Aktive Sicherheitssysteme wie Antiblockiersysteme (ABS) oder Antriebsschlupfregelungen (ASR) ergänzen das Bremssystem und sollen das Fahrzeug in kritischen Situationen stabilisieren. Aber wie verhält sich ein Fahrzeug ohne diese zusätzlichen Systeme? Die Frage soll in diesem Assignment beurteilt werden.
Das Auto ist noch immer das Lieblingstransportmittel der Deutschen. Über 46 Millionen PKW halten sich auf den deutschen Straßen auf. Im Jahre 2019 wurden vom Statistisches Bundesamt in Wiesbaden 2.685.661 Verkehrsunfälle registriert, von denen 3046 Unfälle tödlich verliefen. Viele Unfälle könnten durch richtiges Bremsen sowie vorausschauendes Fahren vermieden werden. Insbesondere bei dem Thema Bremsen gibt es zahlreiche Parameter, die zu berücksichtigen sind. Je nach Fahrbahnbelag, Wetterverhältnissen, Geschwindigkeit und Fahrzeugmasse muss mehr oder weniger kräftig auf das Bremspedal getreten werden, wobei die Hauptfunktion der Bremse bzw. des Bremssystems darin besteht, das Fahrzeug aus jeder Geschwindigkeit sicher abzubremsen.
Der erste Teil der Arbeit dient der Behandlung der Grundlagen. Dabei wird auf die Fahrsicherheit, das Programm MATLAB mit der Toolbox Simulink sowie Bremssysteme in Personenkraftwagen eingegangen. Des Weiteren wird das Verhalten des Antiblo-ckiersystems dargestellt. Im zweiten Teil, dem Kernpunkt des Assignments, wird die Simulation vorgenommen. Die Darstellung der Bewegungsgleichung, die Aufstellung des Blockschaltbildes sowie die Durchführung der Simulation mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten sowie Fahrzeugmassen sind Gegenstand dieses Kapitels. Der dritte und damit letzte Teil der Arbeit schließt mit dem Resümee ab.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung
1.2 Aufbau des Assignments
2 Definitionen und Grundlagen
2.1 Sicheres Autofahren
2.2 MATLAB-Simulink
2.3 Bremssysteme im Personenkraftwagen
2.4 Elektronische Bremssysteme – Das Antiblockiersystem
3 Simulationen des Bremsvorganges ohne ABS
3.1 Darstellung der Bewegungsgleichung
3.2 Aufstellung des Blockschaltbildes in MATLAB-Simulink
3.3 Festlegung der Untersuchungseinheiten
3.4 Durchführung der Simulation
3.5 Veränderung der Angangsgeschwindigkeit und Fahrzeugmasse
4 Schlussfolgerung der Simulationsergebnisse
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Bremsverhaltens von Personenkraftwagen ohne Antiblockiersystem (ABS). Ziel ist es, durch eine Simulationsstudie mittels MATLAB Simulink zu analysieren, wie variierende Fahrzeugmassen und unterschiedliche Anfangsgeschwindigkeiten den Bremsvorgang sowie den Bremsweg beeinflussen, um ein besseres Verständnis für die physikalischen Zusammenhänge bei einer Notbremsung zu gewinnen.
- Grundlagen der allgemeinen Fahrsicherheit im Straßenverkehr
- Einsatz von MATLAB-Simulink zur Modellierung dynamischer Systeme
- Funktionsweise und Bedeutung von Bremssystemen in Personenkraftwagen
- Mathematische Herleitung von Bewegungsgleichungen für Rad und Fahrzeug
- Einflussanalyse von Fahrzeugmasse und Geschwindigkeit auf den Bremsweg
Auszug aus dem Buch
3.1 Darstellung der Bewegungsgleichung
Um den Bremsvorgang realistisch abbilden zu können, muss eine Bewegungsgleichung für die Räder sowie das Fahrzeug selbst aufgestellt werden. Die Formelinhalte des Simulationsvorganges können der Darstellung 2 im Anhang 2 entnommen werden. Einige Variablen werden im Verlaufe der Simulation angepasst. Auf weiterführende Herleitungen wird in diesem Kapitel allerdings verzichtet. Zur detaillierten Herleitung der Bewegungsgleichungen sowie der Definition und Festlegung der Variablen mit ihren Vorgabewerten wird aus diesem Grund auf den Anhang 3 verwiesen.
Bewegungsgleichung des Rades:
Ein frei rollendes Rad hat einen Schlupf λ = 0, ein blockiertes Rad den Schlupf λ = 1. Als Schlupf wird der Vorgang bezeichnet, der beim Bremsen oder Beschleunigen entsteht, wenn sich die Radumfangsgeschwindigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit unterscheidet. Bei 100 Prozent Schlupf blockiert das Rad, bei 0 Prozent Schlupf gibt es keinen Drehzahlunterschied.
Die Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten μ vom Schlupf kann für eine trockene Fahrbahn durch folgende Gleichung beschrieben werden:
Bewegungsgleichung des Fahrzeugs:
Die Bewegungsgleichung des Fahrzeugs wird durch das Gleichgewicht zwischen der d’Alembert‘schen Trägheitskraft (m · xF'') und der Summe aus der negativen Reibungskraft und dem Luftwiderstandskraft FL dargestellt. Die d’Alembert‘sche Trägheitskraft besagt, dass alle die auf einen bewegten Körper wirkenden Kräfte in und entgegen der Bewegungsrichtung einschließlich der Massenträgheitskraft zusammengenommen den Wert Null haben. Die Reibungskraft FR ergibt sich aus dem Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit des Schlupfs μ(λ) multipliziert mit der Normalkraft FN, die in der horizontalen Ebene der Gewichtskraft und somit der Masse m entspricht.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel stellt das Problem des Bremsverhaltens ohne ABS dar und definiert die Zielsetzung sowie den strukturellen Aufbau des Assignments.
2 Definitionen und Grundlagen: Hier werden essentielle theoretische Grundlagen zur Fahrsicherheit, zu MATLAB-Simulink sowie zur Funktionsweise von Bremssystemen und dem Antiblockiersystem vermittelt.
3 Simulationen des Bremsvorganges ohne ABS: Dieser Teil bildet das Kernstück der Arbeit, in dem die Bewegungsgleichungen aufgestellt, das Blockschaltbild in Simulink realisiert und diverse Simulationsszenarien durchgeführt werden.
4 Schlussfolgerung der Simulationsergebnisse: Im abschließenden Kapitel werden die gewonnenen Simulationsergebnisse interpretiert und in den Kontext der realen Fahrsicherheit sowie weiterer Einflussfaktoren gesetzt.
Schlüsselwörter
Bremsvorgang, ABS, MATLAB, Simulink, Systemanalyse, Fahrsicherheit, Bremsweg, Schlupf, Simulation, Bewegungsgleichung, Personenkraftwagen, Fahrzeugmasse, Anfangsgeschwindigkeit, Reibungskoeffizient, Notbremsung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht das physikalische Verhalten von Pkw-Bremssystemen ohne Antiblockiersystem (ABS) unter variablen physikalischen Parametern.
Was sind die zentralen Themenfelder der Studie?
Die zentralen Themen sind die Fahrsicherheit, die mathematische Modellierung von Bremsvorgängen und deren computergestützte Simulation.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Beurteilung des Einflusses von Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit auf den Bremsweg bei Fahrzeugen, die nicht über ein ABS verfügen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine simulationsbasierte Analyse durchgeführt, bei der Bewegungsgleichungen in einer MATLAB-Simulink-Umgebung grafisch als Blockschaltbilder abgebildet und numerisch ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die theoretischen Grundlagen der Bremsdynamik sowie die Durchführung und Auswertung von neun verschiedenen Simulationsszenarien mit unterschiedlichen Massen und Geschwindigkeiten.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Bremsvorgang, Simulation, MATLAB, Simulink, Schlupf und Fahrsicherheit beschreiben.
Welche Rolle spielt der Schlupf bei den Berechnungen?
Der Schlupf ist entscheidend für die Bestimmung des Reibungskoeffizienten; ein blockiertes Rad (100% Schlupf) weist in den Modellen einen schlechteren Reibwert auf als ein rollendes Rad mit optimiertem Schlupf.
Warum erhöht eine höhere Fahrzeugmasse bei bestimmten Geschwindigkeiten nicht zwangsläufig den Bremsweg?
In den Simulationen zeigte sich, dass eine leichte Erhöhung der Masse unter bestimmten Bedingungen den Schlupf in einen optimaleren Bereich (ca. 12%) verschieben kann, wodurch die Bremswirkung effizienter ausfällt als bei einem voll blockierten, leichteren Fahrzeug.
- Quote paper
- Jean Brückmann (Author), 2020, Bremsvorgang ohne ABS. Eine Simulationsstudie mit MATLAB Simulink, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1161199
