Grundlagen der Kraftfahrzeugtechnik (eBook)

Prof. Dr.-Ing. Karl-Ludwig Haken lehrt an der Hochschule Esslingen, Fakultät Fahrzeugtechnik.

1 Einführung 11
2 Gesamtfahrzeug 13
2.1 Koordinatensysteme 13
2.2 Wichtige Maße 14
2.3 Aufteilung in Baugruppen 16
3 Antrieb 17
3.1 Antriebskonzepte 17
3.2 Ausführungen und Kombinationen von Antriebsmaschinen 20
3.3 Speicherung der Antriebsenergie 24
3.4 Antriebsstrang, Kennungswandler für Verbrennungsmotoren 26
3.4.1 Anordnung, Aufbau, Funktion 26
3.4.2 Ausführungen von Kupplungen und Wandlern 28
3.4.3 Ausführungen von Getrieben 31
3.4.4 Ausführung des Differenzials 36
4 Fahrwerk 38
4.1 Räder und Reifen 38
4.1.1 Anforderungen an den Reifen 38
4.1.2 Reifenaufbau 39
4.1.3 Reifenabmessungen und Reifenkennzeichnungen 40
4.1.4 Räder 44
4.1.5 Eigenschaften des Reifens bezüglich des Kraftschlusses 45
4.1.6 Reifenverhalten bei reiner Längs- oder Seitenkraft 48
4.1.7 Reifenverhalten bei Überlagerung von Längs- und Seitenkraft 58
4.1.8 Dynamisches Reifenverhalten 60
4.1.9 Federeigenschaften des Reifens 62
4.2 Bremsen 63
4.2.1 Einteilung 63
4.2.2 Aufgaben der Bremsanlage 66
4.2.3 Aufbau der Bremsanlage 66
4.2.4 Bauarten von Bremsanlagen 71
4.3 Radführungen 79
4.3.1 Aufbau von Radführungen 80
4.3.2 Bauarten von Radführungen 80
4.3.3 Achskinematik 89
4.3.4 Achselastokinematik 97
4.4 Lenkung 99
4.4.1 Anforderungen an die Lenkung 99
4.4.2 Aufbau der Lenkung 100
4.4.3 Hilfskraftlenkung 105
4.4.4 Lenkungen mit variabler Übersetzung 109
4.5 Federung und Dämpfung 111
4.5.1 Aufgaben der Federung 111
4.5.2 Bauarten von Federn 113
4.5.3 Schwingungsdämpfer 123
5 Aufbau/Karosserie 129
5.1 Bezeichnungen der einzelnen Bauteile einer Pkw-Karosserie 129
5.2 Aufbaukonzepte 129
5.3 Aufbauvarianten 134
6 Elektrik/Elektronik 135
6.1 Bordelektrik 135
6.2 Elektronik-Bussysteme 135
7 Fahrwiderstand 139
7.1 Radwiderstand 139
7.1.1 Rollwiderstand 139
7.1.2 Schwallwiderstand 144
7.1.3 Lagerreibung/Reibung der nicht betätigten Radbremse 144
7.1.4 Vorspurwiderstand 146
7.1.5 Kurvenwiderstand 147
7.1.6 Federungswiderstand 150
7.1.7 Gesamter Radwiderstand 151
7.2 Luftwiderstand 152
7.2.1 Fahrzeugumströmung 152
7.2.2 Luftwiderstand bei Windstille 153
7.2.3 Luftwiderstand bei natürlichem Wind 155
7.3 Steigungswiderstand 157
7.4 Beschleunigungswiderstand 158
7.5 Zughakenwiderstand 160
7.6 Gesamtfahrwiderstand 162
7.7 Fahrwiderstandsleistung 162
7.8 Experimentelle Ermittlung des Fahrwiderstands 164
7.8.1 Ermittlung des Radwiderstands mittels Prüfvorrichtung 164
7.8.2 Ermittlung des Luftwiderstands im Windkanal 165
7.8.3 Ermittlung des Steigungswiderstands 168
7.8.4 Ermittlung des Beschleunigungswiderstands 169
7.8.5 Ermittlung des Fahrwiderstands und einzelner Anteile mit dem Fahrzeug auf der Teststrecke 169
8 Antriebskennfeld 172
8.1 Erforderliche Antriebskraft und Antriebsleistung an den Antriebsrädern 172
8.2 Ideale Antriebskennung 172
8.3 Reale Kennfelder von Fahrzeugmotoren 174
8.4 Annäherung des Antriebskennfelds an das ideale Kennfeldmittels Anfahrkupplung und Stufengetriebe 178
8.5 Leistungsfluss mit Verlusten 182
8.6 Getriebeabstufung 184
8.7 Beispiel 188
8.8 Besonderheiten bei der Verwendung eines Drehmomentwandlers beim Anfahren 190
9 Fahrleistungen, begrenzt durch Motorleistung 193
9.1 Höchstgeschwindigkeit 193
9.2 Steigfähigkeit 195
9.3 Beschleunigungsfähigkeit 197
9.4 Sonderfall: Motor im Schubbetrieb 199
9.5 Genauere Betrachtung 201
10 Kraftstoffverbrauch 205
10.1 Kenngrößen 205
10.2 Normverbrauch 207
10.3 Berechnung des Streckenverbrauchs 209
10.4 Verbrauchsgünstige Übersetzung und Fahrweise 211
11 Fahrdynamik – Fahrleistungen begrenzt durch Kraftschluss 216
11.1 Längsdynamik 216
11.1.1 Dynamische Radlasten beim Beschleunigen, Bremsen, Steigungs- und Gefällefahrt 216
11.1.2 Bestimmung des Nickwinkels 220
11.1.3 Maximale Beschleunigungs- und Steigfähigkeit aufgrund des Kraftschlusses 221
11.1.4 Erforderlicher Kraftschluss beim Antreiben 224
11.1.5 Bremsverhalten 225
11.1.5.1 Ideale Bremskraftverteilung/idealer Allradantrieb 225
11.1.5.2 Auslegung der installierten Bremskraftverteilung 229
11.1.5.3 Das Antiblockiersystem (ABS), Bremskraftminderer und die elektronische Bremskraftverteilung 231
11.1.5.4 Erforderlicher Kraftschluss beim Bremsen 238
11.1.5.5 Mögliche Abbremsung ohne blockierte Räder bzw. ohne aktives ABS 239
11.1.5.6 Brems- und Anhalteweg 240
11.1.5.7 Zusammenhang zwischen Bremskraft und Fußkraft 245
11.1.5.8 Bremsleistung und Bremsenergie 247
11.2 Querdynamik 247
11.2.1 Eigenlenkverhalten 250
11.2.2 Wankwinkel bei stationärer Kurvenfahrt 256
11.2.3 Dynamische Radlasten beim Vierradfahrzeug bei stationärer Kurvenfahrt 261
11.2.4 Auswirkungen der Radlaständerungen bei Kurvenfahrt auf die übertragbaren Seitenkräfte 264
11.2.5 Möglichkeiten zur Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens beim Vierradfahrzeug 266
11.2.6 Querdynamik bei Nutzfahrzeugen 270
11.3 Vertikaldynamik 272
11.4 Fahrdynamikregelsysteme 277
12 Übungsaufgaben 283
12.1 Beispielfahrzeuge 283
12.2 Aufgaben 287
12.2.1 Aufgaben zum Fahrwiderstand 287
12.2.2 Aufgaben zur Höchstgeschwindigkeit 288
12.2.3 Aufgaben zur Steig- und Beschleunigungsfähigkeit 289
12.2.4 Aufgaben zum Kraftstoffverbrauch 294
12.2.5 Aufgaben zum Bremsverhalten 295
12.3 Lösungen 299
Literaturverzeichnis 307
Formelzeichenverzeichnis 308
Sachwortverzeichnis 312
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