Messung der Kräfte in jeder Fahrwerkskomponente, vom Spurstangenkopf bis zur Federbeinaufnahme
Kurz zusammengefasst
Ein Messrad liefert die Gesamtkraft und das Gesamtmoment am Rad. Um zu wissen, wie diese Last durch die Fahrwerk bis zum Rahmen läuft, wird jede Komponente eingebaut gemessen. Wenn die Geometrie es zulässt, versieht Michigan Scientific das Serienteil mit Dehnungsmessstreifen (DMS) und kalibriert es; andernfalls wird ein Gelenk durch einen halbkundenspezifischen Aufnehmer ersetzt, z. B. ein Scherbolzen anstelle einer Schraube. Fahrwerkshöhe und -geometrie bleiben unverändert. Die Daten dienen zur Korrelation der Erfassung der Straßenlastdaten mit Prüfstandsversuchen und für Betriebsfestigkeitsarbeiten am Rahmen.
Kraftfluss
Dieselbe Radlast verteilt sich auf die Lenker, die Gelenke, die Feder und den Dämpfer, bevor sie die Karosserie erreicht. Der Gesamtwert am Rad, gemessen mit einem Messrad oder geschätzt mit virtuellen Straßenverfahren, sagt nicht, wie er sich verteilt. Nur Messungen an den Bauteilen zeigen den Kraftpfad.
Welches Bauteil instrumentiert wird, hängt von seiner Geometrie und von der Radaufbauarchitektur ab. Der Aufnehmer muss ein niedriges Übersprechen beibehalten und unempfindlich gegenüber Randbedingungen und Montageeffekten bleiben. Wo die Geometrie es zulässt, wird das im Fahrzeug verbaute Teil mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen und kalibriert; wo nicht, nimmt ein halbkundenspezifischer Aufnehmer die Stelle eines Gelenks ein.
Instrumentierung
| Spurstangen | innere oder äußere Spurstange mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für die Lenkkraft; die innere wird bevorzugt, da sie einen höheren Dehnungsausgang liefert |
|---|---|
| Radaufbau- und Stabilisatorlenker | mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für die Axialkraft; die Stabilisatorstange selbst kann mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen und in Torsion kalibriert werden |
| Gelenke | mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für Kräfte in zwei oder drei Richtungen; eine über das Ende des Bolzens gefräste Bezugslinie markiert die Achsen, und die Kalibriervorrichtung entspricht der Geometrie des Gelenks |
| MacPherson-Federbein | Aufnahmesensor für Federbeine zum Aufklemmen anstelle der unteren Halterung, Vier-Balken-Bauweise aus hochfestem Edelstahl, oder Schubstifte anstelle der beiden Schrauben am Achsschenkel |
| Dämpfer | Schubstift- oder Querträger-Aufnehmer am unteren Gummilager, eine oder zwei Achsen; Gabel oder Brille mit Dehnungsmessstreifen (DMS); Dämpferstange mit Dehnungsmessstreifen (DMS); modifizierte und mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehene obere Lagerung, oder kundenspezifischer Aufnehmer, für die Gesamtzeitkraft in die Karosserie |
| Blattfeder | Federblattstütze mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für die vertikale Kraft in die Karosserie, Position der Dehnungsmessstreifen (DMS) aus der FEM |
| Schraubenfeder | mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für die vertikale Last, auch unter dynamischen Bedingungen; kann ebenfalls auf Weg kalibriert werden |
| Federbeinaufnahme | Dreiachsiger Kraftaufnehmer TR3D an der Karosserieseite, für den Kraftvektor, der von der Karosserie aufgenommen wird |
Warum das Federbeinrohr nicht mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen wird
Federbeine sind der schwierigste Fall. Die Schraubenfeder und der Dämpfer arbeiten parallel und sind direkt mit der Karosserie verbunden. Dehnungsmessstreifen (DMS) am Rohr eines MacPherson-Federbeins liefern keine genauen Ergebnisse, weil sich der Kolben im Dämpfer bewegt und der Fluiddruck das Rohr belastet. Die Last wird stattdessen an der unteren Halterung mit einem Aufnahmesensor für Federbeine zum Aufklemmen oder am Achsschenkel mit Schubstiften anstelle der beiden Schrauben gemessen, mit geringen Änderungen am Achsschenkel und an der Federbeinhalterung.
Vorgehen
- 01
Komponenten auswählen
Für den Aufbau der Radaufhängung werden die Bauteile identifiziert, die eine präzise und aussagekräftige Kraft liefern. Die Gelenke der unteren Querlenker nehmen häufig die höchste Last auf.
Kundenspezifische Kraftaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen (DMS) - 02
Dehnungsmessstreifen (DMS) platzieren
Komplexe Bauteile werden per FEM-Analyse untersucht, um Art und Position der Dehnungsmessstreifen (DMS) festzulegen, für ein höheres Ausgangssignal und ein geringeres Übersprechen.
- 03
Kompensieren und schützen
Jeder Aufnehmer ist temperaturkompensiert und mit einer wasserdichten Beschichtung versehen.
- 04
Kalibrieren im eingebauten Zustand
Die Randbedingungen bei der Kalibrierung entsprechen denen im Fahrzeug. Bei einer Gabel oder einem Gabelkopf wird die Schraubenklemmlast so ausgelegt, dass sie der Serienmontage entspricht.
Kalibrierung - 05
Einbauen
Das mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehene Bauteil oder der teilkundenspezifische Aufnehmer wird anstelle des Originals eingebaut. Bei einem Kugelgelenk darf das Gewindestützmuffenende nicht an den Anschlag kommen.
Ergebnis
Die Kraft in jedem instrumentierten Bauteil, an den Serienteilen des Fahrzeugs, unter den Bedingungen des realen Versuchs. Zusammen mit den Radlasten gelesen zeigen die Daten, wie sich die Last durch die Radaufhängung bis zum Fahrwerk verteilt.
Häufige Fragen
Können Dehnungsmessstreifen (DMS) auf dem Federbeinrohr eines MacPherson-Federbeins die Federbeinkraft messen?
Nein. Der Kolben bewegt sich im Dämpfer, und der Flüssigkeitsdruck belastet das Rohr. Stattdessen wird ein extern aufgesetzter Federbeinaufnehmer oder eine Scherstiftlösung anstelle der beiden Schrauben am Radträger verwendet.
Wie misst man die Dämpferkraft, ohne die Geometrie der Radaufhängung zu verändern?
Ein Scherstift oder ein Querstrang-Aufnehmer ersetzt die verschraubte Verbindung am unteren Ende des Dämpfers, oder Gabel, Dämpferstange oder obere Lagerung werden mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen. Standhöhe und Geometrie der Radaufhängung bleiben unverändert.
Wie misst man die Kräfte an einem Kugelgelenk im Fahrzeug?
Das Kugelgelenk wird mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für Kräfte in zwei oder drei Richtungen versehen. Eine über das Gewindeende eingearbeitete Referenzlinie markiert die Messachsen, und die Kalibriervorrichtung bildet die Geometrie des Kugelgelenks nach.
Wie misst man die Last, die eine Schraubendruckfeder trägt?
Die Schraubendruckfeder wird mit Dehnungsmessstreifen (DMS) versehen und für die vertikale Last, die sie trägt, kalibriert, auch unter dynamischen Bedingungen. Sie kann auch nach Weg kalibriert werden, was die Federkompression mit der Fahrzeughöhe und dem Federweg verknüpft.
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