Auslegung des Fahrwerkes

Auslegung des Fahrwerkes
•
Vortragender: Günther Dullinger
– Dullinger Fahrwerkstechnik
• Schwerpunkte:
– Stoßdämpferreparatur
– Setupänderungen
– Betreuung bei Test- und Renneninsätzen
• Partner:
–
–
–
–
Sachs Race Engineering
KW Competition
Koni Motorsport
Reiger Racing
• Tätigkeitsbereiche der Firma Dullinger
Fahrwerkstechnik:
•
•
•
•
•
WTCC – Engstler, Münnich,..
GT, Langstrecke – Münnich, Fach,…
Rallye – ÖM, Historische EM,..
Procar, Porsche Cup, Mini Challenge, AvD,...
Berg-, und Rundstreckenrennen in Ö und D
• Inhalt des Vortrages:
• Auslegung von Fahrwerkskomponenten für
individuelle Rennfahrzeuge
• Einstellmöglichkeiten von Rennsportstoßdämpfern
im Semiprofessionellen Bereich
• Hintergrund
• Fahrwerke sind falsch ausgelegt
• Fahrwerke sind zu lang oder zu kurz
• Ein und Ausfederwege passen nicht
• Federn und Dämpfer sind zu hart oder zu weich
• Gründe für falsche Auslegung:
• Ein Standard Fahrwerk wurde bestellt
• Das Fahrzeug hat sich grundlegend geändert
• Der Einsatzzweck hat sich geändert
• Lösungsansätze:
• Erfassen der Anforderung, bzw. Vermessen des
Fahrzeuges zur Fahrwerksauslegung
• Anpassen des Bestehenden
Fahrwerkes an die benötigt Anforderung
• Individuelle Neuauslegung und
Erneuerung des Fahrwerkes
• Worauf muß man bei der Neuauslegung
eines Fahrwerkes achten?
• Die Dämpferlängen und Wege
• Die Federraten und Dämpfkräfte
• Die Bauliche Unterbringung – Package
• Anpassung der Achskinematik
• Längen und Wege
Wie viel Federweg braucht mein Fahrzeug?
•
Rallyefahrzeuge –so viel wie Baulich möglich–250mm
•
Tourenwagen Rundstrecke und Bergrennen – 100-150 mm
•
Sportwagen und Formelwagen – 70-80 mm
• Wie muß sich der Federweg in Ein und Ausfederweg
aufteilen?
• Vorderachse: ca. 60% Einfederweg, 40% Ausfederweg
• Hinterachse: ca. 40% Einfederweg, 60% Ausfederweg
Warum?
Da das Fahrzeug das Hindernis zuerst mit dem vorderen Rad trifft,
muß hier der Einfederweg gößer sein.
Da beim Bremsen das Heck stark entlastet wird, muß an der HA der
Ausfederweg Größer sein
Ausnahme:
Bei sehr unebener Fahrbahn – ev. Mit Sprungkuppen (z.B.:
Nürburgring) , muß der Ausfederweg größer sein.
Bei Fahrzeugen mit sensibler Arodynamik, z.B.: Formelauto,
muß der Ausfederweg sehr gering sein um die
Aerodynamik nicht negativ zu beeinflussen. Solche
Fahrzeuge dürfen keine Unterluft bekommen, und fahren
durch die Aeroload tiefer als sie stehen.
Teilweise wird hier ohne Ausfederweg gefahren.
Wie wird die richtige Dämpferlänge ermittelt:
•
•
•
•
•
•
Gewünschte Fahrhöhe am Fahrzeug einstellen
Fahrzeug anheben
Federn ausbauen
Rad in die gewünschte Höhe heben – z.B.: Getriebeheber
Ausgehend von 2 Punkten am Radträger,
bzw. Stoßdämpfer und Chassis, die
Dämpferlänge im Fahrzustand ermitteln
Gewünschte Ein- und Ausfederwege anrechnen.
So ergibt sich die Optimale Dämpfer- und
Kolbenstangenlänge.
Wovon hängt die richtige Federrate und
Dämpfkraft ab.
• Vom Einsatzzweck des Fahrzeuges
• Vom Fahrzeuggewicht
• Von der Übersetzung vom Rad zur Feder/Dämpfer
• Von der Reifenwahl (Straßenreifen, Slick…)
Wie wird die richtige Federrate ermittelt:
• Festlegen der eingedämpften Eigenfrequenz des
Fahrzeuges
• Ermitteln des Übersetzungsverhältnisses vom Rad zu
Feder/Dämpfer
• Messen der gefederten Masse
• Berechnen der benötigten Federrate
Wie wird die Eigenfrequenz ermittelt:
•
Diese muß festgelegt werden
•
Sie liegt bei Straßenautos bei ca. 1-1,5 Hz – Bei Rennwagen 2-5-5 Hz
•
Bei Fahrzeugen mit viel Aerodynamik auch darüber – Formel 1 bis zu
10 Hz
•
Sie sollte an der Hinterachse höher sein als an der Vorderachse
•
Zur Kontrolle oder Alternativ kann auch die Federrate am Rad
berechnet werden – Vorsicht, die Übersetzung geht im Quadrat in die
Rechnung ein!!!!!
Wie lang muß meine Feder sein:
•
Eine Feder muß so lang sein, daß ihre Blockkraft, die maximale
Einfederkraft übersteigt. (ca. Radlast mal 3)
•
Die Länge der Feder hast prinzipiell keine Auswirkung auf die
Fahreigenschaften
Wann brauche ich eine Helperfeder:
•
Eine Feder sollte auch im ganz ausgefederten Zustand nicht lose sein
•
Wenn der Ausfederweg größer ist, als das Fahrzeuggewicht die Feder
vorspannt, brauche ich eine Helperfeder
Wie wird das Übersetzungsverhältnis von Rad zu
Feder/Dämpfer ermittelt:
(Achtung : Ganz wichtig, weil im Quadrat wirksam!)
•
Feder ausbauen – Stoßdämpfer einbauen
•
Rad am angehobenen Fahrzeug relativ zum Chassis anheben
•
Weg am Dämpfer/Feder messen
•
Hub am Rad zu Hub am Dämpfer in Relation setzen – mehrere Punkte
messen!!!
•
Alternativ kann das Fahrwerk graphisch (CAD) erfaßt werden, und so
die Wege ermittelt werden
Wie wird die gefederte Masse ermittelt:
•
Radlasten messen
•
Feder ausbauen und Gewicht der ungefederten Massen wiegen
•
Wenn der Dämpfer bei der Messung eingebaut ist –
Gasdruck abziehen
•
Differenz von Radlast zu ungefederter Masse
entspricht der gefederten Masse.
Wie wird nun die benötigte Federrate errechnet:
SI Größen beachten!!!!
Festlegen der Dämpfkräfte:
Dämpfkräfte können nun mittels Berechnung
(Bei einem Rennwagen empfiehlt sich eine Dämpfungszahl
von 0,7 bis 0,8)
berechnet werden, oder anhand von Erfahrungswerten
für das jeweilige Fahrzeugkonzept, bzw. passend zur
errechneten Federrate festgelegt werden.
Wichtig ist hier die Aufteilung der benötigten Dämpfkraft in
Druck und Zugstufendämpfung, die mit viel
Erfahrungswerten an das Fahrzeugkonzept und die
Federrate angepaßt werden muß.
Wie werden Dämpfkräfte gemessen:
Funktion und Dämpfkraft muß auf einem
Stoßdämpferprüfstand ermittelt werden
Die Dämpfkraft wird in
Ns/m angegeben
Die Dämpfkraft nimmt
mit der Geschwindigkeit zu.
Überprüfen und Optimieren der Berechneten
Auslegung:
4-Post-Rig:
Bei selbstgebauten Rennfahrzeugen kann das zur Steifigkeit
passende Dämpfer- / Federsetup auf einem Fahrdynamik
Prüfstand ermittelt werden.
In einem 4post sweep Test hat man objektive Messwerte die
das Aus-/Eindefederverhältnis, die Radaufstandskräfte, die
Radlastschwankungen und die Aufbaufrequenz VA und HA
aufzeigen.
Hat man am Prüfstand einen Partner dabei der auch die
Dämpfer umbauen kann ist an einem Tag eine zielführende
Optimierung realisiert.
Wir arbeiten hier mit der Fa. KW zusammen, die hier optimal
aufgestellt ist.
Optimieren im Fahrversuch:
• Feder und Dämpferkräfte können müssen im Fahrversuch
optimiert werden
• Berechnete Werte geben nur eine Annäherungswert
• Viele Unbekannte – Reifen, Fahrer, Strecke,
Fahrbahnverhältnisse, Witterungsverhältnisse
Was wird optimiert:
• Rundenzeit
• Fahrbarkeit / Konstanz der Rundenzeit
• Reifenverschleiß
• Geschwindigkeit über Distanz
Was sind die Parameter, anhand denen optimiert
wird:
• Reifenbild, bzw. Druck und Temperaturverlauf
• Datarecording – Federgeschwindigkeiten und Wege
• Sektorzeiten
• Fahreraussagen
Was kann an der Strecke verändert werden:
• Federrate
• Stabilisatorfederraten
• Fahrwerksgeometrien – Sturz, Spur, Nachlauf,..
• Stoßdämpfer Druckstufe (ev. HS und LS)
• Stoßdämpfer Zugstufe
Was bewirkt eine Änderung der Hauptfederate:
Weichere Federn bei:
- welligen und unruhigen die Straßenverhältnissen
- niedrigen Gripverhältnissen
- Bei nassen oder feuchten Verhältnissen
- Bei Schotter oder Schnee
-langsamen Kursen
-Härtere Federn bei:
-schneller, ebener Strecke
- viel Aerodynamik
- zu wenig Reifentemperatur
- zu viel Bewegung im Auto
- Auto wird nervös bei schneller Kurve
Federnabstimmung:
- Generell gilt, dass die Achse mit den weicheren Federn den größeren Grip
aufbaut.
Theoretisch muss daher bei:
Untersteuern:
und bei Übersteuern:
- Federn vorne weicher
- Federn hinten härter
- Federn vorne härter
- Federn hinten weicher
- Abhängig von der Reifenbelastung kann dies auch umgedreht sein.
Wenn die Reifen einer Achse zu wenig belastet werden und
daher zu kalt sind, bauen diese wenig Grip auf.
Mit härteren Federn kann hier der Reifen mehr erwärmt werden →
der Grip dieser Achse nimmt zu.
Stabiabstimmung
- Der Stabilisator ist ebenfalls eine Feder. Sie wirkt allerdings
nur bei wechselseitigen Federn, oder rollen.
- Bei Untersteuern:
Stabi vorne weicher oder hinten härter
- Bei Übersteuern:
Stabi vorne härter oder hinten
weicher
Sturzeinstellung
Vorteile von hohem Sturz:
• Höhere Kurvengeschwindigkeit v.a. in schnellen Kurven
• Optimale Belastung des Reifens (Rollen wird ausgeglichen)
• Erreichen der optimalen Reifentemperatur
Vorteile von wenig Sturz:
• geringerer Reifenverschleiß
• weniger Reifenschäden
• Reifen blockiert weniger beim Bremsen
• Unter Umständen mehr Grip in langsamen Kurven, durch bessere
Aufstandsfläche
• Weniger Reifentemperatur
Auswirkungen der Spur auf das Fahrverhalten:
Vorspur an der VA:
Vorteil: Das hauptsächlich belastete – Kurvenäußere Rad fährt beim
Einlenken schon zur Kurvenmitte hin. Das Einlenken wird
präziser.
Nachteil: Der Schräglaufwinkel des Kurvenäußeren Rades ist im
Kurvenverlauf größer, der Reifen wird stärker belastet.
Nachspur an der VA:
Nachteil: Beim Einlenken lenkt das Kurvenäußere Rad eher nach
außen, das
Einlenken ist weniger aggressiv.
Vorteil: Im Verlauf der Kurve wird der
Kurvenäußere Reifen nicht so stark belastet – da der
Schräglaufwinkel geringer ist. Die Achse kann im Verlauf der
Kurve mehr Grip aufbauen.
Vorspur an der Hinterachse:
Generell ist an der Hinterachse von Rennsportfahrzeugen eine
Vorspur ratsam. Sie führ zu der nötigen Spurtreue der Hinterachse.
Nachspur an der Hinterachse:
Nachspur an der Hinterachse wird eher selten eingestellt. Nur wenn
ein Fahrzeug extrem zu Untersteuern neigt, kann u.U. mit einer
Nachspur an der Hinterachse das Heck entsprechende agil gemacht
werden.
z. B. Bei Fronttrieblern oder bei Rallyes.
Stoßdämpfer Druckstufenabstimmung
Auch hier gilt - ähnlich wie bei der Feder
- Eine zu harte Druckstufe an der VA generiert eher Untersteuern
- Eine zu harte Druckstufe an der HA generiert eher Übersteuern
- Eine harte Druckstufe an der VA generiert auch ein agiles Einlenkverhalten, ohne die
Traktion (beim Fronttriebler) negativ zu beeinflussen.
- Je schneller und vor allem glatter der Untergrund ist, desto härter kann die Druckstufe
gewählt werden.
- Bei wenig Grip oder schlechtem Untergrund muss die Druckstufe - vor allem in Low-SpeedBereich - weich eingestellt werden.
- Die vom Fahrer festgestellte Fahrzeugbewegung ist fast immer im Low-Speed-Bereich
Was kann man mit der High-Speed Druckstufe beeinflussen:
. Überfahren von Curbs (nicht nur rauf - auch runter)
. Cutten von Kurven bei Rallyes
. Extreme Schläge der Fahrbahn → z.B. Schotterrallye
. Sprünge bei Off-Road Rallyes
. Schnelle, hochfrequente Bewegungen mit kleinen Amplituden
Der High-Speed beeinflusst auch sehr stark die schnelle - hochfrequente
Bewegung des Rades bei rauer Fahrbahnbeschaffenheit.
Dadurch kann auf die Reifenbelastung Einfluss genommen werden, ohne die
Fahrzeugbalance (via Low-Speed) allzu stark zu beeinflussen.
Was kann man mit der Zugstufeneinstellung beeinflussen:
- In langsamen Kurven verringert eine harte Zugstufe eher den Grip, da sie das
Rad eher entlastet.
- In schnellen Kurven erhöht eine harte Zugstufe den Grip, da der dynamische
Schwerpunkt tiefer ist, und das Fahrzeug ruhiger liegt.
(S-Ring: Nockstein/Fahrerlager)
- Eine harte Zugstufe an der VA führt zu exakterem Einlenken, da der dynamische
Schwerpunkt vorne tiefer ist
- Eine harte Zugstufe an der angetriebenen Achse vermindert die Traktion der Achse
(gezielt an langsamen Kurven)
- Eine harte Zugstufe hält die betreffende Achse beim Bremsen stabil (z.B.: nervöses bei
Bremsen)
- Eine harte Druckstufe führt in schnellen Kurven zu einer ruhigen satten Straßenlage
(Fahrerlager)
- Eine harte Zugstufe beruhigt das Fahrzeug nach einer starken Anregung (z.B.: Curb)
schneller, man kann unter Umständen früher ans Gas gehen
Hilfsmittel zur Fahrwerksabstimmung:
• Testplan: Testziele und Vorgangsweise
• Datenerfassung und Dokumentation
• Guideline - bereits erfaßte Zustände und Erfahrungswerte
• Flowchat – definierte Vorgangsweise nach Vorlage
• Dullinger Setup-Tool für Iphone und Android
Das Dullinger Setup-Tool:
• Lösungsansätze für die Setuparbeit an der Rennstrecke
• Allgemeine Informationen
• Individuelle Konfiguration für mein Fahrzeug
• Immer greifbar am Handy
• Offline einsatzbereit, updates via Internet
• Erhältlich für Iphone und Androin vie APP-Store oder Playstore
office@dullinger.co.at
0043-676-6850371