Analyse und Optimierung eines Fahrwerks für das modulare Fahrzeugkonzept U-Shift

Abstract

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Fahrwerksoptimierung des modularen Fahrzeugkonzepts U-Shift vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. am Institut für Fahrzeugkonzepte. Der vierte physisch aufgebaute Prototyp des U-Shift zeigte während eines Dauereinsatzes auf der Bundesgartenschau 2023 in Mannheim konstruktive Schwachstellen an der Vorderachse. Ziel der Arbeit ist es, die Kinematik an der Vorderachse unter Voraussetzung einer quasi-statischen Beanspruchung zu optimieren. Um dies zu erreichen, sollen bisherige Fahrwerksversionen durch den Aufbau kinematischer Modelle analysiert werden. Aus der Analyse wird das Hauptoptimierungsziel abgeleitet. Dies ist die Einhaltung der idealen Ackermannbedingung. Anschließend wird die aktuell verbaute Fahrwerksversion in eine Mehrkörpersimulation (MKS) übertragen, welche die Ausgangslage für die Optimierung ist. Für die Optimierung wird eine vom DLR bereitgestellte Toolkette auf das U-Shift-Fahrwerk angepasst, die den Prozess von Modellerstellung bis hin zur Ergebnisevaluation automatisiert. Die Kinematik der erstellten MKS-Modelle wird mit dem Kinematic & Compliance Test ermittelt. Es werden Anforderungen formuliert, die die gewünschte Kinematik definieren. Die Optimierung durchläuft mehrere Phasen. Beginnend mit einer Robustheitsanalyse anhand einem ersten Design of Experiment bis hin zu der Findung eines Optimums mit der Global Response Search Method. In dieser Arbeit konnten mehrere zielführende Fahrwerksgeometrien mit vollständiger Einhaltung der idealen Ackermannbedingung ermittelt werden. Von diesen wird eine ausgewählt, die in weiteren Schritten festigkeitsseitig und elastokinematisch ausgelegt sowie als physischer Prototyp in das weiterentwickelte U-Shift verbaut werden soll. Mit dem auf dieses Fahrwerk angepassten automatisierten Prozess wird es künftig möglich sein, weitere Analysen und Optimierungen mit minimalem Anpassungsaufwand umzusetzen.