Fahrzeug Dynamik汽车动力学笔记.docx

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FahrzeugDynamik汽车动力学笔记

AufgabenderFederungDieFederungsollFahrbahnstößeauffangenundinSchwingungenumwandeln.InVerbindungmitdemSchwingungsdämpferbewirktsieeinenmöglichstununterbrochenenFahrbahnkontakt

beimBeschleunigen,BremsenundbesondersbeiFahrbahn-UnebenheitenundKurvenfahrt.

GedämpfteSchwingungWenneinFahrzeugzumBeispielübereineBodenwellefährt,nimmtdieFederungdieseaufundsorgtstetsdafürdasdieRäderFahrbahnkontakthaben.  （FahrsicherheitundderFahrkomfort）。

WennmaneineBodenwelleüberfährt,kommendasRadunddieKarosserieinSchwingungen.DadurchdassichdasRadnachobenbewegtwirddieFedergespanntunddrücktschließlichdieKarosserienachoben.DurchdieAusdehnungentstehendeFederkraftbewirkt,dassdieKarosseriewiederabgebremstwirdundderobereUmkehrpunkterreichtist.DieerneutentstandeneFederkraftbremstdieKarosseriebiszumunterenUmkehrpunktab.DieserVorgangwiederholtsichsolange,bisdiegesamteBewegungsenergiedurchFeder-undLuftreibunginWärmeenergieumgewandeltist.DenWegvomoberenbiszumunterenUmkehrpunktbezeichnetmanalsSchwingungsweite/Amplitude.DiesgeschiehtzumBeispiel,wennmanmitdemFahrzeugHindernisseingleichenAbständenüberfährt.DabeischaukeltsichdieKarosserieimRhythmusderEigenschwingungen（Resonanz）immerweiteraufunddieFahrsicherheitwirderheblichverschlechtert.DieAnzahlderentstehendenSchwingungenineinerSekunde（manchmalauchineinerMinute,weildieKarosserienichtsehrschnellschwingt）werdeninFrequenzangegeben.

GenerellsinktdieUnebenheitsdichtemitsteigenderWegkreisfrequenzbzw.mitsinkenderUnebenheitswellenlänge.Dasbedeutet,dassgenerelldiespektraleDichtelangwelligerUnebenheitenhöherist.

FederkennlinieeinesReifensBild2-35zeigtbeispielhaftdieAnteilederLastaufnehmendenKomponentenderReifenstrukturalsFunktionderEindrückungsT.DieKomponenteIentsprichtdemTragkraftanteilFT,StruktdesfestenGummi-Gewebe-KörpersinfolgeeinerelastischenFormänderung.DieKomponenteIIstelltdiesogenannteRundhaltekraftFT,RundderPressluftpTdar,diedenReifeninseinenWandungenversteift.DieKomponenteIIIstelltdensehrgeringenAnteilderLuftkompressionFT,pressdar.DieKomponenteIVstelltdenHauptanteildar,deraufAnpassungderBodenaufstandsflächeATandievertikaleBelastungFZ,Wberuhtundals„TragkraftderLuft“bezeichnetwerdenkann:

46GehtmandenWegvonFahrbahnzumFahrzeug,sowirddieVertikalbewegungaufdasRadübertragen.DiesesstelltdieersteMassedar.ZwischenRadundFahrbahnisteinReifen,welchefederndeunddämpfendeEigenschaftenaufweist.DasRadistwiederrumübereineRadaufhängungmitFederundStoßdämpfermitdemAufbau（genauer:

dem1/4-Aufbau）verbunden.SomitkannRadundAufbauschwingen.2-Massen-Schwingereben.

ZurnäherungsweisenBestimmungderbeidenEigenkreisfrequenzen􀂀eundDämpfungenD

solldieKopplungderbeidenDifferentialgleichungenvernachlässigtwerden,sodassnurdiehomogenenTeilederDifferentialgleichungenbetrachtetwerden

48DieBlattfedergehörtzuderKategoriederBiegefedernundwirdhauptsächlichimLkw-Bereichverbaut,aberauchineinigenPkws.优点NiedrigeBauhöhe，AufnahmevonQuer-undLängskräften，SchnellerundunkomplizierterEinbau，Belastbar，Eigendämpfung（beimehrerenLagen）缺点_KleinerFederweg,Hart,HohesGewicht,Wartungsbeduerftig

WiewirkenZusatzfedern:

SieunterstützendieOriginalfederung,wobeidasinsgesamteAufbaugewichtaufbeideEinheitenverteiltwerden,undsomitaufdieBlattfedernabgestimmt,entlastetwerden.

51BlattfedergeführteHinterachseDerwesentlicheVorteilderBlattfedergegenüberanderenFederbauartenbestehtdarin,dasssienichtnuralsFederelementdient,sonderngleichzeitigalsKonstruktionselementzurVerbindungvonAufbauundAchse,insbesonderedieFührungderAchse,übernehmenkann

KurbelmechanismusderDrehstabfederungFürdieVerwendungvonDrehstäbenalsKraftfahrzeugtragfedernwirddieelastischeVerdrehungdesTorsionsstabesmitHilfeeinerKurbel,dieaufdemdrehbargelagertenStabendesitztunddasTorsionsmomentaufbringt,ineineHubbewegungumgewandelt.AlsKurbelarmedienendieLenkerderAchs-bzw.Radaufhängung.DieDrehstabfedernwerdengewöhnlichinderaufbauseitigenLagerachsederLenkerangeordnet,anderengegenüberliegendemEndedievertikaleRadkraftalsäußereBelastungangreift.

55SiewerdensowohlmitQuer-alsauchmitLängslenkernundvereinzeltsogarmitSchräglenkernkombiniert.FürVorderradaufhängungenwerdenDrehstabfedernüberwiegendinVerbindungmitQuerlenkernverwendetundinFahrzeuglängsrichtungangeordnet.

56BeimPkwhatdieSchraubenfederalleanderenFederartenfastvölligverdrängt.DashängtmitihrerkompaktenBauformzusammen.Sokannsiez.B.umdenSchwingungsdämpfergewickeltwerden.ZwarbeanspruchtdieDrehstabfederz.B.ineinemAchsrohrsehrwenigPlatz,abereinerseitssindlängereRohrebeiderAchskonstruktionseltenergewordenundandererseitsgibtesdieDrehstabfedernichtinprogressiverAusführung.ImGegensatzzurBlattfederkanndieSchraubenfederkeineRadführungsaufgabenübernehmen.EsistalsovomHerstellerzusätzlicherAufwandfürevtl.Längs-bzw.Querlenkernötig.DeutlichkannmandasanStarrachsemitBlatt-bzw.Schraubenfedernsehen.DieobendargestellteSchraubenfederfürdieHinterachseeinesFronttrieblerssiehtaufdenerstenBlickvölliggleichmäßigaus.Wennmangenauerhinsieht,entdecktmaninderMittegegenüberdenEndeneineleichteVerdickungdesDrahtes.DiesdeutetaufeinemehrprogressivealslineareAuslegunghin.DurchverschiedendickenFederdrahtoderunterschiedlicheSteigungbzw.WicklungsdurchmesserkanndieAuslegungderFedersoverändertwerden,dassdieaufzuwendendeKraftbeigrößeremFederweglangsammehralsproportional（progressiv）zunimmt.Möglichistaucheinezweite,abeinembestimmtenFederwegeinsetzendeZusatzfeder.DasBildzeigteinePlatzsparendeMinibloc-Feder.DurchihreprogressiveAuslegungwirdkomfortablesFahrenohneBeladungmiteinemgroßenLadevermögenkombiniert.

58AufgabeOhneirgendeineelektrische/elektronischeRegelungerzieltdieprogressiveFederungeinengutenFahrkomfort（weichereFederung）beileeremFahrzeugundgleichzeitigdieMöglichkeitdererhöhtenZuladung.SolltedasFahrzeugalsonichtkomplettmitprogressiverFederungausgerüstetsein,soistdieseeheranderAchsemitderstärkerwechselndenBelastung（meisthinten）zufinden.FunktionWennSieauf'Feder'klicken,sehenSiealslineareblaue3Linieeineweicheundalslinearegrüne1LinieeineharteFederkennung.BeidehabenNachteile,diedurchdieprogressiverote2Linieausgeglichenwerden.BeiihrnimmtderFederwegz.B.beidoppelterFederkraftumwenigeralsdasDoppeltezu.DieFederungwirdalsomitzunehmendemFederweghärter.Esgibtmind.3MöglichkeiteneineSchraubenfederprogressivzugestalten:

unterschiedlicheDrahtdicke,verschiedenerWindungsdurchmesser,ungleichmäßigeSteigung.

59dasStrebennachFedern,diesichräumlichanerwünschteKonstruktionsabmessungenbesseranpassenlassen,ErfordernissenderKonstruktionhinsichtlichFederdurchmesserundBaulängeweitgehendangepasstist.WegenderkleinenBlocklängeerhieltendieseFederndieBezeichnungMiniblockfeder.DasMerkmaldieserFedernist,dassdieerforderlichenWindungenfürdenprogressivenKennlinienverlaufspiralförmiggestaltetsind,unddasssichdieseWindungenbeiBelastungohnegegenseitigeBerührungineinanderlegen.AufdieseWeisewerdenBeschädigungenderDrahtoberflächeundGeräuschedurchWindungsberührungvermieden.AllerdingsmussbeidieserFederformdieGestaltungdesTellersbesondersberücksichtigtwerden63DieseKugelisthohlundhatinderMitteeineMembran,diedasvonderKolbenseitekommendeÖlvondemStickstofftrennt。

Wirdz.B.eineBodenwelleüberfahren,sodrücktdasÖlaufdieMembranundsomitaufdenStickstoff.DaFlüssigkeitennicht（odernurkaum）komprimierbarsind,Gasehingegenschon,dientdasGas（alsoderStickstoff）alseigentlicheFederung.DieDämpfung（alsoder"Stoßdämpfer"）erfolgtdurcheineVerengung（=Dämpfer）fürdenÖlzuflußindieKugel,diedasÖlbremst.

64AufgabeStickstoffsorgtfüreinbesondersfeinfühligesAnsprechenderFederungmitdenVorteileneinerNiveauregulierung.GegenüberStahlfedernsinddiewesentlichgeringereVerhärtungundderimmergleicheFahrbahnabstandauchbeigrößererBelastungdeutlich.DerFahrkomfortscheintgrenzenloszusein.ZusätzlichspartdasnichtnurdieLeuchtweitenregelung,sondernauchdenmechanischenoderhydraulischenWagenheber.BezeichnenderweisekommtdieHydropneumatikzunächst1954nuranderHinterachsedesCitroen15CVzumEinsatz.Funktion

SieähneltinihrenElementendemGasdruckdämpfer.Dasieschonälterist,müssenTeilevonihrübernommenwordensein.Auchmoderne

LuftfederungenahmenFunktionennach,dieschonlangeindieseTechnikintegriertsind.WennmandenkleinenLuftraumeinesGasdruckdämpfersdurcheinengrößerenStickstoffraumersetzt,stattdesTrennkolbenseineMembranenimmtunddenDämpfer-ÖlraumaneinHydrauliksystem（z.B.derServolenkung）anschließt,sofunktioniertsiewieeineHydropneumatischeFederung.DasGasfedertundseineWirkungkanndurchZustromoderAbflussvonHydraulikölverändertwerden.AllerdingssinddiedauerndeMitwirkungeinerHydraulikpumpeundeineausgeklügelteRegelunggefragt.Nachknapp50JahrenistsieauchendlichbeidenanderenAutomobilherstellernangekommen,betriebssichererundmitelektronischerRegelung.Bild1/2DieHydraulikpumpehatnurwenigÖlindieKugelgepumpt,weildasFahrzeugfastvölligentladenist.DieMembranewölbtsichnachrechtsunddermitStickstoffgefüllteRaumistsehrgroß.BeimEinfedernöffnetdasrechteVentilimDä