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22-04-2024 | Fahrwerk | Dossier | Article

Auf der Suche nach dem perfekten Fahrwerk

Author: Christiane Köllner

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Chassis-Engineering muss sich immer stärker mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs, Vernetzung und dem automatisierten Fahren auseinandersetzen. Wie Ingenieure und Entwickler diesen Herausforderungen begegnen, erfahren Sie in unserem Dossier. 

Elektrifizierung, Vernetzung und autonomes Fahren beeinflussen das Fahrwerk künftiger Fahrzeugmodelle und lösen Rück­wirkungen auf die Chassis­architekturen aus. Für aktuelle und künftige Fahrwerke und Fahrdynamik­systeme gilt es daher, zahlreiche Anforderungen zu erfüllen. Diese reichen von Fahr­sicherheit und Sportlich­keit über Komfort bis hin zu erhöhter Effizienz.

Insbesondere verschmelzen die Domänen Fahrwerk und Assistenzsysteme bei der Pkw-Entwicklung durch das teil-, hoch- und vollautomatisierte Fahren zusehends. Gleichzeitig muss für die Bahnführung beim automatisierten Fahren klar sein, ob die Maschine oder der Mensch das Lenkrad kontrolliert, während die Komfortansprüche beim autonomen Fahren steigen. Nicht zuletzt gilt es, die Null-Emission-Ziele auf das Fahrwerk anzuwenden und agile Entwicklungs­methoden sowie Computer­simulationen gewinnbringend einzusetzen. Welche Anforderungen das Fahrwerk erfüllen muss, erfahren Sie in unserem Dossier.

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2021 | OriginalPaper | Chapter

Fahrwerk

Automobile sind Fahrzeuge, deren Bewegung auf einer vorgegebenen Oberfläche, in der Regel einer Fahrbahn, vom Fahrer in Längs- und Querrichtung sowie um die Hochachse (Gierachse) in bestimmten, vom Straßenverlauf oder physikalisch vorgegebenen Grenzen, frei bestimmt werden kann, wobei die Quer- und Gierbewegung eng miteinander gekoppelt sind. Hierbei können sich Eingriffe fahrdynamischer Regel- und Assistenzsysteme den Eingaben des Fahrers überlagern mit dem Ziel, das Verhalten des Fahrzeugs günstig zu beeinflussen bzw. den Fahrer zu unterstützen.

Weitere Fachliteratur und Beiträge zum Thema:

01-06-2023 | Titelthema

Steer-by-Wire-System für das softwaredefinierte Fahrzeug

Das Interesse an Steer-by-Wire-Systemen, also Lenkungen ohne mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe, hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Die Vorteile dieser Technik eröffnen neue Freiheiten bei Fahrdynamik, Innenraum- und Frontend-Design sowie hochautomatisierten Assistenzfunktionen. ZF nutzt diese Systeme für das softwaredefinierte Fahrzeug – Fahrleistung, Komfort, Qualität und Konnektivität werden erhöht.

01-02-2024 | Entwicklung

Neue Systeme für eine Fahrdynamik mit hohem Sicherheits- und Komfortniveau

Die vertikale Fahrzeugdynamik spielt eine entscheidende Rolle für die Fahrsicherheit und den Komfort moderner Pkw. Bei der gleichzeitigen Optimierung beider Ziele entsteht ein Interessenkonflikt. In diesem Artikel von IAV, der TU Darmstadt und Industrial Science werden zwei Komponenten vorgestellt, der sogenannte Fluid Dynamic Vibration Absorber und der Active Air Spring Damper, mit denen dieser Konflikt überwunden werden kann. Darüber hinaus ist ein digitaler Zwilling dieser Komponenten in eine Gesamtfahrzeugsimulation integriert. Die resultierende Co-Simulation ermöglicht die Bewertung in verschiedenen virtuellen Szenarien.

01-04-2024 | Entwicklung

Funktionsdatenmanagement für die virtuelle Fahrzeugentwicklung

Daten zur Beschreibung der Funktion von Komponenten sind die Grundlage einer jeden Fahrzeugentwicklung. Funktionsdaten definieren Anforderungen an neue Komponenten und sind Voraussetzung des modellbasierten Systems Engineering. Karakun beschreibt den Effizienzgewinn anhand eines Anwendungsbeispiels des integrierten Funktionsdatenmanagements unter Einbeziehung des FDX-Standards (Functional Data eXchange).

01-06-2023 | Titelthema

Vom Fahrgefühl zur Fahrphysik - Entmystifizierung knickender Fahrzeugbewegungen

Die Reifenentwicklung basiert maßgeblich auf dem Urteil geschulter Subjektivbewerter. Continental und die Universität Hannover haben eine Objektivierungsmethodik mit Audiokommentarfunktion zur Gleichmäßigkeit des Seitenkraftaufbaus bei Pkw entwickelt, die im Fahrversuch Bezüge zwischen empfundenen und gemessenen Fahrzeugbewegungen sichtbar macht und so subjektive Fahreindrücke entmystifiziert.

01-01-2023 | Entwicklung

NVH-gerechter Entwicklungsprozess für Fahrwerkssysteme

Die Realisierung eines hohen Geräuschkomforts basiert auf einer umfassenden Kenntnis der Wirkketten und der Verfügbarkeit eines umfangreichen Methodenbaukastens zur Noise-Vibration-Harshness(NVH)-gerechten Entwicklung für Fahrwerksysteme. Das Institut für Kraftfahrzeuge (ika) zeigt, wie durch die Integration eines holistischen Ansatzes in den Gesamtprozess der Fahrzeugentwicklung Kosten reduziert und die Kundenzufriedenheit durch optimierte NVH-Eigenschaften gesteigert werden können.

01-06-2022 | Entwicklung

Fahrwerksfunktionen für das hochautomatisierte Fahren und deren Verifikation

Selbstfahrende Fahrzeuge benötigen ein hohes Maß an Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit der automatisierten Fahrfunktion. Dies gilt für die gesamte Wirkkette, beginnend beim System zur Umfeldwahrnehmung bis hin zu den Fahrwerkskomponenten, die Längs- und Querführungsvorgaben sicher und akkurat umsetzen müssen. IAV stellt in diesem Beitrag wesentliche Aspekte zur Entwicklung der Fahrwerksfunktionen aus Sicht der funktionalen Sicherheit vor und zeigt die Ergebnisse aus dem Einsatz eines Fahrerübernahmekonzepts im Versuchsbetrieb des autonomen Shuttles HEAT.

01-12-2022 | Interview

"Wir werden Brake-by-Wire-Systeme ab 2025 im Markt sehen"

Die Brake-by-Wire-Technik wurde schon lange diskutiert und immer wieder angekündigt. Im Markt ist sie bis heute nicht. ATZextra sprach am Rande der Internationalen Münchener Fahrwerkskonferenz chassis.tech plus mit Alexander Gaedke, Programmleiter Integrated Power Brake in der Plattformentwicklung im Bereich Chassis Systems Control bei Bosch, über Marktchancen und technische Voraussetzungen dieser gerade für das automatisierte Fahren wichtigen Technik.

01-06-2022 | Titelthema

Potenziale der Fahrbahnzustandsschätzung für mehr Sicherheit in Fahrfunktionen

Mit der Adaption von Reibwerten in der Fahrdynamikregelung können beim assistierten und automatisierten Fahren Kollisionen und das Abkommen von der Fahrbahn besser verhindert werden. Im FAT-Vorhaben "Anforderungen an die Güte, Verfügbarkeit und Vorausschau einer Reibwertschätzung aus Funktionssicht" (FAT-Schriftenreihe 355) wurde an der Technischen Universität Braunschweig bei ausgewählten Fahrfunktionen untersucht, in welcher Genauigkeit und mit welcher Vorausschau der Fahrbahnzustand und der Fahrbahnreibwert bekannt sein müssen.

01-12-2022 | Emissionen

Bremsemissionen - Problematik und Ausblick

Der überwiegende Anteil am Feinstaub aus dem Verkehr wird mittlerweile von Reifen, Straßenbelägen und Bremsen verursacht. Der veröffentlichte Entwurf einer technischen UN-Richtlinie zur Messung des Bremsabriebs bildet die Basis für die zukünftige Limitierung. AVL konnte durch umfassende Optimierung der gesamten Messkette ein System darstellen, das in der Lage ist, wiederholbare und vergleichbare Messergebnisse zu liefern. Zusätzliche Funktionen dieser Prüfumgebung erlauben, auch das Restpotenzial für Bremsemissionen von elektrifizierten Antriebssträngen aufzuzeigen.

01-11-2021 | Methoden

Maschinelles Lernen bei der Fahrwerksentwicklung

Jede Fahrwerksentwicklung muss sich dem Zielkonflikt zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit stellen. Ersterer hängt wesentlich von den Bewegungen des Fahrzeugaufbaus ab, Letztere von den dynamischen Radlasten. Ford zeigt, wie sich dieser Zielkonflikt durch die Entwicklung aktiver Komponenten situationsabhängig auflösen lässt. Dabei kommt es nicht nur auf performante Aktuatoren an, sondern ebenso auf das präzise und unmittelbare Erkennen der Situation.

01-01-2022 | Entwicklung

Elektroantriebe für Allradfunktionen - Ein Systemvergleich von ASM und PSM

Ein sekundärer Antrieb nimmt positiven Einfluss auf sämtliche Fahrbarkeitseigenschaften, weil er den Primärantrieb über eine zweite angetriebene Achse unterstützt. Der Fahrer erlebt gesteigerte Traktion und besseres Handling. In Elektro-Pkw kommt dafür neben der Asynchronmaschine (ASM) auch eine permanentmagneterregte Synchronmaschine (PSM) in Betracht. Magna Powertrain untersucht Schleppverluste, Reaktionszeiten und Kosten dieser zwei Lösungen.

01-04-2022 | Entwicklung

Komplexität von Softwaretests in der Fahrwerksentwicklung

Das Testen von Software steht in einem Zielkonflikt zwischen Effizienz und Effektivität, der sich durch neue technische und gesetzliche Anforderungen immer weiter zuspitzt. Im Rahmen einer gemeinsamen Forschungsarbeit untersuchen Cariad und die Universität Duisburg-Essen, wie sich die Randbedingungen verändern und welche Auswirkungen diese Anpassungen auf Softwaretests für Fahrwerksysteme haben.

2022 | OriginalPaper | Chapter

Aktive Fahrwerksysteme und Regelsysteme

Aktive und semi-aktive Systeme bieten die Möglichkeit, die in den vorhergehenden Kapiteln diskutierten Zielkonflikte zu minimieren und den Einsatzbereich eines Fahrzeugs zu erweitern. Unterschiedliche Abstimmungen können so realisiert werden, dass ein Fahrzeug auf "Knopfdruck" z. B. sportlicher oder komfortabler geschaltet werden kann. Insbesondere können sie das Fahrzeug in kritischen Fahrmanövern stabilisieren und insgesamt die längs- und querdynamischen Fahrzeugeigenschaften verbessern.

01-11-2021 | Entwicklung

Komfortanforderungen elektrischer Achsen an die Fahrwerkskonstruktion

Fahrwerkslager sind ein signifikantes Stellelement für den NVH-Komfort im Fahrzeug und stehen daher im Zentrum der Chassis-Optimierung. Aufgrund der überlagerten Anregung des elektrischen Antriebs sind bei elektrischen Achssystemen valide Simulationsmodelle der Lager im hochfrequenten Bereich erforderlich. Für ihre messtechnische Auslegung und Validierung auf Systemebene hat das Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen zusammen mit Ford einen speziellen Fahrwerksprüfstand entwickelt, mit dem überlagerte Lastfälle realisiert werden können.

01-05-2021 | Titelthema

"Mittendrin im Spannungsdreieck aus Performance, Fahrkomfort und Effizienz"

Die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs stellt auch die Ingenieure in der Fahrwerkentwicklung vor neue Herausforderungen. Für Anbieter von Sportwagen gilt dies in besonderem Maße, da sie teils widerstrebende Parameter unter einen Hut bringen müssen. Dr. Ingo Albers, Leiter Hauptabteilung Fahrwerk- und Fahrerassistenz bei Porsche, spricht im ATZ-Interview über die Strategie des Unternehmens.

01-01-2021 | Entwicklung

Fahrwerksmodellierung - Industrialisierung des Parametrierungs- und Validierungsprozesses

Virtuelle Prototypen von Fahrzeugen werden bei Opel immer gefragter und finden neue Anwendungen. Um den Entwicklungsprozess zu optimieren, wurden die Parametrierungs- und Validierungsprozesse industrialisiert. Wie die Eigenschaften des Fahrwerks hinsichtlich Kinematik und Elastokinematik hochpräzise in den kennfeldbasierten Modellen abgebildet werden, stellen Opel und IPG Automotive hier vor.

01-05-2021 | Titelthema

Praxis Fahrwerksentwicklung - Geräuschverhalten einer aktiven mechatronischen Wankstabilisierung

Die aktive mechatronische Wankstabilisierung ist ein Beispiel aus der täglichen Praxis für die Fahrwerksentwicklungsarbeit der Akustikoptimierung im Hause Schaeffler. Eine NVH-Analyse sorgt dafür, dass die Anforderungen für eine geräuschsensible Umgebung erfüllt werden.

2021 | Book

Integration von Sensitivitätsanalysemethoden in den Entwicklungsprozess für Fahrwerkregelsysteme

Die zunehmende Komplexität mechatronischer Systeme steht im Zielkonflikt mit kürzeren Entwicklungszyklen, der mithilfe skalierbarer, digitaler Untersuchungsmethoden teilweise aufzulösen ist. Dies erfordert eine durchgängig anwendbare, digitale Entwicklungsplattform einschließlich geeigneter Untersuchungsmethoden, sodass datenbasierte Entscheidungen getroffen werden können. Die digitalen Analyseschritte sind in den Entwicklungsprozess zu integrieren. Christopher Braunholz zeigt diese Aktualisierungen der konventionellen Entwicklung am Beispiel der Fahrwerkregelsystementwicklung.

2020 | Book

Ein integriertes Fahrdynamikregelkonzept zur Unterstützung des Fahrwerkentwicklungsprozesses

Alexander Georg Fridrich stellt ein integriertes Fahrdynamikregelkonzept für Fahrzeuge mit aktiven Fahr­werksystemen vor, mit dem der Zielkonflikt aus Fahrdynamikregelung und Aktor­energie­bedarf sys­te­matisch und effi­zient auflösbar ist. Das Regelkonzept erlaubt einer­seits die An­wend­bar­keit auf variantenreiche Serienfahrzeuge unter Berück­sich­tigung des Rechen­leis­tungs­an­ge­bots, der Sen­so­rik und der Robustheit. Andererseits wird ein einfacher, schneller und trans­pa­renter Regler­aus­le­gungs­prozess ermög­licht.

01-11-2019 | Entwicklung

Vorausschauendes Fahrwerkkonzept für Pkw

Das Fahrwerk spielt eine ungebrochen zentrale Rolle für die Zukunft des Automobils. Endkunden wollen ein dynamisches Fahrerlebnis, ohne auf Sicherheit zu verzichten. Gleichzeitig generieren automatisierte Funktionen gesteigerte Komfortansprüche, die Automobilhersteller und -zulieferer bedienen müssen. Diese unterschiedlichen Aufgaben können einzelne Komponenten nicht mehr allein erfüllen. ZF setzt deshalb darauf, das Zusammenspiel von Fahrwerksystemen zu optimieren.

2020 | OriginalPaper | Chapter

Grundlagen und Stand der Technik

Dieses Kapitel soll die Grundlagen für den weiteren Verlauf der Arbeit darstellen. Zu Beginn wird die Wirkkette von aktiven Fahrwerksystemen mit den zugehörigen Begrifflichkeiten erläutert. Es wird auf die allgemeine Fahrdynamik und deren objektive Beschreibung, eine Auswahl relevanter Technologien von Fahrwerkregelsystemen, die Modellbildung mechatronischer Systeme und die numerischen Sensitivitätsanalyse eingegangen.

01-06-2019 | Titelthema

Lenkfunktionen für automatisiertes Fahren

Automatisierte Fahrfunktionen können die Längs- und Querführung des Fahrzeugs übernehmen. Bei der Verantwortungsübergabe zwischen automatisiertem und manuellem Fahren spielt das Lenksystem eine Hauptrolle. Der japanische Zulieferer Jtekt hat eine Handzustandserkennung entwickelt, die auf der Schätzung des Handmoments basiert, sowie eine Funktion zur nahtlosen Verantwortungsübergabe. Beide verwenden ausschließlich Sensoren des Lenkgetriebes.

01-01-2019 | Forschung

Produktentwicklungsprozess für das Fahrwerk

Der Wandel der Automobilindustrie hin zur Elektromobilität stellt die Entwicklung moderner Fahrwerke vor komplexe Aufgabenstellungen. Nicht nur die Integration elektrischer Hochvoltantriebe, sondern auch deren Industrialisierung in bestehende Fertigungsstrukturen sollten zentral thematisiert werden.

2019 | Book

Fahrwerkentwicklung und produktionstechnische Integration ab der frühen Produktentstehungsphase

In der vorliegenden Dissertation wird eine Methode beschrieben, mit welcher bereits ab der frühen Entwicklungsphase Fahrwerkkonzepte hinsichtlich ihrer Montagefähigkeit bewertet und optimiert werden können.  Der Methode liegt eine detaillierte Analyse des Entwicklungsprozesses in der Automobilindustrie zugrunde. Es wird aufgezeigt, welche Rollen innerhalb der Entwicklung für die Erarbeitung eines Achskonzeptes verantwortlich sind, welches im Rahmen der industriellen Serienfertigung produzierbar ist. Die entwickelte Methode unterstützt diese Entwicklungstätigkeiten gezielt und ermöglicht somit eine Steigerung der Effizienz.

2017 | OriginalPaper | Chapter

Zukunftsaspekte des Fahrwerks

In diesem Kapitel werden die Zukunftstrends für die Fahrwerksysteme zusammengefasst. Der Schwerpunkt liegt dabei bei der Umweltverschmutzung durch Abgase, bei der Elektrifizierung (Hybrid- und E-Fahrzeuge), bei den Fahrerassistentsystemen, vorausschauenden und intelligenten Fahrwerken und beim autonomen Fahren. 

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