⚡ elektrotechniek

Influence of Air Spring Pressure on Ride Comfort and Dynamic Response of an Electric Vehicle under Random Road Excitation

Deze studie onderzoekt hoe variërende luchtspanklachten de rijcomfort en het dynamische gedrag van elektrische voertuigen bij willekeurige wegexcitatie beïnvloeden, waarbij wordt onthuld dat hogere druk de ophangstijfheid en wielbelastingen verhoogt terwijl het comfort afneemt, waardoor optimale drukbereiken worden geïdentificeerd om deze tegenstrijdige factoren over verschillende wegklassen en snelheden heen in balans te brengen.

Oorspronkelijke auteurs: Nguyen Thanh Tung, Luong Van, Khau Tan Phat, Nguyen Thanh Danh, Phan Chuong Anh Khoi

Gepubliceerd 2026-10-05

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Nguyen Thanh Tung, Luong Van, Khau Tan Phat, Nguyen Thanh Danh, Phan Chuong Anh Khoi

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Elk voertuig dat over een weg rijdt, moet een constante strijd leveren tussen twee concurrerende behoeften. De eerste is de behoefte om de passagiers te isoleren van de ruwe, ongelijkmatige textuur van het wegdek, om de rit soepel en comfortabel te houden. De tweede is de behoefte om de banden stevig tegen de grond te houden, zodat het voertuig veilig kan sturen, remmen en accelereren. Als een ophangingssysteem te zacht is, kan de auto aanvoelen als een boot op een golf, waarbij de bestuurder wordt geïsoleerd van de weg maar het risico op controleverlies loopt wanneer de banden stuiteren. Als het systeem te stijf is, blijven de banden weliswaar geplaatst, maar wordt elke hobbel direct doorgegeven aan de passagiers, waardoor een rit een schokkerige ervaring wordt. Voor elektrische voertuigen is deze balans zelfs nog subtieler omdat de zware batterijpakketten en unieke motorkonfiguraties veranderen hoe de auto gewicht draagt en beweegt, waardoor de traditionele instellingen voor de ophanging minder effectief zijn.

In een recente studie hebben onderzoekers geprobeerd de precieze balans te vinden voor elektrische voertuigen uitgerust met luchtvering. In tegen tegenstelling tot traditionele stalen veren, die een vaste stijfheid hebben, gebruiken luchtveren samengeperst gas om het gewicht van het voertuig te ondersteunen. Door de druk van dit gas te veranderen, kunnen ingenieurs aanpassen hoe stijf of zacht de ophanging aanvoelt. Het team van de Vinh Long University of Technology Education in Vietnam onderzocht hoe verschillende niveaus van luchtdruk invloed hebben op een voertuig dat over wegen van variërende kwaliteit rijdt, van gladde snelwegen tot extreem ruwe paden. Ze simuleerden het voertuig dat met snelheden tussen de 30 en 60 kilometer per uur over vier verschillende soorten wegdekken reed, variërend van goed tot extreem slecht. Hun doel was om de ideale drukinstellingen te bepalen die de rit comfortabel houden zonder het contact van de band met de weg op te offeren.

De onderzoekers bouwden een gedetailleerd digitaal model van een elektrisch voertuig, waarbij ze het behandelden als een complex systeem met zeven bewegende delen om vast te leggen hoe de carrosserie en de wielen op oneffenheden reageren. Ze onderwierpen deze virtuele auto aan willekeurige trillingen die echte rijomstandigheden nabootsen, waarbij ze vier specifieke luchtdrukniveaus testten: 400.000, 600.000, 800.000 en 1.000.000 Pascal. Naarmate ze de druk verhoogden, werd de lucht in de veren moeilijker samendrukbaar, wat de ophanging effectief stijver maakte. De resultaten waren duidelijk en consistent over alle wegtypen heen: een hogere druk leidde tot een ruwere rit. Wanneer de druk op het laagste niveau was, absorbeerde het voertuig de oneffenheden goed, maar naarmate de druk steeg naar het maximum, begon de carrosserie van het voertuig heftiger te schudden. Op de gladste wegen die werden getest, zorgde het verhogen van de druk van de laagste naar de hoogste instelling ervoor dat de gemiddelde trilling die door de passagiers werd gevoeld, met bijna 41 procent toenam.

Deze toename in stijfheid had ook een directe impact op hoe de banden met de weg communiceerden. Hoewel een stijvere ophanging de indruk zou kunnen wekken dat de banden beter geplaatst blijven, lieten de simulaties op ruig terrein het tegenovergestelde effect zien. Terwijl de druk toenam, was de kans groter dat de banden stuiterden en contact met de grond verloren, vooral bij hogere snelheden. De onderzoekers maten dit met een factor die aangeeft hoeveel de belasting op de band fluctueert. Op de meest ruige wegen, wanneer het voertuig snel reed met een hoge luchtdruk, kwamen de banden gevaarlijk dicht bij het volledig loskomen van het oppervlak. Dit verlies van contact is cruciaal, omdat een band die de weg niet raakt, niet effectief kan sturen of remmen. De studie toonde aan dat op de meest onregelmatige oppervlakken de hoogste drukinstellingen de grip van de band aanzienlijk verminderden, wat een scenario creëerde waarin het voertuig instabiel kon worden.

De kwaliteit van het wegdek speelde een enorme rol in hoe deze drukinstellingen presteerden. Op gladde, hoogwaardige wegen kon het voertuig een breder scala aan drukken tolereren, waarbij instellingen tussen 400.000 en 800.000 Pascal een redelijke compromis boden tussen comfort en veiligheid. Echter, naarmate het wegdek ruwer werd, kromp de foutmarge. Op wegen van gemiddelde kwaliteit adviseerden de onderzoekers de druk te verlagen naar tussen de 400.000 en 600.000 Pascal om de veiligheid te waarborgen. Op zeer slechte en extreem ruige wegen suggereerden de simulaties dat de laagste drukinstelling de enige manier was om de rit draaglijk te houden en de banden in contact met de grond te houden. In deze zware omstandigheden creëerde rijden op hoge snelheid in combinatie met een hoge luchtdruk een perfecte storm van ongemak en gevaar, waarbij de carrosserie van het voertuig heftig schudde en de banden worstelden om grip te behouden.

De studie benadrukte ook dat de relatie tussen snelheid en druk niet lineair is. Sneller rijden op een ruige weg met een stijve ophanging versterkt de negatieve effecten, waardoor het voertuig meer stuitert en de banden vaker contact verliezen. De onderzoekers merkten op dat hoewel hun bevindingen een duidelijke gids bieden voor deze specifieke omstandigheden, ze gebaseerd zijn op computersimulaties in plaats van fysieke wegtests. Het model hield geen rekening met elke mogelijke variabele, zoals veranderingen in de lading van het voertuig of de complexe thermische dynamiek binnen de luchtveren. Desalniettemin bieden de resultaten een praktisch stappenplan voor ingenieurs en bestuurders. Ze suggereren dat voor elektrische voertuigen de luchtdruk in de ophanging niet op één enkele vaste waarde moet worden ingesteld. In plaats daarvan moet deze dynamisch worden aangepast, waarbij de druk wordt verlaagd naarmate de weg ruwer wordt of het voertuig sneller gaat, om ervoor te zorgen dat de auto een stabiel platform blijft voor zijn passagiers terwijl hij zijn voeten stevig op de grond houdt.

Technische Samenvatting: Invloed van luchtspanning op het rijcomfort en de dynamische respons van een elektrisch voertuig onder willekeurige wegexcitatie

Probleemstelling
De studie behandelt de cruciale uitdaging van het optimaliseren van het rijcomfort en de dynamische veiligheid van elektrische voertuigen (EV's) uitgerust met pneumatische (lucht)ophangingen. In tegenstelling tot conventionele stalen veren met een vaste stijfheid, bieden luchtophangingen aanpasbare stijfheid via de interne gasdruk. De specifieke invloed van de luchtspanning op de EV-dynamiek — met name gezien de unieke massaverdeling veroorzaakt door zware batterijpakketten en potentiële wielmotoren die de ongeveerde massa verhogen — blijft echter onderbelicht onder willekeurige wegexcitatie. Het onderzoek beoogt te bepalen hoe variërende luchtspanningen de versnelling van het voertuiglichaam (rijcomfort) en de dynamische wielbelastingen (band-weg contactmogelijkheid) beïnvloeden over verschillende wegruwheidsklassen (ISO 8608:2016 B, C, D en E) en voertuigsnelheden (30–60 km/u).

Methodologie
De auteurs ontwikkelden een zeven-vrijheidsgraden (7-DOF) dynamisch model van een elektrisch voertuig. Het model omvat:

Gevende massa: Drie vrijheidsgraden die verticale translatie ( $Z$ ), rol ( $\phi$ ) en pitch ( $\beta$ ) vertegenwoordigen.
Ongeveerde massa's: Vier vrijheidsgraden die de verticale beweging van de voor-linker, voor-rechter en achterasmassa's vertegenwoordigen, plus de rolbeweging van de achteras.

Het pneumatische ophangingssysteem werd gemodelleerd met behulp van equivalente stijfheids- en dempingscoëfficiënten afgeleid van luchtvolume, hulpkamers en de stromingskarakteristieken van leidingwerk. Het voertuig werd onderworpen aan willekeurige wegexcitaties gegenereerd volgens de ISO 8608:2016 normen voor wegklassen B (goed) tot E (extreem slecht).

Simulaties werden uitgevoerd om twee primaire prestatieparameters te evalueren:

RMS voertuiglichaamversnelling ( $\ddot{Z}_{RMS}$ ): Gebruikt als de primaire indicator voor het rijcomfort.
Dynamische belastingscoëfficiënt ( $k_d$ ): Berekend als de ratio van de dynamische wielbelasting ten opzichte van de statische wielbelasting. $k_{dmax}$ geeft de piekdynamische belasting aan, terwijl $k_{dmin}$ het risico op band-weg contactverlies (loskomen van het wegdek) beoordeelt.

De studie varieerde de interne luchtspanning van het luchtveer van $4 \times 10^5$ Pa tot $10 \times 10^5$ Pa en de voertuigsnelheid van 30 km/u tot 60 km/u.

Belangrijkste Resultaten
De simulatieresultaten toonden consistente trends over alle wegklassen:

Effect van druk op stijfheid en comfort: Het verhogen van de luchtspanning verhoogt de equivalente stijfheid van het ophangingssysteem. Bij een hogere druk leidt dit consequent tot een aanzienlijk hogere RMS-versnelling van het voertuiglichaam, wat het rijcomfort vermindert. Zo leidde op wegen van Klasse B bij 60 km/u het verhogen van de druk van $4 \times 10^5$ Pa naar $10 \times 10^5$ Pa tot een stijging van de lichaamsversnelling met ongeveer 41% (van 0,144 m/s² naar 0,203 m/s²).
Effect van druk op dynamische belastingen: Een hogere luchtspanning verhoogt de maximale dynamische belastingscoëfficiënt ( $k_{dmax}$ ) en verlaagt de minimale coëfficiënt ( $k_{dmin}$ ). Dit geeft aan dat stijvere ophangingen meer door de weg geïnduceerde krachten overbrengen naar het voertuiglichaam en het vermogen van de band om continu contact met het wegdek te behouden, verminderen.
Impact van wegruwheid en snelheid: De nadelige effecten van hoge druk worden versterkt door wegruwheid en voertuigsnelheid.
- Klasse B (Goed): Optimale drukbereik geïdentificeerd als $4 \times 10^5$ tot $8 \times 10^5$ Pa.
- Klasse C (Gemiddeld): Prestaties verslechteren; een lager bereik van $4 \times 10^5$ tot $6 \times 10^5$ Pa wordt aanbevolen om de veiligheid te waarborgen.
- Klasse D (Slecht) & E (Extreem slecht): Dynamische prestaties verslechteren aanzienlijk. Op Klasse E wegen bij 60 km/u en $10 \times 10^5$ Pa bereikte de lichaamsversnelling 0,930 m/s², en $k_{dmin}$ daalde naar 0,105, wat wijst op een ernstig risico op band-weg contactverlies. Voor deze condities zijn lagere drukken ( $4 \times 10^5$ Pa) en lagere snelheden noodzakelijk.
As-uniformiteit: De studie vond verwaarloosbare verschillen tussen de voor- en achteras respons, wat suggereert dat de lastverdeling en de ophangingskenmerken van het model uniform waren over de assen.

Betekenis en Claims
Het artikel beweert praktische richtlijnen te bieden voor het selecteren van luchtspanningen in luchtgeveerde elektrische voertuigen die opereren onder willekeurige wegexcitatie. De auteurs benadrukken dat druk moet worden behandeld als een optimale ontwerpparameter in plaats van enkel een operationele parameter. De studie identificeert specifieke drukbereiken die een compromis bieden tussen rijcomfort en het vermogen tot band-weg contact voor verschillende wegomstandigheden:

Klasse B: $4 \times 10^5$ – $8 \times 10^5$ Pa.
Klasse C & D: $4 \times 10^5$ – $6 \times 10^5$ Pa.
Klasse E: Lagere drukken zijn te prefereren, met name bij hogere snelheden.

Beperkingen
De auteurs erkennen expliciet de beperkingen van hun bevindingen:

Modelvalidatie: De resultaten zijn gebaseerd op een numeriek 7-DOF model en zijn nog niet gevalideerd door middel van volledige wegtests of experimentele metingen.
Modelsimplicatie: De luchtveer wordt gerepresenteerd door een equivalent stijfheidsmodel. Complexe nietlineaire effecten, zoals thermodynamische warmteoverdracht, hysteresis, thermische verliezen en drukafhankelijke demping, zijn niet expliciet opgenomen.
Vaste configuratie: De analyse gaat uit van een vaste voertuigconfiguratie en onderzoekt niet de effecten van variaties in lading, die de optimale drukinstellingen zouden kunnen beïnvloeden.
Evaluatiecriteria: De studie vertrouwt uitsluitend op RMS lichaamsversnelling en de dynamische belastingscoëfficiënt, waarbij andere metrieken voor rijcomfort of wegligging buiten beschouwing worden gelaten.

Het artikel concludeert dat hoewel de geïdentificeerde drukbereiken een redelijk compromis bieden voor het specifieke voertuigmodel en de onderzochte condities, zij niet als universele optimale waarden moeten worden beschouwd zonder verdere experimentele validatie en overweging van nietlineaire dynamica.

Meer zoals dit