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About this book

Diese Neuausgabe wurde umfassend bearbeitet; dabei wurden die Grundlagen für die modernen aktiven Systeme in das Standardwerk über Antrieb und Bremsung, Schwingungen und Fahrverhalten integriert. Das Buch gibt einen Einblick in die Theorie des Gesamtfahrzeuges mit den auf das Kraftfahrzeug wirkenden Störungen. Auch das Wechselspiel Fahrzeug/Insassen wird einbezogen. Die Theorie wird anwendbar durch eine Fülle von Fahrzeugdaten in Tabellen- oder Diagrammform und durch viele Rechenbeispiele. Die Diskussion der Ergebnisse führt zu Vorschlägen für die Verbesserung von Kraftfahrzeugen.

Table of Contents

Frontmatter

Einführung

Einführung

Zusammenfassung
In diesem Buch wird das Zusammenspiel von Kräften am Kraftfahrzeug und seinen Bewegungen behandelt. Es wird — wenn man sich der Sprache der Technischen Mechanik bedient — hauptsächlich ein Einblick in die Dynamik des Kraftfahrzeuges gegeben bzw. es werden — um einen Ausdruck aus der Fahrzeugtechnik zu benutzen — die Fahreigenschaften von Fahrzeugen besprochen.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

Reifen

I. Reifen

Zusammenfassung
An den Anfang der Betrachtung wird das Rad, das typische Bauteil des Landfahrzeuges bzw. der speziell für das Kraftfahrzeug wichtige Reifen gestellt. Er überträgt Kräfte und Momente vom Fahrzeug über die Reifenaufstandsfläche 2 — auch Reifenlatsch genannt — auf die Fahrbahn. Die Eigenschaften der Reifen beeinflussen maßgeblich die Dynamik des Kraftfahrzeuges, wie aus den drei Teilen des Buches „A Antrieb und Bremsung“, „B Schwingungen” und „C Fahrverhalten“ hervorgehen wird. Entsprechend dieser Buchgliederung ist auch das Reifenkapitel eingeteilt: „I.1 Reifeneigenschaften in Umfangsrichtung”, „I.2 Reifeneigenschaften in vertikaler Richtung“ und „I.3 Reifeneigenschaften in Seitenrichtung”.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

Aerodynamik des Kraftfahrzeuges

II. Aerodynamik des Kraftfahrzeuges

Zusammenfassung
Leistung und Fahrverhalten eines Kraftfahrzeuges werden bei höheren Geschwindigkeiten nachhaltig von seiner Aerodynamik bestimmt. In letzter Zeit steht besonders der Luftwiderstand bzw. seine Kenngröße, der c w-Wert im Brennpunkt des Interesses, er bestimmt mit die Höhe des Kraftstoffverbrauches und des CO2-Ausstoßes. Aber die Umströmung des Fahrzeuges hat auch Einfluß auf die Größe seines Auftriebes und auf seine Seitenwindempfindlichkeit.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

Antrieb und Bremsung

Frontmatter

III. Fahrwiderstände, Leistungsbedarf

Zusammenfassung
Die Kenntnis der Fahrwiderstände am Fahrzeug ist eine der wichtigen Grundlagen. Sie bestimmt das notwendige Drehmoment an den Antriebsrädern und die erforderliche Leistung, darüber hinaus die Höhe des Energieverbrauches.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

IV. Leistungsangebot, Kennfelder von Kraftfahrzeugantrieben

Zusammenfassung
Nachdem in Kap. III die Widerstände und damit die erforderlichen Drehmomente und Leistungen an den Rädern — kurz genannt der Momenten- und Leistungsbedarf — behandelt wurden, werden jetzt die von der Antriebsanlage angebotenen Momente und Leistungen — kurz das Momenten- und Leistungsangebot — betrachtet.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

V. Fahrleistungen und Kraftstoffverbrauch

Zusammenfassung
In den vorangegangenen Kap. III und IV wurden die Fahrwiderstände und die Kennfelder der Antriebsmaschinen besprochen. Nun wird beides zusammen, d.h. der Komplex der Fahrleistungen, betrachtet. Es wird die Höchstgeschwindigkeit eines Fahrzeuges, seine Steig- und Beschleunigungsfähigkeit und die Fahrt im Gefälle berechnet. Hinzu kommt die Höhe des Kraftstoffverbrauchs. In den Beispielen werden als Antriebsmaschinen meistens Verbrennungsmotoren mit mechanischen Kennungswandlern (Kupplung, Schalt- und Achsgetrieben) gewählt.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

VI. Fahrgrenzen

Zusammenfassung
Im vorangegangenen Kapitel wurde die Frage nach der Höchstgeschwindigkeit, Steig-, Beschleunigungsfähigkeit usw. von Fahrzeugen nur aus der Sicht der Antriebsmaschine beantwortet. Im folgenden wird gefragt, ob die installierte Leistung oder das Drehmoment überhaupt auf die Fahrbahn übertragen werden kann. Jetzt steht der Kraftschluß im Vordergrund. Die sich daraus ergebende Grenze nennt man allgemein „Fahrgrenze“.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

VII. Bremsung

Zusammenfassung
Im folgenden wird die Betrachtung des Antriebes eines Fahrzeuges verlassen und sich dessen Abbremsung zugewandt. Die bisherigen Gleichungen können weiter verwendet werden, nur müssen häufig negative Werte eingesetzt werden. So ist ein Bremsmoment ein negatives Antriebsmoment, eine Verzögerung eine negative Beschleunigung, ein Gefälle eine negative Steigung.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

Backmatter

Schwingungen

Frontmatter

IX. Einführung, Schwingungsanregung, regellose Schwingungen

Zusammenfassung
Dieses Kapitel dient zur Vorbereitung auf die nachfolgenden Überlegungen ab Kap. XI und soll gleichzeitig eine kleine Wiederholung der Schwingungslehre sein. Als Beispiel für die Einführung werden einfache Einmassensysteme verwendet, die als Ersatzsysteme für Sitz-Mensch, für Motorlagerung, für landwirtschaftliche Fahrzeuge und Baumaschinen (diese federn nur auf den Reifen) und für spezielle Anregungen durch Unebenheiten, Rad/Reifen und Verbrennungsmotor angesehen werden können. Danach wird auf die Schwingungsanregungen allgemein und speziell auf die Fahrbahnunebenheiten eingegangen und weiterhin eine mathematische Methode zur Behandlung regelloser Schwingungen gezeigt.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

X. Beurteilungsmaßstäbe und ihre Berechnung

Zusammenfassung
Nach Bild 54.2 muß das Schwingungsverhalten anhand von Beurteilungsmaßstäben bewertet werden. Es werden als Kriterien die Radlastschwankungen und die auf den Fahrzeuginsassen einwirkenden Schwingungen behandelt, weiterhin die Gesamtfederwege am Rad und am Sitz. Die letzteren stellen zwar direkt keinen Beurteilungsmaßstab für den Insassen dar, indirekt geben aber genügend große Federwege erst die konstruktive Voraussetzung zur Erzielung hohen Komforts.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XI. Kraftfahrzeug, Unebenheits-Einpunktanregung

Zusammenfassung
Von den einfachen Schwingungssystemen nach Kap. IX wird nun zu komplizierteren Systemen, zu den bei höheren Fahrgeschwindigkeiten benutzten Kraftfahrzeugen übergegangen. Wie zu Beginn des Teils B erläutert, wird ein vierrädriges Kraftfahrzeug durch vier Unebenheitsfunktionen zu Schwingungen in den verschiedensten Richtungen angeregt.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XII. Zweiachsiges Kraftfahrzeug, Unebenheits-Einspuranregung

Zusammenfassung
Zum Anfang des Kap. XI wurden vier Vereinfachungen eingeführt, um das Kraftfahrzeug einschließlich eines Insassen durch ein Dreimassensystem anzunähern. Es wurde nur über einen Punkt zu Hubschwingungen angeregt, der Radstand war unendlich groß, die Koppelmasse war Null, und der Mensch saß über einer Achse. Nun wird ein Zweiachsfahrzeug nach Bild 54.4b betrachtet, das an Vorder-und Hinterachse gleichzeitig erregt wird, und bei dem der Aufbau nicht nur Hub-, sondern auch Nickschwingungen ausführen kann. Der Radstand ist endlich, die Koppelmasse im allgemeinen ungleich Null, und der Mensch muß nicht mehr über einer Achse sitzen.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XIII. Vierrädriges Kraftfahrzeug, Unebenheits-Zweispuranregung

Zusammenfassung
In den vorangegangenen Kap. XI und XII wurde vorausgesetzt, daß die Unebenheiten in der linken und rechten Spur gleich sind, so daß ein um die Längsachse symmetrisches Fahrzeug keine Wankschwingungen (Winkelbewegungen um die Längsachse), sondern nur Hub-und Nickschwingungen ausführt. Diese Annahme gleicher Unebenheiten wird nun fallengelassen, die Unebenheiten in der linken und in der rechten Spur sind verschieden, das Fahrzeug kann nun auch wanken. Nach wie vor gilt aber die folgende Annahme (s. Bild 87.1a):
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XIV. Auswirkung von Radaufhängungen bei Unebenheitsanregung

Zusammenfassung
Bei der bisherigen Behandlung der Schwingungssysteme waren Räder und Aufbau nur über Federn und Dämpfer miteinander verbunden. Die Führungen der Räder relativ zum Aufbau, die sog. Radaufhängungen, die besonders wichtig zur Aufnahme von Umfangskräften bei Antrieb und Bremsung, von Seitenkräften bei Kurvenfahrt und der zugehörigen Momente sind, wurden bisher vernachlässigt. Inwieweit sie das Schwingungsverhalten beeinflussen, wird im nachstehenden gezeigt.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XV. Fahrzeug-Längsschwingungen

Zusammenfassung
Bisher wurden Hub-, Nick-, Wank- und Seitenschwingungen behandelt. Es fehlen noch die Längsschwingungen. Diese werden untersucht anhand der Beispiele:
  • Anregung durch Fahrbahnunebenheiten,
  • Anregung durch Momentenänderung am Antriebsmotor.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XVI. Motorerregte Fahrzeugschwingungen

Zusammenfassung
Zu Beginn des Teiles B wurden an Beispielen von Einmassenschwingern u.a. Anregungen durch Unebenheiten (Abschn. 56.2.1) und durch den Motor (Abschn. 56.2.2) behandelt. In den Kapiteln XI bis XIV und z.T. in XV wurden nur die Auswirkungen von Unebenheitserregungen diskutiert, nun aber nicht mehr an Einmassenschwingern, sondern an das Kraftfahrzeug beschreibenden Mehrmassenschwingern. Dabei wurde in Abschn. 85 speziell untersucht, wie sich die Schwingungen des relativ schweren Antriebsaggregates auf den Komfort der Fahrzeuginsassen auswirken (sog. Stuckern).
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

Backmatter

Fahrverhalten

Frontmatter

XVIII. Lineares Einspurmodell, objektive Kenngrößen, Subjektivurteile

Zusammenfassung
Dieses Kapitel dient zur Einführung in das komplizierte Gebiet des Fahrverhaltens. Um den Einblick zu erleichtern, wird ein theoretisches Fahrzeugmodell mit im wesentlichen zwei vereinfachenden Annahmen vorausgesetzt:
1.
Der Schwerpunkt des Fahrzeugs liegt in Fahrbahnhöhe. Damit verändert z.B. die im Schwerpunkt angreifende Zentrifugalkraft nicht die Radlasten. (Die zusätzliche Belastung der kurvenäußeren und die Entlastung der kurveninneren Räder wird vernachlässigt). Außerdem soll kein Wanken auftreten.
 
2.
Es liegt ein lineares System vor, das heißt z.B., die Reifenseitenkraft ist proportional dem Schräglaufwinkel, oder die seitliche Luftkraft ist proportional dem Anströmwinkel.
 
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XIX. Regelkreis Fahrer-Kraftfahrzeug

Zusammenfassung
Die alleinige Betrachtung des Kraftfahrzeuges, die in Kap. XVIII in vereinfachter Form begonnen wurde, wird nun unterbrochen, und der Fahrer wird in das Geschehen einbezogen. Die gemeinsame Betrachtung läuft allgemein unter der Überschrift „Mensch-Maschine“ und die spezielle Anwendung auf die Autofahrt unter dem Titel „Regelkreis Fahrer-Kraftfahrzeug“.*
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XX. Kurvengrenzbeschleunigung, Einfluß von Umfangskraft

Zusammenfassung
In Kap. XVIII wurde das Fahrzeug allein betrachtet. In Kap. XIX ergaben sich durch die Hinzunahme des Fahrers weitere Erkenntnisse über die Anforderungen an die Fahreigenschaften von Fahrzeugen. In beiden Kapiteln wurden nur lineare Modelle diskutiert.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

XXI. Zweispurmodell, Vierradfahrzeug

Zusammenfassung
Im einführenden Kap. XVIII lag der Fahrzeugschwerpunkt auf Straßenhöhe, und die Reifenkennlinien waren linear. In Kap. XX war ebenfalls die Schwerpunkthöhe Null, aber die Reifenkennungen waren der Wirklichkeit entsprechend nichtlinear. Nun wird ab hier auch noch der Schwerpunkt auf die richtige Höhe angehoben und damit das komplette Fahrzeug betrachtet.
Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz

Backmatter

Backmatter

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