Echtzeitsimulation elastokinematischer Fahrzeug-Radaufhängungen
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Im Projekt „Echtzeitsimulation elastokinematischer Fahrzeug-Radaufhängungen“ wird die echtzeitfähige Mehrkörpersimulation von Radaufhängungen mit besonderem Fokus auf deren elastokinematischen Eigenschaften erforscht.
Motivation
In der Fahrzeugentwicklung werden mehr und mehr virtuelle Methoden eingesetzt. Sie ermöglichen es, Komponenten und Systeme gezielt auszulegen und schon frühzeitig im Entwicklungsprozess zu validieren. Dieser Trend umfasst auch die Fahrdynamikentwicklung. Besonders hier spielt das subjektive Erleben der Fahrerinnen und Fahrer eine wichtige Rolle. Fahrsimulatoren ermöglichen die Erprobung ohne den Einsatz teurer und aufwändig zu entwickelnder Prototypenfahrzeuge. Dafür werden echtzeitfähige Fahrdynamikmodelle benötigt.
Ziel
Die Fahrzeug-Radaufhängung und besonders deren elastokinematische Auslegung haben einen entscheidenden Einfluss auf den Fahrkomfort und das Fahrverhalten. Durch elastokinematische Lager und Bauteilelastizitäten entstehen unter äußeren Lasten Radstellungsänderungen, die sich der rein kinematischen Bewegung des Rads überlagern. Die elastokinematische Auslegung einer Radaufhängung hat das Ziel, diese Verformungen zu kompensieren oder sogar in erwünschte Bewegungen umzuwandeln. Für die virtuelle Erprobung mittels Fahrsimulatoren werden echtzeitfähige Fahrdynamikmodelle benötigt. Um Echtzeitfähigkeit zu erreichen, werden Mehrkörpersimulationsmodelle von Radaufhängungen häufig vereinfacht. Dadurch werden deren elastokinematische Eigenschaften jedoch unzureichend abgebildet. Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung eines Mehrkörpersimulationsmodells, mit dem elastokinematische Radaufhängungen mit hoher Genauigkeit in Echtzeit simuliert werden können.
Vorgehen
Grundlage des Simulationsmodells ist die elastische Mehrkörpersimulation. Die Elastizitäten der Fahrwerkskomponenten werden mittels der Finite-Elemente-Methode abgebildet. Durch lineare Modellreduktion wird die Anzahl der elastischen Freiheitsgrade reduziert, um die elastischen Körper in das Mehrkörpersimulationsmodell einzubinden. Neben klassischen modalen Reduktionsmethoden werden auch moderne Reduktionsansätze untersucht, die eine höhere Genauigkeit bei einer geringeren Anzahl von elastischen Freiheitsgraden versprechen. Elastokinematische Lager werden durch entsprechende Kraftelemente mit nichtlinearen Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften abgebildet. Eine stabile und recheneffiziente Zeitintegration der numerisch steifen Bewegungsgleichung wird durch spezielle Integrationsverfahren erreicht. Die Implementierung des Modells erfolgt in Matlab/Simulink.