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Fahrwerkhandbuch

Grundlagen, Fahrdynamik, Komponenten, Systeme, Mechatronik, Perspektiven

Verlag	Vieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr	2011
Seitenanzahl	714 Seiten
ISBN	9783834881687
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	49,99 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

Vorwort	5
Autorenverzeichnis	6
Inhaltsverzeichnis	8
Abkürzungen	20
1 Einleitung und Grundlagen	23
1.1 Geschichte, Definition, Bedeutung	24
1.1.1 Entstehungsgeschichte	24
1.1.2 Definition und Abgrenzung	30
1.1.3 Aufgabe und Bedeutung	30
1.2 Fahrwerkaufbau	31
1.2.1 Fahrzeugklassen	31
1.2.2 Antriebskonzepte	33
1.2.3 Fahrwerkkonzeption Achsantrieb,	36
1.2.4 Trends in der Fahrwerkkonzeption	36
1.3 Fahrwerkauslegung	38
1.3.1 Anforderungen an das Fahrwerk	39
1.3.2 Fahrwerk-Kinematikauslegung	41
1.3.3 Kinematik der Radaufhängung	41
1.3.3.1 Kenngrößen des Fahrwerks am Fahrzeug	41
1.3.3.2 Momentanpole der Radaufhängung	43
1.3.3.3 Radhubkinematik	44
1.3.3.4 Kenngrößen der Radhubkinematik	44
1.3.3.5 Kenngrößen der Lenkkinematik	47
1.3.3.6 Kinematische Kennwerte aktueller Fahrzeugsmodelle	51
1.3.3.7 Raderhebungskurven	51
1.3.3.8 Software zur Radkinematikberechnung	54
1.3.4 Elastokinematik und Bauteilelastizitäten der Radaufhängung	55
1.3.5 Zielwerte für die Kenngrößen	56
1.3.6 Synthese der Radaufhängungen	56
Literatur	57
2 Fahrdynamik	59
2.1 Fahrwiderstände und Energiebedarf	60
2.1.1 Fahrwiderstände	60
2.1.1.1 Radwiderstände	60
2.1.1.2 Anteil der Fahrbahn FR,Tr	64
2.1.1.3 Luftwiderstand	68
2.1.1.4 Steigungswiderstand	68
2.1.1.5 Beschleunigungswiderstand	70
2.1.1.6 Gesamtfahrwiderstand	71
2.1.2 Seitenwindkräfte	71
2.1.3 Leistungsund Energiebedarf	74
2.1.4 Kraftstoffverbrauch	75
2.2 Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn	77
2.2.1 Physik der Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn	79
2.2.1.1 Bremsen und Antreiben	82
2.2.1.2 Kurvenfahrt	84
2.2.2 Reifenkräfte im Detail	88
2.2.3 Wirkung der Reifenkräfte auf die Fahrstabilität	90
2.3 Längsdynamik	91
2.3.1 Anfahren und Bremsen	92
2.3.1.1 Bremsnickausgleich	92
2.3.1.2 Anfahrnickausgleich	93
2.3.1.3 Lastwechsel bei Geradeausfahrt	93
2.4 Vertikaldynamik	94
2.4.1 Aufbaufedern	94
2.4.1.1 Federübersetzung	95
2.4.1.2 Eigenfrequenzen	95
2.4.2 Schwingungsdämpfer	96
2.4.3 Fahrbahn als Anregung	97
2.4.3.1 Harmonische Anregungen	97
2.4.3.2 Periodische Unebenheiten	98
2.4.3.3 Stochastische Unebenheiten	98
2.4.3.4 Spektrale Dichte der Fahrbahnunebenheiten	99
2.4.3.5 Gemessene, reale Fahrbahnunebenheiten	99
2.4.4 Zweimassen Feder-Dämpfersystem mit dem Reifen als Federelement	100
2.4.5 Federungsmodelle	102
2.4.5.1 Einmassen-Ersatzsystem	102
2.4.5.2 Zweimassen-Ersatzsystem	102
2.4.5.3 Erweiterung um Sitzfederung	103
2.4.5.4 Einspur-Federungsmodell	104
2.4.5.5 Zweispur-Federungsmodell	105
2.4.6 Parametervariation	107
2.4.7 Verknüpfung Fahrbahn–Fahrzeug	109
2.4.7.1 Spektrale Dichte der Aufbaubeschleunigung	110
2.4.7.2 Spektrale Dichte der Radlastschwankungen	111
2.4.8 Menschliche Schwingungsbewertung	112
2.4.9 Erkenntnisse aus den	113
2.5 Querdynamik	114
2.5.1 Anforderungen an das Fahrverhalten	114
2.5.2 Lenkkinematik	115
2.5.2.1 Statische Lenkungsauslegung	116
2.5.2.2 Dynamische Len kungsauslegung	116
2.5.3 Fahrzeugmodellierung	117
2.5.3.1 Einfaches Einspurmodell	117
2.5.3.2 Einfache Betrachtungen Fahrdynamik	119
2.5.3.3 Bewegungsvorgänge beim Über- undUntersteuern	122
2.5.3.4 Erweitertes Einspurmodell mit Hinterradlenkung	122
2.5.3.5 Nichtlineares Einspurmodell	124
2.5.3.6 Instationäre Betrachtungen des einfachen Einspurmodells	125
2.5.4 Die Regelstrecke „Fahrzeug“ im Regelkreis	128
2.5.4.1 Dynamisches Verhalten der Regelstrecke Fahrzeug	128
2.5.4.2 Schwimmwinkelkompensation mittels GleiHinterradlenkung	131
2.5.5 Frequenzgangbetrachtung bei variierten Fahrzeugkonfigurationen	132
2.5.5.1 Variation der Fahrgeschwindigkeit	133
2.5.5.2 Variation des Gierträgheitsmomentes	133
2.5.5.3 Variation der hinteren Schräglaufsteifigkeit	133
2.5.6 Zweispur-Fahrzeugmodellierung	134
2.5.7 Parametervariation	137
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 Fahrdynamik	141
2.6.1 Wechselwirkungen zwischen Vertikal-, Längs- und Querdynamik	141
2.6.1.1 Vertikalkraftschwankungen	141
2.6.2 Kritische Fahrsituationen	142
2.6.2.1 Bremsen in der Kurve	142
2.6.2.2 Beschleunigte Kurvenfahrt	143
2.6.2.3 Lastwechsel in der Kurve	144
2.6.2.4 Vertikalanregung durch Fahrbahnunebenheiten bei Kurvenfahrt	145
2.6.2.5 Bremsen und Anfahren auf einer inhomogenen Fahrbahnobe (µ-Split)	145
2.7 Fahrverhalten	146
2.7.1 Beurteilung des Fahrverhaltens	147
2.7.2 Fahrmanöver	148
2.7.3 Fahrmanöver Parameterraum	151
2.7.4 Abstimmungsmaßnahmen	153
2.7.4.1 Abstimmungsmaßnahmen zumstationären Lenkverhalten	153
2.7.5 Subjektive Fahrverhaltensbeurteilung	153
2.7.5.1 Bewertungsmethoden und Darstellung	153
2.7.5.2 Anfahrverhalten	156
2.7.5.3 Bremsverhalten	156
2.7.5.4 Lenkverhalten	156
2.7.5.5 Kurvenverhalten	160
2.7.5.6 Geradeausfahrt	160
2.7.5.7 Fahrkomfort (subjektiv)	160
2.7.6 Objektive Fahrverhaltensbeurteilung	165
2.7.6.1 Messgrößen	165
2.7.6.2 Anfahrverhalten	165
2.7.6.3 Bremsverhalten	166
2.7.6.4 Lenkverhalten	168
2.7.6.5 Kurvenverhalten	169
2.7.6.6 Geradeausfahrt	171
2.7.6.7 Fahrkomfort (objektiv)	173
2.8 Aktive und passive Sicherheit	173
Literatur	175
3 Bestandteile des Fahrwerks	177
3.1 Struktur des Fahrwerks	177
3.1.1 Funktionelle Struktur des Fahrwerks	177
3.1.2 Modulare Struktur des Fahrwerks	178
3.1.3 Bestandteile des Fahrwerks	178
3.2 Antriebsstrang	179
3.2.1 Anordnungen	179
3.2.2.2 Sperrdifferenziale	180
3.2.2.4 Torque Vectoring	181
3.2.2.3 Aktive Sperrdifferenziale	181
3.2.2.4 Torque Vectoring	181
3.2.3 Allradantrieb (Längsverteiler)	183
3.2.4 Allradantrieb (Längs-/Querverteiler)	184
3.2.5 Betriebsstrategien	185
3.2.6 Aktuelle Allradsysteme	185
3.2.7 Seitenwellen	187
3.3 Radbremsen Bremssysteme	188
3.3.1 Aufgaben und Grundlagen	188
3.3.2 Arten von Bremsanlagen	189
3.3.2.1 Allgemeine Anforderungen	189
3.3.3 Gesetzliche Vorschriften	191
3.3.4 Auslegung der Bremsanlage	191
3.3.4.1 Bremskraftverteilung	191
3.3.4.2 Dimensionierung	193
3.3.4.3 Bremskennung	193
3.3.5 Bremsmomente und Dynamik	194
3.3.5.1 Bremsmomente	194
3.3.5.2 Bremsdynamik	195
3.3.6 Komponenten des Bremssystems	195
3.3.6.1 Bremssattel	196
3.3.6.2 Bremsscheiben	200
3.3.6.3 Bremsbeläge	201
3.3.6.4 Trommelbremsen	201
3.3.6.5 Bremsleitungen und -schläuche	203
3.3.6.6 Bremsflüssigkeit	203
3.3.6.7 Bremskraftverstärker	204
3.3.6.8 Tandem-Hauptzylinder	206
3.3.6.9 Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI)	207
3.3.7 Elektronische Bremsregelsysteme	211
3.3.7.1 Bremsassistent (MBA, EBA, HBA)	211
3.3.7.2 Hydraulisch/Elektronische Regeleinheit (HECU)	213
3.3.7.3 Raddrehzahlsensor	214
3.3.7.4 Funktionen der elektronischen Bremssysteme	215
3.3.8 Neuartige Bremssysteme	221
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 Bremssyteme	224
3.3.9 Vernetztes Chassis	225
3.4 Lenksysteme	227
3.4.1 Anforderungen und Bauformen	227
3.4.2 Hydraulische Zahnstangenlenkung	229
3.4.2.1 Technik und Funktion	229
3.4.2.2 Aufbau und Bauteile	232
3.4.2.3 Spurstangen	235
3.4.3 Lenkstrang und Lenksäule	239
3.4.3.1 Komponenten und Funktionseinheiten	239
3.4.3.2 Auslegung und Erprobung	241
3.4.3.3 Crashanforderungen und Energieverzehrmechanismen	242
3.4.3.4 Ausblick und Modularisierung	245
3.4.4 Lenkrad	245
3.4.5 Elektromechanische Lenkung	247
3.4.5.1 Bauformen	247
3.4.5.2 Aufbau und Vorteile	249
3.4.5.3 Bedeutung der Lenkung für die Assistenzsysteme	252
3.4.6 Überlagerungsoder Aktivlenkung	253
3.4.6.1 Überlagerung von Momenten	253
3.4.6.2 Überlagerung von Winkeln	254
3.4.6.3 Stellervarianten der Aktivlenkung	254
3.4.6.4 Überlagerungsaktor am Lenkgetriebe	254
3.4.6.5 Überlagerungsaktor in der Lenksäule	256
3.4.6.6 Steuergerät und Sicherheitskonzept	257
3.4.6.7 Funktionen der Aktivlenkung	257
3.4.7 Zahnstangenservolenkung mit Momenten- und Winkelsteller	259
3.4.8 Hinterachsund Allradlenkung	260
3.4.9 Steer-by-wire-Lenksystem und Einzelradlenkung	262
3.4.9.1 Systemkonzept und Bauteile	263
3.4.9.2 Technik, Vorteile und Chancen	265
3.5 Federn und Stabilisatoren	266
3.5.1 Aufgabe der Federung	266
3.5.2 Systematik der Federarten	267
3.5.3 Konstruktion und Berechnung von Stahlfedern	267
3.5.3.1 Blattfedern	267
3.5.3.2 Drehstabfedern	270
3.5.3.3 Stabilisatoren	271
3.5.3.4 Schraubenfedern	279
3.5.4 Werkstoffe für Stahlfedern	287
3.5.5.1 Warmumformung	289
3.5.5 Herstellung von Stahlfedern	289
3.5.5.1 Warmumformung	289
3.5.5.2 Vergütung warmgeformter Federn	291
3.5.5.3 Kaltumformung	291
3.5.5.4 Kugelstrahlen	292
3.5.5.5 Plastifizieren	293
3.5.5.6 Korrosionsschutz	293
3.5.5.7 Endkontrolle und Markierung	294
3.5.6 Compositfedern	294
3.5.7 Federung für Niveauregelung	295
3.5.7.1 Aufgaben und Bauarten	295
3.5.7.2 Berechnung von Gasfedern und deren Eigenschaften	296
3.5.8 Federung durch Elastomerfeder	299
3.5.9 Federung durch Gaskompression	299
3.5.9.1 Vorund Nachteile von Gasfedern	300
3.5.9.2 Luftfederung	300
3.5.9.3 Hydropneumatische Federung	301
3.6 Dämpfung	301
3.6.1 Aufgabe der Dämpfung	301
3.6.2 Teleskopdämpfer-Bauarten	305
3.6.2.1 Zweirohrdämpfer	305
3.6.2.2 Einrohrdämpfer	306
3.6.2.3 Vergleich beider Dämpferarten	306
3.6.2.4 Sonderbauarten	307
3.6.3 Stoßdämpferberechnung	307
3.6.4 Zusatzfunktionen im Dämpfer	308
3.6.4.1 Zug- und Druckanschläge	308
3.6.4.2 Hubabhängige Dämpfung	311
3.6.4.3 Amplitudenselektive Dämpfung	312
3.6.5 Dämpferlager	313
3.6.6 Semiaktive Dämpfung	314
3.6.6.1 Lastabhängige Dämpfung	314
3.6.6.2 Elektrisch verstellbare Dämpfung	314
3.6.7 Alternative Dämpfungsprinzipien	318
3.6.7.1 Dämpfer mit rheologischen Flüssigkeiten	319
3.6.7.2 Verbunddämpfung	319
3.6.7.3 Elektrischer Dämpfer	320
3.6.8 Kombinierte Feder-/Dämpfereinheiten	320
3.6.8.1 Federträger und Federbein	320
3.6.8.2 Hydropneumatische Federung	322
3.6.8.3 Selbstpumpendes, hydropneumatisches Feder- und Dämpferelement	322
3.6.8.4 Luftfederung und hydraulischer Dämpfer	325
3.6.9 Gas-Feder-Dämpfereinheiten (GFD)	327
3.6.9.1 Physikalische Grundlagen	327
3.6.9.2 Auslegung der Gas-Feder-Dämpfereinheit	331
3.6.9.3 Ausführungsbeispiele von Gas-Feder-Dämpfereinheiten	337
3.6.9.4 Formelzeichen und Basisformeln	339
3.7 Radführung	339
3.7.1 Aufgaben, Struktur und Systematik	339
3.7.2 Lenker Aufgaben, Struktur und Systematik	341
3.7.2.1 Führungslenker	342
3.7.2.2 Traglenker	342
3.7.2.3 Hilfslenker	343
3.7.2.4 Anforderungen an Fahrwerkslenker	343
3.7.2.5 Werkstoffe für Fahrwerkslenker	343
3.7.2.6 Herstellverfahren für Fahrwerklenker	344
3.7.2.7 Herstellverfahren für Aluminiumlenker	352
3.7.2.8 Auslegung und Optimierung der Lenker	353
3.7.2.9 Integration der Gelenke an den Lenker	354
3.7.3 Kugelgelenk	355
3.7.3.1 Aufgabe und Anforderungen	355
3.7.3.2 Systematik für Kugelgelenke	356
3.7.3.3 Aufbau der Kugelgelenke	356
3.7.3.4 Lagersystem (Schale, Fett)	359
3.7.3.5 Dichtsystem (Balg, Spannring)	362
3.7.3.6 Führungsgelenke	365
3.7.3.7 Traggelenke	366
3.7.3.8 Hülsengelenke	368
3.7.4 Gummilager	369
3.7.4.1 Aufgabe, Anforderungen, Funktion	369
3.7.4.2 Ausführungen	372
3.7.5 Drehgelenk	373
3.7.6 Drehschubgelenk	374
3.7.7 Kugelschubgelenk	375
3.7.8 Achsträger	375
3.7.8.1 Aufgabe und Anforderungen	375
3.7.8.2 Systematik und Bauarten	376
3.8 Radträger und Radlager	378
3.8.1 Bauarten für Radträger	379
3.8.2 Werkstoffe und Herstellverfahren für Radträger	380
3.8.3 Bauarten für Radlager	380
3.8.3.1 Dichtung	384
3.8.3.2 Schmierung	384
3.8.3.3 ABS-Sensoren	385
3.8.4 Herstellung von Radlagern	387
3.8.4.1 Ringe und Flansche	387
3.8.4.2 Käfige und Wälzkörper	387
3.8.4.3 Montage	388
3.8.5 Anforderung, Auslegung und	388
3.8.5.1 Ermüdungslebensdauer (Überrollfestigkeit) des Radlagers	390
3.8.5.2 Bauteilfestigkeit und Kippsteifigkeit	392
3.8.5.3 Verifizierung durch Prüfmethoden	393
3.8.6 Ausblick	395
3.9 Reifen und Räder	399
3.9.1 Anforderungen an den Reifen	399
3.9.1.1 Gebrauchseigenschaften	399
3.9.1.2 Gesetzliche Anforderungen	403
3.9.1.3 Umweltaspekte	404
3.9.2 Bauarten, Aufbau und Material	405
3.9.2.1 Reifenbauarten	405
3.9.2.3 Sommer-, Winter-, All- Seasonreifen	406
3.9.2.4 Reifenmaterialien	406
3.9.2.5 Viskoelastische Eigenschaften von Gummi	408
3.9.3 Kraftübertragung Reifen–Fahrbahn	409
3.9.3.1 Tragverhalten	409
3.9.3.2 Kraftschlussverhalten, Aufbau von Haftbereich	409
3.9.3.3 Antreiben und Bremsen, Umfangskräfte	410
3.9.3.4 Schräglauf, Seitenkräfte und Rückstellmomente	411
3.9.3.5 Schräglaufsteifigkeit	412
3.9.3.6 Reifen unter Querund Längsschlupf	413
3.9.3.7 Reifengleichförmigkeit	414
3.9.4 Reifenmodelle für die Simulation	414
3.9.4.1 Reifenmodelle für die Horizontaldynamik	414
3.9.4.2 Reifenmodelle mit Finiten Elementen (FEM-Modelle)	416
3.9.4.3 Reifenmodelle für die Vertikaldynamik	416
3.9.4.4 Reifenmoden	417
3.9.4.5 Eigenschwingung der Kavität	417
3.9.4.6 Gesamtmodelle	417
3.9.5 Auswahl und Entwicklung von Die ReifenaufReifen und Rädern	418
3.9.5.1 Reifen	418
3.9.5.2 Rad	418
3.9.6 Moderne Reifentechnologien	419
3.9.6.1 Reifensensorik	419
3.9.6.2 Reifennotlaufsysteme	421
3.9.6.3 Reifen und Regelsysteme	422
3.9.6.4 High-Performance-(HP-) und Ultra-High-Performance-(UHP-)Reifen	423
3.9.7 Test und Messmethoden im Fahrversuch	425
3.9.7.1 Subjektive Testverfahren	425
3.9.7.2 Objektive Testverfahren für die Längshaftung	426
3.9.7.3 Objektive Testverfahren für die Seitenhaftung	427
3.9.7.4 Akustik	427
3.9.8 Test und Messmethoden im Labor	427
3.9.8.1 Grundkonzepte für Reifenprüfstände	427
3.9.8.2 Festigkeitsprüfung	428
3.9.8.3 Charakteristikmessungen am Prüfstand	428
3.9.8.4 Charakteristikmessungen mit demLaborfahrzeug	429
3.9.8.5 Rollwiderstandsmessung	429
3.9.8.6 Uniformityund Geometrie-Messung	430
3.9.8.7 Streckenmessung und Modellierung	431
3.9.8.8 Verlustleistungsanalyse	431
3.9.8.9 Reifentemperaturverfahren	432
3.9.9 Zukünftige Reifentechnologien	433
3.9.9.1 Materialentwicklung	433
3.9.9.2 Rollwiderstandsenkung (Sparreifen)	433
3.9.9.3 Neuartige Reifenkonzepte	434
Literatur	434
4 Achsen und Radaufhängungen	438
4.1 Starrachsen	440
4.1.1 Starrachsen mit	442
4.1.2 Starrachsen mit Längsund Querlenker	443
4.1.3 De-Dion-Achse: angetriebene Starrachse mit Zentralgelenk	445
4.1.4 Starrachsen mit Zentralgelenk- und Querlenkerführung (Deichselachse)	445
4.2 Halbstarrachsen	445
4.2.1 Verbundlenkerachsen	445
4.2.1.1 Torsionskurbelachse	447
4.2.1.2 Koppellenkerachse	447
4.2.1.3 Verbundlenkerachse	448
4.2.1.4 Verbundlenkerachse mit Wattgestänge	448
4.2.1.5 Verbundlenkerachse mit entkoppeltem Radträger	448
4.2.2 Dynamische Verbundachse (DVA)	449
4.3 Einzelradaufhängungen	449
4.3.1 Kinematik der Einzelradaufhängung	449
4.3.2 Eigenschaften der Einzelradaufhängungen	452
4.3.3 Einzelradaufhängungen mit einem Lenker	452
4.3.3.1 Längslenker-Einzelradaufhängungen	452
4.3.3.2 Schräglenker-Einzelradaufhängungen	453
4.3.3.3 Schraublenker-Einzelradaufhängungen	455
4.3.4 Einzelradaufhängungen mit zwei Lenkern	455
4.3.4.1 Quer-Längs-Pendelachsen	455
4.3.4.2 Trapezlenker mit einem Querlenker	455
4.3.4.3 Trapezlenker mit einem flexiblen Querlenker (Porsche Weissachachse)	456
4.3.5 Einzelradaufhängungen mit drei Lenkern	456
4.3.5.1 Längslenker mit zwei Querlenkern	456
4.3.5.2 Längslenker mit zwei Schräglenkern (Zentrallenker-Einzelradaufhängung)	457
4.3.5.3 Doppelquerlenker-Einzelradaufhängungen	457
4.3.6 Vierlenker – Einzelradaufhängungen der Hinterachse (Mehrlenker)	460
4.3.6.1 Mehrlenkerhinterachsen durch Auflösung des unteren 3-Punkt-Lenkers	461
4.3.6.2 Mehrlenkerhinterachsen durch Auflösung der oberen 3-Punkt-Lenker	462
4.3.6.3 Trapezlenkeraufhängung (Integrallenker)	462
4.3.6.4 Mehrlenkerhinterachsen mit Längslenker	463
4.3.7 Vierlenker – Einzelradaufhängungen der Vorderachse (Mehrlenker)	465
4.3.8 Einzelradaufhängungen mit fünf Lenkern	467
4.3.8.1 Fünflenker Einzelradaufhängung –Vorderachse	467
4.3.8.2 Fünflenker Einzelradaufhängung –Hinterachse (Raumlenker)	467
4.3.9 Federbein-Einzelradaufhängungen	469
4.3.9.1 Dreieckslenker-Federbeinaufhängung	469
4.3.9.2 McPherson mit Querverbindungstraverse	471
4.3.9.3 McPherson mit optimiertem Lenker	471
4.3.9.4 McPherson mit aufgelöstem unteren Lenker (Dreilenker-Federbein)	471
4.3.9.5 McPherson mit doppeltem Radträger	472
4.3.9.6 Federbeinaufhängung für die Hinterachse	472
4.4 Einzelradaufhängungen der Vorderachse	473
4.4.1 Anforderungen an die Vorderachsaufhängungen	473
4.4.2 Komponenten der Vorderachse	474
4.4.3 Einsatzgebiete der Vorderachstypen	475
4.4.4 Besonderheiten der Vorderachsaufhängungen	475
4.5 Einzelradaufhängungen der Hinterachse	476
4.5.1 Anforderungen an die Hinterachse	476
4.5.2 Komponenten der Hinterachse	478
4.5.3 Einsatzgebiete der Hinterachstypen	478
4.5.4 Besonderheiten der Hinterachsaufhängungen	479
4.5.4.1 Nicht angetriebene Hinterachse	479
4.5.4.2 Angetriebene Hinterachse	479
4.5.4.3 Verbundlenker-Hinterachsen	479
4.5.4.4 Mehrlenker-Hinterachsen	480
4.6 Gesamtfahrwerk	480
4.6.1 Zusammenspiel von Vorder- und Hinterachse	480
4.6.2 Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs	480
4.6.3 Achslastverlagerungen	480
4.6.4 Konstruktionskatalog als Auswahlhilfe für die Achstypen	480
4.7 Radaufhängungen der Zukunft	481
4.7.1 Achstypen der letzten 20 Jahre	481
4.7.2 Häufigkeit der aktuellen Achstypen	481
4.7.3 Die zukünftigen Vorderachstypen (Tendenzen)	483
4.7.4 Die zukünftigen Hinterachstypen (Tendenzen)	483
Literatur	484
5 Fahrkomfort	486
5.1 Grundlagen, Mensch und NVH	486
5.1.1 Begriffe und Definitionen	486
5.1.2 Schwingungs- und Geräuschquellen	488
5.1.3 Wahrnehmungsgrenzen des Menschen	488
5.1.4 Das Wohlbefinden des Menschen	489
5.1.5 Maßnahmen gegen Schwingungen und Geräusche	490
5.1.6 Vorgehen bei der NVH-Optimierung	491
5.2 Gummiverbundteile	492
5.2.1 Funktion der Gummiverbundteile	492
5.2.1.1 Kräfte übertragen	492
5.2.1.2 Definierte Bewegungen ermöglichen	492
5.2.1.3 Geräusche isolieren	492
5.2.1.4 Schwingungen dämpfen	493
5.2.2 Elastomer spezifische Definitionen	494
5.2.2.1 Kennlinien	494
5.2.2.2 Dämpfung	495
5.2.2.3 Setzung	495
5.3 Aggregatelager	496
5.4 Fahrwerk – Gummilager	500
5.4.1 Hülsenlager	500
5.4.2 Gleitlager	502
5.4.3 Hydraulisch dämpfende Buchsen	502
5.4.5 Verbundlenkerlager	505
5.5 Achsträgerlager	505
5.6 Federbeinstützlager	507
5.7 Berechnungsmethoden	508
5.8 Akustische Bewertung von Gummiverbundteilen	509
5.9 Zukünftige Bauteilausführungen	510
5.9.1 Sensorik	511
5.9.2 Schaltbares Fahrwerklager	512
5.9.3 Regelbares Fahrwerklager	513
Literatur	514
6 Fahrwerkentwicklung	515
6.1 Entstehung des Fahrwerks	515
6.1.1 Entwicklungsprozess	516
6.1.2 Projektmanagement (PM)	521
6.2 Planung und Definitionsphase	521
6.2.1 Zielwertkaskadierung	522
6.3 Konzeptphase	523
6.4 Virtuelle Simulation	523
6.4.1 Software für dieMehrkörpersimulation (MKS)	524
6.4.1.1 Aufbau von MKS-Fahrwerksmodellen mit ADAMS/Car	524
6.4.1.2 CAD-Fahrwerkmodell und Mehrkörpersystem	524
6.4.1.3 Mehrkörpersimulation mit starren und flexiblen MKS-Modellen	524
6.4.1.4 Mehrkörpersimulation mit Gesamtfahrzeug-,Fahrwerk- und Achsmodellen	526
6.4.1.5 Einfluss der Fertigungstoleranzen auf die kinematischen Kennwerte	526
6.4.2 Software für Finite Elemente Methode (FEM)	526
6.4.2.1 Klassifizierung der Analysen	528
6.4.2.2 Festigkeitsanalysen	528
6.4.2.3 Steifigkeitsanalysen	528
6.4.2.4 Eigenfrequenzanalysen	528
6.4.2.5 Lebensdauer-Betriebsfestigkeit	529
6.4.2.6 Crash-Simulationen	530
6.4.2.7 Topologie- und Formoptimierung	530
6.4.2.8 Simulation der Fertigungsverfahren	530
6.4.3 Vollfahrzeugsimulation	531
6.4.3.1 Fahrdynamiksimulation	531
6.4.3.2 Kinematik/Elastokinematik	531
6.4.3.3 Standard-Lastfälle	532
6.4.3.4 MKS-Modellverifikation	532
6.4.3.5 NVH	533
6.4.3.6 Loadmanagement (Lastenkaskadierung vom System zur Komponente)	534
6.4.3.7 Vollfahrzeug Betriebsfestigkeitssimulation	538
6.5 Integrierte Simulationsumgebung	539
6.5.1 Kinematische Analyse:Basistool ABE	539
6.5.2 Vollautomatische Kinematik- und Elastokinematik-Optimierung OPT	541
6.5.3 Virtuelle Produktentwicklungsumgebung	542
6.6 Serienentwicklung und Absicherung	544
6.6.1 Konstruktion	544
6.6.1.1 Bauteilkonstruktion	545
6.6.1.2 Bauraum „Package“	545
6.6.1.3 Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse	546
6.6.1.4 Toleranzuntersuchungen	546
6.6.2 Validierung	546
6.6.2.1 Prototypen	546
6.6.2.2 Validierung am Prüfstand	547
6.6.2.3 Straßen-Simulationsprüfstand (SSP)	549
6.6.3 Validierung am Gesamtfahrzeug	550
6.6.4 Optimierung und Abstimmung	551
6.7 Serienbegleitende Entwicklung	551
6.8 Ausblick und Zusammenfassung	552
Literatur	553
7 Fahrwerkelektronik	554
7.1 Motivation und Nutzen	554
7.1.1 Grenzen passiver Fahrwerke	554
7.1.1.1 Zielkonflikt Dämpfungsauslegung	554
7.1.1.2 Zielkonflikt Federungsauslegung	555
7.1.1.3 Zielkonflikt Lenkübersetzung	555
7.1.1.4 Forderung nach aktiven Systemen	555
7.1.2 Fahrzeugführung	556
7.1.2.1 Regelkreis Fahrer–Fahrzeug	556
7.1.2.2 Vereinfachte Fahrzeugführung	556
7.2 Unterteilung der Fahrwerkregelsysteme	557
7.2.1 Begriffsbestimmungen	557
7.2.2 Unterteilung der Fahrwerkregelsysteme in Domänen	557
7.3 Längsdynamikfunktionen	558
7.3.1 Traktionsregelung mit dem Allradverteilergetriebe	558
7.3.2 Traktionsregelung Achsgetriebe	559
7.3.3 Torque Vectoring	560
7.4 Vertikaldynamikfunktionen	561
7.4.1 Variable Dämpfer	561
7.4.2 Aktiver Stabilisator	562
7.4.3 Niveauregulierung	563
7.5 Querdynamikfunktionen	563
7.5.1 Elektrolenkung	564
7.5.2 Überlagerungslenkung	565
7.5.3 Hinterachslenkung	565
7.6 Systemvernetzung und Funktionsintegration	566
7.6.1 Systemvernetzung	566
7.6.2 Fahrdynamikregelung	567
7.6.3 Funktionsintegration	570
7.6.4 Funktionsarchitektur	570
7.6.5 Standardschnittstellen / Autosar	571
7.7 Elektronik-Hardware,Sensorik und Aktuatorik	572
7.7.1 Technologiebeispiele	572
7.7.2 Umweltanforderungen	575
7.7.3 Bussysteme im Fahrwerk	576
7.7.3.1 CAN-Bus	576
7.7.3.2 FlexRay	576
7.7.4 Aktuatoren im Fahrwerk	577
7.7.5 Sensoren im Fahrwerk	578
7.8 Entwicklung der Fahrwerkregelsysteme	580
7.8.1 Entwicklung gemäß Automotive SPICE	580
7.8.2 Funktionale Sicherheit	582
7.8.3 Simulation der Fahrwerkelektronik	583
7.8.4 Hardware-in-the-Loop-Simulation	584
Literatur	585
8 Elektronische Systeme im Fahrwerk	587
8.1 Elektronische Struktur des Fahrwerks	587
8.2 Mechatronische Längsdynamiksysteme	587
8.2.1 Antriebssysteme	587
8.2.1.1 xDrive	588
8.2.1.2 Active Yaw Control (AYC)	589
8.2.1.3 Quattro Sport Differential	590
8.2.1.4 Weitere aktive Allradantriebssysteme	592
8.2.1.5 Systeme mit Frontantrieb-Querverteiler Überlagerungsdifferenzial	592
8.2.1.6 4Motion von VW	593
8.2.2 Bremssysteme	593
8.2.2.1 Grundlagen des Bremsen-Fahrdynamikreglers	593
8.2.2.2 Zusatzfunktionen in aktiven Bremssystemen	594
8.3 Mechatronische Vertikaldynamiksysteme	595
8.3.1 Anforderungen an die Vertikalsysteme	595
8.3.2 Einteilung der Vertikalsysteme	595
8.3.3 Dämpfungssysteme	596
8.3.3.1 Adaptive Dämpfungssysteme	597
8.3.3.2 Semi-aktive Dämpfungssysteme	598
8.3.3.3 Regelstrategien für semi-aktive Dämpfer	600
8.3.4 Niveauregulierungssysteme	601
8.3.5 Adaptive Luftfederungssysteme	602
8.3.6 Aktuelle aktive Federungssysteme	603
8.3.6.1 Langsam-aktive Fahrwerksysteme	604
8.3.6.2 Voll-aktive, integrierte Fahrwerksysteme	606
8.3.7 Lagersysteme	609
8.4 Mechatronische Querdynamiksysteme	610
8.4.1 Vorderradlenkung	611
8.4.2 Hinterradlenkung	613
8.4.3 Wankstabilisierungssysteme	619
8.4.3.1 Passiver Stabilisator	620
8.4.3.2 Schaltbare Off-Road-Stabilisatoren	620
8.4.3.3 Schaltbare On-Road-Stabilisatoren	620
8.4.3.4 Semiaktive Stabilisatoren	621
8.4.3.5 Hydraulische aktive Stabilisatoren	622
8.4.3.6 Elektrische aktive Stabilisatoren	625
8.4.4 Aktive Kinematik	627
8.4.5 Gegenüberstellung der Fahrdynamiksysteme	630
8.4.6 Vernetzung der Fahrwerksysteme	632
8.5 X-by-wire	633
8.5.1 Steer-by-wire	633
8.5.2 Brake-by-wire	634
8.5.2.1 Elektrohydraulische Bremse (EHB)	635
8.5.2.2 Elektromechanische Bremse (EMB)	635
8.5.2.3 Elektromechanische Bremse von Teves	635
8.5.2.4 Elektrohydraulische Combi-Bremse (EHC)	636
8.5.2.5 Radialbremse	637
8.5.2.6 Keilbremse	637
8.5.2.7 Mechatronische Bremse	638
8.5.3 Leveling-by-wire	639
8.6 Fahrerinformationssysteme	639
8.7 Fahrerwarnsysteme	640
8.7.1 Fahrerwarnung bei der Längsführung	640
8.7.2 Fahrerwarnung bei der Querführung	641
8.8 Fahrerassistenzsysteme	641
8.8.1 Bremsassistenz	643
8.8.1.1 Sicherheitsrelevante Bremsassistenz	643
8.8.1.2 Komfortorientierte Bremsassistenz	644
8.8.1.3 Anforderungen an die Bremsassistenz	644
8.8.2 Distanzhalteassistenz	644
8.8.3 Lenkassistenz	645
8.8.3.1 Lenkassistenz durch Anpassung der Unterstützungskraft	646
8.8.3.2 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerhandmoments	646
8.8.3.3 Lenkassistenz durch Überlagerung des Fahrerlenkwinkels	649
8.8.3.4 Lenkassistenz durch kombinierten Eingriff aus Lenkradwinkel und -moment	649
8.8.4 Einparkassistenz	649
8.8.4.1 Einführung	649
8.8.4.2 Parklückenerkennung	650
8.8.4.3 Einparkvorgang	651
8.8.4.4 Lenkaktuator	652
8.8.5 Zusammenfassung	652
Literatur	653
9 Zukunftsaspekte des Fahrwerks	656
9.1 Fahrwerkkonzepte –Fokussierung auf den Kundenwert	657
9.1.1 Auslegung des Fahrverhaltens	657
9.1.2 Diversifizierung und Stabilisierung der Fahrwerkskonzepte	658
9.1.2.1 Vorderachsen	659
9.1.2.2 Hinterachsen	659
9.1.3 Fahrwerkbestandteile der Zukunft	659
9.1.3.1 Achsantrieb der Zukunft	659
9.1.3.2 Bremse der Zukunft	660
9.1.3.3 Lenkung der Zukunft	660
9.1.3.4 Federung der Zukunft	660
9.1.3.5 Dämpfung der Zukunft	660
9.1.3.6 Radführung der Zukunft	660
9.1.3.7 Radlager der Zukunft	660
9.1.3.8 Reifen und Räder der Zukunft	660
9.1.4 Elektronische Fahrwerksysteme der Zukunft	660
9.1.4.1 Systemvernetzung	661
9.1.4.2 Leistungsfähigkeit	661
9.1.4.3 Systemsicherheit	662
9.1.4.4 Elektronik Entwicklungsprozess	662
9.1.4.5 Anforderungen an die Datenübertragung	662
9.2 Umweltschutz und CO2	663
9.2.1 Bedeutung der CO2-Senkung	663
9.2.2 Beitrag des Fahrwerks zurCO2-Senkung	663
9.2.2.1 Reifen und Bremse	663
9.2.2.2 Nebenaggregate mit Elektroantrieb	664
9.2.2.3 Fahrwerkgewicht	664
9.2.2.4 Fahrwiderstand	665
9.2.2.5 Energierückgewinnung an Stoßdämpfern	665
9.2.2.6 Zusammenfassung	665
9.2.3 Beitrag des Hybridantriebs zur CO2-Senkung	665
9.2.3.1 Mild- und Parallel-Hybridantriebe	667
9.2.3.2 Seriell-Hybridantriebe	667
9.2.4 Bremsblending für Rekuperation	668
9.3 Elektrofahrzeuge	670
9.3.1 Antriebskonzepte für das Elektrofahrzeug	670
9.3.2 Fahrwerkkonzepte für Elektro-Autos	672
9.3.2.1 Fahrwerkkonzepte mit zentralem Elektromotor	672
9.3.2.2 Fahrwerkkonzepte für zwei Elektromotoren	672
9.3.2.3 Fahrwerkkonzepte für radnahen Antrieb	673
9.3.2.4 Fahrwerkkonzepte für Radnaben-Antriebe	674
9.3.2.5 Gegenüberstellung radnahe Antriebe und Radnaben-Antriebe	676
9.3.3 Elektro-Radnabenfahrwerk„eCorner“	676
9.4 X-by-wire-Systeme der Zukunft	677
9.5 Fahrerassistenz-Systeme der Zukunft	678
9.6 Vorausschauende und intelligente Fahrwerke der Zukunft	679
9.6.1 Fahrzeugsensorik	679
9.6.2 Aktuatorik	680
9.6.3 Vorausschauendes Fahren	680
9.7 Autonomes Fahren in der Zukunft?	683
9.7.1 Selbstfahrendes Chassis,Rolling/Driving Chassis	683
9.7.2 Urban Challenge 2007: Die ersten Schritte zum autonomen Fahren	684
9.7.3 Autofahren ohne Fahrer	686
9.8 Zukunftsszenarien für das Auto und sein Fahrwerk	687
9.8.1 Trends aus der Vergangenheit	688
9.8.2 Trends aus der Gegenwart	688
9.8.3 Trends der Zukunft	688
9.8.4 Szenarioanalyse	688
9.8.5 Mögliche Zukunftsvisionen	689
9.9 Ausblick	690
Literatur	692
Glossar	694
Sachwortverzeichnis	717

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