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2020 | Buch

Fahrzeugmesstechnik

Grundlagen der Messtechnik und Statistik, Prüfstandstechnik, Messtechnik im Motoren- und Fahrzeugversuch

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Über dieses Buch

Dem Fahrzeugtechniker wird ein Übersichts- und Nachschlagewerk zu den angegebenen Messtechniken an die Hand gegeben. Dabei wird neben den physikalischen Aspekten auf die praxisrelevanten Eigenschaften und Besonderheiten eingegangen. Größen- und Rechenbeispiele veranschaulichen das Thema. Ergänzend werden grundlegende statistische Methoden zur Fehlerbetrachtung und Bewertung von Messergebnissen dargestellt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Sowohl Studenten der Fahrzeugtechnik als auch Ingenieuren in der täglichen Praxis gibt dieses Buch die Grundlagen zum Messen verschiedenster Größen. Nach der Einführung in die allgemeinen Vorgänge beim Messen werden Messverfahren für Temperaturen, Drücke, Volumen- und Massenströme, Drehmomente und Drehzahlen dargestellt. Dabei wird stets auf fahrzeugtechnische Anwendungen eingegangen. Anschließend werden die Messverfahren für Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionen und Zylinderdruck (Indizierung) erläutert sowie der grundlegende Aufbau von Motorenprüfständen und Rollenprüfständen gezeigt. Die Darstellung der Funktionsweise wichtiger Sensoren im Serienfahrzeug und in der Fahrzeugerprobung, von Bremsanhängern und Windkanälen folgen. Den Abschluss bildet die Analyse und Fehlerbetrachtung von Messergebnissen.
Dirk Goßlau
Kapitel 2. Grundlagen der Messtechnik
Zusammenfassung
Die Messtechnik befasst sich mit Geräten und Methoden zur Erfassung und Darstellung physikalischer Größen als Eigenschaften von Objekten, die den Anwender interessieren. Diese Eigenschaft wird üblicherweise als Produkt aus Zahlenwert und Einheit dargestellt. Zum Beispiel macht eine Temperaturangabe als reiner Zahlenwert 37 keinen Sinn, erst durch den Vergleich mit einer Maßeinheit 37 °C wird daraus eine sinnvolle Angabe.
Dirk Goßlau
Kapitel 3. SI-Einheitensystem, Gleichungen, Einheiten, Darstellungen
Zusammenfassung
Das System Internationale d`unites, kurz SI-System genannt, ist ein metrisches, dezimales System und definiert sieben Basiseinheiten. Es werden nur „harte“ Größen, also physikalisch vorhandene, beschrieben. Nichtphysikalische Größen (z. B. aus der Wirtschaftslehre) werden hierbei nicht beachtet.
Dirk Goßlau
Kapitel 4. Energieprinzip der Messtechnik
Zusammenfassung
Beim Messen wird dem Messobjekt eine Information entnommen, z. B. einem Fluid die Information über seine Temperatur. In der Natur ist kein Signalaustausch ohne einen Energieaustausch möglich.
Dirk Goßlau
Kapitel 5. Grundbegriffe der Messtechnik
Zusammenfassung
Zur Beurteilung von Messeinrichtungen und auch für deren Benutzung ist die Kenntnis einiger grundlegender Begriffe der Messtechnik hilfreich. Auf diese wird hier stark verkürzt eingegangen, weiterführende Literatur ist in [1–3] und vielen weiteren Quellen zu finden.
Dirk Goßlau
Kapitel 6. Temperaturmessung
Zusammenfassung
Das Messen von Temperaturen ist wohl nahezu jedem aus der alltäglichen Anwendung bekannt, z. B. beim Ablesen der Raumtemperatur an einem dekorativen Thermometer oder von Werten der Wetterstation. Meist arbeiten die beiden Geräte mit unterschiedlichen Messverfahren, die nach verschiedenen Gesichtspunkten ausgewählt werden. In der Fahrzeugmesstechnik sind die Vielfalt der Messobjekte und die Anforderungen deutlich breiter als im alltäglichen Leben.
Dirk Goßlau
Kapitel 7. Dehnungsmessstreifen (DMS)
Zusammenfassung
Dehnungsmessstreifen, oft auch Dehnmessstreifen; folgend DMS genannt; sind elektrische Widerstände, die als Wegaufnehmer eingesetzt werden. Durch die feste Verbindung mit dem seine Länge ändernden Körper unterliegen sie dabei einer Dehnung, die zu einer Widerstandsänderung führt.
Dirk Goßlau
Kapitel 8. Druckmessung
Zusammenfassung
In Serienfahrzeugen gibt es meist mehrere Druckmessstellen in verschiedenen Anwendungen, wie folgende, nicht vollständige Liste zeigt:
  • Reifenluftdruck
  • Öldruck im Hauptkanal der Ölversorgung des Motors
  • Umgebungsluftdruck
  • Saugrohrdruck
  • Ladedruck
  • Flüssigkeitsdruck in Bremsen, Kupplungen, Getrieben
Gasdruck in Federn bei Luftfedersystemen.
Dirk Goßlau
Kapitel 9. Volumen- und Massenstrommessung
Zusammenfassung
Der Durchfluss interessiert in der Fahrzeugtechnik bei folgenden Medien:
  • Kraftstoff (siehe Kap. 12)
  • Öl
  • Kühlmittel
  • Luft und Abgas
Dirk Goßlau
Kapitel 10. Drehmomentmessung
Zusammenfassung
Zur Bestimmung der mechanischen Leistung an allen drehenden Energiewandlern gilt der Zusammenhang zwischen Drehmoment M und Drehfrequenz ω bzw. Drehzahl n nach Gl. 10.1.
Dirk Goßlau
Kapitel 11. Drehzahlmessung
Zusammenfassung
Drehzahlmessung erfolgt an Motoren- und Rollenprüfständen immer an den Belastungseinrichtungen. Zusätzlich werden Drehzahlen am Rollenprüfstand an den Rädern des Fahrzeugs gemessen. Am Motorenprüfstand werden oft weitere Drehzahlsensoren eingesetzt, z. B. für das Erfassen der Drehzahlen von ATL, Generator (riemenschlupfbehaftet), Kühlmittelpumpe usw.
Dirk Goßlau
Kapitel 12. Kraftstoffverbrauchsmessung
Zusammenfassung
Mittels speziell für den Prüfstandsbetrieb mit rauen Umgebungsbedingungen ausgelegter Messgeräte wird der Kraftstoffverbrauch in der Fahrzeug- und Motorenentwicklung gemessen. Das Messgerät wird dazu in die Vorlaufleitung der Kraftstoffversorgung des Motors eingebunden. In der Motoren-, Getriebe- und Nebenaggregateentwicklung stellt die möglichst exakte Ermittlung des Kraftstoffverbrauches ein sehr wichtiges Werkzeug dar.
Dirk Goßlau
Kapitel 13. Abgasmessung
Zusammenfassung
Bei der motorischen Verbrennung von Benzin oder Diesel entstehen neben den beiden Hauptkomponenten Stickstoff und Kohlenstoffdioxid die vom Gesetzgeber als Schadstoff eingestuften und mit Grenzwerten belegten Abgase Kohlenstoffmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide und Partikel. Abb. 13.1 zeigt, dass diese Schadstoffe etwa 1,1 % (Massenanteil) des Abgases eines Ottomotors im Teillastbetrieb ausmachen. Die Anteile der Schadstoffe im Rohabgas (vor der Nachbehandlung durch Katalysatoren und Filter) ist sehr stark vom Motorbetriebspunkt und der Applikation abhängig. Weitere Abgasbestandteile sind in geringem Umfang Ammoniak, Sulfate, Aldehyde und bei älteren Motoren bzw. Verbrennung schwefelhaltigen Kraftstoffs Schwefeldioxid.
Dirk Goßlau
Kapitel 14. Indizierung
Zusammenfassung
Als Indizierung wird die zeitlich hochaufgelöste, kurbelwinkelbasierte Messung des Druckes im Zylinder bzw. in der Brennkammer und in der Ansaug- und Abgasanlage bezeichnet. In den letzten Jahren wurden weitere Größen, wie z. B. Zünd- und Einspritzsignale, Drücke im Einspritzsystem und das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment, in die Indiziermessungen einbezogen. Die Messwerte werden dabei messtechnisch bis zu Genauigkeiten von 0,025°KW (Kurbelwinkel) erfasst, im PKW-Motorenbereich sind 0,1°KW üblich.
Dirk Goßlau
Kapitel 15. Motorenprüfstand
Zusamennfassung
Je nach verwendeter Belastungseinrichtung (Bremse) kann in Motorenprüfstände für stationäre oder transiente Messungen unterschieden werden. Dabei versteht man unter stationären Messungen diskrete Betriebspunkte des Motors, die nacheinander angefahren und bis zum Stationärwerden aller Temperaturen, Drücke usw. gehalten werden. Haben sich stationäre Verhältnisse eingestellt, wird der sog. Kennfeldpunkt gemessen. Transiente Messungen umfassen z. B. das Fahren diverser Zyklen, z. B. NEFZ , WLTC , Kundenverbrauchszyklen , Rennstreckensimulationen usw.
Dirk Goßlau
Kapitel 16. Rollenprüfstand
Zusammenfassung
Auf Rollenprüfständen können die Längskräfte der Straßenfahrt simuliert werden. Das dient zur Applikation und Zertifizierung von gesetzlich vorgeschriebenen Abgaszyklen, zur Leistungsmessung, zur Simulation von Höhenfahrten, zur Dauerlaufuntersuchung, für NVH- und EMV-Untersuchungen und seit einigen Jahren auch zur Appllikation der Klimatisierung, Kühlung, Vereisung, Schneebewurf und Regenfahrt, wenn der Rollenprüfstand Teil eines Klimawindkanals ist.
Dirk Goßlau
Kapitel 17. Fahrzeugmesstechnik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird auf die Messtechnik im Fahrzeug und zur Beurteilung von Fahrzeugen auf der Straße eingegangen.
Dirk Goßlau
Kapitel 18. Bremsanhänger
Zusammenfassung
In der Vorserienerprobung von neuen PKW werden u. a. Grenzfälle der Kühlung untersucht, z. B. Höchstgeschwindigkeit oder Bergfahrt mit voller Zuladung und max. Anhängemasse bei konstanter, langsamer Geschwindigkeit und relativ hohen Umgebungstemperaturen. Dabei treten in der Praxis mehrere Probleme auf:
Dirk Goßlau
Kapitel 19. Windkanal
Zusammenfassung
Die Untersuchung der aerodynamischen Eigenschaften von Fahrzeugen war die ursprüngliche Intention beim Einrichten von Windkanälen. Inzwischen sind einige Anforderungen hinzugekommen, zum Beispiel:
Dirk Goßlau
Kapitel 20. Statistik und Fehlerbetrachtung
Zusammenfassung
Die korrekte Interpretation von Messergebnissen und die Fehleranalyse machen einen großen Teil der Messaufgabe aus. Durch die Fehleranalyse kann die Messunsicherheit verringert werden, indem Einfluss auf die gesamte Messkette genommen wird. Durch das Anwenden statistischer Methoden gelingen die Bestimmung der Aussagesicherheit eines Messergebnisses einerseits und die Verringerung des Versuchsaufwandes andererseits.
Dirk Goßlau
Backmatter
Metadaten
Titel
Fahrzeugmesstechnik
verfasst von
Dr. Dirk Goßlau
Copyright-Jahr
2020
Electronic ISBN
978-3-658-28479-4
Print ISBN
978-3-658-28478-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-28479-4

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