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Fahrzeugtechnik (Fach) / Dynamik der Straßenfahrzeuge (Lektion)

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• Nenne die vier Simulationsmodelle! Beginne mit der niedrigsten Ergebnistiefe bzw. Parameteranzahl! Einspurmodell Zweispurmodell MehrKörperSimulation Finite Elemente Simulation
• Nenne die 6 Bewegungen und Beschleunigungen welche die Dynamik eines Fahrzeugs beschreiben. X-Achse: Wankbewegung, Längsbeschleunigung Y-Achse: Nickbewegung, Querbeschleunigung Z-Achse: Gierbewegung, Vertikalbeschleunigung (Huben)
• Nenne die fünf Vereinfachungen die beim Einspurmodell getroffen werden! 1) Räder einer Achse werden zusammengefasst2) Schwerpunkt befindet sich auf Fahrbahnhöhe-> kein Nicken, kein Wanken, keine Radlastunterschiede vorne/hinten3) Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ist konstant4) keine Vertikaldynamik5) kleine Winkel
• Wie wird der Momentanpol im Einspurmodell ermittelt? Wie der Bahnradius? Momentanpol ist Schnittpunkt aus der Senkrechten zum Geschwindigkeitsvektor am Vorderrad und der Senkrechten zum Geschwindigkeitsvektor am Hinterrad Der Bahnradius ergibt sich aus dem Momentanpol und dem Schwerpunkt
• Wie berechnet sich der vordere Achsschräglaufwinkel im Einspurmodell? Wie der hintere Achsschräglaufwinkel? Vorderer: aus vorderem Achslenkwinkel, dem Schwimmwinkel und einem Gierratenkorrekturtermαv = δv - β - lv/v * (dψ/dt) Hinterer: aus dem Schwimmwinkel und einem Gierratenkorrekturtermαh = - β + lh/v * (dψ/dt)
• Wie berechnet sich die Seitenkraft eines Reifens? Fs = c * α c: Schräglaufsteifigkeit des Reifensα: Schräglaufwinkel -> OHNE Schräglaufwinkel KEINE Seitenkraftübertragung
• Wozu braucht man das linerare Zustandsraummodell des Einspurmodells? - Regelungstechnische Abbildung eines linearen Differentialgleichungssystems- Entwurf von Reglern und Steuerungen- Test auf Beobachtbarkeit und Steuerbarkeit- Berechnung von Übertragungsfunktionen- Prüfung auf Stabilität überPollagenberechnung
• Nenne die vier Schritte beim Aufstellen der Differentialgleichungen des Einspurmodells! 1) Aufstellen relevanter Gleichungen- Kräftegleichgewicht- Momentengleichgewicht 2) Nutzung geometrischer Zusammenhänge für Winkel 3) Einsetzen Reifenmodell 4) Vereinfachung über Produkte und Kleinwinkelannäherung
• Was ist der Unterschied zwischen der Betrachtung des Eigenlenkverhaltens von Olley und Bergmann? Olley:- die Schräglaufsteifigkeit wird als konstant angenommen- der Lenkwinkel verläuft demnach linear zur Querbeschleunigung Bergmann:- die Schräglaufsteifigkeit sinkt bei höheren Schräglaufwinkeln- der Lenkwinkel verläuft bei niedrigen Querbeschleuningungen linear, bei höheren nimmt er einen degressiven Verlauf an
• Welche zwei Vereinfachungen werden beim Anhänger im Einspurmodell getroffen? 1) Der Schwerpunkt liegt auf Fahrbahnhöhe im Reifenauflagepunkt-> Anhänger soll so beladen werden, dass der Schwerpunkt mittig über dem Reifen liegt 2) Ankoppelpunkt am Auto wird starr angenommen-> Schwingung des Zugfahrzeugs wird vernachlässigt
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• Welche acht Maßnahmen zur Verbesserung der Pendelstabilität können an einem Zugfahrzeug getroffen werden? 1) größere Masse2) größerer Radstand3) geringeren Kupplungsüberhang4) größeres Gierträgheitsmoment5) größere Schräglaufsteifigkeit6) Frontantrieb7) größere Wanksteifigkeit8) ESP und ABS
• Welche sieben Maßnahmen zur Verbesserung der Pendelstabilität können an einem Anhänger getroffen werden? 1) geringere Masse2) größere Deichsellänge3) größere Stützlast4) geringeres Gierträgheitsmoment5) größere Schräglaufsteife6) Knickwinkeldämpfung7) größere Wanksteifigkeik
• Wo wird das Einspurmodell in der Praxis angewendet? Warum? Zur Berechnung des Fahrzustandes auf den Steuergeräten wird das Einspurmodell genutzt. Wegen Echtzeitfähigkeit und gute Datenverfügbarkeit
• Nenne zwei Vorteile und drei Nachteile einer breiten Spurweite! + Fahrverhalten+ Design - Kosten- Gewicht- Aerodynamik
• Wann wird eine Parallellenkung bevorzugt, wann eine Ackermannlenkung? Begründe? Parallellenkung -> Autobahn, da man bei kleinen Lenkwinkeln viel Seitenkraft nutzen möchte Ackermannlenkung -> Parkieren, da man bei großen Lenkwinkeln die Seitenkraft nicht braucht und die Abnutzung der Räder vermieden wird
• Nenne sechs Anforderungen an die aktive Sicherheit eines Reifens! 1) Hochgeschwindigkeitsfestigkeit2) Dauerfestigkeit3) Kraftschluss (Trocken, Nässe, Schnee)4) Geradeaus- und Kurvenstabilität5) Handling und Lenkpräzision6) Reifensitz auf Felge
• Nenne die zwei Möglichkeiten der reibschlüssigen Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn! 1) Adhäsionsreibung 2) Hysteresereibung
• In welche drei Widerstände lässt sich der Rollwiderstand aufglieder? Welcher hat den größten Einfluss? 1) Lüfterwiderstand2) Walkwiderstand3) Reibwiderstand Die Walkverlustarbeit dominiert den Rollwiderstand
• Wozu dient das Wankmodell? Das Wankmodell ermittelt die, durch die Querbeschleunigung, entstehenden Radlaständerungen.
• Wie werden die Radseitenführungskräfte im Zweispurmodell ermittelt? Die Radseitenführungskräfte werden mit den Radlasten und Schräglaufwinkeln über das statische Reifenkennfeld ermittelt.
• Aus welchen zwei Teilen setzt sich der Reifenschlupf zusammen? 1) Deformationsschlupf 2) Gleitschlupf
• Welche drei Kennwerte beeinflussen die Seitenführungskraft? 1) Schräglaufwinkel2) Schräglaufsteifigkeit3) Radlast
• Was versteht man unter dem Einlaufverhalten eines Reifens? Bei einer Änderung des Betriebsverhaltens dauert es eine gewisse Zeit bis sich ein neuer stationärer Zustand einstellt
• Wie ist die Einlauflänge/Abrolllänge σ eines Reifens definiert? Die Einlauflänge σ ist der Weg, den ein Reifen zurücklegen muss um 2/3 seiner stationären Reifenkraft aufzubauen
• Nenne vier verschiedene Modellierungsarten des Reifens! 1) Mathematisch empirisch2) 2D-Modell physikalisch3) 3D-Modell physikalisch4) FEM-Modell
• Nenne jeweils die fünf Ein- und Ausgangsgrößen, die das Reifenverhalten charakterisieren! Eingangsgrößen:1) Radlast2) Geschwindigkeit3) Schräglaufwinkel4) Sturzwinkel5) Umfangsschlupf Ausgangsgrößen:1) Einfederung2) Rollwiderstand3) Seitenkraft4) Rückstellmoment5) Umfangskraft
• Welchen Effekt hat eine Vergrößerung der Spurweite an VA/HA? Bei einer Vergrößerung der Spurweite sinken an der jeweiligen Achse die Radlastunterschiede und damit die Schräglaufwinkel. VA: An der Vorderachse bedeutet dies eine Tendenz zum ÜbersteuernHA: An der Hinterachse bedeutet dies eine Tendenz zum Untersteuern
• Welche fünf Möglichkeiten werden in der Fahrdynamik genutzt um die Reifenseitenkraft zu beeinflussen? 1) Umfangskräfte ändern -> Kammscher Kreis2) Spuränderung3) Sturzänderung4) Radlastdifferenzen ändern5) Überlagerung eines zusätzlichen Giermoments -> durch Längskraftmanipulation
• Welchen Zielkonflikt gibt es in der Vertikaldynamik? Durch die Hubbewegung wird die Radlast beeinflusst-> Radlastschwankungen beeinflussen Fahrsicherheit negativ-> Aufbaubeschleunigungen beeinflussen Fahrkomfort negativ
• Aus welchen drei Teilmodulen setzt sich das Wankmodell zusammen? 1) statische Radlasten2) Federung 3) Radführung
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• Was passiert wenn am Schwerpunkt eines Fahrzeugs eine Seitenkraft angreift? Wie wird diese abgestützt? Das Fahrzeug dreht sich um die Wankachse Die Seitenkraft wird von den Radseitenkräften abgestützt
• Warum wird darauf geachtet, dass das Wankmoment über der Straßenebene liegt? Nur wenn das Wankzentrum über der Straßenebene liegt, gibt es bei der Einfederung eine Spur- und Sturzänderung
• Welche zwei visionäre aktive Systeme der Fahrdynamik werden derzeit erprobt? - Sturzverstellung - Corner-Module
• Ein Sportwagen wird wegen des Traktionsbedarf beim Beschleunigen mit einem Heckspoiler versehen und zusätzlich hecklastig ausgelegt. Wie wählst du die Fahrwerksabstimmung um möglichst hohe Querbeschleunigungen fahren zu können? VA:- harter Stabilisator- schmale Spur- geringer negativer Sturz- kleinere Reifendimension HA:- weicher Stabilisator -> um Wankbewegung klein zu halten- breite Spur- negativer Sturz- größere Reifendimension
• Ein frontgeriebenes Fahrzeug hat den Antrieb im Vorderwagen und ist dadurch frontlastig. Wie kann die Fahrwerksabstimmung gestaltet werden, wenn ein leicht untersteuerndes Verhalten gewünscht ist? Durch die Frontlastigkeit neigt das Fahrzeug ohne Abstimmung sehr stark zum Untersteuern. D. h. übersteuernde Maßnahmen müssen getroffen werden VA:- Mehr Vorspur- negativer Sturz- Wankpol herabsetzen- Wanklenken, Seitenkraftlenken HA:- harter Stabilisator- schmale Spur
• In welchen Fahrsituationen überträgt der Stabilisator ein Rückstellmoment? In welcher Situation geschieht dies trotz Einfederung nicht? - Der Stabilisator überträgt beim Wanken und beim einseitigen Einfedern ein Rückstellmoment- Beim beidseitigen Einfedern wird kein Rückstellmoment übertragen
• Was bewirkt ein Stabilisator bzw. ein härterer Stabilisator im Bezug auf den Schräglaufwinkel? Ein Stabilisator bzw. eine Erhöhung der Härte bewirkt ein Rückstellmoment an die Kurveninnenseite, welches das kurveninnere Rad ebenfalls zum Einfedern zwingt. Am kurveninneren Rad wird also zusätzlich die Radlast verringert, um den Wankwinkel zu verringern. Dadurch ergeben sich größere Radlastdifferenen, welche zu einem erhöhten Schräglaufwinkelbedarf führen.
• Wie kann die Kippgefahr eines Fahrzeugs abgeschätzt werden? Man zeichnet die vier Räder in Draufsicht und fügt Verbindungslinien ein. Um den Schwerpunkt zeichnet man einen Kreis mit dem Radius r=1,3*h_s, also dem 1,3-fachen der Schwerpnkthöhe. Verlässt der Kreis das Viereck ist die Kippgefahr groß!
• Wie lautet die Grübler-Gleichung? F = k * (n-1-g) + Σbi F: Freiheitsgradek: Dimensionsabhängiger Vorfaktor (2D-> k=3; 3D-> k=6)n: Anzahl der Einzelkörper eines kinematischen Systemsg: Anzahl der Gelenkebi: Wertigkeit der einzelnen Gelenke
• Warum stellt man beim unbelasteten Fahrzeug einen geringen Vorspurwinkel ein? Welche zwei Nachteile ergeben sich dabei? 1) Verbessert Geradeauslaufverhalten2) Ansprechverhalten auf Lenkeingaben ist direkter Nachteile:1) Erhöht Rollwiderstand2) Erhöht Reifenverschleiß
• Was versteht man unter der kinematischen Vorspuränderung? Die kinematische Vorspuränderung ist die Änderung des Vorspurwinkels bei Federbewegung und hat maßgeblich Einfluss auf das Eigenlenkverhalten
• Wie ist der Sturzwinkel definiert? Warum hat er großen Einfluss auf das Seitenkraftpotential? Der Sturzwinkel γ ist der Winkel zwischen einer Senkrechten zur Fahrbahnoberfläche und der Radmittelebene. Der Sturz ist positiv, wenn das Rad nach außen gekippt ist und negativ wen das Rad zur Fahrzeugmitte gekippt ist. Durch die Neigung des Rades lässt sich ein Abstützteffekt am Reifen erzielen. Die Pressverteilung am Reifenlatsch wird gleichmäßiger und das Seitenkraftpotential wird erhöht.
• Wie ist die Wertigkeit b eines Gelenks definiert? Wie hoch ist die Wertigkeit eines Kugelgelenks, eines Kardangelenks, eines Elastomergelenks, eines Drehgelenks und eines Drehschubgelenks? Die Wertigkeit b eines Gelenks ist die Anzahl der Freiheitsgrade. Kugelgelenk: b=3Kardangelenk: b=2Elastomergelenk: b=1...3Drehgelenk: b=1Drehschubgelenk: b=2
• Wie ist die Anzahl der Körper n in der Grüblergleichung definiert? n ist die Anzahl aller beweglichen Starrkörper und dem Initialkörper
• Nenne die fünf wichtigen Achskennwerte einer ungelenkten Radaufhängung! 1) Vorspurinkel δV2) Sturzwinkel γ3) Bremsstützwinkel ε4) Anfahrstützwinkel (Schrägfederungswinkel) κ5) Höhe des Wankzentrums hw
• Was verursacht eine Spreizung beim Radeinschlag? Nenne Vorteil und Nachteil? Durch die Spreizung bekommen beide Räder beim Einschlag einen positiven Sturz + Kurvenradius sinkt- das kurvenäußere Rad verliert Seitenkraftpotential
• Wie ist der Lenkrollradius r_σ definiert? Warum sollte der Lenkrollradius möglichst gering gehalten werden? Der Lenkrollradius rσ ist der Abstand zwischen dem Durchstoßpunkt der Lenkachse mit der Fahrbahn und der Schnittlinie der Radmittelebene mit der Fahrbahn. Der Lenkrollradius bildet zusammen mit der Bremskraft ein Lenkmoment um die Hochachse. Dies spürt der Fahrere als Störmoment.
• Wie ist der Nachlaufwinkel definiert? Warum wird dieser positiv gewählt, also in Fahrtrichtung nach hinten neigend? Der Nachlaufwinkel wird in der x-z-Ebene von der Lenkachse und einer Senkrechten zur Fahrbahnebene eingeschlossen. Durch einen positiven Nachlaufwinkel wird das Rad gezogen und trägt somit zu einer Verbesserung des Geradeauslaufverhalten bei.Durch einen positiven Nachlaufwinkel wird ebenfalls der Sturz beeinflusst. Beider Radseiten verhalten sich hierbei gegenläufig, sodass sich die Räder in die Kurve hineinlegen. Das Seitenkraftpotential wird erhöht.
• Was versteht man unter der dynamischen Lenkungsrückstellung? Wird am Rad Seitenkraft aufgebaut, entsteht durch den Hebelarm aus Nachlaufstrecke und dem dynamischen Reifennachlauf ein Moment um die Lenkachse, welches rückstellend wirkt. Der Fahrer bekommt dadurch Rückmeldung über den aktuellen Fahrzustand. Lässt das Rückstellmoment bei konstantem Lenkeinschlag nach, erkennt der Fahrer, dass die Haftgrenze überschritten ist.
• Was versteht man unter der statischen Lenkungsrückstellung? Durch den Spreizungswinkel wird das Rad bei einer Lenkbewegung nach unten gegen die Fahrbahn gedrückt. Die Fahrbahn wirkt dem entgegen und die Erhöhung der Normalkraft bewirkt ein Rückstellmoment um die Lenkachse.

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