Fahrwerkhandbuch: Grundlagen, Fahrdynamik, Komponenten, Systeme, Mechatronik, Perspektiven
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Vieweg
2007
|
| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | ATZ/MTZ-Fachbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Auch als Internetausgabe |
| Beschreibung: | XXII, 591 S. zahlr. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783834801050 3834801054 |
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1 Einleitung und Grundlagen 1
1.1 Geschichte, Definition, Bedeutung 2
1.1.1 Entstehungsgeschichte 2
1.1.2 Definition und Abgrenzung 7
1.1.3 Aufgabe und Bedeutung 8
1.2 Fahrwerkaufbau 9
1.2.1 Fahrzeugklassen 9
1.2.2 Antriebskonzepte 10
1.2.3 Fahrwerkkonzeption 13
1.2.4 Trends in der Fahrwerkkonzeption 13
1.3 Fahrwerkauslegung 15
1.3.1 Anforderungen an das Fahrwerk 16
1.3.2 Fahrwerk Kinematikauslegung 18
1.3.3 Kinematik der Radaufhängung 18
1.3.3.1 Kenngrößen des Fahrwerks am Fahrzeug 18
1.3.3.2 Momentanpole der Radaufhängung 20
1.3.3.3 Radhubkinematik 20
1.3.3.4 Kenngrößen der Radhubkinematik 21
1.3.3.5 Kenngrößen der Lenkkinematik 24
1.3.3.6 Kinematische Kenngrößen aktueller Fahrzeugsmodelle 28
1.3.3.7 Raderhebungskurven 28
1.3.3.8 Software zur Radkinematikberechnung 31
1.3.4 Elastokinematik und Bauteilelastizitäten der Radaufhängung 31
1.3.5 Zielwerte für die Kenngrößen 32
1.3.6 Synthese der Radaufhängungen 33
2 Fahrdynamik 35
2.1 Fahrwiderstände und Energiebedarf 35
2.1.1 Fahrwiderstände 35
2.1.1.1 Radwiderstände 35
2.1.1.2 Anteil der Fahrbahn FRTr 40
2.1.1.3 Luftwiderstand 43
2.1.1.4 Steigungswiderstand 44
2.1.1.5 Beschleunigungswiderstand 45
2.1.1.6 Gesamtfahrwiderstand 46
2.1.2 Seitenwindkräfte 46
2.1.3 Leistungs und Energiebedarf 49
2.1.4 Kraftstoffverbrauch 50
2.2 Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn 52
2.2.1 Physik der Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn 54
2.2.1.1 Bremsen und Antreiben 57
2.2.1.2 Kurvenfahrt 59
2.2.2 Reifenkräfte im Detail 63
2.3 Längsdynamik 65
2.3.1 Anfahren und Bremsen 65
2.3.1.1 Bremsnickausgleich 65
2.3.1.2 Anfahrnickausgleich 66
2.3.1.3 Lastwechsel bei Geradeausfahrt 67
2.4 Vertikaldynamik 67
2.4.1 Aufbaufedern 67
2.4.1.1 Federübersetzung 68
2.4.1.2 Eigenfrequenzen 68
2.4.2 Schwingungsdämpfer 69
X Inhaltsverzeichnis
2.4.3 Fahrbahn als Anregung 70
2.4.3.1 Harmonische Anregungen 70
2.4.3.2 Periodische Unebenheiten 71
2.4.3.3 Stochastische Unebenheiten 71
2.4.3.4 Spektrale Dichte der Fahrbahnunebenheiten 72
2.4.3.5 Gemessene, reale Fahrbahnunebenheiten 72
2.4.4 Reifen als Feder und Dämpferelement 73
2.4.5 Federungsmodelle 73
2.4.5.1 Einmassen Ersatzsystem 74
2.4.5.2 Zweimassen Ersatzsystem 75
2.4.5.3 Erweiterung um Sitzfederung 75
2.4.5.4 Einspur Federungsmodell 76
2.4.5.5 Zweispur Federungsmodell 77
2.4.6 Parametervariation 79
2.4.7 Verknüpfung Fahrbahn Fahrzeug 81
2.4.7.1 Spektrale Dichte der Aufbaubeschleunigung 82
2.4.7.2 Spektrale Dichte der Radlastschwankungen 84
2.4.8 Menschliche Schwingungsbewertung 84
2.4.9 Erkenntnisse aus den vertikaldynamischen Grundlagen 86
2.5 Querdynamik 86
2.5.1 Anforderungen an das Fahrverhalten 86
2.5.2 Lenkkinematik 87
2.5.2.1 Statische Lenkungsauslegung 87
2.5.2.2 Dynamische Lenkungsauslegung 88
2.5.3 Fahrzeugmodellierung 89
2.5.3.1 Einfaches Einspurmodell 89
2.5.3.2 Einfache Betrachtungen der Fahrdynamik 91
2.5.3.3 Bewegungsvorgänge beim Über und Untersteuern 93
2.5.3.4 Erweitertes Einspurmodell mit Hinterradlenkung 94
2.5.3.5 Nichtlineares Einspurmodell 96
2.5.3.6 Instationäre Betrachtungen des einfachen Einspurmodells 97
2.5.3.7 Die Regelstrecke „Fahrzeug im Regelkreis 100
2.5.3.8 Dynamisches Verhalten der Regelstrecke Fahrzeug 101
2.5.3.9 Schwimmwinkelkompensation mittels Hinterradlenkung 103
2.5.3.10 Frequenzgangbetrachtung bei variierten Fahrzeugkonfigurationen 105
2.5.3.11 Zweispurmodell 106
2.5.3.12 Parametervariation 109
2.6 Allgemeine Fahrdynamik 114
2.6.1 Wechselwirkungen zwischen Vertikal , Längs und Querdynamik 114
2.7 Fahrwerkregelsysteme 118
2.7.1 Begriffsbestimmungen 118
2.7.2 Grenzen des passiven Fahrzeugs Basis Zielkonflikte 119
2.7.3 Regelkreis Fahrer Fahrzeug 120
2.7.4 Unterteilung der Fahrwerkregelsysteme in Domänen 121
2.7.4.1 Längsdynamik 121
2.7.4.2 Querdynamik 122
2.7.4.3 Vertikaldynamik 122
2.7.5 Forderungen an Fahrwerkregelsysteme 122
2.8 Fahrverhalten 122
2.8.1 Beurteilung des Fahrverhaltens 123
2.8.2 Fahrmanöver 124
2.8.3 Fahrmanöver Parameterraum 125
2.8.4 Abstimmungsmaßnahmen 128
2.8.4.1 Abstimmungsmaßnahmen zum stationären Lenkverhalten 128
2.8.5 Subjektive Fahrverhaltensbeurteilung 128
2.8.5.1 Bewertungsmethoden und Darstellung 128
2.8.5.2 Anfahrverhalten 128
Inhaltsverzeichnis XI
2.8.5.3 Bremsverhalten 128
2.8.5.4 Lenkverhalten 134
2.8.5.5 Kurvenverhalten 134
2.8.5.6 Geradeausfahrt 137
2.8.5.7 Fahrkomfort 137
2.8.6 Objektive Fahrverhaltensbeurteilung 137
2.8.6.1 Messgrößen 138
2.8.6.2 Anfahrverhalten 138
2.8.6.3 Bremsverhalten 138
2.8.6.4 Lenkverhalten 140
2.8.6.5 Kurvenverhalten 142
2.8.6.6 Geradeausfahrt 144
2.8.6.7 Fahrkomfort 146
2.9 Aktive und passive Sicherheit 146
3 Bestandteile des Fahrwerks 149
3.1 Struktur des Fahrwerks 149
3.1.1 Funktionelle Struktur des Fahrwerks 149
3.1.2 Modulare Struktur des Fahrwerks 150
3.1.3 Bestandteile des Fahrwerks 150
3.2 Antriebsstrang 151
3.2.1 Anordnungen 151
3.2.2 Achsgetriebe 151
3.2.2.1 Differenziale 151
3.2.2.2 Sperrdifferenziale 151
3.2.2.3 Aktive Sperrdifferenziale 153
3.2.2.4 Torque Vectoring 153
3.2.3 Allradantrieb 154
3.2.4 Betriebsstrategien 155
3.2.5 Seitenwellen 156
3.3 Radbremsen und Bremssysteme 157
3.3.1 Aufgaben und Grundlagen 157
3.3.2 Arten von Bremsanlagen 158
3.3.2.1 Allgemeine Anforderungen 159
3.3.3 Gesetzliche Vorschriften 160
3.3.4 Auslegung der Bremsanlage 160
3.3.4.1 Bremskraftverteilung 160
3.3.4.2 Dimensionierung 162
3.3.5 Bremsmomente und Dynamik 162
3.3.5.1 Bremsmomente 162
3.3.5.2 Bremsdynamik 163
3.3.6 Komponenten des Bremssystems 164
3.3.6.1 Bremssattel 164
3.3.6.2 Bremsscheiben 168
3.3.6.3 Bremsbeläge 169
3.3.6.4 Trommelbremsen 169
3.3.6.5 Bremsflüssigkeit 172
3.3.6.6 Bremskraftverstärker 172
3.3.6.7 Tandem Hauptzylinder 173
3.3.6.8 Mensch Maschine Schnittstelle (HMI) 174
3.3.7 Elektronische Bremsregelsysteme 178
3.3.7.1 Bremsassistent (MBA, EBA, HBA) 178
3.3.7.2 Raddrehzahlsensor 180
3.3.7.3 Funktionen des elektronischen Bremssystems 182
3.3.7.4 Elektrohydraulische Bremse (EHB) 187
3.3.7.5 Elektromechanische Bremse (EMB) 189
3.3.7.6 Vemetztes Chassis 190
XII Inhaltsverzeichnis
3.4 Lenksysteme 192
3.4.1 Anforderungen und Bauformen 192
3.4.2 Hydraulische Zahnstangenlenkung 194
3.4.2.1 Technik und Funktion 194
3.4.2.2 Aufbau und Bauteile 197
3.4.3 Spurstangen 201
3.4.4 Lenkstrang und Lenksäule 203
3.4.4.1 Komponenten und Funktionseinheiten 203
3.4.4.2 Auslegung und Erprobung 206
3.4.4.3 Crashanforderungen und Energieverzehrmechanismen 206
3.4.4.4 Ausblick und Modularisierung 209
3.4.5 Elektromechanische Lenkung 209
3.4.5.1 Bauformen 210
3.4.5.2 Aufbau und Vorteile 212
3.4.6 Aktivlenkung und Überlagerungslenkung 215
3.4.6.1 Wirkprinzip und Aufbau 215
3.4.6.2 Funktionen heute und morgen 217
3.4.7 Zahnstangenservolenkung mit Momenten und Winkelsteller 219
3.4.8 Hinterachs und Allradlenkung 220
3.4.9 Steer by wire Lenksystem und Einzelradlenkung 222
3.4.9.1 Systemkonzept und Bauteile 224
3.4.9.2 Technik, Vorteile und Chancen 225
3.5 Federn und Stabilisatoren 226
3.5.1 Aufgabe der Federung 226
3.5.2 Konstruktion und Berechnung von Stahlfedern 226
3.5.2.1 Blattfedern 227
3.5.2.2 Drehstabfedern 229
3.5.2.3 Stabilisatoren 231
3.5.2.4 Schraubenfedern 239
3.5.3 Werkstoffe für Stahlfedern 247
3.5.4 Herstellung von Stahlfedern 249
3.5.4.1 Warmumformung 249
3.5.4.2 Vergütung warmgeformter Federn 251
3.5.4.3 Kaltumformung 251
3.5.4.4 Kugelstrahlen 252
3.5.4.5 Plastifizieren 253
3.5.4.6 Korrosionsschutz 253
3.5.4.7 Endkontolle und Markierung 254
3.5.5 Stabilisatoren zur Wankregulierung 254
3.5.5.1 Passiver Stabilisator 255
3.5.5.2 Schaltbarer Off Road Stabilisator 255
3.5.5.3 Schaltbarer On Road Stabilisator 255
3.5.5.4 Semiaktiver Stabilisator 256
3.5.5.5 Aktiver Stabilisator 257
3.5.6 Federung für Niveauregelung 257
3.5.6.1 Aufgaben und Bauarten 257
3.5.6.2 Niveauänderung mit Gasfeder 258
3.5.7 Hydropneumatische Federung 261
3.5.7.1 Selbstpumpendes, hydropneumatisches Feder und Dämpferelement 261
3.5.8 Luftfederung 264
3.6 Dämpfung 266
3.6.1 Aufgabe der Dämpfung 266
3.6.2 Teleskopdämpfer Bauarten 270
3.6.2.1 Zweirohrdämpfer 270
3.6.2.2 Einrohrdämpfer 271
3.6.2.3 Vergleich der beiden Dämpferarten 272
3.6.2.4 Sonderbauarten 272
Inhaltsverzeichnis XIII
3.6.3 Federträger und Federbein 272
3.6.4 Stoßdämpferberechnung 274
3.6.5 Zusatzfunktionen im Dämpfer 275
3.6.5.1 Zug und Druckanschläge 275
3.6.5.2 Hubabhängige Dämpfung 278
3.6.5.3 Amplitudenselektive Dämpfung 279
3.6.6 Dämpferlager 280
3.6.7 Semiaktive Dämpfung und Federung 281
3.6.8 Alternative Dämpfungsprinzipien 285
3.6.8.1 Dämpfer mit magnetoreologischen Flüssigkeiten (MRF) 286
3.6.8.2 Verbunddämpfung 286
3.6.8.3 Lastabhängige Dämpfung (PDC) 286
3.7 Radführung 287
3.7.1 Aufgaben, Struktur und Systematik 287
3.7.2 Lenker Aufgaben, Struktur und Systematik 288
3.7.2.1 Führungslenker 290
3.7.2.2 Traglenker 290
3.7.2.3 Hilfslenker 290
3.7.2.4 Anforderungen an Fahrwerkslenker 291
3.7.2.5 Werkstoffe für Fahrwerkslenker 291
3.7.2.6 Herstellverfahren für Fahrwerklenker 292
3.7.2.7 Herstellverfahren für Aluminiumlenker 298
3.7.2.8 Auslegung und Optimierung der Lenker 300
3.7.2.9 Integration der Gelenke an den Lenker 300
3.7.3 Kugelgelenk 301
3.7.3.1 Aufgabe und Anforderungen 301
3.7.3.2 Systematik für Kugelgelenke 302
3.7.3.3 Aufbau der Kugelgelenke 303
3.7.3.4 Lagersystem (Schale, Fett) 305
3.7.3.5 Dichtsystem (Balg, Spannring) 308
3.7.3.6 Führungsgelenke 311
3.7.3.7 Traggelenke 313
3.7.3.8 Hülsengelenke 314
3.7.4 Gummilager 315
3.7.4.1 Aufgabe, Anforderungen, Funktion 315
3.7.4.2 Ausführungen 318
3.7.5 Drehgelenk 319
3.7.6 Drehschubgelenk 320
3.7.7 Achsträger 321
3.7.7.1 Aufgabe und Anforderungen 321
3.7.7.2 Systematik und Bauarten 322
3.8 Radträger und Radlager 324
3.8.1 Bauarten für Radträger 325
3.8.2 Werkstoffe und Herstellverfahren für Radträger 327
3.8.3 Bauarten für Radlager 327
3.8.3.1 Dichtung 330
3.8.3.2 Schmierung 331
3.8.3.3 ABS Sensoren 331
3.8.4 Herstellung von Radlagern 333
3.8.4.1 Ringe und Flansche 333
3.8.4.2 Käfige und Wälzkörper 334
3.8.4.3 Montage 334
3.8.5 Anforderung, Auslegung und Erprobung 334
3.8.5.1 Ermüdungslebensdauer (Überrollfestigkeit) des Radlagers 336
3.8.5.2 Bauteilfestigkeit und Kippsteifigkeit 338
3.8.5.3 Verifizierung durch Prüfmethoden 340
3.8.6 Ausblick 341
XIV Inhaltsverzeichnis
3.9 Reifen und Räder 345
3.9.1 Anforderungen an den Reifen 345
3.9.1.1 Gebrauchseigenschaften 346
3.9.1.2 Gesetzliche Anforderungen 348
3.9.2 Bauarten, Aufbau und Material 349
3.9.2.1 Reifenbauarten 349
3.9.2.2 Reifenaufbau 350
3.9.2.3 Reifenmaterialien 350
3.9.2.4 Viskoelastische Eigenschaften von Gummi 351
3.9.3 Kraftübertragung Reifen Fahrbahn 352
3.9.3.1 Tragverhalten 352
3.9.3.2 Kraftschlussverhalten, Aufbau von Horizontalkräften 353
3.9.3.3 Antreiben und Bremsen, Umfangskräfte 354
3.9.3.4 Schräglauf, Seitenkräfte und Rückstellmomente 355
3.9.3.5 Schräglaufsteifigkeit 356
3.9.3.6 Reifen unter Quer und Längsschlupf 357
3.9.3.7 Reifengleichförmigkeit 358
3.9.4 Reifenmodelle für die Simulation 358
3.9.4.1 Reifenmodelle für die Horizontaldynamik 358
3.9.4.2 Reifenmodelle mit Finiten Elementen (FEM Modelle) 360
3.9.4.3 Reifenmodelle für die Vertikaldynamik 361
3.9.4.4 Reifenmoden 361
3.9.4.5 Eigenschwingung der Kavität 362
3.9.4.6 Gesamtmodelle 362
3.9.5 Moderne Reifentechnologien 365
3.9.5.1 Reifensensorik 365
3.9.5.2 Reifennotlaufsysteme 367
3.9.5.3 Reifen und Regelsysteme 367
3.9.5.4 High Performance (HP) und Ultra High Performance (UHP) Reifen 368
3.9.6 Test und Messmethoden im Fahrversuch 369
3.9.6.1 Subjektive Testverfahren 370
3.9.6.2 Objektive Testverfahren für die Längshaftung 371
3.9.6.3 Objektive Testverfahren für die Seitenhaftung 372
3.9.6.4 Akustik 372
3.9.7 Test und Messmethoden im Labor 373
3.9.7.1 Grundkonzepte für Reifenprüfstände 373
3.9.7.2 Festigkeitsprüfung 373
3.9.7.3 Charakteristikmessungen am Prüfstand 374
3.9.7.4 Charakteristikmessungen mit dem Laborfahrzeug 374
3.9.7.5 Rollwiderstandsmessung 374
3.9.7.6 Uniformity und Geometrie Messung 376
3.9.7.7 Streckenmessung und Modellierung 376
3.9.7.8 Verlustleistungsanalyse 377
3.9.7.9 Reifentemperaturverfahren 378
3.9.8 Zukünftige Reifentechnologien 379
3.9.8.1 Materialentwicklung 379
4 Achsen im Fahrwerk 383
4.1 Starrachsen 385
4.1.1 De Dion Achse: angetriebene Starrachse 387
4.1.2 Starrachsen mit Längsblattfederführung 387
4.1.3 Starrachsen mit Längs und Querlenker 388
4.1.4 Starrachsen mit Zentralgelenk und Querlenkerführung (Deichselachse) 389
Inhaltsverzeichnis XV
4.2 Halbstarrachsen 390
4.2.1 Verbundlenkerachsen 390
4.2.1.1 Torsionskurbelachse 391
4.2.1.2 Verbundlenkerachse 392
4.2.1.3 Koppellenkerachse 392
4.2.2 Dynamische Verbundachse 392
4.3 Einzelradaufhängung 393
4.3.1 Kinematik der Einzelradaufhängung 393
4.3.2 Vorteile der Einzelradaufhängungen 395
4.3.3 Einzelradaufhängungen mit einem Lenker 395
4.3.3.1 Längslenker Einzelradaufhängungen 396
4.3.3.2 Schräglenker Einzelradaufhängungen 397
4.3.3.3 Schraublenker Einzelradaufhängungen 398
4.3.4 Einzelradaufhängungen mit zwei Lenkern 398
4.3.4.1 Quer Längs Pendelachsen 398
4.3.4.2 Trapezlenker mit einem Querlenker (Audi 100 Quattro) 399
4.3.4.3 Trapezlenker mit einem flexiblen Querlenker (Porsche Weissachachse) 399
4.3.5 Einzelradaufhängungen mit drei Lenkern 399
4.3.5.1 Zentrallenker Einzelradaufhängung 399
4.3.5.2 Doppelquerlenker Einzelradaufhängungen 400
4.3.6 Einzelradaufhängungen mit vier Lenkern 402
4.3.6.1 Mehrlenker Einzelradaufhängungen an Hinterachsen 402
4.3.6.2 Mehrlenkerachsen durch Auflösung der unteren 3 Punkt Lenker der
DQL Achse 403
4.3.6.3 Trapezlenkeraufhängung (Integrallenker) 403
4.3.6.4 Zwei Längs und zwei Querlenker 404
4.3.6.5 Ein Längs und drei Querlenker 404
4.3.6.6 Ein Schräg und drei Querlenker 405
4.3.7 Einzelradaufhängungen mit fünf Lenkern 405
4.3.7.1 Fünflenker Vorderachsaufhängung
(mit zwei aufgelösten 3 Punkt Lenkern der DQL) 405
4.3.7.2 Fünflenker Hinterachsaufhängung (Raumlenker) 406
4.3.8 Federbein Einzelradaufhängungen 407
4.4 Einzelradaufhängungen der Vorderachse 410
4.4.1 Forderungen an die Vorderachsaufhängungen 410
4.4.2 Komponenten der Vorderachse 411
4.4.3 Bauarten der Vorderachse 411
4.4.3.1 McPherson Achse mit Verbindungstraverse 411
4.4.3.2 McPherson Aufhängung mit optimiertem unteren Lenker 412
4.4.3.3 McPherson Aufhängung mit aufgelöstem unteren Lenker 412
4.4.3.4 McPherson mit doppeltem Radträger 412
4.4.3.5 Doppelquerlenker mit aufgelösten Lenker 413
4.5 Einzelradaufhängungen der Hinterachse 413
4.5.1 Forderungen an die Hinterachse 413
4.5.2 Komponenten der Hinterachse 413
4.5.3 Bauarten der Hinterachse 413
4.5.3.1 Nicht angetriebene Hinterachse 413
4.5.3.2 Angetriebene Hinterachse 414
4.5.4 ULSAS Benchmark für Hinterachsen 414
4.6 Konstruktionskatalog als Auswahlhilfe für die Achstypen 415
4.7 Gesamtfahrwerk 415
4.7.1 Zusammenspiel von Vorder und Hinterachse 415
4.8 Radaufhängungen der Zukunft 417
4.8.1 Achstypen der letzten 20 Jahren 417
4.8.2 Häufigkeit der aktuellen Achstypen 417
4.8.3 Die zukünftigen Achstypen (Tendenzen) 417
XVI Inhaltsverzeichnis
5 Fahrkomfort 421
5.1 Grundlagen, Mensch und NVH 421
5.1.1 Begriffe und Definitionen 421
5.1.2 Schwingungs und Geräuschquellen 422
5.1.3 Wahrnehmungsgrenzen des Menschen 423
5.1.4 Das Wohlbefinden des Menschen 424
5.1.5 Maßnahmen gegen Schwingungen und Geräusche 425
5.2 Gummiverbundteile 426
5.2.1 Funktion der Gummiverbundteile 426
5.2.1.1 Kräfte übertragen 426
5.2.1.2 Definierte Bewegungen ermöglichen 426
5.2.1.3 Geräusche isolieren 427
5.2.1.4 Schwingungen dämpfen 427
5.2.2 Elastomer spezifische Definitionen 428
5.2.2.1 Kennlinien 428
5.2.2.2 Dämpfung 428
5.2.2.3 Setzung 429
5.3 Aggregatelager 430
5.4 Hülsenlager (Gummilager) 434
5.5 Gleitlager 435
5.6 Hydraulisch dämpfende Buchsen 436
5.7 Achsträgerlager (Hilfsrahmenlager) 439
5.8 Federbeinstützlager, Dämpferlager 441
5.9 Verbundlenkerlager 442
5.10 Zukünftige Bauteilausführungen 443
5.10.1 Sensorik 444
5.10.2 Schaltbare Fahrwerklager 444
5.11 Berechnungsmethoden 445
5.12 Akustische Bewertung von Gummiverbundteilen 446
6 Fahrwerkentwicklung 449
6.1 Entwicklungsprozess 449
6.2 Projektmanagement (PM) 455
6.3 Planungs oder Definitionsphase 455
6.3.1 Zielwertkaskadierung 456
6.4 Konzeptphase 457
6.5 Virtuelle Simulation 457
6.5.1 Software für die Mehrkörpersimulation (MKS) 458
6.5.1.1 Aufbau von MKS Fahrwerksmodellen mit ADAMS/Car 458
6.5.1.2 CAD Fahrwerkmodell und Mehrkörpersystem 458
6.5.1.3 Mehrkörpersimulation mit starren und flexiblen MKS 459
6.5.1.4 Mehrkörpersimulation mit Gesamtfahrzeug , Fahrwerk und Achsmodellen 460
6.5.1.5 Einfluss der Fertigungstoleranzen auf die kinematischen Kennwerte 461
6.5.2 Software für Finite Elemente Methode (FEM) 462
6.5.2.1 Klassifizierung der Analysen 462
6.5.2.2 Festigkeitsanalysen 463
6.5.2.3 Steifigkeitsanalysen 463
6.5.2.4 Eigenfrequenzanalysen 464
6.5.2.5 Lebensdauer Betriebsfestigkeit 464
6.5.2.6 Crash Simulationen 464
6.5.2.7 Topologie und Formoptimierung 465
6.5.2.8 Simulation der Fertigungsverfahren 465
6.5.3 Vollfahrzeugsimulation 466
6.5.3.1 Fahrdynamiksimulation 466
6.5.3.2 Kinematik/Elastokinematik 466
6.5.3.3 Standard Lastfälle 468
6.5.3.4 MKS Modellverifikation 468
Inhaltsverzeichnis XVII
6.5.3.5 NVH 469
6.5.3.6 Loadmanagement (Lastenkaskadierung vom System zur Komponente) 470
6.5.3.7 Vollfahrzeug Betriebsfestigkeitssimulation 474
6.5.3.8 Fahrdynamischer Fingerprint 474
6.5.3.9 Auslegung der Elastokinematik nach der regelungstechnischen Methode 475
6.5.4 Software zur 3D Modellierung CAD 476
6.5.5 Integrierte Simulationsumgebung 477
6.5.5.1 Kinematische Analyse: Basistool ABE 477
6.5.5.2 Virtuelle Produktentwicklungsumgebung 481
6.6 Serienentwicklung und Absicherung 482
6.6.1 Konstruktion 482
6.6.1.1 Bauteilkonstruktion 483
6.6.1.2 Bauraum „Package 484
6.6.1.3 Fehlermöglichkeits und Einflussanalyse 485
6.6.1.4 Toleranzuntersuchungen 485
6.6.2 Validierung 485
6.6.2.1 Prototypen 485
6.6.2.2 Validierung am Prüfstand 486
6.6.2.3 Straßen Simulationsprüfstand (SSP) 488
6.6.3 Validierung am Gesamtfahrzeug 489
6.6.4 Optimierung und Abstimmung 490
6.7 Entwicklungsaktivitäten während der Serienproduktion 490
6.8 Ausblick und Zusammenfassung 491
7 Systeme im Fahrwerk 493
7.1 Elektronik im Fahrwerk 493
7.2 Elektronische Fahrwerkregelsysteme 493
7.2.1 Domänenaufteilung 493
7.2.2 Längsdynamik Schlupfregelung 494
7.2.2.1 Bremse 494
7.2.2.2 Elektronisch geregeltes Längsdifferenzial 494
7.2.2.3 Torque on Demand Verteilergetriebe 494
7.2.2.4 Elektronisch geregeltes Achsdifferenzial 495
7.2.2.5 Achsgetriebe zur Quermomentverteilung 496
7.2.3 Querdynamikregelsysteme 497
7.2.3.1 Elektrolenkung 497
7.2.3.2 Überlagerungslenkung 498
7.2.3.3 Aktive Hinterachslenkung 498
7.2.3.4 Aktive Hinterachskinematik 498
7.2.4 Vertikaldynamikregelsysteme 499
7.2.4.1 Variable Dämpfer 499
7.2.4.2 Aktiver Stabilisator 500
7.2.4.3 Niveauregulierung 501
7.2.5 Sicherheitsanforderungen 502
7.2.6 Bussysteme 503
7.2.6.1 CAN Bus 503
7.2.6.2 FlexRay 503
7.3 Systemvernetzung 503
7.3.1 Fahrdynamikregelung 503
7.3.2 Torque Vectoring 505
7.3.3 Vertikaldynamikmanagement 506
7.4 Funktionsintegration 506
7.4.1 Architektur 506
7.4.2 Standardschnittstellen 507
7.4.3 Intelligente Steller 508
XVIII Inhaltsverzeichnis
7.5 Simulation Fahrwerkregelsysteme 508
7.5.1 Simulationsmodelle 508
7.5.2 Hardware in the loop Simulation 510
7.6 Mechatronische Fahrwerksysteme 511
7.6.1 Längsdynamiksysteme 511
7.6.1.1 Antriebssysteme 511
7.6.1.2 Bremssysteme 514
7.6.2 Querdynamiksysteme 516
7.6.2.1 Vorderradlenkung 516
7.6.2.2 Hinterradlenkung 517
7.6.2.3 Wankstabilisierungssysteme 521
7.6.2.4 Aktive Kinematik 524
7.6.3 Vertikaldynamiksysteme 526
7.6.3.1 Anforderungen an die Vertikalsysteme 526
7.6.3.2 Einteilung der Vertikalsysteme 526
7.6.3.3 Dämpfungssysteme 528
7.6.3.4 Niveauregulierungssysteme 531
7.6.3.5 Aktuelle aktive Federungssysteme 532
7.6.3.6 Voll aktive, integrierte Fahrwerksysteme 535
7.6.3.7 Lagersysteme 537
7.7 X by wire 539
7.7.1 Steer by wire 539
7.7.2 Brake by wire 540
7.7.2.1 Elektrohydraulische Bremse (EHB) 540
7.7.2.2 Elektromechanische Bremse (EMB) 541
7.7.2.3 Elektromechanische Bremse von Teves 541
7.7.2.4 Radialbremse 542
7.7.2.5 Keilbremse 543
7.7.3 Leveling by wire 544
7.8 Fahrerassistenzsysteme 545
7.8.1 Bremsassistenz 546
7.8.1.1 Sicherheitsrelevante Bremsassistenz 546
7.8.1.2 Komfortorientierter Bremsassistenz 547
7.8.1.3 Anforderungen der Bremsassistenz 547
7.8.2 Distanzassistenz 547
7.8.3 Lenkassistenz 548
7.8.3.1 Lenkassistenz durch Anpassung der Unterstützungskraft 549
7.8.3.2 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerhandmoments 549
7.8.3.3 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerlenkwinkels 550
7.8.3.4 Zusammenfassung 551
7.8.4 Einparkassistenz 551
7.8.4.1 Einführung 551
7.8.4.2 Parklückenerkennung 551
7.8.4.3 Einparkvorgang 552
7.8.4.4 Lenkaktuator 553
8 Zukunftsaspekte des Fahrwerks 557
8.1 Fahrwerkkonzepte Fokussierung auf den Kundenwert 557
8.1.1 Auslegung des Fahrverhaltens 557
8.1.2 Diversifizierung der Fahrzeugkonzepte Stabilisierung der Fahrwerkskonzepte 559
8.1.2.1 Vorderachsen, Stand 2004 559
8.1.2.2 Hinterachsen, Stand 2004 560
8.1.3 Fahrwerkbestandteile der Zukunft 560
8.1.3.1 Achsantrieb der Zukunft 560
8.1.3.2 Bremse der Zukunft 561
8.1.3.3 Lenkung der Zukunft 561
8.1.3.4 Federung der Zukunft 561
Inhaltsverzeichnis XIX
8.1.3.5 Dämpfung der Zukunft 561
8.1.3.6 Radfiihrung der Zukunft 561
8.1.3.7 Radlager der Zukunft 561
8.1.3.8 Reifen und Räder der Zukunft 561
8.2 Elektronische Fahrwerksysteme 561
8.2.1 Elektronische Hilfssysteme und Vernetzung 561
8.2.2 Vernetzung von Fahrwerksregelungssystemen 562
8.2.2.1 Friedliche Koexistenz 562
8.2.2.2 Integrale Regelung 563
8.2.2.3 Vernetzte Regelung 563
8.2.2.4 Leistungsfähigkeit 563
8.2.2.5 Systemsicherheit 564
8.2.2.6 Entwicklungsprozess 564
8.2.2.7 Anforderungen an die Datenübertragung 565
8.2.2.8 Zusammenfassung 565
8.3 X by wire Systeme der Zukunft 565
8.4 Vorausschauende und intelligente Fahrwerke der Zukunft 566
8.4.1 Fahrzeugsensorik 566
8.4.2 Aktuatorik 567
8.4.3 Vorausschauendes Fahren 568
8.5 Hybridfahrzeuge 570
8.6 Selbstfahrendes Chassis, Rolling/Driving Chassis 571
8.7 Autonomes Fahren in der Zukunft? 572
8.8 Zukunftsszenarien für das Auto und sein Fahrwerk 573
8.9 Ausblick 576
Sachwortverzeichnis 579
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Grundlagen 1
1.1 Geschichte, Definition, Bedeutung 2
1.1.1 Entstehungsgeschichte 2
1.1.2 Definition und Abgrenzung 7
1.1.3 Aufgabe und Bedeutung 8
1.2 Fahrwerkaufbau 9
1.2.1 Fahrzeugklassen 9
1.2.2 Antriebskonzepte 10
1.2.3 Fahrwerkkonzeption 13
1.2.4 Trends in der Fahrwerkkonzeption 13
1.3 Fahrwerkauslegung 15
1.3.1 Anforderungen an das Fahrwerk 16
1.3.2 Fahrwerk Kinematikauslegung 18
1.3.3 Kinematik der Radaufhängung 18
1.3.3.1 Kenngrößen des Fahrwerks am Fahrzeug 18
1.3.3.2 Momentanpole der Radaufhängung 20
1.3.3.3 Radhubkinematik 20
1.3.3.4 Kenngrößen der Radhubkinematik 21
1.3.3.5 Kenngrößen der Lenkkinematik 24
1.3.3.6 Kinematische Kenngrößen aktueller Fahrzeugsmodelle 28
1.3.3.7 Raderhebungskurven 28
1.3.3.8 Software zur Radkinematikberechnung 31
1.3.4 Elastokinematik und Bauteilelastizitäten der Radaufhängung 31
1.3.5 Zielwerte für die Kenngrößen 32
1.3.6 Synthese der Radaufhängungen 33
2 Fahrdynamik 35
2.1 Fahrwiderstände und Energiebedarf 35
2.1.1 Fahrwiderstände 35
2.1.1.1 Radwiderstände 35
2.1.1.2 Anteil der Fahrbahn FRTr 40
2.1.1.3 Luftwiderstand 43
2.1.1.4 Steigungswiderstand 44
2.1.1.5 Beschleunigungswiderstand 45
2.1.1.6 Gesamtfahrwiderstand 46
2.1.2 Seitenwindkräfte 46
2.1.3 Leistungs und Energiebedarf 49
2.1.4 Kraftstoffverbrauch 50
2.2 Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn 52
2.2.1 Physik der Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn 54
2.2.1.1 Bremsen und Antreiben 57
2.2.1.2 Kurvenfahrt 59
2.2.2 Reifenkräfte im Detail 63
2.3 Längsdynamik 65
2.3.1 Anfahren und Bremsen 65
2.3.1.1 Bremsnickausgleich 65
2.3.1.2 Anfahrnickausgleich 66
2.3.1.3 Lastwechsel bei Geradeausfahrt 67
2.4 Vertikaldynamik 67
2.4.1 Aufbaufedern 67
2.4.1.1 Federübersetzung 68
2.4.1.2 Eigenfrequenzen 68
2.4.2 Schwingungsdämpfer 69
X Inhaltsverzeichnis
2.4.3 Fahrbahn als Anregung 70
2.4.3.1 Harmonische Anregungen 70
2.4.3.2 Periodische Unebenheiten 71
2.4.3.3 Stochastische Unebenheiten 71
2.4.3.4 Spektrale Dichte der Fahrbahnunebenheiten 72
2.4.3.5 Gemessene, reale Fahrbahnunebenheiten 72
2.4.4 Reifen als Feder und Dämpferelement 73
2.4.5 Federungsmodelle 73
2.4.5.1 Einmassen Ersatzsystem 74
2.4.5.2 Zweimassen Ersatzsystem 75
2.4.5.3 Erweiterung um Sitzfederung 75
2.4.5.4 Einspur Federungsmodell 76
2.4.5.5 Zweispur Federungsmodell 77
2.4.6 Parametervariation 79
2.4.7 Verknüpfung Fahrbahn Fahrzeug 81
2.4.7.1 Spektrale Dichte der Aufbaubeschleunigung 82
2.4.7.2 Spektrale Dichte der Radlastschwankungen 84
2.4.8 Menschliche Schwingungsbewertung 84
2.4.9 Erkenntnisse aus den vertikaldynamischen Grundlagen 86
2.5 Querdynamik 86
2.5.1 Anforderungen an das Fahrverhalten 86
2.5.2 Lenkkinematik 87
2.5.2.1 Statische Lenkungsauslegung 87
2.5.2.2 Dynamische Lenkungsauslegung 88
2.5.3 Fahrzeugmodellierung 89
2.5.3.1 Einfaches Einspurmodell 89
2.5.3.2 Einfache Betrachtungen der Fahrdynamik 91
2.5.3.3 Bewegungsvorgänge beim Über und Untersteuern 93
2.5.3.4 Erweitertes Einspurmodell mit Hinterradlenkung 94
2.5.3.5 Nichtlineares Einspurmodell 96
2.5.3.6 Instationäre Betrachtungen des einfachen Einspurmodells 97
2.5.3.7 Die Regelstrecke „Fahrzeug" im Regelkreis 100
2.5.3.8 Dynamisches Verhalten der Regelstrecke Fahrzeug 101
2.5.3.9 Schwimmwinkelkompensation mittels Hinterradlenkung 103
2.5.3.10 Frequenzgangbetrachtung bei variierten Fahrzeugkonfigurationen 105
2.5.3.11 Zweispurmodell 106
2.5.3.12 Parametervariation 109
2.6 Allgemeine Fahrdynamik 114
2.6.1 Wechselwirkungen zwischen Vertikal , Längs und Querdynamik 114
2.7 Fahrwerkregelsysteme 118
2.7.1 Begriffsbestimmungen 118
2.7.2 Grenzen des passiven Fahrzeugs Basis Zielkonflikte 119
2.7.3 Regelkreis Fahrer Fahrzeug 120
2.7.4 Unterteilung der Fahrwerkregelsysteme in Domänen 121
2.7.4.1 Längsdynamik 121
2.7.4.2 Querdynamik 122
2.7.4.3 Vertikaldynamik 122
2.7.5 Forderungen an Fahrwerkregelsysteme 122
2.8 Fahrverhalten 122
2.8.1 Beurteilung des Fahrverhaltens 123
2.8.2 Fahrmanöver 124
2.8.3 Fahrmanöver Parameterraum 125
2.8.4 Abstimmungsmaßnahmen 128
2.8.4.1 Abstimmungsmaßnahmen zum stationären Lenkverhalten 128
2.8.5 Subjektive Fahrverhaltensbeurteilung 128
2.8.5.1 Bewertungsmethoden und Darstellung 128
2.8.5.2 Anfahrverhalten 128
Inhaltsverzeichnis XI
2.8.5.3 Bremsverhalten 128
2.8.5.4 Lenkverhalten 134
2.8.5.5 Kurvenverhalten 134
2.8.5.6 Geradeausfahrt 137
2.8.5.7 Fahrkomfort 137
2.8.6 Objektive Fahrverhaltensbeurteilung 137
2.8.6.1 Messgrößen 138
2.8.6.2 Anfahrverhalten 138
2.8.6.3 Bremsverhalten 138
2.8.6.4 Lenkverhalten 140
2.8.6.5 Kurvenverhalten 142
2.8.6.6 Geradeausfahrt 144
2.8.6.7 Fahrkomfort 146
2.9 Aktive und passive Sicherheit 146
3 Bestandteile des Fahrwerks 149
3.1 Struktur des Fahrwerks 149
3.1.1 Funktionelle Struktur des Fahrwerks 149
3.1.2 Modulare Struktur des Fahrwerks 150
3.1.3 Bestandteile des Fahrwerks 150
3.2 Antriebsstrang 151
3.2.1 Anordnungen 151
3.2.2 Achsgetriebe 151
3.2.2.1 Differenziale 151
3.2.2.2 Sperrdifferenziale 151
3.2.2.3 Aktive Sperrdifferenziale 153
3.2.2.4 Torque Vectoring 153
3.2.3 Allradantrieb 154
3.2.4 Betriebsstrategien 155
3.2.5 Seitenwellen 156
3.3 Radbremsen und Bremssysteme 157
3.3.1 Aufgaben und Grundlagen 157
3.3.2 Arten von Bremsanlagen 158
3.3.2.1 Allgemeine Anforderungen 159
3.3.3 Gesetzliche Vorschriften 160
3.3.4 Auslegung der Bremsanlage 160
3.3.4.1 Bremskraftverteilung 160
3.3.4.2 Dimensionierung 162
3.3.5 Bremsmomente und Dynamik 162
3.3.5.1 Bremsmomente 162
3.3.5.2 Bremsdynamik 163
3.3.6 Komponenten des Bremssystems 164
3.3.6.1 Bremssattel 164
3.3.6.2 Bremsscheiben 168
3.3.6.3 Bremsbeläge 169
3.3.6.4 Trommelbremsen 169
3.3.6.5 Bremsflüssigkeit 172
3.3.6.6 Bremskraftverstärker 172
3.3.6.7 Tandem Hauptzylinder 173
3.3.6.8 Mensch Maschine Schnittstelle (HMI) 174
3.3.7 Elektronische Bremsregelsysteme 178
3.3.7.1 Bremsassistent (MBA, EBA, HBA) 178
3.3.7.2 Raddrehzahlsensor 180
3.3.7.3 Funktionen des elektronischen Bremssystems 182
3.3.7.4 Elektrohydraulische Bremse (EHB) 187
3.3.7.5 Elektromechanische Bremse (EMB) 189
3.3.7.6 Vemetztes Chassis 190
XII Inhaltsverzeichnis
3.4 Lenksysteme 192
3.4.1 Anforderungen und Bauformen 192
3.4.2 Hydraulische Zahnstangenlenkung 194
3.4.2.1 Technik und Funktion 194
3.4.2.2 Aufbau und Bauteile 197
3.4.3 Spurstangen 201
3.4.4 Lenkstrang und Lenksäule 203
3.4.4.1 Komponenten und Funktionseinheiten 203
3.4.4.2 Auslegung und Erprobung 206
3.4.4.3 Crashanforderungen und Energieverzehrmechanismen 206
3.4.4.4 Ausblick und Modularisierung 209
3.4.5 Elektromechanische Lenkung 209
3.4.5.1 Bauformen 210
3.4.5.2 Aufbau und Vorteile 212
3.4.6 Aktivlenkung und Überlagerungslenkung 215
3.4.6.1 Wirkprinzip und Aufbau 215
3.4.6.2 Funktionen heute und morgen 217
3.4.7 Zahnstangenservolenkung mit Momenten und Winkelsteller 219
3.4.8 Hinterachs und Allradlenkung 220
3.4.9 Steer by wire Lenksystem und Einzelradlenkung 222
3.4.9.1 Systemkonzept und Bauteile 224
3.4.9.2 Technik, Vorteile und Chancen 225
3.5 Federn und Stabilisatoren 226
3.5.1 Aufgabe der Federung 226
3.5.2 Konstruktion und Berechnung von Stahlfedern 226
3.5.2.1 Blattfedern 227
3.5.2.2 Drehstabfedern 229
3.5.2.3 Stabilisatoren 231
3.5.2.4 Schraubenfedern 239
3.5.3 Werkstoffe für Stahlfedern 247
3.5.4 Herstellung von Stahlfedern 249
3.5.4.1 Warmumformung 249
3.5.4.2 Vergütung warmgeformter Federn 251
3.5.4.3 Kaltumformung 251
3.5.4.4 Kugelstrahlen 252
3.5.4.5 Plastifizieren 253
3.5.4.6 Korrosionsschutz 253
3.5.4.7 Endkontolle und Markierung 254
3.5.5 Stabilisatoren zur Wankregulierung 254
3.5.5.1 Passiver Stabilisator 255
3.5.5.2 Schaltbarer Off Road Stabilisator 255
3.5.5.3 Schaltbarer On Road Stabilisator 255
3.5.5.4 Semiaktiver Stabilisator 256
3.5.5.5 Aktiver Stabilisator 257
3.5.6 Federung für Niveauregelung 257
3.5.6.1 Aufgaben und Bauarten 257
3.5.6.2 Niveauänderung mit Gasfeder 258
3.5.7 Hydropneumatische Federung 261
3.5.7.1 Selbstpumpendes, hydropneumatisches Feder und Dämpferelement 261
3.5.8 Luftfederung 264
3.6 Dämpfung 266
3.6.1 Aufgabe der Dämpfung 266
3.6.2 Teleskopdämpfer Bauarten 270
3.6.2.1 Zweirohrdämpfer 270
3.6.2.2 Einrohrdämpfer 271
3.6.2.3 Vergleich der beiden Dämpferarten 272
3.6.2.4 Sonderbauarten 272
Inhaltsverzeichnis XIII
3.6.3 Federträger und Federbein 272
3.6.4 Stoßdämpferberechnung 274
3.6.5 Zusatzfunktionen im Dämpfer 275
3.6.5.1 Zug und Druckanschläge 275
3.6.5.2 Hubabhängige Dämpfung 278
3.6.5.3 Amplitudenselektive Dämpfung 279
3.6.6 Dämpferlager 280
3.6.7 Semiaktive Dämpfung und Federung 281
3.6.8 Alternative Dämpfungsprinzipien 285
3.6.8.1 Dämpfer mit magnetoreologischen Flüssigkeiten (MRF) 286
3.6.8.2 Verbunddämpfung 286
3.6.8.3 Lastabhängige Dämpfung (PDC) 286
3.7 Radführung 287
3.7.1 Aufgaben, Struktur und Systematik 287
3.7.2 Lenker Aufgaben, Struktur und Systematik 288
3.7.2.1 Führungslenker 290
3.7.2.2 Traglenker 290
3.7.2.3 Hilfslenker 290
3.7.2.4 Anforderungen an Fahrwerkslenker 291
3.7.2.5 Werkstoffe für Fahrwerkslenker 291
3.7.2.6 Herstellverfahren für Fahrwerklenker 292
3.7.2.7 Herstellverfahren für Aluminiumlenker 298
3.7.2.8 Auslegung und Optimierung der Lenker 300
3.7.2.9 Integration der Gelenke an den Lenker 300
3.7.3 Kugelgelenk 301
3.7.3.1 Aufgabe und Anforderungen 301
3.7.3.2 Systematik für Kugelgelenke 302
3.7.3.3 Aufbau der Kugelgelenke 303
3.7.3.4 Lagersystem (Schale, Fett) 305
3.7.3.5 Dichtsystem (Balg, Spannring) 308
3.7.3.6 Führungsgelenke 311
3.7.3.7 Traggelenke 313
3.7.3.8 Hülsengelenke 314
3.7.4 Gummilager 315
3.7.4.1 Aufgabe, Anforderungen, Funktion 315
3.7.4.2 Ausführungen 318
3.7.5 Drehgelenk 319
3.7.6 Drehschubgelenk 320
3.7.7 Achsträger 321
3.7.7.1 Aufgabe und Anforderungen 321
3.7.7.2 Systematik und Bauarten 322
3.8 Radträger und Radlager 324
3.8.1 Bauarten für Radträger 325
3.8.2 Werkstoffe und Herstellverfahren für Radträger 327
3.8.3 Bauarten für Radlager 327
3.8.3.1 Dichtung 330
3.8.3.2 Schmierung 331
3.8.3.3 ABS Sensoren 331
3.8.4 Herstellung von Radlagern 333
3.8.4.1 Ringe und Flansche 333
3.8.4.2 Käfige und Wälzkörper 334
3.8.4.3 Montage 334
3.8.5 Anforderung, Auslegung und Erprobung 334
3.8.5.1 Ermüdungslebensdauer (Überrollfestigkeit) des Radlagers 336
3.8.5.2 Bauteilfestigkeit und Kippsteifigkeit 338
3.8.5.3 Verifizierung durch Prüfmethoden 340
3.8.6 Ausblick 341
XIV Inhaltsverzeichnis
3.9 Reifen und Räder 345
3.9.1 Anforderungen an den Reifen 345
3.9.1.1 Gebrauchseigenschaften 346
3.9.1.2 Gesetzliche Anforderungen 348
3.9.2 Bauarten, Aufbau und Material 349
3.9.2.1 Reifenbauarten 349
3.9.2.2 Reifenaufbau 350
3.9.2.3 Reifenmaterialien 350
3.9.2.4 Viskoelastische Eigenschaften von Gummi 351
3.9.3 Kraftübertragung Reifen Fahrbahn 352
3.9.3.1 Tragverhalten 352
3.9.3.2 Kraftschlussverhalten, Aufbau von Horizontalkräften 353
3.9.3.3 Antreiben und Bremsen, Umfangskräfte 354
3.9.3.4 Schräglauf, Seitenkräfte und Rückstellmomente 355
3.9.3.5 Schräglaufsteifigkeit 356
3.9.3.6 Reifen unter Quer und Längsschlupf 357
3.9.3.7 Reifengleichförmigkeit 358
3.9.4 Reifenmodelle für die Simulation 358
3.9.4.1 Reifenmodelle für die Horizontaldynamik 358
3.9.4.2 Reifenmodelle mit Finiten Elementen (FEM Modelle) 360
3.9.4.3 Reifenmodelle für die Vertikaldynamik 361
3.9.4.4 Reifenmoden 361
3.9.4.5 Eigenschwingung der Kavität 362
3.9.4.6 Gesamtmodelle 362
3.9.5 Moderne Reifentechnologien 365
3.9.5.1 Reifensensorik 365
3.9.5.2 Reifennotlaufsysteme 367
3.9.5.3 Reifen und Regelsysteme 367
3.9.5.4 High Performance (HP) und Ultra High Performance (UHP) Reifen 368
3.9.6 Test und Messmethoden im Fahrversuch 369
3.9.6.1 Subjektive Testverfahren 370
3.9.6.2 Objektive Testverfahren für die Längshaftung 371
3.9.6.3 Objektive Testverfahren für die Seitenhaftung 372
3.9.6.4 Akustik 372
3.9.7 Test und Messmethoden im Labor 373
3.9.7.1 Grundkonzepte für Reifenprüfstände 373
3.9.7.2 Festigkeitsprüfung 373
3.9.7.3 Charakteristikmessungen am Prüfstand 374
3.9.7.4 Charakteristikmessungen mit dem Laborfahrzeug 374
3.9.7.5 Rollwiderstandsmessung 374
3.9.7.6 Uniformity und Geometrie Messung 376
3.9.7.7 Streckenmessung und Modellierung 376
3.9.7.8 Verlustleistungsanalyse 377
3.9.7.9 Reifentemperaturverfahren 378
3.9.8 Zukünftige Reifentechnologien 379
3.9.8.1 Materialentwicklung 379
4 Achsen im Fahrwerk 383
4.1 Starrachsen 385
4.1.1 De Dion Achse: angetriebene Starrachse 387
4.1.2 Starrachsen mit Längsblattfederführung 387
4.1.3 Starrachsen mit Längs und Querlenker 388
4.1.4 Starrachsen mit Zentralgelenk und Querlenkerführung (Deichselachse) 389
Inhaltsverzeichnis XV
4.2 Halbstarrachsen 390
4.2.1 Verbundlenkerachsen 390
4.2.1.1 Torsionskurbelachse 391
4.2.1.2 Verbundlenkerachse 392
4.2.1.3 Koppellenkerachse 392
4.2.2 Dynamische Verbundachse 392
4.3 Einzelradaufhängung 393
4.3.1 Kinematik der Einzelradaufhängung 393
4.3.2 Vorteile der Einzelradaufhängungen 395
4.3.3 Einzelradaufhängungen mit einem Lenker 395
4.3.3.1 Längslenker Einzelradaufhängungen 396
4.3.3.2 Schräglenker Einzelradaufhängungen 397
4.3.3.3 Schraublenker Einzelradaufhängungen 398
4.3.4 Einzelradaufhängungen mit zwei Lenkern 398
4.3.4.1 Quer Längs Pendelachsen 398
4.3.4.2 Trapezlenker mit einem Querlenker (Audi 100 Quattro) 399
4.3.4.3 Trapezlenker mit einem flexiblen Querlenker (Porsche Weissachachse) 399
4.3.5 Einzelradaufhängungen mit drei Lenkern 399
4.3.5.1 Zentrallenker Einzelradaufhängung 399
4.3.5.2 Doppelquerlenker Einzelradaufhängungen 400
4.3.6 Einzelradaufhängungen mit vier Lenkern 402
4.3.6.1 Mehrlenker Einzelradaufhängungen an Hinterachsen 402
4.3.6.2 Mehrlenkerachsen durch Auflösung der unteren 3 Punkt Lenker der
DQL Achse 403
4.3.6.3 Trapezlenkeraufhängung (Integrallenker) 403
4.3.6.4 Zwei Längs und zwei Querlenker 404
4.3.6.5 Ein Längs und drei Querlenker 404
4.3.6.6 Ein Schräg und drei Querlenker 405
4.3.7 Einzelradaufhängungen mit fünf Lenkern 405
4.3.7.1 Fünflenker Vorderachsaufhängung
(mit zwei aufgelösten 3 Punkt Lenkern der DQL) 405
4.3.7.2 Fünflenker Hinterachsaufhängung (Raumlenker) 406
4.3.8 Federbein Einzelradaufhängungen 407
4.4 Einzelradaufhängungen der Vorderachse 410
4.4.1 Forderungen an die Vorderachsaufhängungen 410
4.4.2 Komponenten der Vorderachse 411
4.4.3 Bauarten der Vorderachse 411
4.4.3.1 McPherson Achse mit Verbindungstraverse 411
4.4.3.2 McPherson Aufhängung mit optimiertem unteren Lenker 412
4.4.3.3 McPherson Aufhängung mit aufgelöstem unteren Lenker 412
4.4.3.4 McPherson mit doppeltem Radträger 412
4.4.3.5 Doppelquerlenker mit aufgelösten Lenker 413
4.5 Einzelradaufhängungen der Hinterachse 413
4.5.1 Forderungen an die Hinterachse 413
4.5.2 Komponenten der Hinterachse 413
4.5.3 Bauarten der Hinterachse 413
4.5.3.1 Nicht angetriebene Hinterachse 413
4.5.3.2 Angetriebene Hinterachse 414
4.5.4 ULSAS Benchmark für Hinterachsen 414
4.6 Konstruktionskatalog als Auswahlhilfe für die Achstypen 415
4.7 Gesamtfahrwerk 415
4.7.1 Zusammenspiel von Vorder und Hinterachse 415
4.8 Radaufhängungen der Zukunft 417
4.8.1 Achstypen der letzten 20 Jahren 417
4.8.2 Häufigkeit der aktuellen Achstypen 417
4.8.3 Die zukünftigen Achstypen (Tendenzen) 417
XVI Inhaltsverzeichnis
5 Fahrkomfort 421
5.1 Grundlagen, Mensch und NVH 421
5.1.1 Begriffe und Definitionen 421
5.1.2 Schwingungs und Geräuschquellen 422
5.1.3 Wahrnehmungsgrenzen des Menschen 423
5.1.4 Das Wohlbefinden des Menschen 424
5.1.5 Maßnahmen gegen Schwingungen und Geräusche 425
5.2 Gummiverbundteile 426
5.2.1 Funktion der Gummiverbundteile 426
5.2.1.1 Kräfte übertragen 426
5.2.1.2 Definierte Bewegungen ermöglichen 426
5.2.1.3 Geräusche isolieren 427
5.2.1.4 Schwingungen dämpfen 427
5.2.2 Elastomer spezifische Definitionen 428
5.2.2.1 Kennlinien 428
5.2.2.2 Dämpfung 428
5.2.2.3 Setzung 429
5.3 Aggregatelager 430
5.4 Hülsenlager (Gummilager) 434
5.5 Gleitlager 435
5.6 Hydraulisch dämpfende Buchsen 436
5.7 Achsträgerlager (Hilfsrahmenlager) 439
5.8 Federbeinstützlager, Dämpferlager 441
5.9 Verbundlenkerlager 442
5.10 Zukünftige Bauteilausführungen 443
5.10.1 Sensorik 444
5.10.2 Schaltbare Fahrwerklager 444
5.11 Berechnungsmethoden 445
5.12 Akustische Bewertung von Gummiverbundteilen 446
6 Fahrwerkentwicklung 449
6.1 Entwicklungsprozess 449
6.2 Projektmanagement (PM) 455
6.3 Planungs oder Definitionsphase 455
6.3.1 Zielwertkaskadierung 456
6.4 Konzeptphase 457
6.5 Virtuelle Simulation 457
6.5.1 Software für die Mehrkörpersimulation (MKS) 458
6.5.1.1 Aufbau von MKS Fahrwerksmodellen mit ADAMS/Car 458
6.5.1.2 CAD Fahrwerkmodell und Mehrkörpersystem 458
6.5.1.3 Mehrkörpersimulation mit starren und flexiblen MKS 459
6.5.1.4 Mehrkörpersimulation mit Gesamtfahrzeug , Fahrwerk und Achsmodellen 460
6.5.1.5 Einfluss der Fertigungstoleranzen auf die kinematischen Kennwerte 461
6.5.2 Software für Finite Elemente Methode (FEM) 462
6.5.2.1 Klassifizierung der Analysen 462
6.5.2.2 Festigkeitsanalysen 463
6.5.2.3 Steifigkeitsanalysen 463
6.5.2.4 Eigenfrequenzanalysen 464
6.5.2.5 Lebensdauer Betriebsfestigkeit 464
6.5.2.6 Crash Simulationen 464
6.5.2.7 Topologie und Formoptimierung 465
6.5.2.8 Simulation der Fertigungsverfahren 465
6.5.3 Vollfahrzeugsimulation 466
6.5.3.1 Fahrdynamiksimulation 466
6.5.3.2 Kinematik/Elastokinematik 466
6.5.3.3 Standard Lastfälle 468
6.5.3.4 MKS Modellverifikation 468
Inhaltsverzeichnis XVII
6.5.3.5 NVH 469
6.5.3.6 Loadmanagement (Lastenkaskadierung vom System zur Komponente) 470
6.5.3.7 Vollfahrzeug Betriebsfestigkeitssimulation 474
6.5.3.8 Fahrdynamischer Fingerprint 474
6.5.3.9 Auslegung der Elastokinematik nach der regelungstechnischen Methode 475
6.5.4 Software zur 3D Modellierung CAD 476
6.5.5 Integrierte Simulationsumgebung 477
6.5.5.1 Kinematische Analyse: Basistool ABE 477
6.5.5.2 Virtuelle Produktentwicklungsumgebung 481
6.6 Serienentwicklung und Absicherung 482
6.6.1 Konstruktion 482
6.6.1.1 Bauteilkonstruktion 483
6.6.1.2 Bauraum „Package" 484
6.6.1.3 Fehlermöglichkeits und Einflussanalyse 485
6.6.1.4 Toleranzuntersuchungen 485
6.6.2 Validierung 485
6.6.2.1 Prototypen 485
6.6.2.2 Validierung am Prüfstand 486
6.6.2.3 Straßen Simulationsprüfstand (SSP) 488
6.6.3 Validierung am Gesamtfahrzeug 489
6.6.4 Optimierung und Abstimmung 490
6.7 Entwicklungsaktivitäten während der Serienproduktion 490
6.8 Ausblick und Zusammenfassung 491
7 Systeme im Fahrwerk 493
7.1 Elektronik im Fahrwerk 493
7.2 Elektronische Fahrwerkregelsysteme 493
7.2.1 Domänenaufteilung 493
7.2.2 Längsdynamik Schlupfregelung 494
7.2.2.1 Bremse 494
7.2.2.2 Elektronisch geregeltes Längsdifferenzial 494
7.2.2.3 Torque on Demand Verteilergetriebe 494
7.2.2.4 Elektronisch geregeltes Achsdifferenzial 495
7.2.2.5 Achsgetriebe zur Quermomentverteilung 496
7.2.3 Querdynamikregelsysteme 497
7.2.3.1 Elektrolenkung 497
7.2.3.2 Überlagerungslenkung 498
7.2.3.3 Aktive Hinterachslenkung 498
7.2.3.4 Aktive Hinterachskinematik 498
7.2.4 Vertikaldynamikregelsysteme 499
7.2.4.1 Variable Dämpfer 499
7.2.4.2 Aktiver Stabilisator 500
7.2.4.3 Niveauregulierung 501
7.2.5 Sicherheitsanforderungen 502
7.2.6 Bussysteme 503
7.2.6.1 CAN Bus 503
7.2.6.2 FlexRay 503
7.3 Systemvernetzung 503
7.3.1 Fahrdynamikregelung 503
7.3.2 Torque Vectoring 505
7.3.3 Vertikaldynamikmanagement 506
7.4 Funktionsintegration 506
7.4.1 Architektur 506
7.4.2 Standardschnittstellen 507
7.4.3 Intelligente Steller 508
XVIII Inhaltsverzeichnis
7.5 Simulation Fahrwerkregelsysteme 508
7.5.1 Simulationsmodelle 508
7.5.2 Hardware in the loop Simulation 510
7.6 Mechatronische Fahrwerksysteme 511
7.6.1 Längsdynamiksysteme 511
7.6.1.1 Antriebssysteme 511
7.6.1.2 Bremssysteme 514
7.6.2 Querdynamiksysteme 516
7.6.2.1 Vorderradlenkung 516
7.6.2.2 Hinterradlenkung 517
7.6.2.3 Wankstabilisierungssysteme 521
7.6.2.4 Aktive Kinematik 524
7.6.3 Vertikaldynamiksysteme 526
7.6.3.1 Anforderungen an die Vertikalsysteme 526
7.6.3.2 Einteilung der Vertikalsysteme 526
7.6.3.3 Dämpfungssysteme 528
7.6.3.4 Niveauregulierungssysteme 531
7.6.3.5 Aktuelle aktive Federungssysteme 532
7.6.3.6 Voll aktive, integrierte Fahrwerksysteme 535
7.6.3.7 Lagersysteme 537
7.7 X by wire 539
7.7.1 Steer by wire 539
7.7.2 Brake by wire 540
7.7.2.1 Elektrohydraulische Bremse (EHB) 540
7.7.2.2 Elektromechanische Bremse (EMB) 541
7.7.2.3 Elektromechanische Bremse von Teves 541
7.7.2.4 Radialbremse 542
7.7.2.5 Keilbremse 543
7.7.3 Leveling by wire 544
7.8 Fahrerassistenzsysteme 545
7.8.1 Bremsassistenz 546
7.8.1.1 Sicherheitsrelevante Bremsassistenz 546
7.8.1.2 Komfortorientierter Bremsassistenz 547
7.8.1.3 Anforderungen der Bremsassistenz 547
7.8.2 Distanzassistenz 547
7.8.3 Lenkassistenz 548
7.8.3.1 Lenkassistenz durch Anpassung der Unterstützungskraft 549
7.8.3.2 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerhandmoments 549
7.8.3.3 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerlenkwinkels 550
7.8.3.4 Zusammenfassung 551
7.8.4 Einparkassistenz 551
7.8.4.1 Einführung 551
7.8.4.2 Parklückenerkennung 551
7.8.4.3 Einparkvorgang 552
7.8.4.4 Lenkaktuator 553
8 Zukunftsaspekte des Fahrwerks 557
8.1 Fahrwerkkonzepte Fokussierung auf den Kundenwert 557
8.1.1 Auslegung des Fahrverhaltens 557
8.1.2 Diversifizierung der Fahrzeugkonzepte Stabilisierung der Fahrwerkskonzepte 559
8.1.2.1 Vorderachsen, Stand 2004 559
8.1.2.2 Hinterachsen, Stand 2004 560
8.1.3 Fahrwerkbestandteile der Zukunft 560
8.1.3.1 Achsantrieb der Zukunft 560
8.1.3.2 Bremse der Zukunft 561
8.1.3.3 Lenkung der Zukunft 561
8.1.3.4 Federung der Zukunft 561
Inhaltsverzeichnis XIX
8.1.3.5 Dämpfung der Zukunft 561
8.1.3.6 Radfiihrung der Zukunft 561
8.1.3.7 Radlager der Zukunft 561
8.1.3.8 Reifen und Räder der Zukunft 561
8.2 Elektronische Fahrwerksysteme 561
8.2.1 Elektronische Hilfssysteme und Vernetzung 561
8.2.2 Vernetzung von Fahrwerksregelungssystemen 562
8.2.2.1 Friedliche Koexistenz 562
8.2.2.2 Integrale Regelung 563
8.2.2.3 Vernetzte Regelung 563
8.2.2.4 Leistungsfähigkeit 563
8.2.2.5 Systemsicherheit 564
8.2.2.6 Entwicklungsprozess 564
8.2.2.7 Anforderungen an die Datenübertragung 565
8.2.2.8 Zusammenfassung 565
8.3 X by wire Systeme der Zukunft 565
8.4 Vorausschauende und intelligente Fahrwerke der Zukunft 566
8.4.1 Fahrzeugsensorik 566
8.4.2 Aktuatorik 567
8.4.3 Vorausschauendes Fahren 568
8.5 Hybridfahrzeuge 570
8.6 Selbstfahrendes Chassis, Rolling/Driving Chassis 571
8.7 Autonomes Fahren in der Zukunft? 572
8.8 Zukunftsszenarien für das Auto und sein Fahrwerk 573
8.9 Ausblick 576
Sachwortverzeichnis 579 |
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