Finalziel dieser Ausarbeitung ist es, den Einfluss der Anfangsgeschwindigkeit und der Fahrzeugmasse im dynamischen Bremsvorgang zu beschreiben und Schlussfolgerungen für die Fahrsicherheit abzuleiten. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf blockierende Räder gelegt. Physikalische Hintergründe werden mathematisch beschrieben und mittels Simulationen veranschaulicht, d.h. das Aufstellen der notwendigen Differentialgleichungen (DFG) und die Ausarbeitung des notwendigen Blockschaltbildes (BSB) stellen Modalziele dar.
Um dies zu erreichen, werden zunächst relevante Begriffe definiert. Der folgende Teil erörtert eingangs das zu untersuchende Modell Bremsvorgang eines PKW ohne ABS inkl. seiner physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Das Modell wird genauer analysiert, um die notwendigen Gleichungen aufzustellen, die im zu erstellenden BSB in Simulink berücksichtigt werden. Die Erkenntnisse werden genutzt, um den Bremsvorgang mit unterschiedlichen Massen und Geschwindigkeiten zu simulieren, die Ergebnisse graphisch darzustellen und zu diskutieren. Schlussendlich wird die Arbeit zusammengefasst und einer kritischen Würdigung unterzogen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen
3 Systemidentifikation „Bremsvorgang eines PKW ohne ABS“
3.1 Aufstellen der Bewegungsgleichungen
3.2 Aufbau und Beschreibung des Blockschaltbildes
4 Simulationen des Bremsvorganges
4.1 Veränderung der Geschwindigkeit
4.2 Veränderung der Geschwindigkeit bei höherer Masse
4.3 Diskussion der Ergebnisse und Schlussfolgerungen für Fahrsicherheit
5 Schluss
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die Arbeit untersucht den Einfluss der Anfangsgeschwindigkeit und der Fahrzeugmasse auf den dynamischen Bremsvorgang bei einem PKW ohne ABS, um daraus Erkenntnisse für die Fahrsicherheit abzuleiten und die Bedeutung des Schlupfes bei der Verzögerung zu verdeutlichen.
- Mathematische Modellierung des Bremsvorgangs mittels Differentialgleichungen.
- Erstellung und Analyse eines Blockschaltbildes (BSB) in der Software Simulink.
- Simulation von Bremsvorgängen unter Variation von Masse und Anfangsgeschwindigkeit.
- Untersuchung der Auswirkungen von blockierenden Rädern auf den Bremsweg.
- Ableitung sicherheitstechnischer Schlussfolgerungen für die Fahrzeugdynamik.
Auszug aus dem Buch
3.1 Aufstellen der Bewegungsgleichungen
Als nächstes werden die relevanten Differentialgleichungen erarbeitet, wobei die Räder und der PKW separat untersucht werden. Abb. 2 steigt ein freigeschnittenes Rad inkl. der wirkenden Kräfte, den Drehmomenten und dem Drehwinkel ϕR des Rades, welcher gleichzeitig die Koordinate zur Beschreibung der Raddrehbewegung ist. Die Verzögerung wird stellvertretend für alle vier Räder exemplarisch nur an einem Rad beschrieben.
Die positive Richtung der Bewegung sei nach rechts abgebildet. Die Radgeschwindigkeit vR ist das Produkt aus dem Radradius rR und der Winkelgeschwindigkeit ωR und rollt somit nach rechts. Die Bewegungsgleichung des Rades resultiert aus dem Momentengleichgewicht um den Radmittelpunkt:
Auf der linken Seite ist das d’Alembertsche Trägheitsmoment, welches entgegen der positiv gewählten Richtung eingetragen ist, abgebildet, wohingegen sich die rechte Seite aus der Differenz zwischen dem Drehmoment MR und dem Bremsmoment MB zusammensetzt. Das Drehmoment MR treibt das Rad an und resultiert aus der im Latsch entstehenden Reibungskraft FR, die das Fahrzeug verzögert und über den Radradius rR wirkt. Das Produkt des Reibungskoeffizienten µ und der Normalkraft FN ergibt die Reibungskraft.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die Thematik der Fahrsicherheit und Zielsetzung der Analyse von Bremsvorgängen unter Berücksichtigung von physikalischen Parametern.
2 Grundlagen: Definition grundlegender Begriffe wie System, Modell, Simulation, Latsch, Nickmoment und Schlupf im Kontext der Mechanik.
3 Systemidentifikation „Bremsvorgang eines PKW ohne ABS“: Herleitung der physikalischen Bewegungsgleichungen für das Rad und den PKW sowie Aufbau eines Blockschaltbildes in Simulink.
4 Simulationen des Bremsvorganges: Durchführung und Auswertung verschiedener Simulationen unter Variation von Anfangsgeschwindigkeit, Masse und Bremsmoment zur Untersuchung des Bremswegs.
5 Schluss: Zusammenfassung der Erkenntnisse, dass nicht das Bremsmoment, sondern die Kontrolle des Schlupfes zur Vermeidung blockierender Räder für die Fahrsicherheit entscheidend ist.
Schlüsselwörter
Systemanalyse, Bremsvorgang, ABS, Blockschaltbild, Simulink, Fahrsicherheit, Schlupf, Bremsweg, Reibungskraft, Differentialgleichungen, Fahrzeugmasse, Anfangsgeschwindigkeit, Bremsmoment, Simulation, Kraftfahrzeugtechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der systemanalytischen Untersuchung des Bremsvorgangs eines PKW ohne ABS und den physikalischen Zusammenhängen, die dabei eine Rolle spielen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Themenfelder umfassen die Fahrzeugdynamik, mathematische Modellbildung durch Differentialgleichungen sowie die Computersimulation in Simulink.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, den Einfluss von Masse und Geschwindigkeit auf den Bremsvorgang zu beschreiben und daraus Schlussfolgerungen für die Fahrsicherheit zu ziehen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine systemtheoretische Modellbildung angewandt, bei der reale physikalische Vorgänge in ein Simulationsmodell übersetzt und rechnergestützt analysiert werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die mathematische Herleitung der Bewegungsgleichungen, den Aufbau des Blockschaltbildes und die anschließende Durchführung sowie Diskussion verschiedener Simulationsszenarien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Schlupf, Bremsweg, Fahrsicherheit und systemtechnische Modellierung charakterisiert.
Warum ist das Blockieren der Räder für das Modell so relevant?
Das Blockieren der Räder hat einen entscheidenden Einfluss auf die Fahrzeugverzögerung und die Lenkbarkeit des Fahrzeugs, was die Notwendigkeit technischer Regelsysteme unterstreicht.
Welche Rolle spielt der "Schlupf" in der Simulation?
Der Schlupf ist die zentrale Stellgröße für den Reibungskoeffizienten zwischen Rad und Straße; eine optimale Verzögerung wird bei einem spezifischen Schlupfwert erreicht, bevor die Räder blockieren.
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- Philipp Stockinger (Autor), 2017, Der Bremsvorgang ohne ABS. Simulation und Folgen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/381265
