Diese Ausarbeitung hat das Ziel die Vorgehensweise einer Simulation aufzuzeigen. Dies erfolgt anhand des Bremsverhaltens eines Personenkraftwagens ohne Antiblockiersystem. Dazu werden zunächst im zweiten Kapitel die theoretischen Grundbegriffe erläutert. Hier klären wir zunächst was unter Modellbildung, Simulation von Modellen und dem Antiblockiersystem zu verstehen ist. Anschließend wird im dritten Kapitel – in Anlehnung an Helmut SCHERF – ein mathematisches Modell in Form eines Blockschaltbildes entwickelt und dargestellt. Nachdem das Modell entwickelt wurde, wird die Simulation mit variiertem Fahrzeuggewicht und variierter Anfangsgeschwindigkeit durchgeführt. Die Erstellung des Blockschaltbildes sowie die Durchfüh-rung der Simulation erfolgt mit der Software MATLAB Simulink®. Danach werden die Schlussfolgerungen der Simulation diskutiert und Rückschlüsse gezogen. Abschließend wird im letzten Kapitel ein Fazit gezogen.
„Ziel jeder Simulation ist es, das zu betrachtende System durch ein Modell so gut zu beschreiben, dass die gewünschten Rückschlüsse vom Verhalten des Modells auf das Verhalten des realen Systems möglich werden.“ Die Grundlage für die Simulationen bildet ein materielles oder immaterielles Abbild der Realität, also ein Modell, welches jene Aspekte des realen Systems be-rücksichtigt, welche für den angestrebten Erkenntnisgewinn erforderlich sind. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) definiert den Begriff Simulation daher wie folgt: „Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind.“
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theoretische Grundlagen
2.1. Modellbildung
2.2. Simulation von Modellen
2.3. Antiblockiersystem
3. Simulation mit MATLAB Simulink®
3.1. Vorbereitung
3.1.1. Ermittlung der Bewegungsgleichung der Räder
3.1.2. Ermittlung des Kräftelegewichts des Fahrzeugs
3.1.3. Ermittlung des Blockschaltbildes
3.2. Durchführung
3.2.1. Vergleich 1: VW Golf VII inner- und außerorts
3.2.2. Vergleich 2: Autobahnfahrt VW Golf VII normal und voll beladen
3.3. Schlussfolgerung
4. Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit befasst sich mit der Simulation eines Bremsvorgangs bei einem Personenkraftwagen ohne Antiblockiersystem, um die Auswirkungen von Fahrzeuggewicht und Anfangsgeschwindigkeit auf das Bremsverhalten zu analysieren und physikalische Zusammenhänge mittels MATLAB Simulink® mathematisch abzubilden.
- Mathematische Modellierung der Fahrzeugdynamik
- Simulation von Bremsvorgängen unter variierenden Bedingungen
- Untersuchung des Einflusses von Fahrzeugmasse und Geschwindigkeit
- Implementierung eines Blockschaltbildes in MATLAB Simulink®
- Analyse des Blockierverhaltens der Räder
Auszug aus dem Buch
3.1.1. Ermittlung der Bewegungsgleichung der Räder
Zur mathematischen Modellierung muss die Bewegungsgleichung aufgestellt werden, hierzu werden die Räder und das Fahrzeug getrennt voneinander betrachtet. Zur Vereinfachung wird der Bremsvorgang nur für ein Rad betrachtet, hierzu wird es freigeschnitten, wie die folgende Abbildung zeigt:
Die Abbildung zeigt, dass folgende Größen des Rads berücksichtigt werden müssen: Winkelgeschwindigkeit (ωR), Drehwinkel (φR), Bremsmoment (MB), Normalkraft (FN), Reibungskraft (FR), Reibungskoeffizient (μ), Reifenradius (rR), und das Massenträgheitsmoment (JR). Um nun das Momentengleichgewicht zu bestimmen, wird das d'Alembertsche Trägheitsmoment entgegen der positiv gewählten Richtung eingetragen. Das Momentengleichgewicht um den Radmittelpunkt liefert nun die Bewegungsgleichung des Rades:
JR · φR = FR · rR - MB
Bei der Bewegung eines Rads ist das abrollen sein natürlicher Bewegungsvorgang. Wirken auf das Rad Brems- oder Beschleunigungskräfte ein, kann die reine Rollbewegung ein Gleiten überlagern. Der Anteil der gleitenden an der rollenden Bewegung wird als Schlupf (λ) bezeichnet. Es gilt: Ein frei rollendes Rad besitzt einen Schlupf von 0% und ein blockiertes Rad einen Schlupf von 100%. In dieser Ausarbeitung wird der Schlupf nicht simuliert. Soll dies jedoch geschehen, kommt folgende Formel zum Einsatz:
λ = (vF - vR) / vF
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Zielsetzung der Simulation und definiert den Begriff der Simulation gemäß der VDI-Richtlinien.
2. Theoretische Grundlagen: Hier werden die wesentlichen theoretischen Konzepte wie Modellbildung, der Simulationsprozess und die Funktionsweise eines Antiblockiersystems dargelegt.
3. Simulation mit MATLAB Simulink®: Dieses Kernkapitel umfasst die mathematische Herleitung der Bewegungsgleichungen, die Erstellung des Blockschaltbildes sowie die Durchführung und Auswertung verschiedener Bremsszenarien.
4. Fazit: Das abschließende Kapitel fasst die gewonnenen Erkenntnisse über den Einfluss der Fahrzeugparameter auf das Bremsverhalten zusammen und bewertet die Aussagekraft der Simulation.
Schlüsselwörter
Simulation, MATLAB Simulink, Bremsvorgang, Antiblockiersystem, Fahrzeugdynamik, Bewegungsgleichung, Blockschaltbild, Bremsweg, Fahrzeuggewicht, Schlupf, physikalische Modellierung, Kraftfahrzeugtechnik, Bremszeit, Radblockieren, Geschwindigkeitsvariation
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der mathematischen Modellierung und der rechnergestützten Simulation eines Bremsvorgangs bei einem Fahrzeug, das nicht über ein Antiblockiersystem verfügt.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die physikalische Fahrzeugmodellierung, die dynamische Simulation von Bremsmanövern und die Analyse der dabei auftretenden Kräfte.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, den Einfluss variierender Parameter wie das Fahrzeuggewicht und die Anfangsgeschwindigkeit auf den Bremsweg und das Blockierverhalten der Räder quantitativ aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine mathematische Modellierung der Rad- und Fahrzeugdynamik vorgenommen, die anschließend in der Software MATLAB Simulink® als Blockschaltbild implementiert und simuliert wird.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden die Bewegungsgleichungen der Räder und des Fahrzeugs hergeleitet, das Simulationsmodell erstellt und zwei Szenarien (Vergleich innerorts/außerorts sowie Autobahnfahrt mit unterschiedlicher Beladung) ausgewertet.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Charakterisierende Begriffe sind Simulation, Bremsvorgang, Fahrzeugdynamik, MATLAB Simulink, Bremsweg und Antiblockiersystem.
Warum wird im Modell explizit auf ein Antiblockiersystem verzichtet?
Der Verzicht dient der Vereinfachung des Modells, um das grundlegende Blockierverhalten der Räder ohne elektronische Regelsysteme isoliert betrachten und analysieren zu können.
Welche Auswirkungen hat das Blockieren der Räder auf den Bremsweg?
Die Simulation zeigt, dass das Blockieren der Räder zu einer signifikanten Abnahme der Bremswirkung führt, was den Bremsweg im Vergleich zu kontrollierten Verzögerungsvorgängen deutlich verlängert.
Wie beeinflusst die Fahrzeugmasse das Ergebnis?
Eine Erhöhung der Fahrzeugmasse verändert das Blockierverhalten; ab einer bestimmten Gewichtsbelastung zeigt die Simulation ein verändertes dynamisches Verhalten beim Abbremsen.
Welche Rolle spielt die Anfangsgeschwindigkeit für die Bremszeit?
Die Arbeit verdeutlicht, dass eine Verdopplung der Anfangsgeschwindigkeit näherungsweise zu einer Verdopplung der Bremszeit und einer Vervierfachung des Bremswegs führt, sofern die Räder blockieren.
- Arbeit zitieren
- Emanuel Ibing (Autor:in), 2017, Bremsvorgang ohne Antiblockiersystem, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/352244
