Fahrwerksentwicklung in Perfektion
KW automotive setzt auf Vertikaldynamik-Prüfstand
Einen großen Einfluss auf mehr Fahrfreude hat die fahrzeugspezifische Entwicklung des Fahrwerks. Um den Ansprüchen seiner Kunden gerecht zu werden, setzt KW automotive seit 20 Jahren auf einen Vertikaldynamik-Prüfstand.
Egal, welches Fahrwerk KW automotive entwickelt, es kommt immer der Vertikaldynamik-Prüfstand zum Einsatz. Die Anlage ist auch als „KW 7-Post“ und „KW-Fahrdynamikprüfstand“ bekannt. “Kein anderer Fahrwerkshersteller, der vorwiegend auf Gewindefahrwerke setzt, hat solch eine Anlage und das zugehörige Know-how erarbeitet“, erklärt Christian Schmidt, Pressesprecher bei KW automotive.
Das Fahrwerk ist eines der wichtigsten Bestandteile eines Fahrzeugs und umfasst alle Komponenten, die ein Auto mit der Straße verbinden. Hierzu gehören die Räder, Reifen, Federung, Dämpfung, Stabilisatoren, Achsen und auch die Lenkung. „Oftmals wird suggeriert, dass es Fahrwerke gibt, die wirklich alles können“, stellt Christian Schmidt fest und sagt, dass dieses keineswegs der Fall ist. Ein Fahrwerk sei im Grunde ein Kompromiss – eine Entwicklung für verschiedene Märkte, Einsatzfelder und Segmente. Damit dieser Kompromiss so klein wie möglich ist, betreiben Erstausrüster, Zubehörhersteller, Motorsportteams und Automobilhersteller einen immensen Aufwand. So wie Rennwagen und Serienautos sich unterscheiden, sind auch deren Stoßdämpfer grundsätzlich verschieden. Sie erfüllen aber alle die gleichen Aufgaben, wie die Dämpfung von Stößen und den daraus entstehenden Schwingungen. Sie stützen den Karosserieaufbau und sind als radführendes Element für die Fahrzeugstabilität sowie die Kontrolle der Räder verantwortlich.
Um präzise zugeschnittene Fahrwerklösungen für die unterschiedlichsten Ansprüche liefern zu können, nutzt KW den erwähnten 7-Post-Vertikaldynamikprüfstand. Auf diesem werden das komplexe Zusammenspiel der Elastokinematik, Dämpferkräfte, Federrate, Reifenkarkassen und Fahrzeugaufbau analysiert. Wozu? Um mit möglichst geringem Zeitaufwand hochpräzise und bei jedem Wetter die ideale Feder-Dämpfer-Auslegung für das jeweilige Einsatzfeld, Fahrzeug, Fahrer und Reifen zu ermitteln. Jemand, der in seinem BMW 3er G20 ein KW-„V3 Leveling“-Fahrwerk fahren möchte, hat schließlich kein Interesse an einem Fahrverhalten wie bei seinem mit einem KW-„V3 Clubsport“-Gewindefahrwerk ausgerüsteten BMW 3er Tracktool für die Nordschleife.
„Selbstverständlich kann der Prüfstand nicht abschließende Testfahrten auf der Straße oder Rennstrecke ersetzen“, so Christian Schmidt. Die indoor herausgefahrenen Ergebnisse kämen jedoch bereits sehr nahe an das reale Optimum heran, weshalb er resümiert: „Die Aufgabe, die Entwicklungszeit drastisch zu verkürzen, wird so mehr als erfüllt, und es muss weniger Zeit für Versuchsfahrten investiert werden.“ Das Ziel einer Fahrwerksoptimierung in sportlicher Richtung ist es, die Radlastschwankungen zu minimieren, um so den Kraftschluss zwischen Fahrbahn und Reifen zu verbessern. So können neben besserer Traktion beim Beschleunigen und Bremsen auch höhere Seitenkräfte in Kurven aufgebaut werden. Und je mehr Seitenkräfte von Fahrwerk und Reifen aufgebaut werden, umso schnellere Kurvengeschwindigkeiten können gefahren werden. Die Rundenzeiten werden besser, das Auto wird im Rennen schneller. Einfach ausgedrückt ist die Aufgabe von Dämpfern und Federn, alle Parameter in der perfekten Balance zu halten. Sozusagen suchen Fahrdynamikingenieure den bestmöglichen Kompromiss, um Schwingungen zu dämpfen, ohne dabei einen Grip-Verlust der Reifen oder einen Verlust der Aufbaukontrolle durch zu starkes Nicken und Wanken der Karosserie zu riskieren.
Zur Datengewinnung ist das Entwicklungsfahrzeug mit verschiedenen Sensoren wie etwa Beschleunigungssensoren und einem Federweglinear-Potentiometer verkabelt sowie zusätzlich auf dem Prüfstand fixiert. Der Prüfstand selbst besteht aus einem hochfesten Sockel, auf dem, jeweils unter den vier Radpositionen, hochdynamisch ansteuerbare Hydraulikzylinder stehend montiert sind. Neben integrierten Wegsensoren verfügen diese vier großen Stempel, auf denen die Räder stehen, auch über die Funktion einer Radlastwaage. Drei zusätzliche Zylinder, die direkt an der Karosserie fixiert werden, können weitere auf das Fahrzeug wirkende Kräfte simulieren. Im Testbetrieb wird jeder einzelne Stempel hydraulisch bewegt, dabei entsteht in den Leitungen und Schläuchen ein Druck von bis zu 230 bar. Durch die vertikale Bewegung der Stempel wird die gesamte Karosserie in Schwingung versetzt. Dabei analysieren die KW-Ingenieure unter anderem Resonanzfrequenzen, bei der die Amplitude des erzwungenen angeregten Körpers maximal wird. Bei dieser sogenannten Hub-Sinusschwingung durchläuft der Wagen ein Frequenzband von 0 bis 20 Hertz mit konstanter Geschwindigkeit im Phasennulldurchgang. Wird die Eigenschwingung nicht gedämpft, ist das gesamte System nicht mehr zu kontrollieren. Das klingt ein wenig abstrakt und ist es auch. Christian Schmidt erklärt es einfacher: „Die Fahrwerksingenieure sehen in diesen Anregungen und Datenfrequenzbändern, wie sich selbst kleine Querfugen oder durch Witterungseinflüsse entstandene wellige Asphaltoberflächen auf das Fahrverhalten des Autos auswirken. So lässt sich beispielsweise erkennen, was passiert, wenn mit einem BMW M4 über eine Bodenwelle gefahren wird.“ Die Ingenieure sehen auch, wie schnell sich dieser Kraftimpuls über die Federn und Dämpfer ausgleichen und abbauen lässt. Nur bei optimaler Dämpfung kann das Fahrzeug selbst bei hohen Kurvengeschwindigkeiten spurtreu und sicher die Ideallinie halten.
Die einzelne Messung der Frequenzbänder und Resonanzen dauert nur 64 Sekunden. Das genügt den erfahrenen KW-Fahrdynamik-Ingenieuren bereits, um aus den ermittelten Daten auch kleinste Fahrwerksschwächen zu erkennen – immer im Blick dabei die Parameter wie Aufbauresonanz-Frequenzen, Dämpfungsgrad, Nickverhalten, Aufbaubewegung, dynamisches Fahrzeugniveau und Radlastschwankungen. Neben den Messungen mit konstanten Geschwindigkeiten von 75 mm/s, 150 mm/s, 200 mm/s oder 250 mm/s – Anregungsgeschwindigkeit der Stempel im Phasennulldurchgang – können auf dem Prüfstand mittels eines „Track-Replay“ sogar verschiedene Rennstrecken oder Sektoren abgebildet werden. Wodurch es möglich ist, sogar Beanspruchungen, wie sie etwa bei einer Grenzbereichsfahrt durch die berühmte Fuchsröhre der Nürburgring Nordschleife entstehen, zu simulieren. Hierzu muss die Anlage im sogenannten „7-Post-Modus“ betrieben werden. Dabei wird die Karosserie an zwei weiteren Aufnahmepunkten im hinteren Fahrzeugdrittel sowie an der Front mit dem Vertikaldynamik-Prüfstand verbunden. Mit diesen zusätzlichen Krafteinleitungspunkten kann dann die gesamte Aerodynamik mit Auftrieb oder Anpressdrücken wie auch Wankmomenten um die Längsachse und Nicken um die Querachse simuliert werden. Während ein aktueller GT4-Rennwagen oder ein Straßenauto – beispielsweise ein Sportwagen, wie ein BMW M4 GTS (F82) oder BMW M4 CSL – über keine so hohe Aero-Last wie ein Rennwagen – etwa ein BMW M4 GT3 Evo – verfügt, ist der Prüfstand zur Stoßdämpfer- und Fahrwerkentwicklung im vertikalen „4-Post-Modus“ ohne Simulation einer Aero-Map im Einsatz.
Bevor bei KW automotive die Gewindefahrwerke des Prototypen-Status in den Versuchsfahrzeugen für den Fahrdynamikprüfstand zur finalen Vorabstimmung des jeweiligen Grundsetups genutzt werden, gibt es im Vorfeld noch diverse andere Versuche. Dazu wird ein Dämpferprüfstand für Dauerläufe genutzt. In dieser Anlage werden mit einem Hub von bis zu 7,5 Meter pro Sekunde die Dämpfer belastet und dabei eine Kraft von bis zu 110 Kilonewton generiert. Dies eignet sich dazu, um bei der Entwicklung von Offroad- oder WRC-Rallyefahrwerken einen mehrere Meter langen Flug eines WRC-Boliden samt Landung zu simulieren. „Was KW automotive von anderen unterscheidet, ist, dass jeder einzelne Dämpfer der Gewindefahrwerke der Marken KW suspensions und ST suspensions in der Fertigung auf einem Dämpferprüfstand getestet wird. Das ist eine Qualitätssicherung von 100 Prozent!“, versichert Christian Schmidt.
Wer ein Gewindefahrwerk von KW automotive gekauft hat, muss zum Setup nicht extra einen Termin auf dem Fahrdynamikprüfstand buchen, denn alle in der Dämpfercharakteristik abstimmbaren Gewindefahrwerke verfügen stets über ein voreingestelltes, fahrzeugspezifisches Grundsetup. In den Einbau- und Setupanleitungen ist diese Grundeinstellung immer hinterlegt. Ein perfektes Fahrwerk gibt es nicht – das wissen die KW-Ingenieure besser als die meisten. Was es gibt, ist ein Fahrwerk, das so präzise auf Fahrzeug, Fahrer und Einsatzfeld abgestimmt ist, dass der Kompromiss kaum noch spürbar ist. Und genau dafür nutzt KW automotive seinen Vertikaldynamik-Prüfstand.
Text: Michael Stein
Fotos: KW automotive
