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Über dieses Buch

Das Buch beschreibt die Grundlagen der Dynamik von Kraftfahrzeugen und die mathematische Modellierung von Einspurmodellen bis hin zu komplexen, räumlichen Mehrkörpermodellen. Ein besonderer Fokus liegt auf dem Prozess der Modellerstellung vom realen Fahrzeug bis hin zum mathematischen Modell sowie auf der Validierung der Ergebnisse. Ausgewählte Anwendungsszenarien erläutern die behandelten Grundlagen. Der Leser lernt, eigene Simulationsmodelle zu entwickeln, kommerzielle Simulationsprogramme einzusetzen, eine geeignete Modellierung auszuwählen und die Ergebnisse von Simulationen zu bewerten.

Neben einigen Korrekturen wurden für die vorliegende dritte Auflage weitere Anwendungsbeispiele für Standardfahrmanöver ergänzt. Um dem sowohl in der Forschung, gerade aber auch in der industriellen Anwendung verstärkten Einsatz von Fahrsimulatoren Rechnung zu tragen, wurde ein neuer Abschnitt zu den Themen Konzeption, Implementierung und Anwendung von Fahrsimulatoren ergänzt.

Die Zielgruppen

Das Buch wendet sich sowie an Entwicklungsingenieure, die Aufgaben im Bereich der Fahrzeugdynamik bearbeiten und an Studierende der Ingenieur- und Naturwissenschaften, die sich im Rahmen Ihres Studiums mit Themenstellungen der Fahrzeugdynamik beschäftigen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

In der Einleitung wird zunächst ein Überblick über die im Buch eingesetzten Modellierungsverfahren und die am Markt verfügbaren Simulationsprogramme gegeben. Zur Beschreibung der Dynamik von Kraftfahrzeugen wird in diesem Buch die Methode der Mehrkörpersysteme verwendet, die für die in der Fahrzeugdynamik wichtigen Phänomene besonders geeignet ist.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

2. Mathematische und kinematische Grundlagen

In diesem Kapitel werden die zum Verständnis des Buches erforderlichen mathematischen und kinematischen Grundlagen ausführlich besprochen. Kraftfahrzeuge sind Beispiele für Mehrkörpersysteme MKS mit sehr komplexer, räumlicher Kinematik, insbesondere im Bereich der Radaufhängungen. Das kennzeichnende Merkmal ist hier das Auftreten geschlossener kinematischer Schleifen, deren mathematische Behandlung erhebliche Schwierigkeiten bereiten kann.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

3. Kinematik von Mehrkörpersystemen

In diesem Kapitel wird die Kinematik von Mehrkörpersystemen ausführlich behandelt. Dabei werden insbesondere die von den Autoren im Rahmen von Entwicklungsprojekten über Jahre erfolgreich eingesetzten Konzepte der kinematischen Differentiale und Transformationen sowie Methoden zur Berücksichtigung der bei Radaufhängungen regelmäßig auftretenden kinematischen Schleifen erläutert.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

4. Bewegungsgleichungen komplexer Mehrkörpersvsteme

Im vorliegenden Kapitel werden zunächst einige Methoden aus der klassischen Mechanik zur Aufstellung von Bewegungsgleichungen in kurzer Form dargestellt. Alle diese Methoden lassen sich zur Modellierung der im Buch behandelten Problemstellungen einsetzen.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

5. Kinematik und Dynamik des Fahrzeugaufbaus

Basierend auf den Kap. 3 und 4, in denen die Methoden zur Aufstellung der Bewegungsgleichungen von allgemeinen komplexenMehrkörpersystemen beschrieben wurden, erfolgt in diesem Kapitel die spezielle Formulierung zur Berechnung der Kinematik und Dynamik des Fahrzeugaufbaus. Dabei fungiert der Fahrzeugaufbau, bestehend aus Fahrgestell und Karosserie, als Grundkörper für die übrigen Fahrzeugkomponenten wie z.B. Vorder- und Hinterradaufhängungen oder Antriebsstrang.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

6. Modellierung und Analyse von Radaufhängungen

Die Radführungen oder Radaufhängungen haben im Laufe der über hundertjährigen Geschichte des Kraftfahrzeugs eine beachtenswerte Entwicklung durchgemacht. Durch die Einführung immer raffinierterer kinematischer Strukturen gelang es, exakte und reproduzierbare Radbewegungen zu erzeugen. Mit zunehmender Kenntnis des Schwingungsverhaltens des Fahrzeugs und der fahrdynamischen Vorgänge rückten die Feinheiten der Bewegungsgeometrie in den Vordergrund, sodass heute eine Vielzahl von Radführungsvarianten mit unterschiedlichsten Zielsetzungen und Eigenschaften zur Verfügung stehen. Durch den Einsatz computergestützter Verfahren ist heute die wunschgemäße Auslegung des Fahrwerks möglich, um bei sicherem Fahrverhalten zugleich höchsten Fahrkomfort zu erreichen.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

7. Modellierung des Rad-Straße-Kontaktes

Die hinreichend genaue Erfassung derWechselwirkung zwischen Reifen und Fahrbahn ist für die Beschreibung und Beurteilung der Dynamik von Kraftfahrzeugen von entscheidender Bedeutung. Der Kontakt Straße-Fahrzeug ist, abgesehen von aerodynamischen Maßnahmen, die einzige Möglichkeit, die Bewegung des Fahrzeugs aktiv zu beeinflussen. Dabei werden sämtliche Kräfte und Momente über die jeweils postkartengroßen sogenannten Reifenlatsche auf das Fahrzeug übertragen.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

8. Modellierung des Antriebsstranges

In den Kap. 5, 6 und 7 wurden die für ein räumliches Gesamtfahrzeugmodell wichtigsten Subsysteme Fahrgestell, Radaufhängungen sowie Reifen und Räder modelliert und ihre Funktionsweise an Beispielen erläutert. Ein weiteres wichtiges Subsystem ist der Antriebsstrang eines Personenkraftwagens, der in diesem Kapitel behandelt wird. Er liefert einen entscheidenden Beitrag zur detaillierten Berechnung der Antriebsdynamik, wie sie z. B. zur Auslegung einer Antriebsschlupfregelung (ASR), eines Antiblockiersystems (ABS) oder einer elektronischen Stabilitätskontrolle (ESP) benötigt wird.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

9. Kraftkomponenten

Die in diesem Kapitel behandelten Kraftkomponenten können im Kraftfahrzeug als aktive oder als passive Elemente auftreten. Die Anforderungen an Kraftkomponenten des Fahrwerks wachsen stetig und sind teilweise widersprüchlich. Die Realisierung von Sicherheits- und Komfortfunktionen erfordert daher häufig den Ersatz der passiven durch aktive Komponenten. So lässt sich z. B. das Fahrverhalten nachhaltig durch eine Aktuierung des üblichen passiven Stabilisators beeinflussen.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

10. Einspurmodelle

In diesem Kapitel werden die grundlegenden Einspurmodelle behandelt, die aber bereits ausreichen, um wesentliche fahrdynamische Phänomene zu beschreiben. Die zugehörigen Bewegungsgleichungen werden explizit angegeben, sodass der Leser in der Lage ist, damit eigene Modelle zu erstellen und entsprechende Simulationen durchzuführen.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

11. Zweispurmodelle

In diesem Kapitel wird anhand überschaubarer Modelle gezeigt, wie auf der Basis der klassischen technischen Mechanik bereits brauchbare realitätsnahe Modellierungen erstellt werden können. Der Leser soll dadurch bei der Generierung eigener einfacherer Modelle unterstützt werden. Die in diesem Kapitel vorgestellten Zweispurmodelle ersetzen jedoch nicht die in Kap. 12 behandelten komplexen Gesamtfahrzeugmodelle.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

12. Räumliche Gesamtfahrzeugmodelle

Um die Bewegungsgleichungen für ein Gesamtfahrzeug aufstellen zu können, wird in einem ersten Schritt der mechanische Aufbau des realen Fahrzeuges durch ein mechanisches Ersatzsystem, bestehend aus starren Körpern, idealen Gelenken und beliebigen äußeren Kräften (jeweils mit gegebenen Kraftangriffspunkten), mithilfe der Methode der Mehrkörpersysteme beschrieben. Die Grundgedanken der Modellierung des mechanischen Gesamtsystems Kraftfahrzeug werden erläutert. Die Modellbildung stützt sich dabei auf die Modellierungselemente und Hilfsmittel wie sie in Kap. 3, 4 sowie den Kap. 5–9 zur Beschreibung von Fahrzeugkomponenten eingeführt worden sind. Hierbei kommt einer möglichst genauen Beschreibung der nichtlinearen Kinematik der Radaufhängungen eine besondere Bedeutung zu, da hieraus wesentliche Einflüsse auf das dynamische Verhalten des Gesamtfahrzeuges resultieren (s. hierzu insbesondere auch Kap. 6).

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

13. Modell eines typischen komplexen Gesamtfahrzeugs

Dieses Kapitel zeigt die Modellierung eines typischen Fahrzeugs der Mittelklasse in FASIM_C++. Darüber hinaus werden die bei der Verifikation und Validierung des Modells angewendeten Methoden beschrieben. Daraus geht das verifizierte Modell eines typischen Mittelklasse-Pkw hervor. Dieses Fahrzeugmodell wird anhand von realen Versuchsdaten von vier verschiedenen Mittelklassefahrzeugen auf seine Aussagefähigkeit hin untersucht. Mithilfe dieses Fahrdynamiksimulationsmodells können dann z. B. die in Kap. 14 dargestellten Untersuchungen zur Auslegung von Überschlagschutzsystemen durchgeführt werden.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

14. Ausgewählte Anwendungen

In diesem Kapitel werden als Beispiele für die Anwendung der im Buch behandelten Methoden Untersuchungen zu den Themen Fahrdynamiksimulation, Fahrzeugüberschläge, Regelung der Wankbewegung und Aufbau und Einsatz von Fahrsimulatoren behandelt.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

Backmatter

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