Seit 1991 ist die Zahl der Verkehrstoten pro Jahr in Deutschland stark gesunken. Obwohl die geleisteten PKW-Kilometer auf deutschen Straßen im gleichen Zeitraum um ca. 50% gestiegen sind sank die Zahl der Verkehrstoten um über 60%. Das Fazit hieraus ist: der Straßenverkehr wird sicherer. Dies liegt nicht zuletzt an Sicherheitssystemen wie Airbags, sondern auch einem erhöhten Sicherheitsdenken sowie am Einsatz von Fahrassistenzsystemen. In diesem Zusammenhang nimmt der Bremsvorgang eine zentrale Stellung ein. Insbesondere bei immer schwerer werdenden Fahrzeugen wird ein rasches Abbremsen angestrebt, da die kinetische Energie in Bezug auf die Sicherheit eine wichtige Rolle spielt.
Die kinetische Energie, die sich bei bewegten Fahrzeugen als Produkt bewegter Masse mit der Beschleunigung des Fahrzeuges ausdrücken lässt spielt auch beim Bremsvorgang eine wichtige Rolle, da sich ableiten lässt, dass unterschiedliche Ausgangsmassen sowie -geschwindigkeiten einen maßgeblichen Einfluss auf das Bremsverhalten ausüben. Solche physikalischen Zusammenhänge können für verschiedene Parameter mithilfe des Softwaretools
Simulink® von Matlab® simuliert und diskutiert werden und geben weiter Aufschluss für sicheres Fahren ohne ABS.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Einführung in das Thema
1.2. Problemorientierte Fragestellung
2. Grundlagen
2.1. Der Systembegriff
2.2. Dynamische Systeme
2.3. Modellierung und Simulation von Systemen
2.4. Bremsvorgang
3. Bremsvorgang eines PKW ohne ABS
3.1. Bewegungsgleichung Rad
3.2. Bewegungsgleichung PKW
3.3. Modellbildung
3.4. Weiterführende Simulationen
4. Fazit und kritischer Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, den physikalischen Bremsvorgang eines PKW ohne Anti-Blockier-System (ABS) durch eine strukturierte Systemanalyse zu modellieren und mittels Computersimulationen zu untersuchen, um die Auswirkungen von Fahrzeugmasse und Ausgangsgeschwindigkeit auf das Bremsverhalten zu verdeutlichen.
- Grundlagen dynamischer Systeme und Systemmodellierung
- Physikalische Modellbildung des Bremsvorgangs (Rad und Gesamtfahrzeug)
- Simulation komplexer Zusammenhänge mit Matlab Simulink
- Analyse der Einflussfaktoren wie Reibungskoeffizient und Schlupf
- Vergleichende Untersuchung verschiedener Fahrzeugkonfigurationen
Auszug aus dem Buch
3. Bremsvorgang eines PKW ohne ABS
Um den Bremsvorgang eines PKW ohne ABS hinreichend modellieren und simulieren zu können macht es vorab Sinn, das Gesamtsystem PKW mit den relevanten wirkenden Kräften zu betrachten und anschließend soweit zu abstrahieren, das ein Modell entsteht, welches das Systemverhalten im Rahmen einer Simulation möglichst realgetreu wiederspiegelt zu erstellen. Das Gesamtsystem ist in Abbildung 5 dargestellt.
Es wirken die Anfangsgeschwindigkeit des PKW vF,0, die Reibungskraft in der Reifenaufstandsfläche des Vorderrades, auch Latsch genannt, FR,V, und die Reibungskraft im Latsch des Hinterrades FR,H. Beim Bremsvorgang wirkt über die horizontale Achse des Fahrzeuges ein Drehmoment, aus welchem eine höhere Belastung auf das Vorderrad als auf das Hinterrad resultiert, auch Nickmoment genannt (vgl. Scherf, H., 2010, S.24). Entsprechend ist FR,H kleiner als FR,V.
3.1. Bewegungsgleichung Rad
Um die Bewegungsgleichung für das Gesamtsystem aufstellen zu können müssen Fahrzeug und Räder getrennt betrachtet werden. Zur sinnvollen Vereinfachung des Modelles wird nur ein Rad betrachtet. Dieses wird freigeschnitten und die wirkenden Kräfte und Drehmomente eingetragen. Die hier wirkenden Kräfte und Momente sind in Abbildung 6, S. 7, dargestellt. Der Drehwinkel des Rades stellt die Koordinaten des Systems dar.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die positive Entwicklung der Verkehrssicherheit in Deutschland und führt in die theoretische Relevanz von Bremssystemen und die Aufgabenstellung der Arbeit ein.
2. Grundlagen: Hier werden die theoretischen Fundamente gelegt, indem Systembegriffe, die Dynamik von Systemen sowie Methoden zur mathematischen Modellierung und Simulation definiert werden.
3. Bremsvorgang eines PKW ohne ABS: Dieses Kapitel stellt das physikalische Modell auf, leitet die Bewegungsgleichungen für Räder und Fahrzeug ab und präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Simulink-Simulationen.
4. Fazit und kritischer Ausblick: Das Fazit fasst die Erkenntnisse aus der Simulation zusammen und diskutiert, wie durch angepasstes Bremsverhalten die Sicherheit bei Fahrzeugen ohne ABS erhöht werden kann.
Schlüsselwörter
Systemanalyse, Bremsvorgang, ABS, PKW, Simulation, Simulink, Modellbildung, Dynamische Systeme, Bremsweg, Fahrzeugmasse, Schlupf, Reibungskoeffizient, Sicherheit, Fahrtechnik, Bewegungsgleichung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der physikalischen Modellierung und systemtechnischen Simulation eines Bremsvorgangs bei Personenkraftwagen, die nicht mit einem Anti-Blockier-System (ABS) ausgestattet sind.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die mathematische Beschreibung physikalischer Vorgänge beim Bremsen, die Systemtheorie, die Simulation mit Softwaretools sowie die Analyse von Bremswegen in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern.
Was ist die primäre Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen Fahrzeugmasse, Anfangsgeschwindigkeit und Bremsverhalten bei blockierenden Rädern physikalisch zu simulieren und zu diskutieren, um das Sicherheitsrisiko ohne ABS besser zu verstehen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine systemanalytische Methode angewandt, die auf der Freischneidung physikalischer Komponenten und der Überführung von Bewegungsgleichungen in Blockschaltbilder für die Simulation in Matlab Simulink basiert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil widmet sich der systematischen Herleitung der Bewegungsgleichungen für einzelne Räder und das Gesamtfahrzeug, gefolgt von einer detaillierten Simulation verschiedener Fahrszenarien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie Bremsvorgang, Simulation, Modellbildung, Systemanalyse und Fahrwerksdynamik charakterisieren.
Welchen Einfluss hat die Fahrzeugmasse auf das Blockieren der Räder?
Die Simulation zeigt, dass leichtere Fahrzeuge tendenziell eher zu blockierenden Rädern neigen, da das wirkende Bremsmoment bei geringerer Masse leichter die Haftgrenze der Reifen überschreitet.
Was ist das zentrale Ergebnis bezüglich des Bremsverhaltens ohne ABS?
Die Untersuchung verdeutlicht, dass ein abruptes Blockieren der Räder den Bremsweg verlängert und die Lenkkontrolle beeinträchtigt, weshalb ein kontrollierter, progressiver Bremsvorgang entscheidend ist.
Warum ist das "Nickmoment" für das Bremsmodell relevant?
Das Nickmoment führt zu einer dynamischen Radlastverlagerung während des Bremsens, was die Belastung zwischen Vorder- und Hinterrädern ungleich verteilt und somit die unterschiedlichen Reibungskräfte beeinflusst.
Wie unterscheidet sich das Modell beim Stadt- und Autobahnverkehr?
Die Simulation vergleicht verschiedene Geschwindigkeitsniveaus und Fahrzeugmassen, um aufzuzeigen, wie sich der Bremsweg bei variierenden kinetischen Ausgangsenergien in unterschiedlichen Verkehrssituationen verhält.
- Arbeit zitieren
- Johann Padel (Autor:in), 2019, Bremsvorgang ohne ABS. Grundlagen sowie Modellbildung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1184092
