Das Wahlfach Fahrwerk-Simulation beschäftigt sich mit rechnerunterstützter Fahrwerksentwicklung. Als Simulationssoftware wird ADAMS/Car von der Firma MSC Software Corp. eingesetzt. Diese ermöglicht die Simulation realer Fahrversuche im Rechner. Dabei ist die Art des Fahrzeugs genauso beliebig, wie der durchzuführende Test. Durch die Zusammenarbeit von MSC mit weltweit führenden Automobilherstellern lassen sich die Simulationsergebnisse auch in die Realität umsetzen. Mithilfe eines ADAMS-Tutorials des Labors für Fahrwerk-/Simulationstechnik der FH Köln konnte man sich Grundkenntnisse für die Bearbeitung der Projektaufgaben aneignen. Danach erhielt jede Gruppe die Aufgabe, an einem Achstyp mehrere Versuche durchzuführen, sowie eine Gesamtfahrzeuganalyse. Eine genaue Erläuterung der Aufgabenstellung befindet sich im folgenden Abschnitt. An einer Verbundlenkerachse sollen folgende Veränderungen untersucht werden: Ausgehend von der Ausgangsstellung der Federn und Dämpfer soll eine 20°- Neigung nach vorne bzw. hinten (in z-x-Ebene) sowie nach innen bzw. außen (in z-y- Ebene) durchgeführt werden. Für diese 5 verschiedenen Konfigurationen soll dann mit ADAMS/Car eine parallele und eine wechselseitige Einfederung durchgeführt werden. Die daraus ermittelten charakteristischen Verläufe von Sturz, Nachlauf, Spurwinkel, Spurweitenänderung und Rollzentrumslage sollen dargestellt und analysiert werden. Das Standardfahrzeug von ADAMS/Car soll sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterachse auf eine McPherson-Federbein-Achse umgerüstet werden. Es sollen 2 Fahrversuche durchgeführt werden, zunächst die Konstante Kreisfahrt mit Kreisradius 50m im Bereich 0,5 g. Hierbei sollen Lenkwinkel, Schwimmwinkel und Schräglaufwinkel über der Querbeschleunigung aufgetragen werden und analysiert werden. Danach soll ein Lenkwinkelsprung mit einer Lenkgeschwindigkeit von 500 °/s durchgeführt werden. Es sollen die ermittelten zeitlichen Verläufe von Lenkwinkel, Querbeschleunigung, Rollwinkel, Gierwinkelgeschwindigkeit und Schwimmwinkel dargestellt und analysiert werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Aufgabenstellung
2.1 Achsuntersuchung
2.2 Gesamtfahrzeuganalyse
3. Achsuntersuchung
3.1 Verbundlenkerachse
3.1.1 Vorkommen
3.1.2 Allgemeine Beschreibung
3.1.3 Kinematische und elastische Eigenschaften
3.1.3 Vor- und Nachteile der Verbundlenkerachse
3.2 Paralleleinfederung (kinematisch)
3.2.1 Eingabedaten
3.2.2 Diagramme und Analysen
3.2.2.1 Radhub / Sturzwinkel
3.2.2.2 Radhub / Nachlaufwinkel
3.2.2.3 Radhub / Spurwinkel
3.2.2.4 Radhub / Spurweitenänderung
3.2.2.5 Radhub / Rollzentrumslage lateral
3.2.2.6 Radhub / Rollzentrumslage vertikal
3.3 Wechselseitige Einfederung (kinematisch)
3.3.1 Eingabedaten
3.3.2 Diagramme und Analysen
3.3.2.1 Radhub / Sturzwinkel
3.3.2.2 Radhub / Nachlaufwinkel
3.3.2.3 Radhub / Spurwinkel
3.3.2.4 Radhub / Spurweitenänderung
3.3.2.5 Radhub / Rollzentrumslage lateral
3.3.2.6 Radhub / Rollzentrumslage vertikal
4. Gesamtfahrzeuganalyse
4.1 Simulation: Konstante Kreisfahrt
4.1.1 Beschreibung des Fahrverhaltenstests
4.1.2 Eingabedaten
4.1.3 Lenkwinkel / Querbeschleunigung
4.1.4 Schwimmwinkel / Querbeschleunigung
4.1.5.1 Schräglaufwinkel vorne / Querbeschleunigung
4.1.5.2 Schräglaufwinkel hinten / Querbeschleunigung
4.1.5.3 Schräglaufwinkel vorne und hinten / Querbeschleunigung
4.2 Simulation: Lenkwinkelsprung
4.2.1 Beschreibung des Fahrverhaltenstests
4.2.2 Durchführung
4.2.3 Eingabedaten
4.2.4 Stationärwerte
4.2.5 Diagramme und Analysen
4.2.5.1 Normalisierte Reaktionen / Zeit
4.2.5.2 Schwimmwinkel / Zeit
4.2.6 Ermittelte Fahrzeugkennwerte
5. Bemerkungen
5.1 Organisation der Projektarbeit
5.2 Beurteilung von ADAMS/Car
5.3 Probleme mit ADAMS/Car
6. Das Tutorial
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, das Fahrverhalten einer Verbundlenkerachse sowie das eines Gesamtfahrzeugs mittels der Simulationssoftware ADAMS/Car unter variierenden Parametern zu analysieren. Dabei steht die Untersuchung von Fahrwerkseigenschaften unter verschiedenen Feder- und Dämpferkonfigurationen sowie das Fahrverhalten bei stationärer Kreisfahrt und Lenkwinkelsprüngen im Mittelpunkt der Forschungsfrage.
- Kinematische Untersuchung der Verbundlenkerachse durch Parametervariation.
- Analyse von Fahrstabilität und Eigenlenkverhalten bei verschiedenen Bereifungen.
- Evaluierung der Leistungsfähigkeit von ADAMS/Car für die Fahrwerksentwicklung.
- Identifikation und Dokumentation von Software-Besonderheiten bei Simulationsläufen.
Auszug aus dem Buch
3.1.3 Vor- und Nachteile der Verbundlenkerachse
+ geringer Bauraumbedarf
+ leichte Montage und Demontage der ganzen Achse
+ einfache Befestigung der Federdämpfer bzw. Stoßdämpfer und Federn
+ keine Führungslenker oder Stäbe, dadurch
+ geringe Anzahl Bauteile
+ günstige Übersetzung Rad zu Federdämpfer möglich
+ nur 2 Lagerpunkte, die die Federung kaum beeinflussen
+ geringes Gewicht der ungefederte Massen
+ Querträger kann die Aufgabe des Stabilisators mitübernehmen
+ geringe Sturzänderung unter Seitenkräften
+ geringe Vorspur- und Spurweitenänderung beim parallelen und wechselseitigen Federn
+ durch Verlegen des Schubzentrums hereinkonstruierbares Wankuntersteuern
+ günstig liegende Nickpole, die das Anheben des Hecks beim Bremsen verringern
- Neigung zum Seitenkraftübersteuern aufgrund der Lenkerverformung
- Torsions- und Schubspannungen im Querträger
- hohe Beanspruchung der Schweißnähte, dadurch
- festigkeitsmäßige Begrenzung der maximal zulässigen Hinterachslast
- begrenzte kinematische und elastokinematische Möglichkeiten der Radstellungsbeeinflussung
- Festlegung der Lage des Wankzentrums durch Achskinematik und Steifigkeit des Verbundlenkers
- gegenseitige Radbeeinflussung
- schwierige Entkopplung von Schwingungs- und Geräuschanregungen durch die Fahrbahn
- hohe Festigkeitsanforderungen an die Karosserie im Bereich der vorderen Lagerpunkte, an denen komplexe überlagerte Kräfte übertragen werden müssen
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Vorstellung der Aufgabenstellung und des Einsatzes der Simulationssoftware ADAMS/Car im Rahmen des Labors für Fahrwerk-/Simulationstechnik.
2. Aufgabenstellung: Definition der Ziele für die Achsuntersuchung durch Parametervariation sowie die Durchführung von zwei spezifischen Fahrversuchen am Gesamtfahrzeug.
3. Achsuntersuchung: Detaillierte Analyse der Verbundlenkerachse hinsichtlich Kinematik, elastischer Eigenschaften sowie einer systematischen Untersuchung von Modifikationen bei paralleler und wechselseitiger Einfederung.
4. Gesamtfahrzeuganalyse: Untersuchung des Fahrzeugverhaltens bei konstanter Kreisfahrt und Lenkwinkelsprüngen sowie die Bewertung des Einflusses der Bereifung auf die Fahrdynamik.
5. Bemerkungen: Reflexion über die Organisation der Arbeit, kritische Bewertung der Software ADAMS/Car und Dokumentation technischer Probleme bei der Simulation.
6. Das Tutorial: Analyse der Eignung des verwendeten ADAMS-Tutorials und Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Arbeiten.
Schlüsselwörter
ADAMS/Car, Verbundlenkerachse, Gesamtfahrzeuganalyse, Fahrwerkssimulation, Kinematik, Elastokinematik, Kreisfahrt, Lenkwinkelsprung, Fahrstabilität, Untersteuern, Übersteuern, Sturz, Nachlauf, Spurweite, Wankzentrum.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der rechnerunterstützten Entwicklung und Analyse von Fahrwerkskomponenten unter Verwendung der Simulationssoftware ADAMS/Car.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der kinematischen Untersuchung einer Verbundlenkerachse sowie der fahrdynamischen Analyse eines Gesamtfahrzeugs bei verschiedenen Manövern.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Auswertung der Auswirkungen von Parameteränderungen (z.B. Feder- und Dämpferneigung) auf charakteristische Fahrwerkseigenschaften sowie die Beurteilung des Gesamt-Fahrverhaltens.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine numerische Simulation mittels ADAMS/Car durchgeführt, wobei durch Variation von Fahrzeugparametern und anschließende Auswertung der resultierenden Diagramme Erkenntnisse über das Fahrverhalten gewonnen werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine detaillierte kinematische Untersuchung der Hinterachse in verschiedenen Konfigurationen sowie die Auswertung von Fahrdynamiktests wie konstanter Kreisfahrt und Lenkwinkelsprung am virtuellen Gesamtfahrzeug.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Verbundlenkerachse, ADAMS/Car, Kinematik, Fahrstabilität, Kreisfahrt, Lenkwinkelsprung und Untersteuertendenz.
Welche Rolle spielt die Reifenbreite an der Hinterachse für die Ergebnisse?
Die Vergrößerung der Reifenbreite an der Hinterachse wurde als Abhilfemaßnahme eingeführt, um dem kritischen Übersteuern des Fahrzeugs bei Standardbereifung entgegenzuwirken und ein untersteuerndes, sichereres Fahrverhalten zu erreichen.
Welche Softwareprobleme traten während der Simulation auf?
Die Autoren berichten von unstetigen Verläufen in den Ergebnissen, die auf die numerische Anfälligkeit der Software sowie eine fehlerhafte Version des mitgelieferten Achs-Templates zurückzuführen waren.
- Quote paper
- Norman Henkel (Author), 2004, Untersuchung einer Verbundlenkerachse, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/30324
