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Fahrwerkhandbuch

Grundlagen, Fahrdynamik, Komponenten, Systeme, Mechatronik, Perspektiven

VerlagVieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr2011
Seitenanzahl714 Seiten
ISBN9783834881687
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,99 EUR
Trotz aller Unterstützung durch elektronische Steuerungs- und Regelsysteme kommen Pkw-Fahrwerke der neuesten Generation nicht ohne die konventionellen Fahrwerkelemente aus. Mit Blick auf die Fahrdynamik werden in diesem Band die konventionellen Elemente und deren Zusammenwirken mit mechatronischen Systemen dargestellt. Dabei werden zunächst Grundlagen und Auslegung, danach in besonders praxisnaher Darstellung die Fahrdynamik beschrieben. Es folgen ausführliche Beschreibung und Erläuterung der modernen Komponenten. Ein eigener Abschnitt widmet sich den Achsen und Prozessen für die Achsenentwicklung.


Univ.-Prof. Dr.-Ing. i.R. Bernd Heißing leitete über 10 Jahre den Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik an der TU München. Davor war er fast 15 Jahre in leitender Funktion in der Fahrwerkentwicklung bei Audi und im Strategiekreis 'Fahrwerk' des VW Konzerns. Er engagiert sich heute in zahlreichen Forschungsprojekten, bei Tagungen und Kongressen für Fahrwerkthemen.
Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy promovierte über Konstruktionssystematik an der TU Braunschweig und war mehr als 35 Jahre in verschiedenen Firmen an leitender Stelle tätig, davon 22 Jahre für ZF Lemförder, zuletzt als Leiter Vorentwicklung. Ebenfalls ist er Honorarprofessor an der Fachhochschule Osnabrück für Fahrwerktechnik.
Prof. Dr.-Ing. Stefan Gies ist Leiter des Instituts für Kraftfahrwesen Aachen (IKA).


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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Autorenverzeichnis6
Inhaltsverzeichnis8
Abkürzungen20
1 Einleitung und Grundlagen23
1.1 Geschichte, Definition, Bedeutung24
1.1.1 Entstehungsgeschichte24
1.1.2 Definition und Abgrenzung30
1.1.3 Aufgabe und Bedeutung30
1.2 Fahrwerkaufbau31
1.2.1 Fahrzeugklassen31
1.2.2 Antriebskonzepte33
1.2.3 Fahrwerkkonzeption Achsantrieb,36
1.2.4 Trends in der Fahrwerkkonzeption36
1.3 Fahrwerkauslegung38
1.3.1 Anforderungen an das Fahrwerk39
1.3.2 Fahrwerk-Kinematikauslegung41
1.3.3 Kinematik der Radaufhängung41
1.3.3.1 Kenngrößen des Fahrwerks am Fahrzeug41
1.3.3.2 Momentanpole der Radaufhängung43
1.3.3.3 Radhubkinematik44
1.3.3.4 Kenngrößen der Radhubkinematik44
1.3.3.5 Kenngrößen der Lenkkinematik47
1.3.3.6 Kinematische Kennwerte aktueller Fahrzeugsmodelle51
1.3.3.7 Raderhebungskurven51
1.3.3.8 Software zur Radkinematikberechnung54
1.3.4 Elastokinematik und Bauteilelastizitäten der Radaufhängung55
1.3.5 Zielwerte für die Kenngrößen56
1.3.6 Synthese der Radaufhängungen56
Literatur57
2 Fahrdynamik59
2.1 Fahrwiderstände und Energiebedarf60
2.1.1 Fahrwiderstände60
2.1.1.1 Radwiderstände60
2.1.1.2 Anteil der Fahrbahn FR,Tr64
2.1.1.3 Luftwiderstand68
2.1.1.4 Steigungswiderstand68
2.1.1.5 Beschleunigungswiderstand70
2.1.1.6 Gesamtfahrwiderstand71
2.1.2 Seitenwindkräfte71
2.1.3 Leistungsund Energiebedarf74
2.1.4 Kraftstoffverbrauch75
2.2 Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn77
2.2.1 Physik der Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn79
2.2.1.1 Bremsen und Antreiben82
2.2.1.2 Kurvenfahrt84
2.2.2 Reifenkräfte im Detail88
2.2.3 Wirkung der Reifenkräfte auf die Fahrstabilität90
2.3 Längsdynamik91
2.3.1 Anfahren und Bremsen92
2.3.1.1 Bremsnickausgleich92
2.3.1.2 Anfahrnickausgleich93
2.3.1.3 Lastwechsel bei Geradeausfahrt93
2.4 Vertikaldynamik94
2.4.1 Aufbaufedern94
2.4.1.1 Federübersetzung95
2.4.1.2 Eigenfrequenzen95
2.4.2 Schwingungsdämpfer96
2.4.3 Fahrbahn als Anregung97
2.4.3.1 Harmonische Anregungen97
2.4.3.2 Periodische Unebenheiten98
2.4.3.3 Stochastische Unebenheiten98
2.4.3.4 Spektrale Dichte der Fahrbahnunebenheiten99
2.4.3.5 Gemessene, reale Fahrbahnunebenheiten99
2.4.4 Zweimassen Feder-Dämpfersystem mit dem Reifen als Federelement100
2.4.5 Federungsmodelle102
2.4.5.1 Einmassen-Ersatzsystem102
2.4.5.2 Zweimassen-Ersatzsystem102
2.4.5.3 Erweiterung um Sitzfederung103
2.4.5.4 Einspur-Federungsmodell104
2.4.5.5 Zweispur-Federungsmodell105
2.4.6 Parametervariation107
2.4.7 Verknüpfung Fahrbahn–Fahrzeug109
2.4.7.1 Spektrale Dichte der Aufbaubeschleunigung110
2.4.7.2 Spektrale Dichte der Radlastschwankungen111
2.4.8 Menschliche Schwingungsbewertung112
2.4.9 Erkenntnisse aus den113
2.5 Querdynamik114
2.5.1 Anforderungen an das Fahrverhalten114
2.5.2 Lenkkinematik115
2.5.2.1 Statische Lenkungsauslegung116
2.5.2.2 Dynamische Len kungsauslegung116
2.5.3 Fahrzeugmodellierung117
2.5.3.1 Einfaches Einspurmodell117
2.5.3.2 Einfache Betrachtungen Fahrdynamik119
2.5.3.3 Bewegungsvorgänge beim Über- undUntersteuern122
2.5.3.4 Erweitertes Einspurmodell mit Hinterradlenkung122
2.5.3.5 Nichtlineares Einspurmodell124
2.5.3.6 Instationäre Betrachtungen des einfachen Einspurmodells125
2.5.4 Die Regelstrecke „Fahrzeug“ im Regelkreis128
2.5.4.1 Dynamisches Verhalten der Regelstrecke Fahrzeug128
2.5.4.2 Schwimmwinkelkompensation mittels GleiHinterradlenkung131
2.5.5 Frequenzgangbetrachtung bei variierten Fahrzeugkonfigurationen132
2.5.5.1 Variation der Fahrgeschwindigkeit133
2.5.5.2 Variation des Gierträgheitsmomentes133
2.5.5.3 Variation der hinteren Schräglaufsteifigkeit133
2.5.6 Zweispur-Fahrzeugmodellierung134
2.5.7 Parametervariation137
2.5.7.1 Variation der Schwerpunkthöhe (Variante 1)137
2.5.7.2 Variation der Schwerpunktlage inLängsrichtung (Variante 2)138
2.5.7.3 Variation der Wankachse (Variante 3)138
2.5.7.4 Variation der Wankfederverteilung(Variante 4)139
2.5.7.5 Variation des Antriebskonzepts(Variante 5)140
2.6 Allgemeine Fahrdynamik141
2.6.1 Wechselwirkungen zwischen Vertikal-, Längs- und Querdynamik141
2.6.1.1 Vertikalkraftschwankungen141
2.6.2 Kritische Fahrsituationen142
2.6.2.1 Bremsen in der Kurve142
2.6.2.2 Beschleunigte Kurvenfahrt143
2.6.2.3 Lastwechsel in der Kurve144
2.6.2.4 Vertikalanregung durch Fahrbahnunebenheiten bei Kurvenfahrt145
2.6.2.5 Bremsen und Anfahren auf einer inhomogenen Fahrbahnobe (µ-Split)145
2.7 Fahrverhalten146
2.7.1 Beurteilung des Fahrverhaltens147
2.7.2 Fahrmanöver148
2.7.3 Fahrmanöver Parameterraum151
2.7.4 Abstimmungsmaßnahmen153
2.7.4.1 Abstimmungsmaßnahmen zumstationären Lenkverhalten153
2.7.5 Subjektive Fahrverhaltensbeurteilung153
2.7.5.1 Bewertungsmethoden und Darstellung153
2.7.5.2 Anfahrverhalten156
2.7.5.3 Bremsverhalten156
2.7.5.4 Lenkverhalten156
2.7.5.5 Kurvenverhalten160
2.7.5.6 Geradeausfahrt160
2.7.5.7 Fahrkomfort (subjektiv)160
2.7.6 Objektive Fahrverhaltensbeurteilung165
2.7.6.1 Messgrößen165
2.7.6.2 Anfahrverhalten165
2.7.6.3 Bremsverhalten166
2.7.6.4 Lenkverhalten168
2.7.6.5 Kurvenverhalten169
2.7.6.6 Geradeausfahrt171
2.7.6.7 Fahrkomfort (objektiv)173
2.8 Aktive und passive Sicherheit173
Literatur175
3 Bestandteile des Fahrwerks177
3.1 Struktur des Fahrwerks177
3.1.1 Funktionelle Struktur des Fahrwerks177
3.1.2 Modulare Struktur des Fahrwerks178
3.1.3 Bestandteile des Fahrwerks178
3.2 Antriebsstrang179
3.2.1 Anordnungen179
3.2.2.2 Sperrdifferenziale180
3.2.2.4 Torque Vectoring181
3.2.2.3 Aktive Sperrdifferenziale181
3.2.2.4 Torque Vectoring181
3.2.3 Allradantrieb (Längsverteiler)183
3.2.4 Allradantrieb (Längs-/Querverteiler)184
3.2.5 Betriebsstrategien185
3.2.6 Aktuelle Allradsysteme185
3.2.7 Seitenwellen187
3.3 Radbremsen Bremssysteme188
3.3.1 Aufgaben und Grundlagen188
3.3.2 Arten von Bremsanlagen189
3.3.2.1 Allgemeine Anforderungen189
3.3.3 Gesetzliche Vorschriften191
3.3.4 Auslegung der Bremsanlage191
3.3.4.1 Bremskraftverteilung191
3.3.4.2 Dimensionierung193
3.3.4.3 Bremskennung193
3.3.5 Bremsmomente und Dynamik194
3.3.5.1 Bremsmomente194
3.3.5.2 Bremsdynamik195
3.3.6 Komponenten des Bremssystems195
3.3.6.1 Bremssattel196
3.3.6.2 Bremsscheiben200
3.3.6.3 Bremsbeläge201
3.3.6.4 Trommelbremsen201
3.3.6.5 Bremsleitungen und -schläuche203
3.3.6.6 Bremsflüssigkeit203
3.3.6.7 Bremskraftverstärker204
3.3.6.8 Tandem-Hauptzylinder206
3.3.6.9 Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI)207
3.3.7 Elektronische Bremsregelsysteme211
3.3.7.1 Bremsassistent (MBA, EBA, HBA)211
3.3.7.2 Hydraulisch/Elektronische Regeleinheit (HECU)213
3.3.7.3 Raddrehzahlsensor214
3.3.7.4 Funktionen der elektronischen Bremssysteme215
3.3.8 Neuartige Bremssysteme221
3.3.8.1 Elektrohydraulische Bremse (EHB)221
3.3.8.2 Elektromechanische Bremse (EMB)222
3.3.8.3 Elektrohydraulische Kombibremse (EHC)223
3.3.8.4 Regenerative Bremssyteme224
3.3.9 Vernetztes Chassis225
3.4 Lenksysteme227
3.4.1 Anforderungen und Bauformen227
3.4.2 Hydraulische Zahnstangenlenkung229
3.4.2.1 Technik und Funktion229
3.4.2.2 Aufbau und Bauteile232
3.4.2.3 Spurstangen235
3.4.3 Lenkstrang und Lenksäule239
3.4.3.1 Komponenten und Funktionseinheiten239
3.4.3.2 Auslegung und Erprobung241
3.4.3.3 Crashanforderungen und Energieverzehrmechanismen242
3.4.3.4 Ausblick und Modularisierung245
3.4.4 Lenkrad245
3.4.5 Elektromechanische Lenkung247
3.4.5.1 Bauformen247
3.4.5.2 Aufbau und Vorteile249
3.4.5.3 Bedeutung der Lenkung für die Assistenzsysteme252
3.4.6 Überlagerungsoder Aktivlenkung253
3.4.6.1 Überlagerung von Momenten253
3.4.6.2 Überlagerung von Winkeln254
3.4.6.3 Stellervarianten der Aktivlenkung254
3.4.6.4 Überlagerungsaktor am Lenkgetriebe254
3.4.6.5 Überlagerungsaktor in der Lenksäule256
3.4.6.6 Steuergerät und Sicherheitskonzept257
3.4.6.7 Funktionen der Aktivlenkung257
3.4.7 Zahnstangenservolenkung mit Momenten- und Winkelsteller259
3.4.8 Hinterachsund Allradlenkung260
3.4.9 Steer-by-wire-Lenksystem und Einzelradlenkung262
3.4.9.1 Systemkonzept und Bauteile263
3.4.9.2 Technik, Vorteile und Chancen265
3.5 Federn und Stabilisatoren266
3.5.1 Aufgabe der Federung266
3.5.2 Systematik der Federarten267
3.5.3 Konstruktion und Berechnung von Stahlfedern267
3.5.3.1 Blattfedern267
3.5.3.2 Drehstabfedern270
3.5.3.3 Stabilisatoren271
3.5.3.4 Schraubenfedern279
3.5.4 Werkstoffe für Stahlfedern287
3.5.5.1 Warmumformung289
3.5.5 Herstellung von Stahlfedern289
3.5.5.1 Warmumformung289
3.5.5.2 Vergütung warmgeformter Federn291
3.5.5.3 Kaltumformung291
3.5.5.4 Kugelstrahlen292
3.5.5.5 Plastifizieren293
3.5.5.6 Korrosionsschutz293
3.5.5.7 Endkontrolle und Markierung294
3.5.6 Compositfedern294
3.5.7 Federung für Niveauregelung295
3.5.7.1 Aufgaben und Bauarten295
3.5.7.2 Berechnung von Gasfedern und deren Eigenschaften296
3.5.8 Federung durch Elastomerfeder299
3.5.9 Federung durch Gaskompression299
3.5.9.1 Vorund Nachteile von Gasfedern300
3.5.9.2 Luftfederung300
3.5.9.3 Hydropneumatische Federung301
3.6 Dämpfung301
3.6.1 Aufgabe der Dämpfung301
3.6.2 Teleskopdämpfer-Bauarten305
3.6.2.1 Zweirohrdämpfer305
3.6.2.2 Einrohrdämpfer306
3.6.2.3 Vergleich beider Dämpferarten306
3.6.2.4 Sonderbauarten307
3.6.3 Stoßdämpferberechnung307
3.6.4 Zusatzfunktionen im Dämpfer308
3.6.4.1 Zug- und Druckanschläge308
3.6.4.2 Hubabhängige Dämpfung311
3.6.4.3 Amplitudenselektive Dämpfung312
3.6.5 Dämpferlager313
3.6.6 Semiaktive Dämpfung314
3.6.6.1 Lastabhängige Dämpfung314
3.6.6.2 Elektrisch verstellbare Dämpfung314
3.6.7 Alternative Dämpfungsprinzipien318
3.6.7.1 Dämpfer mit rheologischen Flüssigkeiten319
3.6.7.2 Verbunddämpfung319
3.6.7.3 Elektrischer Dämpfer320
3.6.8 Kombinierte Feder-/Dämpfereinheiten320
3.6.8.1 Federträger und Federbein320
3.6.8.2 Hydropneumatische Federung322
3.6.8.3 Selbstpumpendes, hydropneumatisches Feder- und Dämpferelement322
3.6.8.4 Luftfederung und hydraulischer Dämpfer325
3.6.9 Gas-Feder-Dämpfereinheiten (GFD)327
3.6.9.1 Physikalische Grundlagen327
3.6.9.2 Auslegung der Gas-Feder-Dämpfereinheit331
3.6.9.3 Ausführungsbeispiele von Gas-Feder-Dämpfereinheiten337
3.6.9.4 Formelzeichen und Basisformeln339
3.7 Radführung339
3.7.1 Aufgaben, Struktur und Systematik339
3.7.2 Lenker Aufgaben, Struktur und Systematik341
3.7.2.1 Führungslenker342
3.7.2.2 Traglenker342
3.7.2.3 Hilfslenker343
3.7.2.4 Anforderungen an Fahrwerkslenker343
3.7.2.5 Werkstoffe für Fahrwerkslenker343
3.7.2.6 Herstellverfahren für Fahrwerklenker344
3.7.2.7 Herstellverfahren für Aluminiumlenker352
3.7.2.8 Auslegung und Optimierung der Lenker353
3.7.2.9 Integration der Gelenke an den Lenker354
3.7.3 Kugelgelenk355
3.7.3.1 Aufgabe und Anforderungen355
3.7.3.2 Systematik für Kugelgelenke356
3.7.3.3 Aufbau der Kugelgelenke356
3.7.3.4 Lagersystem (Schale, Fett)359
3.7.3.5 Dichtsystem (Balg, Spannring)362
3.7.3.6 Führungsgelenke365
3.7.3.7 Traggelenke366
3.7.3.8 Hülsengelenke368
3.7.4 Gummilager369
3.7.4.1 Aufgabe, Anforderungen, Funktion369
3.7.4.2 Ausführungen372
3.7.5 Drehgelenk373
3.7.6 Drehschubgelenk374
3.7.7 Kugelschubgelenk375
3.7.8 Achsträger375
3.7.8.1 Aufgabe und Anforderungen375
3.7.8.2 Systematik und Bauarten376
3.8 Radträger und Radlager378
3.8.1 Bauarten für Radträger379
3.8.2 Werkstoffe und Herstellverfahren für Radträger380
3.8.3 Bauarten für Radlager380
3.8.3.1 Dichtung384
3.8.3.2 Schmierung384
3.8.3.3 ABS-Sensoren385
3.8.4 Herstellung von Radlagern387
3.8.4.1 Ringe und Flansche387
3.8.4.2 Käfige und Wälzkörper387
3.8.4.3 Montage388
3.8.5 Anforderung, Auslegung und388
3.8.5.1 Ermüdungslebensdauer (Überrollfestigkeit) des Radlagers390
3.8.5.2 Bauteilfestigkeit und Kippsteifigkeit392
3.8.5.3 Verifizierung durch Prüfmethoden393
3.8.6 Ausblick395
3.9 Reifen und Räder399
3.9.1 Anforderungen an den Reifen399
3.9.1.1 Gebrauchseigenschaften399
3.9.1.2 Gesetzliche Anforderungen403
3.9.1.3 Umweltaspekte404
3.9.2 Bauarten, Aufbau und Material405
3.9.2.1 Reifenbauarten405
3.9.2.3 Sommer-, Winter-, All- Seasonreifen406
3.9.2.4 Reifenmaterialien406
3.9.2.5 Viskoelastische Eigenschaften von Gummi408
3.9.3 Kraftübertragung Reifen–Fahrbahn409
3.9.3.1 Tragverhalten409
3.9.3.2 Kraftschlussverhalten, Aufbau von Haftbereich409
3.9.3.3 Antreiben und Bremsen, Umfangskräfte410
3.9.3.4 Schräglauf, Seitenkräfte und Rückstellmomente411
3.9.3.5 Schräglaufsteifigkeit412
3.9.3.6 Reifen unter Querund Längsschlupf413
3.9.3.7 Reifengleichförmigkeit414
3.9.4 Reifenmodelle für die Simulation414
3.9.4.1 Reifenmodelle für die Horizontaldynamik414
3.9.4.2 Reifenmodelle mit Finiten Elementen (FEM-Modelle)416
3.9.4.3 Reifenmodelle für die Vertikaldynamik416
3.9.4.4 Reifenmoden417
3.9.4.5 Eigenschwingung der Kavität417
3.9.4.6 Gesamtmodelle417
3.9.5 Auswahl und Entwicklung von Die ReifenaufReifen und Rädern418
3.9.5.1 Reifen418
3.9.5.2 Rad418
3.9.6 Moderne Reifentechnologien419
3.9.6.1 Reifensensorik419
3.9.6.2 Reifennotlaufsysteme421
3.9.6.3 Reifen und Regelsysteme422
3.9.6.4 High-Performance-(HP-) und Ultra-High-Performance-(UHP-)Reifen423
3.9.7 Test und Messmethoden im Fahrversuch425
3.9.7.1 Subjektive Testverfahren425
3.9.7.2 Objektive Testverfahren für die Längshaftung426
3.9.7.3 Objektive Testverfahren für die Seitenhaftung427
3.9.7.4 Akustik427
3.9.8 Test und Messmethoden im Labor427
3.9.8.1 Grundkonzepte für Reifenprüfstände427
3.9.8.2 Festigkeitsprüfung428
3.9.8.3 Charakteristikmessungen am Prüfstand428
3.9.8.4 Charakteristikmessungen mit demLaborfahrzeug429
3.9.8.5 Rollwiderstandsmessung429
3.9.8.6 Uniformityund Geometrie-Messung430
3.9.8.7 Streckenmessung und Modellierung431
3.9.8.8 Verlustleistungsanalyse431
3.9.8.9 Reifentemperaturverfahren432
3.9.9 Zukünftige Reifentechnologien433
3.9.9.1 Materialentwicklung433
3.9.9.2 Rollwiderstandsenkung (Sparreifen)433
3.9.9.3 Neuartige Reifenkonzepte434
Literatur434
4 Achsen und Radaufhängungen438
4.1 Starrachsen440
4.1.1 Starrachsen mit442
4.1.2 Starrachsen mit Längsund Querlenker443
4.1.3 De-Dion-Achse: angetriebene Starrachse mit Zentralgelenk445
4.1.4 Starrachsen mit Zentralgelenk- und Querlenkerführung (Deichselachse)445
4.2 Halbstarrachsen445
4.2.1 Verbundlenkerachsen445
4.2.1.1 Torsionskurbelachse447
4.2.1.2 Koppellenkerachse447
4.2.1.3 Verbundlenkerachse448
4.2.1.4 Verbundlenkerachse mit Wattgestänge448
4.2.1.5 Verbundlenkerachse mit entkoppeltem Radträger448
4.2.2 Dynamische Verbundachse (DVA)449
4.3 Einzelradaufhängungen449
4.3.1 Kinematik der Einzelradaufhängung449
4.3.2 Eigenschaften der Einzelradaufhängungen452
4.3.3 Einzelradaufhängungen mit einem Lenker452
4.3.3.1 Längslenker-Einzelradaufhängungen452
4.3.3.2 Schräglenker-Einzelradaufhängungen453
4.3.3.3 Schraublenker-Einzelradaufhängungen455
4.3.4 Einzelradaufhängungen mit zwei Lenkern455
4.3.4.1 Quer-Längs-Pendelachsen455
4.3.4.2 Trapezlenker mit einem Querlenker455
4.3.4.3 Trapezlenker mit einem flexiblen Querlenker (Porsche Weissachachse)456
4.3.5 Einzelradaufhängungen mit drei Lenkern456
4.3.5.1 Längslenker mit zwei Querlenkern456
4.3.5.2 Längslenker mit zwei Schräglenkern (Zentrallenker-Einzelradaufhängung)457
4.3.5.3 Doppelquerlenker-Einzelradaufhängungen457
4.3.6 Vierlenker – Einzelradaufhängungen der Hinterachse (Mehrlenker)460
4.3.6.1 Mehrlenkerhinterachsen durch Auflösung des unteren 3-Punkt-Lenkers461
4.3.6.2 Mehrlenkerhinterachsen durch Auflösung der oberen 3-Punkt-Lenker462
4.3.6.3 Trapezlenkeraufhängung (Integrallenker)462
4.3.6.4 Mehrlenkerhinterachsen mit Längslenker463
4.3.7 Vierlenker – Einzelradaufhängungen der Vorderachse (Mehrlenker)465
4.3.8 Einzelradaufhängungen mit fünf Lenkern467
4.3.8.1 Fünflenker Einzelradaufhängung –Vorderachse467
4.3.8.2 Fünflenker Einzelradaufhängung –Hinterachse (Raumlenker)467
4.3.9 Federbein-Einzelradaufhängungen469
4.3.9.1 Dreieckslenker-Federbeinaufhängung469
4.3.9.2 McPherson mit Querverbindungstraverse471
4.3.9.3 McPherson mit optimiertem Lenker471
4.3.9.4 McPherson mit aufgelöstem unteren Lenker (Dreilenker-Federbein)471
4.3.9.5 McPherson mit doppeltem Radträger472
4.3.9.6 Federbeinaufhängung für die Hinterachse472
4.4 Einzelradaufhängungen der Vorderachse473
4.4.1 Anforderungen an die Vorderachsaufhängungen473
4.4.2 Komponenten der Vorderachse474
4.4.3 Einsatzgebiete der Vorderachstypen475
4.4.4 Besonderheiten der Vorderachsaufhängungen475
4.5 Einzelradaufhängungen der Hinterachse476
4.5.1 Anforderungen an die Hinterachse476
4.5.2 Komponenten der Hinterachse478
4.5.3 Einsatzgebiete der Hinterachstypen478
4.5.4 Besonderheiten der Hinterachsaufhängungen479
4.5.4.1 Nicht angetriebene Hinterachse479
4.5.4.2 Angetriebene Hinterachse479
4.5.4.3 Verbundlenker-Hinterachsen479
4.5.4.4 Mehrlenker-Hinterachsen480
4.6 Gesamtfahrwerk480
4.6.1 Zusammenspiel von Vorder- und Hinterachse480
4.6.2 Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs480
4.6.3 Achslastverlagerungen480
4.6.4 Konstruktionskatalog als Auswahlhilfe für die Achstypen480
4.7 Radaufhängungen der Zukunft481
4.7.1 Achstypen der letzten 20 Jahre481
4.7.2 Häufigkeit der aktuellen Achstypen481
4.7.3 Die zukünftigen Vorderachstypen (Tendenzen)483
4.7.4 Die zukünftigen Hinterachstypen (Tendenzen)483
Literatur484
5 Fahrkomfort486
5.1 Grundlagen, Mensch und NVH486
5.1.1 Begriffe und Definitionen486
5.1.2 Schwingungs- und Geräuschquellen488
5.1.3 Wahrnehmungsgrenzen des Menschen488
5.1.4 Das Wohlbefinden des Menschen489
5.1.5 Maßnahmen gegen Schwingungen und Geräusche490
5.1.6 Vorgehen bei der NVH-Optimierung491
5.2 Gummiverbundteile492
5.2.1 Funktion der Gummiverbundteile492
5.2.1.1 Kräfte übertragen492
5.2.1.2 Definierte Bewegungen ermöglichen492
5.2.1.3 Geräusche isolieren492
5.2.1.4 Schwingungen dämpfen493
5.2.2 Elastomer spezifische Definitionen494
5.2.2.1 Kennlinien494
5.2.2.2 Dämpfung495
5.2.2.3 Setzung495
5.3 Aggregatelager496
5.4 Fahrwerk – Gummilager500
5.4.1 Hülsenlager500
5.4.2 Gleitlager502
5.4.3 Hydraulisch dämpfende Buchsen502
5.4.5 Verbundlenkerlager505
5.5 Achsträgerlager505
5.6 Federbeinstützlager507
5.7 Berechnungsmethoden508
5.8 Akustische Bewertung von Gummiverbundteilen509
5.9 Zukünftige Bauteilausführungen510
5.9.1 Sensorik511
5.9.2 Schaltbares Fahrwerklager512
5.9.3 Regelbares Fahrwerklager513
Literatur514
6 Fahrwerkentwicklung515
6.1 Entstehung des Fahrwerks515
6.1.1 Entwicklungsprozess516
6.1.2 Projektmanagement (PM)521
6.2 Planung und Definitionsphase521
6.2.1 Zielwertkaskadierung522
6.3 Konzeptphase523
6.4 Virtuelle Simulation523
6.4.1 Software für dieMehrkörpersimulation (MKS)524
6.4.1.1 Aufbau von MKS-Fahrwerksmodellen mit ADAMS/Car524
6.4.1.2 CAD-Fahrwerkmodell und Mehrkörpersystem524
6.4.1.3 Mehrkörpersimulation mit starren und flexiblen MKS-Modellen524
6.4.1.4 Mehrkörpersimulation mit Gesamtfahrzeug-,Fahrwerk- und Achsmodellen526
6.4.1.5 Einfluss der Fertigungstoleranzen auf die kinematischen Kennwerte526
6.4.2 Software für Finite Elemente Methode (FEM)526
6.4.2.1 Klassifizierung der Analysen528
6.4.2.2 Festigkeitsanalysen528
6.4.2.3 Steifigkeitsanalysen528
6.4.2.4 Eigenfrequenzanalysen528
6.4.2.5 Lebensdauer-Betriebsfestigkeit529
6.4.2.6 Crash-Simulationen530
6.4.2.7 Topologie- und Formoptimierung530
6.4.2.8 Simulation der Fertigungsverfahren530
6.4.3 Vollfahrzeugsimulation531
6.4.3.1 Fahrdynamiksimulation531
6.4.3.2 Kinematik/Elastokinematik531
6.4.3.3 Standard-Lastfälle532
6.4.3.4 MKS-Modellverifikation532
6.4.3.5 NVH533
6.4.3.6 Loadmanagement (Lastenkaskadierung vom System zur Komponente)534
6.4.3.7 Vollfahrzeug Betriebsfestigkeitssimulation538
6.5 Integrierte Simulationsumgebung539
6.5.1 Kinematische Analyse:Basistool ABE539
6.5.2 Vollautomatische Kinematik- und Elastokinematik-Optimierung OPT541
6.5.3 Virtuelle Produktentwicklungsumgebung542
6.6 Serienentwicklung und Absicherung544
6.6.1 Konstruktion544
6.6.1.1 Bauteilkonstruktion545
6.6.1.2 Bauraum „Package“545
6.6.1.3 Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse546
6.6.1.4 Toleranzuntersuchungen546
6.6.2 Validierung546
6.6.2.1 Prototypen546
6.6.2.2 Validierung am Prüfstand547
6.6.2.3 Straßen-Simulationsprüfstand (SSP)549
6.6.3 Validierung am Gesamtfahrzeug550
6.6.4 Optimierung und Abstimmung551
6.7 Serienbegleitende Entwicklung551
6.8 Ausblick und Zusammenfassung552
Literatur553
7 Fahrwerkelektronik554
7.1 Motivation und Nutzen554
7.1.1 Grenzen passiver Fahrwerke554
7.1.1.1 Zielkonflikt Dämpfungsauslegung554
7.1.1.2 Zielkonflikt Federungsauslegung555
7.1.1.3 Zielkonflikt Lenkübersetzung555
7.1.1.4 Forderung nach aktiven Systemen555
7.1.2 Fahrzeugführung556
7.1.2.1 Regelkreis Fahrer–Fahrzeug556
7.1.2.2 Vereinfachte Fahrzeugführung556
7.2 Unterteilung der Fahrwerkregelsysteme557
7.2.1 Begriffsbestimmungen557
7.2.2 Unterteilung der Fahrwerkregelsysteme in Domänen557
7.3 Längsdynamikfunktionen558
7.3.1 Traktionsregelung mit dem Allradverteilergetriebe558
7.3.2 Traktionsregelung Achsgetriebe559
7.3.3 Torque Vectoring560
7.4 Vertikaldynamikfunktionen561
7.4.1 Variable Dämpfer561
7.4.2 Aktiver Stabilisator562
7.4.3 Niveauregulierung563
7.5 Querdynamikfunktionen563
7.5.1 Elektrolenkung564
7.5.2 Überlagerungslenkung565
7.5.3 Hinterachslenkung565
7.6 Systemvernetzung und Funktionsintegration566
7.6.1 Systemvernetzung566
7.6.2 Fahrdynamikregelung567
7.6.3 Funktionsintegration570
7.6.4 Funktionsarchitektur570
7.6.5 Standardschnittstellen / Autosar571
7.7 Elektronik-Hardware,Sensorik und Aktuatorik572
7.7.1 Technologiebeispiele572
7.7.2 Umweltanforderungen575
7.7.3 Bussysteme im Fahrwerk576
7.7.3.1 CAN-Bus576
7.7.3.2 FlexRay576
7.7.4 Aktuatoren im Fahrwerk577
7.7.5 Sensoren im Fahrwerk578
7.8 Entwicklung der Fahrwerkregelsysteme580
7.8.1 Entwicklung gemäß Automotive SPICE580
7.8.2 Funktionale Sicherheit582
7.8.3 Simulation der Fahrwerkelektronik583
7.8.4 Hardware-in-the-Loop-Simulation584
Literatur585
8 Elektronische Systeme im Fahrwerk587
8.1 Elektronische Struktur des Fahrwerks587
8.2 Mechatronische Längsdynamiksysteme587
8.2.1 Antriebssysteme587
8.2.1.1 xDrive588
8.2.1.2 Active Yaw Control (AYC)589
8.2.1.3 Quattro Sport Differential590
8.2.1.4 Weitere aktive Allradantriebssysteme592
8.2.1.5 Systeme mit Frontantrieb-Querverteiler Überlagerungsdifferenzial592
8.2.1.6 4Motion von VW593
8.2.2 Bremssysteme593
8.2.2.1 Grundlagen des Bremsen-Fahrdynamikreglers593
8.2.2.2 Zusatzfunktionen in aktiven Bremssystemen594
8.3 Mechatronische Vertikaldynamiksysteme595
8.3.1 Anforderungen an die Vertikalsysteme595
8.3.2 Einteilung der Vertikalsysteme595
8.3.3 Dämpfungssysteme596
8.3.3.1 Adaptive Dämpfungssysteme597
8.3.3.2 Semi-aktive Dämpfungssysteme598
8.3.3.3 Regelstrategien für semi-aktive Dämpfer600
8.3.4 Niveauregulierungssysteme601
8.3.5 Adaptive Luftfederungssysteme602
8.3.6 Aktuelle aktive Federungssysteme603
8.3.6.1 Langsam-aktive Fahrwerksysteme604
8.3.6.2 Voll-aktive, integrierte Fahrwerksysteme606
8.3.7 Lagersysteme609
8.4 Mechatronische Querdynamiksysteme610
8.4.1 Vorderradlenkung611
8.4.2 Hinterradlenkung613
8.4.3 Wankstabilisierungssysteme619
8.4.3.1 Passiver Stabilisator620
8.4.3.2 Schaltbare Off-Road-Stabilisatoren620
8.4.3.3 Schaltbare On-Road-Stabilisatoren620
8.4.3.4 Semiaktive Stabilisatoren621
8.4.3.5 Hydraulische aktive Stabilisatoren622
8.4.3.6 Elektrische aktive Stabilisatoren625
8.4.4 Aktive Kinematik627
8.4.5 Gegenüberstellung der Fahrdynamiksysteme630
8.4.6 Vernetzung der Fahrwerksysteme632
8.5 X-by-wire633
8.5.1 Steer-by-wire633
8.5.2 Brake-by-wire634
8.5.2.1 Elektrohydraulische Bremse (EHB)635
8.5.2.2 Elektromechanische Bremse (EMB)635
8.5.2.3 Elektromechanische Bremse von Teves635
8.5.2.4 Elektrohydraulische Combi-Bremse (EHC)636
8.5.2.5 Radialbremse637
8.5.2.6 Keilbremse637
8.5.2.7 Mechatronische Bremse638
8.5.3 Leveling-by-wire639
8.6 Fahrerinformationssysteme639
8.7 Fahrerwarnsysteme640
8.7.1 Fahrerwarnung bei der Längsführung640
8.7.2 Fahrerwarnung bei der Querführung641
8.8 Fahrerassistenzsysteme641
8.8.1 Bremsassistenz643
8.8.1.1 Sicherheitsrelevante Bremsassistenz643
8.8.1.2 Komfortorientierte Bremsassistenz644
8.8.1.3 Anforderungen an die Bremsassistenz644
8.8.2 Distanzhalteassistenz644
8.8.3 Lenkassistenz645
8.8.3.1 Lenkassistenz durch Anpassung der Unterstützungskraft646
8.8.3.2 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerhandmoments646
8.8.3.3 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerlenkwinkels649
8.8.3.4 Lenkassistenz durch kombinierten Eingriff aus Lenkradwinkel und -moment649
8.8.4 Einparkassistenz649
8.8.4.1 Einführung649
8.8.4.2 Parklückenerkennung650
8.8.4.3 Einparkvorgang651
8.8.4.4 Lenkaktuator652
8.8.5 Zusammenfassung652
Literatur653
9 Zukunftsaspekte des Fahrwerks656
9.1 Fahrwerkkonzepte –Fokussierung auf den Kundenwert657
9.1.1 Auslegung des Fahrverhaltens657
9.1.2 Diversifizierung und Stabilisierung der Fahrwerkskonzepte658
9.1.2.1 Vorderachsen659
9.1.2.2 Hinterachsen659
9.1.3 Fahrwerkbestandteile der Zukunft659
9.1.3.1 Achsantrieb der Zukunft659
9.1.3.2 Bremse der Zukunft660
9.1.3.3 Lenkung der Zukunft660
9.1.3.4 Federung der Zukunft660
9.1.3.5 Dämpfung der Zukunft660
9.1.3.6 Radführung der Zukunft660
9.1.3.7 Radlager der Zukunft660
9.1.3.8 Reifen und Räder der Zukunft660
9.1.4 Elektronische Fahrwerksysteme der Zukunft660
9.1.4.1 Systemvernetzung661
9.1.4.2 Leistungsfähigkeit661
9.1.4.3 Systemsicherheit662
9.1.4.4 Elektronik Entwicklungsprozess662
9.1.4.5 Anforderungen an die Datenübertragung662
9.2 Umweltschutz und CO2663
9.2.1 Bedeutung der CO2-Senkung663
9.2.2 Beitrag des Fahrwerks zurCO2-Senkung663
9.2.2.1 Reifen und Bremse663
9.2.2.2 Nebenaggregate mit Elektroantrieb664
9.2.2.3 Fahrwerkgewicht664
9.2.2.4 Fahrwiderstand665
9.2.2.5 Energierückgewinnung an Stoßdämpfern665
9.2.2.6 Zusammenfassung665
9.2.3 Beitrag des Hybridantriebs zur CO2-Senkung665
9.2.3.1 Mild- und Parallel-Hybridantriebe667
9.2.3.2 Seriell-Hybridantriebe667
9.2.4 Bremsblending für Rekuperation668
9.3 Elektrofahrzeuge670
9.3.1 Antriebskonzepte für das Elektrofahrzeug670
9.3.2 Fahrwerkkonzepte für Elektro-Autos672
9.3.2.1 Fahrwerkkonzepte mit zentralem Elektromotor672
9.3.2.2 Fahrwerkkonzepte für zwei Elektromotoren672
9.3.2.3 Fahrwerkkonzepte für radnahen Antrieb673
9.3.2.4 Fahrwerkkonzepte für Radnaben-Antriebe674
9.3.2.5 Gegenüberstellung radnahe Antriebe und Radnaben-Antriebe676
9.3.3 Elektro-Radnabenfahrwerk„eCorner“676
9.4 X-by-wire-Systeme der Zukunft677
9.5 Fahrerassistenz-Systeme der Zukunft678
9.6 Vorausschauende und intelligente Fahrwerke der Zukunft679
9.6.1 Fahrzeugsensorik679
9.6.2 Aktuatorik680
9.6.3 Vorausschauendes Fahren680
9.7 Autonomes Fahren in der Zukunft?683
9.7.1 Selbstfahrendes Chassis,Rolling/Driving Chassis683
9.7.2 Urban Challenge 2007: Die ersten Schritte zum autonomen Fahren684
9.7.3 Autofahren ohne Fahrer686
9.8 Zukunftsszenarien für das Auto und sein Fahrwerk687
9.8.1 Trends aus der Vergangenheit688
9.8.2 Trends aus der Gegenwart688
9.8.3 Trends der Zukunft688
9.8.4 Szenarioanalyse688
9.8.5 Mögliche Zukunftsvisionen689
9.9 Ausblick690
Literatur692
Glossar694
Sachwortverzeichnis717

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