Das Thema der Vorlesung ist Teil des Mensch/Technik/Umwelt-Problems, im engeren Sinn das Zusammenwirken der Eigenschaften des Menschen und des Fahrzeugs.

Es geht um die Führung des Fahrzeugs (human operator, Kenngrößen des Fahrzeugs), die Rückwirkungen infolge der Emissionen (Schadstoffe, CO2), Straßenwelligkeit und der Belastung beim Unfall.

Wechselbeziehungen zwischen Mensch Wechselbeziehungen zwischen Mensch und Fahrzeugund Fahrzeug

Prof. DI Dr.techn.DDr.hc.Prof. DI Dr.techn.DDr.hc.

Ernst FialaErnst FialaMitglied des Vorstands (R&D) der Volkswagen AG i.R.Mitglied des Vorstands (R&D) der Volkswagen AG i.R.

IVK TU Wien, WS 2010/11IVK TU Wien, WS 2010/11

siehe auch www.ernstfiala.at

1. Fahrkinetik1. Fahrkinetik

Ernst Fiala Ernst Fiala WS 2010/11WS 2010/11

Lenkwinkel L = Radstand a / Radius R, << 1

Krümmung k = 1/R [1/m]

R = 1/k

L

L a

sin (0.1) = 0.1- 0.002

cos (0.1) = 1 - 0.005

Einfachstes Fahrzeugmodell: Radstand, Lenkwinkel

s = v * t

k = RS/Rk = ko EXP(-s²)

k = kn EXP(s-si)² f = INT(k ds)

k = SUM( i=1-9999 ) ki EXP (-pi ki / fi (s-si)²)

si

i…. Nummer der Kurve i ki….Scheitelkrümmung der Kurve i fi….Richtungsänderung in der Kurve i si….Wegkoordinate der Kurve i

Ein ganzer Straßenzug wird dann von Vorzeichen ki, fi und si beschrieben.

k = SUM( i=1-9999 ) ki EXP (- pi ki /fi (s-si)²)

Von k abhängig (f(k)):

- Straßenbreite,

- Steigung,

- Querneigung

Zweckmäßig: ki= konst = -k(i)

Wenn lokal zugespielt, kann links/rechts, R=1/ki oder v = 3.6*SQR(bQ/ki), fi *180/pi zugespielt werden (wie Rallyansage: „links, 110 km/h, 37°, eventuell noch Steigung, Gang, Straßenbreite“)

k…Krümmung an der Stelle s, ki … Scheitelkrümmung in s=si

fi…Richtungsänderung in der Kurve i

Bild k(s) und Zug

f(i)

f

ff

Die Krümmung ist eine Funktion des Weges s; Steigung, Straßenbreite und Querneigung sind eine Funktion der Krümmung k.

human operator

Blockdiagramm Fahrzeugführung

BP

5 Elemente: Eingabe, Ausgabe, fixes Programm, erlerntes

Programm, Verarbeitung

< 100 b/s

.

Zentralnervensystem und Computer haben die gleichen 5 Bestimmungsstücke:

Eingabe (Tastatur, Disk; Sinne), Ausgabe (Bildschirm; Muskel), zentrales Rechenwerk (CPU; ZNS), festes Programm (ROM; Gene) und Speicher (PROM; Gedächtnis).

Unterschied: Bewusstsein.

Wie viele bit sind erforderlich um einen Gegenstand zuerkennen?

Wer entscheidet was man sieht?

Antwort xa auf ein Eingangssignal xe

xa + T1 dxa/dt = xedxa/dt = (xe –xa)/ T1

Meist genügt diese Vereinfachung ( 1 < T1 <2 s)

FahrzeugFahrzeug

Siegfried Marcus, 1864 Siegfried Marcus, 1864 (1870?)(1870?)Der Der Verbrennungsmotor Verbrennungsmotor muss drehen um ein muss drehen um ein Moment liefern zu Moment liefern zu können.können.(el. Zündung, siehe (el. Zündung, siehe Batterie)Batterie)

VVMM

1864

Daimler-Motorwagen 1896

Benz Patent-Motorwagen 1896

1889: Daimler/Maybach: Stahlradwagen Erstes 4-rädiges Auto

(Ackermannlenkung in Gabeln) löst in Frankreich die breite Entwicklung aus

Achsschenkellenkung 1818 und 1893

Benz Velo 1894Erstes Serienauto

Siehe Bremse: am Radumfang, einseitig hinten. Praktische Entwicklung in Frankreich

Richtungsstabilität nach Störung und beim Bremsen Sv=kv ß, Sh=kh ß

(ß…..Schräglaufwinkel)

Alois Riedler (1850-1936): Wissenschaftliche Automobilwertung, 1911

FahrdynamikFahrdynamik

P.Rieckert und E.Schunck, 1940

ßh = ß + ah (dpsi/dt) /v, ßv = L + ß - av (dpsi/dt)/v stationär: dpsi/dt = df/dt, df/dt = v k ßh = ß + ah k, ßv = L + ß – av k

ah dpsi/dt

Diskussion des Einflusses verschiedener Größen am Modell

Fahrzeugführung quer (Lenken)

Einfachstes Fahrzeugmodell: der Fahrer sitzt auf der Hinterachse und blickt in der Längsachse des Fahrzeugs nach vorn. Er versucht den Punkt BP in der Entfernung e auf der Sollspur zu halten. Im gezeichneten Augenblick würde er nach rechts lenken.

L =

Fahrer: P-Regler, PI-Regler

Einfluss der Vorhaltestrecke e (v=20 m/s)

Fahrer und Fahrzeug mit Zeitverhalten

0.1

Radlastunterschied vorn/hinten zur Veränderung des Seitenkraftbeiwerts k

Radlaständerung bei Kurvenfahrt vorn/hinten zur Veränderung der Seitenkraftbeiwerte k

Stationäre Kurvenfahrt für R=v/0.1(„power slide“ durch Umfangskraft an der Hinterachse)

Lage der Momentanzentren und der Rollachse

2

2

2

Lenken ist schwierig, weil Lenken ist schwierig, weil Integration vorhergesehen Integration vorhergesehen

werden musswerden muss

Auto der ZukunftAuto der Zukunft

AUDI A5 CoupéAUDI A5 Coupé

VW 2000 1980

VW Up! Lite, Detroit 2009: 800 ccm 2 Zyl., 38 kW, 10 kW el., 150 km/h, 0-100 in 12.5 s, 695 kg, 0.431 m², 7

Gang DKG, 2.44 L/100 km, cwA=0.27x1.6 m² ? (keine Außenspiegel und Türgriffe, verschlossener

Kühlluftdurchtritt)

In den letzten 50 Jahren wurden die Autos immer niedriger (1.8 1.4 m)

Querschnittsfläche 2.5 kleiner 2 m²

cw 0.5 0.3

cwA 1.2 0.6 m²

mit SUV oder cross over m+(10-30)%, cwA + (30 – 50) % (statt 1500 kg, 0,6 m²: 1650 kg, 0.8 m²). Höherer Augpunkt!

Einachsfahrzeug

nnnnnnnnnn

Einspurfahrzeug Maskus 2004

130 km/h mit 1.4 L/100 km, 185 km/h mit 12 kW

Auslegung des Experimental Safety Vehicle ESVW, 1971

(crash-Geschwindigkeit 50 statt 30 mph, 80 statt 50 km/h)

Autogiro: Antrieb durch PropellerKurzstrecke mit gefaltetem Rotor und Radantrieb, Starten und Landen auf kleinen Plätzen (50x5 m?), zentrale Flugkontrolle auf Luftstraßen

Literatur: Bendat, J.S. u. A.G.Piersol: Ergodic Random Data, Wiley 1986Dieren, W. van: Mit der Natur rechnen, ISBN 3-7643-5173-X* Gould, S.J.: Zufall Mensch, Hauser 1991* Lorenz, K.: Das sogenannte Böse, 1984Popper, K. u. J.Eccles: Das Ich und sein Gehirn, Piper 1986* Popper, K.: Alles Leben ist Problemlösen (1988)Riedel, R.: Die Strategie der Genesis, Piper 1986* Reichholf, J.: Evolution des MenschenSteinbuch, K.: Automat und Mensch, Springer 1971Triffin, R.: Monopolistic Competition...,Cambridge 1947