Analyseverfahren auf Bauteil- und Systemebene zur Bewertung von Gummi-Metall-Lagern in Bezug auf Fahrkomfort und Fahrdynamik

Abstract

Elastomerbauteile im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs werden neben der gezielten Optimierung des Eigenlenkverhaltens und der Erhöhung der Fahrstabilität im Rahmen der Elastokinematik zunehmend zur Steigerung des Fahrkomforts eingesetzt. Im Vergleich zur Erstauslegung ihrer Eigenschaften, wie Steifigkeit und Dämpfung, verhalten sich diese über Laufzeit aber nicht unbedingt konstant, sondern unterliegen etlichen Einflüssen, die divergierende Auswirkungen haben können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Zusammenhänge, welche für das statische und dynamische Verhalten von Gummi-Metall-Bauteilen über der Zeit und unter verschiedensten Einflüssen (thermisch, chemisch und geometrisch) verantwortlich sind. Um eine optimale und robuste Auslegung des Fahrwerks betreffend der Auswahl von Bauarten konventioneller Fahrwerkslager und der Mischungen ausfindig zu machen und die Toleranzgrenzen demnach einschränken zu können, werden Bauteile sowie deren Elastomerwerkstoff gleichermaßen hinsichtlich ihrer Eigenschaften analysiert. Auf Basis der Erkenntnisse der Bauteil- und Werkstoffuntersuchungen wird letztlich ein Fahrwerkslagerkonzept erarbeitet, welches die Funktionseigenschaften über der Zeit, der Temperatur und äußeren Betriebslasten konstant und verschleißresistent ausführt. Des Weiteren werden die Auswirkungen und Wechselwirkungen der veränderlichen Elastomerlagereigenschaften über der Zeit sowohl auf das dynamische Achsverhalten im komfortrelevanten Frequenzbereich von 0 bis 30 Hz als auch auf objektive Kenngrößen des Gesamtfahrzeugs hinsichtlich der Fahrdynamik und des Fahrkomforts untersucht.

Besides the optimisation of handling properties and improvement of yaw stability, elastomer components are increasingly used in automobile suspensions to improve vehicle ride comfort. However, material properties of an elastomer component, such as stiffness and damping, may not be constant over operational time. In this thesis, interrelations, which are responsible for the static and dynamic behavior of elastomer-metal-components over time and under various influences (thermal, chemical and geometrical) are described. To identify an optimal and robust chassis design, regarding the selection of the type of a conventional bushing and the material blend, but also to be able to restrict tolerance limits, bushings as well as their elastomer material are analyzed with respect to their properties. Based on these insights, a new bushing concept is introduced, which may show constant properties over time, for various temperature and operating loads, and resistance against deterioration. Furthermore, effects and interactions of varying bushing properties over time are examined regarding the dynamic behavior of the chassis in the comfort-relevant frequency range from 0 to 30 Hz, as well as objective criteria for overall vehicle assessment concerning dynamics and ride comfort are addressed.