Welches ist das weltweit am häufigsten verwendete Lenksystem in Kraftfahrzeugen?
Das Lenksystem ist eine der wichtigsten Komponenten eines Autos und steht in direktem Zusammenhang mit dem Fahrverhalten und der Fahrsicherheit des Fahrzeugs. Von der ersten mechanischen Lenkung bis zur modernenelektrische ServolenkungDie Fahrzeuglenkungstechnologie hat viele Innovationen durchlaufen. Weltweit sind verschiedene Fahrzeuglenksysteme weit verbreitet. Verschiedene Systeme haben ihre eigenen Vor- und Nachteile, aber einige Lenksysteme haben sich aufgrund ihrer hervorragenden Leistung und breiten Anwendbarkeit zu den weltweit am häufigsten verwendeten Systemen entwickelt.
In diesem Artikel werden die heute weltweit am häufigsten verwendeten Lenksysteme für Kraftfahrzeuge untersucht, ihre Funktionsprinzipien, Vor- und Nachteile sowie die Gründe für ihre breite Anwendung analysiert.
Was ist ein Fahrzeuglenksystem?
Das Lenksystem ist ein wichtiger Bestandteil der Fahrzeugsteuerung. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Lenkanweisungen des Fahrers präzise an die Räder zu übertragen, um die Lenkung des Fahrzeugs zu gewährleisten. Ob Kleinwagen, SUV oder Nutzfahrzeug – alle Fahrzeuge sind auf das Lenksystem angewiesen, um die richtige Fahrtrichtung einzuhalten und bei Bedarf Lenkbewegungen auszuführen.
Die Leistung des Fahrzeuglenksystems wirkt sich direkt auf die Fahrstabilität, den Fahrkomfort und die Sicherheit des Fahrzeugs aus. Daher ist die Entwicklung eines effizienten und zuverlässigen Lenksystems seit jeher ein wichtiges Thema im Bereich der Automobiltechnik.
Welche Haupttypen von Lenksystemen für Kraftfahrzeuge gibt es?
Zu den derzeit in der Automobilindustrie gängigen Lenksystemtypen zählen vor allem die folgenden:
● Mechanisches Lenksystem: die früheste Art von Lenksystem, eine rein mechanische Struktur, bestehend aus Lenksäule, Zahnstange, Lenkstange und anderen Komponenten.
● Hydraulisches Servolenkungssystem (HPS): Liefert Leistung über eine Hydraulikpumpe, um die vom Fahrer zum Drehen des Lenkrads benötigte Kraft zu reduzieren.
● Elektrische Servolenkung (EPS): Sie nutzt einen Elektromotor zur Bereitstellung der Lenkkraft und hat nach und nach das hydraulische Antriebssystem ersetzt und sich zur gängigen Wahl entwickelt.
● Elektronisch-hydraulisches Servolenkungssystem (EHPS): kombiniert die Eigenschaften hydraulischer und elektrischer Servolenkungen und optimiert die Servolenkungswirkung durch elektronische Steuerung.
● Allradlenkungssystem (4WS): Ein System, mit dem einige High-End-Modelle ausgestattet sind. Die Vorder- und Hinterräder können gelenkt werden, was das Handling und die Stabilität verbessert.
Hydraulisches Servolenkungssystem (HPS)
Das Funktionsprinzip der hydraulischen Servolenkung:
Die hydraulische Servolenkung (HPS) war einst das weltweit am weitesten verbreitete Lenksystem, insbesondere im Automobilmarkt von den 1990er-Jahren bis ins frühe 21. Jahrhundert. Das Funktionsprinzip des hydraulischen Antriebssystems besteht darin, Druck durch die motorbetriebene Hydraulikpumpe zu erzeugen. Diese fördert Hochdruck-Hydrauliköl an die Antriebszylinder an beiden Enden der Zahnstange. Dreht der Fahrer das Lenkrad, steuert das Leistungsventil das Hydrauliköl je nach Drehrichtung und -amplitude so, dass es links oder rechts in den Antriebszylinder gelangt. Dadurch wird die Servounterstützung erhöht und das Lenken erleichtert.
Vorteile der hydraulischen Servolenkung:
● Echtes Lenkkraft-Feedback: Das Kraft-Feedback des hydraulischen Antriebssystems ist relativ linear und der Fahrer kann den Kontakt zwischen Rad und Boden deutlich spüren, was das Fahrvertrauen stärkt.
● Ausgereifte Technologie und relativ niedrige Kosten: Seit ihrer Einführung hat die hydraulische Servolenkung jahrzehntelange Entwicklung und Verbesserung durchlaufen. Ihre Technologie ist sehr ausgereift und ihre Produktionskosten sind relativ niedrig.
● Breites Anwendungsspektrum: Das Hydraulikantriebssystem eignet sich für verschiedene Fahrzeugtypen, vom Kleinwagen bis zum schweren Lkw.
Nachteile der hydraulischen Servolenkung:
● Hoher Energieverbrauch: Das Hydrauliksystem benötigt den Motor, um die Hydraulikpumpe anzutreiben. Auch wenn nicht gelenkt wird, läuft die Hydraulikpumpe weiter, was zu Energieverschwendung führt.
● Hohe Wartungskosten: Bei der hydraulischen Servolenkung muss das Hydrauliköl regelmäßig ausgetauscht werden, und die Dichtungen neigen zur Alterung und Ölleckage, was die Komplexität und die Kosten der Wartung erhöht.
● Hohes Gewicht: Die Hydraulikpumpe, der Arbeitszylinder, die Ölleitung und andere Komponenten im Hydrauliksystem sind relativ schwer, was der Leichtbauweise des Fahrzeugs nicht förderlich ist.
Anwendung der hydraulischen Servolenkung:
Hydraulische Servolenkungen waren einst in verschiedenen Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen weit verbreitet. Insbesondere im späten 20. Jahrhundert waren fast alle Fahrzeuge der Mittel- und Oberklasse mit hydraulischen Servolenkungen ausgestattet. Mit dem Aufkommen elektrischer Servolenkungen (EPS) nahm der Einsatz hydraulischer Systeme jedoch allmählich ab. In einigen schweren Fahrzeugen und Spezialfahrzeugen sind hydraulische Servolenkungen jedoch immer noch vorhanden.
Elektrische Servolenkung (EPS)
Funktionsprinzip der elektrischen Servolenkung:
Die elektrische Servolenkung (EPS) zählt zu den weltweit am häufigsten eingesetzten Lenksystemen. Im Gegensatz zu herkömmlichen hydraulischen Systemen unterstützt die elektrische Servolenkung die Lenkung direkt über einen Elektromotor. Das Funktionsprinzip der elektrischen Servolenkung besteht darin, dass ein Sensor beim Drehen des Lenkrads Lenkwinkel und Lenkkraft erfasst und das Signal an die elektronische Steuereinheit (ECU) weiterleitet. Die ECU steuert den Motorbetrieb entsprechend dem Signal und versorgt die Zahnstange über ein Getriebe oder einen Riemenantrieb mit Strom.
Vorteile der elektrischen Servolenkung:
● Hohe Energieeffizienz: Die elektrische Servolenkung startet den Motor nur, wenn der Fahrer abbiegt. Bei Geradeausfahrt befindet sich der Motor im Standby-Modus und verbraucht keine Energie. Daher ist die elektrische Servolenkung energieeffizienter und kann den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs effektiv senken.
● Geringes Gewicht: Im Vergleich zur hydraulischen Servolenkung benötigt die elektrische Servolenkung keine Hydraulikpumpe, Ölleitung und keinen Arbeitszylinder, ist also leichter und trägt zur Leichtbauweise des Fahrzeugs bei.
● Starke Programmierbarkeit: Da das elektrische Servolenkungssystem von der elektronischen Steuereinheit verwaltet wird, können Größe und Eigenschaften der Lenkunterstützung per Software angepasst werden, um sie an unterschiedliche Fahrbedingungen und Fahrerpräferenzen anzupassen.
● Einfache Wartung: Das elektrische Servolenkungssystem verwendet kein Hydrauliköl, sodass kein Hydraulikölwechsel erforderlich ist und es im Hydrauliksystem keine Leckageprobleme gibt, was die Wartungskosten und den Wartungsaufwand reduziert.
Nachteile der elektrischen Servolenkung:
● Fehlendes realistisches Feedback: Obwohl die elektrische Servolenkung durch Programmierung eine gewisse Kraftrückmeldung simulieren kann, ist diese nicht so realistisch wie die der herkömmlichen hydraulischen Servolenkung, was beim Fahrer manchmal zu einem Mangel an Kontakt zur Straße führen kann.
● Risiko eines Ausfalls elektronischer Komponenten: Die elektrische Servolenkung ist auf die präzise Funktion elektronischer Komponenten angewiesen. Bei einem Ausfall der elektronischen Steuereinheit oder des Motors kann die Lenkkraft ausfallen.
Anwendung des elektrischen Servolenkungssystems:
Die elektrische Servolenkung hat sich weltweit, insbesondere im Pkw-Bereich, als Standardkonfiguration etabliert. Fast alle neu eingeführten Modelle sind mit einer elektrischen Servolenkung ausgestattet. Sie wird nicht nur in Kleinwagen und SUVs eingesetzt, sondern hält auch zunehmend Einzug in einige Nutzfahrzeuge und Schwerlastfahrzeuge. Die weit verbreitete Anwendung von EPS-Systemen ist auf ihre hohe Energieeffizienz, ihr geringes Gewicht und ihre einfache Wartung zurückzuführen. Zudem erfüllt sie die immer strengeren Emissions- und Kraftstoffverbrauchsnormen moderner Fahrzeuge.
Elektronisch-hydraulisches Servolenkungssystem (EHPS)
Das Funktionsprinzip der elektronischen hydraulischen Servolenkung:
Die elektronisch-hydraulische Servolenkung (Electro-Hydraulic Power Steering, EHPS) ist eine Kombination aus hydraulischer und elektrischer Servolenkung. Ihr Funktionsprinzip besteht darin, die Hydraulikpumpe über einen Elektromotor anzutreiben und so hydraulische Unterstützung zu leisten. Dieses System optimiert den Energieverbrauch durch elektronische Steuerung und behält gleichzeitig die Vorteile der hydraulischen Servolenkung bei.
Vorteile der elektronischen hydraulischen Servolenkung:
● Kombination der Vorteile hydraulischer und elektrischer Systeme: Die elektronische hydraulische Servolenkung behält nicht nur die guten Force-Feedback-Eigenschaften des hydraulischen Servolenkungssystems bei, sondern verbessert durch die elektronische Steuereinheit auch die Energieeffizienz des Systems und reduziert so unnötigen Energieverbrauch.
● Breite Anwendbarkeit: Das elektronische hydraulische Servolenkungssystem kann bei verschiedenen Fahrzeugtypen eingesetzt werden, insbesondere bei großen Fahrzeugen mit hohem Bedarf an Lenkunterstützung, wie etwa Lastwagen und SUVs.
Nachteile der elektronischen hydraulischen Servolenkung:
● Komplexe Struktur und hohe Kosten: Das elektronische Hydrauliksystem kombiniert die hydraulischen und elektrischen Systeme, was zu einer komplexeren Struktur und relativ hohen Herstellungs- und Wartungskosten führt.
● Hohes Gewicht: Im Vergleich zur rein elektrischen Servolenkung weist die elektronisch-hydraulische Servolenkung aufgrund der Beibehaltung des Hydraulikteils ein höheres Gesamtgewicht auf, was der Leichtbauweise des Fahrzeugs nicht förderlich ist.
Anwendung der elektronischen hydraulischen Servolenkung:
Die elektronische hydraulische Servolenkung wird hauptsächlich in Fahrzeugen mit hohem Bedarf an Lenkunterstützung eingesetzt, wie z. B. schweren Lkw, SUVs und einigen Hochleistungssportwagen. Diese Fahrzeuge benötigen in der Regel eine stärkere Lenkunterstützung, und die elektronische hydraulische Servolenkung bietet eine starke Unterstützung bei gleichzeitig guter Energieeffizienz.
Das am häufigsten verwendete Lenksystem der Welt
Im Allgemeinen ist dieelektrische Servolenkung(EPS) hat sich zum weltweit am häufigsten verwendeten Lenksystem entwickelt. Dank seiner hohen Effizienz, seines geringen Gewichts und seiner einfachen Wartung hat dieses System nach und nach das traditionelle Hydrauliksystem ersetzt und ist zur ersten Wahl der großen Automobilhersteller geworden.
Obwohl hydraulische und elektronische Servolenkungen in bestimmten Bereichen nach wie vor ihre Berechtigung haben, hat sich ihr Anwendungsbereich sukzessive verengt. Die Vorteile elektrischer Servolenkungen hinsichtlich Energieeffizienz, Steuerbarkeit und Anpassungsfähigkeit haben zu ihrer weltweiten Anerkennung und Nutzung geführt.
Daher ist das EPS-System zweifellos das am häufigsten verwendete Lenksystem der Welt und garantiert die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort von Millionen von Fahrzeugen auf der ganzen Welt.
