Sicherer Fahren und selbst beim Bremsen weiterhin lenken und steuern können. Dies war eins der Ziele bei der Entwicklung eines technischen Systems für Fahrsicherheit. Das Antiblockiersystems (ABS), das seit 1966 in Fahrzeugen verbaut wird, ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. Trotzdem werden nach wie vor Kraftfahrzeuge ohne serienmäßigen ABS gefertigt. Um aufzuzeigen welche Auswirkungen solch riskante Vorgehen haben können, ohne dabei Leben zu gefährden und Schäden zu riskieren, finden vermehrt Simulationsprogramme Anwendung. Mit ihrer Hilfe kann ein Abbild der Realität geschaffen werden. Auch wenn kein Modell eine exakte Nachbildung der Realität ermöglicht, da nie alle Eingangsgrößen beachtet werden können, kann dennoch ein aussagefähiges Ergebnis simuliert werden.
Aus diesen Gründen wird auch zur Analyse des Bremsvorgangs ohne ABS eine Simulation durchgeführt. Wie man dies simulieren kann, welche Gleichungen man aufstellen muss und wie das Ergebnis aussieht wird im vorliegenden Assignment dargestellt. Dazu werden in Kapitel zwei die Grundlagen der Modellbildung, der Simulation von Modellen und des Antiblockiersystems skizziert. Darauf aufbauend erfolgt die Modellbeschreibung des Anwendungsbeispiels. Anschließend werden die Bewegungsgleichungen aufgestellt, das Blockschaltbild erstellt sowie die Parameter und Testdaten definiert. Weiterführend wird das mathematische Modell für die Simulation herangezogen, welche mittels der Software MATLAB Simulink durchgeführt wird. Die Simulation erfolgt für vier verschiedene Kombinationen von Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit. Abschließend erfolgt die Bewertung der Ergebnisse insbesondere im Hinblick auf die Radgeschwindigkeit über der Zeit.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Grundlagen
2.1 Modellbildung und Simulation
2.2 Antiblockiersystem
3. Bremsvorgang ohne ABS
3.1 Modellbeschreibung des Anwendungsbeispiels
3.2 Aufstellung der Bewegungsgleichungen
3.3 Blockschaltbild
3.4 Definition der Testdaten und Parameter
3.5 Simulation eines Bremsvorgangs ohne ABS
3.5.1 Durchführung der Simulation
3.5.2 Bewertung der Ergebnisse
4. Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, den Bremsvorgang von Kraftfahrzeugen ohne ein Antiblockiersystem (ABS) mittels einer mathematischen Simulation zu analysieren, um die Auswirkungen auf die Fahrsicherheit und das Blockierverhalten der Räder bei unterschiedlichen Parametern zu untersuchen.
- Simulation von Bremsvorgängen unter variablen Bedingungen
- Mathematische Modellbildung und Bewegungsgleichungen
- Analyse des Einflusses von Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit
- Untersuchung des Radschlupfs und der Blockierneigung
- Bewertung der Fahrsicherheit beim Bremsen ohne ABS
Auszug aus dem Buch
3.2 Aufstellung der Bewegungsgleichungen
„Zum Aufstellen der Bewegungsgleichung müssen die Räder und das Fahrzeug getrennt betrachtet werden.“ 12 Um die Simulation zu vereinfachen wird der Bremsvorgang zudem nur an einem Rad betrachtet. Um dies zu veranschaulichen, wird das Rad isoliert betrachtet und lediglich die Kräfte und Drehmomente eingetragen. Als Koordinate der Radbewegung dient der Drehwinkel des Rades .13
Das Rad bewegt sich mit der Winkelgeschwindigkeit wR in positive Richtung und rollt somit nach rechts. Das Bremsmoment MB, welches an der Bremsscheibe angreift, wirkt dagegen nach links. Die entstehende Reibungskraft FR bewirkt über den Radradius rR ein Drehmoment MR, welches das Rad antreibt. Das Momentengleichgewicht liefert die Bewegungsgleichung des Rades in Abbildung 3.15
Um zu prüfen, ob das Rad blockiert muss der Radschlupf berücksichtigt werden. Dieser errechnet sich aus der Differenz der Fahr- und Umfangsgeschwindigkeit, bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Schlupf variiert sodass bei einem frei rollenden Rad der Schlupf 0% beträgt. Ist das Rad jedoch blockiert, beträgt der Schlupf 100%.17 Analog der Betrachtung eines freigeschnittenen Rades, erfolgt nun die Betrachtung eines Fahrzeugs. Die Koordinate der Fahrzeugbewegung ist der Weg xF. FR fasst dabei die Reibungskraft aller 4 Räder zusammen, die der Bewegung entgegenwirkt. Analog hierzu verhält sich der Luftwiderstand FL. Die Luftwiderstandskraft hängt dabei quadratisch von der Anströmgeschwindigkeit des Fahrzeugs ab.“ 18
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung definiert das Ziel der Arbeit, die Relevanz des Antiblockiersystems für die Fahrsicherheit darzustellen und den methodischen Ansatz mittels Simulation zu erläutern.
2. Grundlagen: Hier werden die theoretischen Basiswerte der Modellbildung und Simulation sowie die Funktionsweise und der Zweck eines Antiblockiersystems dargelegt.
3. Bremsvorgang ohne ABS: Dieses Kapitel beschreibt das mathematische Modell, die Aufstellung der Bewegungsgleichungen, die Erstellung des Blockschaltbilds in MATLAB Simulink sowie die Durchführung und Auswertung der verschiedenen Simulationsszenarien.
4. Zusammenfassung und Fazit: Das Fazit fasst die Erkenntnisse über die Gefahren bei blockierenden Rädern zusammen und reflektiert die Aussagekraft der gewählten Simulationsmethode.
Schlüsselwörter
Bremsvorgang, ABS, Antiblockiersystem, Fahrsicherheit, Simulation, MATLAB Simulink, Fahrzeugmasse, Radblockierung, Radschlupf, Bewegungsgleichung, Bremsweg, Fahrzeugdynamik, Modellbildung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der mathematischen Modellierung und Simulation des Bremsvorgangs von Fahrzeugen, die nicht mit einem Antiblockiersystem (ABS) ausgestattet sind.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die zentralen Themen sind die Fahrsicherheit, die physikalischen Zusammenhänge bei einer Vollbremsung sowie die Auswirkungen verschiedener Fahrzeugmassen und Geschwindigkeiten auf das Blockierverhalten.
Welches primäre Ziel verfolgt die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es aufzuzeigen, wie sich der Bremsvorgang ohne ABS verhält und unter welchen Bedingungen die Räder blockieren, was die Steuerbarkeit des Fahrzeugs negativ beeinflusst.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Analyse verwendet?
Es wird eine numerische Simulation auf Basis mathematischer Bewegungsgleichungen durchgeführt, wobei die Software MATLAB Simulink als Werkzeug eingesetzt wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden die Modellbeschreibung, die physikalischen Formeln für das Rad und das Fahrzeug sowie die praktische Umsetzung der Simulation in MATLAB und die anschließende Ergebnisauswertung detailliert beschrieben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie ABS, Fahrsicherheit, Simulation, Radblockierung, Bremsweg und MATLAB Simulink charakterisieren.
Warum ist die Wahl der Fahrzeugmasse für die Simulation entscheidend?
Die Fahrzeugmasse beeinflusst in Verbindung mit der wirkenden Bremskraft maßgeblich, ob die Räder blockieren oder ob das Fahrzeug kontrolliert verzögert werden kann.
Zu welcher Schlussfolgerung kommt der Autor bezüglich des Bremsens ohne ABS?
Der Autor schlussfolgert, dass das Bremsen ohne ABS bei geringen Fahrzeugmassen lebensgefährlich sein kann, da die Räder frühzeitig blockieren, und empfiehlt daher Sicherheitstrainings für Fahrer solcher Fahrzeuge.
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- Jasmin Stapelfeldt (Autor), 2017, Bremsvorgang ohne ABS. Radgeschwindigkeit im Zeitverlauf, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/459437
