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Die sechzehntelstarre Achse

Michael Harder — Wed, 28 Jul 2010 13:26:47 +0000

Mein jüngster Beitrag hat im Blog eine interessante Fachdiskussion ausgelöst. Auf die beiden Kernfragen will ich gerne hier und im nächsten Beitrag etwas ausführlicher eingehen:

Wie „starr“ sind Verbundlenker- und Mehrlenkerachsen?

Bei einer Verbundlenkerachse (mit oder ohne Wattgestänge) „korrespondieren“ die Längslenker der rechten und linken Fahrzeugseite durch ein Torsionsprofil miteinander. Per Verdrehsteifigkeit dieses Profils lässt sich das Überneigungs- und das Steuerverhalten des Fahrzeugs regulieren. Das gilt genauso für die Stabilisatoren bei Mehrlenkerachsen. Merke: Für gleiche Fahrdynamik-Ergebnisse muss der Stabi im Mehrlenker-Auto die gleiche Rollrate generieren wie das Querprofil eines Fahrzeugs mit Verbundlenkerachse. Das bedeutet auch, dass die wechselseitige Beeinflussung der Räder bei asymmetrischem Einfedern, dem so genannten Kopierverhalten, identisch ist. Demnach ist die Verbundlenker-Konstruktion nicht „starrer“ als das Mehrlenker-Pendant.

Tauchen wir noch tiefer in die Fahrwerkslehre ein, so kommen wir zu den theoretischen Unterschieden der beiden Systeme in puncto Sturzkompensation. Wie aus dem Diagramm (Folie 11) hervorgeht, hat unsere Verbundlenkerachse ca. 50 % Kompensation, das heißt: bei 1° Aufbauneigung verliert die Verbundlenkerachse 0,5° Sturz. Herkömmliche Vierlenkerachsen haben etwa 25 % Kompensation, verlieren also 0,75° Sturz bei 1° Überneigung (zum Vergleich: Starrachsen haben 100 % Kompensation). Derselbe Effekt müsste eigentlich auch bei asymmetrischem Einfedern eintreten. Dann hätte also das einfedernde Rad bei der Verbundlenkerachse in derselben Situation etwas mehr negativen Sturz als bei der Vierlenkerachse, was zu etwas mehr “bump steer” (= Einfederungs-Radeigenlenkung) führen würde. Im praktischen Fahrbetrieb allerdings sind Unterschiede nicht feststellbar. Das liegt daran, dass auch Mehrlenkerachsen bump steer erzeugen und zwar durch die im Vergleich deutlich größere Spurweitenänderung.

Fazit: Unsere Verbundlenkerachse mit Wattgestänge hat positive „Starrachs-Gene“, ohne Zweifel. Manche Kollegen stufen sie gerne scherzhaft als “einsechzehntelstarr” ein. Wir konnten im direkten Vergleich mit Mehrlenker-Konstruktionen weder virtuell noch auf dem Prüfstand noch auf der Straße einen herkunftsbedingten Nachteil ausmachen.

Respekt, Herr Kollege

Michael Harder — Tue, 06 Jul 2010 16:15:01 +0000

Einige Blog-Nutzer wundern sich, dass und wie wir Ingenieure mit unseren Wettbewerber-Kollegen umgehen. Nun, es macht durchaus Sinn und ist deshalb in der Branche auch Usus, sich für Abstimmungs- und Vergleichsfahrten, wie sie Markus Hofmann schildert, mit Referenzfahrzeugen auszuhelfen. Wenn wir die immer alle mieten oder gar kaufen müssten…

Diese bei aller Konkurrenz von gegenseitigem Vertrauen und Respekt geprägten Kontakte pflegen wir auf verschiedenen Ebenen. Beispiel Fachtagungen: Kürzlich versammelte das 1. Internationale Münchner Fahrwerk-Symposium das Chassis-Know-how von Automobilherstellern, Zulieferern und Entwicklungsdienstleistern. Dazu kamen Vertreter von Hochschulen, Forschungsinstituten, Behörden und Verbänden. Hier informierten und diskutierten die Spezialisten verschiedener Disziplinen darüber, wie es in ihren Bereichen aussieht und wohin die Reise künftig geht. Natürlich kann ich dabei nicht jedem alles erzählen. Trotzdem taucht man tief genug in gewisse Themen ein, um selbst dazuzulernen.

Ich hatte schon den Eindruck, dass wir dem Publikum in München, unseren Kollegen aus aller Herren Unternehmen, ein paar interessante Einblicke und Erkenntnisse vermitteln konnten. Wir, das sind Sven Ohligschläger aus meinem Team, der Leiter Chassis Vorausentwicklung und Regelsysteme Dr. Veit Held als Moderator und meine Wenigkeit. Unser halbstündiges Referat behandelte „Die Hinterachse des neuen Opel Astra – Von der Konzeptauswahl bis zum Serieneinsatz“.

Ich will bloß hoffen, dass der Report für Hans Demant nicht komplett kalter Kaffee war. Unser Ex-Chef hier im ITEZ, jetzt GM-Vizepräsident für weltweite Produktrechte, hielt tags zuvor selbst einen so genannten Keynote-Vortrag beim Symposium: „Herausforderungen an die Fahrwerkabstimmung im Zeitalter globaler Lösungsansätze“. Sehr interessant, Herr Kollege.

Simulant vs. PPV – Teil 2: Popometer intakt

Michael Harder — Wed, 02 Jun 2010 13:59:01 +0000

Hier der versprochene Zusatzbericht über unsere jüngste Session auf dem Idiada-Testgelände.

Also: Bevor wir die mit dem Sports Tourer-Simulanten herausgefahrenen Ergebnisse mit unseren PPV bestätigen konnten, sind wir einer folgenreichen Verwechslung aufgesessen.

Und das kam so: Erste Amtshandlung in Katalonien waren subjektive Vergleichsfahrten zwischen den aufgelasteten Fünftürern und den Sports Tourer-Pendants. Prompt schlug das Popometer Alarm – der Simulant und der PPV mit der (vermeintlich) gleichen Fahrwerksauslegung fühlten sich alles andere als identisch an. Fehlersuche hieß also die Devise. Dabei drehten wir jedes Teil zweimal um. Schließlich war der Übeltäter identifiziert: Falscher Vorderachsstabi.

Hintergrund: Beim Astra kommen aus Gewichtsgründen rohrartige hohle Stabilisatoren zum Einsatz. Bei diesem Stabityp hängt die Rollfederrate vom Außen- und vom (nicht sichtbaren) Innendurchmesser ab. Für die Astra Kombi-Version hatte sich als Ideallösung ein um 40 Nm/° steiferer Stabilisator als bei der Limousine herauskristallisiert. Während der Simulant korrekt konfiguriert war, hatte der Sports Tourer-PPV die optisch zum Verwechseln ähnliche Fünftürer-Version mit fast identischem Außendurchmesser und etwas geringerer Wandstärke intus.

Obwohl uns diese Episode einen ganzen Tag gekostet und viel Frust beschert hat, zogen wir ein positives Fazit: 3 Prozent Rollfederraten-Differenz vorn zuverlässig aufgespürt – Popometer völlig intakt.

Nachdem der Fehler behoben war, fuhren Simulant und ST-PPV nicht nur subjektiv wie eineiige Zwillinge. Auch die nachfolgenden Messungen bestätigten das. Auf dieser Basis konnten wir uns dann relativ entspannt um die Feinabstimmung der Dämpfer für den Sports Tourer kümmern. Das geht wirklich nur mit dem Original.

99-Prozent-Fahrt: Aha-Serpentinen

Markus Hofmann — Thu, 27 May 2010 14:24:20 +0000

Vor wenigen Tagen rückten wir unter dem Kommando von Fahrtleiter Dieter Schindel, wie immer im Zafira unterwegs, zur 99-Prozent-Tour mit dem Astra Sports Tourer aus. Bei diesem vorletzten Engineering-Check nahmen die Kollegen aus verschiedenen Disziplinen, darunter auch mein Blogger-Kollege Bernd Winter, den Vorserien-Kombi kritisch unter die Lupe. Neben dem „allgemeinen Fahrzeugeindruck“ standen die Kofferraumnutzbarkeit, der Antrieb, Akustik und Fahrkomfort sowie die Chassisabstimmung zur Bewertung an.

Uns standen der Sports Tourer 1.4 und der 1.6 Turbo zur Verfügung. Als Referenzmodelle hatten wir einen Astra H Caravan 1.4 TWINPORT, den Ford Focus Turnier 1.6, Skoda Octavia Combi 1.8 TSI und einen VW Golf Variant 2.0 TDI dabei.

Dieter Schindel ließ sich in puncto Streckenwahl mal wieder nicht lumpen: Autobahnanteile, Ortsdurchfahrten und verschlängelte Landstraßen – von allem etwas und alles vom Feinsten, eingebettet in die schöne pfälzische und rheinhessische Landschaft.

In den Kurven, besser gesagt: Serpentinen, hatte ich diesmal mein Aha-Erlebnis. Dazu muss ich vorausschicken: Als Performance-Mann bin ich ein exzellenter Geradeausfahrer , querdynamische Höchstleistungen überlasse ich lieber Michael Harder & Co.

Nun, auf den vielen Windungen von der Autobahn runter nach Bacharach wollte ich im Caravan den Faden zum vor mir wedelnden ST 1.6 Turbo nicht abreißen lassen. Es kam, wie es kommen musste: In einer Ecke war ich viel zu schnell – Untersteuern. Dann hab ich das gemacht, was wohl jeder in der Situation automatisch macht: Fuß vom Gas und auf die Bremse. Ganz brav drehte der gute Caravan mit dem Heck ein und war wieder auf Linie. Ein bisschen Gummi und ein paar Nerven blieben auf der Strecke – alles halb so schlimm. Das meinte nachher auch ein Kollege: Ich sei ja wohl noch nicht mal im ESP-Regelbereich gewesen.

Von dem Sports Tourer war nach der Aktion übrigens weit und breit nichts mehr zu sehen. Der fuhr in aller Ruhe zwei Kehren vor mir seinen Stiefel runter. Da merkt man halt schon, dass der neue Astra eine Generation weiter ist. Glückwunsch an das Chassis-Team!

Simulant vs. PPV – Teil 1: Volltreffer

Michael Harder — Thu, 20 May 2010 11:37:11 +0000

Wie doch die Zeit vergeht… Waren wir kürzlich noch auf Simulanten angewiesen, so sind jetzt bereits die Original-Ergebnisse im Kasten – herausgefahren auf dem spanischen Prüffeld Idiada mit seriennahen Sports Tourer-Prototypen.

Mir war angesichts der Treffsicherheit der So-tun-als-ob-Methode schon fast unheimlich zumute: Die Sports Tourer-PPV verhielten sich auf dem Testgelände in der Nähe von Barcelona tatsächlich exakt so wie erwartet, oder besser: erhofft. Alles auf Grundlage der Berechnungen und Versuche, die wir hier mit dem zum Kombi mutierten, aufgelasteten Fünftürer unternommen haben.

Zeitversetzt machten unsere Kollegen, die für die ESP-Abstimmung zuständig sind, dieselbe Erfahrung in Schweden. Auch dort fielen die Ergebnisse des Simulanten und des Originals im Rahmen der Messtoleranzen identisch aus.

Allerdings ging in Katalonien zunächst nicht alles so reibungslos über die Bühne. Das lag aber weder an der Methode noch an dem für spanische Verhältnisse recht kühlen Frühlingswetter. Bericht folgt…

So tun als ob

Michael Harder — Fri, 29 Jan 2010 12:28:38 +0000

Was tun Chassis-Ingenieure, die das Fahrwerk für ein Auto entwickeln und abstimmen sollen, das es noch gar nicht gibt? Sie tun so als ob. Genau das haben wir gemacht, indem wir einen Fünftürer so konfigurierten, dass er der Kombi-Variante, die zu diesem Zeitpunkt noch lange nicht als Prototyp verfügbar war, möglichst genau entspricht.

Aus fahrdynamischer Sicht unterscheiden sich Limousine und Kombi vor allem in puncto Achslastverteilung, Schwerpunkthöhe und Trägheitsmomente. Da alle drei Einflussgrößen voneinander abhängen, war die Aufgabe nicht so ganz ohne.

Geholfen hat uns das Excel-Makro unserer Computer-Simulationsexperten, mit dem wir die Zusatz-Massen des Kombi – rund 40 Kilo – und deren exakte Position im Fahrzeug iterativ berechnen konnten. Wie das dann „in echt“ aussieht, zeigen die Fotos unseres „Kombi-Fünftürers“. Übrigens ein Erlkönig mit perfekter Tarnung – dem sieht auf der Straße niemand an, dass er was Besonderes ist.

Den Insignia-Check bestand die So-tun-als-ob-Methode mit Bravour: Eine gemäß Simulationstool-Angaben beaufschlagte Insignia-Limousine generierte genau die gleichen Messwerte und subjektiven Beurteilungen wie der identisch motorisierte und ausgestattete Insignia Sports Tourer.

Wir haben unsere Hausaufgaben gemacht und Fahrwerk-Abstimmungen gefunden, die zu den Astra Kombiheck-Varianten passen. So dürfte es demnächst, wenn wir mit den ersten richtigen Prototypen auf dem spanischen IDIADA-Testgelände unterwegs sind, keine Überraschungen mehr geben. Ich bin schon sehr gespannt!

Alles im Gri(p)ff

Michael Harder — Thu, 09 Jul 2009 17:07:51 +0000

Sicher und dynamisch soll er sich fahren, unser Astra – egal in welcher Version. Die Leser hier im Blog und auch Kollegen stellen immer wieder die Frage, wie wir Chassis-Entwickler mit den verschiedenen Lasten und Gewichtsverteilungen umgehen. Tatsächlich geht die Schere angesichts des breiten Spektrums an Ausstattungs- und Motorvarianten weit auf. Das gilt besonders bei Volumenmodellen.

Nun, fahrdynamisch gilt folgender Zusammenhang: Ausgehend von einem Basisfahrzeug mit Basisgewicht nimmt mit der Masse und dem Vorderachslastanteil die Untersteuerneigung zu (Untersteuern ist, wenn man den Baum zuerst sieht – Übersteuern ist, wenn man den Baum zuerst hört).

Diesem physikalischen Effekt haben wir Folgendes entgegenzusetzen:

Reifenprogramme – Eines für die kleinen Benziner und den 1.3 CDTI (205/60-16, 215/50-17, 225/45-18) sowie eines für den 1.6 Turbo und alle weiteren Diesel (215/60-16, 225/50-17, 235/45-18). Reifen mit einer höheren Tragfähigkeit (Load Index) weisen bei gleichem Querschnittsverhältnis in der Regel eine höhere Schräglaufsteifigkeit auf. Das bringt ein Plus an Grip.
Luftdruck – In gewissem Rahmen verbessern höhere Werte die Schräglaufsteifigkeit der Reifen zusätzlich.
Federraten – Wir verwenden sieben Vorder- und drei Hinterfeder-Typen in verschiedenen Kombinationen.
Rollratenverteilung – Durch die Fliehkräfte bei Kurvenfahrt will sich der Aufbau nach außen neigen. Dem wirken Federraten und Stabilisatoren an Vorder- und Hinterachse entgegen. Die Feder- und Stabilisatorenraten addieren sich zur Gesamtrollrate an Vorder- und Hinterachse. Das Lenkverhalten des Wagens wird unter anderem vom Rollraten-Verhältnis Front zu Heck bestimmt: Hoher Rollratenanteil vorne bedeutet mehr Untersteuerneigung, hoher Rollratenanteil hinten verringert die Untersteuerneigung. Dieser Erkenntnis folgend erhöhen wir bei Modellvarianten mit höherer Vorderachslast die Heck-Rollrate, indem wir Hinterachs-Torsionsprofile mit dickeren Blechstärken verwenden.

Über Aufbau und Funktionsweise der Hinterachse berichte ich zu gegebener Zeit noch im Detail.