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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Vorhersagen von dynamischen Verhaltenscharakteristiken eines
Fahrzeugs unter Verwendung der Schraubentheorie.
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Es ist ziemlich kompliziert Bewegungscharakteristiken
eines Fahrzeugs exakt voherzusagen. Jedoch sind diese Charakteristiken
sehr wichtige Faktoren, die sich auf den Grad der Fahrerermüdung, das
Fahrverhalten und die Stabilität
eines Fahrzeugs auswirken können.
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Bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeugs
ist deshalb ein Konstruktionsziel für derartige Fahrzeugbewegungscharakteristiken
vorbestimmt, und die Gesamtgeometrie eines Fahrzeugs ist derart
bestimmt, dass das vorbestimmte Ziel erreicht werden kann.
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Wenn eine Fahrzeugentwicklung ohne
ein Vohersagen von Fahrzeugbewegungscharakteristiken ausgeführt wird,
ist umfangreiches Ausprobieren notwendig, so dass die Entwicklungskosten
beträchtlich
sich erhöhen
und die Möglichkeit
des Scheiterns ebenfalls sich erhöht.
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Deshalb wird in einem Fahrzeugentwicklungsprozess
ein zu verwendendes Aufhängungssystem
vorher ausgelegt, und die Güte
des Aufhängungssystems
wird vor der Herstellung von realen Fahrzeugen abgeschätzt. Die
Prozesse werden wiederholt bis das Ergebnis der Abschätzung die
Zielkriterien erreicht. Dann wird ein Fahrzeug hergestellte und
die Güte
des Aufhängungssystems
wird nochmals durch einen realen Fahrzeugtest getestet.
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Verschiedene Verfahren zum Abschätzen der
Güte des
Aufhängungssystems
hat man sich ausgedacht, und derartige Verfahren sind zur Fahrzeugentwicklung
weit verbreitet.
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Die herkömmlichen Verfahren haben jedoch
viele Nachteile, und viele Probleme sind bis jetzt nicht gelöst.
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In den herkömmlichen Verfahren werden die
Vorderaufhängungsgeometrie
und die Hinteraufhängungsgeometrie
unabhängig
ausgelegt, und die Optimierung der Aufhängungsgüte wird durch Einstellen von Abstimmelementen
des Vorderaufhängungssystems
und des Hinteraufhängungssystems
ausgeführt.
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Durch eine relative Änderung
der Vorderradaufhängung
und der Hinterradaufhängung
wird jedoch das Wankverhalten eines Fahrzeugs beeinflusst, so dass
es schwierig ist, das Wankverhalten eines Fahrzeugs durch eine jeweilige
Abschätzung
der Vorderradaufhängung
und der Hinterradaufhängung
zu optimieren.
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Deshalb ist ein Verfahren zum Vorhersagen
des Wankverhaltens eines Fahrzeugs durch gleichzeitiges Abschätzen der Änderung
der Vorderradaufhängung
und der Hinterradaufhängung
erforderlich.
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Das vorhergehend Gesagte dient nur
zur Erläuterung
und sollte nicht als Würdigung
oder eine Form von Andeutung gesehen werden, dass das vorhergehend
Gesagte den Stand der Technik bildet, der dem Fachmann bereits bekannt
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein
Verfahren zu schaffen, mit dem das Fahrsicherheitsvermögen eines Fahrzeugs
vorhergesagt werden kann.
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Erfindungsgemäß dient das Verfahren zum Bestimmen
dynamischer Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs, wobei Parameter
verwendet werden, die durch eine quasistatische Analyse und deren Änderungsraten
ermittelt werden, so dass das Fahrsicherheitsvermögen vorhergesagt
werden kann.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform
weist das Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken
eines Fahrzeugs auf:
Entwickeln eines Fahrzeugmodells für eine quasistatische
Analyse,
Ausführen
der quasistatischen Analyse für
das Fahrzeugmodell unter einer Kurvenfahrbedingung, bei der eine bestimmte
Lateralkraft wirkt,
Bestimmen einer finiten Schraubachse basierend
auf einer Starrkörperverschiebung
des Fahrzeugmodells bezüglich
des Bodens durch die quasistatische Analyse,
Bestimmen einer
festen Schraubachsenfläche,
die durch die Wanderung der finiten Schraubachse gebildet wird,
Berechnen
von Gradienten der Schraubparameter bezüglich der Lateralkraft, wenn
das Fahrzeugmodell sich in einem Anfangskurvenfahrzustand befindet,
und
Abschätzen
des Wankverhaltens basierend auf der festen Schraubachsenfläche und
der Gradienten der Schraubparameter.
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Es ist bevorzugt, dass der Körper des
Fahrzeugmodells mit einem Kontaktstück mittels einer Feder derart
gekuppelt ist, dass eine durch eine Vertikallast verursachte Reifenverschiebung
ausgedrückt
werden kann, wobei das Kontaktstück
derart konfiguriert ist, dass es vertikal unbeweglich ist, und wobei
ein Gleichgewicht von auf das Fahrzeugmodell wirkenden Lateralkräften ohne
einem strukturellen Festhalten in Lateralrichtung existent ist.
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Es ist bevorzugt, dass das Gleichgewicht
der Lateralkräfte
durch Aufbringen einer Lateralkraft im Schwerpunkt des Fahrzeugmodells,
die um eine vorbestimmte Rate sich erhöht, und durch Aufbringen von
entsprechenden Lateralkräften
an dem Kontaktstück
realisiert wird.
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Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeugmodell
in Vorwärts/Rückwärtsrichtung
strukturell festgehalten ist, um die Bestimmung des Momentengleichgewichts
gemäß dem Kräftegleichgewicht
zu vereinfachen.
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Es ist ebenfalls bevorzugt, dass
ein Vorderrad festgehalten ist und ein Hinterrad derart konfiguriert
ist, dass es eine Vorwärts-/Rückwärtsbewegung
erfährt,
so dass in der Analyse eine Radbasisänderung widergespiegelt werden
kann, die während
des Wankens durch eine durch Geometrien des Vorder- und des Hinterrads hervorgerufene
Vorwärts-/Rückwärtsbewegung
des Kontaktstücks
verursacht wird.
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Es ist bevorzugt, dass eine Vorwärts-/Rückwärtsverschiebung
eines vorderen Kontaktstücks
gemessen wird, während
das Fahrzeug in einem Zustand, in dem alle Befestigungen in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung gelöst sind,
gestoßen
und rückgeprellt
wird, und ein Wert als Vorderrad-Verschiebungs-Festhalte-Bedingung verwendet wird,
der durch eine Sinusfunktionsannäherung
erzielt wird.
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Es ist bevorzugt, dass, wenn eine
Mehrzahl von Resultaten der quasistatischen Analyse für verschiedene
Fahrzeugmodelle verglichen wird, in der quasistatischen Analyse
eine Radsturzänderungstendenz
und eine Spurweitenänderungstendenz
in den Modellen als ähnliche
Werte gesetzt werden, und der Wankmittelpunkt in einer Anfangsposition
in jedem Modell als gleich gesetzt wird.
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Es ist bevorzugt, dass bei dem Schritt
zum Abschätzen
des Wankverhaltens ein Punkt, in dem die feste Schraubachse eine
Fläche
schneidet, die durch den Mittelpunkt eines Vorderrads verläuft und
senkrecht zur Fahrzeugfahrrichtung ist, als vorderradseitiger Wankmittelpunkt
betrachtet wird, ein Punkt, in dem die feste Schraubachse eine Fläche schneidet,
die durch den Schwerpunkt verläuft,
als schwerpunktseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, und ein
Punkt, in dem die feste Schraubachse eine Fläche schneidet, die durch den Mittelpunkt
eines Hinterrads verläuft,
als hinterradseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, und wobei
an den drei Punkten die Änderungstendenz
des Wankmittelpunkts an den drei Punkten abgeschätzt wird.
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Es ist ebenfalls bevorzugt, dass
die Schraubparameter einen ersten Positionsparameter, der sich auf die
Vertikalwanderung des Schwerpunkts des Fahrzeugmodells bezieht,
einen zweiten Positionsparameter, der sich auf die Lateralwanderung
des Schwerpunkts des Modells bezieht, einen ersten Richtungsparameter, der
sich auf die Neigungsbewegung des Fahrzeugmodells bezieht, einen
zweiten Richtungsparameter, der sich auf die Gierbewegung des Fahrzeugmodells
bezieht, und einen Neigungsparameter umfassen, der sich auf die
Kurvenfahrgeschwindigkeit bezieht.
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In einer zusätzlichen, erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform
weist das Verfahren zum Vorhersagen von dynamischen Verhaltenscharakteristiken
eines Fahrzeugs auf:
Bestimmen von Schraubparametern und Gradienten
der Schraubparameter einer festen Schraubachse durch eine Analyse
eines quasistatischen Fahrzeugmodells, und
Abschätzen des
Wankverhaltens des Fahrzeugs basierend auf den vorbestimmten Schraubparametern
und den Gradienten der Schraubparameter.
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Es ist bevorzugt, dass das Bestimmen
aufweist:
Aufbringen einer Lateralkraft an dem Schwerpunkt
des quasistatischen Fahrzeugmodells, die um eine vorbestimmte Rate
sich erhöht,
und gleichzeitiges Aufbringen von entsprechenden Lateralkräften an
jedem Kontaktstück
des quasistatischen Fahrzeugmodells, so dass in Lateralrichtung
ein Kräftegleichgewicht
und ein Momentengleichgewicht existent sind, und
Bestimmen
der Schraubparameter und der Gradienten der Schraubparameter einer
festen Schraubachse basierend auf den Bewegungen des quasistatischen
Fahrzeugmodells bezüglich
des Bodens.
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Es ist ebenfalls bevorzugt, dass
die Schraubparameter einen Lateralpositionsparameter umfassen, der
sich auf die Lateralposition der festen Schraubachse bezieht, und
der Schwerpunkt eines Fahrzeugs als sich absenkend abgeschätzt wird,
falls der Wert des Gradienten des Lateralpositionsparameters negativ
ist, und der Schwerpunkt eines Fahrzeugs als sich anhebend abgeschätzt wird,
falls der Wert des Gradienten des Lateralpositionsparameters positiv
ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter
einen Vertikalpositionsparameter umfassen, der sich auf die Vertikalposition
der festen Schraubachse bezieht, und abgeschätzt wird, dass die Lateralwanderung
des Schwerpunkts des Fahrzeugs abnimmt und der Wankwinkel abnimmt,
falls der Wert des Gradienten des Vertikalpositionsparameters negativ
ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter
eine Lateralrichtungskomponente eines Einheitsrichtungsvektors der
Schraubachse umfassen, und abgeschätzt wird, dass ein Fahrzeugkörper sich
in Richtung nach vorne neigt, falls der Wert des Gradienten der
Lateralrichtungskomponente negativ ist, und der Fahrzeugkörper sich
in Richtung nach hinten neigt, falls der Wert des Gradienten der
Lateralrichtungskomponente positiv ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter
eine Vertikalrichtungskomponente eines Einheitsrichtungsvektors
der Schraubachse umfassen, und das Gierverhalten basierend auf den
Gradienten der Vertikalrichtungskomponente abgeschätzt wird.
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Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter
einen Neigungsparameter bezüglich
einer Translationsbewegung eines Fahrzeugs umfassen, und abgeschätzt wird,
dass das Fahrzeug in Richtung nach vorne entlang der Schraubachse
sich bewegt, falls der Wert des Gradienten des Neigungsparameters
positiv ist, und das Fahrzeug in Richtung nach hinten entlang der
Schraubachse sich bewegt, falls der Wert des Gradienten des Neigungsparameters
negativ ist.
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Es ist ferner bevorzugt, dass das
quasistatische Fahrzeugmodell einen Körper und ein Kontaktstück aufweist,
das mit dem Körper
mittels einer Feder gekuppelt ist, und wobei das Kontaktstück in Lateralrichtung nicht
strukturell festgehalten ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
einer bevorzugten Ausführungsform
mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Darstellung einer Starrkörperbewegung
im dreidimensionalen Raum,
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2 ein
Diagramm, um Parameter einer Rotationsachse eines Fahrzeugs zu erklären,
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3 eine
Darstellung, um die Beziehung zwischen einer festen Schraubachsenfläche und
einer sich bewegenden Schraubachsenfläche eines quasistatischen Fahrzeugmodells
zu erklären,
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4 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vorhersagen des Wankverhaltens
eines Fahrzeugs gemäß einer
erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform,
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5 eine
Darstellung einer Lateralstruktur des quasistatischen Fahrzeugmodells,
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6 eine
Darstellung einer Longitudinalstruktur des quasistatischen Fahrzeugmodells,
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7 eine
Darstellung, die das Gierverhalten gemäß der Vorderradgeometrie in
dem quasistatischen Fahrzeugmodell zeigt,
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8 feste
Schraubachsenflächen
in dem quasistatischen Fahrzeugmodell, und
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9 eine
Tabelle, die eine Zusammenfassung des Vorhersagens des Fahrzeugverhaltens
unter Verwendung von Schraubparametergradienten zeigt.
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1 zeigt
den theoretischen Hintergrund der Erfindung: eine Bewegung eines
Starrkörpers
im dreidimensionalen Raum ist aus einer Rotationsbewegung und einer
Translationsbewegung zusammengesetzt. Wenn diese beiden Bewegungen
auftreten, kann die Bewegung als eine Schraubbewegung bezüglich einer Referenzachse
definiert werden. Ein Verfahren zur Analyse von Bewegungen eines
Starrkörpers
unter Verwendung einer derartigen Schraubbewegung betrifft im Allgemeinen
die Schraubentheorie. Das Verfahren gemäß der erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform
wendet die Schraubentheorie an.
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Die Referenzachse der Schraubbewegung
kann als finite Schraubachse bezeichnet werden. Wie aus 1 ersichtlich, wenn ein
Starrkörper
M von einer Position p1 zu einer Position
p2 bewegt wird, ist die Achse SA die finite
Schraubachse für
die beiden Positionen p1 und p2.
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Jede Bewegung eines Starrkörpers kann
als eine Schraubachsenbewegung definiert werden. Dies in Betracht
ziehend, wie aus 2 ersichtlich,
setzen sich die Parameter der festen Rotationsachse eines Fahrzeugs
aus sieben Parametern zusammen, die aus drei Ortskomponenten eines
Ortsvektors (x, y, z), drei Richtungskomponenten eines Einheitsrichtungsvektors
(ux, uy, uz) und einer Neigungskomponente SNeigung bezüglich der Rotationsachse sich
zusammensetzen.
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Der Ortsparameter x kann als beliebiger
Wert auf der Rotationsachse gewählt
werden, und gemäß der erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform
ist er als der Koordinatenwert gewählt, der dem Schwerpunkt eines
Fahrzeugs entspricht. Der Richtungsparameter u
x könnte durch
eine Funktion von u
y und u
z wie folgt
ausgedrückt
werden:
. Demgemäß können die
Charakteristiken der Rotationsachse durch fünf Parameter y, z, u
y, u
z, und S
Neigung dargestellt werden.
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Das Wankverhalten eines Fahrzeugkörpers wird
durch Schraubachsenbewegungen bestimmt, die durch die Gesamtgeometrie
mit Vorderaufhängungsgeometrie
und Hinteraufhängungsgeometrie
bestimmt werden, und dies umfasst das Konzept des kräftebasierenden
Wankmittelpunkts sowie das Konzept des geometriebasierenden Wankmittelpunkts.
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Eine Fläche, die durch eine Mehrzahl
von sequenziellen Schraubachsen gebildet wird, die gebildet werden
während
sich ein Starrkörper
bewegt, wird als eine feste Schraubachsenfläche 2 definiert, und
eine Fläche
des Starrkörpers,
der auf der festen Schraubachsenfläche ohne Gleiten sich bewegt,
wird als eine sich bewegende Schraubachsenfläche 4 definiert. In
anderen Worten, die feste Schraubachsenfläche ist eine Fläche, die
durch den Ort der momentanen Schraubachse gebildet wird. Wie aus 3 ersichtlich wird somit
eine Wankbewegung eines Fahrzeugs durch die Bewegung der sich bewegenden
Schraubachsenfläche 4 dargestellt,
die den Starrkörper
des Fahrzeugs repräsentiert,
um auf der festen Schraubachsenfläche ohne Gleiten zu wanken.
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Deshalb können die Wankbewegungscharakteristiken
eines Fahrzeugs einfach durch die Form der festen Schraubachsenfläche 4 vorhergesehen
werden.
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Unter Verwendung der vorhergehenden
Charakteristiken wird das Verfahren zum Vorhersehen des Wankverhaltens
eines Fahrzeugs gemäß der erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform
in 4 gezeigt.
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Als erstes wird ein quasistatisches
Fahrzeugmodell angefertigt (Schritt S100) und eine quasistatische Analyse
unter einer Kurvenfahrbedingung ausgeführt, bei der eine Lateralkraft
auf das Fahrzeug aufgebracht wird (Schritt S110). Dann wird eine
finite Schraubachse basierend auf einer Starrkörperverschiebung bezüglich des
Bodens (Schritt S120) bestimmt.
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Als nächstes wird in Schritt S130
eine Änderung
der finiten Schraubachse visualisiert und in Schritt S140 werden
die Schraubparametergradienten berechnet. In Schritt S150 wird eine
Anfangsgüte
durch Vergleichen der Gestalt der Änderungen der finiten Schraubachse
und der Schraubparametergradienten mit denen der Schraubparameter
abgeschätzt,
die man in einem realen Fahrzeug erhält.
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Obwohl das Fahrzeugmodel gemäß dem auszulegenden
Fahrzeug abgeändert
werden kann, werden bei Schritt S100 drei exemplarische Typen von
Aufhängungssystemen
im folgenden erklärt.
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Die Fahrzeugmodelle werden für die quasistatische
Analyse angefertigt wie in 5 und 6 gezeigt.
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Konkret heißt das, dass in dem quasistatischen
Model 100 ein Gelenk 103 mit einem Kontaktstück 109 mittels
einer Reifenfeder 107 gekuppelt ist, um eine durch eine
vertikale Last verursachte Reifendeformation zu realisieren. Ferner,
statt einer Gelenkverbindung zwischen dem Kontaktstück 109 und
dem Boden ist das quasistatische Modell 100 so aufgebaut,
dass dort keine mechanische Befestigung in Lateralrichtung zwischen dem
Kontaktstück 109 und
dem Boden auftritt.
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Lateralkräfte, die, wenn ein spezielles
Niveau einer Lateralkraft auf den Schwerpunkt des quasistatischen
Modells 100 wirkt, jeweils an den vier Rädern des
Fahrzeugs wirken, können
durch eine Kräftegleichgewichtsgleichung
und einer Momentengleichgewichtsgleichung bestimmt werden.
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Die Lateralkraftverteilung zwischen
dem Vorder- und dem Hinterrad kann durch die beiden Gleichgewichtsgleichungen
bekannt sein, aber die Lateralkraftverteilung zwischen dem linken
und dem rechten Rad kann nicht bekannt sein. Somit ist es bevorzugt,
dass die Lateralkraftverteilung zwischen dem linken und dem rechten
Rad als eine Funktion der vertikalen Last bestimmt wird, die unter
Verwendung von Reifencharakteristiken auf die Reifen wirkt. Beispielsweise
kann die Lateralkraftverteilung zwischen dem linken und dem rechten Rad
unter Verwendung von Reifenlateralkraftcharakteristiken bezüglich der
vertikalen Last und dem Gleitwinkel berechnet werden.
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Um eine Wankbewegung zu realisieren,
die auftritt, wenn ein Fahrzeug eine Kurve fährt, wird, wie aus 5 und 6 ersichtlich, eine Lateralkraft FYCG auf das quasistatische Fahrzeugmodell
an dessen Schwerpunkt aufgebracht und entsprechende Gegenlateralkräfte, die
in der vorhergehenden Art und Weise bestimmt werden, auf die Kontaktstücke aufgebracht,
so dass ein Lateralkraftgleichgewicht realisiert ist. Bei dieser
Konfiguration kann eine Aufstandsflächenänderung, die von einem das
Wankverhalten begleitenden Stoß oder
Rückprall
verursacht wird, in der Fahrzeugbewegung sich widerspiegeln, weil
kein laterales strukturelles Festhalten zwischen dem Kontaktstück und dem
Boden existent ist.
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Wenn Lateralkräfte, die auf ein linkes und
ein rechtes Rad wirken, in gleicher Höhe von dem Boden aufgebracht
werden, kann ein Momentengleichgewicht erreicht werden. Jedoch in
dem quasistatischen Fahrzeugmodell, das eine ähnliche Aufhängungsgeometrie
wie ein reales Fahrzeug hat, erfahren das linke und das rechte Rad
eine Stoß-
und Rückprallbewegung,
so dass die Höhe
des Punktes sich ändern
kann, in dem die Lateralkraft wirkt. Dementsprechend kann ein Momentengleichgewicht
nicht aufrechterhalten werden.
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Um eine nicht beabsichtigte Gierbewegung
zu unterbinden, die in einem Zustand auftreten kann, in dem das
Momentengleichgewicht nicht realisiert ist, ist mindestens eine
Bewegungseinschränkung
in Lateralrichtung oder in Longitudinalrichtung erforderlich. In
der erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform, ist
die Longitudinalrichtung strukturell festgehalten, weil ein zusätzliches
Festhalten in Lateralrichtung unmöglich ist, in der die Kräftegleichgewichtsbedingung
existent ist.
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Eine Longitudinalbewegung des Kontaktstücks durch
einen Stoß und
einen Rückprall
des Rads tritt bezüglich
der Geometrie des Vorder- und des Hinterrads auf, und diese Bewegung
verursacht eine Änderung der
Radbasis während
einer Wankbewegung. Um die Änderung
der Radbasis in der Analyse widerzuspiegeln, wird nur das Vorderrad
festgehalten und das Hinterrad kann eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung
erfahren.
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Falls das Vorderrad durch strukturelles
Festhalten befestigt ist, wie in 7 gezeigt,
kann jedoch ein Gierverhalten verursacht durch die Vorderradgeometrie
auftreten. Um das zu verhindern, ist es bevorzugt, dass ein relevanter
Wert der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung
als ein Einschränkungszustand
verwendet wird.
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Um die Longitudinalbewegung (vorwärts und
rückwärts) zu
setzen, wird eine Longitudinalverschiebung des Kontaktstücks des
Vorderrads gemessen, wenn das Model in einem Zustand gestoßen wird
und zurückprallt,
in dem alle Longitudinaleinschränkungen
des Vorderrads und des Hinterrades gelöst sind, und ein Wert, der
durch eine Annäherung
einer Sinusfunktion der gemessenen Verschiebung erzielt wird, als
Verschiebungsbeschränkungszustand
des Vorderrads bei der Wankeigenschaftsanalyse verwendet.
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Bei diesem Verfahren wird die Longitudinalrichtung
des Vorderrads strukturell festgehalten, so dass das Gierverhalten
gemäß dem Ungleichgewicht
des Lateralmoments unterbunden werden kann, und die Änderung
der Radbasis gemäß der Geometrieänderung
des Vorderrads und des Hinterrades in der Analyse berücksichtigt
werden kann.
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Gemäß Schritt S110 wird dann die
quasistatische Analyse für
das quasistatische Fahrzeugmodell unter Verwendung eines Analyseprogramms
ausgeführt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist es bevorzugt, dass RDAMS[12] als Analyseprogramm verwendet wird.
Die finite Schraubachse für
das Wankverhalten des gesamten Fahrzeuges wird durch Berechnen von
Positions- und Stellungsinformation erreicht, die von ASAMS[12]
in einem Unterprogramm geliefert wird.
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Um Konfusion über Analyseresultate durch
Faktoren zu unterbinden, die anders sind als das Wankverhalten in
jedem Modell, ist es bevorzugt, dass eine Radsturzänderungstendenz
und eine Spurweitenänderungstendenz,
die Basisfaktoren der Aufhängungsgüte sind,
derart zu setzen, dass sie in einem Bereich zwischen -50 mm (Rückprall)
und 50 mm (Stoß)
sind, was als allgemeiner Bereich betrachtet wird, und die Höhe des Wankmittelpunkts
in der Anfangsposition derart zu setzten, dass sie in jedem Modell
gleich ist.
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Um Wanderungen der finiten Schraubachse
zu beobachten, die man in Schritt S110 erhält, werden ein Punkt, in dem
die finite Schraubachse eine Fläche
schneidet, die den Vorderradmittelpunkt enthält und die senkrecht zur Fahrzeugfahrrichtung
ist, ein Punkt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet,
die den Fahrzeugschwerpunkt enthält,
und ein Punkt bestimmt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet,
die den Hinterradmittelpunkt enthält. Durch jeweiliges Betrachten
dieser Punkte als vorderradseitigen, schwerpunktseitigen und hinterradseitigen
Wankmittelpunkt wird die Änderungstendenz
des Wankmittelpunktes untersucht.
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Wie aus 8 und 9 ersichtlich
kann das Wankverhalten wie folgt abgeschätzt werden. 8(A), (B) und (C) sind
Darstellungen von Schraubachsenflächen in einem Zustand bei einer
Lateralkraft von 0,5 G und in 9 ist
eine Tabelle zum Vorhersagen des Fahrzeugverhaltens unter Verwendung
von Schraubparametergradienten dargestellt.
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Wie aus (A) in 8 ersichtlich ist wandern in dem Fahrzeugmodell 1 (die
Vorderaufhängung
ist eine MacPherson-Federbeinaufhängung und
das Hinteraufhängungssystem
ist eine Doppelquerlenkeraufhängung)
der vorderradseitige Wankmittelpunkt während des Kurvenfahrens stark
nach innen in Richtung nach unten und der hinterradeseitige Wankmittepunkt
in Richtung nach außen.
In dem Fahrzeugmodell 3 wandern der hinterradseitige Wankmittelpunkt
während
des Kurvenfahrens jedoch nach innen in Richtung nach unten und der
vorderradseitige Wankmittelpunkt in Richtung nach außen. Das
heißt,
dass in den Fahrzeugmodellen 1 und 3 die Schraubachse
in entgegengesetzte Richtungen wandert.
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Eine Lateraländerung des Wankmittelspunkts
bezieht sich auf eine Vertikalverschiebung des Schwerpunktes. Demgemäß kann in
dem Modell 1, wie aus (A) in 8 ersichtlich,
abgeschätzt
werden, dass der vorderradeseitige Schwerpunkt sich absenkt (Bewegung
nach unten) und der hinterradeseitige Schwerpunkt sich anhebt (Bewegung
nach oben).
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Wie aus (B) und (C) in 8 ersichtlich kann abgeschätzt werden,
dass in dem Modell 2 der vorderradseitige und der hinterradseitige
Schwerpunkt sich absenken und dass in dem Model 3 der vorderradseitige Schwerpunkt
sich anhebt und der hinterradeseitige Schwerpunkt sich absenkt.
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Weil die Vertikalverschiebung des
vorderradseitigen und des hinterradseitigen Schwerpunkts sich auf eine
Neigung des Fahrzeugkörpers
bezieht, wird abgeschätzt,
dass das Modell 1 zur Vorderseite hin geneigt ist (Neigung
nach unten) und das Fahrzeugmodell 3 zum Heck hin geneigt
ist (Neigung nach oben).
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Die Gradienten der Schraubparameter,
die in 9 gezeigt sind,
werden als Kriterien der Wankbewegung des Fahrzeuges gesehen, zusammen
mit der Änderungstendenz
der Schraubparameter, die in den Schraubachsenflächen in 8 beschrieben sind.
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Die Gradienten von y, z und SNeigung haben die Einheit mm/G und die Gradienten
von uy und uZ haben die
Einheit 1/G. Gemäß Eingabebedingungen
kann der Nenner jedoch in Kraft (Kgf), Wankwinkel (Grad) und Zeit
(Sekunde), usw. umgeändert
werden.
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Konkret heißt das, dass der Gradient des
Schraubparameters y für
das Modell 1 -385, für
das Modell 2 215 und für
das Modell 3 53 ist.
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Der negative Wert des Gradienten
des Schraubparameters y zeigt an, dass der Schraubparameter y in
Richtung nach innen wandert, da die Lateralkraft auf das Fahrzeugmodell
wirkt, und der positive Wert des Gradienten des Schraubparameters
y zeigt an, dass der Schraubparameter y in Richtung nach außen wandert, da
die Lateralkraft auf das Fahrzeugmodell wirkt.
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Das heißt, der Schraubparameter y
des Modells 1 wandert während
des Kurvenfahrens in Richtung nach innen und der Schraubparameter
y des Modells 2 und 3 wandert während des
Kurvenfahrens in Richtung nach außen.
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Ferner kann bekannt sein, dass der
Gradient des Schraubparameters y des Modells 2 in etwa
viermal desjenigen des Modells 3 ist, so dass der Schraubparameter
y des Modells
2 weiter in Richtung nach außen wandert
als der des Modells 3.
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Der Gradient des Schraubparameters
z ist für
das Modell 1 -9,17, für
das Modell 2 2,25 und für
das Modell 3 -0,14. Der negative Wert des Gradienten des
Schraubparameters z zeigt an, dass der Schraubparameter z in Richtung
nach unten wandert und der positive Wert des Gradienten des Schraubparameters
z zeigt an, dass der Schraubparameter z in Richtung nach oben wandert.
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Deshalb wandert das Modell 2 in
Richtung nach oben und die Modelle 1 und 3 wandern
in Richtung nach unten. Es ist ebenfalls gezeigt, dass das Modell 1 weiter
in Richtung nach unten wandert als das Modell 3.
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Der Gradient des Schraubparameters
uy ist für
das Modell 1 -0,25, für
das Modell 2 0,028 und für das Modell 3 0,042.
Der negative Wert des Gradienten des Schraubparameters uy zeigt
an, dass uy in Richtung nach innen bezogen auf die Vertikalachse
des Fahrzeugs sich bewegt und, im Gegensatz dazu, der positive Wert
des Gradienten des Schraubparameters uy zeigt an, dass uy in Richtung
nach außen
sich bewegt. Deshalb bewegt sich das Modell 1 während des
Kurvenfahrens in Richtung nach innen und die Modelle 2 und 3 bewegen
sich während
des Kurvenfahrens in Richtung nach außen.
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Wenn man die Beträge der Gradienten verglicht,
ist der Betrag des Gradienten des Schraubparameters uy des Modells 1 viel
größer als
die der Modelle 2 und 3 und der des Modells 3 ist
etwa zweimal so groß wie
der des Modells 2.
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Der Gradient des Schraubparameters
uz ist für
das Modell 1 -0,0038, für
das Modell 2 0,0003 und für das Modell 3 0,00057.
Der negative Wert des Gradienten des Schraubparameters uz zeigt an, dass das Fahrzeugmodell in Vorwärtsrichtung
in Bezug auf die Lateralachse des Fahrzeugmodells sich dreht und
der positive Wert des Gradienten des Schraubparameters uz zeigt an, dass das Fahrzeugmodell in Rückwärtsrichtung
in Bezug auf die Lateralachse des Fahrzeugmodells sich dreht. Deshalb
hat das Modell 1 die Tendenz in Vorwärtsrichtung sich zu drehen
und die Modelle 2 und 3 haben die Tendenz in Rückwärtsrichtung
sich zu drehen.
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Der Betrag des Gradienten des Schraubparameters
uz des Modells 1 ist viel größer als
die der Modelle 2 und 3 und der Betrag des Gradienten
des Schraubparameters uz des Modells 3 ist
zwei- oder dreimal so groß wie
der des Modells 2. Deshalb wird abgeschätzt, dass das Modell 1 beim
Kurvenfahren die Tendenz hat sich in Vorwärtsrichtung zu neigen.
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Die Schraubachsenflächen können durch
andere Fahrzeugbetriebsparameter beeinflusst werden, so dass, wenn
notwendig, eine entgültige
Abschätzung
der Güte
unter Berücksichtung
von derartigen Fahrzeugbetriebsparametern gemacht werden kann.
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Die Fahrzeugbetriebsparameter können eine
Erhöhung
oder eine Absenkung der Fahrzeuglast, Lenkeinsatz, Nachgiebigkeitscharakteristiken,
Spurweitenänderung
während
einer Vertikalbewegung, und Wanksteifheit umfassen.
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Die Einflüsse der Fahrzeugbetriebsparameter
auf die Schraubachsenfläche
können
gemessen werden. Die Änderung
der Schraubachsenfläche
gemäß einer
Erhöhung
oder einer Absenkung der Fahrzeuglast hat eine konstante Tendenz,
so dass ein optimales Design der Wankgeometrie durch Realisieren
einer idealen Schraubachsenfläche
in einem normalen Betriebsbereich ermöglicht ist.
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Ferner kann es bekannt sein, dass
die Form der Schraubachsenfläche
trotz einer Änderung
der Nachgiebigkeitscharakteristiken gemäß Gummibuchsen, usw., einer Änderung
der Spurweitengeometrie und eines Lenkeinsatzes aufrecht erhalten
wird, und dies zeigt an, dass die Form der Schraubachsenfläche nicht
durch Faktoren zum Abstimmen des Designs beeinflusst wird.
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Wie vorhergehend gesagt wird gemäß der erfindungsgemäßen, bevorzugten
Ausführungsform
ein neuer Geometriedesignparameter (finiter Schraubachsenparameter)
entwickelt, der die Vorderradgeometrie und die Hinterradgeometrie
umfasst, und das Fahrverhalten und die Stabilität des Aufhängungssystems können unter
Verwendung von Charakteristiken und Gradienten der Parameter abgeschätzt werden,
die eher durch eine quasistatische Analyse ermittelt werden können als
mit einer dynamischen Analyse unter Verwendung eines komplizierten
Modells. Deshalb können
Kosten und Zeit bei der Auslegung des Aufhängungssystems für ein Fahrzeug
substantiell verringert werden.