Ein Beitrag zur objektiven Bewertung der dynamischen Eigenschaften von Luftfedern

Boyraz, Emre GND

Das Fahrverhalten eines Sportwagens wird insbesondere durch seine fahrdynamischen Eigenschaften geprägt. Sportwagen-Kunden haben eine hohe Erwartungshaltung an das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Um dem Anspruch, alltagstaugliche Sportwagen zu bauen, gerecht zu werden, ist neben der Performance der Komfort eine entwicklungsrelevante Zielgröße. Um diese Spreizung zu realisieren, treten bei der Entwicklung von Fahrwerksystemen vermehrt mechatronische Komponenten in den Vordergrund.
Diese versprechen zum einen eine bestmögliche Auflösung des Zielkonflikts von Performance und Komfort und zum anderen weisen sie einen hohen Komplexitätsgrad und Erprobungsaufwand auf. Demgegenüber steht der konträre Wunsch, die Entwicklungszeit und –kosten stetig zu reduzieren.

Ziel der Arbeit ist das Erforschen von Möglichkeiten, um den subjektiven Abstimmprozess von mechatronischen Luftfedersystemen in einer Entwicklung zu unterstützen. Hierfür sollte das Verständnis der dynamischen Eigenschaften von Luftfedern und deren Auswirkung auf den Fahrkomfort erhöht werden.
Der Einsatz von objektiven Methoden in einer Versuchs- oder Simulationsumgebung bietet eine Möglichkeit, im Fahrzeugentwicklungsprozess das Fahrverhalten von Fahrzeugen oder die dynamischen Eigenschaften von Fahrwerkkomponenten eindeutig und reproduzierbar zu beschreiben. In diesem Zusammenhang treten bei der Entwicklung von Luftfedersystemen vermehrt Prüfstands- und Simulationsuntersuchungen in den Fokus.

In der vorliegenden Arbeit werden für die Beschreibung des Fahrkomforts und für die Charakterisierung von Luftfedern bereits bestehende Methoden und Normen aus der Literatur herangezogen und erweitert.
In einer experimentellen Untersuchung werden drei Luftfedervarianten zunächst im Fahrzeug und anschließend am Prüfstand objektiv charakterisiert. Durch den Einsatz von statistischen Verfahren werden die beiden Untersuchungen verknüpft, um die Auswirkungen der Luftfedervarianten auf den Fahrkomfort zu analysieren. Dabei wird festgestellt, dass neben der Steifigkeit auch die Dämpfungseigenschaft der Luftfeder eine besondere Bedeutung für den Fahrkomfort des Fahrzeugs hat.

Um das Verständnis der dynamischen Eigenschaften von Luftfedern zu erhöhen, wird die numerische Simulation in Betracht gezogen. Dabei wird durch den Entwurf eines Luftfedersimulationsmodells, welches mit den Prüfstandsergebnissen validiert wird, eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Innerhalb dieser wird deutlich, welche Parameter für das Erzielen eines guten Fahrkomforts der Luftfeder entscheidend sind.

The driving behaviour of a sports car is mainly characterized by its driving dynamics features. Especially sports car customers have extremely high expectations regarding the driving behaviour. To ensure everyday useability of sports cars, driving comfort besides the performance is another fundamental development target, which classically induces a trade-off.
To circumvent this trade-off, mechatronic components are increasingly used while developing chassis systems. On the one hand this procedure enables a better resolution of the target figure concerning performance and comfort, on the other hand it exhibits more complexity and introduces additional test requirements.
This is contrary to the typical desire of reducing development expenses and the required development time.

The aim of this study is to explore possibilities to support the primarily subjective calibration of mechatronic air spring systems during the development process. For this purpose, first of all, the understanding of the dynamic characteristics of air springs and its effect on ride comfort need to be enhanced.
Objective methods in test or simulation environments offer a possibility to describe the driving behaviour or the dynamic characteristics of chassis components in a clearly and reproducibly manner. For this purpose, test rig and simulation analysis become a main focus to further develop air spring systems.

In this study, existing methods and norms from the literature are used and extended to characterise the ride comfort and air springs in general. In an experimental study, three types of air springs are objectively characterised in the vehicle and on the test rig.
Using statistical methods, both investigations are intertwined to analyse the effects of the air spring variations on the ride comfort. The analysis shows, that in addition to the stiffness of an air spring its damping characteristics have a significant impact on the ride comfort of the vehicle.

In order to increase the understanding of the dynamic properties of an air spring, the numeric simulation is considered as well. A sensitivity analysis of an air spring simulation model is developed, which is validated in addition to the test rig results. This analysis shows, which parameters are relevant for achieving a good ride comfort of a vehicle.

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Boyraz, Emre: Ein Beitrag zur objektiven Bewertung der dynamischen Eigenschaften von Luftfedern. 2019.

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