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Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 5: Fahrerassistenzsysteme Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper
Bild 5.1_1
Fahrerassistenzsysteme - Übersicht
Automatikgetriebe
sensorgesteuerter Scheibenwischer
Bremskraftverstärker
Servolenkung
Bremsassistent
Tempomat
ABS
ASR
ESP
ACC
Navi
EHB ABC
aktive Wankstabilisierung
Lenkassistent
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Bild 5.1_2
Fahrerassistenzsysteme - Funktion
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Bild 5.1_3
1886
1955
2000
6 Zylinder2867 cm³56 kW (76 PS)130 km/h
hydropneumatischeFederung
8 Zylinder4398 cm³245 kW (333 PS)250 km/h
aktive Wankstabilisierung
adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung
1 Zylinder984 cm³0,7 kW (0,9 PS)16 km/h
Geschichte des Automobils
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Bild 5.1_4
Klotzbremse
1886 Außenbandbremse
1902 Innenbacken-Trommelbremse
1919 Öldruckbremse
1955 Scheibenbremse
1978 ABS
Geschichte der Fahrzeugbremse
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Bild 5.1_5
Geschichte der Fahrzeugbremse 2
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Bild 5.1_6
FU Umfangskraft
FS Seitenkraft
Fres resultierendeFührungskraft
GR Radaufstandskraft(Gewichtskraft)
Kräfte im Radaufstandspunkt
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Bild 5.1_7
Der Reifenlatsch ist die Aufstandsfläche des rollenden belasteten Reifens.
Der dynamische Radius Rdyn entspricht dem Radius des unbelastet rollenden Rades abzüglich der Einfederung bei Belastung.
Reifenlatsch
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_8
Der Schlupf λ ist ein relatives Maß für die Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit eines Reifens und der Fahrgeschwindigkeit
Rdyn
RdynA r
vr
ω⋅−ω⋅
=λ
v
rv RdynB
ω⋅−=λ
angetriebenes Rad
gebremstes Rad
Schlupf
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_9
Ein Reifen kann nur dann Kräfte übertragen, wenn er unter Schlupf läuft !
1,2
%0
Bremsschlupf
Rei
bu
ng
szah
l
100
1
0,6
0,4
0,2
0,8
Kies lose
Asphalt naß
Asphalt trocken
Glatteis
Schnee lose
0 %
1,0
604020 80
0,8
0,4
0,6
0,2
Bremsschlupf λ
Haf
trei
bu
ng
szah
l µH
F
Sei
ten
kraf
tbei
wer
t µ S
µS
µHF
α = 2°
α = 10°
α = 2°
α = 10°
Quelle: Bosch
Kraftschlussbeiwert in Abhängigkeit des Schlupfes und der Fahrbahn
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Bild 5.1_10 Quelle: Bosch
µ max
Fahrzeuggeschwindigkeit vF [km/h]
0,4
100 2000
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0
0,2
Rennwagen
Dragster
Streuband Pkw-Reifen nach Messungen des IVK 1990
trockene Fahrbahn
1,5 mm Wassertiefe
Pkw mit vollem Profil
Pkw mit1 mm Profil
Kraftschlussbeiwerte in Abhängigkeit der Geschwindigkeit
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Bild 5.1_11
Der Winkel zwischen der Richtung der Radebene und der tatsächlichen Bewegungsrichtung wird
Schräglaufwinkel α (Alpha)
genannt
Schräglaufwinkel
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_12
mit:
FMAX maximal übertragbare KraftFB BremskraftFS Seitenführungskraftα Schräglaufwinkel1 Radmittelpunkt2 Längsrichtung Rad3 Querrichtung Rad4 Kamm‘scher Reibungskreis
Kamm‘scher Reibungskreis
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_13
Das Antiblockiersystem (ABS) erkennt beim Bremsen frühzeitig die Blockierneigung eines oder mehrerer Räder und sorgt dann sofort dafür, dass der Bremsdruck konstant gehalten oder verringert wird.
ABS Grundfunktion
1 Hydroaggregatmit Magnetventilen
2 Hauptzylinder3 Radzylinder4 Steuergerät5 Drehzahlsensor
5
1 2
3
4 Regler
Regel-größe
Regelstrecke
Störgröße
Stellgröße Führungs-größe
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_14
ABS Filme
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_15
Idealisierte Haftreibungszahl-Schlupf Kurve
Quelle: Bosch
b stabiler Bereichb instabiler Bereichλk bestmöglicher BremsschlupfµHFmax maximale Haftreibungskraft
%λ K
Bremsschlupf λ
Haf
trei
bu
ng
szah
l µH
F
1000
µHFmax
a b
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Bild 5.1_16
vF Fahrzeuggeschw.vref Referenzgeschw.vR Radumfangsgeschw.λ1 Schlupfschaltschwelle
Schaltsignale:+A, +a Schwellen derRadumfangsbeschleunigung -a Schwelle derRadumfangsverzögerung
-∆pab Bremsdruckabnahme
Bremsregelung bei großen Haftreibungszahlen
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_17
Bremsregelung bei kleinen Haftreibungszahlen
Quelle: Bosch
vF Fahrzeuggeschw.vref Referenzgeschw.vR Radumfangsgeschw.λ1 Schlupfschaltschwelle
Schaltsignale:+A, +a Schwellen derRadumfangsbeschleunigung -a Schwelle derRadumfangsverzögerung
-∆pab Bremsdruckabnahme
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Bild 5.1_18
Bremsregelung mit Giermomentaufbauverzögerung
Quelle: Bosch
MGier GiermomentFB Bremskraft
µHF2 = 0,1µHF1 = 0,8
MGier
FB2FB1
1 2
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Bild 5.1_19
Bremsregelung mit Giermomentaufbauverzögerung
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_20Hydraulikeinheit
SteuereinheitDrehzahlsensoren
ABS Komponenten im Pkw
Quelle: Bosch
1 Drehzahlsensoren2 Radzylinder3 Hydroaggregat
4 Hauptzylinder5 Steuergerät6 Kontrolleuchte
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Bild 5.1_21
ABS Komponenten im Pkw
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_22
Druck halten
Druck aufbauen
Druck abbauen
Funktionsweise BOSCH ABS 2
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_23
Druck halten
Druck aufbauen
Druck abbauen
Funktionsweise BOSCH ABS 2
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_24
Funktionsweise BOSCH ABS 2
Druck halten
Druck aufbauen
Druck abbauen
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_25
Hydraulikplan BOSCH ABS 2
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_26
Hydroaggregat für ABS 2
mit:1 Relaisbox2 3/3 Magnetventil3 Speicher4 Rückförderpumpe
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_27
Steuergerät ABS 2
Quelle: Bosch
1 Drehzahlsensor,2 Batterie3 Eingangsschaltung4 digitaler Regler5 Großschaltkreis 16 Großschaltkreis 27 Spannungsstabilisator/Fehlerspeicher8 Ausgangsschaltung 19 Ausgangsschaltung 2
10 Endstufe11 Magnetventile12 Sicherheitsrelais13 stabilisierte Batteriespannung14 Sicherheitsleuchte.
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Bild 5.1_28
3/3 Magnetventil für ABS 2
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_29
Drehzahlsensoren
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_30
Entwicklungsstufen ABS / ASR
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_31
Erfolgsgeschichte ABS
Quelle: Bosch
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Bild 5.1_32
25 Jahre ABS
Quelle: Bosch