Fiala Mensch und Fahrzeug

Fahrzeugführung und sanfte Technik
2006
ISBN: 978-3-8348-9026-9
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 291 Seiten, eBook

Reihe: ATZ/MTZ-Fachbuch

Die Interaktion von Mensch und Maschine sowie die damit entstehenden Probleme stehen im Mittelpunkt des Buches. Lehrbuchartig und mit manchem vereinfachenden Blick in die Vergangenheit werden die sonst oft komplizierten Zusammenhänge verständlich erklärt. Die veränderten Fahrzeugeigenschaften durch die heutigen Eingriffe in die Technik wie Aktivlenkung, Hybridantrieb, geregelte Federung, Assistenzsysteme werden untersucht. Ein besonderes Kapitel befasst sich mit der Bedeutung der Produktentwicklung für den Unternehmenserfolg. Dem Aspekt der sanften Technik wird besondere Aufmerksamkeit geschenkt.

Prof. Dr. techn. Dr. hc. Ernst Fiala lehrte nach seiner Zeit als Versuchsingenieur bei Daimler Benz an der TU Berlin und wechselte danach zur Volkswagen AG als Forschungs- und Entwicklungsleiter. Zuletzt war er Mitglied des Vorstands, gilt als 'Vater des VW Golf' und ist heute als Honorarprofessor an der TU Wien tätig in den Gebieten Forschung Kfz-Technik, Biomechanik, Fahrzeugentwicklung, Mensch und Fahrzeug.

Zielgruppe

Professional/practitioner

Autoren/Hrsg.

Fiala, Ernst

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Einleitung;10
4;Das Fahrzeug in Zeit und Raum;10
5;1 Mensch als Regler – Human Operator;18
5.1;1.1 Human Operator;19
5.2;1.2 Experimente zur Erforschung des Human Operators;25
5.2.1;1.2.1 Seitliche Störkraft;26
5.2.2;1.2.2 Fahrsimulatoren;26
5.2.3;1.2.3 Folgeaufgaben;29
5.3;1.3 Signalflussbilder;30
5.4;1.4 Fahrhilfen;31
5.4.1;1.4.1 Automatische Fahrzeugführung;34
5.5;1.5 Assistenzsysteme;38
5.5.1;1.5.1 Funktionsverknüpfung;39
5.5.2;1.5.2 Fahrer-Assistenzsysteme;39
5.5.2.1;1.5.2.1 Assistenzsysteme mit Warnung oder Hinweis für den Fahrer;41
5.5.2.2;1.5.2.2 Assistenzsysteme mit Eingriff ins Fahrzeug;41
6;2 Fahrzeugführung längs;48
6.1;2.1 Folgen;48
6.2;2.2 Anhalten;52
6.3;2.3 Fortpflanzung einer Störung;53
6.4;2.4 Fahrspurkapazität;54
6.5;2.5 Fahrwiderstand, Verbrauch, Leistungsbedarf, Getriebe;56
6.6;2.6 Antriebsmotor;62
6.7;2.7 Verbrauchsverbesserung;71
6.7.1;2.7.1 Angepasste Steigung;71
6.7.2;2.7.2 Intermittierendes Beschleunigen;71
6.7.3;2.7.3 Hybrid-Antrieb;74
6.7.3.1;2.7.3.1 Serien-Hybrid;75
6.7.3.2;2.7.3.2 Verzweigungs-Hybrid;90
6.7.3.2.1;2.7.3.2.1 Verzweigungshybrid für Zweiachsantrieb;98
6.7.3.3;2.7.3.3 Vergleich Verbrauchseinsparung;100
7;3 Lenken – Fahrzeugführung quer;106
7.1;3.1 Lenken;107
7.2;3.2 Reales Fahrzeug, Fahrdynamik;110
7.3;3.3 Stationäres Fahren;132
7.4;3.4 Einfluss der Luftkräfte;141
7.5;3.5 Allradlenkung;143
7.6;3.7 Straße;148
8;4 Fahrzeugführung vertikal, Federung;154
8.1;4.1 Fahrzeuge ohne Federung – Ochsenkarren;156
8.2;4.2 Ideale Federung –Transrapid;157
8.3;4.3 Erträglichkeit mechanischer Schwingungen, Federungskomfort;158
8.4;4.4 2-Masse Federungsmodell;159
8.5;4.5 Verbesserungsmöglichkeiten;164
8.6;4.6 Nichtlinearitäten;167
8.6.1;4.6.1 Nichtlineare Federn;167
8.6.2;4.6.2 Nichtlineare Dämpfer;167
8.7;4.7 Mehrachsigkeit und Mehrspurigkeit;168
8.8;4.8 Ausgleichsfederung;169
9;5 Sicherheit;170
9.1;5.1 Rückhalteeinrichtungen (restraint systems);172
9.2;5.2 Fußgänger- und Zweiradfahrer-Schutz;174
9.3;5.3 Biomechanik;175
9.4;5.4 Experimentelle Sicherheitsforschung;176
9.5;5.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Verkehrssicherheit;177
9.6;5.6 Kompatibilität;182
10;6 Wirtschaft, Verkehr, Umwelt;186
10.1;6.1 Bruttoinlandsprodukt (BIP);189
10.2;6.2 Ressourcen;195
10.3;6.3 Emissionen und Umweltschutz;204
10.4;6.4 Flächenbedarf;209
10.5;6.5 Minutenmaut, Marktwirtschaft im Verkehr;211
11;7 Produktplanung und Unternehmenserfolg;218
11.1;7.1 Produktplanung und Ertragsmaximierung;219
11.2;7.2 Kundenwert;221
11.3;7.3 Ansprüche ans Auto;226
11.3.1;7.3.1 Abmessungen;226
11.3.2;7.3.2 Fahrleistungen;227
11.3.3;7.3.3 Sicherheit;228
11.3.4;7.3.4 Design;228
11.3.5;7.3.5 Befriedigung aller Sinne;233
11.3.6;7.3.6 Qualität;236
11.4;7.4 Evolution der Bauform;237
11.4.1;7.4.1 Standardbauform;238
11.4.2;7.4.2 Frontblock;240
11.4.3;7.4.3 Heckblock;241
11.4.4;7.4.4 Exoten;242
11.4.5;7.4.5 Retro;243
11.5;7.5 Sanfte Technik;244
12;8 Anhang;248
12.1;8.1 Eine kurze Geschichte der Fahrzeugführung;248
12.1.1;8.1.1 Fahrrad;248
12.1.2;8.1.2 Auto (siehe Tabellen T8-2 und T8-4);248
12.1.3;8.1.3 Richtungsstabilität;251
12.2;8.2 Festigkeit, Steifigkeit, Material;252
12.2.1;8.2.1 Selbsttragende Karosserie;254
12.2.2;8.2.2 Leichtbau;256
12.3;8.3 Geregelte Federung;257
12.4;8.4 Kettenloses Fahrrad (Kurbelantrieb);260
12.5;8.5 Entwicklungshilfe, Ethik und Wirtschaft;261
12.6;8.6 Akustikbahn – minimaler Fahrwiderstand;267
12.6.1;T8-1: Zeittafel Fahrradentwicklung;274
12.6.2;T8-2: Zeittafel Fahrzeugentwicklung von Daimler und Benz;275
12.6.3;T8-3: Zeittafel Fahrzeugentwicklung und Erfinder;276
12.6.4;T8-4: Zeittafel Illustrierte Fahrzeugentwicklung;277
13;Historische Bilder;280
14;Sachwort- und Namenverzeichnis;298

Mensch als Regler — Human Operator.- Fahrzeugführung längs.- Lenken — Fahrzeugführung quer.- Fahrzeugführung vertikal, Federung.- Sicherheit.- Wirtschaft, Verkehr, Umwelt.- Produktplanung und Unternehmenserfolg.

Leseproben

5 Sicherheit (S. 161-162)

In der raschen Bewegung relativ zur Umgebung liegt eine Gefahr: die kinetische Energie. Es kommt nicht auf die absolute Geschwindigkeit an. Wir bewegen uns relativ zum Erdmittelpunkt mit 1 000 km/h um diesen herum, die Erde rast mit 100 000 km/h um die Sonne und diese bewegt sich mit noch höherer Geschwindigkeit auf die Andromeda zu. Das alles bleibt ungefährlich, solange die Geschwindigkeit gleich bleibt. Auch im Verkehr ist es so: die Geschwindigkeit bleibt abgesehen von Fahrwiderständen ohne Konsequenz.

Erst wenn sich etwas in den Weg stellt sind die Folgen dramatisch. Je rascher die Geschwindigkeit sich ändert, umso größer sind die auftretenden Beschleunigungen und zerstörerischen Kräfte. Der kinetischen Geschwindigkeit entspricht eine Fallhöhe von h = v2/2 g: es begleitet uns bildlich gesprochen ein Phantomkörper, der bei 50 km/h 10 m über uns liegt, bei 70 km/h 20 m, bei 100 km/h 40 m, bei 140 km/h 80 m und so fort. Aus dieser Höhe stürzt der Phantomkörper herunter, wenn sich die Geschwindigkeit gegen die Umgebung auf 0 reduziert.

Zunächst sind alle Maßnahmen zu ergreifen, die einen Unfall vermeiden helfen („aktive Sicherheit"): der Fahrer muss so gut wie möglich informiert werden (Scheinwerfer, Nachtsichtgerät, Kommunikation Fahrzeug-Fahrzeug, die auf Gefahren im voraus liegenden Streckenabschnitt hinweist (Nebel, Glatteis, Unfall), Warnsignal beim Spurwechsel bei befahrener Nebenfahrbahn usw). Das Fahrzeug muss seinen Vorgaben exakt folgen (Bremsassistent, ABS, ESP).

Neben der aktiven Beeinflussung des Fahrers auf den Fahrvorgang und der Vermeidung von Kollisionen, hat sich aber auch gezeigt, dass passive Sicherheitssysteme unverzichtbar sind. Diese werden permanent weiter entwickelt, um das Verletzungsrisiko weiter zu reduzieren, Beispiel 8. Die Schuld an Unfallfolgen ist daher dem Quadrat Geschwindigkeit zuzuschreiben. Aber es kommt darauf an, wie die kinetische Energie umgesetzt wird. Wenn sie von den Bremsen in Wärme gewandelt wird, die Beschleunigungen in Rahmen von wenigen m/s2 bleibt, dann ist die Geschwindigkeitsänderung für die Insassen harmlos, weil sie die Massenkräfte gegen das Fahrzeug abstützen können.

Seit es Verkehr gibt, gibt es auch Unfälle. Man konnte niedergetrampelt werden, „unter die Räder kommen". Die ersten Theorien über Unfallstatistik (die noch in den 50er Jahren des vorigen Jahrhunderts gelehrt wurden) gingen von einer überproportionalen Zunahme der Unfälle mit der Zahl der Fahrzeuge im Verkehr aus: jedes der n Fahrzeuge konnte allein verunfallen oder mit einem anderen Fahrzeug zusammenstoßen: Die Zahl der Unfälle Z werde mit der Zahl der Fahrzeuge im Verkehr n nach der Gleichung Z = a · n + b · n2 zunehmen. In der ersten Welle der Motorisierung (1950–1970) schien diese Gleichung auch richtig zu sein.

Dann aber stieg die Zahl der Unfallopfer so sehr an, dass ernsthafte Maßnahmen an allen verkehrsbildenden Faktoren ergriffen wurden: die Sicherheit der Fahrzeuge und Straßen wurde angegangen, die Verkehrserziehung verbessert, die Überwachung verschärft. Nach einem Maximum von etwa 22 Verkehrstoten pro 100 000 Einwohnern und Jahr (oder etwa 2 % der Sterbefälle) fällt in den vollmotorisierten Ländern die Zahl unter zehn (unter 1 % der Sterbefälle, Bild 5-12).

Dieser Anteil scheint akzeptiert zu werden, obwohl es natürlich anhaltende Bestrebungen gibt, die Zahl der Verkehrsopfer kontinuierlich oder sprunghaft herabzusetzen. Schlichte Gemüter setzen bei der Geschwindigkeit an: weil die Unfallfolgen proportional der umgesetzten Energie im Unfall seien, also proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit, sei die Herabsetzung der Geschwindigkeit das beste Mittel.

Über Autor(innen)

Prof. Dr. techn. Dr. hc. Ernst Fiala lehrte nach seiner Zeit als Versuchsingenieur bei Daimler Benz an der TU Berlin und wechselte danach zur Volkswagen AG als Forschungs- und Entwicklungsleiter. Zuletzt war er Mitglied des Vorstands, gilt als "Vater des VW Golf" und ist heute als Honorarprofessor an der TU Wien tätig in den Gebieten Forschung Kfz-Technik, Biomechanik, Fahrzeugentwicklung, Mensch und Fahrzeug.