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Design and Prove of Concept of an Innovative Active Fluid Suspension System

Bedarff, Thomas ; Pelz, Peter F. (2022):
Design and Prove of Concept of an Innovative Active Fluid Suspension System. (Postprint)
In: VDI-Berichte, 2138, In: Elektrik, Mechanik und Hydraulik in der Anwendung / VDI/VDE-Tagung mit Fachausstellung Antriebssysteme 2011 : Nürtingen bei Stuttgart, 13. und 14. September 2011, pp. 283-294,
Darmstadt, VDI-Verlag, Elektrik, Mechanik und Hydraulik in der Anwendung, Nürtingen, Germany, 13.-14.09.2011, ISBN 978-3-18-092138-9,
DOI: 10.26083/tuprints-00021390,
[Conference or Workshop Item]

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Item Type: Conference or Workshop Item
Origin: Secondary publication service
Status: Postprint
Title: Design and Prove of Concept of an Innovative Active Fluid Suspension System
Language: English
Abstract:

The content of this work is the presentation of the prototype of a new active suspension system with an active air spring. As being part of the Collaborative Research Unit SFB805 “Control of Uncertainties in Load-Carrying Structures in Mechanical Engineering”, funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG, the presented active air suspension strut is the first result of the attempt to implement the following requirements to an active suspension system:

• Harshness and wear: Reduced coulomb friction, i.e. no dynamic seal.

• Reduced complexity

• Plug and drive solution: Connected to the electrical power infrastructure of the vehicle.

• Vehicle and customer application by software and not by hardware adaption. These requirements were defined at the very beginning of the project to address uncertainties in the life cycle of the product and the market needs. The basic concept of the active suspension strut is the dynamic alteration of the load carrying area. This load carrying area is the area A of a roller bellows and defined by A:=F/(p-pₐ). F denotes the resulting force of the strut, p the absolute gas pressure and pₐ the ambient pressure. The alteration of this load carrying area is realized by a mechanical power transmission, from a rotational movement to four radial translated piston segments. Due to the radial movement of the piston segments, the load carrying area increases and so does finally the axial compression force F.

The prototype presented in this paper serves as a demonstrator to prove the concept of the shiftable piston segments. This prototype is designed to gather information about the static and dynamic behavior of the roller bellows. Measurements show the feasibility of the concept and the interrelationship between the piston diameter and the resulting compression force.

Alternative Abstract:
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Inhalt dieser Arbeit ist die Vorstellung des Prototyps eines konzeptionell neuen Linearaktors. Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 805 (SFB805) „Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus“ ist der vorgestellte Prototyp das Ergebnis, die folgenden - aus der Forschung im SFB805 erkannten - Anforderungen an ein aktives Fahrwerk, d.h. der PKW Anwendung, umzusetzen:

• Reduzierte Coulombsche Reibung, keine dynamischen Dichtungen

• Reduzierte Teileanzahl und reduzierte Komplexität

• „Plug and drive“ Lösung: Anschluss an das elektrische Bordnetz im Fahrzeug.

• Trennung von Hardware und Software: Die Anforderungen des Fahrzeugherstellers oder der Kunden werden nicht über Anpassungen der Hardware sondern über Anpassungen der Software vorgenommen.

Das Grundkonzept der aktiven Luftfeder ist die Änderung der effektiven druckwirksamen Fläche A. Diese ist bei einer Luftfeder mit Rollbalg definiert über A:=F/(p-pₐ). Hierbei ist F die resultierende Axialkraft, p der Absolutdruck des Gases innerhalb des Bauteils und pₐ der Umgebungsdruck. Die Veränderung dieser effektiven Fläche erfolgt über das radiale Verschieben von einzelnen Kolbensegmenten. Angetrieben von einem hydraulischen Schwenkmotor, werden die Kolbensegmente über Nockenwellen verschoben. Dadurch ändert sich der Durchmesser des Kolbens, was über die damit verbundene Änderung der effektiven Fläche zu einer Änderung der resultierenden axialen Kraft führt.

Der in dieser Arbeit vorgestellte Prototyp dient dem Beweis, dass ein aktives Federsystem mit dem Prinzip der veränderlichen effektiven Fläche möglich ist. Dabei dient der Prototyp der Untersuchung des Balgverhaltes sowie des Gesamtsystems.

Die vorgestellten Messungen zeigen die Umsetzbarkeit des Konzeptes sowie den Zusammenhang zwischen der Veränderung des Kolbendurchmessers und der resultierenden Axialkraft.

German
Book Title: Elektrik, Mechanik und Hydraulik in der Anwendung / VDI/VDE-Tagung mit Fachausstellung Antriebssysteme 2011 : Nürtingen bei Stuttgart, 13. und 14. September 2011
Series: VDI-Berichte
Series Volume: 2138
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: VDI-Verlag
Collation: 11 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Fluid Systems (FST)
Event Title: Elektrik, Mechanik und Hydraulik in der Anwendung
Event Location: Nürtingen, Germany
Event Dates: 13.-14.09.2011
Date Deposited: 01 Jun 2022 13:09
Last Modified: 01 Jun 2022 13:09
DOI: 10.26083/tuprints-00021390
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-213905
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/21390
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