Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Welches Drehmoment herrscht an der Lenksäule eines Kleinwagens?


von Alex W. (a20q90)


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Hallo,

ich habe letzens im Fernsehen ein Bericht gesehen, bei dem ein PKW über 
Hirnströme gelenkt wird.

Jetzt geht mir eine Schaltung zur Ansteuerung eines Lenkradservos durch 
denk Kopf, bei der man vorher schon wissen sollte welche Kräfte versorgt 
werden müssen (also wie hoch der Strom in der Schaltung sein wird).

Mich würde daher erstmal interessieren wie hoch das Drehmoment im Stand 
bei einem Klein-PKW (z.B.: Subaru Justy ohne Servolenkung) an der 
Lenksäule (also nicht Lenkrad, da durch dessen Durchmesser ja die Kraft 
durch den Weg reduziert wird) ist.

Ich möchte gerne theoretisch eine Servo-Steuerung für die Lenkung 
entwickeln. Diverse Getriebemotore mit unterschiedlichem Drehmoment sind 
mir bekannt, jedoch ohne Info über die benötigte Größe relativ 
unbrauchbar!

Habt Ihr von Berufswegen eine Info wie hoch das tatsächliche Drehmoment 
ist, das auf die Lenksäule einwirkt?

Grüße
Alex

von Harald W. (wilhelms)


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Alex W. schrieb:

> Habt Ihr von Berufswegen eine Info wie hoch das tatsächliche Drehmoment
> ist, das auf die Lenksäule einwirkt?

Das ist sicherlich von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich. Und
da es für fast jedes Fahrzeug fertige Servolenkungen gibt, würde
ich eine solche verwenden, um die Lenkung anzusteuern.
Gruss
Harald

von Physiker (Gast)


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Alex W. schrieb:
> Mich würde daher erstmal interessieren wie hoch das Drehmoment im Stand
> bei einem Klein-PKW (z.B.: Subaru Justy ohne Servolenkung) an der
> Lenksäule (also nicht Lenkrad, da durch dessen Durchmesser ja die Kraft
> durch den Weg reduziert wird) ist.

Bevor du mit solchen Basteleien anfängst, lerne erstmal die Grundlagen.
Das Drehmoment an Lenksäule und Lenkrad ist gleich. Rechne mal das 
Produkt aus Radius und Tangentialkraft aus.

von GTA (Gast)


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Alex W. schrieb:

> Mich würde daher erstmal interessieren wie hoch das Drehmoment im Stand
> bei einem Klein-PKW (z.B.: Subaru Justy ohne Servolenkung) an der
> Lenksäule (also nicht Lenkrad, da durch dessen Durchmesser ja die Kraft
> durch den Weg reduziert wird) ist.

Am Lenkrad ergibt sich zwar die benötigte Kraft, das Drehmoment bleibt 
aber unabhängig vom Lenkraddurchmesser gleich.
Also am besten einfach die benötigte Kraft messen oder schätzen und dann 
das Drehmoment berechnen.

von Alex W. (a20q90)


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GTA schrieb:
> Am Lenkrad ergibt sich zwar die benötigte Kraft, das Drehmoment bleibt
> aber unabhängig vom Lenkraddurchmesser gleich.
> Also am besten einfach die benötigte Kraft messen oder schätzen und dann
> das Drehmoment berechnen.

Hi GTA,

da es nur ein Gedankenexperiment sein soll, habe ich natürlich kein Auto 
an dem ich es messen könnte! Ich habe mir auch schon überlegt mit nem 
Drehmomentschlüssel einfach an einem Schrottauto mal solange zu 
probieren bis das "Knarren" kommt und mir das Drehmoment merken. Ist das 
Auto größer als das "Erdachte" so sollte das Drehmoment für nen 
kleineren PKW ausreichen.

von ... (Gast)


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von Alex W. (a20q90)


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... schrieb:
> Google 2ter Treffer
> Beitrag "Welches Drehmoment erreicht ein Mann an einem Lenkrad?"

Kenn ich schon, hat aber nix zur Klärung beigetragen!

von Ralph (Gast)


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Was du mache willst ist also eine elektrische Servolenkung.
Sowas gibt es bereits seid einigen Jahren in diversen Autos zu kaufen.

Und ja diese Lenkungen können auch mit externen Signalen angesteuert 
werden und Lenken dann ohne das jemand das Lenkrad anfasst. Falls der 
Autohersteller eine solche Funktion im Auto haben will.
Als Beispiel hier mal der Spurhalte Assistent, oder der Einpark 
Assistent ( nicht der Piepser, sondern das Teil was den Wagen 
automatisch in die Parklücke fährt)

Das Drehmoment auf der Welle geht da durchaus bis in die Größenordnung 
von 200 Nm. Abhängig von Lenkgetriebeübersetzung, Reifendimensionierung, 
Gewicht auf der gelenkten Achse,......

Und lass es bei dem Gedankenspiel.
Die Arbeit ein solches System ausreichend Sicher zu bekommen das es 
Zulassungsfähig wird, geht weit über das hinaus was hobbymäßig möglich 
ist.

von Udo S. (urschmitt)


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Alex W. schrieb:
> ... schrieb:
>> Google 2ter Treffer
>> Beitrag "Welches Drehmoment erreicht ein Mann an einem Lenkrad?"
>
> Kenn ich schon, hat aber nix zur Klärung beigetragen!

Hmm, Physik 9. oder 10. Klasse?

von Alex W. (a20q90)


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Ralph schrieb:

> Und lass es bei dem Gedankenspiel.
> Die Arbeit ein solches System ausreichend Sicher zu bekommen das es
> Zulassungsfähig wird, geht weit über das hinaus was hobbymäßig möglich
> ist.

Ich verstehe nicht! :-/

Angenommen ich schnapp mir jetzt ein "altes" Auto (z.B. Fiat Punto Bj 
90) und "wollte" soetwas einbauen. Jetzt fehlt es doch noch an all der 
anderen Technik das "elektrische Lenkrad" zu nutzen! Ohne die, kann ichs 
auch beim Originalen lassen - funktioniert ja schon!

Oder denkt Ihr wiklich ich würde mir so ne Kiste umbauen und wie ein 
Modellauto per Fernsteuerung rumfahren zu lassen? Tzzz... aber 
Hauptsache mäckern mann solls auf jedenfall bleiben lassen.. :-D

Oder hat da jemand Angst ich komm seinerm Vorhaben zuvor ^^ :-)

> Das Drehmoment auf der Welle geht da durchaus bis in die Größenordnung
> von 200 Nm. Abhängig von Lenkgetriebeübersetzung, Reifendimensionierung,
> Gewicht auf der gelenkten Achse,......

Das ist doch mal ne Ansage mit der man rechnen kann und wieviel ein 
Getriebemotor bringen muss um die Welle im Stillstand zu drehen und 
dabei nicht gleich verhungert aufgibt!

Grüße
Alex

von Senf (Gast)


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Auf seine Frage hat er acht Antworten bekommen von denen vielleicht zwei 
brauchbar sind. Er will einfach theoretisch wissen welches Moment da so 
herrscht und keine fertige Servolenkung kaufen oder TÜV Gutachten 
bestehen und auch keine hundert Bücher Grundlagen lesen. Wenn man also 
keine Ahnung davon hat welches Moment dort ansteht, sollte man einfach 
mal nicht sein Senf dazu geben. Typisch für diese Forum.

von Alex W. (a20q90)


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Senf schrieb:
> Auf seine Frage hat er acht Antworten bekommen von denen vielleicht zwei
> brauchbar sind. Er will einfach theoretisch wissen welches Moment da so
> herrscht und keine fertige Servolenkung kaufen oder TÜV Gutachten
> bestehen und auch keine hundert Bücher Grundlagen lesen. Wenn man also
> keine Ahnung davon hat welches Moment dort ansteht, sollte man einfach
> mal nicht sein Senf dazu geben. Typisch für diese Forum.

Hallo Senf,
Du sprichst mir gerade aus der Seele!

Solch eine ähnliche Antwort habe ich mir beim Lesen von Udo Schmitts 
Kommentar auch gedacht! Nur das meine Antwort bei ihm nur "Schmierwurst 
bleibt Schmierwurst" wäre :-D

von Clemens S. (zoggl)


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in den Zulassungsunterlagend er tiroler Landesregierung kann ich nur die 
maximal zulässige tangentialkraft finden:
150N bei Karaftunterstützen anlagen und
300N bei nichtunterstützen anlagen.

schätze einen lenkdurchmesser und rechne damit:

dies gilt bei einem wendekreis von 12m und 10 kmh. dieser einschlag ist 
in hächstens 4 sec zu erreichen (bin gerade ein wenig geschockt, mit 
welchems schrott man eigentlich auf die strasse darf)

sg clemens

von Thomas K. (tomk)


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Hi Alex,

Kennst Du Sender Jerewan? :-) Im Prinzip kannst Du so etwas bauen, aber 
...

Das Thema elektrische Lenkung ist ein sehr komplexes Thema. Zuerst 
einmal hast Du ein mechanisches Problem, Stichpunkt Achskinematik der 
Vorderachse. Das hängt von diversen Parametern ab: Gewicht an der 
Vorderachse, Sturz, mechanische Ausprägung etc. Auch die 
Fahrzeug-Geschwindigkeit spielt eine Rolle bezüglich der Lenkkräfte. 
Lenkkräfte an den Spurstangen von 5000N - 15000N und mehr sind kein 
Problem.

Dann kommen wir zum elektrischen Teil. Diese Lenkkräfte müssen natürlich 
durch einen Motor geleistet werden, 1kW Anschlussleistung ist nicht 
ungewöhnlich, sondern normal. Bedenke, das Du i.d.R. nur ein 
12V-Bordnetz hast! :-) Und dann musst Du Dir einen Drehmoment-Sensor 
einfallen lassen ...

Tja, und weil's so schön ist, die Software für die Servosteuerung hat's 
auch in sich.

Alles in allem, die Neuentwicklung einer elektrischen Lenkung "auf der 
grünen Wiese" ist ein richtiger Batzen Arbeit, Versuch, Irrtum, Kosten 
...

Der Tipp, Dich mit den bereits vorhandenen elektrischen Lenkungen zu 
befassen, die schon am Markt sind, ist da wohl eher zielführend. ... 
wenn Du in Sachen Automechanik und Mechatronik fit genug bist!

cu, Thomas

von Ralph (Gast)


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Alex W. schrieb:
> Oder denkt Ihr wiklich ich würde mir so ne Kiste umbauen und wie ein
> Modellauto per Fernsteuerung rumfahren zu lassen? Tzzz... aber
> Hauptsache mäckern mann solls auf jedenfall bleiben lassen.. :-D

War nur ein gut gemeinter Rat der die viel am Ende nicht nutzbare Arbeit 
ersparen sollte.

Thomas K. schrieb:
> Alles in allem, die Neuentwicklung einer elektrischen Lenkung "auf der
> grünen Wiese" ist ein richtiger Batzen Arbeit, Versuch, Irrtum, Kosten
> ...

Und davon jede Menge, und dann erst noch die ISO 26262 die da auch 
beachtet sein will. Glatt noch mal eine Verdopplung der Arbeit, falls 
das reicht.

von Daniel (Gast)


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Auf Seite 7 hier in diesem Dokument sind einige Richtwerte.
http://rb-aa.bosch.com/aa/de/berufsschulinfo/media/2003_3.pdf

Bei 1 Lenkradumdrehung pro Sekunde und 48A Strom (was bei 12V hinkommt; 
bei meiner Karre z.B. ist die elektrische Servolenkung mit 50A 
abgesichert) wären das rund 600W und folglich 600Nm.

von Alex W. (a20q90)


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@Daniel:

Danke! Dann sind also meine "Vermutungen" doch nicht so falsch und ich 
liege in der richtigen Richtung! :-)

von Klaus (Gast)


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Hallo Alex,

ich hab zwar keine exakten Zahlen aber einen Hinweis. Ein Bekanter hat 
sich gerade ein E-Bike gekauft. Der Antrieb sitzt an der Tretkurbel und 
ist von Bosch. Das soll ein Motor sein, der auch als elektrische 
Servolenkung verwendet wird. Es funktioniert ja auch ähnlich, er 
verstärkt die Lenk/Tretkraft. Die maximale Dauerleistung des Antriebs 
ist 250W. Kurzzeitig dürfen es nach den (E-Bike) Regeln auch mehr sein, 
ich weiß die Zahlen aber nicht mehr. Vielleicht hilft dir das ja.

MfG Klaus

von Werner A. (homebrew)


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600 Nm ist viel zu hoch angesetzt. Bei aktuellen Kleinwagen reichen 
60-120 Nm (abhängig von Frontlast, Reifen und Setup) aus um einzuparken. 
Hast du mal überlegt, wieviel Kraft der Fahrer bei 600 Nm aufbringen 
müsste??

von Daniel (Gast)


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Werner A. schrieb:
> Hast du mal überlegt, wieviel Kraft der Fahrer bei 600 Nm aufbringen
> müsste??

Ja, es kam mir auch viel vor. Außerdem habe ich nicht den Wirkungsgrad 
des Servoantriebs berücksichtigt.
Aber wo ist dann der Fehler, wenn die Leistung doch aus dem 
Bosch-Dokument so hervorgeht?

von Einsatzleiter (Gast)


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Am leichtesten lässt sich das Lenkrad auf der hoch gefahrenen Hebebühne 
bewegen.
Dann auf Wasser, Schnee, Schmierseife, Löschschaum der Feuerwehr....

von Harald W. (wilhelms)


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Einsatzleiter schrieb:
> Am leichtesten lässt sich das Lenkrad auf der hoch gefahrenen Hebebühne
> bewegen.
> Dann auf Wasser, Schnee, Schmierseife, Löschschaum der Feuerwehr....

Du hast Glatteis vergessen: Da kann man das Lenkrad mit zwei
Fingern beliebig hin- und herdrehen, ohne das das Auto von seiner
geraden Spur abweicht. :-)
Gruss
Harald

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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Werner A. schrieb:
> 600 Nm ist viel zu hoch angesetzt. Bei aktuellen Kleinwagen reichen
> 60-120 Nm (abhängig von Frontlast, Reifen und Setup) aus um einzuparken.

Da aktuelle Kleinwagen i.d.R. eine Servolenkung haben ...

von Lehrmann M. (ubimbo)


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Hier wäre es sinnvoll auf die Definition des Drehmoments 
zurückzugreifen. Die Einheit Nm lässt ja vermuten, dass es sich um Kraft 
und Länge handelt. Vorschlag dünner Holzbalken mit ein paar Kabelbindern 
am Lenkrad festmachen und in einem definierten Abstand zur Lenkachse 
einfach eine Halterung für Gewichte hin. Dann Gewichte hinhängen und 
schauen bis sich was tut. Im übrigen hängt dank der Servopumpe das 
nötige Drehmoment auch von der Motordrehzahl ab.

von Werner A. (homebrew)


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Rufus Τ. Firefly schrieb:
> Werner A. schrieb:
>> 600 Nm ist viel zu hoch angesetzt. Bei aktuellen Kleinwagen reichen
>> 60-120 Nm (abhängig von Frontlast, Reifen und Setup) aus um einzuparken.
>
> Da aktuelle Kleinwagen i.d.R. eine Servolenkung haben ...

Die von mir angesprochene Leistung bezog sich auf die Leistung der 
Servolenkung.

von Lehrmann M. (ubimbo)


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von Harald W. (wilhelms)


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Lehrmann Michael schrieb:

> Im übrigen hängt dank der Servopumpe das
> nötige Drehmoment auch von der Motordrehzahl ab.

a, je höher die Drehzahl, desto höher ist das nötige Moment
am Lenkrad. :-)
Gruss
Harald

von Jens G. (jensig)


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@Daniel (Gast)

>Auf Seite 7 hier in diesem Dokument sind einige Richtwerte.
>http://rb-aa.bosch.com/aa/de/berufsschulinfo/media...

>Bei 1 Lenkradumdrehung pro Sekunde und 48A Strom (was bei 12V hinkommt;
>bei meiner Karre z.B. ist die elektrische Servolenkung mit 50A
>abgesichert) wären das rund 600W und folglich 600Nm.

Nur sind diese 600Nm kein Drehmoment, sondern eine Energie (600Ws). Da 
musste schon noch durch Pi rechnen, um aufs nötige Drehmoment zu kommen 
für eine U/s und 600W.

von Автомат К. (dermeckrige)


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Alex W. schrieb:
> Hi GTA,
>
> da es nur ein Gedankenexperiment sein soll, habe ich natürlich kein Auto
> an dem ich es messen könnte! Ich habe mir auch schon überlegt mit nem
> Drehmomentschlüssel einfach an einem Schrottauto mal solange zu
> probieren bis das "Knarren" kommt und mir das Drehmoment merken. Ist das
> Auto größer als das "Erdachte" so sollte das Drehmoment für nen
> kleineren PKW ausreichen.


Da haben sich schon andere Gedanken darüber gemacht.

http://www.youtube.com/watch?v=8ZrxwaGXNJQ

von Jens G. (jensig)


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Jens G. schrieb:
>Nur sind diese 600Nm kein Drehmoment, sondern eine Energie (600Ws). Da
>musste schon noch durch Pi rechnen, um aufs nötige Drehmoment zu kommen
>für eine U/s und 600W.

Ich meinte durch 2Pi ...

von Ulrich (Gast)


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Die 600 W sind dann auch noch die maximale Elektrische Aufnahmeleistung 
- über den Wirkungsgrad wird das Drehmoment dann noch einmal um einen 
Faktor 0,5 - 0,7 kleiner. Mehr als eine grobe Abschätzung ist das aber 
auch nicht, denn ggf. wird das maximale Drehmoment nicht bei 1 U/s 
erreicht.

Die andere Abschätzung ist über die Kraft die man am Lenkrad braucht. 
Mit etwa 0,5 m Durchmesser und einer Kraft von etwa 100 N je Hand käme 
man auf 50 Nm.

von Daniel (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>>Nur sind diese 600Nm kein Drehmoment, sondern eine Energie (600Ws). Da
>>musste schon noch durch Pi rechnen, um aufs nötige Drehmoment zu kommen
>>für eine U/s und 600W.
>
> Ich meinte durch 2Pi ...

Danke schäm - naja jetzt merk ich's mir.
Zusammen mit dem geschätzten Wirkungsgrad der Servolenkung kommt man 
dann ja in die Größenordnung von Werner A.s Werten:

Werner A. schrieb:
> Bei aktuellen Kleinwagen reichen
> 60-120 Nm

von Alex. W.. (Gast)


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Lehrmann Michael schrieb:
> Vorschlag dünner Holzbalken mit ein paar Kabelbindern
> am Lenkrad festmachen und in einem definierten Abstand zur Lenkachse
> einfach eine Halterung für Gewichte hin. Dann Gewichte hinhängen und
> schauen bis sich was tut.

Kann man auch einfach einen Drehmomentschlüssel nehmen und solange 
zudrehen bis man das Lenkrad drehen kann. Dann sollte das nötige Moment 
zum Drehen des Lenkrades stehend auf Asphalt bekannt sein


> Im übrigen hängt dank der Servopumpe das

Im Eingangspost wurde geschrieben das dieses Fahrzeug keine Servolenkung 
hat :-/

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