Aktive Lagerung im Fahrwerksbereich

Die Innenraumakustik in einem Fahrzeug wird unter anderem durch die Fahrbahnanregung beeinflusst. Das Rollgeräusch wird dabei über die Reifen und Fahrwerkskomponenten in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet. Werden Fahrwerkskomponenten mittels aktiver Lager von der Karosserie entkoppelt, ist eine Reduktion des Schalldruckes im Innenraum zu erwarten.

Aktive Lager für den Einsatz im Fahrzeug

Aktives Lager

Die Fahrwerkaufhängung im Versuchsfahrzeug mit den roten aktiven Lagern.

Testfahrt auf Versuchsgelände

Im Rahmen des BMBF Projektes FIEELAS wurden am Fraunhofer LBF aktive Lager zur Entkopplung von Fahrwerkskomponenten von der Karosserie aufgebaut. Mit den aktiven Lagern sollen die übertragenen dynamischen Kräfte reduziert und somit das Schwingungsverhalten und die Innenraumakustik des Fahrzeuges verbessert werden. Zu Beginn des Projektes wurden in ausführlichen Versuchen das Schwingungsverhalten und die Innenraumakustik untersucht. Die Messdaten wurden für den Aufbau eines numerischen Modells genutzt. Mit diesem Modell konnten anschließend verschiedene Konzepte überprüft, die Designparameter für das aktive Lager ermittelt, die Regelung erprobt und die mögliche Performance abgeschätzt werden. Damit konnte ein konstruktiver Entwurf aufgebaut und umgesetzt werden. In den aktiven Lagern werden 2x3 piezokeramische Aktoren eingesetzt, die in 2 Ebenen kaskadiert angeordnet sind. Das Lager ist auf 90 μm Hub und 4.2 KN Blockierkraft ausgelegt.

In umfangreichen Laboruntersuchungen wurden die statischen und dynamischen Eigenschaften der Lager ermittelt und auf ihre Eignung im Fahrzeug überprüft. Nachdem alle Anforderungen an die aktiven Lager erfüllt waren, konnte der Einbau von vier aktiven Lagern in ein Versuchsfahrzeug erfolgen. Die im Fraunhofer LBF entwickelten Verstärker sind im Vergleich zu Laborgeräten sehr klein, leicht, kostengünstig und bieten dennoch eine ausreichend große Leistung. Der modulare Aufbau in Verbindung mit einem flexiblen Leiterplattendesign

bietet vielfältige Anpassungsmöglichkeiten und Optionen als auch vereinfachte Reproduzierbarkeit durch den Wegfall der Freiverdrahtung. Die Hilfsspannungen können direkt vom Kfz-Bordnetz gewonnen und der Verstärker durch sein Flanschgehäuse einfach montiert werden. Neben den Verstärkern wurden auch die Signalverarbeitung

und die Regelung für den Einsatz im Fahrzeug vorbereitet und an das Bordnetz angeschlossen. Bei Versuchen am Prüfstand wurden die Regelparameter und die Sensorposition unter reproduzierbaren Bedingungen optimiert. Somit konnte die Anzahl der notwendigen Versuchsfahrten reduziert werden.

Im realen Fahrbetrieb wurde das Versuchsfahrzeug mit den aktiven Lagern auf einem Testgelände ausführlich erprobt. Dabei wurden unterschiedliche Fahrmanöver (z. B. Ausrollen von 80 auf 20 km/h, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, Kurvenfahrt, Bremsen, Schotterpiste) durchgeführt und die Belastbarkeit der Lager geprüft. Bei diesen Tests konnte die Performance der aktiven Lager ermittelt und die Wirksamkeit erfolgreich nachgewiesen werden.