DE10321212B4

DE10321212B4 - Verfahren zum Vorhersagen von dynamischen Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs unter Verwendung der Schraubentheorie

Info

Publication number: DE10321212B4
Application number: DE10321212A
Authority: DE
Inventors: Unkoo Hwaseong Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: KR20040005128A; JP3820464B2; KR100471240B1; CN1482013A; JP2004045379A; DE10321212A1; CN1313808C; US6766225B2; US20040006410A1

Abstract

Verfahren zum Vorhersagen von dynamischen Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs, aufweisend:
Bestimmen von Schraubparametern und Gradienten der Schraubparameter einer finiten Schraubachse (SA) durch eine quasistatische Analyse eines quasistatischen Fahrzeugmodells (100), und
Abschätzen des Wankverhaltens des Fahrzeugs basierend auf den bestimmten Schraubparametern und den Gradienten der Schraubparameter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen von dynamischen Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs unter Verwendung der Schraubentheorie.
Es ist ziemlich kompliziert, Bewegungscharakteristiken eines Fahrzeugs exakt vorherzusagen. Jedoch sind diese Charakteristiken sehr wichtige Faktoren, die sich auf den Grad der Fahrerermüdung, das Fahrverhalten und die Stabilität eines Fahrzeugs auswirken können.
Bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeugs ist deshalb ein Konstruktionsziel für derartige Fahrzeugbewegungscharakteristiken vorbestimmt, und das Gesamtdesign eines Fahrzeugs ist derart bestimmt, dass das vorbestimmte Ziel erreicht werden kann.
Wenn eine Fahrzeugentwicklung ohne einem Vorhersagen von Fahrzeugbewegungscharakteristiken ausgeführt wird, ist umfangreiches Ausprobieren notwendig, so dass sich die Entwicklungskosten beträchtlich erhöhen und sich die Möglichkeit des Scheiterns ebenfalls erhöht.
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 hergestellt, und die Güte des Aufhängungssystems wird nochmals durch einen realen Fahrzeugtest getestet.
Verschiedene Verfahren zum Abschätzen der Güte des Aufhängungssystems hat man sich ausgedacht, und derartige Verfahren sind zur Fahrzeugentwicklung weit verbreitet.
Die herkömmlichen Verfahren haben jedoch viele Nachteile, und viele Probleme sind bis jetzt nicht gelöst.
In den herkömmlichen Verfahren werden das Vorderaufhängungsdesign und das Hinteraufhängungsdesign unabhängig ausgelegt, und die Optimierung der Aufhängungsgüte wird durch Einstellen von Abstimmelementen des Vorderaufhängungssystems und des Hinteraufhängungssystems ausgeführt.
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.
Deshalb ist ein Verfahren zum Vorhersagen des Wankverhaltens eines Fahrzeugs durch gleichzeitiges Abschätzen der Änderung der Vorderradaufhängung und der Hinterradaufhängung erforderlich.

Die DE 199 04 216 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen und Erkennen der Kippgefahr eines Fahrzeuges mittels dynamischer Erkennung von Änderungen des Fahrzeugsschwerpunkts, wobei das Fahrzeug in einer Kurvenfahrt betrieben wird, und wobei ein dreidimensionales Fahrzeugmodell verwendet wird.

Aus der DE 42 01 146 A1 ist ein System für die Erfassung der dem Verhalten oder der Bewegung eines Kraftfahrzeugs zugeordneten physikalischen Größen bekannt, aufweisend Beschleunigungssensoren, einer Einheit für die Aufstellung von Transformationsgleichungen für die Bestimmung der Beschleunigungswerte, einer Einheit für die Berechnung der Lösung der Transformationsgleichungen, einer Einheit für die Aufstellung von Bewegungsgleichungen und einer Einheit zur Berechnung der Lösung der Bewegungsgleichungen.

Die US 5 203 346 A beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der kinematischen Bewegung der Halswirbelsäule eines Patienten, wobei Bewegungen des Kopfes des Patienten detektiert und aufgenommen werden, und wobei die Darstellung der Bewegungen mittels Schraubenachsenparametern erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem das Fahrsicherheitsvermögen eines Fahrzeugs vorhergesagt werden kann.

Erfindungsgemäß dient das Verfahren zum Bestimmen dynamischer Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs, wobei Parameter, die durch eine quasistatische Analyse ermittelt werden, und deren Änderungsraten verwendet werden, so dass das Fahrsicherheitsvermögen vorhergesagt werden kann.

Gemäß einer erfindungsgemäßen, bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs den Schritt des Bestimmens von Schraubparametern und Gradienten der Schraubparameter einer finiten Schraubachse durch eine quasistationäre Analyse eines quasistatischen Fahrzeugmodells und den Schritt des Abschätzens des Wankverhaltens des Fahrzeugs basierend auf den vorbestimmten Schraubparametern und den Gradienten der Schraubparameter auf.

Bevorzugt weist das Verfahren ferner den Schritt des Entwickelns des Fahrzeugmodells für die quasistatische Analyse auf, wobei das Ausführen der quasistatischen Analyse für das Fahrzeugmodell unter einer Kurvenfahrbedingung erfolgt, bei der eine bestimmte Lateralkraft wirkt, wobei die finite Schraubachse basierend auf einer Starrkörperverschiebung des Fahrzeugmodells bezüglich des Bodens durch die quasistatische Analyse bestimmt wird, wobei eine feste Schraubachsenfläche bestimmt wird, die durch die Wanderung der finiten Schraubachse gebildet wird, wobei die Gradienten der Schraubparameter bezüglich der Lateralkraft berechnet werden, wenn das Fahrzeugmodell sich in einem Anfangskurvenfahrzustand befindet, und wobei das Abschätzen des Wankverhaltens ferner basierend auf der festen Schraubachsenfläche erfolgt.

Es ist bevorzugt, dass der Körper des Fahrzeugmodells mit einem Kontaktstück mittels einer Feder derart gekoppelt 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, d.h. ohne dass angenommen wird, dass die Kontaktstücke in Lateralrichtung fixiert sind.

Diesbezüglich ist es bevorzugt, dass das Gleichgewicht der Lateralkräfte durch Aufbringen einer Lateralkraft im Schwerpunkt des Fahrzeugmodells, die mit einer vorbestimmten Rate erhöht wird, und durch Aufbringen von entsprechenden Lateralkräften an dem Kontaktstück simuliert bzw. berechnet wird.

Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeugmodell zum Vereinfachen der Bestimmung des Momentengleichgewichts gemäß dem Kräftegleichgewicht in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung strukturell festgehalten ist, d.h. als fixiert angenommen wird.

Es ist ebenfalls bevorzugt, dass ein Vorderrad als fixiert angenommen wird 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 das Design der Vorder- und Hinterräder hervorgerufene Vorwärts-/Rückwärtsbewegung des Kontaktstücks verursacht wird.

Diesbezüglich ist es bevorzugt, dass eine Vorwärts-/Rückwärtsverschiebung eines vorderen Kontaktstücks berechnet/simuliert wird, während das Fahrzeug in einem Zustand, in dem alle Befestigungen/Fixierungen in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung gelöst sind, gestoßen und rückgeprellt wird, und ein Wert, der durch eine Approximation einer Sinusfunktion erzielt wird, als ein Wert für die Verschiebung oder in einer Vorderrad-Verschiebungs-Festhalte-Bedingung verwendet wird.

Es ist bevorzugt, dass, wenn eine Vielzahl von Resultaten der quasistatischen Analyse für verschiedene Fahrzeugmodelle verglichen wird, in der quasistatischen Analyse der Wankmittelpunkt in einer Anfangsposition in jedem Modell als gleich gesetzt wird.

Es ist bevorzugt, dass bei dem Schritt zum Abschätzen des Wankverhaltens ein Punkt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet, die durch den Mittelpunkt eines Vorderrads verläuft und senkrecht zur Fahrzeugbahn ist, als vorderradseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, ein Punkt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet, die durch den Schwerpunkt verläuft und senkrecht zur Fahrzeugbahn ist, als schwerpunktseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, und ein Punkt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet, die durch den Mittelpunkt eines Hinterrads verläuft und senkrecht zur Fahrzeugbahn ist, als hinterradseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, und wobei an den drei Punkten die Änderungstendenz des Wankmittelpunkts abgeschätzt wird.

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 Schraubensteigungsparameter S_{Schraubensteigung} umfassen, der sich auf die Kurvenfahrgeschwindigkeit bezieht.

Es ist bevorzugt, dass das Bestimmen in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aufbringen einer Lateralkraft an dem Schwerpunkt des quasistatischen Fahrzeugmodells, die mit einer vorbestimmten Rate erhöht wird, und das gleichzeitige Aufbringen von entsprechenden Lateralkräften an jedem Kontaktstück des quasistatischen Fahrzeugmodells, so dass in Lateralrichtung ein Kräftegleichgewicht und ein Momentengleichgewicht existent sind, und das Bestimmen der Schraubparameter und der Gradienten der Schraubparameter der finiten Schraubachse basierend auf den Bewegungen des quasistatischen Fahrzeugmodells bezüglich des Bodens aufweist.

Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Schraubparameter einen Lateralpositionsparameter umfassen, der sich auf die Lateralposition der finiten 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.

Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter einen Vertikalpositionsparameter umfassen, der sich auf die Vertikalposition der finiten 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.

Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter eine Lateralrichtungskomponente bzw. einen Lateralrichtungsparameter 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.

Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter eine Vertikalrichtungskomponente bzw. einen Vertikalrichtungsparameter eines Einheitsrichtungsvektors der finiten Schraubachse umfassen, und das Gierverhalten basierend auf den Gradienten der Vertikalrichtungskomponente abgeschätzt wird.

Es ist bevorzugt, dass die Schraubparameter einen Schraubensteigungsparameter S_{Schraubensteigung} bezüglich einer Translationsbewegung eines Fahrzeugs umfassen, und abgeschätzt wird, dass sich das Fahrzeug in Richtung nach vorne entlang der finiten Schraubachse bewegt, falls der Wert des Gradienten des Schraubensteigungsparameters S_{Schraubensteigung} positiv ist, und sich das Fahrzeug in Richtung nach hinten entlang der Schraubachse bewegt, falls der Wert des Gradienten des Schraubensteigungsparameters S_{Schraubensteigung} negativ ist.

Es ist ferner bevorzugt, dass das quasistatische Fahrzeugmodell einen Körper und ein Kontaktstück aufweist, das mit dem Körper mittels einer Feder gekoppelt ist, und wobei das Kontaktstück in Lateralrichtung nicht strukturell festgehalten ist, d.h. als nicht fixiert angenommen wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Darstellung einer Starrkörperbewegung im dreidimensionalen Raum,
2 ein Diagramm, um Parameter einer Rotationsachse eines Fahrzeugs zu erklären,
3 eine Darstellung, um die Beziehung zwischen einer festen Schraubachsenfläche und einer sich bewegenden Schraubachsenfläche eines quasistatischen Fahrzeugmodells zu erklären,
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vorhersagen des Wankverhaltens eines Fahrzeugs gemäß einer erfindungsgemäßen, bevorzugten Ausführungsform,
5 eine Darstellung einer Lateralstruktur des quasistatischen Fahrzeugmodells,
6 eine Darstellung einer Longitudinalstruktur des quasistatischen Fahrzeugmodells,
7 eine Darstellung, die das Gierverhalten gemäß dem Vorderraddesign in dem quasistatischen Fahrzeugmodell zeigt,
8 feste Schraubachsenflächen in dem quasistatischen Fahrzeugmodell, und
9 eine Tabelle, die eine Zusammenfassung des Vorhersagens des Fahrzeugverhaltens unter Verwendung von Schraubparametergradienten zeigt.
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.
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.
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 sich aus drei Ortskomponenten eines Ortsvektors (x, y, z), drei Richtungskomponenten eines Einheitsrichtungsvektors (u_x, u_y, u_z) und einer Schraubensteigungskomponente S_{Schraubensteigung} bezüglich der Rotationsachse zusammensetzen.
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_{Schraubensteigung} dargestellt Werden.
Das Wankverhalten eines Fahrzeugkörpers wird durch Schraubachsenbewegungen bestimmt, die durch das Gesamtdesign mit Vorderaufhängungsdesign und Hinteraufhängungsdesign bestimmt werden, und dies umfasst das Konzept des kräftebasierenden Wankmittelpunkts sowie das Konzept des geometriebasierenden Wankmittelpunkts.
Eine Fläche, die durch eine Vielzahl 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 sich auf der festen Schraubachsenfläche 2 ohne Gleiten bewegt, wird als eine sich bewegende Schraubachsenfläche 4 definiert. In anderen Worten, die feste Schraubachsenfläche 2 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.
Deshalb können die Wankbewegungscharakteristiken eines Fahrzeugs einfach durch die Form der festen Schraubachsenfläche 4 vorhergesehen werden.
Unter Verwendung der vorhergehenden Charakteristiken wird das Verfahren zum Vorhersehen des Wankverhaltens eines Fahrzeugs gemäß der erfindungsgemäßen, bevorzugten Ausführungsform in 4 gezeigt.
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.
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.
Obwohl das Fahrzeugmodel gemäß dem auszulegenden Fahrzeug abgeändert werden kann, werden bei Schritt S100 drei exemplarische Typen von Aufhängungssystemen im folgenden erklärt.
Die Fahrzeugmodelle werden für die quasistatische Analyse angefertigt wie in 5 und 6 gezeigt.
Konkret heißt das, dass in dem quasistatischen Model 100 ein Gelenk 103 mit einem Kontaktstück 109 mittels einer Reifenfeder 107 gekoppelt 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 Fixierung in Lateralrichtung zwischen dem Kontaktstück 109 und dem Boden auftritt.
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 eine Momentengleichgewichtsgleichung bestimmt werden.
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.
Um eine Wankbewegung zu realisieren, die auftritt, wenn ein Fahrzeug eine Kurve fährt, wird, wie aus 5 und 6 ersichtlich, eine Lateralkraft F_YCG 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 sich eine Aufstandsflächenänderung, die von einem das Wankverhalten begleitenden Stoß oder Rückprall verursacht wird, in der Fahrzeugbewegung widerspiegeln, weil keine laterale Fixierung zwischen dem Kontaktstück und dem Boden existent ist.
Wenn Lateralkräfte, die auf ein linkes und ein rechtes Rad wirken, in gleicher Höhe über dem Boden aufgebracht werden, kann ein Momentengleichgewicht erreicht werden. Jedoch in dem quasistatischen Fahrzeugmodell, das ein ähnliches Aufhängungsdesign wie ein reales Fahrzeug hat, erfahren das linke und das rechte Rad eine Stoß- und Rückprallbewegung, so dass sich die Höhe des Punktes ändern kann, in dem die Lateralkraft wirkt. Dementsprechend kann ein Momentengleichgewicht nicht aufrechterhalten werden.
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, d.h. fixiert, weil ein zusätzliches Fixieren in Lateralrichtung unmöglich ist, in der die Kräftegleichgewichtsbedingung existent ist.
Eine Longitudinalbewegung des Kontaktstücks durch einen Stoß und einen Rückprall des Rads tritt bezüglich der Geometrie bzw. des Designs der Vorder- und Hinterräder 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 als fixiert angenommen und das Hinterrad kann eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung erfahren.
Falls das Vorderrad als fixiert angenommen wird, wie in 7 gezeigt, kann jedoch ein Gierverhalten verursacht durch das Vorderraddesign auftreten. Um das zu verhindern, ist es bevorzugt, dass ein relevanter Wert der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung als ein Wert für die Verschiebung oder in einer Einschränkungsbedingung verwendet wird.
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 Approximation einer Sinusfunktion der gemessenen Verschiebung erzielt wird, als ein Wert für die Verschiebung oder in einer Verschiebungsbeschränkungsbedingung des Vorderrads bei der Wankeigenschaftsanalyse verwendet.
Bei diesem Verfahren wird die Longitudinalrichtung des Vorderrads strukturell festgehalten, d.h. als fixiert angenommen, 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.
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 ADAMS[12] als Analyseprogramm verwendet wird. Die finite Schraubachse für das Wankverhalten des gesamten Fahrzeuges wird durch Berechnen von Positions- und Stellungsinformation erreicht, die von ADAMS[12] in einem Unterprogramm geliefert wird.
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 setzen, dass sie in jedem Modell gleich ist.
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 Fahrzeugfahrtrichtung, d.h. senkrecht zur Fahrbahn, ist, ein Punkt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet, die den Fahrzeugschwerpunkt enthält und die senkrecht zur Fahrbahn ist, und ein Punkt bestimmt, in dem die finite Schraubachse eine Fläche schneidet, die den Hinterradmittelpunkt enthält und die senkrecht zur Fahrbahn ist. Durch jeweiliges Betrachten dieser Punkte als vorderradseitigen, schwerpunktseitigen und hinterradseitigen Wankmittelpunkt wird die Änderungstendenz des Wankmittelpunktes untersucht.
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.
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 Wankmittelpunkt 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.
Eine Lateraländerung des Wankmittelpunkts bezieht sich auf eine Vertikalverschiebung des Schwerpunktes. Demgemäß kann in dem Modell 1, wie aus (A) in 8 ersichtlich, abgeschätzt werden, dass sich der vorderradeseitige Schwerpunkt absenkt (Bewegung nach unten) und sich der hinterradseitige Schwerpunkt anhebt (Bewegung nach oben).
Wie aus (B) und (C) in 8 ersichtlich kann abgeschätzt werden, dass sich in dem Modell 2 der vorderradseitige und der hinterradseitige Schwerpunkt absenken und dass sich in dem Model 3 der vorderradseitige Schwerpunkt anhebt und sich der hinterradeseitige Schwerpunkt absenkt.
Weil sich die Vertikalverschiebung des vorderradseitigen und des hinterradseitigen Schwerpunkts 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).
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.
Die Gradienten von y, z Und S_{Schraubensteigung} haben die Einheit mm/G und die Gradienten von u_y und u_z haben die Einheit 1/G. Gemäß Eingabebedingungen kann der Nenner jedoch in Kraft (Kgf), Wankwinkel (Grad) und Zeit (Sekunde), usw. umgeändert werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Gradient des Schraubparameters u_y 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 u_y zeigt an, dass sich u_y bezogen auf die Vertikalachse des Fahrzeugs in Richtung nach innen bewegt und, im Gegensatz dazu zeigt der positive Wert des Gradienten des Schraubparameters u_y an, dass sich u_y in Richtung nach außen 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.
Wenn man die Beträge der Gradienten vergleicht, ist der Betrag des Gradienten des Schraubparameters u_y 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.
Der Gradient des Schraubparameters u_z 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 u_z zeigt an, dass sich das Fahrzeugmodell in Vorwärtsrichtung in Bezug auf die Lateralachse des Fahrzeugmodells dreht und der positive Wert des Gradienten des Schraubparameters u_z zeigt an, dass sich das Fahrzeugmodell in Rückwärtsrichtung in Bezug auf die Lateralachse des Fahrzeugmodells dreht. Deshalb hat das Modell 1 die Tendenz, sich in Vorwärtsrichtung zu drehen und die Modelle 2 und 3 haben die Tendenz, sich in Rückwärtsrichtung zu drehen.
Der Betrag des Gradienten des Schraubparameters u_z des Modells 1 ist viel größer als die der Modelle 2 und 3, und der Betrag des Gradienten des Schraubparameters u_z 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.
Die Schraubachsenflächen können durch andere Fahrzeugbetriebsparameter beeinflusst werden, so dass, wenn notwendig, eine endgültige Abschätzung der Güte unter Berücksichtung von derartigen Fahrzeugbetriebsparametern gemacht werden kann.
Die Fahrzeugbetriebsparameter können eine Erhöhung oder eine Absenkung der Fahrzeuglast, Lenkeinsatz, Nachgiebigkeitscharakteristiken, Spurweitenänderung während einer Vertikalbewegung, und Wanksteifheit umfassen.
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 möglich ist.
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.
Wie vorhergehend gesagt, wird gemäß der erfindungsgemäßen, bevorzugten Ausführungsform ein neuer Geometriedesignparameter (finiter Schraubachsenparameter) entwickelt, der das Vorderraddesign und das Hinterraddesign 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.

Claims

Verfahren zum Vorhersagen von dynamischen Verhaltenscharakteristiken eines Fahrzeugs, aufweisend: Bestimmen von Schraubparametern und Gradienten der Schraubparameter einer finiten Schraubachse (SA) durch eine quasistatische Analyse eines quasistatischen Fahrzeugmodells (100), und Abschätzen des Wankverhaltens des Fahrzeugs basierend auf den bestimmten Schraubparametern und den Gradienten der Schraubparameter.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: Entwickeln des Fahrzeugmodells (100) für die quasistatische Analyse, wobei das Ausführen der quasistatischen Analyse für das Fahrzeugmodell (100) unter einer Kurvenfahrbedingung erfolgt, bei der eine bestimmte Lateralkraft wirkt, wobei die finite Schraubachse (SA) basierend auf einer Starrkörperverschiebung des Fahrzeugmodells (100) bezüglich des Bodens durch die quasistatische Analyse bestimmt wird, wobei eine feste Schraubachsenfläche (2) bestimmt wird, die durch die Wanderung der finiten Schraubachse (SA) gebildet wird, wobei die Gradienten der Schraubparameter bezüglich der Lateralkraft berechnet werden, wenn das Fahrzeugmodell sich in einem Anfangskurvenfahrzustand befindet, und wobei das Abschätzen des Wankverhaltens ferner basierend auf der festen Schraubachsenfläche (2) erfolgt.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Körper des Fahrzeugmodells (100) mit einem Kontaktstück (109) mittels einer Feder (107) derart gekoppelt ist, dass eine durch eine Vertikallast verursachte Reifenverschiebung ausgedrückt werden kann, wobei das Kontaktstück (109) derart konfiguriert ist, dass es vertikal unbeweglich ist, und wobei ein Gleichgewicht von auf das Fahrzeugmodell (100) wirkenden Lateralkräften existent ist, ohne dass angenommen wird, dass die Kontaktstücke (109) in Lateralrichtung fixiert sind.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 3, wobei das Gleichgewicht der Lateralkräfte durch Aufbringen einer Lateralkraft (L_YCG) im Schwerpunkt des Fahrzeugmodells (100), die mit einer vorbestimmten Rate erhöht wird, und durch Aufbringen von entsprechenden Lateralkräften (L_YFL) an dem Kontaktstück (109) simuliert wird.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei angenommen wird, dass das Fahrzeugmodell (100) zum Vereinfachen der Bestimmung des Momentengleichgewichts gemäß dem Kräftegleichgewicht in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung fixiert ist.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 3, wobei ein Vorderrad als fixiert angenommen wird 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 das Design der Vorder- und Hinterräder hervorgerufene Vorwärts-/Rückwärtsbewegung des Kontaktstücks (109) verursacht wird.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 6, wobei eine Vorwärts-/Rückwärtsverschiebung eines vorderen Kontaktstücks (109) berechnet wird, während das Fahrzeug in einem Zustand, in dem alle Fixierungen in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung gelöst sind, gestoßen und rückgeprellt wird, und ein Wert, der durch eine Approximation einer Sinusfunktion erzielt wird, als ein Wert für die Verschiebung oder in einer Vorderrad-Verschiebungs-Festhalte-Bedingung verwendet wird.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Vielzahl von Resultaten der quasistatischen Analyse für verschiedene Fahrzeugmodelle (100) verglichen wird, in der quasistatischen Analyse der Wankmittelpunkt in einer Anfangsposition in jedem Modell als gleich gesetzt wird.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem Schritt zum Abschätzen des Wankverhaltens ein Punkt, in dem die finite Schraubachse (SA) eine Fläche schneidet, die durch den Mittelpunkt eines Vorderrads verläuft und senkrecht zur Fahrzeugfahrbahn ist, als vorderradseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, ein Punkt, in dem die finite Schraubachse (SA) eine Fläche schneidet, die durch den Schwerpunkt verläuft und senkrecht zur Fahrzeugfahrbahn ist, als schwerpunktseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, und ein Punkt, in dem die finite Schraubachse (SA) eine Fläche schneidet, die durch den Mittelpunkt eines Hinterrads verläuft und senkrecht zur Fahrzeugfahrbahn ist, als hinterradseitiger Wankmittelpunkt betrachtet wird, und wobei an den drei Punkten die Änderungstendenz des Wankmittelpunkts abgeschätzt wird.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schraubparameter einen ersten Positionsparameter, der sich auf die Vertikalwanderung des Schwerpunkts des Fahrzeugmodells (100) bezieht, einen zweiten Positionsparameter, der sich auf die Lateralwanderung des Schwerpunkts des Modells (100) bezieht, einen ersten Richtungsparameter, der sich auf die Neigungsbewegung des Fahrzeugmodells (100) bezieht, einen zweiten Richtungsparameter, der sich auf die Gierbewegung des Fahrzeugmodells (100) bezieht, und einen Schraubensteigungsparameter (S_{Schraubensteigung}) umfassen, der sich auf die Kurvenfahrgeschwindigkeit bezieht.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei das Bestimmen aufweist: Aufbringen einer Lateralkraft (F_YCG) an dem Schwerpunkt des quasistatischen Fahrzeugmodells (100), die mit einer vorbestimmten Rate erhöht wird, und gleichzeitiges Aufbringen von entsprechenden Lateralkräften (F_YFL) an jedem Kontaktstück (109) des quasistatischen Fahrzeugmodells (100), so dass in Lateralrichtung ein Kräftegleichgewicht und ein Momentengleichgewicht existent sind, und Bestimmen der Schraubparameter und der Gradienten der Schraubparameter der finiten Schraubachse (SA) basierend auf den Bewegungen des quasistatischen Fahrzeugmodells (100) bezüglich des Bodens.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei die Schraubparameter einen Lateralpositionsparameter umfassen, der sich auf die Lateralposition der finiten Schraubachse (SA) bezieht, und wobei bei dem Schritt des Abschätzens des Wankverhaltens 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.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei die Schraubparameter einen Vertikalpositionsparameter umfassen, der sich auf die Vertikalposition der finiten Schraubachse (SA) bezieht, und wobei bei dem Schritt des Abschätzens des Wankverhaltens abgeschätzt wird, dass die Lateralwanderung des Schwerpunkts des Fahrzeugs abnimmt und der Wankwinkel abnimmt, falls der Wert des Gradienten des Vertikalpositionsparameters negativ ist.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei die Schraubparameter einen Lateralrichtungsparameter eines Einheitsrichtungsvektors der finiten Schraubachse (SA) umfassen, und wobei bei dem Schritt des Abschätzens des Wankverhaltens abgeschätzt wird, dass ein Fahrzeugkörper sich in Richtung nach vorne neigt, falls der Wert des Gradienten des Lateralrichtungsparameters negativ ist, und der Fahrzeugkörper sich in Richtung nach hinten neigt, falls der Wert des Gradienten des Lateralrichtungsparameters positiv ist.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei die Schraubparameter einen Vertikalrichtungsparameter eines Einheitsrichtungsvektors der finiten Schraubachse (SA) umfassen, und wobei bei dem Schritt des Abschätzens des Wankverhaltens das Gierverhalten basierend auf dem Gradienten des Vertikalrichtungsparameters abgeschätzt wird.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei die Schraubparameter einen Schraubensteigungsparameter (S_{Schraubensteigung}) bezüglich einer Translationsbewegung eines Fahrzeugs umfassen, und wobei bei dem Schritt des Abschätzens des Wankverhaltens abgeschätzt wird, dass sich das Fahrzeug in Richtung nach vorne entlang der finiten Schraubachse (SA) bewegt, falls der Wert des Gradienten des Schraubensteigungsparameter (S_{Schraubensteigung}) positiv ist, und sich das Fahrzeug in Richtung nach hinten entlang der finiten Schraubachse (SA) bewegt, falls der Wert des Gradienten des Schraubensteigungsparameter (S_{Schraubensteigung}) negativ ist.
Verfahren zum Vorhersagen dynamischer Verhaltenscharakteristiken gemäß Anspruch 1, wobei das quasistatische Fahrzeugmodell (100) einen Körper und ein Kontaktstück (109) aufweist, das mit dem Körper mittels einer Feder (107) gekoppelt ist, und wobei das Kontaktstück (109) in Lateralrichtung als nicht fixiert angenommen ist.