Mechatronischer Entwurf eines reversierenden, hydraulischen Antriebsaktors für die aktive Fahrzeugfederung:
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Düsseldorf
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Autor: Becker, Michael
Jahr: 2003
V
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 DerO404INNOVISIA-
ein schwergewichtiges mechatronisches System 3
1.2 Motivation und Zielsetzung 8
1.3 Gliederung der Arbeit 10
2 Fahrzeugfederung 13
2.1 Einführung in die Technik der Fahrzeugfederung 13
2.2 Randbedingungen und Anforderungen an eine
Fahrzeugfederung 16
2.2.1 Anregungen der Fahrzeugfederung 16
2.2.2 Aufgaben und Ziele der Fahrzeugfederung 17
1. Abstützen der statischen Last des Aufbaus 17
2. Aufbaubewegungen dämpfen 17
3. Radbewegungen dämpfen 18
4. Horizontieren 18
5. Berücksichtigen variabler Lasten 18
6. Entkopplung des Aufbaus gegenüber hochfrequenter
Fahnbahnanregung 19
7. Eigenlenkverhalten 19
8. Abrollkomfort 19
2.2.3 Bauelemente der klassischen Fahrzeugfederung 20
2.2.4 Bewertungskriterien 21
2.2.5 Zielkonflikt 23
2.3 Aktive Fahrzeugfederungssysteme 27
2.3.1 Charakterisierung aktiver Fahrzeugfederungssysteme 29
1. Begrifflichkeiten 29
2. Komplexität 29
3. Quantitatives Potenzial - Erfolg 30
4. Qualitatives Potenzial 31
5. Abstützung 32
6. Nachteile 33
2.3.2 Funktionsprinzipien aktiver Fahrzeugfederungssysteme 33
3 Entwurfsmethodik für mechatronische Produkte 39
3.1 Mechatronik 39
3.1.1 Was ist Mechatronik? 39
3.1.2 Ziel der Mechatronik 41
3.2 Klassische Konstruktionssystematik 42
3.2.1 Konstruktionssystematik nach Pahl und Beitz 42
1. Produktplanung und Aufgabenklärung 44
2. Konzept 45
3. Entwurf 45
4. Ausarbeiten 46
3.2.2 Handlungsbedarf im Sinne der Mechatronik 46
3.3 Der mechatronische Entwurf. 50
3.3.1 Die mechatronische Komposition 51
3.3.2 Ein Objektmodell der Mechatronik 53
3.3.3 Strukturierung mechatronischer Systeme 56
3.3.4 Modellbildung - Art, Umfang und Vorgehensweise bei der
Entwicklung und Erprobung des neuen Aktors 61
4 Analyse der Aktorik der aktiven Federung 66
4.1 Aktivitäten im Bereich der aktiven Federung 67
4.2 Anforderungen an die Aktorik 70
4.2.1 Energieversorgung 71
1. Elektromotor-Pumpen-Kombination 74
2. Regenerative Energieversorgungseinheit 75
3. Zusammenfassung 75
4.2.2 Federbeinaktor 76
1. Reibung im Aktor 78
2. Auslegung der passiven Aufbaufedersteifigkeit 78
3. Auslegung der passiven Dämpferrate und Dämpferbeeinflussung ... .79
4.3 Analyse der Aktorik im O404 INNOVISIA 80
4.3.1 Istzustand 80
1. Energieversorgung 80
2. Federbeinaktorik 81
3. Quintessenz 82
4.3.2 Neue Produktideen - das Projekt Neigebus 82
5 Konstruktion des neuen reversierenden Antriebsaktors 86
5.1 Konzeptphase 87
5.1.1 Modellbildung 87
5.1.2 Modellbasierte Analyse der Konzeptidee 96
1. Potenzial der neuen Konzeptidee 96
2. Vorgaben für die Konstruktion 104
3. Ausblick für alternative Federbeine 105
5.1.3 Auswahl des Verdrängerprinzips 106
5.1.4 Erarbeiteter Konzeptentwurf 109
5.2 Mechatronische Komposition 118
5.2.1 Exzentrizitätsverstellung 118
1. Seitliche Verstellkolbenflächen 119
2. Hydrostatische Lagerung des Verstellkolbens 125
3. Reibungs- und Leckageverhältnisse am Verstellkolben 128
4. Verstellkolbenventil 132
5.2.2 Hydraulische Verdrängereinheit 133
1. Kinematische Beschreibung 135
2. Beschreibung der Hydraulik 140
5.2.3 Analyseergebnisse 145
1. Bewegungsmechanismus - Kinematik 145
2. Bewegungsverhalten - Dynamik 147
3. Geregeltes Bewegungsverhalten - Mechatronik 150
5.3 Ausarbeitung und Entwurf. 152
5.3.1 Anforderungsliste 153
5.3.2 Gestalterische Lösungen 154
5.3.3 Festigkeitsuntersuchungen 159
6 Fertigung und Montage des neuen Aktors 160
7 HIL-Prüfstand zur Erprobung des neuen Aktors 163
7.1 Produktidee: Hardware-in-the-Loop-Prüfstand 164
7.2 Konzept des Prüfstands 168
7.2.1 Modellbildung 168
7.2.2 Modellbasierte Analyse und Synthese der Konzeptidee 174
7.2.3 Der Übergang vom virtuellen zum realen Prüfstand 177
7.3 Der reale Hardware-in-the-Loop-Prüfstand 179
7.3.1 Vorstellung des realen Prüfstands 179
7.3.2 Ergebnisse 182
8 Zusammenfassung und Ausblick 192
9 Anhang 196
9.1 Prüfetandsdokumentation 196
9.2 Technische Zeichnungen des neuen Antriebsaktors 200
10 Literatur 208
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