Modellbildung und Simulation der Dynamik von Kraftfahrzeugen

Vorwort

Inhaltverzeichnis

Nomenklatur und Bezeichnungen

1 Einleitung

1.1 Aufgabenstellung

1.1.1 Modellierung technischer Systeme

1.1.2 Systembegriff

1.1.3 Simulation und Simulationsumgebung

1.1.4 Fahrzeugmodelle

1.2 Gesamtfahrzeugmodelle

1.2.1 Fahrzeugmodelle und Anwendungsgebiete

1.2.2 Kommerzielle Fahrzeugsimulationssysteme

1.3 Inhaltsübersicht

1.4 Web-Seite zum Buch

2 Mathematische und kinematische Grundlagen

2.1 Vektoren

2.1.1 Elementare Rechenregeln für Vektoren

2.1.2 „Physikalische“ Vektoren

2.2 Koordinatensysteme und Komponenten

2.2.1 Koordinatensysteme

2.2.2 Komponentenzerlegung

2.2.3 Zusammenhang zwischen Komponentendarstellungen

2.2.4 Eigenschaften der Transformationsmatrix

2.3 Lineare Vektorfunktionen und Tensoren 2. Stufe

2.3.1 Beispiele für Tensoren 2. Stufe

2.4 Freie Bewegung des starren Körpers

2.4.1 Allgemeine Bewegung des starren Körpers

2.4.2 Relativbewegung

2.4.3 Wichtige Bezugssysteme

2.5 Drehbewegungen

2.5.1 Räumliche Drehung und Winkelgeschwindigkeit

2.5.2 Parametrisierung von Drehbewegungen

2.5.3 Drehzeiger und Drehtensor

2.5.4 Drehzeiger und Winkelgeschwindigkeit

2.5.5 KARDAN-Winkel

3 Kinematik von Mehrkörpersystemen

3.1 Struktur kinematischer Ketten

3.1.1 Topologische Modellierung

3.2 Gelenke in kinematischen Ketten

3.2.1 Gelenke in räumlichen kinematischen Ketten

3.2.2 Gelenke in ebenen kinematischen Ketten

3.2.3 Gelenke in sphärischen kinematischen Ketten

3.2.4 Klassifizierung von Gelenken

3.3 Freiheitsgrade und verallgemeinerte Koordinaten

3.3.1 Freiheitsgrade kinematischer Ketten

3.3.2 Beispiele aus der Fahrwerkskinematik

3.3.3 Verallgemeinerte Koordinaten

3.4 Grundprinzipien des Zusammenbaus kinematischer Ketten

3.4.1 „Sparse“-Methoden

3.4.2 „Vector-Loop“-Methoden

3.4.3 Topologische Methoden

3.5 Kinematik des Gesamtsystems

3.5.1 Grundidee

3.5.2 Blockschaltbilder und kinematische Netze

3.5.3 Relativkinematik des räumlichen Gelenkvierecks

3.5.4 Relative, absolute und globale Kinematik

4 Bewegungsgleichungen komplexer Mehrkörpersysteme

4.1 Fundamentalgleichung der Dynamik für Punktmassen

4.2 Das JOURDAINsche Prinzip

4.3 LAGRANGEsche Gleichungen erster Art für Punktmassen

4.4 LAGRANGEsche Gleichungen zweiter Art für starre Körper

4.5 Das d'ALEMBERTsche Prinzip

4.6 Computergestütztes Aufstellen der Bewegungsgleichungen

4.6.1 Kinematische Differentiale der Absolutkinematik

4.6.2 Bewegungsgleichungen

4.6.3 Dynamik einer räumlichen Mehrkörperschleife

5 Kinematik und Dynamik des Fahrzeugaufbaus

5.1 Fahrzeugfestes Referenzsystem

5.2 Kinematische Analyse des Fahrgestells

5.2.1 Einbindung der Radaufhängungs-Kinematik

5.2.2 Bewegungsgleichungen

6 Modellierung und Analyse von Radauf-hängungen

6.1 Funktion von Radaufhängungssystemen

6.2 Typen von Radaufhängungen

6.2.1 Starrachsen

6.2.2 Verbundlenkerachsen

6.2.3 Längslenkerachsen

6.2.4 Schräglenkerachsen

6.2.5 Doppelquerlenkerachsen

6.2.6 Radaufhängungen nach dem McPherson-Prinzip

6.2.7 Mehrlenkerachsen

6.3 Kenngrößen von Radaufhängungen

6.4 Eindimensionale Viertelfahrzeugmodelle

6.5 Räumliches Modell einer McPhersonRadaufhängung

6.5.1 Kinematische Analyse

6.5.2 Explizite Lösung

6.6 Räumliches Modell einer FünfpunktHinterradaufhängung

6.6.1 Kinematische Analyse

6.6.2 Implizite Lösung

6.6.3 Simulationsergebnisse des räumlichen Viertelfahrzeugmodells

7 Modellierung des Rad-Straße-Kontaktes

7.1 Aufbau des Reifens

7.2 Kraftwirkung zwischen Rad und Straße

7.3 Stationäre Reifenkontaktkräfte

7.3.1 Reifen unter Vertikallast

7.3.2 Rollwiderstand

7.3.3 Reifen unter Umfangskraft

7.3.4 Reifen unter Seitenkraft

7.3.5 Einfluss des Radsturzes auf die Reifenseitenkraft

7.3.6 Einfluss der Radlast auf die Radkräfte in der Lauffläche

7.3.7 Grundsätzliche Struktur der Radkräfte

7.3.8 Überlagerung von Umfangsund Seitenkräften

7.4 Reifenmodelle

7.4.1 Die Kontaktpunkt-Geometrie

7.4.2 Kontakt-Geschwindigkeiten

7.4.3 Berechnung der Schlupfgrößen

7.4.4 Magic Formula Modelle

7.4.5 Magic Formula Modelle für überlagerten Schlupf

7.4.6 HSRI-Reifenmodell

7.5 Instationäres Reifenverhalten

8 Modellierung des Antriebsstranges

8.1 Antriebskonzepte

8.2 Modellbildung

8.2.1 Bewegungen des Motorblockes

8.2.2 Modell des Antriebsstranges

8.2.3 Motorlager

8.2.4 Modellierung der Gleichlaufgelenke

8.3 Modell des Motors

8.4 Relativkinematik des Antriebsstranges

8.5 Absolutkinematik des Antriebsstranges

8.6 Bewegungsgleichungen

8.7 Diskussion von Simulationsergebnissen

9 Kraftkomponenten

9.1 Kräfte und Momente in Mehrkörpersystemen

9.1.1 Reaktionskräfte

9.1.2 Eingeprägte Kräfte

9.2 Betriebsbremse

9.3 Luftkräfte

9.4 Federund Dämpferkomponenten

9.4.1 Federelemente

9.4.2 Dämpferelemente

9.4.3 Parallel geschaltete Kraftelemente

9.4.4 In Reihe geschaltete Kraftelemente

9.5 Stabilisatoren

9.5.1 Passive Stabilisatoren

9.5.2 Aktive Stabilisatoren

9.6 Gummi-Verbund-Elemente

10 Einspurmodelle

10.1 Lineares Einspurmodell

10.1.1 Bewegungsgleichungen des linearen Einspurmodells

10.1.2 Stationäres Lenkverhalten und Kreisfahrt

10.1.3 Instationäres Lenkverhalten Fahrstabilität

10.2 Nichtlineares Einspurmodell

10.2.1 Kinetik des nichtlinearen Einspurmodells

10.2.2 Reifenkräfte

10.2.3 Antriebsund Bremsmomente

10.2.4 Bewegungsgleichungen

10.2.5 Zustandsgleichungen

10.3 Lineares Wankmodell

10.3.1 Bewegungsgleichung für das Wanken des Aufbaus

10.3.2 Dynamische Radlasten

10.3.3 Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens

11 Zweispurmodelle

11.1 Zweispurmodell ohne Radaufhängungskinematik

11.1.1 Impulsund Drallsätze

11.1.2 Federund Dämpferkräfte

11.1.3 Impulsund Drallsätze der Räder

11.1.4 Rad-Strasse-Kontakt

11.1.5 Antriebsstrang

11.1.6 Bremssystem

11.1.7 Bewegungsgleichungen

11.2 Zweispurmodell mit kinematischen Radaufhängungen

11.2.1 Freiheitsgrade des Zweispurmodells

11.2.2 Kinematik des Fahrzeugaufbaus

11.2.3 Allgemeine Kinematik der Radaufhängungen

11.2.4 Radaufhängung mit Schräglenkern

11.2.5 Kinematik der Räder bei der Schräglenkeraufhängung

11.2.6 Radkräfte und –momente

11.2.7 Aufbaufedern und -dämpfer

11.2.8 Windkräfte

11.2.9 Lenkung

11.2.10 Stabilisator

11.2.11 Eingeprägte Kräfte und Momente

11.2.12 NEWTON-EULERsche Gleichungen

11.2.13 Bewegungsund Zustandsgleichungen

11.3 Ein einfaches Fahrermodell

11.3.1 Reglerkonzept

11.4 Parametrierung

12 Räumliche Gesamtfahrzeugmodelle

12.1 Modellierung eines Gesamtfahrzeuges

12.1.1 Kinematik eines heckgetriebenen Fahrzeugmodells

12.1.2 Kinematik frontund allradgetriebener Gesamtmodelle

12.1.3 Dynamik des Gesamtfahrzeugmodells

12.2 Simulation von Kraftfahrzeugen

12.2.1 Aufbau und Konzept von FASIM_C++

12.2.2 Modulare Struktur eines Fahrzeugmodells

12.2.3 Aufstellen der Bewegungsgleichungen

12.2.4 Numerische Integration

12.2.5 Behandlung von Ereignissen

13 Modell eines typischen komplexen Gesamtfahrzeugs

13.1 Modellierung des Gesamtfahrzeugs

13.2 Modellverifikation und -validierung

13.3 Parametriertes Fahrzeugmodell

14 Ausgewählte Anwendungen

14.1 Simulation eines Lenkwinkelsprungs (ISO 7401)

14.2 Simulation von Fahrzeugüberschlägen

14.2.1 Virtuelles Testgelände

14.2.2 Simulationsergebnisse

14.3 Regelung der Wankdynamik durch aktive Stabilisatoren

14.3.1 Passive Stabilisatoren

14.3.2 Steifigkeitsverteilung zwischen Vorderund Hinterachse

14.3.3 Regelung der Wankdynamik durch aktive Stabilisatoren

14.3.4 Reglerentwurf

14.3.5 Führungsund Störverhalten

14.3.6 Wankmomentenverteilung mit Fuzzy-Logik

14.3.7 Wirkprinzip

14.3.8 Potential einer Wankmomentenverteilung

Literaturverzeichnis

Kurzbiografien der Autoren

Stichwortverzeichnis