Aktuatorkräfte erhöhen Sicherheit und Dynamik

Das vollaktive Fahrwerksystem sMOTION von ZF hält störende Aufbaubewegungen etwa infolge von Schlaglöchern, Bodenwellen oder Kurven beinahe vollständig von den Insassen fern. Dadurch trägt das System dazu bei, die wesentlichen Vorzüge des künftigen vollautomatisierten und autonomen Fahrens zu realisieren – Fahrzeuginsassen können ungestört während der Fahrt arbeiten oder entspannen.

Analog zum Komfort hebt sMOTION laut ZF das Dynamik- und Sicherheitspotenzial auf eine neue Stufe: Ein intelligenter Aktuator pro Fahrzeugecke passt das Ein- und das Ausfedern aktiv und radindividuell jeder Fahrsituation und Straßenbeschaffenheit an. Zugleich bietet sMOTION den Fahrzeugherstellern modulare Skalierbarkeit sowie gewohnte Komponentenabmessungen und Schnittstellen. So soll es sich einfach maßschneidern und in die Fahrzeuge integrieren lassen.

„Bei der Entwicklung hin zum vollautomatisierten und autonomen Fahren kommt dem Fahrwerk eine Schlüsselrolle zu“, erläutert Dr. Holger Klein, Leiter der Division Pkw-Fahrwerktechnik bei ZF. Denn spätestens, wenn der Autopilot das Steuer übernehme, wollten alle Insassen vom Fahrgeschehen buchstäblich in Ruhe gelassen werden. Das jetzt präsentierte vollaktives Fahrwerksystem sMOTION könne diesen Wunsch erfüllen.“

Schweben statt Erschütterungen erleben

Jeder Mitfahrer – egal ob auf dem Beifahrersitz oder der Rückbank – in einem Auto kennt das: Liegt die Aufmerksamkeit nicht auf dem Verkehrsgeschehen, fühlen sich sämtliche Aufbaubewegungen des Autos um ein Vielfaches heftiger an. Manche werden dadurch reisekrank. Eine enorme Herausforderung, gelten doch Visionen von mobilen Büros oder Lounges nach der Erhöhung der Verkehrssicherheit als zentrale Treiber der Entwicklung hin zum autonomen Fahren.

Mit den intelligenten sMOTION-Dämpfern von ZF gelingt es, störende Fahrbahnanregungen nahezu vollständig zu eliminieren. „Insassen bekommen damit das Gefühl, mit unerschütterlicher Gelassenheit über Unebenheiten jeglicher Art hinweg zu schweben“, so Dr. Klein. Die ZF-Innovation regele schließlich nicht nur Stöße infolge großer Schlaglöcher oder Unebenheiten weg. Ebenso effektiv wirke sMOTION gegen das Eintauchen oder Aufbäumen des Fahrzeugs beim Verzögern und Beschleunigen (Nicken), die Seitenneigung bei Kurvenfahrten oder Spurwechsel (Wanken, Rollen) sowie gegen das Auf und Ab bei Bodenwellen oder Kuppen (Hub).

Das Auf und Ab unter Kontrolle gebracht

Die Besonderheit des sMOTION-Aktuators ist eine sehr kompakte, außenliegende Elektromotor-Pumpen-Einheit mit integrierter Elektronik, die als bidirektionaler Steller arbeitet. Dieser Aktuator kann erstmals die Kolbenstange und in weiterer Folge jedes Rad einzeln und aktiv sowohl nach oben ziehen als auch nach unten drücken. Damit bekommt ZF eigenen Aussagen zufolge alle niederfrequenten Aufbaubewegungen ideal unter Kontrolle: In einer Kurve beispielsweise lassen sich die beiden inneren Räder einziehen und die äußeren ausfahren, so dass der Pkw nahezu waagrecht bleibt.

Ähnliches gilt bei langen Bodenwellen – ganz gleich, ob diese sich über die gesamte Fahrbahnbreite ziehen, links und rechts unterschiedlich ausgeprägt sind oder nur einseitig auftreten. Vernetzt mit Umfeldsensoren wie Kameras kann sMOTION die Fahrbahnbeschaffenheit, beispielsweise Schlaglöcher, sogar im Voraus erkennen und sich abermals besser darauf einstellen (predictive control): Beim Überfahren der Vertiefung hält die Innovation das betreffende Rad aktiv auf Fahrbahnhöhe, anstatt dieses wie ein konventioneller Dämpfer hineinfallen zu lassen. Darüber hinaus ermöglicht das System weitere Funktionen, etwa das dynamische Nivellieren der Bodenfreiheit für das gesamte Fahrzeug ebenso wie jeweils achs- oder seitenspezifisch.

Einzigartig ist nach Überzeugung von ZF auch der zweite, getrennte hydraulische Regelpfad. Dieser kompensiert kleinere Fahrbahnunebenheiten, sprich die höherfrequenten Anregungen etwa durch Kanaldeckel, Querfugen, rauen Asphalt oder Schotter. Um das zu ermöglichen, baute ZF das neue Dämpfungssystem auf einer Weiterentwicklung der ebenfalls konzerneigenen CDC-Technik mit unabhängiger Zug- und Druckstufe auf. Damit ermöglicht bereits die Grundkonstruktion, die Kennlinie aktiv und stufenlos zwischen hart (stabilitätsorientiert und dynamisch) sowie weich (komfortorientiert) zu variieren.

Dämpfereinheit als Netzwerker und Warninstrument

sMOTION zeigt sich nicht zuletzt innovativ in puncto Sensorik und Vernetzung. Die nötigen Vertikaldynamikdaten lassen sich wahlweise direkt an den Aktuatoreinheiten oder über Sensoren im Fahrzeug erfassen. Diese Informationen laufen in einem zentralen Steuergerät zusammen, das die Aktuatoren regelt. Die integrierte Aktuatorelektronik aktiviert Elektromotor, Pumpe und CDC-Ventile so, dass möglichst große Ruhe im Aufbau herrscht.

Übermittelt in die Cloud lassen sich die Dämpferdaten verwenden, um nachfolgende Fahrzeuge oder auch zuständige Fachstellen auf gefährliche Fahrbahnschäden hinzuweisen. Perfekt vorbereitet ist sMOTION zudem für die Vernetzung mit dem ZF-System cubiX. Dabei handelt es sich um einen integrierenden, modularen und skalierbaren Regelalgorithmus, der alle aktiven und semiaktiven Aktuatoren im Auto koordiniert. So kann das Fahrwerksystem direkt im Verbund mit der elektrischen Servolenkung, dem integrierten Bremssystem IBC, der Hinterachslenkung AKC und dem elektrischen Achsantriebssytem eVD agieren. (ig)