Entwicklung und Konstruktion eines Getriebes zur variablen Lenkübersetzung für die Prototypenphase eines zweispurigen Kraftfahrzeugs

Abstract

The aim of the work is the development of a gearbox for testing different steering ratios in the prototype phase of a vehicle. Currently, the test drives, in which different steering gears are installed in the same vehicle model, are very costly and time-consuming. Through the use of a variable steering gear this effort would be eliminated. The said transmission is intended for installation between the steering wheel and the steering shaft in the vehicle interior. The requirements include a control range of ± 30% and a fine gear ratio (1-2%). A manageable development effort and low costs also dictate the framework conditions. The work required a sufficient Internet and literature research on old products or similar solutions. In the case of potential constructions (bicycle gearboxes from Fallbrook Technologies or Pinion), contact was made with the manufacturer. For the constructive implementation of the problem the CAD program CATIA was used and for the preparation of concepts and the evaluation of this office package of Microsoft (Outlook, Word, Power Point, Excel). The development was significantly supported by the expertise of professor Grafinger. In-house the necessary resources (available CAD data, information, tools, premises, manufacturing facilities, etc.) were made available. From a detailed analysis, the adjustable belt drive went out as a suitable concept. The design considers the desire for low development effort, low costs and high user friendliness. In addition, the gearbox for universal use in a variety of vehicle models and the required control range fine. As a disadvantage proves the applicable transferable torque (ECE R79) in the case of a defective steering system is not enough. Under normal circumstances, however, use is possible. Nevertheless the tests are to be carried out on closed tracks. Experiments also showed that an actuation torque of 2Nm is necessary. This is due to the suboptimal efficiency of the variator and can be compensated with the power steering

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Konstruktion eines Getriebes zur Erprobung verschiedener Lenkübersetzungen in der Prototypenphase eines zweispurigen Kraftfahrzeugs. Aktuell sind die Erprobungsfahrten, in denen unterschiedliche Lenkgetriebe in dasselbe Fahrzeugmodell eingebaut werden, sehr kostenund zeitintensiv. Durch den Einsatz eines variablen Lenkgetriebes würde dieser Aufwand wegfallen. Das besagte Getriebe ist für den Einbau zwischen Lenkrad und Lenkspindel im Fahrzeuginnenraum vorgesehen. Zu den Forderungen gehören unteranderen ein Regelbereich von ±30% und eine feine Gangabstufung (1-2%). Ein überschaubarer Entwicklungsaufwand und niedrige Kosten geben die Rahmenbedingungen vor. Zu Beginn erforderte die Arbeit eine genügende Internetund Literaturrecherche zu bestehenden Produkten bzw. ähnlichen Lösungsansätzen. Im Falle potentieller Konstruktionen (Fahrradgetriebe von Fallbrook Technologies oder Pinion) entstand eine Kontaktaufnahme mit dem Hersteller. Für die konstruktive Umsetzung des Problems wurde das CAD-Programm CATIA verwendet und für Office Anwendungen, beispielsweise zum Anfertigen von Konzepten und bewerten dieser, das Office-Paket von Microsoft (Outlook, Word, Power Point, Excel). Die Entwicklung wurde durch die Expertise von Professor Grafinger maßgeblich unterstützt. Firmenintern wurden die nötigen Mittel (relevante CAD-Daten, Informationen, Werkzeuge, Räumlichkeiten, Fertigungsmöglichkeit etc.) zur Verfügung gestellt. Aus einer ausführlichen Analyse ging das Riemenverstellgetriebe als geeignetes Konzept hervor. Die Konstruktion berücksichtigt den Wunsch nach geringem Entwicklungsaufwand, niedrigen Kosten und hoher Nutzerfreundlichkeit. Zudem ist das Getriebe für den universellen Gebrauch in den verschiedensten Fahrzeugmodellen ausgelegt und deckt den geforderten Regelbereich fein ab. Als nachteilig erweist sich das eingeschränkt übertragbare Drehmoment, welches den gesetzlichen Forderungen der Economic Comission für Europe (ECE R79) im Falle eines schadhaften Lenksystems nicht genügt. Unter gewöhnlichen Umständen ist ein Einsatz jedoch möglich. Nichtsdestotrotz sind die Erprobungen auf abgesperrter Strecke durchzuführen. Aus Versuchen ging außerdem hervor, dass ein Betätigungsmoment von 2Nm nötig ist. Dies ist dem suboptimalen Wirkungsgrad des Variators zu verschulden und kann mit der Servolenkung kompensiert werden.