Repräsentative Lastkollektive für Fahrwerkkomponenten

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1 Repräsentative Lastkollektive für Fahrwerkkomponenten Von der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von Andreas Janßen aus Oldenburg eingereicht am: 8. Mai 2007 mündliche Prüfung am: 13. Juli 2007 Berichterstatter: Mitberichterstatter: Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. F. Küçükay Prof. Dr.-Ing. G.-P. Ostermeyer Prof. Dr.-Ing. J. Köhler 2007

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3 Schriftenreihe des Instituts für Fahrzeugtechnik TU Braunschweig Band 12 Andreas Janßen Repräsentative Lastkollektive für Fahrwerkkomponenten Shaker Verlag Aachen 2007

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2007 Copyright Shaker Verlag 2007 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

5 Diese Arbeit entstand während meiner Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig. Sie wurde von Herrn Prof. Dr.-Ing. Ferit Küçükay, der das Institut seit 1997 leitet, angeregt und betreut. Seine aktive Unterstützung sowie die regen fachlichen Diskussionen trugen maßgeblich zum Gelingen der Arbeit bei. Weiterhin gilt mein Dank Herrn Prof. Dr.-Ing. Georg-Peter Ostermeyer, Leiter des Instituts für Dynamik und Schwingungen der Technischen Universität Braunschweig, für die Betreuung als Mitberichterstatter sowie Herrn Prof. Dr.-Ing. Jürgen Köhler, Leiter des Instituts für Thermodynamik der Technischen Universität Braunschweig, für die Übernahme des Vorsitzes im Promotionsausschuss. Die Arbeit wurde zum Teil gefördert durch eine Zusammenarbeit mit der BMW AG. Für die Unterstützung möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. rer. nat. Rudolf Stauber, Leiter der Abteilung Betriebsfestigkeit und Werkstoffe, herzlich bedanken. Allen beteiligten Mitarbeitern der BMW AG danke ich für die Kooperation, stellvertretend möchte ich hier Herrn Dipl.-Ing. Steffen Löschner und Herrn Dipl.-Ing. Stefan Kirschner nennen. Allen aktiven und ehemaligen Kollegen des Instituts für Fahrzeugtechnik möchte ich für die Hilfsbereitschaft und die gute Zusammenarbeit während und nach der Arbeitszeit danken. Weiterhin gilt mein Dank den Studenten und wissenschaftlichen Hilfskräften, die mich bei meiner Arbeit am Institut unterstützt haben. Für das gewissenhafte Korrekturlesen der Arbeit möchte ich mich bei M.A. Sandra Engelhardt und Herrn Dipl.-Ing. Philipp Last bedanken. Meinem Kollegen Herrn Dipl.-Ing. Hermann Kollmer danke ich zudem für die kritischen Diskussionen zum Thema dieser Arbeit. Großer Dank gebührt meinen Eltern, die mir nicht nur das Studium ermöglicht haben, sondern mich in allen meinen Vorhaben stets unterstützt haben. Besonders danke ich meiner Frau Bianca für den Rückhalt und das entgegengebrachte Verständnis für den notwendigen Zeitaufwand der Arbeit. Meinem Sohn Henri danke ich für die abwechslungsreiche gemeinsame Zeit nach Feierabend, die mir die Motivation für den nächsten Arbeitstag gegeben hat.

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7 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen iii 1 Einleitung Zielsetzung Aufbau und Inhalt der Arbeit Stand der Forschung Komponenten-, Baugruppen- und Fahrzeugprüfung Lastannahmen CAE-Methoden in der Betriebsfestigkeit Bewertung der aktuellen Methoden Konzept der 3F-Methode Zielsetzung Abbildung des Kundenverhaltens Definition von Kundentypen Simulation der Fahrzeugnutzung beim Kunden Auswertung der Simulationsdaten Anwendung der Ergebnisse Fahrzeugmessungen Messungen zur Verifikation des Fahrzeugmodells Messungen zur Analyse der Fahrbahnoberfläche Messungen zur Analyse des Fahrerverhaltens Durchführung der Dauermessungen Auswertung der Dauermessungen Auswertung der Geschwindigkeit und Erstellung des OGP Speicherung der Fahrerhandlungen in Statistiken Vorhersage des Fahrerverhaltens unter Berücksichtigung der Fahrzeugeigenschaften

8 ii Inhaltsverzeichnis 5 Simulationsmodelle Anforderungen Fahrermodell Analyse vorhandener Fahrermodelle Auf gemessenen Fahrerstatistiken basierendes Fahrermodell Von gemessenen Fahrerstatistiken unabhängiges Fahrermodell Fahrstreckenmodell Analyse vorhandener Fahrstreckenmodelle Aufbau des Fahrstreckenmodells Funktionsnachweis des Fahrstreckenmodells Fahrzeugmodell Aufbau des Fahrzeugmodells Funktionsnachweis des Fahrzeugmodells Funktionsnachweis der gesamten Simulationsumgebung Berechnung der Bauteilkräfte Bauteilkraftermittlung durch linearisiertes MKS-Modell Bauteilkraftermittlung durch Superposition von Einzelmanövern118 6 Ergebnisse der Simulationen Auswertung der Radkräfte Auswertung der Bauteilkräfte Einflussparameter auf die Fahrwerkbelastung Anwendung der Methodik Belastungsvorhersage zukünftiger Fahrzeuge und Varianten Erstellung von Prüfkollektiven und -vorschriften Definition kundennaher Bemessungsstrecken Analyse von Schadensfällen beim Kunden Untersuchung des Einflusses aktiver Systeme Ansteuerung von Hardware-in-the-Loop-Prüfständen Zusammenfassung 149 Literatur 151