Fahrzeugtechnik
Bei Anwendungen der Mechatronik in der Fahrzeugtechnik muss die mechatronische Technik im Zusammenwirken mit Mensch und Umwelt gesehen werden. Die Mechatronik im Kraftfahrzeug unterstützt den Fahrer als Operator im „virtuellen Regelkreis“ von Fahrer – Fah
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Bei Anwendungen der Mechatronik in der Fahrzeugtechnik muss die mechatronische Technik im Zusammenwirken mit Mensch und Umwelt gesehen werden. Dementsprechend ist in der Fahrdynamik das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs allgemein als das Gesamtverhalten des Systems Fahrer – Fahrzeug – Umwelt definiert. Der Fahrer als Operator dieses „virtuellen Regelkreises“ beurteilt aufgrund der Summe seiner subjektiven Eindrücke die Güte des Fahrverhaltens. Die elementaren Funktionen des mechatronischen Systems Kraftfahrzeug als Teil dieses virtuellen Regelkreises sind nach der plakativen Darstellung von Abb. 13.1: Fahren Lenken Bremsen Beleuchten Tasten.
13.1 Funktion Fahren: Fahrdynamik und Fahrwerk Wie jeder Bewegungsvorgang in der Technik muss auch die Fahrfunktion eines Kraftfahrzeugs auf ein Bewegungs-Koordinatensystem bezogen sein. In Abb. 13.2 sind die in der Kraftfahrtechnik verwendeten Bezugsgrößen dargestellt. Die vom Fahrer vorgegebene Soll-Bewegungsfunktion muss das Fahrzeug technisch umsetzen. Es muss die dafür erforderliche Fahrdynamik ermöglichen, die sich aus dem Zusammenwirken von Massen, Federung und Dämpfung des Fahrzeugs ergibt. Zur Optimierung der Fahrdynamik werden heute computerunterstützte Modellierungs- und Simulationsmethoden eingesetzt. In diesem Zusammenhang ist ein retrospektiver Blick auf Feynmans Analogs in Physics interessant:
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2015 H. Czichos, Mechatronik, DOI 10.1007/978-3-658-09950-3_13
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Fahrzeugtechnik
Abb. 13.1 Das Gesamtsystem Fahrer-Fahrzeug-Umwelt und seine elementaren Funktionen
13.1 Funktion Fahren: Fahrdynamik und Fahrwerk
Abb. 13.2 Fahrdynamik: Bezugskoordinatensystem, Bewegungsarten, Bewegungskenngrößen
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Aktive Fahrwerke Die heutige Fahrzeugtechnik verwendet Aktive Fahrwerke (Active Body Control, ABC). Sie optimieren Federung und Dämpfung des mechatronischen Systems Automobil durch Regelsysteme mit Sensoren und Aktoren sowie fahrdynamisch aktiven Bauelementen variabler Federsteifigkeit k und Dämpferkonstante d. Abbildung 13.3 zeigt ein 1/4Fahrzeug-Modell und Abb. 13.4 erläutert die Funktion des aktiven Fahrwerks. Die Federbein-Regelung erfolgt mit vertikal verstellbaren Hydraulikzylindern (Plunger) bei Drücken bis 200 bar. Federkraft und Federsteifigkeit der Federbein-Aktoren werden durch den Öldruck im Hydraulikzylinder eingestellt und einzeln geregelt. Ein Wegsensor am Hydraulikzylinder erfasst die Kolbenstangenstellung und gibt eine Rückmeldung an das ABC-Steuergerät. Regel- und Sperrventile steuern den Ölfluss zum Hydraulikzylinder oder zum Rücklauf. Die Regelventile werden elektromagnetisch betätigt und sind als Ventileinheiten an den Achsen angeordnet. Die Sperrventile schließen bei stehendem Motor oder Fehlern das Regelsystem.
Abb. 13.3 Fahrdynamik-Modellierung und technische Komponenten
13.1 Funktion Fahren: Fahrdynamik und Fahrwerk
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Abb. 13.4 Funktionsweise des Aktiven Fahrwerks ABC
Bei Fahrzeugen mit ABC wird in Abhängigkeit der sensordetektierten Fahrsituation durch
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