Gesamtfahrzeugsimulation betriebsfestigkeitsrelevanter Manöver unter Berücksichtigung von Fahrwerkregelsystemen

In der Automobilbranche dient im Bereich der betriebsfesten Bemessung des Fahrwerks die Methode der Mehrkörpersysteme als Analyseverfahren zur Ermittlung von Bewegungen und Schnittgrößen an den Fahrwerksbauteilen. Eine der aktuellen Herausforderungen hierbei ist der zunehmende interdisziplinäre Charakter in Form von mechatronischen Fahrwerkssystemen. In rein virtuellen Entwicklungsphasen kann deren Einfluss auf die Fahrwerksbelastungen einzig anhand von Gesamtfahrzeugsimulationen ermittelt werden, da nur dort alle notwendigen Fahrzustandsgrößen zum Betrieb der Regleralgorithmen zur Verfügung stehen. Aufgrund der hohen Komplexität und fehlender Reglermodelle ist diese Methodik bislang nur unzureichend betrachtet worden. In dieser Arbeit wird daher die Möglichkeit und Notwendigkeit entsprechender Gesamtfahrzeugsimulationen anhand dreier Fahrwerkregelsysteme untersucht: Ein Antiblockiersystem, ein elektronisches Bremssystem sowie eine semiaktive Verstelldämpfung in Verbindung mit einer Luftfeder zur Niveauregulierung. Die Untersuchungen umfassen den Aufbau der domänenübergreifenden Simulationsumgebung, die Durchführung und Analyse von betriebsfestigkeitsrelevanten Fahrzeug- und Komponentenmessungen sowie die Validierung und Bewertung der Simulationsergebnisse. Es wird gezeigt, dass entsprechende Simulationen mit dem Original-Steuergeräte-Code als Software in the Loop Modell und geeigneten Aktormodellen stets mit einer hohen Ergebnisgüte möglich sind. Alternativ eignen sich aber auch System-Verhaltensmodelle für Lastabschätzungen in frühen Konzeptphasen. Zudem zeigt sich durch andere Modellbestandteile des Gesamtfahrzeugs und durch bestimmte Manöverrandbedingungen ein hoher Einfluss auf die Ergebnisse.

In the durability process of passenger cars the method of multibody system simulation is used as an analytical method for the determination of displacements and forces on the chassis components. Hereby, one of the current challenges is the increasing amount of chassis control systems. Since the controller algorithms require several driving state variables, full vehicle simulations are the only possibility to estimate the influence of chassis control systems on chassis loads, especially in early development phases. Due to the high complexity and missing control models this method is not yet been sufficiently investigated. Hence, in this work, the possibility and necessity of such full vehicle simulations will be investigated using three chassis control systems: An antilock braking system, an electronic stability control and a semi-active damping control in combination with an air spring for leveling. The investigation includes the construction of the interdisciplinary simulation environment, the implementation and analysis of durability relevant full vehicle and component measurements as well as the validation and evaluation of the simulation results. It is shown that such full vehicle simulations are possible with a high quality of the results. Suitable actuator models and the original chassis control system as Software-in-the-Loop model are required. However, so called system behavior models are also appropriate for load assessments in early development phases. Moreover, other model components of the full vehicle and certain maneuver boundary conditions also show a considerable influence on the results.