Ergebnisse zeigen die Notwendigkeit auf, den Fragebogen zu optimieren und weitere Anforderungen festzulegen, insbesondere bzgl. der Stichprobe. Nachfolgend findet das Versuchskonzept in der zweiten Studie Anwendung. Der Vergleich verschiedener Fahrzeuge im Feld aber deckt die vermuteten Unterschiede im Lenkgefühl nicht auf. Die Analyse der Zuverlässigkeit der Bewertungen zeigt, dass Schwierigkeiten beim Vergleich verschiedener Fahrzeuge auftreten. Deshalb wird das Versuchskonzept hinsichtlich des Versuchsaufbaus weiter präzisiert. Die Variation des Lenkgefühls soll durch verschiedene Varianten innerhalb eines Fahrzeugs erfolgen. So sind auch unmittelbare Vergleiche zwischen Varianten sowie relative Bewertungen möglich. Anschließend wird das Versuchskonzept dazu genutzt, Erkenntnisse zur Bewertung des Lenkgefühls zu generieren. Hierzu werden verschiedene Lenkmomentvarianten in synthetischen Manövern verglichen. Zum einen wird gezeigt, dass die Bewertungen der Fahrer zuverlässig sind und somit belastbare Ergebnisse vorliegen. Außerdem werden Ergebnisse zur Differenzierbarkeit der Varianten berichtet. Die Analysen zeigen ferner enge Zusammenhänge zwischen den subjektiven Bewertungen des Lenkgefühls und den objektiven Kennwerten auf. Es werden außerdem Erkenntnisse zum Zusammenhang zwischen den quasi-objektiven Einschätzungen und subjektiven Bewertungen generiert. Schlussendlich werden Empfehlungen zur Gestaltung der Lenkunterstützung in Abhängigkeit der Fahrsituation abgeleitet. Abschließend wird weiterer Forschungsbedarf zur subjektiven Bewertung des Lenkgefühls vorgestellt.
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