Institut für Fahrzeugsystemtechnik

Modellierung von Fahrbahnoberflächen und Analyse ihrer Schädigungswirkung auf das Fahrwerk

  • Die Auslegung von Fahrzeugkomponenten für die geforderte Lebensdauer ist für die Automobilhersteller von höchster Priorität, da sich ein vorzeitiges Versagen sowohl negativ auf die Kundenzufriedenheit als auch rufschädigend auf die Hersteller auswirkt. Aus diesem Grund führen die Autohersteller zur Festigkeitsabsicherung experimentelle Erprobungen auf Schlechtwegstrecken durch. Für den möglichen Neubau einer Schlechtwegstrecke soll ein Modell einer Strecke entwickelt werden, das gewisse unerwünschte Eigenschaften der bestehenden Strecke nicht enthält. Zum einen machen vereinzelt auftretende Ereignisse, wie Schlaglöcher, einen dominanten Anteil der Schädigung aus, zum anderen führen diese Stellen bei wiederholten Fahrten zu einer starken Streuung der Messdaten.

     

    In der vorliegenden Arbeit wird die Modellierung einer stochastischen Fahrbahnoberfläche am Beispiel der harmonischen Synthese untersucht. Dabei verfolgt diese Arbeit das Ziel, mithilfe des zu untersuchenden Verfahrens eine Fahrbahn zu modellieren, die bei gleichem Schädigungsniveau keine schädigungsdominanten Stellen aufweist und von der befahrenen Spur unabhängig ist. Die Modellbildung der Fahrbahn erfolgt auf Grundlage der Vermessungsdaten einer bereits bestehenden Schlechtwegstrecke. Aus diesen Daten werden für die Synthese verallgemeinerte Spektren der Kohärenz und der spektralen Unebenheitsdichte gebildet.  Die Validierung des Straßenmodells erfolgt durch den Vergleich der spektralen Eigenschaften beider Strecken.

     

    Für die Bewertung der synthetischen Strecken aus Sicht der Betriebsfestigkeit wird die Fahrt über die Strecken mit einem einfachen Fahrzeugmodell simuliert. Hierfür werden die Bewegungsgleichungen des Fahrzeugs unter vereinfachenden Annahmen hergeleitet und in MATLAB/ Simulink implementiert. Die Validierung erfolgt anhand der Simulationsergebnisse eines komplexen Gesamtfahrzeugmodells.

     

    Mithilfe einer Parameteruntersuchung kann für das einfache Modelle eine Schlechtwegstrecke modelliert werden, die alle Spezifikationen erfüllt. Eine weitere Berechnung mit dem kommerziellen Reifenmodell FTire bestätigt die Ergebnisse für die Federbeinkräfte, wohingegen die Schädigungsverläufe der Radlasten an der Hinterachse schädigungsdominante Stellen aufweisen.  Abgesehen davon entspricht die erzeugte Strecke den restlichen Anforderungen. Die Methode zeigt vielsprechende Ergebnisse, dennoch sind weitere Untersuchungen notwendig.