Messsystem zur Erfassung von Fahrzeugradkräften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das beschaffte Forschungsgroßgerät "Messsystem zur Erfassung von Fahrzeugradkräften" wird an der Hochschule Osnabrück im Rahmen von Drittmittelprojekten in einer ersten Anwendung für Betriebslastenmessungen in Fahrversuchen eingesetzt, die eine wichtige Grundlage für die Auslegung bzw. Optimierung von Fahrwerkkomponenten bilden. Diese Betriebslasten bzw. daraus resultierende Beanspruchungs-Zeit- Funktionen sind in erster Linie dafür erforderlich, die realen Belastungen zu ermitteln, die auf die Fahrzeugräder im Fahrversuch wirken, um daraus die Bauteilbelastungen einzelner Fahrwerkkomponenten abzuleiten. Dies erfolgt einerseits mit Unterstützung von Dehnungsmessstreifen, die auf ausgewählte Fahrwerkkomponenten appliziert werden. Zusammen mit den erfassten Radkräften kann so eine Messstellenplausiblilisierung bzw. -validierung erfolgen. Weiterhin kann mit Unterstützung durch ein Finite-Elemente- und ein MKS-Modell zusammen mit den zuvor im Fahrversuch ermittelten Radkräften auf die Bauteilbelastungen geschlossen werden. Das Projektziel bestand zum einen darin, einen Betriebsfestigkeitsnachweis von Fahrzeugen mit Serien-Fahrwerkbauteilen zu erbringen, bei denen nachträglich Umbaumaßnahmen oder auch Auflastungen stattgefunden haben. Gemäß einer Richtlinie gilt es, die erhöhte Belastung einzelner Fahrwerkbauteile gegenüber dem Serienzustand zu ermitteln und definierte Grenzwerte nicht zu überschreiten. Zum anderen wurden neue belastungsangepasste Fahrwerkbauteile entwickelt mit dem Ziel einer Gewichtseinsparung, die durch andere Fertigungsverfahren in Verbindung mit anderen Werkstoffen und einer Gestaltoptimierung der Bauteile erreicht werden kann. Eine zweite Anwendung des Forschungsgroßgerätes im Rahmen der durchgeführten Drittmittelprojekte ergab sich aus der Ermittlung von Lastkollektiven aus den Radkräften bzw. Belastungen der Fahrwerkbauteile im Fahrbetrieb für den Einsatz auf dem servohydraulischen Prüfstand. Diese Lastkollektive werden mittels Hydropulszylinder auf die zu testenden Fahrwerkbauteile aufgebracht, um damit den Betriebsfestigkeitsnachweis zu erbringen. Es ist wichtig, die auf ein Fahrwerkbauteil wirkenden Belastungen möglichst genau zu kennen, um ein möglichst realitätsnahes Lastkollektiv sowie daraus folgend einen möglichst realitätsnahen Bauteiltest auf dem Prüfstand durchzuführen. Dazu muss vor jeder Durchführung einer Betriebsfestigkeitserprobung überprüft werden, ob das generierte Prüfsignal auch die gleiche Schädigung am Fahrzeug wie im realen Betrieb hervorruft. Die berechnete Schädigung und der Mittelwert des Signalfehlers geben Aufschluss über die Qualität des Prüfsignals. Für neu entwickelte Fahrwerkbauteile im Rahmen durchgeführter Projekte ergab sich so die Möglichkeit, Betriebsfestigkeitsuntersuchungen einzeln und unabhängig vom Fahrzeug und von der Einbausituation durchzuführen. Eine dritte Anwendung beinhaltete die Erfassung und Verbesserung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs. Die Erfassung der Radkräfte im Fahrversuch zusammen mit den Fahrzeugbewegungen (Nicken, Wanken, Gieren) aufgrund eines durchgeführten Fahrmanövers (Lenken, Bremsen, Beschleunigen) durch definierte Fahrversuche liefert zunächst einen umfassenden Zusammenhang der Fahrzeugreaktion aufgrund einer Fahreraktion. In einem nächsten Schritt kann durch Einflussnahme z.B. auf die Fahrzeugaufbaudämpfung oder die Reifeneigenschaften das Fahrverhalten verbessert werden. Neben dem Einsatz des Forschungsgroßgerätes im Fahrversuch konnte auch ein Beitrag zur Ermittlung von Reifenkennlinien auf dem Rollenprüfstand geleistet werden. Bei einem gefesselten Fahrzeugaufbau und der Erfassung der Radkräfte in Verbindung mit den Schräglaufwinkeln eines Reifens konnten die charakteristischen Reifenkennlinien ermittelt werden. Nicht zuletzt wurde das Forschungsgroßgerät dazu eingesetzt, eine Validierung der Ergebnisse in einer Fahrdynamiksimulation zu ermöglichen. Das Ziel bestand darin, die Anzahl der realen Fahrversuche zur Beurteilung und Optimierung der Fahrdynamik zu reduzieren, indem zunächst ein Abgleich der realen Fahrmanöver mit den virtuellen Fahrten in der Fahrdynamiksimulation erfolgte. Eine besondere Herausforderung bestand darin, das Fahrzeugmodell so anzupassen, dass die Eigenschaften des betrachteten Fahrzeugs möglichst realitätsnah abgebildet werden. Hierzu zählen insbesondere das Feder-Dämpfer-System, Karosserieeigenschaften, die Radhub- und Elastokinematik sowie die Reifeneigenschaften. Ist die Validierung des Simulationsmodells durch den Abgleich erfolgt, so können Optimierungen am Fahrzeug zunächst virtuell erfolgen, um die Auswirkungen auf das Fahrverhalten in der Simulation zu beurteilen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- E-Cars F&E: Innovative Technologien. Fachtagung Zukunftsfragen Energie - Elektrofahrzeuge - Mobilitätskonzepte - Klimaschutz, Zentrum für Umweltkommunikation ZUK, Osnabrück, 11.09.2012
Austerhoff, N.; Pfisterer, H.-J.
- Klebstoffe übernehmen dämpfende Aufgaben. ATZ/MTZ Fachbuch, S. 38-43, Springer Verlag, 2014
Austerhoff, N.; Büscher, A.; Schäfers, C.
