Extreme Belastungen wirkungsvoll testen

Extreme Belastungen wirkungsvoll testenIn der Entwicklungsphase der neuen GLK-Klasse stand neben den Optimierungen der Onroad-Eigenschaften auch das Fahrverhalten unter schwierigen Offroad-Bedingungen im Mittelpunkt.

GLK-KLasse

Mercedes-Benz GLK-Klasse28

Abstimmung | Erprobung

1 Einleitung

Das Fahrerlebnis im Mercedes-Benz GLK stellt einen neuen Maßstab im Bereich der kompakten SUV dar. Fahrdynamik, Komfort und Fahrsicherheit liegen dank AGILITY CONTROL-Fahrwerk auf höchs-tem Niveau. Bei der Fahrwerkabstim-mung konnte dabei der Mercedes-Benz typische Komfort mit einem besonders agilen Handling verknüpft werden. Eine weitere Herausforderung bestand darin, die Straßeneigenschaften mit den Anfor-derungen an den Geländeeinsatz zu kombinieren, Bild 1. Durch die zusätz-liche Ausstattungsvariante Sport-Paket Exterieur wird dem besonders straßen-orientierten Kunden ein um 20 mm ab-gesenktes und noch fahrdynamischeres Fahrwerk angeboten, Bild 2.

2 Gesamtfahrzeugerprobung

Gesamtfahrzeugerprobungen werden durchgeführt, um das integrale Zusam-menwirken aller Systeme und Bauteile im Fahrzeug zu erproben und abzusi-chern. Im Rahmen dieser Testreihen wer-den die Komponenten und deren Zusam-menspiel im Detail aufeinander abge-stimmt, um den hohen Kundenerwar-tungen gerecht zu werden.

Bei der funktionalen Gesamtfahr-zeugabstimmung der Aufbaukomponen-

ten müssen alle klimatischen Bedingun-gen abdeckt werden. Daher wurden die Erprobungen des GLK neben verschie-denen Standorten in Mitteleuropa auch jenseits des Polarkreises, Bild 3, und in Heißlandregionen wie Südafrika, Nami-bia, den USA und Dubai durchgeführt, Bild 4.

Unter diesen klimatischen Extrembe-dingungen und den äußeren Einwir-kungen wie Staub, Sand, Feuchtigkeit und schlechteste Straßenbedingungen wurde der GLK in mehreren Erprobungs-schleifen bis zum geforderten Mercedes-Benz Standard optimiert.

Die Prüfungen wurden nach dem standardisierten Programm im Rahmen von Klausur-Erprobungen durchgeführt. Die dabei gewonnen Erkenntnisse und Potenziale wurden mit Maßnahmen be-legt und über Testschleifen stringent bis zur Absicherung verfolgt. Ziel war die Sicherstellung aller Funktionen und Eli-minierung aller Störgeräusche im Ge-samtfahrzeug.

Die hohe Komplexität und Vielfältig-keit des GLK im Onroad- und Offroadbe-trieb erforderten ein integriertes Stress-, Prüf- und Betätigungsprogramm, das verschiedene Straßen- und Offroad-Stre-ckenprofile nach einem teststreckenorien-tierten Prüfkatalog beinhaltete. Weiter-hin wurden durch Spezialisten des Ge-samtfahrzeugversuchs und interdiszip-linären Entwicklungsingenieuren Analy-

Die Autoren

Dr.-Ing. Christian Kobetz ist Funktionsgruppen-sprecher aktive sicherheit/Fahr-dynamik/aerodynamik GLK-Klasse.

Bild 1: Pistenerprobung auf Naturstrecken in Namibia

Dipl.-Ing. Jürgen Höß ist verantwortlich für den Gesamtfahrzeug-versuch Interieur/ Klimatisierung GLK-Klasse.

Dipl.-Ing. Ralf Keßler ist verantwortlich für den Gesamtfahrzeug-versuch Offroad-er-probung M-/GL-/GLK-Klasse.

Dipl.-Ing. Stephan Nicklas ist Leiter des Teams Gesamtfahrzeugver-such GLK-Klasse.

Dipl.-Ing. Thomas Zander ist Leiter des Teams Fahrwerkerprobung M-/GL-/GLK-Klasse.

Dipl.-Ing. Wolfgang Keller ist Leiter der abteilung Gesamtfahrzeug-versuch M-/GL-/GLK-Klasse.

aTZextra I september 2008 29

sen und Optimierungsschleifen durchge-führt und somit die Komponenten konti-nuierlich verbessert. Nur durch diese ef-fektive und kompakte Arbeitsweise und der ständigen Absicherung aller Aufbau-varianten konnte bereits in einer frühen Entwicklungsphase ein hoher Reifegrad des Gesamtfahrzeuges erzielt werden.

Parallel zu den Klausur-Erprobungen wurden bereits ab dem ersten Prototyp Dauerläufe in einer Vielzahl von Klima-regionen durchgeführt, um in kurzer Zeit die Beanspruchungen eines gesam-ten Fahrzeuglebens abzubilden. Schwer-punkte dabei waren unter anderem ex-treme Schlechtweg- und Offroad-Dauer-läufe, Weltdauerläufe sowie Antriebs- und Betriebsfestigkeitsdauerläufe.

Durch diese intensive Erprobung des GLK konnte letztendlich sichergestellt werden, dass ein qualitativ hochwertiges und den Mercedes-Benz Qualitätsmaß-stäben gerechtes Fahrzeug auf den Markt gebracht werden kann.

3 Fahrwerkabstimmung und Fahrdynamik-Analyse

Die Fahrwerkabstimmung des GLK bein-haltete eine detaillierte Abstimmung der Kinematik und Elastokinematik an der Vorder- und Hinterachse, um eine hohe Queragilität und ein sicheres und sta-biles Fahrverhalten bei hohen Fahrge-schwindigkeiten zu gewährleisten. Die

Dämpfer, Grundfeder- und Drehstabaus-legung wurde in vielen Entwicklungs-zyklen abgestimmt und hat maßgeb-lichen Anteil auf das komfortable, agile und sichere Fahrverhalten.

Die Lenkübersetzung wurde direkt ge-wählt, um durch einen geringen Lenk-winkelbedarf die Queragilität weiter zu steigern. Durch Einsatz von zahlreichen Messsensoren und Simulationsrechnun-gen konnten in einem stringenten Pro-zess die definierten Ziele von der digi-talen über die Erprobungsphase bis zur Serienphase erreicht werden, Bild 5.

Für die Beschreibung der Queragilität eines Fahrzeuges kann das Fahrmanöver „Gierverstärkung“ betrachtet werden, Bild 6. Dabei wird die Gierreaktion des

Bild 2: Fahrdynamikprüfungen auf der Rennstrecke

Bild 4: Hitzeerprobung in den Dünen der Wüste Namib Bild 5: Messtechnikaufbau im GLK

Bild 3: Wintererprobung jenseits des Polarkreises

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Fahrzeuges bei gleicher Anregung über den gesamten Fahrgeschwindigkeitsbe-reich dargestellt. Ziel ist es, im Geschwin-digkeitsbereich von 80 bis 120 km/h ein agiles Fahrzeug zu entwickeln. Um es je-doch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht zu „giftig“ oder „nervös“ wirken zu lassen, muss die Gierreaktion abge-schwächt werden. Der GLK erreicht bis 200 km/h einen großen Abfall von zirka 20 % Gierreaktion und damit ein hohes Maß an Fahrsicherheit. Ebenfalls wird dadurch ein guter Geradeauslauf und ein gutes Seitenwindverhalten erreicht.

Das stationäre Wankverhalten des GLK kann anhand des Fahrmanövers „Stationäre Kreisfahrt“ beschrieben wer-den. Die wechselseitige Federsteifigkeit, die sich aus der Grundfederung und der Drehstababstimmung zusammensetzt, bestimmt dabei, wie stark ein Fahrzeug

stationär horizontiert. Daraus ergibt sich das sehr gute Wankverhalten des GLK, der trotz geringen stationären Wankwinkeln einen hervorragenden Fahrkomfort besitzt, Bild 7. Somit kom-biniert der GLK neben der hohen Agili-tät eine angemessene Wankreaktion, wodurch sich das Sicherheitsempfinden des Fahrers steigert.

Zusätzlich kann aus der stationären Kreisfahrt das Eigenlenkverhalten und das Schwimmwinkelverhalten ermittelt werden, Bild 8. Beim Eigenlenkverhalten wird in der Auslegung generell ein leicht untersteuerndes Verhalten an-gestrebt. Bei der Festlegung des Eigen-lenkverhaltens des GLK wurde darauf Wert gelegt, dass der Zielkonflikt zwi-schen Agilität (niedriger Eigenlenkgra-dient) und Beherrschbarkeit (höherer Eigenlenkgradient) optimal gelöst wur-

de. Zusätzlich verbessert der niedrige Schwimmwinkelgradient die Stabilität des Fahrzeuges, wodurch die Sicherheit weiter steigt.

In der ESP-Fahrdynamikabstimmung besteht der Zielkonflikt darin, einerseits Agilität und Fahrspaß zu ermöglichen, andererseits jedoch die Fahrsicherheit nicht zu vernachlässigen. Um die sport-lichen fahrdynamischen Eigenschaften des GLK zu unterstützen, wurde in die-sem Prozess jede Fahrwerkvariante opti-miert, um dem Kunden die maximale Fahrdynamikperformance bei gleichblei-bend hohem Sicherheitsniveau zu er-möglichen. Dazu wurden auch einige ESP-Regeleingriffe situationsbezogen op-timiert.

4 Das Offroad-Technik-Paket

Die Geländeperformance des GLK stand bereits ab Entwicklungsbeginn im Fo-kus. Ziel war es, das Fahrzeug „kunden-nah“ abzustimmen. Auf Wald-, Sand- und Schotterpisten inklusive extrems-ter Steigungen und Gefällen soll er zu den besten seiner Klasse gehören. Für den GLK wurde deshalb das Offroad-Technik-Paket konzipiert, Bild 9. Haupt-bestandteile dieser Sonderausstattung sind:– Offroad-Fahrprogramm– Downhill-Speed-Regulation (DSR) – Lenkrad mit Schaltpaddles inklusive

M-Programm zur manuellen Auswahl der Getriebestufen

– technischer Unterfahr- und Unterbo-denschutz.

Eine besondere Herausforderung bei der Geländeerprobung ist die Vergleichbar-Bild 5: Messtechnikaufbau im GLK

Bild 7: Wankverhalten, Fahrmanöver „Stationäre Kreisfahrt“Bild 6: Queragilität, Fahrmanöver „Gierverstärkung“

Bild 8: Fahrzeugverhalten


keit der Messergebnisse. Bei den Erpro-bungsgeländen handelt es sich zum größten Teil um Naturstrecken, deren Eigenschaften sich permanent durch Witterungseinflüsse oder Streckenab-

nutzung ändern. Um die verschiedenen Erprobungsergebnisse dennoch mitein-ander vergleichen zu können, wurden bei den Offroad-Erprobungen viele stan-dardisierte Manöver durchgeführt.

5 Sand-Erprobung

Die Erprobung im Sand wurde haupt-sächlich in Dubai durchgeführt. Auf-grund der dort herrschenden Tempera-turen von über 40 °C und der riesigen Dünengebiete bestehen optimale Testbe-dingungen. Überdies sind die Sandver-hältnisse in Dubai für das Fahrzeug auf-grund der extremen Feinkörnigkeit des Sandes kritischer als in den meisten an-deren Dünengebieten.

Bei den Erprobungen im Wüstensand lag der Schwerpunkt auf den Themen Fahrbarkeit im Sand und Erprobung des Unterfahrschutzes. Um eine Reprodu-zierbarkeit der Versuchsergebnisse unter solchen Bedingungen zu erzielen, wurde außer den festgelegten Manövern ver-mehrt Messtechnik eingesetzt und damit die Sandverhältnisse „beschrieben“.

In Zusammenarbeit mit der Universi-tät Hohenheim wurden die vorliegenden Sandverhältnisse gemessen. Hierzu wur-de ein Flügelschermessgerät verwendet. Dieses besteht aus einem Kraftmesser und einer an einer Verlängerungsstange angebrachten Flügelschere, Bild 10. Mit diesem Messgerät besteht die Möglich-keit, den Sand zu Versuchsbeginn zu er-fassen und mit anderen Erprobungsge-bieten zu vergleichen.

Aufgrund seines vergleichsweise ge-ringen Gewichtes und verbunden mit der leistungsstarken Motorisierung er-füllt der GLK beste Voraussetzungen für das Fahren im tiefen Wüstensand. Damit der GLK aber auch unter diesen Bedin-gungen die hohen fahrdynamischen Sicherheitskriterien von Mercedes-Benz erfüllt, mussten die Regelsysteme ent-sprechend abgestimmt werden. Gleich-zeitig sollten sich die Fahrdynamikrege-lung nicht nachteilig auf das Fahren im Wüstensand auswirken. Außerdem muss-te bei der Abstimmung der Getriebesteu-erung für diese Verhältnisse darauf ge-achtet werden, dass die Optimierungen nicht zu Lasten der Bauteil-Schutzfunktio-nen für den Onroad-Fahrbetrieb gehen.

Als Bestandteil des Offroad-Technik-Paketes wurde das Zusammenspiel von Motor, Getriebe und ESP optimiert. Auch hier kamen Standard-Manöver zum Ein-satz, Bild 11 und Bild 12. Die Ausweichgas-se simuliert in diesem Fall das Befahren einer Düne mit einem Ausweichmanö-ver, zum Beispiel um einen Strauch oder Bild 10: Ermittlung des Fahrwiderstandes im Sand mit dem Flügelschermessgerät

Bild 9: Funktionen des Offroad-Tasters

GLK-KLasse



eine Mulde. Auch beim Sand-Slalom sol-len die ESP-Eingriffe ein flüssiges Fahren im Sand nicht verhindern. Die im Fahr-zeuglastenheft festgelegten Kriterien müssen hierbei messtechnisch belegt werden. Die Vorteile des Offroad-Technik-Paketes zeigen sich bei diesen Verhältnis-sen sehr deutlich. Die angehobenen Ge-triebeschaltpunkte zusammen mit den erhöhten ESP/ASR-Schwellen bewirken, dass das Fahrzeug im tiefen Wüstensand auf einem höheren Drehzahl-Niveau fah-ren kann und so genügend Leistung zur Verfügung steht. Auch lässt sich über das manuelle Schaltprogramm der ange-wählte Gang „sperren“ und damit ein ungewünschtes Schalten des Getriebes verhindern.

6 Unterfahr- und Unterbodenschutz

Der beim GLK erhältliche Unterfahr-schutz besteht aus der Abdeckung der Motorraumunterseite und des Unterbo-dens. Die Motorraumverkleidung besteht aus einem zweischaligen Kunststoff, in Bild 11: Prüfung der Regelsysteme: Anfahren und Fahrbarkeit im Sand

Bild 12: Ausweich-Simulationen an Steigungen im Tiefsand


dem eine zusätzliche Glasgewebeeinlage eingearbeitet wurde. Dadurch entsteht ein sehr stabiler Verbund. Der zweite Teil der Motorraumverkleidung besteht aus einer Stahllegierung. Der Unterboden wird durch den gleichen Werkstoff be-sonders geschützt, da sich das Fahrzeug-niveau im GLK nicht wie bei der M- und GL-Klasse variieren lässt und deshalb die Bodenfreiheit auf 201 mm begrenzt ist. Dieser Unterboden ist als Gleitschiene ausgelegt, der GLK kann so über Hinder-nisse im Bereich des Rampenwinkels hinübergleiten, Bild 13.

Der Unterfahrschutz wurde in Dubai schwerpunktmäßig in Bezug auf das Überfahren von Dünen (Fahrzeug liegt auf), frontales Auffahren auf Dünen und Sandeintrag in den Unterfahr-schutz erprobt. Um auch dafür objek-tive Ergebnisse zu erzielen, wurden die Bauteile mit Messtechnik ausgerüstet, Bild 14. Bei Manövern wie dem Überfah-ren von Dünen oder dem Auffahren auf Dünen mit definierten Geschwindig-keiten wurde die Deformation der ver-schiedenen Unterbodenverkleidungen gemessen und miteinander verglichen. Außerdem wurden diese dynamischen Tests im Fahrversuch mit statischen Prü-fungen abgeglichen. Dabei wurde die Motorraumverkleidung mit verschie-denen Lasten beaufschlagt, Bild 15. Diese verschiedenen Versuche konnten das Potenzial der Motorraumverkleidungen aus glasgewebeverstärktem Kunststoff gegenüber verschiedenen Stahllösungen bestätigen. Zudem ließ sich dadurch eine Gewichtsersparnis von zirka 10 kg erzielen.

7 Offroad-Erprobung mit Steigungs- und Verwindungsanteil

Bei diesen Versuchsreihen wurde ver-stärkt auf Messtechnik zurückgegriffen, um alle Versuchsergebnisse miteinander vergleichen zu können. Beschleunigungs-aufnehmer am Fahrwerk, an der Karosse-rie und im Innenraum lieferten dabei die Datengrundlage zum Vergleich aller ab-solvierten Tests auf den verschiedenen Testgeländen.

Auch bei diesen Offroad-Erprobungen wurden schwerpunktmäßig die Funk-tion des Offroad-Programmes und der Unterfahrschutz entwickelt.

Bild 14: Messtechnik zur Erfassung der Deformation an der Unterbodenverkleidung

Bild 15: Prüfung unterschiedlicher Unterfahrschutz-Varianten

Bild 13: Offroad-Unterfahrschutz des GLK

GLK-KLasse


Abstimmung | ErprobungD

OI:

10.1

365/

s357

78-0

08-0

14-57

Der Unterfahrschutz muss unter sol-chen Offroad-Bedingungen vergleichbare Anforderungen wie im Wüstensand er-füllen: Überfahren von Hügelkuppen und Auffahren auf ein Hindernis. Außer-dem wurde das Befahren einer Gelände-kante abgeprüft, die im kundennahen Fahrbetrieb als tückisches Hindernis häufiger vorkommen kann, beispielswei-se, wenn der Fahrer mit zu hoher Ge-schwindigkeit einen Absatz im unüber-sichtlichen Gelände übersieht. Bei diesen Versuchen wurden ebenfalls die Bauteile mit Messtechnik ausgerüstet, um die ein-zelnen Versuche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und verschiedenen Absätzen miteinander zu vergleichen. Natürlich wurde der Unterfahrschutz auch im normalen Testbetrieb im gesam-ten Gelände erprobt und bewertet.

Da die genannten Offroad-Strecken ei-nen großen Anteil an Steigungen und Ge-fällen aufweisen, wurden dort auch die Funktionen ASR und DSR erprobt. Der GLK zeichnet sich durch eine überragende Traktion aus. Die 4ETS-Regelung arbeitet sehr feinfühlig, gerade in Abschnitten mit starker Verwindung. Der GLK lässt sich auch hier mit wenig Aufwand (geringe Motordrehzahl) und mit wenig Schlupf fahren. Ebenfalls wurde in diesen Verwin-dungspassagen darauf geachtet, dass sich die Vorzüge der verwindungssteifen Ka-rosserie des Fahrzeugs zeigen und sich diese in einem angenehmen Geräuschni-veau widerspiegeln.

Optional sind für den GLK auch All-Terrain-Reifen erhältlich. Diese zeigen ein grobstolligeres Profil und eine ver-stärkte Seitenflanke. Dieser Reifen wurde bezüglich Traktion und Robustheit eben-falls auf diesen Strecken erprobt. ■

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