Bei den kontinuierlichen Anstrengungen der Automobilindustrie das Fahrverhalten und den Fahrkomfort zu verbessern stellt die Fahrwerkstechnologie einen wichtigen Baustein zum Erreichen dieser Ziele dar. Federungssysteme sind seit langem mit einer klassischen Schraubenfeder- und Stoßdämpferkonfiguration ausgestattet. Mittlerweile werden konventionelle Blatt- und Schraubenfedersystemen zunehmend durch innovative Luftfederungen ersetzt. Gleichzeitig werden herkömmliche hydraulische Stoßdämpfer von hochentwickelten adaptiven Dämpfungssystemen abgelöst, die sowohl mit Schrauben- als auch mit Luftfederungssystemen kombiniert werden können. All diese Innovationen dienen der Optimierung von Fahrverhalten und Handling in Abhängigkeit von den jeweiligen Fahrbedingungen. In diesem Artikel erklärt Arnott, wie adaptive Dämpfungssysteme funktionieren, damit Sie besser verstehen, wie diese Fahrwerkstechnologie funktioniert.
Systemkomponenten
Ein typisches modernes adaptives Federungssystem umfasst die folgenden Komponenten: Adaptive Dämpfer, ein elektronisches Steuermodul (ECU), ein Satz von Sensoren und einen Einstellschalter für den Fahrer. Der Sensorsatz besteht in der Regel aus einer Kombination von Beschleunigungssensoren an der Karosserie und Positionssensoren in der Nähe der Radaufhängung an allen vier Ecken des Fahrzeugs. Die meisten Fahrzeuge mit einem adaptiven Dämpfungssystem verfügen über einen Einstellschalter für die Fahrerpräferenz. Dies ist eine Taste auf dem Armaturenbrett, mit der ein bevorzugter Fahrmodus wie Komfort oder Sport gewählt werden kann.
In diesem technischen Newsletter bezeichnet „adaptive Dämpfer“ jeden elektronisch gesteuerten verstellbaren Dämpfer (einschließlich Magnetic Ride), da die grundlegenden Funktionsprinzipien stets die gleichen sind.
Systemfunktion
Adaptive Dämpfungssysteme verwendeten anfangs variable Dämpfer mit zwei oder mehr diskreten Einstellungen. Seit einiger Zeit setzen die moderneren adaptiven Systeme stattdessen „stufenlose“ Dämpfer ein. Das Funktionsprinzip von (älteren) diskret einstellbaren und (modernen) stufenlosen Dämpfern ist im Wesentlichen dasselbe. Allerdings ist das Ventil bei einem Stoßdämpfer mit diskreter Einstellung entweder EIN oder AUS (ganz offen oder ganz geschlossen), während ein stufenlos Ventil beliebige Dämpfereinstellungen zwischen vorprogrammierten Grenzen für harte und weiche Federung ermöglicht.
Das Fahrwerk-ECU fungiert als Gehirn des adaptiven Dämpfungssystems. Dieses ECU kommuniziert mit den Sensoren, die sich an der Karosserie und der Radaufhängung an allen vier Ecken des Fahrzeugs befinden. Darüber hinaus ist das ECU auch mit dem Hauptdatenbus des Fahrzeugs verbunden, um Eingaben wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Drosselklappenstellung, Lenkwinkel, Getriebe- und Bremsbetätigung zu erhalten.
Das ECU empfängt diese verschiedenen Datenströme und verwendet sie als Eingaben für einen Algorithmus, der fortlaufend die Größe und Richtung der Karosseriebewegung berechnet. Auf diese Weise kann das Steuermodul Karosseriehub, Nicken, Wanken und Gieren sowie die Bewegung jedes Rads relativ zur Karosserie genau erfassen. Auf Basis dieser Kinetikberechnung wird dann die Dämpfungskraft bestimmt, die an jedem Rad erforderlich ist, um die gewünschte Dämpfungswirkung und Fahreigenschaften zu erzielen – wie vom Algorithmus und der vom Fahrer gewählten Position des Einstellschalters vorgegeben.
Nach der Berechnung der idealen Dämpfungskraft legt das ECU an jeden Dämpfer den entsprechenden Strom an, um die gewünschte Dämpfungscharakteristik zu bewirken. Der gesamte Prozess läuft innerhalb von Millisekunden ab – mehr als schnell genug, um auf nahezu jede Fahrbedingung reagieren zu können!
Mit Ausnahme der Magnetic-Ride-Systeme wird die Dämpfungskraft der adaptiven Dämpfer mehr oder weniger auf die gleiche Weise gesteuert. Wenn Sie mehr über die Funktionsweise von Magnetic Ride erfahren möchten, können Sie hier mehr dazu lesen. Zurück zu den adaptiven Dämpfern: Die Grenzwerte für harte und weiche Dämpfungskraft werden durch Ventilscheibengruppen festgelegt, die in separaten Durchflusskanälen im Dämpfer angeordnet sind. Die Regulierung der Dämpfungskraft erfolgt typischerweise durch Öffnen oder Schließen eines Durchflussregelventils, um die Menge des durch jeden Kanal strömenden Hydrauliköls zu regulieren.
Soll ein stufenlos verstellbarer adaptiver Dämpfer beispielsweise eine weichere Dämpfungscharakteristik herstellen, öffnet sich das Durchflussregelventil entsprechend. Dadurch kann mehr Öl im Dämpfer durch die Ventilscheibengruppe fließen, die die weiche Einstellung definiert, während weniger Öl durch die Passage mit den Ventilscheiben für harte Federung fließt.
Arnott eRide-Technologie
Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Arnott eRide in den USA fokussiert auf ein perfektes Zusammenspiel mit den stufenlos verstellbaren Fahrwerkssteuerungen, die derzeit von den verschiedenen Automobilherstellern eingesetzt werden. Dies ist ein recht heikler Prozess, da die elektronische Steuerungsstrategie und ihre Umsetzung eine Kombination aus den Anforderungen der Automobilhersteller und den Parametern der Komponenten von den Zulieferern ist. Folglich arbeiten die Steuermodule der diversen Fahrzeugmarken jeweils ein wenig anders. Und die Algorithmen können sich erheblich unterscheiden – selbst wenn das gleiche Stoßdämpferdesign verwendet wird.
Um eine solche Technologie für den Ersatzteil- und Nachrüstmarkt zu entwickeln und zu implementieren, war es für Arnott von entscheidender Bedeutung, das eRide-Ventildesign so zu gestalten, dass es optimale Funktionalität bietet und gleichzeitig mit den verschiedenen Steuermodulen und Ventildesigns kompatibel ist. So kann beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit – also die Reaktionszeit zum Umschalten zwischen den Dämpfereinstellungen – stark variieren. Eine Änderung der Schaltgeschwindigkeit für eine bestimmte Anwendung mag für dieses spezielle Modell eine Verbesserung darstellen, kann aber bei anderen Fahrzeuganwendungen zu Leistungsproblemen führen. Die Arnott eRide-Technologie kann jedoch jeden stufenlos verstellbaren Stoßdämpfer mit internem Ventil ersetzen. Weitere Ventile mit alternativen Designs sind derzeit in der Entwicklung und Arnott wird die eRide-Lösungen für diese zu einem späteren Zeitpunkt freigeben.
Das kontinuierliche Engagement und die harte Arbeit aller Teams hat zu einer Ventilkonstruktion geführt, die es ermöglicht, das Fahrverhalten und die Fahreigenschaften der Erstausrüstung bei allen Anwendungen zu erreichen oder zu übertreffen!