Rennwagentechnik - Praxislehrgang Fahrdynamik: Eine praktische Anleitung für Amateure und Profis PDF
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Handbuch Rennwagentechnik Ralph Pütz Ton Serné Rennwagentechnik – Praxislehrgang Fahrdynamik Eine praktische Anleitung für Amateure und Profi s Handbuch Rennwagentechnik Reihenherausgeber MichaelTrzesniowski,InstitutfürFahrzeugtechnik,FHJoanneum,Graz,Österreich DieanspruchsvolleTechnikheutigerFahrzeugefindetnichtseltenmitihrerVorerprobung aufdenRennstreckendenAnfang,bevorsieindieSerienproduktiongelangt.Gegenüber denAutosimöffentlichenStraßenverkehrweisendieRennfahrzeugejedochenormeUn- terschiedeauf.BeginnendbeidemLayout,derKonstruktiondenverwendetenMaterialien bis hin zur Fertigung der Rennfahrzeugewerden oft innovativeLösungengefundenund stellensoeinenenormenFundusanIdeenfürdenFahrzeugbaudar.Praxisnahundmitde- tailliertenAbbildungenwirdimHandbuchRennwagentechnikeinumfassenderÜberblick in5Bändengegeben: – Gesamtfahrzeug – Antrieb – Fahrwerk – Datenanalyse,AbstimmungundEntwicklung – Rennwagentechnik–PraxislehrgangFahrdynamik Neben den Grundlagen der Fahrwerktechnik bei Radaufhängung,Federung, Dämpfung, Antrieb und Lenkungwidmetsich ein eigener Band dem Fahrwerk-Setupund derOpti- mierung.AuchderMotorkommtnichtzukurz.SowerdendiewesentlichenMaßnahmen zur Leistungssteigerung gezeigt und auf die Besonderheiten einzelner Bauteile hinge- wiesen. Konstruktive Details wie Schnellverschlüsse, Querlenker, Antriebswellen oder FlügelprofilewerdenmitallenAuslegungskriteriendargestellt.DieReihebeinhaltetver- tikaleLuftleiteinrichtungen,BerechnungderAbtriebskräfte,Dämpferauslegung/Radlast- schwankung,effektiverMitteldruck,Aufladung,Downsizing,variableTurbinengeometrie sowie Registeraufladung. Die immer wichtiger werdenden Themen wie Hybridantrie- be,Energierückgewinnung,Speicherung,Nutzbremsung(Rekuperation),Grundlagenvon Gleich- und Drehstrom- sowie Reluktanzmotor, e-drive und Elektroantriebe zeigen den Bezugzuraktuellene-mobility.DieEntwicklungstätigkeitsamtihrerWerkzeugeinklusi- ve Datenakquisition sowie Prüfeinrichtungen wird zur Abrundung des Themenangebots beschrieben. Damit stellt die Reihe nicht nur den Wissensspeicher dar, der für alle Be- schäftigten mit Aufgabengebiet Rennfahrzeuge benötigt wird. Gleichzeitig machen die Querverbindungenzum Pkw dieUnterschiede in der Technik undin den erzielten Fahr- leistungendeutlich. WeitereBändedieserReihefindenSieunter http://www.springer.com/series/15212 (cid:2) Ralph Pütz Ton Serné Rennwagentechnik – Praxislehrgang Fahrdynamik Eine praktische Anleitung für Amateure und Profis RalphPütz TonSerné BELICONGmbH– SernéCM InstitutfürFahrzeugforschung Rosmalen,Niederlande Bayerbach,Deutschland HandbuchRennwagentechnik ISBN978-3-658-16101-9 ISBN978-3-658-16102-6(eBook) DOI10.1007/978-3-658-16102-6 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detaillier- tebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. SpringerVieweg ©SpringerFachmedienWiesbadenGmbH2017 DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklich vomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgiltinsbesondere fürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerar- beitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkberechtigt auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen- undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesem WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoder dieHerausgeberübernehmen,ausdrücklichoderimplizit,GewährfürdenInhaltdesWerkes,etwaigeFehler oderÄußerungen.DerVerlagbleibtimHinblickaufgeografischeZuordnungenundGebietsbezeichnungenin veröffentlichtenKartenundInstitutionsadressenneutral. GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier SpringerViewegistTeilvonSpringerNature DieeingetrageneGesellschaftistSpringerFachmedienWiesbadenGmbH DieAnschriftderGesellschaftist:Abraham-Lincoln-Str.46,65189Wiesbaden,Germany Meinem Vater gewidmet, der mir stets gezeigt hat, wie wichtig es ist, dass ein Mensch sich seine Träumeerfüllt. TonSerné Meinem Vater gewidmet, der mir auch in seinem hohen Alter noch zeigt, dass es nie zu spät ist für neue Erkenntnisse. Ralph Pütz Reihenvorwort DasBuchRennwagentechnikwarundisteingroßerErfolg.DerüberdieJahreanwachsen- deUmfangdesWerksundderVerwendungszweckalsNachschlagwerkfürunterwegsan derRennstreckeoderimFahrerlagerließenbeimVerlagdieIdeeaufkommen,dasWissen in einzelne, für den maßgeblichen Anwender handhabbarer Bände zusammenzufassen, dieleichteraufdieReisezurRennstreckemitgenommenwerdenkönnen. DasbotGelegenheitanmanchenStellenindieTiefezugehen,wasineinemeinzigen Buch schlicht aus Platzgründen nicht möglich war. Aktualisierungen können zeitnäher erfolgen,weilnichtaufNeuerungeninsämtlichenBereichendesFahrzeugsgewartetwer- den muss, sondernjeder Themenkreisfür sich aktuellgehalten werdenkann. Außerdem sindfürdieZukunftweitereBändemitspeziellenThemenstellungendenkbar. DassdieInhaltedennochwieineinemeinzigenBuchzusammenpassenundeinander ergänzen–einedergroßenStärkendesBuchsRennwagentechnik–,dafürsorgtderHer- ausgebervergleichsweisewiebeieinem großenKonstruktionsvorhabenderProjektleiter die Gesamtfunktion im Blick behält. Diese inhaltlicheZusammengehörigkeitverkörpert nachaußeneinSchuber,indemalleBändeattraktivzusammengehaltenwerden. DieHandbuchreiheRennwagentechnikwidmetsichdemRennfahrzeugvonderKon- zeptionüberEntwurfundBerechnungbiszumBetriebunddessen(Weiter-)Entwicklung. So gibt es einen Band Gesamtfahrzeug, der Konzeptüberlegungen,Rahmen und Au- ßenhautgestaltung, Sicherheitsaspekte, aerodynamische Einflüsse und die Cockpitausle- gungbeleuchtet. Der Band „Antrieb“ behandelt sämtliche Formen von Antriebssystemen und deren Energiespeicher, geht im Sinne des Lastflusses weiter über Anfahrelemente und Ken- nungswandlerbiszudenSeitenwellen.ElektrischeSystemeundelektronischeFahrhilfen habenebenfallsindiesemBandihrenPlatzgefunden. EinBandalleinbehandeltdasFahrwerkmitallseinenKomponenten,dieFahrverhalten undFahrleistungen wesentlich bestimmen:Reifenund Räder,radführendeTeile, Federn undDämpfer,LenkungundBremse. Der Band „Datenanalyse, Abstimmung und Entwicklung“ kann sich nun ganz der AbstimmungundEntwicklungeinesRennfahrzeugswidmenunddabeinochdiewesent- lichenWerkzeugewieDatenerfassungsamt-analyse,SimulationundVersuchbehandeln. VII VIII Reihenvorwort DerThemenkreisDatenerfassungund-auswertungwirdvoneinemAutor,dertäglichmit dieserTätigkeitkonfrontiertist,profunddargestellt. FürdenBand„PraxislehrgangFahrdynamik“konntenAutorengewonnenwerden,die jahrzehntelange Erfahrung als Renningenieur an bzw. Rennfahrer auf der Rennstrecke mitbringen.InihremWerkbeschreibensiediepraktischeAbstimmungvonRennfahrzeu- gen,untermauerndasPräsentiertemitRechenbeispielenundschlagensoauchdieBrücke zutheoretischenBetrachtungenindenanderenBänden. Ich wünsche allen Leserinnen und Lesern, dass sie in der angebotenen Fülle „ihren“ BandausfindigmachenundbeiderLektürewesentlicheImpulsefürStudium,Berufun- d/oder Freizeit daraus erhalten, sei es weil sie ein Fahrzeug konstruieren, eines bauen, eines betreiben und verbessern oder weil sie eines wissensdurstig analysierend betrach- ten. Graz,imSommer2017 MichaelTrzesniowski Grußwort LiebeLeserinnenundLeser, das Handbuch Rennwagentechnik spricht sowohl Studentinnen und Studenten als auch professionelleRennteamsanundisteinewertvolleHilfeimAlltag. Schonvor120JahrenhabensichAutomobilfabrikanten,ReifenherstellerundZuliefe- rer im Motorsportgemessen. Wettbewerb beschleunigtInnovationenauf und abseits der Strecke.DieemotionalenFotosstrahlenderSiegerüberdeckendabeihäufigdieAnstren- gungen hinter den Kulissen: Fleiß und Mut bei Erfindungen, Ausdauer und Wissen in Konstruktion und Erprobungsowie ein strategisches und glücklichesHändchen sind die BedingungenfürErfolg.SieallekennendiesausIhremArbeitsalltag. SchaefflerblicktaufeinelangeTraditionimMotorsportzurück.SchonzuBeginnder DTMinden1980er-Jahrenhatsich dasUnternehmenanderSeitederBestenengagiert. SeitdenTitelerfolgen2011und2013istderAudiindenSchaeffler-FarbenzueinerIkone geworden. In der FIA-Langstrecken-Weltmeisterschaft WEC tritt Schaeffler gemeinsam mit Porsche an und gewann in den beiden vergangenen Jahren jeweils den Titel sowie den Saisonhöhepunkt, die 24 Stunden von Le Mans. In der Formel E leistet unser Un- ternehmen technologische Pionierarbeit. Das Wissen aus der ersten Rennserie mit rein elektrischen Antrieben wird für dieElektromobilität im Alltag ausgewertet und wandert direktinProduktefürSerienentwicklungen. IchmöchteSieermutigen,IhreTräumezuleben, beherzteEntscheidungenzutreffen unddabeiniedenGlaubenzuverlieren,gewinnenzukönnen.ErfolgeimMotorsportwie auchimBerufsalltagsinddabeiimmerdasErgebniseinergutenTeamleistung. Prof.Dr.-Ing.PeterGutzmer StellvertretenderVorsitzenderdesVorstandsundVorstandTechnologie,SchaefflerAG IX Einleitung Introduction FürdenvorliegendenBd.5inderetabliertenFachbuchreihe„Rennwagentechnik“haben sichdieVerfasserdiesesBandes–beidealsHochschullehrertätigundbeidedemMotor- sportlebenslangdurcheigeneErfahrungenalsRennfahrerundRenningenieurindiversen RennwagenklassenvomTourenwagenbishinzurFormel3verbunden–entschlossen,das theoretische Wissen der Fahrwerkstechnik in eine praktische Anleitung zur sukzessiven EntwicklungeinesoptimalenFahrwerks-Setupszuübertragen.Der vorliegendeBandist somitexpressisverbiseinPraxislehrgangzurOptimierungderStraßenlagevonRennwa- gen. DieAusschöpfungderLeistungsfähigkeiteinesRennwagensinBezugaufseineStra- ßenlagebedeutetimGrunde,maximaleBeschleunigungeninLängs-undQuerrichtungen zu erreichen. Weil die Reifen den einzigen physischenKontakt zwischen der Masse das FahrzeugsundderStraßeherstellen,werdendiemaximalenBeschleunigungenletztend- lichdurchdieReifenbestimmt.DieReifenmüssenfolglichdurchgeeigneteFahrwerks- undAerodynamik-EinstellungenindieLageversetztwerden,ihrvollesPotenzialzuent- falten. DiesesBuchistdeshalbwiefolgtaufgebaut:Zunächstwirdbeschrieben,welchegrund- legendenFahrwerksparamaterwieamAutovermessenwerden.DerGrunddafürist,dass diemeistenLeserihreneigenenRennwagennichtselbstkonstruieren,sonderneinschon existierendesAutoverwenden,welchessiejedochzunächstrichtigverstehenlernenmüs- sen,dennohnedenStatusQuozukennenistderErfolgvonVeränderungennichtsanderes alspurerZufall. Im weiteren Verlauf dieses Buches wird dann, nach der Erläuterung der Grundlagen zumUnter-undÜbersteuern,beschrieben,wieReifen„funktionieren“undwas eserfor- dert,dassdieReifenihreoptimalePerformanceerreichen.AlledarauffolgendenKapitel dienen dazu aufzuzeigen, auf welche Weise die Fahrwerksgeometrie, Federung, Stoß- dämpfer,DifferentialundAerodynamikangewendetwerdensollen,damitdieReifenihr Potenzialauchausschöpfenkönnen. DenLesern–undhoffentlichauchvielenLeserinnen(!)–werdenanhandzahlreicher Rechen- undPraxis-Beispiele Anregungengegeben,die jeder dannin der Praxis an sei- nem eigenen Fahrzeug anwenden kann. Das soll dazu dienen, dass Abstimmungen des Fahrzeug-Setupnichtmehr „ausdem Bauchheraus“gemachtwerden,sondernreprodu- XI
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