Jährlich sterben in Deutschland tausende Menschen aufgrund von Verkehrsunfällen, im Jahr 2016 waren es 3.206 Todesopfer. Auch wenn diese Zahl seit Jahren stetig sinkt und im Vergleich zum Jahre 1991, auf nahezu ein Viertel der damaligen Todesopfer gesunken ist, führt sie immer wieder zu einem politischem Diskurs über die Einführung eines Tempolimits auf deutschen Straßen.
Interessant ist insbesondere der Sachverhalt, der sinkenden Anzahl an Verkehrstoten trotz der immer stärkeren Motoren, welche eine größere Beschleunigung und eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit mit sich bringen sowie die steigende Masse der Fahrzeuge. Mit diesem Hintergrund, soll im Rahmen dieses Assignments, der Bremsvorgang eines PKWs ohne ABS analysiert werden. Durch diese Untersuchung, soll der Einfluss der erwähnten Parameter Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit, auf das Bremsverhalten eines PKWs herausgearbeitet werden. Wie stark beeinflussen diese beiden Faktoren den Bremsweg eines Fahrzeugs und welche anderen Faktoren spielen dabei noch eine Rolle?
Dazu werden in Kapitel 2 Grundlegende und für dieses Assignment relevante Begriffe erläutert. Die entsprechenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten des Bremsvorgangs, werden in Form von Differenzialgleichungen in Kapitel 3 aufgestellt und anschließend das daraus abgeleitete Blockschaltbild erstellt. In Kapitel 4 werden die eigentlichen Simulationen des Bremsvorgangs in Matlab Simulink durchgeführt – hierzu werden 4 verschiedene Wertekombinationen aus der Fahrzeugmasse und Fahrzeuganfangsgeschwindigkeit verwendet. Die Ergebnisse in Form von der Radgeschwindigkeit im Zeitverlauf, werden anschließend grafisch dargestellt sowie in Kapitel 5 zusammengefasst und diskutiert.
Ganz grundsätzlich verfolgt dieses Assignment das Ziel, ein mechanisches System durch ein Simulationsmodell darzustellen und sein Verhalten mit unterschiedlichen Eingangsparametern (Fahrzeugmasse und Geschwindigkeit) zu simulieren. Dazu ist es wichtig zwischen einem realen mechanischem System und dem Simulationsmodell zu unterscheiden. Das reale System besitzt durch die Umwelteinflüsse eine nahezu unendliche Komplexität, diese lässt sich in einem Modell nur eingeschränkt darstellen. Trotz dieser Komplexitätsreduktion, kann die Simulation durch ein Modell aussagekräftige Werte liefern, welche auf die Realität übertragbar sind.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Problemstellung
2. Grundlagen
2.1 Simulation von Systemen
2.2 Was sind Differentialgleichungen
2.3 Begrifflichkeiten
3. Differentialgleichungen und die Erstellung des Blockschaltbildes
3.1 Differentialgleichung des Bremsvorgangs ohne ABS
3.2 Blockschaltbild
4. Simulation in Matlab - Simulink
4.1 Simulationsergebnisse – variierte Fahrzeuggeschwindigkeiten und /-masse
4.1.1 Variierte Geschwindigkeiten
4.1.2 Variierte Massen
5. Analyse und Diskussion der Simulationsergebnisse
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, den Bremsvorgang eines PKWs ohne Antiblockiersystem (ABS) mittels eines mechanischen Simulationsmodells in Matlab-Simulink zu untersuchen, um den Einfluss von Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit auf das Bremsverhalten quantitativ zu analysieren.
- Mathematische Modellierung der Fahrzeugdynamik durch Differentialgleichungen
- Erstellung und Implementierung eines Blockschaltbildes in Matlab-Simulink
- Simulation des Bremsvorgangs unter Variation von Anfangsgeschwindigkeit und Fahrzeugmasse
- Vergleichende Analyse des Einflusses von Parametern auf Bremsweg und Bremsdauer
- Diskussion der Bedeutung von Fahrerassistenzsystemen zur Optimierung des Bremsmoments
Auszug aus dem Buch
3.1 Differentialgleichung des Bremsvorgangs ohne ABS
Dieses Kapitel beinhaltet die Erstellung und Erläuterung von Differentialgleichungen, welche für die Modellbildung in Form eines Blockschaltbildes benötigt werden.
Was wird betrachtet? In diesem Assignment, betrachten wir den Bremsvorgang eines PKWs mit der Anfangsgeschwindigkeit νF, und der Masse m, beide Variablen, werden im späteren Simulationsverlauf variiert um die Auswirkungen der einzelnen Variablen auf den Bremsvorgang feststellen zu können – doch zuerst müssen die Differentialgleichung z.B. in Form von Bewegungsgleichungen aufgestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Räder und der PKW getrennt betrachtet werden müssen.
Die Bewegungsgleichung des PKWs lautet wie folgt:2
m*χ´´F = - FR - FL (1)
hierbei ist m die Masse des Fahrzeugs und χ´´F die 2. Ableitung des Weges, also die Beschleunigung. Zusammen werden diese beiden Faktoren die d`Alembertsche Trägheitskraft genannt. FR wird als Reibungskraft und FL als Luftwiderstandskraft bezeichnet, beide Kräfte wirken, ebenfalls wie das d`Alembertsche Trägheitsmoment, entgegen der Fahrtrichtung χF des PKWs. (Abbildung 1)
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung und Problemstellung: Einführung in die Thematik der Verkehrssicherheit und Definition der Zielsetzung, den Bremsvorgang ohne ABS unter Variation physikalischer Parameter zu untersuchen.
2. Grundlagen: Vermittlung der theoretischen Basis, bestehend aus der Systemsimulation, mathematischen Grundlagen von Differentialgleichungen sowie fahrzeugdynamischen Fachbegriffen wie Latsch, Nickmoment und Schlupf.
3. Differentialgleichungen und die Erstellung des Blockschaltbildes: Herleitung der Bewegungsgleichungen für Fahrzeug und Rad sowie deren Überführung in ein strukturiertes Blockschaltbild für die Simulation.
4. Simulation in Matlab - Simulink: Durchführung der numerischen Simulationen mit verschiedenen Kombinationen aus Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit sowie grafische Aufbereitung der Ergebnisse.
5. Analyse und Diskussion der Simulationsergebnisse: Kritische Auswertung der gewonnenen Simulationsdaten und Erläuterung der Bedeutung des Bremsmoments sowie der Rolle moderner Fahrassistenzsysteme.
Schlüsselwörter
Systemanalyse, Bremsvorgang, ABS, Differentialgleichung, Simulation, Matlab Simulink, Schlupf, Fahrzeugmasse, Anfangsgeschwindigkeit, Bremsweg, Reibungskraft, Blockschaltbild, Fahrzeugdynamik, Verkehrssicherheit, Bremsmoment.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit analysiert den Bremsvorgang eines PKWs ohne ABS unter Verwendung eines mathematischen Simulationsmodells, um physikalische Zusammenhänge besser zu verstehen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die mathematische Modellbildung dynamischer Systeme, die Fahrzeugdynamik sowie die numerische Simulation mittels Software-Tools.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, den Einfluss der Parameter Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit auf das Bremsverhalten, insbesondere auf Bremsweg und Bremsdauer, herauszuarbeiten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine modellbasierte Simulation angewandt, bei der das mechanische System durch Differentialgleichungen beschrieben und in Matlab-Simulink abgebildet wird.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die theoretische Modellherleitung, die technische Umsetzung im Blockschaltbild sowie die Durchführung und Auswertung der Simulationsläufe.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Systemanalyse, Bremsvorgang, Schlupf, Simulation, Fahrzeugmasse und Bremsmoment.
Wie wirkt sich die Masse auf den Bremsweg aus, wenn das Bremsmoment konstant bleibt?
Überraschenderweise verkürzt sich der Bremsweg bei höherer Masse in diesem speziellen Modell, da bei einer festen Bremsmomentvorgabe das Blockieren der Räder verhindert wird und das System in einen anderen Schlupfbereich gerät.
Warum ist ein Antiblockiersystem (ABS) für das Fahrzeugverhalten wichtig?
Ein ABS sorgt durch elektrische Steuerung für ein optimales Bremsmoment und verhindert so das Blockieren der Räder, was einen kürzeren Bremsweg sowie die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs ermöglicht.
- Quote paper
- Chris Brandstätt (Author), 2018, Bremsvorgang ohne ABS. Welche Faktoren spielen welche Rollen?, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/416017
