07.08.2020 - 09:45

Wie Audi Software in der Fahrwerkssteuerung nutzt

Nicht nur klassische Fahrerassitenzsysteme und Infotainment werden maßgeblich durch Software intelligent. Audi erklärt, wie ein zukünftiger Fahrdynamik-Rechner als Steuergerät im E-tron bis zu 90 Komponenten gleichzeitig ansteuern wird.

Heute können dank intelligenter Vernetzung durch die Elektronische Fahrwerkplattform (EFP) innovative Fahrwerkssysteme wie der elektromechanische Wankausgleich (eAWS), das vorausschauende Aktivfahrwerk oder die Dynamik-Allradlenkung (DAS) ihr volles Potenzial entfalten. Im Audi e-tron unterstreicht das integrierte Bremsregelsystem (iBRS), dass Effizienz neben Komfort und Sportlichkeit zur dritten Größe der Fahrwerksentwicklung wird.

Die Idee der Integration von Fahrwerks- und Antriebstechnologie setzt Audi einen integrierten Fahrdynamik-Prozessor sowohl bei der Längs- und Querdynamiksteuerung als auch das Energie- und Antriebsmanagement um. Während des Bremsvorgangs Energie rekuperieren, die Einfederrate der Stoßdämpfer in Millisekunden bestimmen und das Fahrzeug spurgenau in der Fahrspur halten – und das alles nahezu zeitgleich. Denn die Aufgabe für Entwicklungen zukünftiger Fahrwerksgenerationen ist laut Audi klar formuliert: Neben der noch weiteren Spreizung zwischen Sportlichkeit und Komfort nimmt die Integration von Effizienztechnologien eine zentrale Rolle ein. Die verschiedenen Antriebskonzepte machen es offenbar nötig.

Der künftige Fahrdynamik-Prozessor wird nahezu alle Funktionen in der Längs-, Quer- und Vertikaldynamik zentral steuern: Fahrwerks-, Antriebs- und Rekuperations-Funktionen. Dabei soll er deutlich leistungsfähiger sein als etwa die heutige Elektronische Fahrwerkplattform. Der Prozessor arbeitet rund zehnmal so schnell wie aktuelle Systeme und kann bis zu 90 Systemteilnehmer steuern – bei der aktuellen Plattform sind es rund 20. Neu ist zudem seine modulare Einsetzbarkeit für verschiedene Antriebsarten, also sowohl für Verbrenner, Hybrid- oder Elektrofahrzeug als auch für Vorder-, Allrad- oder Heckantrieb bei Elektromodellen. Damit ermöglicht der zentrale Fahrdynamik-Rechner neben Car-to-X-Funktionen auch Function-on-Demand-Umfänge. Seine genaue Datenberechnung setzt auch die Vorgaben der Fahrerassistenzfunktionen um.

Die Entwicklung in der Fahrwerkstechnologie bei Audi setzt demnach auf eine stärkere Vernetzung einzelner mechatronischer Fahrwerkskomponenten und Fahrzeugfunktionen durch eine intelligente elektronische Steuerung. Ihren Ersteinsatz hatte die Elektronische Fahrwerkplattform 2015 im Audi Q7. Heute verbindet sie in Mittelklasse-, Oberklasse- und Luxusmodellen die einzelnen Baugruppen der Fahrwerkssysteme.

Durch diese Vernetzung mittels der Plattform von vielen über Jahrzehnte immer weiterentwickelten Fahrwerkstechnologien wie etwa des permanenten Allradantriebs quattro, der Luftfederung adaptive air suspension oder der Dynamik-Allradlenkung will Audi eine Brücke zwischen über Fahrkomfort und Fahrdynamik schlagen.

Ein Beispiel für diese Fahrwerkstechnologie soll die elektrische Wankstabilisierung im Audi SQ7 und SQ8 sein. Durch die intelligente Vernetzung wird die Seitenneigung des Oberklasse-SUV bei Kurvenfahrt und Lastwechseln auf ein Minimum reduziert.

In schnell gefahrenen Kurven verringert sich durch die elektronische Verstellung des Drehstabilisators die Seitenneigung, indem er in Millisekunden die kurvenäußere Fahrzeugseite entgegen den Fliehkräften mit einem Moment von bis zu 1.200 Newtonmeter stufenlos nach oben stemmt. Dadurch sind höhere Kurvengeschwindigkeiten möglich, ebenso werden Lastwechselreaktionen deutlich reduziert.

Bei gerader Fahrt, etwa auf unebenen Straßen, entkoppelt ein Planetenradgetriebe die beiden Hälften des Stabilisators hingegen, was den Fahrkomfort erhöhen soll. Als zentrales Steuergerät gleicht dabei die Elektronische Fahrwerkplattform auch Informationen weiterer Fahrwerkstechnologien im SQ7 und SQ8, wie etwa der Allradlenkung, der Luftfederung oder des quattro-Sportdifferentials, untereinander ab. Der Fahrer soll diese enge Zusammenarbeit der Audi-Fahrwerkssysteme in hoher Handling-Präzision und Agilität erleben.

Im Audi A8 wird die Technologie zur Steigerung des Komforts eingesetzt: Hier arbeitet das Aktivfahrwerk – ein vollaktives, elektromechanisch betätigtes Federungssystem. Pro Rad gibt es hier einen Elektromotor, der vom 48-Volt-Hauptbordnetz versorgt wird. Die Steuerungssignale für das Aktivfahrwerk kommen im Fünf-Millisekunden-Takt von der Elektronischen Fahrwerkplattform. Ein Riementrieb und ein kompaktes Wellgetriebe übersetzen das Moment des Elektromotors auf 1.100 Nm und leiten es auf ein stählernes Drehrohr. Vom Ende des Drehstabs aus gelangt die Kraft über einen Hebel und eine Koppelstange auf das Fahrwerk. An der Vorderachse wirkt sie auf das Luftfederbein der adaptive air suspension, an der Hinterachse auf den Querlenker.

Auf diese Weise lässt sich jedes Rad des Audi A8 separat mit zusätzlichen Kräften be- oder entlasten und dem Fahrbahnverlauf entsprechend anpassen. Damit regelt das Aktivfahrwerk die Lage der Karosserie in jeder Fahrsituation aktiv. Durch seine Flexibilität erreicht die Fahrcharakteristik eine völlig neue Bandbreite. Wenn der Fahrer im System Audi drive select den Modus dynamic wählt, wird das Auto sportlicher: Es lenkt straff in die Kurven ein, die Wankwinkel sind nur noch etwa halb so groß im Vergleich zum Normalfahrwerk, beim Bremsen taucht die Karosserie kaum noch ein. Im Modus comfort hingegen schwebt sie samtig über Unebenheiten jeder Art hinweg. Um den Fahrzeugaufbau zu beruhigen, führt das Aktivfahrwerk fortwährend – der jeweiligen Fahrsituation angepasst – dem Aufbau Energie zu oder ab. Fahrer und Passagiere werden damit gewissermaßen von den mechanischen Antriebs- und Fahreinflüssen „entkoppelt“.

Droht hingegen ein Seitenaufprall mit mehr als 25 km/h, hebt das Aktivfahrwerk des A8 die Karosserie blitzschnell um bis zu 80 Millimeter an. Dadurch trifft der Unfallgegner die Limousine in einer noch widerstandsfähigeren Zone. Die Deformation der Fahrgastzelle und die Belastung der Insassen, vor allem im Brust- und Bauchbereich, können so um bis zu 50 Prozent niedriger ausfallen als bei einem Seitencrash ohne Fahrwerksanhebung. Auch hier ist die Elektronische Fahrwerkplattform für die Ansteuerung des Aktivfahrwerks und die Vernetzung mit anderen Fahrwerkssystemen wie etwa der Luftfeder verantwortlich.

Bremsen hilft

Dass Fahrwerks- und Antriebstechnologie enger miteinander verzahnt werden, macht das integrierte Bremsregelsystem (iBRS) der Audi-e-tron-Modelle deutlich. Damit wird Effizienz neben Komfort und Sportlichkeit zur dritten Zielgröße der Fahrwerksentwicklung.

So trägt das Rekuperationssystem bis zu 30 Prozent zur Reichweite des Elektro-SUV bei. Das iBRS bezieht sowohl die beiden E-Maschinen als auch das hydraulisch integrierte Bremssystem mit ein. Dabei werden erstmals drei verschiedene Rekuperationsarten kombiniert: die manuelle Schubrekuperation per Schaltwippen, die automatische Schubrekuperation über den prädiktiven Effizienzassistenten und die Bremsrekuperation mit fließendem Übergang zwischen elektrischem und hydraulischem Verzögern. Bis 0,3 g rekuperiert der Audi e-tron ohne Einsatz der konventionellen Bremse ausschließlich über die E-Maschinen – dies ist bei mehr als 90 Prozent aller Verzögerungen der Fall. Damit werden praktisch alle normalen Bremsmanöver energetisch in die Batterie zurückgespeist.

Der Fahrer kann den Grad der Schubrekuperation im Audi e-tron über die Lenkradwippen in drei Stufen wählen. Auf der niedrigsten segelt das Auto ohne ein zusätzliches Schleppmoment, wenn er vom Fahrpedal geht. Auf der höchsten Stufe reduziert der Elektro-SUV die Geschwindigkeit spürbar – der Fahrer kann allein über das Fahrpedal verzögern und beschleunigen. Es entsteht das sogenannte One-Pedal-Feeling. Das Bremspedal kann in diesem Fall der Verzögerung ungenutzt bleiben. Erst unterhalb der Schwelle von 10 km/h, bei einer Bremspedal-Betätigung stärker als 0,3 g oder wenn die Batterie vollgeladen und daher keine Bremsrekuperation möglich ist, kommen die Radbremsen ins Spiel.

Aufgrund eines neuen elektrohydraulischen Betätigungskonzepts, das Audi als erster Hersteller weltweit in einem elektrisch angetriebenen Serienautomobil einsetzt, ist der Übergang von der elektrischen Bremsrekuperation über die Antriebs-E-Maschinen zur mechanischen Bremswirkung über die hydraulisch betätigte konventionelle Reibbremse für den Fahrer nicht wahrnehmbar. Dieses „Bremsblending“ sorgt für ein gut dosierbares Pedalgefühl mit einem klar definierten, konstanten Druckpunkt wie bei einem Fahrzeug mit konventionellem Verbrennungsmotor und hydraulischer Radbremse. Das Bremspedal ist von der Hydraulik entkoppelt, der Übergang von der Motorbremse durch die E-Maschinen zur konventionellen Bremse ist fließend und für den Fahrer am Fuß nicht wahrnehmbar.

Möglich macht dies ein aufwendiges elektrohydraulisches System: Ein Hydraulikkolben in dem kompakten Bremsmodul erzeugt zusätzlichen Druck und damit ergänzende Bremskraft zum Rekuperationsmoment. Bei einer automatisierten Gefahrenbremsung vergehen zwischen dem Einleiten der Verzögerung und dem Anliegen des maximalen Bremsdrucks zwischen Belägen und Scheiben nur 150 Millisekunden. Das elektrohydraulisch integrierte Bremsregelsystem entscheidet je nach Fahrsituation, ob der Audi e-tron mit E-Maschine, Radbremse oder einer Kombination aus beidem verzögert – und das elektrisch individuell an jeder Achse. Mit diesem System schöpft der Elektro-SUV sein maximales Rekuperationspotenzial gezielt aus.

Vernetzung wird auch beim integrierten Bremsregelsystem genutzt: Unterstützt wird das iBRS dabei vom serienmäßigen Effizienzassistenten. Das System erkennt das Verkehrsumfeld und den Streckenverlauf mithilfe von Radarsensoren, Kamerabildern, Navigationsdaten und Car-to-X-Informationen. Sobald der Fahrer sinnvollerweise den Fuß vom rechten Pedal nehmen sollte, erhält er entsprechende Hinweise im Audi virtual cockpit. Im Zusammenspiel mit dem optionalen adaptiven Fahrassistenten kann der Effizienzassistent den Elektro-SUV zudem vorausschauend verzögern und beschleunigen.

Autor: jst

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