Nach den relevanten Begriffsbestimmungen und -erläuterungen geht es im Hauptteil um die Untersuchung von simulierten Bremsvorgängen von PKWs ohne ABS. Dazu werden die notwendigen Differentialgleichungen bestimmt und das Simulink-Modell konzipiert. Weiterhin werden in einer Versuchsreihe die Auswirkungen von verschiedenen PKW-Massen und -Anfangsgeschwindigkeiten sowie verschiedenen Bremsmomenten untersucht.
Im Jahre 1885 lag bei dem von Wilhelm Maybach und Gottlieb Daimler gebauten berühmten „Reitwagen“ die bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit bei 12 km/h. Aufgrund der hohen Reibwerte im Antriebsstrang verzögerten die ersten Personenkraftwagen (PKW) auch ohne die Betätigung der Bremse effektiv. Daher haben sich Ingenieure zunächst eher mit der Erhöhung der Motorleistung beschäftigt als mit der Funktion der Bremse. Heutzutage ist das Bremssystem Bestandteil der sicherheitsrelevanten Systeme des Fahrzeugs. Von der Funktionstüchtigkeit des Bremssystems in allen Fahrsituationen hängt die Sicherheit der Fahrzeuginsassen und der anderen Verkehrsteilnehmer ab.
Die Vollbremsung auf gerader griffiger Fahrbahn mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 100 km/h ist in Deutschland ein standardisierter Test. Wie wirken sich unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen und Anfangsgeschwindigkeiten bei PKWs ohne Antiblockiersystem (ABS) auf den Bremsvorgang und konkret auf die Radgeschwindigkeiten aus?
Da die Testreihe auf öffentlichen Verkehrswegen sowie mit realen Fahrzeugen mit hohem Aufwand und Kosten verbunden wäre, findet die Untersuchung mit dem Simulationsprogramm „Simulink“ statt. Dazu müssen die physikalischen Vorgänge beim Bremsvorgang zunächst in Differentialgleichungen erfasst und in ein Simulationsmodell überführt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen
3 Bremsvorgang ohne ABS
3.1 Bestimmen der Bewegungsgleichungen
3.2 Modellbildung
3.3 Simulation von Bremsvorgängen
3.3.1 Versuchsreihe eins
3.3.2 Versuchsreihe zwei
3.4 Auswertung und kritische Betrachtung
4 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Bremsverhalten von Personenkraftwagen (PKW) ohne Antiblockiersystem (ABS) unter variierenden Parametern. Das Ziel ist es, durch eine physikalisch fundierte Simulation in Simulink zu analysieren, wie sich unterschiedliche Fahrzeugmassen, Anfangsgeschwindigkeiten und Bremsmomente auf den Bremsvorgang und das Blockierverhalten der Räder auswirken.
- Grundlagen der Fahrzeugdynamik und Bremssysteme
- Herleitung mathematischer Bewegungsgleichungen für den Bremsvorgang
- Modellierung komplexer dynamischer Systeme mittels Simulink
- Analyse der Auswirkungen von Fahrzeugmasse und Anfangsgeschwindigkeit auf den Bremsweg
- Optimierung des Bremsmoments zur Vermeidung blockierender Räder
Auszug aus dem Buch
3.1 Bestimmen der Bewegungsgleichungen
„Zum Aufstellen der Bewegungsgleichungen müssen die Räder und das Fahrzeug getrennt betrachtet werden.“21 Zur Vereinfachung der Modellierung soll der Bremsvorgang zunächst nur an einem Vorderrad untersucht werden. In Abbildung 4 (S. V) sind die Kräfte und Drehmomente dargestellt. In der folgenden Tabelle findet sowohl eine Erläuterung der in Abbildung 4 abgebildeten Zeichen als auch eine Deklaration weiterer erforderlicher Konstanten statt.
Das Produkt aus Reibungskraft F_RV und Reifenradius r_R ergibt das Radmoment: M_V = F_RV * r_R. Formel 1 Radmoment an einem Vorderrad. Die Reibungskraft F_RV ist das Produkt aus der Gewichtskraft F_V und dem Reibungskoeffizienten mu_V. Vereinfachend wirkt auf jedes Rad ein Viertel der Fahrzeugmasse. Beim Bremsvorgang nickt das Fahrzeug nach vorne und es kommt „zu einer Belastung der Vorderachse und einer entsprechenden Entlastung der Hinterachse.“ Daher wird ein Nickfaktor n eingefügt.
Der Reibungskoeffizient mu_V ist durch Formel 3 definiert: mu_V = c1 * (1 - e^-c2*lambda_V) - c3 * lambda_V. Darin enthalten ist der Schlupf lambda_V, der sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v_F und der Radgeschwindigkeit v_V berechnen lässt. „Das Momentengleichgewicht um den Radmittelpunkt liefert die Bewegungsgleichung des Rades.“ Es lässt sich nach dem d’Alembert’schen Prinzip mit dem d’Alembert’schen Trägheitsmoment M_TV = J_R * phi_V_punkt_punkt herleiten. M_TV wirkt dabei entgegen der Raddrehrichtung.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die historische Entwicklung von Bremssystemen ein und formuliert die Forschungsfrage bezüglich der Auswirkungen verschiedener Fahrzeugkonfigurationen bei PKW ohne ABS.
2 Grundlagen: Hier werden zentrale Begriffe wie Bremsvorgang und Simulation definiert sowie der Stand der Technik und rechtliche Rahmenbedingungen erläutert.
3 Bremsvorgang ohne ABS: Dieses Kapitel umfasst die mathematische Herleitung der Bewegungsgleichungen, die Modellbildung in Simulink sowie die Durchführung und Auswertung zweier Versuchsreihen.
4 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse der Simulationen zusammen und betont die Notwendigkeit einer präzisen Abstimmung des Bremsmoments sowie die Bedeutung des Sicherheitsabstands beim Fahren ohne ABS.
Schlüsselwörter
Bremsvorgang, Antiblockiersystem, ABS, Simulink, Fahrzeugdynamik, Bremsweg, Radblockierung, Schlupf, Bewegungsgleichungen, Simulationsmodell, Fahrzeugmasse, Bremsmoment, Reibungskoeffizient, Sicherheit, Kraftfahrzeugtechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der mathematischen Modellierung und Simulation des Bremsvorgangs von Fahrzeugen ohne Antiblockiersystem (ABS).
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Arbeit fokussiert auf Fahrzeugdynamik, Reibungsberechnungen zwischen Reifen und Fahrbahn sowie die grafische Modellierung dynamischer Systeme.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es zu untersuchen, wie unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen und Parameter, wie Masse und Anfangsgeschwindigkeit, den Bremsweg bei PKW ohne ABS beeinflussen.
Welche wissenschaftliche Methode wird für die Analyse verwendet?
Es wird eine mathematische Modellierung mittels Differentialgleichungen vorgenommen, die anschließend in der Simulationsumgebung Simulink umgesetzt wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil widmet sich der Herleitung der Bewegungsgleichungen für Rad und Fahrzeug sowie der Durchführung und Auswertung verschiedener Versuchsreihen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Publikation?
Kernbegriffe sind unter anderem Bremsweg, Simulink, Schlupf, Radblockierung und Fahrzeugdynamik.
Warum spielt der Schlupf eine so wichtige Rolle für das Bremsverhalten?
Bei einem Schlupf von 100 % blockieren die Räder, wodurch der Reibwert sinkt und das Fahrzeug unkontrollierbarer wird, was den Bremsweg maßgeblich verlängert.
Welche Erkenntnis liefert die Versuchsreihe zum Bremsmoment?
Die Simulation zeigt, dass es ein optimales Bremsmoment gibt; wird dieses überschritten, blockieren die Räder und der Bremsweg nimmt signifikant zu.
- Citar trabajo
- Andree Horch (Autor), 2019, Wie laufen Bremsvorgänge von PKWs ohne ABS ab?, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/471102
