Prüfverfahren für Schwingungsdämpfer im Fahrzeug

Wegener, Daniel Benjamin; Schmitz, Katharina; Eckstein, Lutz

doi:HT020709227

Prüfverfahren für Schwingungsdämpfer im Fahrzeug = Test methods for in situ evaluation of vehicle dampers

Wegener, Daniel Benjamin^RWTH*

2020 & 2021

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Daniel Benjamin Wegener

ImpressumAachen 2020

Umfang1 Online-Ressource (175 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Eckstein, Lutz (Thesis advisor)^RWTH* ; Schmitz, Katharina (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-05-29

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-11304
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/807369/files/807369.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Kraftfahrzeuge (ika) (414110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Dämpfungsmaß (frei) ; Eigenfrequenz (frei) ; Eusama (frei) ; Eusama shock absorber (frei) ; Schwingungsdämpfer (frei) ; Systemidentifikation (frei) ; Verschleiß (frei) ; attenuation factor (frei) ; natural frequency (frei) ; system identification (frei) ; wear (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs sind im Fahrbetrieb hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die zu Verschleißerscheinungen bis hin zum vollständigen Dämpfkraftverlust führen können. In dieser Arbeit wurden Prüfverfahren entwickelt, die eine valide, quantitative Funktionsprüfung der Dämpfung im Werkstattumfeld ermöglichen. Wichtige Merkmale, die durch die neuen Verfahren erreicht wurden, sind die Bewertung des Dämpfers im eingebauten Zustand sowie die Erfüllung von objektiven Zielen wie Validität, Genauigkeit und Präzision und eine hohe erwartete Akzeptanz durch Fahrzeugbesitzer, Prüfbehörden und Werkstattbetreiber. Anhand theoretischer Überlegungen wurde das Dämpfungsmaß als valider Kennwert zur Bewertung des Schwingungsdämpfers hergeleitet. Dazu war eine Modell-bildung erforderlich, welche die Gesamtfahrzeugschwingung auf ein Viertelfahrzeugmodell reduziert. Auf dessen Basis kann das Rad- und das Aufbaudämpfungsmaß ermittelt werden. Die Zulässigkeit dieser Modellvereinfachung wurde umfassend geprüft. Die Festlegung eines fahrzeugunabhängigen Grenzwertes wurde durch die Interpretation des Dämpfer-Konfliktdiagramms abgeleitet. Es wurde gezeigt, dass unabhängig von der fahrzeugindividuellen Abstimmung ein Dämpfungswert kleiner als 0,1 in der Bewertungsdimension Fahrsicherheit und Fahrkomfort als nicht sinnvoll erscheint. Mittels einer methodischen Vorgehensweise zur Systemidentifikation wurden mögliche Anregungsarten und Messsignale aufgezeigt, aus denen insgesamt fünf Verfahren zur Bestimmung des Dämpfungsmaßes hergeleitet wurden. Der hohe Messaufwand für das analytische Komponentenverfahren, bei dem alle relevanten Bauteileigenschaften einzeln erstellt werden, führt zu einem sehr genauen Messergebnis, das sich als Referenzwert zur späteren Bewertung der Werkstatt-Messverfahren eignet. Dies kann ebenfalls durch das experimentelle Gesamtfahrzeugverfahren dargestellt werden, das eine komplexe Prüfstandsinfrastruktur voraussetzt, mit der die Anregungsamplitude und -frequenz in weiten Bereichen variiert werden kann. Das Verfahren der transienten Aufbau-Parameteridentifikation erwies sich für den Werkstattbereich als vorteilhaft, da es u.a. kostengünstig umzusetzen ist. Die zusätzliche Auswertung der Radbewegung erhöhte die Messgenauigkeit insbesondere bei dem Vorliegen eines nur einseitig defekten Dämpfers. Bei der transienten Rad-Parameteridentifikation zur Bestimmung des Raddämpfungsmaßes treten bei impulsförmiger Anregung nur geringe Schwinggeschwindigkeiten auf, die die Validität einschränken. Eine neue Auswertung des weit verbreiteten EUSAMA-Verfahrens erfordert eine Identifikation der Reifenfedersteifigkeit. Trotz der z.T. fehlerbehafteten Schätzung der Reifenfedersteifigkeit, liefert dieses Verfahren im Vergleich zur bisher etablierten Methode deutlich präzisere Ergebnisse.

The vibration dampers of a motor vehicle are exposed to high stress during driving operation, which can lead to wear or even complete loss of damping force. In this thesis, test methods are developed which allow a valid, quantitative functional test of the damping in a workshop environment. Important features achieved by the new methods are the evaluation of the damper in an installed condition as well as the fulfilment of objective goals such as validity, accuracy and precision and a high level of expected acceptance by vehicle owners, test authorities and workshop operators. On the basis of theoretical considerations, the damping ratio was derived as a valid parameter for the evaluation of the vibration damper. This required the creation of a model that reduces the total vehicle vibration to a quarter vehicle model. On the basis of this model, the wheel and the body damping ratio can be determined. The admissibility of this model simplification was comprehensively checked. The definition of a vehicle-independent threshold value was derived from the interpretation of the damper conflict diagram. It was shown that, irrespective of the vehicle-specific tuning, a damping ratio of less than 0.1 in the evaluation dimension of driving safety and driving comfort is unreasonable. Using a methodical procedure for system identification, possible excitation types and measurement signals were identified from which a total of five methods for determining the damping ratio were derived. The high measurement effort for the analytical component method, in which all relevant component properties are individually created, leads to a very accurate measurement result that is suitable as a reference value for later evaluation of the workshop measurement method. This can also be illus-trated by the experimental full vehicle method, which requires a complex test bench infrastructure with which the excitation amplitude and frequency can be varied over a wide range. The transient body parameter identification method proved to be advantageous for the workshop area, as it can be implemented cost-effectively, among other things. The additional evaluation of the wheel movement increased the measuring accuracy, especially in the presence of a damper that was only defective on one side. With the transient wheel parameter identification method for the determination of the wheel damping ratio, only low vibration velocities occur with pulsed excitation, which limit the validity. A new evaluation of the widely used EUSAMA method requires an identification of the tire spring stiffness. In spite of the partly limited estima-tion of the tire spring stiffness, this method delivers significantly more precise results compared to the established method.

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