Active Geometry Control Suspension
Verbesserung der Fahrzeugstabilit?t im Hyundai Sonata
Das AGCS-System – das Kürz-el steht für …Active Geometry Control Suspension“ – ist eine von Hyundai entwickelte und patentierte Chassistechnologie, die sich in ihrer Kontrollstrategie grunds?tz-lich von konven-tionellen aktiven Fahrwerkskontrollsystemen unterscheidet. W?hrend konventionelle Systeme wie Vierrad-lenkungen (4WS) [1] und andere aktive Fahrwerksysteme konz-ipiert sind, um auftretende Ph?nomene wie Aufbaurollen oder Nickbewegungen z-u kontrollieren, kontrolliert AGCS die Ursache. Es steuert den inneren Anlenkpunkt des Hinterradlenkers an und g
ew?hrleistet eine optimale Radgeometrie für die Fahrz-ust?nde.
TITELTHEMA ATZ 02I2009 Jahrgang 111
90 Fahrwerk
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
1 Einleitung
Gro?e Anstrengungen wurden von den Fahrwerksingenieuren unternommen, um durch die Entwicklung von aktiven Regelungssystemen über die Leistungs-grenzen passiver Radaufh?ngungen hin-auszugehen. Verschiedene Hersteller ha-ben bereits Systeme wie zum Beispiel 4WS – semi-aktiv, langsam-aktiv (kürzlich in Oberklassewagen angewendet) und voll-aktiv (Steuerung bis zu 20 Hz) – ent-wickelt. Diese Systeme erfordern jedoch eine Vielzahl von Sensoren und einen überm??igen Einsatz von Energie für die Regelung und sind daher recht teuer.Die grunds?tzlichen Nachteile der konventionellen Regelsysteme k?nnen in der zugrunde liegenden Strategie der …Regelung der Ph?nomene“ gesehen wer-den. Der Ausdruck …Regelung der Ph?no-mene“ steht für das Prinzip, die Bewe-gungen eines Fahrzeuges mittels Sen-soren zu erfassen und die Fahreigen-schaften durch gleichzeitiges Abschw?-
chen oder Unterdrücken unzul?ssiger oder unerwünschter Bewegungen zu ver-bessern. Das unerwünschte Verhalten des Fahrzeuges wird durch externe St?-rungen angeregt. Da ein St?rimpuls eine Vielzahl gleichzeitig auftretender Ph?no-mene hervorrufen kann, gestaltet es sich als schwierig, alle diese Auswirkungen gleichzeitig zu erfassen und zu regeln. Ein System w?re jedoch wirksamer, wenn es die Ursache des Ph?nomens kontrol-lieren würde und dabei durch die natür-liche Fahrzeugbewegung unterstützt würde. Das AGCS ist ein Beispiel für ein System, das die Ursache einer Fahrzeug-reaktion kontrolliert.
2 überblick des AGCS-Systems
Das AGCS-System verstellt die Position des inneren Befestigungspunktes der Hinterradaufh?ngung in vertikaler Rich-tung, um den Spurwinkelverlauf und die Charakteristik des Radsturzwinkels zu
Der Autor
Dr. Un Koo Lee
ist Vice President der Hyundai Motor Com-pany in Gyeonggi-Do (Südkorea) und für die Entwicklung von Fahr-werk-Plattformen und zukünftige Fahrzeug-technologien verant-wortlich.
Tabelle 1: Konventionelles aktives Regelsystem versus AGCS
Bild 1: ?nderung des Spur- und Sturz-verlaufs mit AGCS-Steuerung
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
91
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
ver?ndern und damit unter den verschie-densten Betriebsbedingungen eine opti-male Radgeometrie zu erhalten.Da der Systemantrieb die vertikale Ko-ordinate des inneren Radaufh?ngungs-punkts verschiebt, steht die Richtung der
Bet?tigungskraft fast im rechten Winkel zur Belastung. Dieses Prinzip minimiert den Energieaufwand, der für die Verstel-lung erforderlich ist. Tabelle 1 zeigt den Vergleich des AGCS-Systems mit einem konventionellen aktiven Regelsystem.Wie Bild 1 zeigt, verstellt das AGCS-Sys-tem nicht nur die Spur- und die Rad-sturzwinkel, sondern ver?ndert auch die Charakteristik von Spur- und Radsturz-verlauf. In einem weiteren Entwicklungs-schritt sollen die Gr??e der Aktuatoren reduziert und die Anordnung der Bau-teile weiter optimiert werden. Zukünftig soll das AGCS zu einem noch leistungsf?-higeren System entwickelt werden, mit dem neben den Spur- und Radsturzwin-keln auch der Nachlauf, die Lenkachse und die Rolleigenschaften optimiert wer-den k?nnen.
Das AGCS-System an der Hinterradauf-h?ngung des aktuellen Sonata ver?ndert jedoch ausschlie?lich die Charakteristik der Spurwinkelgeometrie. Das AGCS un-terscheidet sich durch seine Wirkungs-weise von den konventionellen 4WS-Syste-men: Um hier eine hohe Stabilit?t bei schneller Geradeausfahrt und bei lang-samer Kurvenfahrt zu gew?hrleisten, mi-nimiert das AGCS die Vorspurwerte. Bei hohen Querbeschleunigungen, wie sie bei schneller Kurvenfahrt, Seitenwind oder abrupten Lenkman?vern auftreten, wer-den die Spurwerte vergr??ert und somit eine st?rkere Untersteuerneigung herge-stellt, die zu einer hohen Fahrstabilit?t unter diesen Fahrbedingungen führt.
Wie in Bild 2 dargestellt, besteht das AGCS-System aus einem Verstellmotor, einem Verstellhebel und einer elektri-schen Steuereinheit (ECU). Die ECU steu-ert den Verstellbereich in Abh?ngigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenk-radwinkel. Der Aktuator bewegt dabei den Verstellhebel um eine Drehachse, die am Hinterachstr?ger angeordnet ist. Der Hebel bewegt den inneren Befesti-gungspunkt der Führungsstrebe der Hin-terradaufh?ngung vertikal nach unten und stellt so die Radgeometrie auf einen optimalen Vorspurwert ein. Dieser Vor-gang ist in Bild 3 dargestellt.
Da die auf den Spurhebel wirkende Kraft und die Spurverstellkraft fast im rechten Winkel aufeinander teffen, Bild 4, liegt der für die Verstellung ben?-tigte Energieaufwand bei nahezu null:
(W = F ? S ≈ COS(90°) ≈ 0).
Bild 2: AGCS-Konfiguration
Bild 3: Spur-?nderungs-kennlinien
TITELTHEMA ATZ 02I2009 Jahrgang 111
92
Fahrwerk
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Deswegen ist das AGCS-System grund-s?tzlich effizienter als die konventionellen aktiven Systeme, bei denen die Bet?ti-gungskraft in die gleiche Kraftrichtung wirken. Bild 4 zeigt das Eigenlenkverhal-ten von zwei Fahrzeugen mit AGCS …on“ und …off“. Das Fahrzeug mit AGCS …on“ zeigt ein wesentlich stabileres Kurvenver-halten, weil der vergr??erte Spurwinkel des kurven?u?eren Rades deutlich mehr Seitenführungskraft aufbauen kann.
3 Regellogik
Das AGCS-System besteht aus Sensoren, ei-ner Steuereinheit und Aktuatoren. Die Sensoren ermitteln die Fahrzeugge-schwindigkeit und den Lenkradwinkel. Aus den eingehenden Sensorsignalen be-rechnet die Steuereinheit die zu erwar-tende Querbeschleunigung des Fahr-zeuges und gibt Steuerbefehle an die Ak-tuatoren weiter. Daraufhin verstellen die Aktuatoren den inneren Anlenkpunkt der Spurlenker an den Hinterr?dern, um jederzeit einen optimalen Spurwinkel zu erhalten. Bild 5 zeigt den Ablauf des AGCS-Systems. Dessen einfache Kontrollstrate-gie erm?glicht in allen Fahrzust?nden ei-ne schnelle und pr?zise Steuerung. Es gibt drei Kennfelder, denen unterschiedliche Lenkwinkelgeschwindigkeitsbereiche zu-
geordnet sind. Die Kennfelder geben In-
formationen über das Verhalten des Fahr-
zeuges im übergangsbereich. Je st?rker
hierbei eine instation?re Fahrzeugbewe-
gung auftritt, desto schneller und inten-
siver greift das AGCS-System ein.
Die wichtigsten Anforderungen, die
von der AGCS-Steuerung erfüllt sein müs-
sen, lauten:
– Eingriffpunkt des Systems: Die Kon-
trolllogik l?sst das System eingreifen,
sobald unter Berücksichtigung der
Geschwindigkeiten eine konstante
Querbeschleunigung erkannt wird,
und erreicht so eine homogene Wir-
kungsweise. Ob ein konstantes Ver-
halten erreicht ist, ermittelt sich
durch das station?re Eigenlenkver-
halten des Fahrzeuges bei den ver-
schiedensten Fahrgeschwindigkeiten.
Die Kontrolllogik bestimmt also den
Eingriff des AGCS-Systems infolge ei-
ner vorhandenen, konstanten Quer-
beschleunigung und bezieht sich da-
bei auf den aktuellen Lenkradwinkel,
die Lenkgeschwindigkeit und die
Fahrzeuggeschwindigkeit.
– Verstellweg: Um den Verstellweg ent-
sprechend den Querbeschleunigun-
gen des Fahrzeugs zu steuern, wurden
für eine maximale Effizienz des Sys-
tems drei verschiedene Kennfelder de-
finiert und somit eine progressive
Fahrzeugreaktion erreicht.
Bild 6 zeigt die Struktur der Kontroll l ogik.
Basierend auf den drei verschiedenen
Kennfeldern (MAP1 ~ MAP3) steuert das
AGCS den Aktuator an, der die Vorspur
auf einen vorgegebenen Zielwert einstellt.
Bild 4: Eigenlenkverhalten
bei schneller Kurvenfahrt
Bild 5:
Kontrollstrategie des AGCS-Systems
Bild 6:
Struktur der Kontrolllogik
ATZ 02I2009 Jahrgang 11193
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Bei niedrigen Lenkwinkelgeschwindig-keiten w?hlt das AGCS-System Kennfeld 1 aus, bei mittleren Geschwindigkeiten Kennfeld 2 und bei hohen Geschwindig-keiten wird Kennfeld 3 angesprochen.
4 Fahrzeugeigenschaften
Ein umfassendes Testprogramm wurde durchgeführt, um die Wirkungsweise des AGCS-Systems zu validieren. Dieses Testprogramm besteht aus subjektiven Beurteilungen in verschiedensten Fahr-situationen und objektiven Fahrdyna-miktests, die sich haupts?chlich auf das Fahrverhalten im übergangsbereich kon-zentrieren.
4.1 Subjektive Beurteilung
Um den Einfluss des AGCS-Systems auf das Fahrverhalten subjektiv zu bewerten, wurden als Tests die quasi-station?re Kur-venfahrt und der einfache Spurwechsel jeweils mit AGCS …on“ und AGCS …off“ durchgeführt. Die Ergebnisse basieren auf der Beurteilung durch versierte Test-fahrer und wurden mit Beurteilungsno-
ten zwischen eins bis zehn gewertet, T abelle 2. Die Ergebnisse sind als Noten in Tabelle 3 zusammengefasst.
Im Zustand …AGCS off“ zeigt das Fahr-zeug w?hrend des Fahrspurwechsels bei niedrigen und mittleren Querbeschleu-nigungen ein etwas verz?gertes Anspre-chen und eine ausreichende Gierd?mp-fung. Bei hohen Querbeschleunigungen ist die Gierd?mpfung jedoch zu gering, die Fahrzeugreaktion zu schnell, und das Fahrzeug l?sst sich schwieriger kontrollieren. Im Grenzbereich kann ei-ne übersteuerreaktion auftreten und ein Gegenlenken wird erforderlich.
Im Zustand …AGCS on“ zeigt das Fahr-zeug durch eine h?here Gierd?mpfung ein verbessertes übergangsverhalten, was einer der wichtigsten Faktoren bei Kurvenfahrt ist. Bemerkenswert sind auch andere Verbesserungen wie eine schnellere, aber kontrollierte Fahrzeug-reaktion und eine ausgepr?gte Unter-steuertendenz. Das Fahrzeug zeigt ein gutes station?res Verhalten und einen zunehmenden Untersteuerungsgradien-ten. Die Einsch?tzbarkeit des Grenzver-haltens ist bereits gut und kann durch ei-ne gesteigerte Untersteuerungstendenz noch zus?tzlich verbessert werden. Hier muss berücksichtigt werden, dass der
Einfluss des AGCS nur dann erzielt wer-
den kann, wenn die Lenkradbewegungen
über einem bestimmten Betrag liegen.
Deshalb ist es streng genommen kein
rein station?rer Fahrzustand. Dennoch
kann diese Bedingung als Grenze zwi-
schen übergangsbereich und statio-Tabelle 2:
Klassifiz-ierung der subjektiven Beurteilungsnoten
Tabelle 3:
Testergebnisse als subjektive Beurteilungsnoten
Bild 7: Lenkwinkelsprung – Zeitfunktionen
TITELTHEMA
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
94
Fahrwerk https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
n?rem Zustand betrachtet werden und ist für die Bewertung geeignet.
Die Testergebnisse zeigen deutlich die Wirkung des AGCS und best?tigen den positiven Einfluss von AGCS auf die Fahr-eigenschaften. Der Aufbau des Schr?glauf-winkels an den Hinterr?dern führt zu h?-herer Stabilit?t und die Untersteuerten-denz an der Grenze der Seitenführungs-kraft der Reifen ist ausgepr?gter. Die Er-gebnisse best?tigen die bessere Vorherseh-barkeit der Haftungsgrenze der Reifen und eine bessere Verteilung des Schr?g-laufs zwischen Vorder- und Hinterachse.
4.2 Objektive Tests
Mit dem AGCS-System wurden umfang-reiche Messfahrten durchgeführt, zur Vereinfachung werden in diesem Ab-schnitt jedoch nur die Ergebnisse der drei aussagekr?ftigsten Tests vorgestellt: Lenkwinkelsprung [2], doppelter Fahr-spurwechsel [3] und Frequenzganganaly-se [4].
4.2.1 Lenkwinkelsprung
Der Lenkwinkelsprung wird durchge-führt, um die Fahrzeugreaktion bei defi-niertem Lenkeinschlag mit gro?er Ge-nauigkeit zu analysieren. Dabei wurden überschwingen und Verz?gerung der Fahrzeugreaktion durch Messen von Gier-geschwindigkeit, Querbeschleunigung und Schr?glaufwinkel etc. ermittelt.
Wie Bild 7 zeigt, ist die Quergeschwin-digkeit des Fahrzeuges (bezogen auf den Schwimmwinkel) als direkter Einfluss des AGCS-Systems signifikant niedriger. Aus den Messwerten l?sst sich die Wirk-samkeit des AGCS-Eingriffs auf die Fahr-zeugreaktion als eine st?rkere D?mp-fung der Giergeschwindigkeits?nderung deutlich ablesen. Die Frequenz und die Maximalwerte der Giergeschwin-digkeitskurve fallen mit der Testbedin-gung …AGCS on“ niedriger aus als mit …AGCS off“. Die numerischen Testergeb-nisse sind in Tabelle 4 zusammen gefasst.
4.2.2 Doppelter Fahrspurwechsel
Im Gegensatz zum Lenkwinkelsprung-Test ist der doppelte Fahrspurwechsel ein Closed-Loop-Test. Der Testfahrer kor-rigiert den Lenkradwinkel so, dass das Fahrzeug der Zielspur folgen kann. Des-
halb ist hier ein Vergleich von Ergebnis-
Tabelle 4:
Lenkwinkelsprung – Testbedingungen Tabelle 5: Doppelter Spurwechseltest – Messergebnisse
Bild 8: Doppelter Spurwechsel-test – Stabilit?tseigenschaften
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
95
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
sen aus verschiedenen Messfahrten viel schwieriger als beim Open-Loop-Test. Al-lerdings kann das Diagramm, Bild 8, das die Schwimmwinkelrate über dem Schwimmwinkel darstellt, eine gute Aus-sage über die Stabilit?t des Fahrzeuges unter diesen Fahrbedingungen geben. Wie man in Bild 8 erkennt, ist die Kurve des Schwimmwinkels und des Schwimm-winkelgradienten mit …AGCS on“ deut-lich enger zusammengezogen, was auf die Verbesserung der Fahrstabilit?t hin-weist.
Die numerischen Testergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengefasst.
4.2.3 Frequenz-analyse
Der Frequenzgangtest erbringt den Nach-weis, wie das Hinterachsspur-Kontrollsys-tem die Gierrate über einen weiten Be-reich unterschiedlicher Lenkeinschlag-frequenzen d?mpft. Die Testergebnisse
sind in Bild 9 dargestellt. Das Fahrzeug oh-ne AGCS zeigt eine typische Gierreaktion mit zunehmender Giergeschwindigkeits-rate, bis die Resonanzfrequenz von unge-
f?hr 1.1 Hz erreicht ist. Die Gierreaktion eines Fahrzeuges mit …AGCS on“ verl?uft jedoch viel flacher, und der Zuwachs der Giergeschwindigkeitsrate ist sehr klein. Dieses Verhalten weist auf eine Zunahme der Gierd?mpfung hin und ist ein Beweis für die Wirksamkeit des AGCS zur Verbes-serung der Fahrstabilit?t.
5 Schlussfolgerung
Das AGCS-System ist ein einzigartiges ak-tives Chassiskontrollsystem. Das AGCS-System ist ein fortschrittliches System vom Typ …Ursachensteuerung“ und kann daher mit niedrigerem Energieeinsatz und langsameren Aktuatoren arbeiten als konventionelle aktive Systeme. Durch die Verschiebung des Befestigungspunkts der Radaufh?ngung wurde es m?glich, verschiedenste optimierte Radkurven un-ter allen Fahrbedingungen zu erzeugen. Das bedeutet, dass das AGCS-System in der Lage ist, mit einer Radaufh?ngung ei-ne Vielzahl von Radgeometrien zu ver-wirklichen. Es ist zu erwarten, dass sich kompakte, effiziente und kostengünstige aktive Chassiskontrollsysteme wie das AGCS in Zukunft durchsetzen werden.
Literaturhinweise
[1] Namio, I.; Junsuke, K.: 4WS technology and the prospects for improvement of vehicle dynamics. In: SAE No. 901167, 1990
[2] Lee, U. K.; Lee, S. H.; Catala, A.: The development of AGCS (active geometry control system) for the new Hyundai Sonata. In: Proceedings of the FISITA World Automotive Congress, Yokohama, Japan, 22-27 October 2006, F2006V223
[3] Lee, U. K.; Lee, S. H.; Han, C. S.; Hedrik, K.; Catala, A.: Active geometry control suspension system for the enhancement of vehicle stability. In: Journal of Automobile Engineering, Proceedings of IMechE, Vol. 222, pp. 979-998, June 2008
[4] ISO 7401: Road vehicles – transient open-loop
r
esponse test with step steering, 1988Download des Beitrags unter www.ATZonline.de
Read the English e-magazine.
Order your test issue now:
SpringerAutomotive@https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Bild 9: Frequenz--ganganalyse – Messergebnisse
TITELTHEMA ATZ 02I2009 Jahrgang 111
96
Fahrwerk
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
24. UND 25. M?RZ 2009 | STUTTGART | 9. INTERNATIONALES STUTTGARTER SYMPOSIUM
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Fahrwerk https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
TITELTHEMA
Verbundlenkerachsen von Benteler werden in Fahrzeugen der A-, B- und C-Segmente und vereinzelt auch im D-Segment, in Mini-Sport-Utility-Vehicles sowie in allradgetriebenen Fahrzeugen eingesetzt.
Aufgrund der niedrigen Kosten, des kompakten Aufbaus, des geringen Gewichts und der guten achs-
kinematischen Eigenschaften stellen sie eine oft konkurrenzlose L?sung dar. Der Trend zu Verbesse-rungen bei der Konstruktion der Achse und den dafür optimierten und neuen Fertigungstechnologien
wird sich fortsetzen.
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
100
1 Benchmarking
Um eine m?glichst gute Markttranspa-renz zu erhalten, ist ein weltweit operie-rendes Benchmarkingsystem erforder-lich, das die Eigenschaften beziehungs-weise Vor- und Nachteile der Achsen ge-zielt herausarbeitet. Die Benteler-Ent-wicklungsstandorte in Europa, Amerika und Asien beobachten deshalb den loka-len Markt und untersuchen alle interes-
santen neuen Achsen. Die weltweit stan-dardisierte Vorgehensweise stellt sicher, dass die ermittelten Daten einfach mit-einander vergleichbar sind. Die Daten werden in einer Datenbank abgelegt, so dass weltweit alle Entwicklungsstand-orte selbst?ndig auf die aktuellsten Da-ten zugreifen k?nnen. Neben den ver-gleichsweise leicht zu ermittelnden Da-ten wie Gewicht, Schwei?nahtl?ngen und Geometrieabmessungen geh?ren Materi-alanalysen, Steifigkeitsuntersuchungen und Lebensdauertests zu den unverzicht-baren Grundlagenuntersuchungen, um ein Achskonzept bewerten zu k?nnen, Bild 1. Dies erfordert die Entwicklung von Kennzahlen, die ein Vergleichen der Achsen erm?glichen und somit auch in den Konzeptentwicklungen Berücksich-tigung finden k?nnen. Bei Achsen, die oberhalb der erwarteten Performance liegen, speziell im Bereich der Lebens-dauer, werden mittels eines 3D-Scans mit anschlie?ender Fl?chengenerierung
und Finite-Elemente-Methode die auftre-tenden Spannungen berechnet und die Funktion der Achse bewertet. Durch den Vergleich der Spannung mit dem Lebens-dauerergebnis und der Materialunter-suchung kann auf Fertigungstechnolo-gien geschlossen werden. Die Erfah-rungen aus eigenen Entwicklungen zu-sammen mit den über 40 analysierten Verbundlenkerachsen sind die Basis der Konzeptentwicklung.
2 Konzeptentwicklung
Die immer kürzer werdenden Entwick-lungszeiten und die Komplexit?t der Ver-bundlenkerachse in der Abstimmung der achskinematischen Gr??en haben Benteler in der Vergangenheit veranlasst, neue Wege in der Konzeptentwicklung zu gehen. Ziel war es hierbei, unter be-sonderer Berücksichtigung der Rollrate, des Rollsteuerns, der Lebensdauer- und Gewichtsvorgaben innerhalb kürzester Zeit dem Kunden das passende Konzept vorschlagen zu k?nnen. Zum Grundver-st?ndnis der Verbundlenkerachse wurde ein analytisches Ersatzmodell entwi-ckelt, das hohe Genauigkeiten in der Vor-hersage von Rollrate und Rollsteuern lie-fert, ohne dass ein Computer-Aided-De-sign (CAD)-Modell beziehungsweise eine Finite-Elemente-Rechnung erforderlich werden, Bild 2.
Die Autoren
Dipl.-Ing. Wolfram Linnig
ist Technischer Direktor, Produktgruppe F ahrwerk-systeme bei Benteler Automobiltechnik GmbH in Paderborn.
Dr.-Ing. Armin Zuber ist Leiter Advanced Chassis, Produktgruppe Fahrwerksysteme bei Benteler Automobiltech-nik GmbH in Paderborn.
Dr.-Ing.
Andreas Frehn
ist Leiter Werkstofftech-nik, Produktgruppe Fahr-werksysteme bei Benteler Automobiltechnik GmbH in Paderborn.
Dr.-Ing.
Georgios Leontaris ist Engineering Manager Center of Competence, Produktgruppe Fahrwerk-systeme bei Benteler
A utomobiltechnik GmbH in Paderborn.
Dipl.-Ing. Wigbert Christophliemke ist Entwicklungsleiter
C enter of Competence Verbundlenkerhinterachse, Produktgruppe Fahrwerk-systeme bei Benteler
A utomobiltechnik GmbH in Paderborn.
Bild 1: Vorgehen bei der Benchmarkanalyse von Verbundlenkerachsen
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
101
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
2.1 Rollrate
Die Rollrate k r ist per Definition das Roll-moment dividiert durch den Rollwinkel, Gl. (1):
k r =
M r
__φr
Gl. (1)
Das Rollmoment M r errechnet sich aus den an den Radmittelpunkten angreifen-den Kr?ften, multipliziert mit der halb-en Spurweite, Gl. (2):
M r = (|F z 1|+|F z 2|) · p
Gl. (2)Der Rollwinkel φr ist die Arcustangens-funktion aus der Auslenkung, dividiert
durch die halbe Spurweite, Gl. (3):
φr = arctan ( u
__p
)
Gl. (3)
und stellt somit eine reine Funktion geo-metrischer Gr??en dar.
Unter Berücksichtigung wichtiger
G eometriegr??en wie Achsanbindungs-punkte, Quertr?gerposition, Lage der Rad-mittelpunkte und der entsprechenden Querschnitte kann die Rollrate berechnet werden. Speziell die Querschnittsgeomet-rie des Quertr?gers übernimmt hierbei ei-ne zentrale Rolle bei der Einstellung der Achse. Grunds?tzlich wird zwischen of-fenen und geschlossenen Querschnitts-geometrien unterschieden. W?hrend das Torsionsfl?chenmoment I t bei offenem Profil durch den Umfang und die Wand-st?rke bestimmt wird, ist bei einem ge-schlossenen Profilquerschnitt zus?tzlich die eingeschlossene Fl?che zu berücksich-tigen. Unter besonderer Berücksichtigung der Rollrate k?nnen mit geschlossenen Profilquerschnitten leichtere Quertr?ger
und dementsprechend leichtere Verbund-lenkerachsen konstruiert werden. Bei offe-nen Profilquerschnitten wird zur Erh?hung
der Rollrate oft ein parallel angeordneter Stabilisator eingesetzt. Die vergleichsweise einfache Variation der Wandst?rke bezie-hungsweise des Durchmessers des Stabili-sators bringt ein hohes Ma? an Flexibilit?t bei der Einstellung der Rollrate.
2.2 Halbanalytische Spannungsberechnung
Aufgrund der komplexen Geometrien, speziell im übergang vom Mittenbereich des Quertr?gers zum Anbindungsbereich der L?ngstr?ger, ist eine rein analytische Berechnung mit ausreichender Genauig-keit nicht m?glich. Deshalb werden in der ersten Konzeptphase die maximalen Spannungen auf Basis eines halbanalyti-schen Ansatzes berechnet. Das bedeutet, dass eine Kombination aus Analytik und Numerik erforderlich wird. Hierbei wer-den Computer-aided-Engineering (CAE)-
Ergebnisse aus bereits berechneten Ach-sen verwendet und mit dem analytischen Ansatz aus der Rollratenberechnung kombiniert, Bild 3. Dies ist m?glich, weil sich die Belastung, gerechnet als Von-Mises-Spannung, in einem Profil propor-tional mit der Rollrate ?ndert, Gl. (4):k r ～ σvon Mises
Gl. (4)
In der Konzeptphase dient die Spannungs-berechnung zur Festlegung der einzuset-zenden Werkstoffe und Fertigungstech-nologien, da hierdurch die Fertigungskos-ten entscheidend beeinflusst werden.
2.3 Rollsteuern
Bei der Konzeptentwicklung ist neben der Rollrate die Einhaltung des vom Kun-den vorgegebenen Rollsteuergradienten zu berücksichtigen. Der Rollsteuergradi-ent ist definiert als die ?nderung des Spurwinkels bezogen auf den Rollwin-
kel, Gl. (5):
Bild 2: a) Elastokinematik bei Verbundlenkerachsen; b) Definition der Rollrate k r
und Einfluss der Querschnittsgeometrie auf die Rollrate und das Gewicht
Bild 3: Absch?tzung der Spannung im Quertr?ger
TITELTHEMA ATZ 02I2009 Jahrgang 111
102
Fahrwerk
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Rollsteuergradient = Spurwinkel?nderung [°]
_________________
Rollwinkel [°] Gl. (5)
Die Haupteinflussgr??en sind die Spur-weite, die L?nge des Seitenarms, die Lage des Querprofils, hier im speziellen die des Schubmittelpunkts, der Abstand der Achsanbindungspunkte und die Gummi-lagersteifigkeiten. ?hnlich wie bei der Rollratenberechnung führt ein halbana-lytischer Ansatz auch hier zu sehr guten Ergebnissen, Bild 4.
Benteler ist mit dieser Form der Kon-zeptentwicklung heute in der Lage, inner-halb eines Tages, ohne den Einsatz von CAD und CAE Konzepte zu entwerfen, welche die technischen Anforderungen des Kunden erfüllen. Hierbei k?nnen ne-ben den unterschiedlichen Seitenarm-konzepten alle Profilformen und deren Kombinationsm?glichkeiten mit Stabili-satoren, Bild 2 rechts, berücksichtigt werden, sodass die Konzeptempfehlung hinsichtlich Gewicht und Kosten sehr ge-nau ausf?llt.
3 Stahlwerkstoffe und Halbzeuge
Je nach Fahrzeugklasse werden unter-schiedlich hohe Anforderungen an die Verbundlenkerachse gestellt, die sich auch über die Auswahl des geeigneten
Werkstoffs und der Halbzeuge erfüllen lassen. Dabei spielen neben der sta-tischen und zyklischen Festigkeit auch die Eigenschaften Umformbarkeit, Schwei?barkeit, Beschichtbarkeit, Tief-temperaturz?higkeit und auch die Emp-findlichkeit gegenüber einer Wasser-stoffverspr?dung speziell bei ultrahoch-festen St?hlen eine wichtige Rolle. Bei den offenen Profilen überwiegen der-zeit mikrolegierte High-strength-low-al-loy (HSLA)-St?hle in einem Zugfestig-keitsbereich bis 550 MPa. Bei den ge-schlossenen Profilen werden zurzeit fast ausschlie?lich geschwei?te und ma?ge-walzte Rohre gem?? DIN EN
10305-3
Bild 4: Definition des Rollsteuergradienten
Online Federnkatalog https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Papier
CD
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
eingesetzt, wobei hier die Au?en- und Innenschabung sowie die zul?ssigen Oberfl?chenfehlertiefen bei der Rohr-produktion genau kontrolliert werden. Zudem sind in den meisten F?llen au?ergew?hnlich geringe Wandst?rken-toleranzen im Warmband und Rohr not-wendig, um die Abweichungen der Roll-rate m?glichst gering zu halten. Dies wird über die Produktion des Warm-bandes (als Vormaterial für das ge-schwei?te Rohr) auf einer speziellen Mit-telbandstra?e erreicht, die engste Wand-st?rkentoleranzen garantiert. Für ein Fahrzeug des A-Segments wurde zum ersten Mal ein lasergeschwei?tes Rohr eingesetzt, das im Vergleich zu kontinu-ierlich hochfest (HF)-geschwei?ten Rohren eine nochmals reduzierte Feh-lertiefe von maximal 50 μm aufweist. Di-es wurde durch eine Prüfvorrichtung er-reicht, die definierte Platinenbereiche vor dem Rohreinformprozess mittels La-ser abrastert und auff?llige Platinen di-rekt aussortiert. Die Laserschwei?naht ist im Vergleich zu den Schwei?n?hten der HF-geschwei?ten Rohre deutlich schmaler, sodass hier zus?tzlich auf ei-nen W?rmebehandlungsschritt im Rohr-herstellungsprozess zur Homogenisie-rung der Schwei?n?hte (Normalglü-hung) verzichtet werden konnte. Als Werkstoffe werden derzeit unterschied-liche St?hle verwendet, teilweise in Kom-bination mit nachgeschalteten festig-keitssteigernden Prozessen, die im fol-genden Abschnitt beschrieben werden. Im Falle mittelhoher Festigkeitsanforde-rungen (Streckgrenzenbereich um 400 MPa) werden üblicherweise nied-riglegierte Rohrst?hle, zum Beispiel E355 gem?? DIN EN 10305-3, mikrole-gierte HSLA-St?hle, wie zum Beispiel die Benteler-Stahlsorten BTT450 (?hnlich S420MC) oder BTR165 (?hnlich 22MnB5) im normalisierten Zustand verwendet. Diese Stahlsorten zeichnen sich durch mittelhohe Streckgrenzen in Kombinati-on mit einer guten Umformbarkeit aus. Bei h?heren Festigkeitsanforderungen (Streckgrenzenbereich oberhalb von 500 MPa) empfiehlt sich der Einsatz von h?herfesteren mikrolegierten HSLA- oder Mehrphasenst?hlen. So sind hier beispielsweise der mikrolegierte Stahl Nano-Hiten oder der ferritisch-baini-tische Stahl FB590 zu nennen. Im asia-tischen Raum kommen zus?tzlich Dual-phasenst?hle hinzu, die jedoch in Euro-
pa als Warmband derzeit noch nicht ver-
fügbar sind. Im Einzelfall ist nach der
Rohreinformung eine W?rmebehand-
lung durchzuführen, um die signifi-
kanten Aufh?rtungen im Schwei?naht-
bereich zu reduzieren und eine ausrei-
chende Umformbarkeit für die Torsions-
profilherstellung zu gew?hrleisten. Dies
geschieht entweder über eine Span-
nungsarmglühung der Rohre in Durch-
lauf?fen oder über eine induktive, di-
rekt in den Rohrschwei?prozess inte-
grierte Erw?rmung der Rohrschwei?-
naht. Bei h?chsten Festigkeitsanforde-
rungen (Streckgrenzenbereich gr??er
1000 MPa) kommen derzeit ausschlie?-
lich Vergütungsst?hle in Betracht, die
zumeist nach der Umformung zum Tor-
sionsprofil in einer Spannvorrichtung
wassergeh?rtet und anschlie?end einer
Anlassbehandlung unterzogen werden,
Bild 5. Im asiatischen Raum wird alterna-
tiv ein Pressh?rten durchgeführt, das
hei?t die Umformung sowie die H?r-
tung erfolgt in einem Prozessschritt un-
ter Verwendung eines gekühlten Werk-
zeugs. Bei den meisten Herstellern wird
hierfür der oben bereits beschriebene
BTR165 mit leicht variabler chemischer
Zusammensetzung verwendet. Vorteil
dieses Stahlkonzepts ist zum einen die
weltweite Verfügbarkeit und zum ande-
ren die gro?e Flexibilit?t bezüglich der
mechanischen Eigenschaften, die über
den Vergütungsprozess und die Einstel-
lung der entsprechenden Parameter er-
reicht werden kann. Allerdings ist auf
die erh?hte Kerbempfindlichkeit im ver-
güteten Zustand hinzuweisen, die eine
m?glichst fehlerfreie Innen- und Au?en-
oberfl?che erforderlich macht. Zudem
sind infolge des Vergütungsprozesses
zus?tzlich Einflüsse von Randentkoh-
lung, Randoxidation oder Kornvergr?be-
rungen auf die Lebensdauer der Bauteile
zu berücksichtigen. Eine Empfindlich-
keit des Werkstoffes gegenüber einer
Wasserstoffverspr?dung besteht nicht.
Bild 6zeigt zusammenfassend die
ver-
Bild 5:
Torsionsprofil
aus BTR165 vor
dem Wasser-
vergüten
TITELTHEMA
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
104
Fahrwerk https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
wendeten Stahlwerkstoffe in Form des Bananen-Diagramms.
4 Design und Prozesse
Die seit Jahren unaufhaltsame Forde-rung nach Leichtbau, gepaart mit immer h?heren Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit, erfordern neue Wege und Methoden in der Design- und Prozessentwicklung von Verbundlenker-achsen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, findet die Design- und Prozess-entwicklung der Verbundlenkerachsen bei Benteler unter Anwendung der Re-versed-Approach-for-Process-Integrated Development (RAPID)-Methode statt. Die Klassifizierung der existierenden Ver-bundlenkerachsen in Anforderungsklas-sen erm?glicht in einem ersten Schritt die Auswahl der geeigneten Komponen-ten aus einer Tool-Box für die Zusammen-stellung der Achse. So werden in erster Linie Standardkomponenten aus beste-henden Designs für die Erstellung eines ersten Designentwurfes im CAE genutzt. Diese erfüllen zum gr??ten Teil die Ge-wichts- und elastokinematischen Lasten-heftanforderungen.
4.1 Design des Seitenarms
Für die Seitenteile kommen je nach Defi-nition der Anforderungen Pressschalen oder Rohrdesigns mit entsprechend auf-gesetzten oder direkt angeschwei?ten Radtr?geranbindungen in Frage. Beim Rohrdesign der Seitenteile wird die Ben-teler-Final-Shape-Rolled-Tube (BFSRT)-Me-thode zur Endkonturfertigung von Bau-teilen verwendet, Bild 7. Dieses Verfahren ist bereits in der Serienfertigung der Sei-tenteile des aktuellen Ford Fiesta und des Toyota Yaris im Einsatz.
Die BFSRT-Methode erm?glicht den weltweiten Einsatz des gleichen Designs, unabh?ngig von der lokalen Verfügbar-keit von Rohren als Ausgangsmaterial. Die variable Darstellung von Querschnit-ten, die zur Erreichung der Steifigkeits-anforderungen notwendig sind, k?nnen problemlos realisiert werden. Die redu-zierte Schwei?nahtl?nge gegenüber einem Seitenarm aus Pressschalen er-h?ht zus?tzlich die Robustheit des Desi-gns hinsichtlich Betriebsfestigkeit. Wei-terhin ist die Einbringung von Funktions-
l?chern zur Integration von Anbauteilen ohne zus?tzliche Arbeitsschritte m?g-lich.
4.2 Design des Torsionsprofils
?hnlich wird bei der Auswahl des Torsi-onsprofils vorgegangen. Abh?ngig von den Gewichts-, Kosten- und Performance-Anforderungen wird ein Best-Case-Szena-rio ausgew?hlt. In der Regel stehen drei M?glichkeiten zur Verfügung:
– ein offenes Torsionsprofil mit oder ohne Verst?rkungsblech
– ein offenes Torsionsprofil mit Stabili-sator
– ein geschlossenes Rohr-Torsionsprofil. Um eine optimale Topologie zu errei-chen, wird das Torsionsprofil gem?? der Gesetzm??igkeiten und Einflussfaktoren auf die Elastokinematik und andere Attri-bute im Detail abgestimmt. Die Kinema-tikpunktverschiebung vom Radmittel- und Gummilagerkinematikpunkt hat ei-nen direkten Einfluss auf die Torsions-steifigkeit, die Lebensdauer des Torsions-profils, das Rollsteuern sowie auf das
A nti-Dive- und Anti-Lift-Verhalten der Achse, Bild 8. Andere Einflussfaktoren und deren gekoppelte Auswirkungen auf die verschiedenen Lastenheftanforde-rungen werden stets bei der Entwicklung in ?hnlicher Form berücksichtigt.
Bei Benteler wird bevorzugt ein ge-schlossenes Torsionsprofil aus Rohr ein-gesetzt. Je nach Torsionssteifigkeit be-tr?gt die Gewichtsersparnis zwischen 2 kg und 3 kg gegenüber den
anderen
Bild 6:
Verwendete Stahlwerkstoffe für Torsionsprofile
Bild 7: Funktions-integrierte gerollte Seitenteile aus der Platine
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
105
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Konzepten beim Einsatz von Torsions-profilen aus Rohrmaterial. Die Variation der Wandst?rken in Kombination mit der von der Mittellinie eingeschlossenen Querschnittsfl?che führt zu einer Vari-ation der Torsions- und Biegesteifigkeit des Profils. Dies erm?glicht die flexible Erstellung von Varianten ohne nennens-werte Gewichtszunahme und Kostenerh?-hung. Torsionsprofile aus Rohr sind aber aus Sicht des Fertigungsprozesses we-sentlich anspruchsvoller als offene Pro-file oder offene Profile mit Stabilisator.4.3 Virtuelle Design-Validierung
Das aus den Standardkomponenten ent-
standene Design wird im Weiteren mit
der RAPID-Methode validiert und bis zur
vollst?ndigen Erfüllung der Anforde-
rungen optimiert. Die RAPID-Methode ist
das Ergebnis eines fertigungsorientierten
Design-Findungsprozesses, der die Erfah-
rung aus den Entwicklungsarbeiten mit
Verbundlenkerachsen der letzten zehn
Jahre beinhaltet und wesentlich zur Ent-
wicklungszeitreduzierung beitr?gt. Die
Methode ist generell für die Entwicklung
von Bauteilen mit einem hohen Schwie-
rigkeitsgrad bei der Fertigung geeignet,
daher wird sie bei Benteler insbesondere
für die Entwicklung von Verbundlenker-
achsen mit einem Torsionsprofil aus Rohr
eingesetzt.
Am Anfang der Kette steht die virtuelle
überprüfung der Anforderungen hin-
sichtlich Elastokinematik, statischer Fes-
tigkeit, Lebensdauer, Missbrauchslasten
und Eigenfrequenzverhalten. Dafür wer-
den die marktüblichen Simulationstools
angewandt, wie Abaqus, Adams Car und
Bild 9: Schematischer Ablauf der
RAPID-Methode
Bild 8: Topologische Sensitivit?tsuntersuchungen an Verbundlenkerachsen
TITELTHEMA
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
106
Fahrwerk https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Design Life, allerdings in einer verketteten Prozedur. Die Simulationsergebnisse der ersten Schleife dienen als Basis, um die von der Konzeptentwicklung vorgeschla-gene Materialauswahl für das Torsions-profil und die anderen Bauteile zu be-st?tigen beziehungsweise zu verfeinern.
Die Erfahrung zeigt, dass die Konstruk-tion von Torsionsprofilen in einem CAD-System als Ausgangsgeometrien für die virtuelle Validierung immer zu deutli-chen Abweichungen mit den realen Bau-teilen führt. Daher werden heute Torsions-profile aus Rohr innerhalb der RAPID-Me-thode nicht konventionell in einem CAD-System entworfen, sondern in einem mehrstufigen, gut abgestimmten Umfor-msimulationsprozess konzipiert. Der Fo-kus liegt hierbei in der Werkzeug- und Prozessdefinition, Bild 9.
Der Umformprozess der Torsionspro-file aus Rohr ist im Unterschied zur Press-teilherstellung nicht komplett vom Werk-zeug vorgegeben. In Bereichen hoher Be-lastung wird bewusst ein freies Flie?en des Materials bevorzugt, um die Umform-grade niedrig zu halten und um minima-le Abstreckgrade zu erzielen. Dies ist nur m?glich mit dem frühzeitigen Einsatz ei-ner speziellen Umformsimulation, wel-che die komplette Vorgeschichte der Ma-terialumformung berücksichtigt. Die Umformsimulation ist zus?tzlich im De-tail auf die Werkstoffe und die komplette Umformkette abgestimmt. Durch diese enge Verzahnung wurde aus einem Zieh-prozess mit hoher Werkstoffbelastung ein Formprozess entwickelt, der dem Ma-terial des fertigen Bauteils weiterhin die notwendigen Reserven für die anschlie-?ende Betriebsbelastung l?sst. Mit dieser Technik ist heute auch ein Umformen von hoch- und ultrahochfesten Werkstof-fen m?glich, das Gewichts- und Kostenre-duzierungspotenziale realisiert.
Das entwickelte Bauteil wird zu-n?chst für die weitere virtuelle Validie-rung der Anforderungen komplett über-nommen. Somit dienen die sich aus der Fertigungssimulation ergebenden Mate-rialdickenverteilungen, die Verfestigung des Werkstoffs oder Rückfederungsef-fekte nach dem Endformen als Aus-gangspunkt der weiterführenden Be-rechnungen. Diese Vorgehensweise ga-rantiert eine hohe Genauigkeit der Si-mulation und damit eine Minimierung des Entwicklungsrisikos.
Das Ergebnis der RAPID-Methode ist
eine 3D-CAD-Geometrie, die das Design
inklusive Werkzeugen sowie die Prozess-
abfolge beschreibt und zugleich die Las-
tenheftanforderungen virtuell erfüllt.
Die Werkzeuge und die Prozessdefini-
tion dienen als Grundlage für die Ferti-
gung von Prototypen. Die Bauteile wer-
den je nach Schwierigkeitsgrad anschlie-
?end über einen vordefinierten Scanvor-
gang in ein 3D-CAD-Modell zurückge-
führt und bilden zugleich die Basis für
Korrelationen und weitere Untersu-
chungen innerhalb der RAPID-Methode
für das abschlie?ende Seriendesign.
4.4 Fertigungsprozesse
Aus Kostengründen ist die Zielsetzung
vorgegeben, mit einem Minimum an Pro-
zessschritten die Verbundlenkerachse her-
zustellen. Die Ergebnisse der virtuellen
Validierung zeigen, welche Prozessschrit-
te erforderlich sind, um das Lastenheft zu
erfüllen. Die Auswahl der entsprechen-
den nachgeschalteten Prozesse für das
Torsionsprofil oder die Seitenarme h?ngt
im Wesentlichen von den Betriebsfestig-
keits-, Missbrauchs- und Crashanforde-
rungen ab.
Im Zuge des Plattformgedankens wer-
den heute Torsionsprofile entwickelt, die
in den Basis- und mittleren Anforderungs-
bereichen durch Umformen in Kombina-
tion mit nachfolgenden Glühprozessen
hergestellt werden. Verclinchungs- und
Glühprozesse wirken in erster Linie bis
zu einem bestimmten Spannungsniveau
Lebensdauer steigernd, ohne die Attribu-
te Crash- und Missbrauchsperformance
wesentlich zu beeinflussen.
Eine weitere Steigerung der Lebensdau-
er, aber auch der Crash- und Miss-
brauchsperformance wird durch Umfangs-
anpassung oder Kugelstrahlprozesse er-
reicht. Beim Einsatz von Torsionsprofilen
aus Rohren wurden in der Vergangenheit
MIRKA Schleifmittel GmbH
w w w.m i r k a.d e
– staubfrei schleifen
Das innovative Schleifmittel Abranet? von MIRKA sorgt
durch seine einzigartige Netzkonstruktion für optimale
Absaugung des Schleif s taubes. Lange Standzeit und hoher
Abtrag garantieren effektive Prozesse und eine perfekte
Oberfl?che.
Testen Sie Abranet? und fordern Ihre
150 mm Testscheibe an! Fax: 0800 - 2000 900
Quality from start to finish
Abranet?
ATZ 02I2009 Jahrgang 111107
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Ja, ich abonniere ATZ 311 08 002
Ja, ich abonniere MTZ 311 08 003
Ich bin der neue Abonnent:
Vorname Name
Stra?e/Hausnummer PLZ/Ort
Telefon Datum/Unterschrift
Gegen Rechnung:
Das Abonnement, 11 Hefte j?hrlich + mind. 5 Sonderhefte, gilt sofort
bis auf Widerruf (für mindestens 1 Jahr) zum Jahresbezugspreis
von zzt. €224,– (zzgl. Versandkosten). Nach diesem Jahr kann ich
jederzeit zur n?chsten erreichbaren Ausgabe kündigen.
Als Dankesch?n für die Werbung eines neuen Abonnenten
von ATZ oder MTZ erhalte ich 100 € auf folgendes Konto
überwiesen:
Geldinstitut
BLZ Konto-Nr
Vorname Name
Stra?e/Hausnummer PLZ/Ort
Eigenwerbung ist nicht gestattet. Das Angebot ist 12 Monate gültig.
Einfach Coupon ausfüllen und faxen an 0611.7878-423
oder online bestellen unter www.ATZonline.de Mit ATZ und MTZ sind Sie immer top informiert! überzeugen Sie einen
neuen Leser von den Vorzügen des Abos. Als Dankesch?n erhalten Sie von
uns 100 € bar auf die Hand.
t &STULMBTTJHF #SBODIFO /FXT EJSFLU BVG den Schreibtisch
t 1SFJT (BSBOUJF GàS EFO CF[BIMUFO #F[VHT[FJUSBVN
t "VTHBCFO NJOEFTUFOT CSBOEBLUVFMMF &YUSBT QSP +BIS [ # àCFS OFVF
Fahrzeugmodelle
t ,PTUFOMPTFS 'BDIBSUJLFM %PXOMPBE o FYLMVTJW GàS "CPOOFOUFO VOUFS
XXX "5;POMJOF EF
Empfehlen Sie die ATZ oder MTZ
Sch?ne Belohnung
Springer Automotive Media Leserservice
Abraham-Lincoln-Str. 46 | 65189 Wiesbaden
Telefon: 0611.7878-151 | Telefax: 0611.7878-423
SpringerAutomotive@https://www.doczj.com/doc/a118307620.html, | www.ATZonline.de
die Durchmesserreduzierun g en nur auf-
grund von Bauraumrestriktionen genutzt.
Heute werden durch die Anwendung ver-
schiedener Techniken an Stellen hoher
Spannung gezielt Aufdickungen, die bis zu
35 % der Ausgangswandst?rke betragen
k?nnen, realisiert. Durch das lokale Aufdi-
cken der Bauteile werden Spannungsspit-
zen abgebaut. Dadurch ist es nicht mehr
erforderlich, die Wandst?rke für das ge-
samte Torsionsprofil zu erh?hen.
Für die Regionen am Torsionsprofil
oder an den Schwei?n?hten, wo Span-
nungsspitzen auftreten, werden zus?tz-
lich speziell abgestimmte Kugelstrahlpro-
zesse eingesetzt. Diese führen zur Herstel-
lung von Torsionsprofilen mit erh?hter
Lebensdauer unter Ausnutzung der indu-
zierten Druckeigenspannungen. Bei der
speziellen Form der Torsionsprofile ist die
Zug?nglichkeit zum optimalen Kugel-
strahlen nicht immer gegeben, sodass das
Kugelstrahlen (Kombination des Druck-
luftrotationsstrahl- und Turbinenstrahl-
verfahrens) nur unter Ausnutzung des Ri-
quochett-Effekts m?glich ist. Diese Pro-
zesse werden in der Luftfahrt schon lange
erfolgreich eingesetzt. Durch die ange-
passten Parameter und den Einsatz von
speziellen Anlagen werden h?here repro-
duzierbare Lebensdauerergebnisse erzielt.
Wo früher h?here Materialdicken einge-
setzt werden mussten – mit dem Nachteil
h?herer Kosten für Material und Werk-
zeugvarianten – stehen heute speziell ab-
gestufte Prozesse zur Ver fügung, um die
Kundenanforderungen für fahrzeugüber-
greifende Plattformen zu erfüllen.
Die letzte Option, die h?chste Perfor-
mance-Stufe hinsichtlich Lebensdauer-,
Missbrauchs- und Crashanforderungen
zu erreichen, ist, wie bereits beschrie-
ben, das Vergüten von Torsionsprofilen
aus speziellen Stahlwerkstoffen. Serien-
belieferungen mit vergüteten Torsions-
profilen für Fahrzeuge wie Opel Corsa
und Astra, VW Polo, Mitsubishi Colt oder
Toyota Yaris erfolgen seit einigen Jahren.
Bisher wurden Prozesse beschrieben,
die prim?r an Torsionsprofilen aus Roh-
ren einsetzbar sind. Bei Verbundlenker-
achsen aus offenen Torsionsprofilen be-
ziehungsweise in Kombination mit Rohr-
stabilisatoren sind die Beschnittkanten
des Profils oder die Anschwei?ung des
Stabilisators am Seitenrohr/Halter eher
von Bedeutung für die Betriebsfestigkeit.
Für die Beschnittkante gilt es, niedrige
Spannungen mittels der geometrischen
Formgebung des Profils zu realisieren.
Ist dies aufgrund von Bauraum oder an-
deren Restriktionen nicht m?glich, wird
das Anstauchen von Beschnittkanten als
Lebensdauer steigernder Prozess ange-
wandt. Dieser Prozess induziert an den
Be s chnittkanten Druckeigenspannun-
gen, welche die Beschnittkante hinsicht-
lich Lebensdauer resistenter gegen Risse,
die aus dem Bruchanteil der Beschnitt-
kante starten, gestaltet.
Der Anstauchungsprozess wird auch
bei der Erh?hung der Lebensdauer im TITELTHEMA
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
108
Fahrwerk https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Bereich der Anschwei?ung von Rohrsta-bilisatoren für Verbundlenkerachsen an-gewandt. Hier finden durch das Anstau-chen zum einen eine Wanddickenerh?-hung an den Enden des Rohrstabilisators und zum anderen eine gezielte Durch-messererh?hung statt. Beide Effekte be-wirken eine Reduzierung der Torsions-spannung im Schwei?nahtbereich zwi-schen Stabilisator und Flansch bezie-hungsweise Seitenteil und somit eine Er-h?hung der Lebensdauer.
Die ausgeführten Prozesse für Ver-bundlenkerachsen sind weitgehend stan-dardisiert. Sie erm?glichen unter ausge-wogenen Kosten- und Gewichtsgesichts-punkten die Erfüllung der Lastenheftan-forderungen, und zwar Plattform über-greifend. Dazu erm?glicht die modulari-sierte Prototypenherstellung über seg-mentierte Werkzeuge einen hohen Flexi-bilisierungsgrad bei der Fertigung von Verbundlenkerachsen für die verschie-denen Plattformvarianten. Dadurch k?n-nen im gleichen Werkzeug verschiedene Varianten hinsichtlich Rollsteifigkeit re-alisiert werden. Somit ist es m?glich, dem Original Equipment Manufacturer (OEM) bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung Bauteile für Fahrver-suche zu liefern, die eine bestimmte To-leranzbreite hinsichtlich des Fahrverhal-tens darstellen.
5 Ausblick
Neben der bereits fortgeschrittenen Globali-sierung sind der Umweltschutz, dabei spezi-ell die Reduzierung des Kohlenstoffdioxid-Aussto?es, und die Nachfrage nach Best-cost-L?sungen zwei wichtige Megatrends, welche die Fahrzeughersteller bei der Aus-wahl und Konzipierung ihrer Achssysteme beeinflussen. Hierbei wird das gro?e Poten-zial der Verbundlenkerhinterachse im Ver-gleich zur Mehrlenkerachse eine wichtige Rolle spielen. Die Verbundlenkerachse wird das Hinterachskonzept in den A- und B- Segmenten bleiben. Gleichzeitig ist im C-Segment wieder der Trend hin zur Verbundlenkerachse zu beobachten. Zu-dem nimmt durch den Einsatz aktiver Sys-teme, wie beispielsweise der Aktivlenkung, die Attraktivit?t dieses Achskonzepts wie-der zu. Um all diese Anforderungen erfül-len zu k?nnen, werden von Benteler folgen-de Ans?tze verfolgt:– Sicherstellung der weltweiten Verfüg-
barkeit und Qualit?t von Materialien
und Halbzeugen zur Umsetzung von
marktorientierten L?sungen
– Kostenreduzierung durch Verbesse-
rung der Fertigungstechnologien
– Entwicklung neuer Verbundlenker-
achskonzepte mit dem Ziel einer Ge-
wichtsreduktion von mehr als 15 %
– Verbesserung der Achsperformance
durch den Einsatz aktiver Systeme.
In gemeinsamen Projekten mit OEMs
wird bereits an der Realisierung dieser
Ans?tze gearbeitet. Dabei versteht sich
Benteler als Systemlieferant für innova-
tive L?sungen. ■
Download des Beitrags unter
www.ATZonline.de
Read the English e-magazine.
Order your test issue now:
SpringerAutomotive@https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
ATZ 02I2009 Jahrgang 111109
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
Sicherheit https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,
ENTWICKLUNG
Frontal- und Seitenaufprall Ergebnisse aus dem Crashtest Audi Q7 gegen Fiat 500
Der überwiegende Teil der in Europa zugelassenen Pkw verfügt über einen hohen Sicherheits s tandard. Um das Ver-letzungsrisiko der Insassen weiter zu reduzieren, müssen die Testanforderungen bezüglich der Fahrzeugsicherheit zukünftig erweitert und die Fahrzeugstrukturen angepasst werden. Aktuelle Tests ergeben, dass es unzureichend ist,
lediglich den Eigenschutz eines Fahrzeugs zu betrachten. Um Verbesserungspotenziale zu erschlie?en, wurde in der
diesj?hrigen Unter s uchung des ADAC ein Crashtest zwischen einem Audi Q7 und einem Fiat 500 durchgeführt. Ziel des Tests war es, die Eigenschaften beider Fahrzeuge bezüglich ihrer K ompatibilit?t zu prüfen. Die Fahrzeuge weisen im Euro-NCAP-Test einen guten Eigenschutz auf und wurden aus diesem Grund für die Untersuchung ausgew?hlt.
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
116
1 Einleitung
Mit Hilfe von Kompatibilit?tsuntersu-chungen ist es m?glich, Aussagen über das
Kollisionsverhalten von Personen-kraftwagen bei einem direkten Zusam-mensto? zu treffen. Die Fahrzeuge wer-den zun?chst nach dem Euro-NCAP-Pro-tokoll zur Beurteilung des Eigenschutzes getestet. Zus?tzlich werden Crashtests ge-gen Fahrzeuge anderer Klassen durchge-führt, um das Potenzial aufzuzeigen, den Kollisionspartner zu schützen und gleich-zeitig den Eigenschutz zu wahren.
Die Verbraucherschutzorganisationen sind st?ndig bestrebt, die Testverfahren weiterzuentwickeln und an aktuelle Ent-wicklungen im Verkehrsgeschehen anzu-passen. Auch der ADAC besch?ftigt sich aus diesem Grund seit mehr als 15 Jah-ren intensiv mit dem Thema Kompatibi-lit?t. Bereits im Jahr 2005 wurde in einer Versuchsreihe das Verhalten von SUV bei einer Frontalkollision gegen Fahrzeuge der Kompaktklasse hinterfragt. Damals standen sich die Paarung VW Golf gegen Kia Sorento beziehungsweise Volvo XC 90 gegenüber. Die Ergebnisse waren ambi-valent: Zum einen positiv, weil die Fahr-gastzellenstabilit?t des Golf die Insassen vor t?dlichen Verletzungen schützen konnte. Zum anderen wurde auch festge-stellt, dass sich die Gel?ndewagen sehr aggressiv verhalten und der Partner-schutz für den Unfallgegner nur sehr be-grenzt Anwendung findet.
In der diesj?hrigen Folgeuntersuchung wurde ein Crashtest zwischen einem
A udi Q7, als Vertreter der SUV, und dem Kleinwagen Fiat 500 durchgeführt. Ziel
des Tests war es, die Eigenschaften beider Fahrzeuge bezüglich ihrer Kompatibili-t?t zu prüfen. Die Fahrzeuge konnten im Euro-NCAP-Test den guten Eigenschutz erfolgreich unter Beweis stellen und wur-den aus diesem Grund für die Untersu-chung ausgew?hlt.
2 Aufgaben- und Problemstellung 2.1 Beispiele der ADAC-Unfallforschung
Im Jahr 1994 wurde in Gro?britannien auf der Grundlage von Ergebnissen des European Enhanced Vehicle Safety Com-mittee (EEVC) durch das Transport Re-search Laboratory (TRL) und dem Depart-ment of Transportation (DfT) das New Car Assessment Programme kurz NCAP für England ins Leben gerufen. Zwei Jah-re sp?ter wurden die Ergebnisse der ers-ten Testphase der ?ffentlichkeit vorge-stellt. In den weiteren Jahren traten im-mer mehr europ?ische Regierungsvertre-ter und Automobilclubs dem NCAP bei und gründeten das Euro-NCAP-Konsorti-um, das sich als Grundlage der Verbrau-cherschutzaktivit?ten im Bereich der pas-siven Sicherheit durchgesetzt hat.
Euro NCAP nutzt, wie viele Verfahren im Frontalcrash, ein Aluminium-Waben-element, das an einem unnachgiebigen Stahlaufbau befestigt ist. Für die Simula-tion eines Frontalcrash hat das Verfah-ren Grenzen, da das 450 mm lange Ele-ment von schweren Fahrzeugen …durch-schlagen“ wird und sich diese mit ihren Fahrzeugstrukturen hinter dem Defor-mationselement am Stahlaufbau abstüt-zen k?nnen. Einerseits hat sich durch die
Die Autoren
Dr.-Ing.
Reinhard Kolke ist Leiter Test und Technik beim ADAC in Landsberg / Lech.
Dipl.-Ing.
Volker Sandner ist Bereichsleiter passive Sicherheit beim ADAC in Landsberg / Lech.
Dipl.-Ing. Ralf Ambos ist Projektleiter Fahrzeugtest / Crash-test Passive Sicherheit beim ADAC in Landsberg / Lech.
Dipl.-Ing. Thomas Unger
ist Projektleiter Unfall-forschung beim ADAC in Landsberg / Lech.
Bild 1: Seitenunfall mit fehlender Kompatibilit?t in der ADAC-Unfallforschung
ATZ 02I2009 Jahrgang 111
117
https://www.doczj.com/doc/a118307620.html,