KIT und Schaeffler wollen E-Fahrzeuge intelligent lenken

Wie lässt sich die Lenkkraftunterstützung für elektrische Fahrzeuge so optimieren, dass sie mit weniger Energie und Systemkomponenten auskommt? Diese Frage vereint das Karlsruher Institut für Technologie KIT und den Zulieferer Schaeffler im BMBF-Projekt e²-Lenk.

Bei Elektrofahrzeugen kommt die Energie für die Lenkkraftunterstützung bislang aus der Batterie und reduziert dadurch auch die Reichweite. Im Forschungsprojekt „Energieoptimale, intelligente Lenkkraftunterstützung für elektrische Fahrzeuge (e²-Lenk)“ setzen die beiden beteiligten Partner KIT und Schaeffler auf eine differenzierte Regelung der Antriebsmomente der einzelnen Räder. Der konzeptionelle Ansatz ähnelt damit dem sogenannten “Torque Vectoring”, mit dem es bereits Erfahrungen aus Anwendungsfällen mit konventionell angetriebenen Fahrzeugen gibt.
Schaeffler könnte für das Projekt technologisch an seinen elektrischen Radnabenantrieb E-Wheel Drive anknüpfen. Dabei handelt es sich um hochintegrierte Radnabenantriebe, bei denen sämtliche für Antrieb, Verzögerung und Fahrsicherheit notwendigen Bauelemente – wie Motor, Leistungselektronik und Controller, Bremse sowie Kühlung – Platz innerhalb der Felge finden.

Das seit Januar 2015 in der Umsetzung befindliche Vorhaben wird vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) über eine Laufzeit von 3 Jahren mit rund 0,6 Mio Euro gefördert. „Die neuartige Lenkkraftunterstützung würde mit weniger Systemkomponenten im Elektrofahrzeug auskommen, Gewicht und Energie im Elektrofahrzug könnten dadurch eingespart werden“, erklären Schaeffler-Projektleiter Dr. Marcel Mayer und sein KIT-Partner Dr. Michael Frey. „Dadurch würde ein Elektroauto natürlich günstiger und hätte eine größere Reichweite.“ Durch die mögliche Bau- und Gewichtsoptimierung könnten Materialien und Fertigungsschritte eingespart werden.

Die Grundidee des Projekts e²-Lenk: Elektromotoren treiben die Räder individuell an. Wenn also die Räder auf der linken Seite mehr Antriebsmoment auf die Straße übertragen als auf der rechten Seite, ergibt sich bereits eine Beschleunigung des Wagens in eine Rechtskurve, ohne die Vorderräder einzuschlagen oder zusätzlich Energie für das Lenken aufzubringen. Nach dem gleichen Prinzip lenken auch Kettenfahrzeuge oder Quadrokopter. „Durch geschickte Ansteuerung und eine geeignete Radaufhängung lässt sich eine Lenkunterstützung während der Fahrt realisieren“, sagt Schaeffler-Ingenieur Mayer, Leiter Arbeitsgruppe Automatisiertes Fahren, der innerhalb der Forschungskooperation SHARE (Schaeffler Hub for Automotive Research in E-Mobility) am KIT forscht. „Lediglich die Lenkung im Stand ist bei konventioneller Auslegung noch eine Herausforderung.“

„Die Lenkkraftunterstützung wird durch unseren Ansatz Teil des Antriebstranges“, erläutert Frey, der am Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT forscht. Das Einlenken der Vorderräder erfolgt ohne zusätzliche Energie. „Wir wollen damit auch die Fahrqualität deutlich erhöhen. Kundennutzen, Komfort, Sicherheit und Zuverlässigkeit gehen hier Hand in Hand.“

Im Rahmen des Vorhabens werden Funktionsdemonstratoren aufgebaut, mit denen die Konzepte dann experimentell validiert und optimiert werden. Eine Umsetzung im Vorjahresmodell des Formula-Student-Rennwagens der KIT-Hochschulgruppe KA-RaceIng unter Beteiligung der Studenten ist ebenfalls beabsichtigt.

Mit dem Verbundprojekt e²-Lenk startet das erste gemeinsame öffentlich geförderte Projekt im Rahmen der Forschungskooperation SHARE am KIT zwischen Schaeffler Technologies und dem KIT. Das Verbundprojekt wird am Campus Ost des KIT in einem gemeinsamen Projektbüro des SHARE am KIT und dem Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) bearbeitet.

Christian Klein

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