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Charakterisierung und Modellierung der Raddynamikmesstechnik für die Validierung von Fahrdynamikmodellen

Wang, Yang :
Charakterisierung und Modellierung der Raddynamikmesstechnik für die Validierung von Fahrdynamikmodellen.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Charakterisierung und Modellierung der Raddynamikmesstechnik für die Validierung von Fahrdynamikmodellen
Language: German
Abstract:

Die virtuelle Entwicklung im Bereich der Fahrdynamik spielt heutzutage eine immer wichtigere Rolle. In der Modellparametrierung und –validierung bestehen an einigen Stellen noch Defizite. Die Simulationsergebnisse der erstellten Modelle stimmen oft nicht mit den Versuchsergebnissen der realen Fahrzeuge überein, was auf Messfehler zurückführbar sein kann. Seit Jahrzehnten wird großer Wert auf die Raddynamik gelegt, da alle Kräfte und Momente zwischen Fahrzeug und Fahrbahn durch den Reifen übertragen werden. Raddynamikmesstechnik wie Wheel Force Sensor (WFS), Wheel Position Sensor (WPS) und Laser Ground Sensor (LGS) messen die Radkräfte und -momente, die Positionen, Winkeländerungen und Geschwindigkeiten des Rades. Trotz der ständigen Optimierung der Raddynamikmesstechnik werden bei der Bewertung der Ergebnisse und beim Abgleich mit Simulationsergebnissen für die Raddynamikmesstechnik üblicherweise nur stark idealisierte Modelle verwendet. Im letzten Jahrzehnt wurde deutlich, dass die Raddynamikmesstechnik ihre eigene, nicht zu vernachlässigende Messdynamik besitzt. Insbesondere in dynamischen Situationen ist der Gültigkeitsbereich der Messungen eingeschränkt. Durch die Untersuchung des dynamischen Verhaltens sollen die Unsicherheiten in der Messung des WFS minimiert werden, so ist bspw. zu klären, inwieweit bei der Messung der μ-Schlupf-Kurve im Fahrversuch die Messtechnik einen Beitrag zum Streuungsverhalten in Fahrversuchen leistet. Gegenstand dieser Dissertation ist daher die wissenschaftliche Charakterisierung und Modellierung der Raddynamikmesstechnik für die Validierung von Fahrdynamikmodellen.

Auf einem Vierstempelprüfstand werden die Einflüsse der Dämpfereinstellungen auf die Messdynamik des WFS untersucht und Methoden zur Kompensation des Einflusses der Trägheitskraft diskutiert. Diese werden durch Viertelfahrzeug-Untersuchungen auf einem Hydropulser und auf einem Flachbandprüfstand ergänzt. Mithilfe des Hydropulsers werden zwei Simulationsmodelle unter Betrachtung des WFS erfolgreich erstellt und in hoher Güte validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Charakteristika der Messtechnik mit dem linearen Modellierungsansatz bis ca. 100 Hz abgebildet werden können. Dadurch werden die Erkenntnisse über die Modellbildung und die Parametrierung der Reifenmodelle vertieft. Weiterhin werden darauf basierend die Versuche auf dem Flachbandprüfstand mit dem Viertelfahrzeug-Konzept durchgeführt. Somit wird das dynamische Messverhalten des WFS identifiziert und die Gültigkeitsgrenze für Messungen vor und nach der Trägheitskraftkompensation bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eigenschwingung des Reifens die Gültigkeitsgrenze der Messung im Frequenzbereich setzt.

Die Vor- und Nachteile von zwei Nullabgleichmethoden werden analysiert. Darauf basierend werden Optimierungsvorschläge abgeleitet. Durch die Modellierung der Raddynamikmesstechnik der verschiedenen Konzepte wird in den Simulationen die Charakteristik der Messung für die Koordinatentransformation analysiert. Eine Messprozedur für die Koordinatentransformation wird vorgeschlagen. Darüber hinaus wird erkannt, dass die Steifigkeit der Abstützungseinheit für die Raddynamikmesstechnik einen merklichen Einfluss auf das Messergebnis hat.

Im letzten Teil dieser Arbeit werden die Einflussfaktoren auf die Messung der μ-Schlupf-Kurve und die Übertragungsfunktionen untersucht. Zahlreiche verfälschende Einflüsse werden durch Hammerschlagversuche, das Geradeausfahren und die Bremsversuche als Störungen identifiziert. Mithilfe des Rigid-Ring-Modells wird weiterhin die Gültigkeitsgrenze der Messdynamikmodelle qualitativ untersucht. Die Optimierungsvorschläge werden anhand der gewonnenen Erkenntnisse abgeleitet.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Virtual development is playing an increasingly important role in the vehicle dynamics. Meanwhile, some deficits still exist in the parameterization and validation of the simulation models. The simulation results of the developed vehicle dynamic models sometimes do not coincide with the test results of the real vehicles, which could be attributed to measurement errors during the tests. Great emphasis is placed on the wheel dynamics over the past decades, since all the forces and torques between vehicle and road surface are transferred through the tyre. Wheel dynamics measurement technology such as Wheel Force Sensor (WFS), Wheel Position Sensor (WPS) and Laser Ground Sensor (LGS) measure the wheel forces and torques, the positions, angle changes and speeds of the wheel. Despite the continuous optimization of the wheel dynamics measurement technology, only highly idealized models are usually used for the measurements in the evaluation of the test results and in the comparison with the simulation results. The validity range of the measurements is limited especially in dynamic situations. The purpose of the study of these dynamic behaviors includes the minimizing of uncertainties in the measurement of WFS. For example, to clarify to what extent the measurement technology contributes to the scattering behavior when measuring the μ-slip curve in the driving test. The aim of the dissertation is therefore the scientific characterization and modeling of wheel dynamics measurement technology for the validation of vehicle dynamics models. On a four-poster test bench, the influences of the damper settings on the measuring dynamics of the WFS are investigated and methods to compensate of the influence of the inertial force are discussed. The studies are supplemented by quarter-vehicle examinations on a servo-hydraulic shaker test bench and on a flat belt test bench. Using the servo-hydraulic shaker test bench, two simulation models considering WFS are successfully created and validated in high quality. The results show that the characteristics of the measurement technology up to approx. 100 Hz can be represented with the linear modelling approach. This will enhance the understanding of the modelling and parameterization of the tire models. Based on this, the tests on the flat belt test bench with the quarter-vehicle concept are carried out. In this way the dynamic measurement behavior of the WFS is identified. The validity ranges of measurements before and after the inertial force compensation are also determined. The results show that the natural vibration of the tire sets the validity range of the measurement in the frequency domain. The advantages and disadvantages of two zero adjustment methods are analyzed. From this analysis, the optimization proposals are derived. By the modelling of the wheel dynamics measurement technology of the various concepts, the characteristics of the measurement for the coordinate transformation is analyzed in the simulations. A measuring procedure for the coordinate transformation is proposed. Furthermore, a considerable influence of the stiffness of the support unit on the measurement result is recognized. In the last part of this thesis the influences on the measurement of the μ-slip curve and the transfer functions are investigated. Numerous falsifying influences are identified by hammer tests, straightforward driving and brake tests. Using the rigid-ring model, the validity range of the measuring dynamics models are further investigated qualitatively. In the end, the optimization suggestions are derived from the findings of this study.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD) > Vehicle Dynamics
Date Deposited: 10 Jul 2018 13:53
Last Modified: 10 Jul 2018 13:53
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-73551
Referees: Winner, Prof. Dr. Hermann and Rinderknecht, Prof. Dr. Stephan
Refereed: 17 October 2017
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/7355
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