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Über dieses Buch

Die Komplexität in der Fahrzeugtechnik für Mobilitätsangebote wächst. Fahrzeugingenieurinnen und -ingenieure und Personen in allen Bereichen der Mobilität benötigen in der Praxis und Ausbildung den sicheren und raschen Zugriff auf Grundlagen und Details der Fahrzeugtechnik, der Vernetzung und deren dazugehörigen industriellen Prozessen. Diese Informationen sind in der aktuellen Auflage umfassend dargestellt. Neben der Berücksichtigung der aktuellen Fortschritte der Automobile wird besonders auf die rasante Entwicklung für Hybrid- und Elektrofahrzeuge eingegangen. Daneben beeinflusst die Vernetzung der Fahrzeuge untereinander und mit der äußeren Verkehrsinfrastruktur sowie das automatisierte Fahren sehr stark die Entwicklung auf dem Mobilitätsektor. In der 8. Auflage sind viele Neuerungen auf dem Gebiet Mobilität, Verbrennungsmotor, Hybrid- und Elektroantrieb, Brennstoffzelle, Fahrzeugsicherheit, Elektrik, Elektronik und Vernetzung eingearbeitet. Die Autoren sind exzellente Fachleute der Automobil- und Zuliefererindustrie sowie der Universitäten. Sie stellen sicher, dass Theorie und Praxis vernetzt dargestellt werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Mobilität

Wie Bewegung eine Voraussetzung des Lebens ist, wird ihr Gegenteil, Bewegungslosigkeit, Starre, mit Leblosigkeit oder gar mit Tod gleichgesetzt. Die Materie selbst ist unaufhörlich in Bewegung. So sagt Galileo Galilei: „Nichts ist älter in der Natur als Bewegung“. Und Pascal sagt in seinen Pensees: „Zu unserer Natur gehört die Bewegung; vollkommene Ruhe ist der Tod“. Nicht umsonst zählt Gefängnis seit jeher zu den besonders harten Strafen für Mensch und Tier. Es bedeutet nämlich nicht nur kein Aus-dem-Haus-gehen, Fahren, Fliegen, sondern auch starken Verlust an Informationsaufnahme und damit Mangel an Erkenntnis-Gewinn und Erkenntnis-Weitergabe.
Irene Feige, Frank Hansen

2. Anforderungen, Zielkonflikte

Das Automobil ist seit mehr als einhundert Jahren ein Transportmittel für Menschen, Tiere und Güter. Obwohl es für den größten Anteil der Fahrzeuge in seinen Grundzügen gleich geblieben ist – vier Räder, Otto- oder Dieselmotor als Antrieb, Getriebe als Drehmomentwandler – hat es doch erhebliche Veränderungen erfahren. Diese findet man – auf den Kunden bezogen – in den zahlreichen Fahrerassistenzsystemen und bei den Antrieben in der wachsenden Anzahl an Varianten, wie CNG–Compressed Natural Gas, LPG – Liquified Petrol Gas, den diversen Hybridsystemen – vom Mild bis zum Plug IN Hybrid – sowie beim reinen Elektroantrieb und der Brennstoffzelle. Die Veränderungen werden geprägt durch den Mobilitätsbedarf, den internationalen Wettbewerb, den technischen Fortschritt, das weltweite Produktangebot, die Aktivitäten der Gesetzgeber, die eingesetzte Energie, Erdöl, Gas, Biokraftstoffe und Elektrizität sowie durch die vielfältigen Kundenanforderungen.
Hans-Hermann Braess, Egbert Fritzsche, Jost Christian Gail, Bernd Lorenz, Andre Seeck, Ulrich Seiffert

3. Fahrzeugphysik

Die Fahrzeugphysik stellt die Vernetzung von physikalisch- technischen Aufgaben an den Fahrzeugentwickler dar.
Beispielhaft zeigt Abb. 3.1 die Anforderungen an die Karosserie, d. h. bauteilbezogen [1] und Abb. 3.2 die funktionsbezogene Vernetzung unterschiedlicher Anforderungen an das Gesamtfahrzeug und für die einzelnen Subsysteme [2]. Die physikalischen Grundgesetze und deren Auswirkungen auf die verschiedenen Teilgebiete sind bei der Auslegung des Fahrzeuges besonders zu berücksichtigen. Analog gilt dies auch für Fahrzeuge mit reinem Elektromotor (Batterie oder Brennstoffzelle).
Mihiar Ayoubi, Andreas Eilemann, Heinz Mankau, Eberhard Pantow, Carsten Repmann, Ulrich Seiffert, Markus Wawzyniak, Achim Wiebelt

4. Formen und neue Konzepte

In diesem Kapitel werden wichtige Aspekte des Designs beleuchtet. Angefangen beim Design Prozess, der die interdisziplinäre Arbeitsmethode beschreibt, über „Advanced Design“, bei dem die Experten die Design-Richtung und Ideen für die Zukunft entwickeln, bis hin zum Beitrag des Designs zum Markenimage.
August Achleitner, Peter Antony, Edgar Berger, Christiaan Burgers, Gernot Döllner, Norbert Ebner, Hans Dieter Futschik, Manfred Gruber, Gerrit Kiesgen, Robert B. Inderka, Sicong von Malottki, Christian H. Mohrdieck, Karl E. Noreikat, Manuel Urstöger, Christoph Schildhauer, Herbert Schulze, Markus Wagner, Klaus Wolff, Martin Wöhr

5. Antriebe

In den über 100 Jahren des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen hat sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler und einer Anfahr-/Schaltkupplung als bevorzugtes Antriebskonzept durchgesetzt und behauptet. Der Antrieb hat eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, von denen die wichtigsten nachfolgend aufgelistet sind:
- Das Fahrzeug muss aus dem Stillstand anfahren und bis zur Höchstgeschwindigkeit jede beliebige Geschwindigkeit darstellen können.
- Antriebsdrehmoment und -drehzahl müssen schnell regelbar sein, um dynamische Fahrvorgänge zu ermöglichen.
- Der Energieträger muss auf kleinem Raum bei geringem Gewicht einen hohen Energieinhalt aufweisen. Ohne große Nutzlast- und Raumverluste soll eine möglichst hohe Reichweite ohne Unterbrechung oder Wiederbetankung möglich sein.
- Die Masse und das Bauvolumen sind möglichst klein zu halten.
- Das gesamte System muss Erschütterungen und Bewegungen standhalten können.
- Der Antrieb soll kurzfristig (auch bei niedrigen und hohen Temperaturen) betriebsbereit sein.
Roland Baar, Henning Baumgarten, Markus Beck, Marius Böhmer, Dennis Bönnen, Richard Dorenkamp, Thorsten Düsterdiek, Georg Eichner, Jürgen Greiner, Gerhard Gumpoltsberger, Jan Hentschel, Michael Hinz, Emmanuel Jean, Hugo Kroiss, Gerhard Kurz, Roman Lahmeyer, Heribert Lanzer, Martin Nijs, Hermann Pecnik, Bert Pingen, Franz Pischinger, Christoph Sasse, Klaus-Peter Schindler, Torsten Schütte, Mike Souren, Klaus Spindler, Klaus Steinel, Matthias Thewes, Michael Zeiser

6. Aufbau

In der Anfangszeit des Automobils wurde die Karosserie – dem Beispiel des Kutschenbaus folgend – auf einem Rahmengestell befestigt. Diese Bauweise findet man heute nur noch bei Lastkraftwagen und großen Off-Road-Fahrzeugen. Im Bereich der Personenwagen hat sich die selbsttragende Karosserie durchgesetzt. Sie wurde 1935 von Opel erstmalig mit dem Modell Olympia in der Großserie eingeführt. Die Innovation bestand darin, dass die Karosserie für sich komplett vorgefertigt wurde. Anschließend wurden die restlichen Komponenten wie Motor, Kupplung, Getriebe, Vorder- und Hinterachse sowie der Auspuffanlage direkt an der Karosserie befestigt und zum Fahrzeug komplettiert. Damit ist die selbstragende Karosserie der wichtigste Aggregateträger, die zudem noch vielen Anforderungen gerecht werden muss [1]. Sie reichen von konsequentem Leichtbau über wirksamen Insassen- und Fußgängerschutz bis hinzu attraktivem Aussehen.
Heiner Bubb, Helmut Goßmann, René Konorsa, Walter Pecho, Armin Plath, Jochen Reichhold, Rudolf Stauber, Lothar Teske, Klaus Werner Thomer, Heinrich Timm, Hans-Jörg Vögel, Markus Wawzyniak

7. Fahrwerk

Automobile sind Fahrzeuge, deren Bewegung auf einer vorgegebenen Oberfläche, in der Regel einer Fahrbahn, vom Fahrer in Längs- und Querrichtung sowie um die Hochachse (Gierachse) in bestimmten, vom Straßenverlauf oder physikalisch vorgegebenen Grenzen, frei bestimmt werden kann. Hierbei sind die Quer- und Gierbewegung engmiteinander gekoppelt.
In senkrechter Richtung zur Fahrbahn muss das Automobil hingegen dem Straßenverlauf ohne aktiven Eingriff des Fahrers folgen (Berg- und Talfahrt). Kurzwellige Fahrbahnunebenheiten sollten jedoch nur soweit auf das Fahrzeug übertragen werden, wie es die Fahrsicherheit, der Fahrerwunsch nach Fahrbahnkontakt und das subjektive Fahrkomfortempfinden erfordern.
Andreas Bootz, Steffen Gruber, Jens Holtschulze, Hugo Kroiss, Klaas Kunze, Roman Müller, Axel Pauly, James Remfrey, Hansjörg Rieger, Erich Sagan, Martin Schwarz, Ludwig Seethaler, Jan Sendler, Hubert Strobl, Thomas Unterstraßer, Heiner Volk

8. Elektrik/Elektronik/Software

Steigende Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Umweltschutz und Komfort führten in den vergangenen Jahren zu einem starken Anstieg der Funktionen im Fahrzeug. Wesentliche Treiber dafür waren die gestiegenen Komfortansprüche, die Vernetzung der Fahrzeuge aber auch ganz wesentlich verschärfte Abgas- und Sicherheitsbestimmungen. So kamen in den letzten Jahren komplexe Infotainment und Assistenzsysteme hinzu, die nur durch ein Zusammenwirken vieler Steuergeräte realisiert werden konnten. Deren intuitive Bedienung sowie Personalisierung der Funktionen erforderte eine systemübergreifende Mensch-Maschine-Schnittstelle. Durch die massiv gestiegene Anzahl an elektrischen Verbrauchern nahm auch der Energiebedarf deutlich zu, sodass über elektronische Energiemanagementsysteme ein optimierter Energiehaushalt sichergestellt werden musste.
Heinz-Bernhard Abel, Heinrich-Jochen Blume, Ludwig Brabetz, Manfred Broy, Simon Fürst, Lothar Ganzelmeier, Jörg Helbig, Gerhard Heyen, Meike Jipp, Günther Kasties, Peter Knoll, Olaf Krieger, Roland Lachmayer, Karsten Lemmer, Wolfgang Pfaff, Thomas Scharnhorst, Guido Schneider

9. Fahrzeugsicherheit

Die Sicherheit des Transports für Menschen und Güter hat weltweit einen hohen Stellenwert. Obwohl in den Industrieländern erhebliche Fortschritte erzielt wurden, waren 2013 ca. 1,24 Millionen Verkehrstote zu verzeichnen, mehr als 20 Millionen wurden verletzt [1]. 80% der tödlichen Verkehrsunfälle geschahen dabei in „middle-income Countries“. In der Prognose von [2] würden die Verkehrsunfälle nach Herzkrankheiten und Depressionen an die dritte Stelle der Todes- und Erwerbsunfähigkeitsgründe rücken. Zahlreiche Organisationen wie die UN, Regierungen, Forschungseinrichtungen und Industrie haben Programme initiiert um diesen Trend umzukehren.
Mark Gonter, Andre Leschke, Ulrich Seiffert

10. Werkstoffe und Fertigungsverfahren

Die Werkstoffe und Technologien, die in den Automobilen zum Einsatz kommen, spiegeln den jeweils vorhandenen Stand der Technik wider. Der für die gegebenen Anforderungen bestgeeignete Werkstoff bzw. das bestgeeignete Fertigungsverfahren kommt zum Einsatz. Somit ist ein Exkurs in die Werkstoffe der frühen Automobile zugleich ein Blick zurück in die Werkstofftechnik der damaligen Zeit, siehe auch Tab. 10.1 und Tab. 10.2.
Ludwig Hamm, Berthold Krautkrämer, Reinhart Malik, Volker Peitz, Robert Plank, Peter Solfrank

11. Produktentstehungsprozess

In ihrem Vorwort charakterisieren die Herausgeber die Produktentstehung sehr treffend als einen hochkomplexen Prozess, dessen Gestaltung und Optimierung immer größere Bedeutung gewinnt. Letztendlich muss dieser Prozess termingerecht zu einem Fahrzeug führen, das für die Zielkunden so attraktiv ist, dass sie es zu einem Preis erwerben wollen, der mit den Renditevorstellungen des Automobilunternehmens im Einklang steht und damit dessen Wettbewerbsfähigkeit sichert Abb. 11.1 umreißt einen Produktentstehungsprozess schematisch.
Hans-Hermann Braess, Thomas Breitling, Jürgen Weissinger, Norbert Grawunder, Ulrich Hackenberg, Volker Liskowsky, Ulrich Widmann

12. Rennfahrzeuge

Rennfahrzeuge werden für die Teilnahme an Wettbewerben konstruiert bzw. von Serienfahrzeugen abgeleitet. Die Rahmenbedingungen der jeweiligen Rennserie werden von einer Sportbehörde festgelegt und überwacht. In diesem Kapitel werden zunächst die wichtigsten Fahrzeug-Kategorien wie beispielsweise die Formel 1, die Tourenwagen-Weltmeisterschaft, Rallye-Weltmeisterschaft sowie die Prototypen und GT Fahrzeuge der Langstrecken-Weltmeisterschaft kurz vorgestellt. Die grundsätzliche Bauweise eines Rennfahrzeuges wird anschließend am Beispiel der Formel 1 näher erläutert. Hierzu wird unter anderem die komplexe Technik im Antriebstrang anhand der in der Formel 1 möglichen verschiedenen Energierückgewinnungssysteme diskutiert und Einflussparameter auf die Rundenzeit erklärt.
Carsten Dieterich, Christoph Müller, Frank Nysten

13. Ausblick – Wo geht es hin?

Die Automobilindustrie befindet sich in der Zeit der Erstellung der 8. Ausgabe dieses Handbuches in der vermeintlich größten Umbruchphase ihrer Geschichte.
Stefan Pischinger, Ulrich Seiffert

Backmatter

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