Bestimmung komfortoptimaler Designparameter eines Luft-Feder-Dämpfers im Fahrzeugmodell – Vergleich mit konventioneller hydraulischer Dämpfung

Bei hydraulisch gedämpften Fahrzeugen ist es Praxis, Feder und Dämpfer in Berechnung und Versuch getrennt voneinander abzustimmen. Diese Möglichkeit bietet ein Luft-Feder-Dämpfer (LFD) nur noch in vermindertem Maß, da Feder und Dämpfer hier in einem Bauteil vereint sind und physikalisch und damit auch konstruktiv nicht zu unterscheiden sind. Die virtuelle Optimierung der Designparameter des Luft-Feder-Dämpfers hinsichtlich Komfort und Fahrsicherheit im System Fahrzeug wird dadurch vergleichsweise wichtiger.

Im Beitrag wird zur Beschreibung der strömungs- und thermodynamischen Vorgänge ein nichtlineares, physikalisches Modell verwandt (ADASS). Innerhalb ADASS wird für jedes Luftvolumen des Systems die Energiebilanz und Massenbilanz gelöst. Damit wird das Frequenzverhalten des Bauteils (Luftfeder oder Luft-Feder-Dämpfer) in Übereinstimmung mit Messdaten wiedergegeben.

Der Gasmassenstrom durch das Ventil wird mit den Methoden der klassischen Strömungsdynamik berechnet. Durch die physikalische Modellbildung kann auf die sonst üblichen phänomenologischen Verlustziffern bzw. Durchströmkoeffizienten verzichtet werden. Vielmehr wird das Ventil durch wenige physikalische Daten beschrieben, die direkte Merkmale der Ventilkonstruktion darstellen. Mit diesem Ansatz ist es mit großer Genauigkeit möglich, das nichtlineare Bauteilverhalten bei jeder Betriebsbedingung vorherzusagen. Diese Genauigkeit ist wesentliche Voraussetzung, um sich bei der durchgeführten Optimierung im Designraum verlässlich bewegen zu können.

Die virtuelle Optimierung des Luft-Feder-Dämpfers erfolgt in seinem Einbauzustand in einem 5 Massen Fahrzeugmodell. Die verschiedenen Optimierungsschritte werden gegenübergestellt und im Vergleich zu einem Serienfahrwerk bewertet. Dabei wird die Möglichkeit der gezielten Bedämpfung von Aufbau- und Achseigenbewegung in zwei Dämpfungsfrequenzbändern aufgezeigt.