Drift-Effekte in der nabenkrafterregten Kraftfahrzeugsimulation

Zusammenfassung

Bei der Auslegung von Kraftfahrzeugkomponenten spielen möglichst realitätsnahe Belastungen als Eingangsgrößen für Festigkeits- und Lebensdauerberechnungen eine wichtige Rolle. Da bei gegebener Fahrbahngeometrie der derzeitige Entwicklungsstand von Reifenmodellen noch nicht völlig ausreichend zur entsprechend genauen Ermittlung des Lastpfads ist, werden häufig auch physische Lastdatenmessungen bei realen Messfahrten durchgeführt, und die gemessenen Radnabenkräfte und -momente werden anschließend in einer Simulation auf ein Fahrzeugmodell ohne Reifen aufgebracht. Um ein Abdriften dieses Modells aufgrund von unvermeidbaren Bauzustandsabweichungen, Parametrierungs-, Mess- und Numerikfehlern zu verhindern, ist eine künstliche Bindung an die Umgebung erforderlich, welche jedoch ebenfalls die virtuellen Bewegungen der Fahrzeugkomponenten und somit die berechneten Bauteil-Schnittgrößen etwas verändert.

In dieser Arbeit werden anhand eines Halbfahrzeugmodells die wesentlichsten dabei auftretenden Effekte untersucht und sowohl eine Aufbau-Fesselung durch Feder/Dämpfer-Elemente als auch eine Führung durch eine Regelung betrachtet. Es erweist sich, dass durch fahrbahnspezifische Optimierung der entsprechenden Fesselungs- bzw. Regelungsparameter auf beiden Wegen gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Bewegungen erzielt werden kann, wobei die hier betrachtete Regelung nur marginal bessere Ergebnisse liefert. Weiters wird die Sensitivität der Ergebnisse bezüglich Variationen der Fahrzeugparameter im nabenkrafterregten Modell untersucht, wobei sich zeigt, dass Änderungen der Aufbaumasse signifikant größeren Einfluss haben als solche des aufwendig zu bestimmenden Aufbauträgheitsmoments sowie der Feder- und Dämpfercharakteristiken.

Abstract

In designing vehicle components one has to use loads as realistic as possible as inputs for strength verifications and fatigue analyses. Since for given road surface geometry the performance of recent tyre-models is still not entirely sufficient for calculating the load path with appropriate accuracy, often measurements of wheel-forces and -moments at test-runs are performed also, and these wheel-forces and -moments then are used as inputs for simulations using a vehicle-model without tyres. To suppress a drift of this model due to inevitable deviations regarding vehicle set-up, parameterization-, measurement- and numerical errors, an artificial constraint is necessary, which however also influences somewhat the virtual motions of the vehicle components and therefore the calculated internal forces, too.

Based on a half-car model, in this investigation the most essential effects in this context are studied, and constraining the car body by both spring/damper-elements and a controller is considered. It is shown that by a road-type specific optimization of the respective spring/damper or controller parameters in both ways a pretty good coincidence of measured and calculated motions of the vehicle components can be achieved, with an only marginally better performance of a controller. Moreover, the sensitivity of the results with respect to variations of the vehicle parameters in the wheel-force excited model is studied, and one finds that variations of the mass of the vehicle body are significantly more relevant than those of the moment of inertia of the vehicle body (the determination of which is rather involved), and altering the vehicle’s spring- and damper-characteristics is of minor influence, too.