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E-Book

Mensch und Fahrzeug

Fahrzeugführung und sanfte Technik

AutorErnst Fiala
VerlagVieweg+Teubner (GWV)
Erscheinungsjahr2008
Seitenanzahl291 Seiten
ISBN9783834890269
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,99 EUR
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.

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Leseprobe
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.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhaltsverzeichnis7
Einleitung10
Das Fahrzeug in Zeit und Raum10
1 Mensch als Regler – Human Operator18
1.1 Human Operator19
1.2 Experimente zur Erforschung des Human Operators25
1.2.1 Seitliche Störkraft26
1.2.2 Fahrsimulatoren26
1.2.3 Folgeaufgaben29
1.3 Signalflussbilder30
1.4 Fahrhilfen31
1.4.1 Automatische Fahrzeugführung34
1.5 Assistenzsysteme38
1.5.1 Funktionsverknüpfung39
1.5.2 Fahrer-Assistenzsysteme39
1.5.2.1 Assistenzsysteme mit Warnung oder Hinweis für den Fahrer41
1.5.2.2 Assistenzsysteme mit Eingriff ins Fahrzeug41
2 Fahrzeugführung längs48
2.1 Folgen48
2.2 Anhalten52
2.3 Fortpflanzung einer Störung53
2.4 Fahrspurkapazität54
2.5 Fahrwiderstand, Verbrauch, Leistungsbedarf, Getriebe56
2.6 Antriebsmotor62
2.7 Verbrauchsverbesserung71
2.7.1 Angepasste Steigung71
2.7.2 Intermittierendes Beschleunigen71
2.7.3 Hybrid-Antrieb74
2.7.3.1 Serien-Hybrid75
2.7.3.2 Verzweigungs-Hybrid90
2.7.3.2.1 Verzweigungshybrid für Zweiachsantrieb98
2.7.3.3 Vergleich Verbrauchseinsparung100
3 Lenken – Fahrzeugführung quer106
3.1 Lenken107
3.2 Reales Fahrzeug, Fahrdynamik110
3.3 Stationäres Fahren132
3.4 Einfluss der Luftkräfte141
3.5 Allradlenkung143
3.7 Straße148
4 Fahrzeugführung vertikal, Federung154
4.1 Fahrzeuge ohne Federung – Ochsenkarren156
4.2 Ideale Federung –Transrapid157
4.3 Erträglichkeit mechanischer Schwingungen, Federungskomfort158
4.4 2-Masse Federungsmodell159
4.5 Verbesserungsmöglichkeiten164
4.6 Nichtlinearitäten167
4.6.1 Nichtlineare Federn167
4.6.2 Nichtlineare Dämpfer167
4.7 Mehrachsigkeit und Mehrspurigkeit168
4.8 Ausgleichsfederung169
5 Sicherheit170
5.1 Rückhalteeinrichtungen (restraint systems)172
5.2 Fußgänger- und Zweiradfahrer-Schutz174
5.3 Biomechanik175
5.4 Experimentelle Sicherheitsforschung176
5.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Verkehrssicherheit177
5.6 Kompatibilität182
6 Wirtschaft, Verkehr, Umwelt186
6.1 Bruttoinlandsprodukt (BIP)189
6.2 Ressourcen195
6.3 Emissionen und Umweltschutz204
6.4 Flächenbedarf209
6.5 Minutenmaut, Marktwirtschaft im Verkehr211
7 Produktplanung und Unternehmenserfolg218
7.1 Produktplanung und Ertragsmaximierung219
7.2 Kundenwert221
7.3 Ansprüche ans Auto226
7.3.1 Abmessungen226
7.3.2 Fahrleistungen227
7.3.3 Sicherheit228
7.3.4 Design228
7.3.5 Befriedigung aller Sinne233
7.3.6 Qualität236
7.4 Evolution der Bauform237
7.4.1 Standardbauform238
7.4.2 Frontblock240
7.4.3 Heckblock241
7.4.4 Exoten242
7.4.5 Retro243
7.5 Sanfte Technik244
8 Anhang248
8.1 Eine kurze Geschichte der Fahrzeugführung248
8.1.1 Fahrrad248
8.1.2 Auto (siehe Tabellen T8-2 und T8-4)248
8.1.3 Richtungsstabilität251
8.2 Festigkeit, Steifigkeit, Material252
8.2.1 Selbsttragende Karosserie254
8.2.2 Leichtbau256
8.3 Geregelte Federung257
8.4 Kettenloses Fahrrad (Kurbelantrieb)260
8.5 Entwicklungshilfe, Ethik und Wirtschaft261
8.6 Akustikbahn – minimaler Fahrwiderstand267
T8-1: Zeittafel Fahrradentwicklung274
T8-2: Zeittafel Fahrzeugentwicklung von Daimler und Benz275
T8-3: Zeittafel Fahrzeugentwicklung und Erfinder276
T8-4: Zeittafel Illustrierte Fahrzeugentwicklung277
Historische Bilder280
Sachwort- und Namenverzeichnis298

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