Dynamik von Luftfedersystemen mit Zusatzvolumen: Modellbildung, Fahrzeugsimulationen und Potenzial / Dynamic behaviour of pneumatic suspension systems with auxiliary volumes: Modelling, vehicle simulations and potential

Zur Verbesserung des Fahrdynamik- und Komfortverhaltens von Personenkraftfahrzeugen werden besonders im Bereich der Oberklasse Luftfedersysteme eingesetzt, die im Vergleich zu klassischen Schraubenfedern mehrere Vorteile aufweisen: Der Hoehenstand des Fahrzeugs kann durch Zu- oder Abfuhr von Gas reguliert werden, die vertikale Eigenfrequenz des Aufbaus ist nahezu unabhaengig vom Beladungszustand, durch Formgebung des Abrollkolbens laesst sich der Steifigkeitsverlauf der Luftfedern gezielt beeinflussen und durch Einsatz von geeignet angekoppelten Zusatzvolumina kann die dynamische Steifigkeit und insbesondere das Daempfungsverhalten komfortsteigernd modifiziert werden. Da derartige Systeme meist nur in Wechselwirkung mit Gesamtfahrzeugen beurteilt werden koennen, muessen zum Verstaendnis und zur Optimierung moderne CAE-Methoden eingesetzt werden. Der Vortrag stellt ein physikalisches Modell fuer Luftfedern mit angekoppeltem Zusatzvolumen vor, welches in das Mathematiksimulationsprogramm MATLAB sowie in ein Gesamtfahrzeugmodell implementiert wurde. Es beinhaltet den Waermeaustausch mit der Umgebung, die Stroemungsverluste im Verbindungskanal zwischen den Teilvolumina sowie die damit verbundene Aufheizung des Gases. Die Zustandsgroessen sind die Gastemperaturen, Gasmengen und Druecke in den beiden Volumina. Anhand von Parameterstudien wird nachgewiesen, dass das Modell das im Versuch beobachtete Verhalten der dynamischen Steifigkeit wiedergibt. Die Simulation eines Viertelfahrzeugs zeigt, dass der Stroemungskanal hinsichtlich seines Durchflussverhaltens optimal ausgelegt werden kann, sodass die Resonanzueberhoehung im Bereich der Aufbaueigenfrequenz minimal wird, was im Einklang mit Messergebnissen aus der Literatur ist. Gesamtfahrzeugsimulationen auf einer unebenen Strasse bestaetigen dies. Das vertikale Komfortverhalten kann durch geeignete Aufteilung des Luftfedervolumens in Haupt- und Zusatzvolumen sowie eine optimale Kanalabstimmung guenstig beeinflusst werden. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: For the purpose of optimising both the handling behaviour and the ride comfort, especially of upper class vehicles, it is common practise to apply pneumatic suspension systems. In comparison with classical coil spring suspensions they have several advantages: a ride-height adjustment can easily be realised by supply or dissipation of air, the vertical eigenfrequency of the body is nearly independent of the load and the stiffness behaviour of the suspension can be influenced by shaping of the piston of the pneumatic spring. The most interesting property is that the dynamic stiffness and damping behaviour is frequency-selective and can be modified by an appropriately coupled auxiliary volume. Since such complex systems can only be rated in interaction with a full vehicle, it is necessary to develop mathematical models and to apply modern CAE methods. In the current essay, a thermomechanically based approach for pneumatic springs with auxiliary volumes is developed and presented. To understand the physics in detail, the model is implemented into the mathematical software system MATLAB and into a full vehicle model. The model of the pneumatic spring takes the heat exchange between the gas and the environment into account and considers the dissipative flow losses in the connection channel between the main and the auxiliary volume. As we show, this leads to heating effects. The state variables of the model are the temperatures, the pressures and the numbers of moles of gas in the two volumes. We demonstrate that the model represents the experimentally observed behaviour of the dynamic stiffness. The simulation of a quarter car shows that it is possible to dimension the flow resistance of the connection channel such that the magnitude of the resonance peak at 1 Hz of the body becomes minimal. This result is in accordance with experimental data from recent literature. Full vehicle simulations on uneven stochastic roads confirm this behaviour: the vertical comfort behaviour of the vehicle can be favourably influenced by an appropriate splitting of the total volume into a main and an auxiliary volume and an optimal adjustment of the flow resistance of the channel. (A) Beitrag zum Themenbereich "Luftfederung" der 9. Tagung "Reifen - Fahrwerk - Fahrbahn" der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik, Hannover, 29. und 30. Oktober 2003.

  • Availability:
  • Authors:
    • EICHLER, M
    • LION, A
    • SCHULLER, R
    • SONNAK, U
  • Publication Date: 2003

Language

  • German

Media Info

  • Pagination: 221-41
  • Monograph Title: Reifen - Fahrwerk - Fahrbahn. Tagung der VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik, Hannover, 29. und 30. Oktober 2003
  • Serial:
    • VDI-Berichte
    • Issue Number: 1791
    • Publisher: VDI Verlag GmbH
    • ISSN: 0083-5560

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01193784
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • ISBN: 3-18-091791-1
  • Files: ITRD
  • Created Date: Oct 7 2010 3:17PM