6 Fahrwerk Flashcards
Fahrwerk
Bestandteile
- Radaufhängungen
- Federn und Dämpfer
- Räder und Reifen
Radaufhängung
Aufbau
Funktion
- Verbindet Räder mit Aufbau
- Aufgabe: Übertragung von Radlasten, Antriebs- und Bremskräften sowie Seitenführungskräften
Beim Ein- bzw. Ausfedern treten in der Regel räumliche Radbewegungen
- Achskinematik: geometrische Betrachtung der Radbewegungen abhängig vom Federweg.
- Elastokinematik: Radbewegungen unter Wirkung von Seitenführungs- und Umfangskräften.
Federn und Dämpfer
Unterschied
Federn und Dämpfer
Getrennte Auslegung Geradeaus- und Kurvenfahrt durch Aufteilung der Federrate in
Räder und Reifen
Überragender Einfluss auf Fahrverhalten und -komfort
Gummimischung, Querschnittsverhältnis, Profilhöhe und -art, Luftdruck, …
Fahrverhalten und Fahrkomfort entscheidend abhängig von
Konflikte in Auslegung auf Fahrverhalten (incl. Fahrsicherheit) und Fahrkomfort erfordern Kompromisse.
Gesamtverhalten des Fahrwerks beschrieben durch
dessen kinematische und elastokinematische Eigenschaften.
Anzahl Freiheitsgrade
- Rad bzw. Radträger hat 6 Freiheitsgrade (3 transla-, 3 rotatorisch)
- Gelenk hat max. 5 Freiheitsgrade
Übliche Gelenkbauarten
- Kugelgelenke
- Drehgelenke
Kugelgelenke
Drehgelenke
Lenker einfachste Form
Stab
heute: Einzelradaufhängung
Fahrzeugfestes Koordinatensystem nach DIN 70 000
= 3 translatorische Freiheitsgrade
Biegemoment
Formel
Wo bei Starrachse vs. Einzelradaufhängung
- Starrachse: Biegemoment im Achsrohr, Karosserie entlastet.
- Einzelradaufhängung: Biegemoment über Karosserie, Aufhängungspunkte belastet!
Seitenführungskraft
Biegemoment
Starrachsen
Arten
mit Längsblattfedern
- billig, aber heute nicht mehr eingesetzt, da u.a. Reibung zwischen Federlagern
mit Längslenkern und Schraubenfedern
- Trennung von Achsführung und Federung (bei oben beides)
De Dion Achse
- Starrachse mit Antrieb, Differenzial am Wagenboden
- ungefederte Masse kleiner, aber sehr aufwendig
Zielkonflikt Gummilager
Einzelradaufhängung
Aufbau
1 Rad/Reifen/Felge
2 Radträger
3 (Doppel-)Querlenker
4 Einfachquerlenker
5 Zugstrebe
6 Spurstange
7 Lenkung
8 Feder
9 Dämpfer
10 Antriebswelle
Einzelradaufhängung
Vorteile
Arten
leicht, keine gegenseiteige Beeinflussung der Räder
- Längslenkerachsen
- Doppelquerlenkerachsen
- McPherson-Federbeinachsen (Weiterentwicklung Doppelquerlenker)
- Pendelachsen
- Schräglenkerachsen
- Mehrlenkerachsen
unteren Lenker der Weissach-Achse
Grundsätzliches Problem: Eindrehen beim Gaswechsel
- Fahrzeug dreht bei Kurvenfahrt ein, trotz symmetrischer Umfangskräfte
Vergleich von Längslenker-, Schräglenker- und Pendelachse
Wankverhalten
Querrichtung
Nickverhalten
Längsrichtung
Entwicklung von der Doppelquerlenker-Radaufhängung mit 2 Lenkern zur 5-Lenker-Radaufhängung
Achskinematik
FYI
Spurweite
klein, weil
Vorspur
Definition
klein, weil
Vorspur soll klein sein, da sie stets Seitenkräfte bewirkt (auch bei Geradeausfahrt), also Radwiderstand und Reifenverschleiß.
Fahrwerk Merkmale
Fahrwerk ist
Auslegung Fahrwerke
Passive (konventionelle) Fahrwerke
- Kompromiss Komfort und Sicherheit: Federn rel. weich, Dämpfer rel. hart
Adaptive Fahrwerke
- Verstellung Dämpfer in Stufen (z.B. weich, mittel, hart), eventuell auch stufenlos
Semiaktive Systeme
- Dämpfer stufenlos
Langsame, aktive Systeme und schnelle, aktive Systeme
- Federn und Dämpfer stufenlos
Sensoren
- Vertikalbeschleunigung an Karosserie
- Lenkwinkel
- Fahrgeschwindigkeit
Regelstrategien Fahrwerk
- Skyhook-Algorithmus
- Huang-Algorithmus
4 regelstrategien überlagert
- Niveauregulierung
- Komfortoptimierung
- Nick- und Wankbewegungen minimiert
- Eigenlenkverhalten
Räder und Reifen
Bauart
Diagonalreifen
- Noträder oder Landwirtschaft, da verletzungssichere Wand
Radialreifen
- heute eingesetzt, da
- Rollwiderstand geringer
- Verschleiß geringer
- Gleichmäßige Flächenpressung zwischen Reifen und Fahrbahn
Aufbau eines Reifens
- Gewebeunterbau (Karkasse)
- Reifenfuß mit Drahtkern
- Seitenwandgummi
- Laufstreifen mit Profil
Aufbau eines Pkw-Reifens in Radialbauart mit Laufflächenhalbmesser
Höhen-Breitenverhältnis
ermittelt auf Messfelge
Viskoelastischen Eigenschaft des Gummis
klassischen Reibgesetze gelten (teilweise) nicht mehr
Speichermodul E’ und Verlustmodul E’’ sind abhängig von
- Erregerfrequenz
- Temperatur
Adhäsionsreibung
Molekülketten an Oberfläche (Gummi - Fahrbahn) verbinden sich bei Relativbewegungen, Dehnungen und Stauchungen, Aufreißen der Verbindungen. Dabei Schwingungen, Gummidämpfung bewirkt Energieverluste.
- Wichtigste Abhängigkeit: Effektive Berührfläche
Hysteresereibung
Deformationen des Gummis beim Gleiten über Rauhigkeitsspitzen bewirken Energieverluste
Vorgänge also in Berührfläche Reifen – Fahrbahn, aber in Wellenlängen im Bereich der Fahrbahnrauhigkeiten
- Wichtigste Abhängigkeit: Verformtes Gummivolumen
Viskosereibung
Kohäsionsreibung
Vereinheitlichte Reibungstheorie nach Kummer und Meyer
Mechanismus der Gummireibung erklärt sich durch periodische Erregung der Polymerketten durch
- das elektrische Kraftfeld der Oberflächen (molekularer Bereich) und den Energieverbrauch der erregten Polymerketten in der Gummimasse
- die geometrische Rauheit der festen Oberfläche (Straßenrauhigkeitsbereich) und den entsprechenden Energieverbrauch der bewegten Polymerketten in der Gummimasse
Luftdruck
Umfangskräfte & Schlupf
vLatschfläche
Schlupfdefinitionen
vR = rdyn · wRad
vLatschfläche = vF
Schlupf
physikalisch sinnvoll und
-1 bis +1
Umfangskraft U am gebremsten Rad
Kräfte am Rad zur Ermittlung der Verlustleistung bei angetriebenem Rad
Reifen unter Seitenkraft
- Seitenkraft – Schräglauf
- Rückstellmoment – Nachlauf
- Spannungen im Latsch
- Seitenkraft und Rückstellmoment
- Reifen unter Umfangs- und Seitenkraft
