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Februar 2012
Alexandra Niersmann
Modellbasierte Fahrwerkauslegung und -optimierung
Die Auslegung des Fahrverhaltens, bestehend aus der Harmonisierung des Zielkonfliktes zwischen Fahrsicherheit und Fahrkomfort, ist eine der wichtigsten Anforderungen bei der Fahrzeugentwicklung. Die Basis hierfür ist eine gezielte Abstimmung der Fahrwerkcharakteristik, abhängig von Fahrzeugtyp, Markenphilosophie und weiteren wirtschaftlichen und technischen Randbedingungen.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich vor diesem Hintergrund mit der Generierung einer Fahrwerk-Entwicklungsumgebung, die unter Berücksichtigung der verfügbaren Informationen im Produktentstehungsprozess und der Realisierbarkeit hinsichtlich Rechenzeit und Algorithmik, eine transparente, automatische und individuell-optimale Auslegung des Fahrwerks ermöglicht. Durch die Integration und Weiterentwicklung bekannter Methoden zur virtuellen Produktentwicklung wird dabei neues Potential erschlossen, um der Vision einer automatisierten, modellbasierten Fahrzeugentwicklung näher zu kommen.
Maßgeblich für die Realisierung sind die Wahl der Modellbeschreibung und -rechenalgorithmik in Verbindung mit der Zieldefinition für die Auslegung sowie der Ausführung und Verknüpfung des Optimierungsverfahrens. Die gewählte Modellierung als Beschreibung mittels Mehrkörpersystemen ermöglicht die Verknüpfung von Modell und Konstruktion der Achse. Die selektierte Modellumgebung in der Software Dymola bietet dabei Vorteile aufgrund des Verfahrens zur Gleichungslösung, der Implementierbarkeit von Schnittstellen zu anderen Programmierumgebungen sowie der Modularität des Modellaufbaus.
Die Parametrierung der Radaufhängung, d. h. der Anlenkpunkte und Elastizitäten, wird vom Optimierungsalgorithmus variiert, um das Modell- an das Zielverhalten iterativ und adaptiv anzunähern. Charakteristisch für das entwickelte Verfahren kann das Zielverhalten hier zweistufig auf Achs- und auf Fahrzeugebene definiert werden.
Auf Fahrwerkebene werden die Ziele der Auslegung als definierte Radstellungsänderungen bei verschiedenen Belastungsarten beschrieben, während die Anwendung im Gesamtfahrzeug die fahrdynamische Abstimmung des Fahrwerks in Verbindung mit den Aufbaueigenschaften des Pkw umsetzt. Hierbei wird das Verfahren an selektierten Fahrmanövern und Kennparametern gezeigt.
Die Definition der Zieleigenschaften wird für beide Auslegungsebenen vorgestellt, die Ausprägung und Wichtung der Werte ist jedoch fahrzeugindividuell den Randbedingungen anzupassen. Die modellbasierte Fahrwerkauslegung und -optimierung ist vor diesem Hintergrund als Auslegungsumgebung zu sehen, die einen Prozess schafft, der hinsichtlich der integrierten Ziele und Fahrmanöver modular erweiterbar ist. Die Anwendbarkeit, Eigenschaften und Grenzen des generierten Prozesses werden im Rahmen der Arbeit gezeigt und diskutiert.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich vor diesem Hintergrund mit der Generierung einer Fahrwerk-Entwicklungsumgebung, die unter Berücksichtigung der verfügbaren Informationen im Produktentstehungsprozess und der Realisierbarkeit hinsichtlich Rechenzeit und Algorithmik, eine transparente, automatische und individuell-optimale Auslegung des Fahrwerks ermöglicht. Durch die Integration und Weiterentwicklung bekannter Methoden zur virtuellen Produktentwicklung wird dabei neues Potential erschlossen, um der Vision einer automatisierten, modellbasierten Fahrzeugentwicklung näher zu kommen.
Maßgeblich für die Realisierung sind die Wahl der Modellbeschreibung und -rechenalgorithmik in Verbindung mit der Zieldefinition für die Auslegung sowie der Ausführung und Verknüpfung des Optimierungsverfahrens. Die gewählte Modellierung als Beschreibung mittels Mehrkörpersystemen ermöglicht die Verknüpfung von Modell und Konstruktion der Achse. Die selektierte Modellumgebung in der Software Dymola bietet dabei Vorteile aufgrund des Verfahrens zur Gleichungslösung, der Implementierbarkeit von Schnittstellen zu anderen Programmierumgebungen sowie der Modularität des Modellaufbaus.
Die Parametrierung der Radaufhängung, d. h. der Anlenkpunkte und Elastizitäten, wird vom Optimierungsalgorithmus variiert, um das Modell- an das Zielverhalten iterativ und adaptiv anzunähern. Charakteristisch für das entwickelte Verfahren kann das Zielverhalten hier zweistufig auf Achs- und auf Fahrzeugebene definiert werden.
Auf Fahrwerkebene werden die Ziele der Auslegung als definierte Radstellungsänderungen bei verschiedenen Belastungsarten beschrieben, während die Anwendung im Gesamtfahrzeug die fahrdynamische Abstimmung des Fahrwerks in Verbindung mit den Aufbaueigenschaften des Pkw umsetzt. Hierbei wird das Verfahren an selektierten Fahrmanövern und Kennparametern gezeigt.
Die Definition der Zieleigenschaften wird für beide Auslegungsebenen vorgestellt, die Ausprägung und Wichtung der Werte ist jedoch fahrzeugindividuell den Randbedingungen anzupassen. Die modellbasierte Fahrwerkauslegung und -optimierung ist vor diesem Hintergrund als Auslegungsumgebung zu sehen, die einen Prozess schafft, der hinsichtlich der integrierten Ziele und Fahrmanöver modular erweiterbar ist. Die Anwendbarkeit, Eigenschaften und Grenzen des generierten Prozesses werden im Rahmen der Arbeit gezeigt und diskutiert.
Schlagwörter: Fahrwerk; Auslegungsmethodik; Mehrkörpersimulation
Schriftenreihe des Instituts für Fahrzeugtechnik TU Braunschweig
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Ferit Küçükay, Braunschweig
Band 30
Export bibliographischer Daten
Shaker Verlag GmbH
Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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