Kraftfahrtechnisches Taschenbuch

Frontmatter

Kraftfahrzeuge

Zusammenfassung

Das internationale Übereinkommen über Straßenverkehrszeichen [1] definiert ein Kraftfahrzeug als ein auf der Straße mit eigener Kraft verkehrendes Fahrzeug mit Antriebsmotor. Ausnahme sind Schienenfahrzeuge sowie länderspezifisch Motorfahrräder, wenn sie nicht den Krafträdern gleichgestellt sind. Eine zweite Definition in diesem Übereinkommen schränkt den Begriff Kraftfahrzeug auf jene Fahrzeuge ein, die für die Beförderung von Personen oder Gütern oder zum Ziehen von Fahrzeugen, die für die Personen- oder Güterbeförderung benutzt werden, dienen.

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Grundlagen

Zusammenfassung

Um die Werte physikalischer Größen angeben zu können, benötigt man ein System von Einheiten, die als Maßstab jeder Messung zugrunde liegen. Der Größenwert der physikalischen Größe wird als Produkt aus Zahlenwert und Einheit aufgefasst. Ein solches Einheitensystem ist das SI-System, das im Jahre 1960 von der 11. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (Conférence Générale des Poidset Mesures, CGPM) festgelegt wurde.

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Mathematik und Methoden

Zusammenfassung

Zahlen werden unterteilt in die natürlichen Zahlen ℕ = {1, 2, 3, …}, die ganzen Zahlen ℤ = {…, −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, …}, die rationalen Zahlen ℚ, die reellen Zahlen ℝ und die komplexen Zahlen ℂ.

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Werkstoffe

Zusammenfassung

Die Auswahl eines Werkstoffs für einen spezifischen Einsatzzweck erfolgt anhand von Stoffkenngrößen, die die Werkstoffeigenschaften beschreiben. Dabei kann zwischen den physikalischen Stoffkenngrößen, die sich aus dem atomaren Aufbau ergeben und den mechanischtechnologischen Stoffkenngrößen, die z. B. durch Fertigungsverfahren beeinflusst werden können, unterschieden werden.

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Maschinenelemente

Zusammenfassung

Kein Bauteil kann mit einer absoluten Genauigkeit, d. h. mit einer idealen Geometrie, hergestellt werden. Verantwortlich dafür ist eine ganze Reihe von Ursachen, z. B. Verformungen infolge von Bearbeitungskräften, das Spiel in Führungen der Bearbeitungsmaschinen, Verschleiß von Werkzeugen, Schwingungen und vieles mehr. Die Folge davon ist, dass jedes Bauteil Maß-, Geometrie- und Oberflächenabweichungen aufweist. Für die Gewährleistung der Funktion ist es erforderlich, dass alle zulässigen Abweichungen in der Zeichnung angegeben werden.

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Verbindungstechnik

Zusammenfassung

Formschlussverbindungen haben die Aufgabe, über ihre geometrische Form Kräfte zu übertragen, die selbst den Kontakt über die berührenden Flächen aufrechterhalten. Die Kräfte werden immer senkrecht zu den Berührflächen übertragen, wodurch vornehmlich Druck- und Scherspannungen entstehen ([1], [2]).

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Fahrzeugphysik

Zusammenfassung

Die Bewegung des Fahrzeugs wird durch drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade beschrieben (Bild 1). Im Allgemeinen liegt der Ursprung des Koordinatensystems (rechtwinkliges Rechtssystem) im Schwerpunkt S des Fahrzeugs. Die x-Achse (Längsachse) ist nach vorne gerichtet, also in Fahrtrichtung.

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Betriebsstoffe

Zusammenfassung

Schmierstoffe dienen als Trennmittel zwischen zwei relativ gegeneinander in Bewegung stehenden Reibpartnern. Ihre Aufgabe ist es, den direkten Kontakt zwischen diesen zu verhindern und dadurch zum einen den Verschleiß herabzusetzen und zum anderen die Reibung zu mindern. Zusätzlich kann der Schmierstoff kühlen, die Reibstelle abdichten, Korrosion verhindern oder auch Laufgeräusche verringern. Es gibt feste, konsistente, flüssige und gasförmige Schmierstoffe.

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Antriebsstrang

Zusammenfassung

Dem Antriebsstrang werden in der Kraftfahrzeugtechnik alle Komponenten zugeordnet, die Leistung für den Antrieb generieren und auf die Straße übertragen. Zum konventionellen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gehören der Verbrennungsmotor, das Getriebe, die Kardanwelle, das Achsgetriebe mit Differential und die Gelenkwellen. Das Getriebe beinhaltet eine Schwingungstilgung, ein Anfahrelement sowie ein Übersetzungsgetriebe mit Gangwechselelementen.

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Verbrennungsmotoren

Zusammenfassung

Verbrennungsmotoren gehören zu den Wärmekraftmaschinen. Wesentliches Merkmal der Wärmekraftmaschine ist die Kreisprozessführung, die sich durch die Abgabe von Arbeit auszeichnet.

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Steuerung und Regelung des Ottomotors

Zusammenfassung

Die Motorsteuerung sorgt für die Umsetzung des Fahrerwunschs. Der Fahrer kann eine Beschleunigung, eine Verzögerung oder eine Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit fordern – die Motorsteuerung sorgt dafür, dass die dafür notwendige Antriebsleistung des Ottomotors eingestellt wird. Dabei werden alle Motorfunktionen derart gesteuert, dass das gewünschte Drehmoment bei geringem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Abgasemissionen zur Verfügung steht.

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Ottomotorbetrieb mit alternativen Kraftstoffen

Zusammenfassung

Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas, LPG) fällt bei der Gewinnung von Rohöl und Erdgas sowie bei Raffinerieprozessen an. Es besteht hauptsächlich aus Propan und Butan (siehe Autogas). Flüssiggas wird auch als Autogas bezeichnet.

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Steuerung und Regelung des Dieselmotors

Zusammenfassung

Das Diesel-Verbrennungsverfahren erfordert prinzipbedingt eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum. Moderne Dieselmotoren arbeiten mit direkter Einspritzung; die Zylinder haben eine gemeinsame Hochdruckpumpe und einen ständig unter hohem Druck (bis 3 000 bar) stehenden, für alle Zylinder gemeinsamen Hochdruckspeicher (Common- Rail). Die Einspritzung wird durch das Öffnen der Einspritzventile eingeleitet, die elektronisch angesteuert werden.

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Elektrifizierung des Antriebs

Zusammenfassung

Unter Elektromobilität versteht man allgemein den Teil der Mobilität, für den elektrische Energie genutzt wird. Dazu gehören zum Beispiel der Betrieb elektrifizierter Züge und das Fahren mit elektrisch unterstützten Fahrrädern. In Bezug auf Kraftfahrzeuge sind in diesem Buch folgende Fahrzeuge der Elektromobilität zugeordnet.

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Abgas- und Diagnosegesetzgebung

Zusammenfassung

Seit Inkrafttreten der ersten Abgasgesetzgebung für Ottomotoren Mitte der 1960er-Jahre in Kalifornien wurden dort die zulässigen Grenzwerte für die verschiedenen Schadstoffe im Abgas immer weiter reduziert. Mittlerweile haben alle Industriestaaten Abgasgesetze eingeführt, die die Grenzwerte für Otto- und Dieselmotoren sowie die Prüfmethoden festlegen.

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Fahrwerk

Zusammenfassung

Neben dem Antrieb (Motor, Getriebe) und dem Fahrzeugaufbau (Karosserie, Interieur) stellt das Fahrwerk eine der klassischen, eigenschaftsbestimmenden Hauptbaugruppen eines Kraftfahrzeugs dar. Als Bindeglied zwischen Fahrzeugaufbau und Straße ist das Fahrwerk entscheidend für die Erzeugung und die Übertragung der horizontalen und vertikalen Kräfte zwischen Reifen und Fahrbahn, die ein Antreiben, Verzögern und Lenken eines Fahrzeugs ermöglichen. Mit Ausnahme der aerodynamischen Einflüsse werden alle externen Kräfte und Momente auf das Fahrzeug über die Kontaktfläche des Reifens (Reifenaufstandsfläche, Latsch) eingeleitet.

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Fahrwerksregelung

Zusammenfassung

Beim Anfahren oder Beschleunigen hängt – wie auch beim Bremsen – die Kraftübertragung vom Schlupf zwischen Reifen und Fahrbahn ab. Schlupf entsteht, wenn sich die Geschwindigkeit υ_R, mit der sich der Radmittelpunkt in Längsrichtung bewegt (Fahrgeschwindigkeit), von der Geschwindigkeit υ_U, mit der der Umfang abrollt, unterscheidet.

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Fahrzeugaufbau

Zusammenfassung

Der Fahrzeugaufbau beziehungsweise die Karosserieaufbauform bestimmt die äußere Form eines Fahrzeugs und wird durch den Fahrzeugzweck beziehungsweise den Nutzen und die adressierte Kundengruppe, aber auch durch gesellschaftliche, technologische und Design-Trends maßgeblich bestimmt. Design-Trends und die Kombination von Aufbauform-Archetypen haben immer wieder zu neuen Aufbauformen geführt. Ein Beleg dafür ist z. B. das Sports Utility Vehicle (SUV), das sich in den USA aus dem „Station Wagon“ (Kombi) und dem klassischen Geländewagen entwickelt hat. Auch neue Antriebskonzepte, wie z. B. der Elektroantrieb, beeinflussen die realisierten Aufbauformen.

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Komfort

Zusammenfassung

Die Aufgaben zur Klimatisierung des Fahrgastraums von Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen sind vielfältig. Zunächst muss ein behagliches Klima für alle Insassen geschaffen werden. Hierzu wird je nach Außentemperatur abgekühlte oder aufgeheizte Luft in den Innenraum gefördert, um die physiologischen Bedürfnisse des Menschen zu berücksichtigen.

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Sicherheitssysteme im Kfz

Zusammenfassung

Fahrzeugsicherheit kann in aktive Sicherheit und in passive Sicherheit gegliedert werden Aktive Sicherheitssysteme tragen dazu bei, einen Unfall zu verhindern. Passive Sicherheitssysteme kommen zum Einsatz, wenn es doch zu einem Unfall kommt.

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Fahrzeugsicherungssysteme

Zusammenfassung

Zum Schließsystem eines Fahrzeugs gehören alle Komponenten, die den berechtigten Zugang zum Fahrzeug oder den Ausstieg ermöglichen. Sie verhindern dabei auch das ungewollte Öffnen von Türen und Klappen sowie den unautorisierten Zutritt. Daraus ergeben sich folgende Aufgaben.

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Autoelektrik

Zusammenfassung

Das Energiebordnetz eines Kfz mit Antrieb über einen Verbrennungsmotor (klassischer Antrieb) besteht aus dem Generator als Energiewandler, einer oder mehreren Batterien als Energiespeicher und den elektrischen Geräten als Verbraucher. Bild 1 zeigt die schematische Darstellung eines Energiebordnetzes. Die Nennspannung der Batterie beträgt 12 Volt, dementsprechend wird dieses System als 12-Volt-Bordnetz bezeichnet.

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Elektrik für Elektro- und Hybridantriebe

Zusammenfassung

Während das Bordnetz eines Fahrzeugs mit Start-Stopp-System (Mikrohybrid) einem konventionellen Bordnetz (siehe 12-Volt-Bordnetz) sehr ähnlich ist, verfügen Bordnetze für Mild- und Vollhybridfahrzeuge sowie extern aufladbare Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge meist über eine hohe Spannungsebene. Sie unterscheiden sich damit deutlich vom Bordnetz eines konventionellen Fahrzeugs.

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Autoelektronik

Zusammenfassung

Die Digitaltechnik mit programmierbaren Steuerungen hat die Fahrzeugtechnik revolutioniert. Mit ihr können vielfältige Funktionen realisiert werden. Viele Einflussgrößen werden für die Steuerung der im Fahrzeug vorhandenen Systeme berücksichtigt.

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Infotainment

Zusammenfassung

Unterhaltung im Kraftfahrzeug gab es schon in den 1920er-Jahren mit dem ersten Autoradio im legendären Ford Modell T. 1933 brachte die Berliner Radiotelefon und Apparatefabrik Ideal AG, eine Tochterfirma von Bosch, ein Autoradio für den Mittel- und Langwellenbereich – den UKW-Empfang gab es erst ab 1949 – mit fünf Elektronenröhren heraus. Dieses Gerät wurde zusammen mit Bosch entwickelt. Die Sendereinstellung wurde damals mit Bowdenzügen von der Lenksäule aus vorgenommen, erst später wurden alle Komponenten in der Instrumententafel integriert.

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Fahrerassistenz und Sensorik

Zusammenfassung

Fahrerassistenzsysteme in modernen Fahrzeugen können grundsätzlich in die Kategorien Komfort- und Sicherheitssysteme unterteilt werden. Komfortsysteme dienen der Entlastung des Fahrers bei der Ausübung von monotonen, sich wiederholenden Fahraufgaben. Typische Beispiele sind die automatische Blinkerrückstellung nach dem Abbiegen oder die Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung (ACC, Adaptive Cruise Control).

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Fahrerassistenzsysteme

Zusammenfassung

Die Positionsbestimmung eines Fahrzeugs beruht in erster Linie auf der Nutzung des Satellitenortungssystems GPS (Global Positioning System). Das Navigationssystem gleicht die ermittelte Position mit einer digitalen Karte ab und berechnet anhand dieser Karte die Route zum vorgegebenen Ziel.

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Zukunft des automatisierten Fahrens

Zusammenfassung

Autofahren kann Spaß machen, kann aber auch anstrengend oder sogar gefährlich sein. Fahrerassistenzsysteme (FAS) unterstützen den Fahrer in schwierigen Fahrsituationen oder nehmen ihm lästige und eintönige Fahraufgaben ab.

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Backmatter