Ziel dieser Ausarbeitung ist die Simulation des Bremsvorgangs eines PKW ohne Antiblockiersystem (ABS). Durch verschiedene Kombinationen der Anfangsparameter Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugmasse werden verschiedene Szenarien vorgestellt. Die Auswirkungen auf den Bremsweg und die Rad- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer Vollbremsung werden unter der Zuhilfenahme des Programms MATLAB Simulink im Zeitverlauf für die Szenarien dargestellt und interpretiert. Aus den Erkenntnissen lassen sich Empfehlungen für das sichere Fahren ableiten und zusätzlich Faktoren aufzeigen, die den gesamten Anhalteweg verkürzen.
Nach dieser Einleitung wird der generelle Bremsvorgang eines Fahrzeugs kurz vorgestellt, insbesondere der mechanische Teil ohne das Einwirken eines ABS‘. Ergänzend dazu werden drei verschiedene Systeme zur Unterstützung des Bremsvorgangs vorgestellt, die in den heute zugelassenen Fahrzeugen zumeist im Einsatz sind. Im zweiten Kapitel stehen die Rad- und Fahrzeugbewegungsgleichungen sowie das MATLAB Simulink Blockschaltbild im Mittelpunkt, welche die Grundlage für die Simulation bilden. Als Basis für die Aufstellung der Bewegungsgleichungen und die Erstellung des Blockschaltbilds werden die Ergebnisse von SCHERF2 herangezogen und teilweise direkt übernommen. Der Hauptteil dieser Arbeit bildet Kapitel drei. Hier werden in insgesamt fünf Szenarien eine Vollbremsung simuliert, sowie die Ergebnisse aus dem Simulationsmodell dargestellt und analysiert. Im folgenden Kapitel werden Empfehlungen, aus den Simulationsergebnissen an sicheres Fahren abgeleitet. Abschließend werden im letzten Kapitel die Ergebnisse kurz zusammengefasst und mit einem Ausblick wird die Ausarbeitung abgeschlossen.
Inhaltsverzeichnis
1 Bremsvorgang eines Fahrzeugs
1.1 Bremsvorgang ohne ABS
1.2 Systeme zur Verbesserung/Unterstützung der Fahrzeugführung
2 Bewegungsgleichungen und Simulationsmodell
2.1 Vorstellung der Bewegungsgleichungen
2.2 Aufbau des Simulationsmodells in MATLAB Simulink
3 Simulationsdurchführung
3.1 Parametrierung der Wertekombinationen
3.2 Visualisierung der Simulationsergebnisse
3.3 Interpretation der Simulationsergebnisse
4 Schlussfolgerungen für das sichere Fahren
5 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht den Bremsvorgang eines PKW ohne Antiblockiersystem (ABS) mittels einer Simulation in MATLAB Simulink. Das Ziel ist es, durch die Analyse verschiedener Szenarien, die unterschiedlich mit Anfangsparametern wie Fahrzeugmasse und -geschwindigkeit kombiniert sind, die Auswirkungen auf das Bremsverhalten zu verdeutlichen und daraus Empfehlungen für eine sichere Fahrweise abzuleiten.
- Simulation von Vollbremsungen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Fahrzeugmassen
- Analyse des Blockierverhaltens der Räder und des damit verbundenen Bremswegs
- Vergleich der Auswirkungen von Fahrzeugdynamik auf die Fahrsicherheit
- Herleitung von sicherheitsrelevanten Empfehlungen für den Straßenverkehr aus Simulationsergebnissen
- Betrachtung von Einflussfaktoren auf den gesamten Anhalteweg
Auszug aus dem Buch
1.1 Bremsvorgang ohne ABS
Im konventionellen Bremsvorgang wird durch den Fahrer Druck auf das Pedal der Fußbremse ausgeübt. In der Bremsanlage wird diese Kraft im Hauptzylinder zu einem hydraulischen Druck umgewandelt. Die Bremsflüssigkeit ist das Übertragungsmedium, welches zwischen dem Hauptzylinder und den Radbremsen fungiert. Wenn die Radbremsen auslösen, so werden die Räder mittels Reibungsbremsen abgebremst. Dabei werden Reibungskräfte zwischen Reifen und Straße übertragen. Da es sich bei Reifen um einen elastischen Körper handelt sind bei diesem Vorgang die physikalischen Gesetzmäßigkeiten anders als bei einer Reibung zwischen festen Körpern. Wenn keine Haftung zwischen den Reifen und der Fahrbahn vorliegt, so tritt ein Gleiten auf. Diese Situation liegt beim Blockieren der Räder vor. Der Schlupf gilt in diesem Fall als Maß für den Gleitanteil der Räder bei Abrollbewegung in Längsrichtung und stellt so einen Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit vF bzw. der Reifengeschwindigkeit vR her.
Die Reifengeschwindigkeit kann dabei aus dem Produkt des dynamischen Reifenradius rdyn und der Radwinkelgeschwindigkeit ωR ermittelt werden. Beim Bremsvorgang kann der Schlupf, durch die Gleichung λ = (vF - vR) / vF beschrieben werden und Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Dabei stellt der Wert 0 ein frei rollendes Rad und der Wert 1 ein blockierendes Rad dar. Von hoher Relevanz beim Bremsvorgang ist der Kraftschluss μ zwischen Reifen und Straße im Bereich der Kontaktfläche, dem Latsch. Der Kraftschluss ist eine Funktion vom Schlupf μ(λ) und hängt unter anderem von dem Fahrbahnzustand und der Reifenbeschaffenheit ab. Der höchste Kraftschlussbeiwert tritt im Fall des Haftbeiwerts μh auf. Wenn dieser erreicht ist, nimmt der Kraftschluss bei steigendem Schlupf im weiteren Verlauf ab. Bei einem Schlupf mit dem Wert 1 existiert der Gleitbeiwert μg, welcher den Kraftschluss im Fall des Gleitens darstellt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Bremsvorgang eines Fahrzeugs: Das Kapitel erläutert die Grundlagen des Bremsvorgangs ohne ABS unter regelungstechnischen Aspekten und gibt einen Überblick über verschiedene Assistenzsysteme.
2 Bewegungsgleichungen und Simulationsmodell: Hier werden die mathematischen Bewegungsgleichungen für Fahrzeug und Räder hergeleitet und das entsprechende Simulationsmodell in MATLAB Simulink vorgestellt.
3 Simulationsdurchführung: In diesem Teil werden vier verschiedene Szenarien mit unterschiedlichen Massen und Geschwindigkeiten simuliert, die Ergebnisse visualisiert und anschließend interpretiert.
4 Schlussfolgerungen für das sichere Fahren: Das Kapitel leitet aus den gewonnenen Erkenntnissen der Simulation konkrete Empfehlungen für ein sicheres Fahrverhalten und die Unfallvermeidung ab.
5 Zusammenfassung und Ausblick: Die Arbeit schließt mit einer Rekapitulation der Ergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Entwicklungen im Bereich der vollautomatisierten Fahrzeugführung.
Schlüsselwörter
Systemanalyse, Bremsvorgang, Antiblockiersystem, ABS, MATLAB Simulink, Fahrzeugdynamik, Simulationsmodell, Bremsweg, Schlupf, Kraftschluss, Fahrsicherheit, Bewegungsgleichung, Vollbremsung, Anhalteweg, Fahrassistenzsysteme.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der systemanalytischen Betrachtung eines Fahrzeug-Bremsvorgangs ohne Antiblockiersystem mittels einer computergestützten Simulation.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Fahrzeugdynamik, die Modellbildung von Bremsprozessen, die Auswertung von Simulationsszenarien und die Ableitung von Sicherheitskriterien für den Kraftverkehr.
Was ist die Forschungsfrage oder das primäre Ziel?
Das Ziel ist die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Anfangsparameter wie Fahrzeugmasse und -geschwindigkeit auf das Bremsverhalten sowie die Identifikation von Faktoren, die den Anhalteweg beeinflussen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine modellbasierte Simulation unter Verwendung der Software MATLAB Simulink durchgeführt, um physikalische Bewegungsgleichungen zu visualisieren und zu analysieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die Erstellung des Simulationsmodells, die Definition verschiedener Szenarien, die Darstellung der Ergebnisse (Simulationsläufe) sowie deren physikalische Interpretation hinsichtlich Schlupf und Bremsweg.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Systemanalyse, Bremsvorgang, Schlupf, Kraftschluss, Fahrzeugdynamik und Simulation.
Warum blockiert das Rad in den Szenarien 0 und 1 trotz Bremsvorgang?
Das Rad blockiert, weil die Bremskraft bei dem gegebenen Modellaufbau und den Parametern so hoch ist bzw. die auftretenden physikalischen Bedingungen dazu führen, dass der Schlupf auf den Wert 1 ansteigt.
Welchen Einfluss hat die Fahrzeugmasse auf den Bremsweg laut der Simulation?
Die Simulation zeigt, dass eine Erhöhung der Fahrzeugmasse zu einer Änderung der Wirkungsweise der Bremskräfte führt und – wie im Vergleich der Szenarien 0 und 2 zu sehen – unter bestimmten Bedingungen den Bremsweg sogar verkürzen kann, da das Rad weniger schnell blockiert.
- Arbeit zitieren
- Julian Winter (Autor:in), 2021, Bremsvorgang ohne ABS. Simulation in MATLAB Simulink unter Berücksichtigung verschiedener Input-Parameter, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1282643
