Optimale Modell-Fesselung in der nabenkrafterregten Fahrzeugsimulation

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Abdrifteffekten in der nabenkrafterregten Fahrzeugsimulation. In der heutigen Fahrzeugentwicklung spielt die Simulation eine zunehmend bedeutende Rolle, um ressourcenschonend Neuerungen zu testen und Entwicklungen voranzutreiben. Voraussetzung hierfür sind gültige mechanische Modelle, sowie numerische Verfahren um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. In der Ingenieurpraxis werden solche Gesamtfahrzeugmodelle oftmals krafterregt simuliert. Dabei werden bei einer Überfahrt eines realen Testfahrzeuges über eine definierte Fahrbahn die auftretenden Kräfte und Momente auf die Radnaben gemessen und als Eingangsgrößen für ein virtuelles Fahrzeugmodell in der Simulation verwendet. Es stellt sich heraus, dass sich das Gesamtfahrzeugmodell im Laufe einer krafterregten Simulation von seiner realen Bahn entfernt und damit die ermittelten Ergebnisse an Gültigkeit verlieren. Die Ursachen dieses Abdrifteffekts und das charakteristische Systemverhalten werden anhand eines Halbfahrzeugmodells unter Einbeziehung der Motor-Relativbewegung untersucht. Aufbauend auf einer vorhergehenden Arbeit wird die Methode einer künstlichen Fesselung des krafterregten Systems untersucht, um ein Abdriften zu verhindern. Die Aufbaumasse oder wahlweise die Radmassen werden dabei durch geeignet parametrierte Federn und Dämpfer an die Umgebung gebunden. Ziel einer anschließenden Optimierung ist die Suche von optimalen Fesselungsparametern, um den Abdrifteffekt zu minimieren und den Einfluss auf das Schwingungsverhalten gering zu halten. Dabei wird auch der Einfluss der Fahrbahn auf eine optimale Fesselung eingehend analysiert.

This work is concerned with drift effects in hub-force excited vehicle simulations. In today's vehicle development, simulations play an increasingly important role in testing and promoting resource-saving innovations and new developments. This requires a valid mechanical model as well as numerical methods to obtain reliable results. Force excitation is commonly used in full vehicle simulations. Here, the measured forces and torques on the wheel hubs, which occur during a crossing of a real test vehicle over a defined road surface are used as input variables for a virtual vehicle model in the simulation. In the course of a force-excited simulation the full vehicle model drifts from its real path, and thus the calculated results lose their validity. The causes of this drift effect and the characteristic system behavior are investigated using a half-car simulation model including the relative motion of the engine. Following the results of a previous thesis the method of artificially constraining the force-excited system to the ground is studied to prevent an undesired drift. In this method, the body mass or, alternatively, the wheel masses are constrained to the environment by suitably parameterized springs and dampers. The aim of a subsequent optimization is to find optimal parameters to minimize both the drift effect and the influence on the vibration behavior. Moreover, the influence of the road surface on the optimized constraint parameters is analyzed comprehensively.