Modellierung von Elastomer- und Hydrolagern zur Simulation von Fahrkomfort und Fahrdynamik / Modelling of elastomer and hydro mounts for ride comfort and handling simulation

Fuer die Vorhersage von Fahrkomfort und Fahrdynamik werden in der Gesamtfahrzeugsimulation haeufig vergleichsweise einfache Lagermodelle verwendet, die leicht zu parametrieren und sehr anwenderfreundlich sind. Solche Modelle bilden das Verhalten bei Aenderung der Frequenz ausreichend genau ab, aber die Auswirkungen der Amplitudenabhaengigkeit bleiben unberuecksichtigt. Bei gestiegener Modellierungstiefe des Gesamtfahrzeugmodells, beispielsweise durch Modellierung der Anbindungssteifigkeiten (flexible Karosserie) oder neuer Reifenmodelle, setzen diese einfachen Lagermodelle einer weiteren Steigerung der Simulationsguete aber Grenzen. Basierend auf vorausgehenden Arbeiten zu nichtlinearen Lagermodellen wurden neue Modelle fuer Elastomerlager und hydraulisch gedaempfte Aggregatlager und Fahrwerksbuchsen entwickelt und die Modellstruktur wurde fuer dreidimensionale Lagerkomponenten erweitert. In umfangreichen Messreihen wurden dazu die Einfluesse von wechselnder Vorlast, Temperatur und gleichzeitiger Anregung in mehreren Richtungen untersucht und bewertet. Dabei wurden neben den bekannten Versuchen bei periodischer Anregung auch Anregungsprofile aus typischen Komforttestmanoevern im Fahrzeug hergeleitet. Diese Signale werden zur Validierung bei transienter Anregung an einer mehraxialen Pruefmaschine verwendet. Die hier vorgestellten Modelle sind von modularem Aufbau, sehr flexibel einsetzbar und einfach zu bedaten. Nichtlineare statische Steifigkeitskennlinien und die fuer Elastomer typische, Amplitudenabhaengigkeit durch innere Reibung koennen wahlweise beruecksichtigt werden. Die Druckverhaeltnisse in einem leicht entkoppelten Hydrolager werden detaillierter abgebildet als in kommerziell verfuegbaren Hydrolagermodellen und es wurde ein Modell speziell fuer hydraulische Fahrwerksbuchsen entwickelt. Diese Modelle wurden in Matlab/Simulink entwickelt und mittels Code-Export als General State Equations (GSE) in MSC Adams eingebunden, um das Verbesserungspotenzial der Gesamtfahrzeugsimulation durch neue Lagermodelle zu bewerten. Gegenueber den Standard-Lagermodellen koennen die Simulationsergebnisse fuer Fahrkomfort und Fahrdynamik damit deutlich verbessert werden. (A) Beitrag zum Themenbereich "Wechselwirkungen zwischen Reifen und Fahrbahn" der 13. Internationalen VDI-Tagung "Reifen - Fahrwerk - Fahrbahn im Fokus auf Umwelt, Sicherheit und Komfort", Hannover, 25. und 26. Oktober 2011. Siehe auch Gesamtaufnahme der Tagung, ITRD D370035. ABSTRACT IN ENGLISH: In automotive engineering various hydraulic or conventional elastomer mounts and suspension bushings are crucial for ride comfort and handling. To ensure good ride comfort and ride handling characteristics, these mounts and bushings must be tuned carefully for an optimal vehicle setup. This tuning work is very time consuming and expensive. Therefore, overall vehicle multi-body simulations are very beneficial in an early development phase. Here, the submodels for mounts and bushings are crucial; linear models that ignore the amplitude dependent (nonlinear) dynamic characteristics of elastomer parts are still widely used because of user-friendliness, stability and computing time. In this paper a new model for elastomer mounts and bushing is introduced that solves the conflicting criteria of model performance and flexibility on the one side and user-friendliness, computing time and stability on the other side. Starting from previous research on nonlinear models a new model generation for elastomer mounts and bushings has been developed. The model is physically based and uses a very modular structure. It can be used with or without nonlinear static stiffness characteristics and the amplitude dependence on dynamic characteristics. The basic elastomer mount module is used within models for hydro mounts and bushings and the models are extended to form a complete 3D model. The models have been developed in Matlab/Simulink and implemented in the standard MBS software tool MSC Adams as General State Equation (GSE) using code-export. For model validation test signals have been derived from on-road ride comfort test manoeuvres. These signals are used as input on a multidirectional test rig to give realistic 3D transient excitations. Compared with standard models, accuracy of overall vehicle simulation improves significantly for prediction of ride comfort and handling. (A)