Übertragungsverhalten von Radaufhängungen für Personenwagen im komfortrelevanten Frequenzbereich

Das System Reifen-Radaufhängung eines Fahrzeugs prägt durch seine Federungs- und Dämpfungsabstimmung den Charakter des Fahrzeugs in Bezug auf Fahrdynamik, -sicherheit und -komfort. Als Verbindungsglied zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrbahn überträgt das Fahrwerk sowohl die vom Reifen hochfrequent erzeugten Schwingungen als auch alle Anregungen der Fahrbahn über die Radaufhängung an den Fahrzeugaufbau weiter. Inwiefern diese vom Reifen abgegebenen Signale an den Fahrzeugaufbau weitergeleitet werden, hängt vom Übertragungsverhalten der Radaufhängung ab, welches durch die geometrischen Abmessungen, Massen und Trägheitsmomente sowie durch Elastizitäten und Dämpfungen aller Raumrichtungen festgelegt ist.

Um eine gezielte und wirtschaftliche Auslegung des Gesamtsystems Reifen-Radaufhängung zu realisieren, ist es wichtig, sowohl das Verhalten der einzelnen Fahrwerkskomponenten an sich wie auch die Gesamtheit der Komponenten in ihrer Interaktion mit Hilfe der Simulation zu betrachten, um die dominanten Einflussgrößen systematisch zu untersuchen und die einzelnen Systemelemente bereits in einer frühen Entwicklungsphase gezielt auslegen und aufeinander abstimmen zu können. Eine Simulation kann allerdings nur dann eingesetzt werden, wenn die verwendeten Modelle eine hinreichend genaue Nachbildung der dynamischen Eigenschaften des betrachteten Systems im interessierenden Frequenzbereich gewährleisten können.

Die vorliegende Arbeit beschreibt Simulationsmethoden und versuchstechnische Analysen zur verlässlichen Modellierung und messtechnischen Erfassung des Übertragungsverhaltens von Radaufhängungen und deren Komponenten im komfortrelevanten Frequenzbereich 0 bis 100 Hz. Hierzu wurde das komfortrelevante Schwingungsverhalten des Systems Reifen-Radaufhängung isoliert vom Fahrzeugaufbau zum einen mit einem Mehrkörpersimulationsmodell nachgebildet, welches das nichtlineare Verhalten einzelner Fahrwerkskomponenten berücksichtigt, zum anderen erstmals im Rahmen dieser Forschungsarbeit an einem Innentrommel-Prüfstand messtechnisch erfasst.

Dabei kam der Nachbildung der nichtlinearen Eigenschaften des Aufbaudämpfers und der Gummilager besondere Bedeutung zu. Anhand umfassender experimenteller Untersuchungen auf einer servohydraulischen Prüfmaschine wurde neben dem Handling-Verhalten zusätzlich das Ride-Verhalten des Stoßdämpfers erfasst und mit einem Simulationsmodell nachgebildet. Auch für die Gummielemente wurden Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit der charakteristischen Kenngrößen dynamische Steifigkeit und Dämpfung in drei Raumrichtungen ermittelt und mit einem Simulationsmodell gut nachgebildet.

Ferner wurde ein Hardware-in-the-Loop-Prüfstand konzipiert, in dem komplette PKW-Radaufhängungen und ihre Regelsysteme als Hardware eingesetzt werden können und der Rest des Gesamtfahrzeugs mit Hilfe echtzeitfähiger Software simuliert wird.