Waren in den 80er und 90er Jahren vor allem die ökologischen Aspekte der Ressourcenschonung und Emissionsverringerung starke Triebkräfte für Effizienzsteigerungen bzw. Verbrauchssenkungen beim Pkw, so spielt in jüngster Zeit immer mehr der hohe Kraftstoffpreis eine ausschlaggebende Rolle beim Kauf eines Fahrzeugs. Somit kommt der Konstruktion von verbrauchsarmen Kraftfahrzeugen eine wettbewerbsentscheidende Rolle zu. Exemplarisch sei hier auf den seit einigen Jahren stetig wachsenden Anteil der mit Dieselmotor ausgerüsteten Fahrzeuge verwiesen. Dieser geforderten Verbrauchssenkung wirkt das durch Modeströmungen geprägte Käuferverhalten entgegen, das teilweise den aus der Sicht der effizienten Kraftstoffnutzung nicht optimalen Fahrzeugformen wie z.B. Geländewagen Vorzüge einräumt. Hauptansatzpunkt zur Erzielung einer Verbrauchsverringerung ist – neben Modifikationen bzw. Innovationen bezüglich des Motors und dessen Peripherie – eine Absenkung der Fahrwiderstände. Daher gewinnen Messmethoden zur Bestimmung von Luft- und Rollwiderstand zunehmend an Bedeutung. Dies drückt sich u. a. in hohen Investitionen aus, die in die Windkanal- und Simulationstechnik getätigt werden. Unerlässlich bei allem technischen Fortschritt auf dem Gebiet der Simulation ist jedoch der Vergleich der so gewonnenen Ergebnisse mit Werten, die aus realen Fahrversuchen ermittelt werden, um so den Gütegrad der Simulation feststellen und überwachen zu können. Wichtige Instrumente zur Ermittlung von Fahrwiderständen auf der Straße sind unter anderem Schlepp- und Höchstgeschwindigkeitsversuche sowie die im folgenden näher erläuterten Ausrollmessungen. Sie ermöglichen - im Gegensatz zu Höchstgeschwindigkeitsmessungen - eine von Schwankungen der Motorvolllastkennlinie unabhängige Bestimmung von Fahrwiderständen.
Ausrollversuche stellen generell eine messtechnisch relativ einfache Methode zur Ermittlung von Roll- und Luftwiderstand unter realistischen Bedingungen dar. Die in diesen Ausrollversuchen ermittelten Daten dienen u.a. als Grundlage für die Einstellung von Rollenprüfständen, um beispielsweise Verbrauchsmessungen gemäß ECE-R 15 zu ermitteln. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher zuerst ein allgemeiner Überblick über Ausrollmessungen gegeben sowie die Durchführung der Versuche erläutert. Die dort ermittelten Ergebnisse werden anschließend verarbeitet, die Ergebnisse gegenübergestellt, diskutiert und bewertet.
Dr. Adrian Mahr
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Fahrwiderstand
2.2 Luftwiderstand
2.3 Rollwiderstand
2.4 Steigungswiderstand
2.5 Beschleunigungswiderstand
3 Messmethoden für Ausrollmessungen
3.1 Versuchsdurchführung gemäß SAE
3.1.1 Messausrüstung
3.1.2 Testfahrzeug
3.1.3 Testbedingungen
3.1.4 Versuchsvorbereitung
3.1.5 Ausrollmessung
3.2 Versuchsdurchführung gemäß IVK
3.2.1 Messprinzip
3.3 Versuchsfahrzeug
4 Messtechnik
4.1 Messung der Fahrgeschwindigkeit
4.2 Bestimmung des Fahrbahnprofils
4.3 Messung der Fahrzeuganströmung im Fahrbetrieb
4.4 Messdatenerfassung
5 Voruntersuchungen
5.1 Bestimmung der Massenträgheitsmomente
5.2 Bestimmung des Einflusses der Massenträgheitsmomente
5.3 Berechnung von mred für das Versuchsfahrzeug
5.4 Nullmessungen
6 Ausrollversuche und deren Ergebnisse
6.1 Auswertung auf Mittelwertbasis
6.1.1 Darstellung des Geschwindigkeitsverlaufs
6.1.2 Darstellung von Wind und Steigung
6.1.3 Darstellung der mittleren Geschwindigkeit
6.1.4 Berechnung der Verzögerung
6.1.5 Verzögerung als Funktion der Geschwindigkeit
6.1.6 Berechnung der Widerstandsbeiwerte
6.2 Auswertung durch Korrekturrechnung
6.2.1 Darstellung des Geschwindigkeitsverlaufs
6.2.2 Darstellung der Fahrbahnsteigung
6.2.3 Darstellung der Windeinflüsse
6.2.4 Verzögerung als Funktion der Geschwindigkeit
6.2.5 Berechnung der Widerstandsbeiwerte
6.3 Ergebnisdarstellung
7 Fehlerbetrachtung
8 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit vergleicht und bewertet unterschiedliche Ansätze und Auswertungsmethoden für Ausrollmessungen bei Personenkraftwagen, um eine genaue Bestimmung von Luft- und Rollwiderständen unter realistischen Fahrbedingungen zu ermöglichen.
- Analyse und Vergleich der SAE-konformen Auswertung auf Mittelwertbasis gegenüber einer komplexeren Korrekturrechnung.
- Untersuchung der fahrzeugspezifischen Einflussgrößen wie Massenträgheitsmomente und deren Auswirkung auf den Massenfaktor.
- Darstellung messtechnischer Anforderungen an Sensorik für Fahrgeschwindigkeit, Fahrbahnprofil und Fahrzeuganströmung.
- Diskussion der Fehleranfälligkeit durch Umwelteinflüsse wie Wind und Fahrbahnsteigung sowie Möglichkeiten zu deren Kompensation.
Auszug aus dem Buch
3.1 Versuchsdurchführung gemäß SAE
Die Umsetzung der ihrer Theorie nach relativ einfachen Ausrollversuche in die Praxis erfordert – um eine Reproduzierbarkeit und somit wissenschaftliche Verwendbarkeit sicherzustellen – die Berücksichtigung verschiedener Gesichtspunkte. Hierzu wurden diverse Aufsätze veröffentlicht; es sei an dieser Stelle auf eine Anleitung zur Durchführung von Ausrollversuchen Bezug genommen, die 1996 von der Society of Automotive Engineers publiziert wurde. Sie gibt einen guten Einblick in die Problematik der Durchführung der Versuche und wird daher im Folgenden kurz dargestellt. Diese Methode liefert ein standardisiertes Testverfahren zur Messung des Fahrwiderstandes eines Fahrzeugs als Funktion der Fahrzeug-Geschwindigkeit. Das Verfahren umfasst die Messung des Fahrwiderstands auf einer geraden, ebenen Straße bei Geschwindigkeiten kleiner als 113 km/h.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die steigende Bedeutung von Kraftstoffeffizienz und die Notwendigkeit, Fahrwiderstände zur Verbrauchsreduzierung durch präzise Messverfahren zu bestimmen.
2 Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel definiert die verschiedenen Fahrwiderstandskomponenten wie Luft-, Roll-, Steigungs- und Beschleunigungswiderstand und ihre physikalischen Zusammenhänge.
3 Messmethoden für Ausrollmessungen: Es werden standardisierte Testverfahren gemäß SAE und institutseigene Ansätze (IVK) zur Durchführung von Ausrollversuchen erläutert.
4 Messtechnik: Hier werden die benötigten Sensoren und Systeme zur Erfassung von Fahrgeschwindigkeit, Fahrbahnprofil und Windbedingungen im Testfahrzeug beschrieben.
5 Voruntersuchungen: Dieses Kapitel befasst sich mit der notwendigen Bestimmung von Massenträgheitsmomenten und der Berechnung der reduzierten Fahrzeugmasse für die Versuchsreihen.
6 Ausrollversuche und deren Ergebnisse: Der Hauptteil vergleicht die Auswertungsergebnisse mittels Mittelwertbildung und Korrekturrechnung basierend auf verschiedenen Fahrzuständen.
7 Fehlerbetrachtung: Hier werden Messunsicherheiten, wie Abweichungen bei Trägheitsmomenten und der Einfluss von Zeitverzug bei der Datenauswertung, kritisch analysiert.
8 Zusammenfassung und Ausblick: Abschließend werden die Ergebnisse bewertet und Potentiale für weitere Verbesserungen durch fortschrittlichere Auswertesoftware aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Ausrollmessung, Fahrwiderstand, Luftwiderstand, Rollwiderstand, Massenträgheitsmoment, Kraftstoffverbrauch, Korrekturrechnung, Fahrzeuganströmung, Fahrbahnprofil, Messtechnik, SAE, Differenzdruckmessung, Verzögerung, Widerstandsbeiwert, Pkw.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der methodischen Untersuchung und Bewertung verschiedener Verfahren zur Durchführung und Auswertung von Ausrollmessungen an Kraftfahrzeugen, um Fahrwiderstände präzise zu ermitteln.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit deckt die theoretischen Grundlagen der Fahrwiderstände, die messtechnische Ausstattung von Versuchsfahrzeugen, die Durchführung von Versuchen unter variierenden Bedingungen sowie die rechnerische Korrektur von Umwelteinflüssen ab.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Hauptziel besteht darin, die Genauigkeit der Bestimmung von Luft- und Rollwiderstandsbeiwerten durch den Vergleich einfacher Mittelwertmethoden mit fortgeschrittenen Korrekturverfahren zu verbessern.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden empirische Fahrversuche (Ausrollversuche) durchgeführt, die sowohl durch statistische Mittelwertbildung als auch durch eine physikalisch fundierte Korrekturrechnung unter Einbeziehung von Sensor-Daten ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden die Testmethodik, die verwendete Messtechnik, Voruntersuchungen zu Massenträgheitsmomenten sowie die konkrete Auswertung der verschiedenen Messreihen detailliert dargestellt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den Kernbegriffen gehören Ausrollmessung, Fahrwiderstand, Widerstandsbeiwert, Korrekturrechnung, Massenträgheitsmoment und Messtechnik.
Wie werden Störeinflüsse wie Wind und Steigung kompensiert?
Störeinflüsse werden durch die Bildung von Mittelwerten über Messungen in entgegengesetzte Richtungen oder durch eine rechnerische Korrektur unter Verwendung von Sensorwerten für Fahrbahnprofil und relative Windgeschwindigkeit ausgeglichen.
Warum ist die Bestimmung der Massenträgheitsmomente so wichtig?
Da das Fahrzeug beim Ausrollen Energie in die Drehung der rotierenden Bauteile (Räder, Antriebsstrang) speichert, muss das Massenträgheitsmoment bekannt sein, um die reduzierte Fahrzeugmasse korrekt für die Widerstandsberechnung zu berücksichtigen.
- Quote paper
- Dr. Adrian Mahr (Author), 2001, Ausrollmessungen. Vergleich und Bewertung unterschiedlicher Ansätze und Auswertungsmethoden, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/8182
