Das Ziel dieser Arbeit ist die Identifikation des Konzepts „sicheres Fahren“ für das System „dynamischer Bremsvorgang eines Pkw ohne ABS“ unter besonderer Berücksichtigung variabler Fahrzeuggeschwindigkeiten und Fahrzeugmassen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf den unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten und blockierenden Rädern im Zeitverlauf, aus welchen Schlussfolgerungen für „sicheres Fahren“ abgeleitet werden. Als Modalziel ist die korrekte mathematische Identifikation des Systems sowie die Veranschaulichung des Modells in MATLAB-Simulink aufzuführen. Ferner sollen in einem weiteren Modalziel die Anfangsgeschwindigkeit und Fahrzeugmasse als Treiber der Radgeschwindigkeit und des Bremsvorgangs im zeitlichen Verlauf identifiziert werden. Im letzten Modalziel soll der Schlupf als Kerngröße effizienter Bremssysteme herausgestellt werden.
Die Anzahl der Pkw-Neuzulassungen in Deutschland pro Jahr stieg bis vor der Coronakrise auf einen Höchstwert von 3,61 Mio. Die Anzahl zugelassener Pkw erreichte im Jahr 2022 einen Höchststand von 49 Mio. Proportional hierzu verhielten sich die Straßenverkehrsunfälle in Deutschland pro Jahr: Sie erreichten im Jahr 2018 einen Höchststand von 2,7 Mio. Paradoxerweise verhielten sich die Zahlen der Unfalltoten antiproportional zu den aufgeführten Entwicklungen. Die 2,4 Tsd. Verstorbenen bei Straßenverkehrsunfällen in Deutschland im Jahr 2021 stellen einen Tiefpunkt dar. Hieraus lässt sich eine Zunahme der Sicherheit im Straßenverkehr ableiten. Dies hängt zum einen mit technischen Entwicklungen wie dem Antiblockiersystem (ABS) zusammen, als auch mit einer erhöhten Sensibilität im Straßenverkehr auf Seiten der Bevölkerung.
Mit Blick auf das Verkehrsaufkommen in Deutschland tendiert die Gesellschaft zu hochmotorisierten SUV-Modellen. Im Jahr 2021 erreichte die Zahl der Neuzulassungen von Pkw nach Segmenten für SUV in Deutschland einen Höchstwert von 670 Tsd.. Ferner sind sicherheitsrelevante Bauteile sowie leistungsfähigere und größere Motoren die Treiber einer höheren Fahrzeugmasse.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Definition und Grundlagen
2.1 Systemmodellierung und Simulation
2.2 Latsch und Schlupf
2.3 Bremsvorgang eines sicheren Fahrzeugs
2.4 Sicheres Fahren
3 Systemidentifikation
3.1 Bremsvorgang eines Pkw ohne ABS
3.2 Aufstellen der Bewegungsgleichungen
3.3 Aufbau und Beschreibung des Blockschaltbilds
4 Simulation und Diskussion
4.1 Durchführung der Simulation
4.2 Veränderung der Anfangsgeschwindigkeit
4.3 Veränderung der Fahrzeugmasse
4.4 Analyse der Ergebnisse: Anfangsgeschwindigkeit
4.5 Analyse der Ergebnisse: Fahrzeugmasse
4.6 Analyse der Ergebnisse: Schlupf
4.7 Ergebnisse mit Blick auf die Fahrsicherheit
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Identifikation des Konzepts „sicheres Fahren“ für das System „dynamischer Bremsvorgang eines Pkw ohne ABS“ unter Berücksichtigung variabler Anfangsgeschwindigkeiten und Fahrzeugmassen mittels mathematischer Modellierung und Simulation in MATLAB Simulink.
- Mathematische Modellierung eines Pkw-Bremsvorgangs ohne ABS
- Analyse des Einflusses von Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit auf den Bremsweg
- Identifikation des Schlupfes als Kerngröße effizienter Bremssysteme
- Veranschaulichung der Systemparameter durch MATLAB-Simulink
- Herleitung von Empfehlungen für eine höhere Fahrsicherheit
Auszug aus dem Buch
3.1 Bremsvorgang eines Pkw ohne ABS
Abbildung 1 zeigt den Bremsvorgang eines Pkw, welcher ausgehend von der Geschwindigkeit vF,0 „durch einen Bremsvorgang bis zum Stillstand abgebremst wird. Im Latsch (Reifenaufstandsfläche) der Vorderreifen wirkt die Reibungskraft FR,V, an den Hinterrädern wirkt die Reibungskraft FR,H“ (Scherf, 2010, S. 24). Die im Latsch wirkende Reibungskraft ist abhängig vom Schlupf sowie vom durch den Bremsvorgang resultierenden Nickmoment. (vgl. ebd., S. 24) (s. 2.2, 2.3).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die steigende Bedeutung von Pkw im Straßenverkehr, thematisiert das Unfallgeschehen und motiviert die Notwendigkeit der Untersuchung des Bremsverhaltens ohne ABS.
2 Definition und Grundlagen: In diesem Kapitel werden grundlegende Konzepte wie Simulation, die physikalischen Zusammenhänge von Latsch und Schlupf sowie die Definitionen für sicheres Fahren dargelegt.
3 Systemidentifikation: Das Kapitel widmet sich der mathematischen Beschreibung des Bremsvorgangs durch das Aufstellen von Bewegungsgleichungen und der Überführung des Systems in ein Blockschaltbild.
4 Simulation und Diskussion: Hier erfolgt die Durchführung der Simulation für verschiedene Parameterkombinationen, gefolgt von einer detaillierten Analyse der Ergebnisse hinsichtlich Geschwindigkeit, Masse und Sicherheit.
5 Fazit: Das Fazit fasst die Erkenntnisse zusammen und bestätigt, dass eine optimale Fahrzeugmasse bei eingestelltem Schlupf einen entscheidenden Beitrag zur Fahrsicherheit leistet.
Schlüsselwörter
Bremsvorgang, ABS, MATLAB Simulink, Fahrzeugmasse, Anfangsgeschwindigkeit, Schlupf, Reibungskraft, Fahrsicherheit, Bremsweg, Bremsdauer, Systemmodellierung, Simulation, Bewegungsgleichung, Blockschaltbild.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht das mechanische System eines Pkw-Bremsvorgangs ohne ABS und analysiert dessen Dynamik sowie die Auswirkungen auf die Fahrsicherheit.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit fokussiert sich auf Systemmodellierung, Simulationsmethodik in MATLAB Simulink, Fahrzeugdynamik und die Optimierung des Bremsverhaltens.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist die Identifikation des Konzepts „sicheres Fahren“ für ein nicht-ABS-Bremssystem unter Berücksichtigung variabler Geschwindigkeiten und Fahrzeugmassen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine mathematische Modellierung mittels Differentialgleichungen durchgeführt, die anschließend in einem Blockschaltbild in MATLAB-Simulink simuliert und ausgewertet wird.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil liegt der Schwerpunkt auf der mathematischen Systemidentifikation und der anschließenden Simulation und Diskussion der Ergebnisse verschiedener Parameterkonstellationen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Bremsvorgang, Fahrsicherheit, Schlupf, Reibungskraft und MATLAB-Simulink maßgeblich definiert.
Warum spielt die Fahrzeugmasse eine solch zentrale Rolle bei der Simulation?
Die Masse beeinflusst maßgeblich die Normalkraft, die Reibungskraft und somit das gesamte Bremsverhalten, wobei ein stationärer Zustand der Fahrzeugmasse existiert, bei dem das System am effizientesten arbeitet.
Was ist die Schlussfolgerung bezüglich des Schlupfes?
Der Schlupf ist die Kerngröße für effiziente Bremssysteme; ein optimaler Schlupfwert von 0,13 führt zum effizientesten Bremsverhalten des untersuchten Systems.
- Quote paper
- Marius Utz (Author), 2022, Der Bremsvorgang ohne ABS. Modellierung und Simulation mit MATLAB Simulink, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1320811
