Auf der Suche nach dem perfekten Fahrwerk

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

In einem zweijährigen Projekt unter Führung von Ford wurden ein Achsschenkel aus Faserverbundwerkstoff und die für die Großserien-Produktion benötigten Werkzeuge entwickelt. Dafür wurden neue CAE-Techniken erdacht und Bauteile mit einem erstmals in der Automobilindustrie verwendeten Multi-Material-Fertigungsprozess hergestellt.

Bei der Entwicklung sportlicher Elektro-Pkw wurde bisher Wert gelegt auf eine kräftige und spontane Beschleunigung in Längsrichtung des Fahrzeugs. Als Erfinder des Ur-quattro-Antriebs vor 40 Jahren konzipiert Audi seinen ersten elektrischen Allradantrieb für das Elektro-SUV e-tron nun so, dass durch eine dynamische Drehmomentverteilung zwischen den Achsen ein fahraktives System entsteht - mit bis zu 300 kW Antriebsleistung und 220 kW Rekuperationsleistung. 

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.