Einführung in die Fahrdynamik
Fahrdynamik ist ein zentrales Thema in der Fahrzeugtechnik und spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung sicherer, leistungsfähiger und effizienter Fahrzeuge – egal ob Motorrad, PKW, SUV oder LKW.
Was ist Fahrdynamik?
Fahrdynamik beschreibt das Verhalten eines bewegten Fahrzeugs auf das Kräfte und Momente einwirken. Es geht darum das Fahrverhalten in verschiedensten Situationen zu beurteilen – z.B. bei Beschleunigung- und Bremsvorgängen, Lenkmanöver und Kurvenfahrten oder auch bei äußeren Einflüssen wie Straßenunebenheiten, Seitenwind, etc. Bei fahrdynamischen Untersuchungen werden dazu verschiedene Parameter wie Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit und Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs erfasst, um die Bewegungen und Reaktionen auf verschiedene Fahrsituationen zu verstehen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Sicherheit der Insassen. Die Bewegungen des Fahrzeugs sind in sechs Freiheitsgraden möglich.
Die 6 Freiheitsgrade eines Fahrzeugs
Ein Fahrzeug kann sich in sechs Freiheitsgraden im Raum bewegen. Dazu zählen die drei translatorischen Bewegungen in Richtung der Hauptachsen und die drei rotatorischen Bewegungen, die Drehungen um jede der drei Achsen beschreibt.
Die translatorischen Bewegungen
Längsbewegung
Vorwärts- und Rückwärtsbewegung entlang der Längsachse (x-Achse) des Fahrzeugs. Hierzu gehören die Beschleunigung und die Geschwindigkeit, die entscheidend für die Antriebsleistung sind sowie die Fahrzeugverzögerung, die wesentlicher Bestandteil zur Beurteilung von Reifen, Bremse und Fahrwerk ist.
Querbewegungen
Seitwärtsbewegung entlang der Querachse (y-Achse) etwa beim Übersteuern, in Kurven oder durch Seitenwind. Die Querdynamik ist wesentlich für die Stabilität des Fahrzeugs.
Vertikalbewegungen
Auf- und Abwärtsbewegung entlang der Hochachse (z-Achse) die typischerweise bei Fahrten im Gelände oder bei der Fahrt über Unebenheiten auftreten. Typische Untersuchungen sind z.B. Misuse-Test.
Die rotatorischen Bewegungen
Wanken
Drehung um die Längsachse. Das Wanken, auch als Rollen bezeichnet, tritt auf, wenn das Fahrzeug sich seitlich neigt, etwa in Kurvenfahrten oder bei Seitenwind.
Nicken
Drehung um die Querachse. Diese Bewegung beschreibt das Kippen des Fahrzeugs nach vorne oder hinten, z. B. beim Bremsen oder Beschleunigen.
Gieren
Drehung um die Hochachse. Die Gierrate beschreibt die Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug um die Hochachse dreht, was maßgeblich für die Kurvenfahrt ist.
Die Teilbereiche der Fahrdynamik
Bei fahrdynamischen Prüfungen von Fahrzeugen werden drei Teilbereich unterschieden, die sich auf Untersuchungen zu den drei Hauptachsen aufteilen. Diese drei Dynamikbereiche nennt man:
Querdynamik
Vertikaldynamik
Während sich die Längsdynamik mit Beschleunigung und Verzögerung – also Antrieb, Bremse, Fahrwiderstand oder Fahrzeugverbrauch beschäftigt, geht es bei der Querdynamik um die Bereiche Lenken, Kurvenfahrt, Kippsicherheit, etc. und bei der Vertikaldynamik um Fahrkomfort sowie Nicken und Wanken.
Wichtige fahrdynamische Parameter
Einige der wichtigsten fahrdynamischen Parameter, die bei der Untersuchung der Fahrdynamik, Fahrkomfort und Fahrzeugsicherheit eine Rolle spielen, sind:
Schwimmwinkel (Schräglaufwinkel)
Dieser Parameter beschreibt den Winkel zwischen der tatsächlichen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und der Längsachse des Fahrzeugs. Er ist entscheidend für das Verständnis des Reifenverhaltens und die Fahrzeugstabilität.
Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung
Diese Parameter sind grundlegend für die Längsdynamik und die allgemeine Fahrzeugperformance.
Gierrate, Nickwinkel und Wankrate
Diese rotatorischen Bewegungen beeinflussen das Fahrverhalten maßgeblich und sind entscheidend für die Kontrolle und Stabilität des Fahrzeugs.
Fahrdynamische Prüfungen/Untersuchungen
Fahrdynamische Prüfungen und Untersuchungen sind wesentlich, um das Verhalten und die Leistung eines Fahrzeugs zu testen und zu optimieren. Sie umfassen eine Vielzahl von Methoden und Techniken. Dazu gehören unter anderem der Kreisfahrttest, der Spurwechseltest, der Slalomtest, der Ausweichtest und viele weitere. Durch diese Tests können verschiedene Aspekte des Fahrverhaltens beurteilt werden.
Messmethoden in der Fahrdynamik
Die Fahrdynamik kann durch verschiedene Messmethoden quantifiziert werden. Dazu gehören die Geschwindigkeitsmessung, die Messung von Schwimmwinkel, Nickwinkel und Wankwinkel, die Beschleunigungsmessung und die Messung der Drehraten.
Messtechnik in der Fahrdynamik
Um die dynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs präzise zu erfassen und zu optimieren, ist die Auswahl der richtigen Messtechnik entscheidend. Je nach Anwendung kommen verschiedene Sensoren wie optische Systeme, GNSS-/GPS-Systeme, Inertialplattformen (IMU), Radar, Lidar u.v.w. zum Einsatz. Jedes dieser Systeme bietet unterschiedliche Vorteile und eignet sich für spezielle Einsatzbereiche. Auf unserer Themenseite erhalten Sie einen detaillierten Überblick über die Messtechnik in der Fahrdynamik.
Unsere Lösungen für die Fahrdynamik
Sensoric Solutions bietet hochpräzise optisch-inertiale Sensorsysteme, die speziell für die Messung und Analyse von Fahrdynamikparametern entwickelt wurden. Unsere OMS-Sensoren liefern Ingenieuren und Technikern verlässliche Daten, um die Fahrzeugsicherheit und Leistung gezielt zu optimieren.
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