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Report (Bericht) zugänglich unter
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Potenzial aktiver Fahrwerke zur Erhöhung Fahrsicherheit von Motorrädern

Potential of active suspensions with respect to motorcycle safety

Wunram, Karsten ; Eckstein, Lutz ; Rettweiler, Peter

pdf-Format:
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Freie Schlagwörter (Deutsch): Deutschland , Dynamik , Fahrstabilität , Forschungsbericht , Motorrad , Sicherheit , Steuerung , Stossdämpfer
Freie Schlagwörter (Englisch): Control , Dynamics , Germany , Motorcycle , Research report , Safety , Suspension (veh) , Vehicle handling
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 91 Fahrzeugkonstruktion
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Institut für Kraftfahrzeuge
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
Bandnummer: 81
ISBN: 978-3-86918-156-1
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 21.06.2012
Kurzfassung auf Deutsch: 16% aller Verkehrstoten in Deutschland sind Motorradfahrer und die Anzahl stagniert auf diesem hohen Niveau. Daher ist eine Verbesserung der Fahrsicherheit von Motorrädern zwingend erforderlich. Im Pkw leisten aktive bzw. verstellbare Fahrwerksysteme einen positiven Beitrag zur Fahrsicherheit und helfen, Unfälle zu vermeiden. Hierzu zählen neben den Fahrdynamikregelsystemen wie ABS und ESP auch Verstelldämpfer und Stabilisatorverstellsysteme. Dämpfer- und Stabilisatorsysteme beeinflussen die dynamische Radlast und können insbesondere im ABS-Regelbereich die Fahrsicherheit erhöhen. Der Einfluss geregelter Dämpfersysteme auf die Fahrsicherheit und den Komfort im Pkw-Bereich ist in ausführlichen Untersuchungen sowohl theoretisch als auch praktisch belegt. Im Kraftradbereich existieren zwar Untersuchungen zu verstellbaren Dämpfersystemen, meist werden hier aber ausschliesslich komfortorientierte Kriterien betrachtet. Neben der Übertragbarkeit der positiven Effekte, die im Pkw-Bereich hinsichtlich Komfort und Fahrsicherheit durch geregelte Dämpfersysteme erreicht werden, auf Krafträder, ist der Einfluss geregelter Systeme auf die besonderen kraftradspezifischen Eigenschaften noch nicht ausführlich simulativ betrachtet worden. Das labile System Kraftrad, das in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit stark veränderliche Eigenschaften bezüglich der Eigenstabilisierung aufweist, neigt je nach Geschwindigkeitsbereich zu unterschiedlichem Verhalten. Die Zielsetzung dieser Arbeit liegt somit in der Überpruefung der Übertragbarkeit der aus dem Pkw-Bereich bekannten Einflüsse geregelter Dämpfersysteme auf Fahrkomfort und Fahrsicherheit im Kraftradbereich. Weiter soll hierbei auf kraftradspezifische Fahrsituationen eingegangen werden, die in der Pkw-Forschung auf Grund des abweichenden Systemverhaltens keine Berücksichtigung finden. Die Untersuchung gliedert sich in die Parameterermittlung anhand eines Versuchsmotorrades, die Erstellung und Validierung eines Mehrkörpersimulationsmodells unter Verwendung der Software VI Motorcycle fuer Adams/Car, die Definition, Auswahl und Umsetzung geeigneter Fahrmanöver sowie die Beurteilung des Sicherheitsgewinns. In der Simulationsumgebung VI Motorcycle (Adams/Car) wurden Schnittstellen geschaffen, um (semi-)aktive Fahrwerke einzubinden. Die entsprechenden Regelalgorithmen sowie die Umsetzung der Dämpferkonzepte wurden hierfür in Matlab/Simulink aufgebaut. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden zahlreiche Regelalgorithmen und Dämpferkonzepte modelliert und getestet. Es wurde ein Fahrmanöverkatalog mit solchen Fahrversuchen erstellt, die Potenzial fuer einen Sicherheitsgewinn durch aktive Dämpfer erwarten lassen. Fuer die definierten Fahrmanöver wurden Simulationen aller entwickelten Regler und als Referenz auch eines passiven Dämpfersystems durchgeführt. Die Simulationsdaten wurden anhand vorab definierter Beurteilungskriterien ausgewertet. Die Ergebnisse lassen Potenzial zur Steigerung von Fahrsicherheit und Komfort vermuten. Die Erkenntnisse aus dem Pkw-Bereich koennen in weiten Teilen auf den Kraftradbereich übertragen werden. Ein signifikanter Einfluss auf das heutige Unfallgeschehen von Motorrädern ist jedoch als unwahrscheinlich einzuschätzen.
Kurzfassung auf Englisch: 16% of all traffic fatalities in Germany are motorcycle riders, and that percentage has stagnated at this high level. As such, an improvement in motorcycle safety is urgently needed. Active and adjustable suspension systems increase driving safety and help to avoid accidents in passenger cars. These systems include adjustable dampers and stabilizer systems as well as ABS and ESP systems. Damper and stabilizer systems influence the dynamic wheel load and can increase driving safety, especially in case of active ABS control. The influence of active damper systems on driving safety in passenger vehicles is both theoretically and practically documented in extensive studies. While there have been studies on adjustable damper systems for two-wheeled vehicles, these generally only consider comfort-oriented criteria. Neither the applicability to the motorcycle domain of the positive effects on comfort and safety seen from active damper systems in passenger cars nor the influence of such systems on the special properties specific to motorcycles have been thoroughly considered in simulations. The unstable motorcycle system exhibits significantly different behavior at different speeds, including in its self-stabilizing properties. The objective of this work was, thus, to test the extent to which the known influences of active damper systems on passenger cars can be translated to the motorcycle domain. Furthermore, motorcycle-specific situations were investigated that have not been considered in the passenger car research. This study can be broken down into the determination of parameters using a test motorcycle, the construction and validation of a multi-body simulation model using VI Motorcycle for Adams/Car, the definition, selection and implementation of appropriate driving maneuvers, and an assessment of the safety improvement. Interfaces for connecting (semi-)active suspensions were created in the VI Motorcycle (Adams/Car) simulation environment. The corresponding control algorithms and the implementation of the damper concepts were completed in Matlab/Simulink. Numerous control algorithms and damper concepts were modeled and tested within the framework of this study. A catalogue was created containing driving maneuvers with the potential for a safety improvement through active dampers. All of the developed controllers and a reference passive damper system were simulated for each of the defined driving maneuvers. The simulation data was then evaluated using previously defined assessment criteria. The results indicate that there is potential for improvements in comfort and safety. Knowledge from passenger car research can be largely translated to the motorcycle domain. A significant influence on current motorcycle accident statistics is, however, unlikely.