Automobilfahrwerksingenieurwesen

verfasst von: David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Verlag: Springer Nature Switzerland

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Für Studierende und Praktiker im Bereich Fahrzeugtechnik geschrieben, bietet dieses Buch ein grundlegendes, aber umfassendes Verständnis der Fahrwerksysteme und erfordert nur geringe Vorkenntnisse seitens der Leser. Es präsentiert das Material auf praktische und realistische Weise und verwendet Reverse Engineering als Grundlage für Beispiele, um das Verständnis der Themen zu verstärken. Die Spezifikationen und Merkmale von Fahrzeugen, die derzeit auf dem Markt sind, werden genutzt, um die Anwendung der Theorie zu veranschaulichen, und es wird darauf geachtet, die verschiedenen behandelten Themen zu verbinden, um ihre Zusammenhänge klar darzustellen. Diese zweite Auflage ist vollständig aktualisiert und überarbeitet und umfasst ein neues Kapitel zum Verzögerungsverhalten von Fahrzeugen.

Das Buch beginnt mit einem Kapitel über grundlegende Fahrzeugmechanik, das die auf ein sich bewegendes Fahrzeug wirkenden Kräfte unter der Annahme eines starren Körpers behandelt. Das neue Kapitel über das Verzögerungsverhalten von Fahrzeugen führt die grundlegenden Konzepte eines herkömmlichen Bremsystems ein, bevor es Möglichkeiten zur Optimierung der Verzögerungsleistung eines jeden radgebremsten Fahrzeugs basierend auf den Haftungsverhältnissen von Reifen und Straße betrachtet. Das nächste Kapitel konzentriert sich auf die Fahrzeugdynamik, indem es die Federungssysteme und die Interaktion der wichtigen Komponenten des Systems, wie Reifen, Verbindungen, Federn, Stoßdämpfer usw., zur Erzielung der erforderlichen Leistungsmerkmale des Fahrzeugs untersucht. Das Buch fährt dann mit einem Kapitel über Lenksysteme fort, das den Lesern ein fundiertes Verständnis der Prinzipien und Kräfte unter statischer und dynamischer Belastung vermittelt. Das Kapitel über Fahrwerksstrukturen und -materialien skizziert Analysetools (typischerweise Finite-Elemente-Analyse) und Designmerkmale, die zur Reduzierung der Masse und Erhöhung der Sicherheit der Insassen in modernen Fahrzeugen verwendet werden. Das abschließende Kapitel über Geräusche, Vibrationen und Harshness (NVH) bietet einen grundlegenden Überblick über Akustik- und Vibrationslehre und nutzt umfangreiche Forschungsuntersuchungen und praktische Erfahrungen, um NVH-Probleme zu behandeln. In allen Fachbereichen berücksichtigen die Autoren die neuesten Trends, einschließlich der Entwicklung hin zu Elektrofahrzeugen, On-Board-Diagnoseüberwachung, aktiven Systemen und Leistungsoptimierung. Das Buch enthält zahlreiche durchgerechnete Beispiele und Fallstudien, die auf aktuellen Forschungsprojekten basieren. Alle Studierenden, einschließlich der Masterstudierenden im Bereich Fahrzeugtechnik, sowie Fachleute aus der Industrie, die ein besseres Verständnis der Fahrzeugchassistechnik erlangen möchten, werden von diesem Buch profitieren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Fahrzeugmechanik

Zusammenfassung

Bevor auf den Schwerpunkt dieses Buches eingegangen wird, der sich auf besondere und detaillierte Aspekte der Fahrwerkstechnik konzentriert, ist es notwendig, ein grundlegendes Verständnis der dynamischen Kräfte zu vermitteln, die ein Straßenfahrzeug während des normalen Betriebs erfährt. Dieses Kapitel führt solche Kräfte an einem Fahrzeug ein, wenn es als starrer Körper betrachtet wird. Es erörtert die Quelle jeder Kraft im Detail und wie sie angewendet werden kann, um die Leistung eines Fahrzeugs vorherzusagen. Zudem wird das normale Geradeausfahren um nichtstationäres Kurvenfahren und den Fall von Auto-Anhänger-Kombinationen erweitert. Jeder Abschnitt enthält in der Regel typische Probleme mit detaillierten Lösungen.

David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Kapitel 2. Verzögerungsverhalten

Zusammenfassung

Zusätzlich zu den dynamischen Kräften, die ein Fahrzeug während des normalen Betriebs erfährt, gibt es vom Fahrer induzierte Verzögerungskräfte. Solche induzierten Kräfte stammen aus dem Bremssystem, wenn der Fahrer das System betätigt, um das Fahrzeug kontrolliert zu verzögern und es tatsächlich zum Stillstand zu bringen und in diesem Zustand zu halten. Dieses Kapitel behandelt zunächst das konventionelle hydraulische Bremssystem, das in den meisten Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen eingebaut ist. Diese Diskussion umfasst die Entwurfsmethodik und die primären Komponenten innerhalb des hydraulischen Systems sowie deren Konfigurationen, die eine sichere Verzögerung gewährleisten, selbst wenn das System teilweise aufgrund von Verschleiß, wie z. B. Öllecks, ausfällt. Das Kapitel beschäftigt sich anschließend mit der kinematischen Analyse eines bremsenden Fahrzeugs, beginnend mit einer statischen Analyse und dann übergehend zur Bremskraftverteilung und Haftungsausnutzung. Die Diskussion konzentriert sich auf ein konstantes Vorderrad-Hinterrad-Bremsverhältnis, führt aber auch das Konzept eines variablen Bremsverhältnisses ein. Das Kapitel behandelt auch das Blockieren der Räder und dessen Auswirkungen auf die Fahrzeugstabilität sowie das Nicken des Fahrzeugs. Fortgeschrittene Systeme wie Antiblockiersysteme (ABS) werden diskutiert und regeneratives Bremsen über einen elektrischen Antriebsstrang wird kurz behandelt.

David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Kapitel 3. Federungssysteme und -komponenten

Zusammenfassung

Das Design des Aufhängungssystems betrifft sowohl die Qualität/Verfeinerung als auch die Handhabung/Sicherheitsaspekte. Dieses Kapitel beginnt mit der Betrachtung der kinematischen Anforderungen eines Aufhängungssystems, bevor gängige Aufhängungssysteme für sowohl abhängige als auch unabhängige Designs diskutiert werden. Sowohl Vorder- als auch Hinterachsaufhängungen werden betrachtet. Das Kapitel setzt sich mit einer detaillierten Analyse der Komponenten des Aufhängungssystems fort – Reifen, Verbindungen, Federn und Dämpfer – wobei letztere auch die aktive Dämpfung umfassen. Es zielt darauf ab, das Verständnis des Lasttransfers zu erweitern, wenn Body Roll zusammen mit den Auswirkungen von gefederten und ungefederten Massen betrachtet wird. Sowohl Anti-Squat- als auch Anti-Dive-Designs werden ebenfalls untersucht. Das Kapitel schließt mit einer Viertelfahrzeuganalyse ab, bei der Karosserieschwingungen und Radhüpfmodi als Interessensgebiete identifiziert werden. Das Kapitel enthält viele numerische Beispiele, um die Theorie besser zu erklären und deren Anwendung zu demonstrieren.

David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Chapter 4. Lenksysteme

Zusammenfassung

Der Hauptzweck dieses Kapitels ist es, dem Automobilingenieur ein grundlegendes Verständnis der Lenksysteme zu vermitteln. Es werden aktuelle und moderne Designs mit den dazugehörigen Theorien bezüglich der Kräfte innerhalb der Systeme, sowohl statisch als auch dynamisch, überprüft. Es berücksichtigt die Servounterstützung und den Übergang zu Steer-by-Wire, da die vollständige elektronische Steuerung zunehmend zuverlässiger wird. Die Theorie wird durch ausgearbeitete Beispiele und „Fallstudien“ unterstützt, die ihre Anwendung besser veranschaulichen. Der Ingenieur sollte somit in der Lage sein, geeignete hausinterne computergestützte Designpakete zu entwickeln, die einen spezifischen Bedarf ohne unnötige periphere Funktionen erfüllen. Das Kapitel beginnt mit der Einführung der Anforderungen und Vorschriften, die die grundlegenden Designstrategien bestimmen. Es wird mit der Betrachtung der Lenkgeometrie und der aktuellen gängigen Designs fortgesetzt. Die auf das Lenksystem wirkenden Kräfte, sowohl für ein stehendes als auch für ein fahrendes Fahrzeug, werden zusammen mit dem Übergang zu elektrischen Lenksystemen eingeführt. Das Kapitel schließt mit der Betrachtung von Vierradlenkung und zusätzlicher Lenkunterstützung ab.

David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Chapter 5. Fahrzeugstrukturen und -materialien

Zusammenfassung

Dieses Kapitel beginnt mit einer Überprüfung der Fahrgestellstrukturen für die verschiedenen Klassen von Straßenfahrzeugen, einschließlich serienmäßig hergestellter Personenkraftwagen, Hochleistungsfahrzeuge, kleiner Sportwagen und Nutzfahrzeuge. Es fährt fort, die verschiedenen, in Fahrzeugstrukturen verwendeten Materialien zu betrachten, wobei der Schwerpunkt auf der Reduzierung des Fahrzeuggewichts und damit der CO₂-Emissionen durch den Einsatz von hochfestem Stahl, Aluminium und Verbundwerkstoffen liegt. Der folgende Abschnitt skizziert verschiedene Methoden zur Analyse von Fahrzeugstrukturen, einschließlich sowohl traditioneller theoretischer Methoden als auch moderner computergestützter Techniken. Die Crashsicherheit von Fahrzeugen bei Stoßbelastung wird dann betrachtet und eine spezielle Fallstudie zur Crashsicherheit eines kleinen Raumrahmen-Sportwagens ausführlich vorgestellt. Der letzte Abschnitt des Kapitels befasst sich mit der Dauerhaftigkeitsbewertung von Fahrzeugstrukturen und enthält erneut eine detaillierte Fallstudie zur Ermüdungsbewertung und Optimierung einer Fahrwerkskomponente.

David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Chapter 6. Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH)

Zusammenfassung

Dieses Kapitel soll Fahrwerksingenieuren das Wissen über die theoretischen Grundlagen und Techniken vermitteln, damit sie fundierte Entscheidungen über NVH-Lösungsstrategien in einem frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung treffen können. Das Kapitel beginnt mit einer Überprüfung der Grundlagen der Akustiktheorie, da dieses Thema in Bachelor-Studiengängen oft nicht ausführlich behandelt wird. Die menschliche Reaktion auf Schall wird dann skizziert, gefolgt von einer Beschreibung allgemeiner Techniken zur Geräuschmessung und -kontrolle. Die Hauptquellen von Geräuschen in Straßenfahrzeugen werden dann überprüft und gängige Bewertungs- und Minderungsmethoden für jede Art von Geräusch skizziert. Der nächste Abschnitt führt die Quellen und die Natur der automobilen mechanischen Vibrationen ein, die sich von luftgetragenen Geräuschen unterscheiden. Es wird ein Schwerpunkt auf Vibrationen gelegt, die vom Verbrennungsmotor ausgehen, da dieser nach wie vor die vorherrschende Antriebsquelle für die Mehrheit der Straßenfahrzeuge ist. Prinzipien der Vibrationskontrolle werden dann beschrieben mit einem Fokus auf dem Schwingungsdämpfer und der Isolation von motorinduzierten Vibrationen. Der letzte Abschnitt des Kapitels befasst sich mit den besonderen Problemen von Bremsgeräuschen und -vibrationen, wobei letztere nicht nur die Bremse selbst, sondern das gesamte Fahrwerk betreffen, da die Vibrationen über das Fahrwerk und die Lenksysteme übertragen werden.

David Charles Barton, John D. Fieldhouse

Backmatter

Titel: Automobilfahrwerksingenieurwesen
verfasst von: David Charles Barton
John D. Fieldhouse
Verlag: Springer Nature Switzerland
Electronic ISBN: 978-3-031-74377-1
Print ISBN: 978-3-031-74376-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-74377-1