Hans-Hermann Braess (Hrsg.)Ulrich Seiffert (Hrsg.)

ViewegHandbuchKraftfahrzeugtechnik4., vollständig überarbeiteteund erweiterte Auflage

Mit 1026 Abbildungen und 91 Tabellen

ATZ/MTZ-Fachbuch3vieweg

Inhaltsverzeichnis

1 Mobilität 11.1 Einleitung 11.2 Ursachen und Arten der Mobilität 2

1.2.1 Definitionen 21.2.2 „Aktivitäten bestimmen Mobilität" 31.2.3 Transportsysteme für den Güterverkehr 41.2.4 Einige spezielle Ausprägungen von Mobilität 5

1.3 Spannungsfelder und Auswirkungen der Mobilität 51.4 Mobilitätsrelevante Anforderungen an Automobile 6

1.4.1 Grundsätzliche Anforderungen 61.4.2 Einige spezielle Anforderungen 6

2 Anforderungen, Zielkonflikte 92.1 Produktinnovation, bisherige Fortschritte 9

2.1.1 Kundenwünsche 92.1.2 Gesetzgebung 102.1.3 Fahrzeugtechnik 11

2.2 Anforderungen durch den Gesetzgeber 172.2.1 Zulassung zum Straßenverkehr 172.2.2 Die nationalen und supranationalen Rechtsquellen 19

2.2.2.1 Straßenverkehrsrecht mit StVZO 192.2.2.2 Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft 202.2.2.3 Regelungen der UN-Wirtschaftskommission für Europa 202.2.2.4 Weitere Maßnahmen zum Abbau von Handelshemmnissen 20

2.2.3 Unfallvorbeugung (aktive Sicherheit) 212.2.3.1 Allgemeines 212.2.3.2 Bremsanlage 212.2.3.3 Sichtfeld 222.2.3.4 Lichttechnische Einrichtungen 22

2.2.4 Unfallfolgenmilderung (passive Sicherheit) 222.2.4.1 Allgemeines 222.2.4.2 Insassenschutz bei Frontalaufprall 222.2.4.3 Insassenschutz bei Seitenaufprall 232.2.4.4 Fußgängerschutz 23

2.2.5 Anforderungen an das Emissionsverhalten 232.2.5.1 Allgemeines 232.2.5.2 Geräuschpegel und Auspuffanlage 242.2.5.3 Abgase 24

2.2.5.3.1 Emissionen von Kraftfahrzeugen 242.2.5.3.2 Emission aus Dieselmotoren (Rauchgastrübung) 25

2.2.5.4 Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß 252.2.5.5 Elektromagnetische Verträglichkeit und Funkentstörung 26

2.2.6 -Verschiedenes 272.2.6.1 Anbringung des hinteren Kennzeichens 272.2.6.2 Sicherungseinrichtungen gegen unbefugte Benutzung, Wegfahrsperre 272.2.6.3 Fabrikschild, Fahrzeugidentifizierungsnummer 272.2.6.4 Messung der Motorleistung 272.2.6.5 Massen und Abmessungen von Klasse M,-Fahrzeugen 272.2.6.6 Altfahrzeuge 27

2.2.7 Ausblick 282.2.8 Nonnen 28

2.2.8.1 Einleitung 282.2.8.2 Normung auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugwesens 29

XVIII Inhaltsverzeichnis

2.2.8.3 Aufgabenstellung 302.2.8.4 Nutzen der Normung 31

2.3 Neue Technologien 312.4 Ergebnisse aus der Unfallforschung 34

2.4.1 Einleitung 342.4.2 Datenbasis 35

2.4.2.1 Amtliche Straßenverkehrsunfallstatistik 352.4.2.2 Verkehrsunfalldaten der Versicherungen 352.4.2.3 „In-Depth" Unfallerhebungen 35

2.4.3 Anwendung 37

Fahrzeugphysik 393.1 Grundlagen 39

3.1.1 Definitionen 403.1.2 Fahrwiderstand und Antrieb 403.1.3 Kraftstoffverbrauch beeinflussende Maßnahmen 423.1.4 Dynamische Kräfte 433.1.5 Bewegung des Fahrzeugaufbaus 433.1.6 Kräfte und Momente 443.1.7 Radaufhängungen 443.1.8 Lenkung 443.1.9 Räder und Reifen 45

3.2 Aerodynamik 453.2.1 Grundlagen 453.2.2 Wirkungsbereiche 46

3.2.2.1 Luftwiderstand/Fahrleistung 463.2.2.2 Fahrsicherheit 483.2.2.3 Benetzung und Verschmutzung 493.2.2.4 Einzelkräfte 503.2.2.5 Kühlung/Bauteiltemperaturen 513.2.2.6 Innenraumklima 513.2.2.7 Windgeräusche 52

3.2.3 Einordnung in die Gesamtentwicklung 533.3 Wärmetechnik 54

3.3.1 Kühlung von Verbrennungsmotoren 543.3.1.1 Auslegung von Kühlern 553.3.1.2 Kühlerbauarten 563.3.1.3 Lüfter und Lüfterantriebe 573.3.1.4 Kühlmodule 573.3.1.5 Gesamtsystem Motorkühlung 58

3.3.2 Beheizen und Kühlen des Fahrgastraumes 583.3.2.1 Die Funktion Heizen und ihre Komponenten 593.3.2.2 Die Funktion der Kälteanlage und ihre Komponenten 603.3.2.3 Kompressoren und Regelung der Kälteleistung 623.3.2.4 Auslegung der Klimaanlage 623.3.2.5 Kraftstoffmehrverbrauch durch die Klimaanlage 633.3.2.6 Zukünftige Kältemittel 64

3.4 Akustik und Schwingungen 653.4.1 Einleitung 653.4.2 Fahrgeräusche 663.4.3 Motorgeräusch 67

3.4.3.1 Luftschall 683.4.3.2 Körperschall 70

3.4.4 Rollgeräusch 723.4.5 Windgeräusch 733.4.6 Mechatronische Geräusche 75

3.4.6.1 Stellmotoren 753.4.6.2 Fahrzeugklimatisierung 76

Inhaltsverzeichnis XIX

3.4.6.3 Lüfter und Gebläse 763.4.6.4 Lenkungssystem 773.4.6.5 Fahrwerksregelung 773.4.6.6 Biegeschlaffe Leitungen 78

3.4.7 Klappern, Knarzen, Quietschen 783.4.8 Außengeräusch 78

3.4.8.1 Standgeräusch 783.4.8.2 Fahrgeräusche 793.4.8.3 Vorbeifahrt nach ISO 362 793.4.8.4 Reifen/Fahrbahngeräusch 80

3.4.9 Schwingungskomfort 813.4.9.1 Motorerregte Schwingungen 823.4.9.2 Fahrbahnerregte Schwingungen 833.4.9.3 Raderregte Schwingungen 83

3.4.10 Prozess Akustikentwicklung 84

Formen und neue Konzepte 854.1 Design 85

4.1.1 Die Bedeutung von Design 854.1.2 Designziele 854.1.3 Der Designprozess 854.1.4 Der kreative Prozess 864.1.5 Der virtuelle Designprozess 884.1.6 Modellphase 884.1.7 Color, Trim und Individualisierung 894.1.8 Designaktivitäten in der Produktionsvorbereitung 894.1.9 Entscheidungen 904.1.10 Designstudien und Advanced Design 904.1.11 Sinnliche Wahrnehmung im Design 90

4.2 Fahrzeugkonzept und Package 934.2.1 Einführung und Definition 934.2.2 Gestaltung von Fahrzeugkonzepten 94

4.2.2.1 Außenabmessungen und Fahrzeugklassen 944.2.2.2 Aufbauausprägungen und Konzeptsegmente 954.2.2.3 Fahrzeuggrundformen 954.2.2.4 Sitzigkeit, Gepäckraum und Innenraumvariabilität 964.2.2.5 Wesentliche Innenraumabmessungen 974.2.2.6 Aggregate- und Antriebsstrangkonzepte 98

4.2.3 Einflussfaktoren und Gestaltungsfelder des Package 1004.2.3.1 Gesetze und Vorschriften 1014.2.3.2 Innenraummaßkonzeption 1014.2.3.3 Konzeptbeeinflussende Maßketten 103

4.2.3.3.1 Die Fahrzeuglänge definierende Maßketten 1034.2.3.3.2 Die Fahrzeughöhe definierende Maßketten 1034.2.3.3.3 Die Fahrzeugbreite definierende Maßketten 104

4.2.3.4 Ausgewählte Aspekte des Packages 1044.2.3.4.1 Karosseriestruktur 1044.2.3.4.2 Motorraum 1044.2.3.4.3 Unterboden 1054.2.3.4.4 Tank, Leitungen und Reserverad 105

4.2.3.5 Anforderungen aus Produktion und Kundendienst 1054.2.3.5.1 Produktion und Modularisierung 1054.2.3.5.2 Kundendienst 106

4.2.3.6 Einfluss von Plattform und Baukästen 1064.2.4 Beispiele ausgewählter Fahrzeugkonzepte in unterschiedlichen Klassen 106

4.2.4.1 Beispiele nach Fahrzeuggrößenklasse 1064.2.4.2 Beispiele nach Fahrzeugausprägung 108

4.2.5 Konzeption und Packageprozess in der industriellen Praxis 110

XX Inhaltsverzeichnis

4.2.6 Entwicklung der Fahrzeugkonzepte 1104.3 Neuartige Antriebe 111

4.3.1 Elektroantriebe 1114.3.1.1 Antriebssystem für Elektrofahrzeuge 1124.3.1.2 Elektromotoren für Elektrofahrzeuge 1124.3.1.3 Umrichter 1144.3.1.4 Traktionsbatterien 1154.3.1.5 Superkondensatoren 1174.3.1.6 Ladegeräte 1174.3.1.7 Ausblick 117

4.3.2 Brennstoffzellen als Antriebe für mobile Systeme 1184.3.2.1 Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolytmembran 1184.3.2.2 Peripherie bei Wasserstoff-Versorgung 1204.3.2.3 Stand der Brennstoffzellen-Fahrzeugtechnik 122

4.3.2.3.1 Konzeptfahrzeuge 1224.3.2.3.2 Kundenfahrzeuge 124

4.3.2.4 Ausblick 1254.3.3 Hybridantrieb 126

4.3.3.1 Szenario 1264.3.3.2 Konzepte 1264.3.3.3 Antriebskomponenten aus Hybridsicht 1304.3.3.4 Fahrzeugintegration 131

4.3.4 Stirlingmotor, Dampfmotor, Gasturbine und Schwungrad 1314.3.4.1 Stirlingmotor 1314.3.4.2 Dampfmotor 1334.3.4.3 Gasturbine 1344.3.4.4 Schwungrad 135

4.3.5 Wasserstoff-Verbrennungsmotor 1374.3.5.1 H2-Brennverfahren mit äußerer Gemischbildung 1374.3.5.2 H2-Brennverfahren mit innerer Gemischbildung 1384.3.5.3 Wirkungsgradpotenziale 1394.3.5.4 H2-Ottomotor als Fahrzeugantrieb 139

5 Antriebe 1415.1 Grundlagen der Motorentechnik 141

5.1.1 Prozess des Verbrennungsmotors 1415.1.1.1 Viertakt-Verfahren 1415.1.1.2 Zweitakt-Verfahren 142

5.1.2 Definitionen und Kenngrößen 1425.1.2.1 Leistungskenngrößen 1425.1.2.2 Spezifische Motorkenngrößen 1435.1.2.3 Wirkungsgrade 143

5.1.3 Bauarten 1455.1.3.1 Hubkolbenmotoren 145

5.1.3.1.1 Bauformen 1455.1.3.1.2 Kinematik des Kurbeltriebs 1475.1.3.1.3 Kräfte und Momente im Triebwerk 147

5.1.3.2 Rotationskolbenmotoren 1515.1.4 Konstruktion und Motormechanik 151

5.1.4.1 Kurbelgehäuse 1525.1.4.2 Kurbelwelle 1535.1.4.3 Pleuel 1535.1.4.4 Kolben 1545.1.4.5 Zylinderkopf 1545.1.4.6 Ventiltrieb und Steuertrieb 154

5.1.4.6.1 Hauptbauteile des Ventiltriebs 1545.1.4.6.2 Bauformen des Ventiltriebs 1565.1.4.6.3 Variable Ventilsteuerung 158

Inhaltsverzeichnis XXI

5.1.4.7 Motorkühlung 1615.1.4.8 Motorschmierung 1635.1.4.9 Saugrohr 1655.1.4.10 Nebenaggregate und Package 166

5.1.5 Ottomotoren 1685.1.5.1 Ladungswechsel 169

5.1.5.1.1 Ansaugsystem 1695.1.5.1.2 Auspuffsystem 1715.1.5.1.3 Ventilsteuerzeiten 1715.1.5.1.4 Variable Ventilsteuerung 172

5.1.5.2 Gemischbildung 1745.1.5.2.1 Homogene Gemischbildung 1755.1.5.2.2 Benzin-Direkteinspritzung 1755.1.5.2.3 Abgasrückführung 1835.1.5.2.4 Ladungsbewegung 183

5.1.5.3 Zündung 1845.1.5.4 Downsizing und Aufladung 188

5.1.5.4.1 Betriebspunktverlagerung 1885.1.5.4.2 Variable Verdichtung 189

5.1.5.5 Verbrennung 1905.1.5.6 Abgasreinigung 192

5.1.5.6.1 Drei-Wege-Katalysator 1925.1.5.6.2 DeNO.-Katalysator 195

5.1.5.7 Motormanagement 1975.1.5.7.1 Motorsteuerung 1975.1.5.7.2 Betriebsstrategie und Motormanagement bei

Benzin-Direkteinspritzung 2005.2 Dieselmotor 202

5.2.1 Definitionen 2025.2.2 Ausführungsformen 2025.2.3 Historie einer Erfindung 2025.2.4 Motortechnische Grundlagen 205

5.2.4.1 Einleitung 2055.2.4.2 Vergleich motorischer Verbrennungsverfahren 2055.2.4.3 Die Thermodynamik des Dieselmotors 206

5.2.5 Die dieselmotorische Verbrennung 2085.2.5.1 Allgemeines 2085.2.5.2 Einspritzung und Gemischbildung 2085.2.5.3 Selbstzündung und Zündverzug 2095.2.5.4 Abgasemissionen 211

5.2.6 Konstruktive Merkmale der Einspritzsysteme 2145.2.6.1 Verteilereinspritzpumpe 2155.2.6.2 Reihenpumpe 2165.2.6.3 Einspritzdüsen und Düsenhalter 2175.2.6.4 Pumpe-Düse 2185.2.6.5 Speichereinspritzsystem 2195.2.6.6 Simulation von Einspritzsystemen 219

5.2.7 Konstruktive Merkmale der Verbrennungsverfahren 2215.2.7.1 Vorkammerverfahren 2215.2.7.2 Wirbelkammerverfahren 2215.2.7.3 Direkte Einspritzung 2225.2.7.4 Triebwerk und Zylinderkopf 2235.2.7.5 Aufladung 2245.2.7.6 Abgasrückführung 224

5.2.8 Qualitative Bewertung von Verbrennungsverfahren 2245.2.9 Abgasnachbehandlung 226

5.2.9.1 Oxidationskatalysator 2265.2.9.2 Dieselpartikel 226

XXII Inhaltsverzeichnis

5.2.9.3 Entstickung 2285.2.10 Dieselkraftstoffe 2315.2.11 Simulation der dieselmotorischen Verbrennung 2335.2.12 Die Zukunft des Dieselmotors 234

5.3 Aufladung 2415.3.1 Gründe und Ziele 2415.3.2 Systeme 241

5.3.2.1 Abgasturbo-Aufladung 2425.3.2.2 Druckwellenaufladung 2435.3.2.3 Mechanische Aufladung 243

5.3.3 Komponenten 2445.3.3.1 Abgasturbolader 2445.3.3.2 Druckwellenlader 2455.3.3.3 Kompressor 246

5.3.3.3.1 Roots-Kompressor 2465.3.3.3.2 Spiral-Kompressor 247

5.3.4 Probleme der Anwendung 2475.4 Triebstrang 249

5.4.1 Überblick 2495.4.1.1 Einleitung 2495.4.1.2 Aufgaben des Getriebes 2495.4.1.3 Aufbau und Elemente des Triebstrangs 2515.4.1.4 Achsantrieb 2515.4.1.5 Differenzialgetriebe 2515.4.1.6 Allrad-Verteilergetriebe 2525.4.1.7 Gelenkwellen 2525.4.1.8 Schwingungssystem 252

5.4.2 Anfahrelemente 2535.4.2.1 Kupplungen 2535.4.2.2 Hydrodynamische Drehmomentwandler 256

5.4.3 Das Handschaltgetriebe-System 2595.4.3.1 Funktion und Aufbau 2595.4.3.2 Verzahnung 2605.4.3.3 Synchronisierung 2605.4.3.4 Weitere Getriebekomponenten 2605.4.3.5 Getriebeschaltung 2615.4.3.6 Ausführungsbeispiele 2625.4.3.7 Automatisierte Schaltgetriebe 262

5.4.4 Stufenautomatgetriebe 2635.4.4.1 Funktionsweise 2635.4.4.2 Aufbau 2645.4.4.3 Baugruppen 2655.4.4.4 Betätigung 2685.4.4.5 Betriebsverhalten 2695.4.4.6 Ausführungsbeispiele 270

5.4.5 Stufenlose Getriebe 2725.4.5.1 Funktionsweise 2725.43.2 Aufbau 2735.4.5.3 Baugruppen 2735.4.5.4 Betätigung 2755.4.5.5 Betriebsverhalten 2755.4.5.6 Ausführungsbeispiele 276

5.4.6 Elektronische Getriebesteuerung 2775.4.6.1 Gesamtsystem 2775.4.6.2 Steuergerät 2785.4.6.3 Bauteile 2795.4.6.4 Funktionen 280

5.4.7 Ausblick 282

Inhaltsverzeichnis XXIII

5.5 Allradantriebe, Brems- und Antriebsregelungen 2845.5.1 Allradantriebs-Konzepte 284

5.5.1.1 Verwendung von Allradantrieben 2845.5.1.2 Kennlinien von Allradantrieben 2845.5.1.3 Systematik der Antriebe 2855.5.1.4 Systemkomponenten 2855.5.1.5 Getriebeabtriebe 2925.5.1.6 Systemauswahl 2945.5.1.7 Einfluss auf Crashverhalten 2955.5.1.8 Geräusch- und Schwingungstechnik Noise-Vibration-Harshness (NVH) 2955.5.1.9 Dimensionierung 2955.5.1.10 Allradantrieb und Regelsysteme 296

5.5.2 Antriebs-und Bremsregelung 2965.5.2.1 Unfallvorbeugende Sicherheit 2965.5.2.2 Traktionssysteme 2965.5.2.3 Stabilitätssysteme 296

5.5.2.3.1 Passive Systeme ASC, ASR 2965.5.2.3.2 Aktive Systeme, DSC, ESP 2985.5.2.3.3 Elektronisches Bremsen Management EBM 2985.5.2.3.4 EBMx für Allradfahrzeuge 299

5.5.2.4 DSC, ESP mit Fremdkraftbremsen 3005.5.2.4.1 Brake-by-Wire 300

5.5.2.5 Sensorik 3025.5.2.5.1 Raddrehzahlfühler 3025.5.2.5.2 Fahrdynamiksensorik 302

5.6 Abgasanlagen 3035.6.1 Aufgaben der Abgasanlage 3035.6.2 Katalysatoren 3045.6.3 Partikelfilter 3055.6.4 Canning und Monolith-Lagerung 3065.6.5 Schalldämpfer 3085.6.6 Akustische Abstimmung 3085.6.7 Körperschall 309

5.7 Optimierung der Nebenaggregate 3105.7.1 Wachsender Energieverbrauch im Kfz durch eine steigende Anzahl

von elektrischen Verbrauchern 3105.7.2 Strategien zur Verbrauchsminimierung 311

5.7.2.1 Verbesserung der Energieerzeugung „onboard" 3115.7.2.1.1 Verbesserung des Generators 3115.7.2.1.2 Die „Smart-power-Switch" 3115.7.2.1.3 Der Starter-Generator 3115.7.2.1.4 Adaptronik 3115.7.2.1.5 Erhöhte Bordnetzspannung 3125.7.2.1.6 APU - Auxiliary Power Unit 312

5.7.2.2 Verbesserung des Wirkungsgrades und des Verbrauchs der Nebenaggregate... 312i 5.7.2.2.1 Elektrische Servolenkung 312

5.7.2.2.2 Bedarfsgerechte Kraftstoffpumpe 313', "' 5.7.2.2.3 Elektro-mechanisches Bremssystem 313

5.7.2.3 Energiemanagementsysteme 3135.7.3 Hybridfahrzeuge 314

5.8 Chancen und Risiken des Zweitaktmotors 3155.8.1 Das Zweitaktverfahren 3155.8.2 Das verwendete Konzept 3165.8.3 Die Entwicklungsschwerpunkte 316

5.8.3.1 Abgasverhalten 3165.8.3.2 Geräuschverhalten 3175.8.3.3 Kraftstoffverbrauch 3175.8.3.4 Mechanische Standfestigkeit 318

XXIV Inhaltsverzeichnis

5.8.3.5 Package/Gewicht 3185.8.3.6 Kosten 320

5.8.4 Zusammenfassung und Bewertung 3205.9 Konventionelle und alternative Kraftstoffe 320

5.9.1 Energie und Mobilität 3205.9.1.1 Energieträger und Energiespeicher 3205.9.1.2 Kraftstoffe und ihre Primärenergie 321

5.9.2 Anforderungen an Kraftstoffe 3225.9.2.1 Wandel der Anforderungen 3225.9.2.2 Endliche Ressourcen fossiler Kraftstoffe 3235.9.2.3 Umwelt- und Klimaschutz 3235.9.2.4 Kraftstoffe als Teil des Energiesystems 324

5.9.3 Fossile Kraftstoffe 3255.9.3.1 Benzin und Diesel 3255.9.3.2 Synthetische Kraftstoffe (SynFuel) 3255.9.3.3 Erdgas (Methan) 3255.9.3.4 LPG (Autogas) 326

5.9.4 Biokraftstoffe 3265.9.4.1 Synthetische Kraftstoffe aus Biomasse 3265.9.4.2 PME, RME 3275.9.4.3 Alkohole (Ethanol, Methanol) 3275.9.4.4 DME 328

5.9.5 Wasserstoff 3285.9.5.1 Stoffliche Eigenschaften, Herstellung, Potenziale 3285.9.5.2 Antriebskonzepte für Wasserstoff 3295.9.5.3 Wasserstoffspeichersysteme 329

5.9.6 Herausforderungen für alternative Kraftstoffe 331

Aufbau 3336.1 Karosseriebauweisen 333

6.1.1 Selbsttragende Karosserie 3336.1.1.1 Entwicklungsanforderungen 3336.1.1.2 Außenhaut 333

6.1.1.2.1 Design 3336.1.1.2.2 Aerodynamik und Aeroakustik 334

6.1.1.3 Package 3356.1.1.4 Karosseriestruktur 336

6.1.1.4.1 Unterboden 3366.1.1.4.2 Aufbau 3386.1.1.4.3 Zusammenbau Seitenwand 3386.1.1.4.4 Dach 3396.1.1.4.5 Anbauteile 3396.1.1.4.6 Verbindungstechnik 3406.1.1.4.7 Materialauswahl und Leichtbau 3406.1.1.4.8 Sicken und Verprägungen 342

6.1.1.5 Karosserieeigenschaften 3426.1.1.5.1 Zusammenbautoleranzen 3426.1.1.5.2 Karosseriesteifigkeiten 3426.1.1.5.3 Aufprallverhalten 343

6.1.1.6 Ausblick 3436.1.2 Space-Frame 343

6.1.2.1 Einleitung 3436.1.2.2 AUDI-Space-Frame 3446.1.2.3 Das Karosseriekonzept des ASF* 3456.1.2.4 Der Aufbau der ASF Karosserie A8 3466.1.2.5 Werkstoffe und Fertigungstechnologien 347

6.1.2.5.1 Blechteile und Verfahren 3476.1.2.5.2 Strangpressprofile und Verfahren 348

Inhaltsverzeichnis XXV

6.2

6.3

6.1.2.5.3 Gussteile und Verfahren 3486.1.2.6 Fügeverfahren 349

6.1.2.6.1 MIG-Schweißen mit Impulslichtbogen 3496.1.2.6.2 Stanznieten mit Halbhohlniet 3496.1.2.6.3 Laserstrahl-Schweißen 3506.1.2.6.4 Laserstrahl-MIG-Hybridschweißen 3506.1.2.6.5 Rollfalzen + Kleben 351

6.1.2.7 Reparaturkonzept 3516.1.2.8 Energiebilanz 352

6.1.3 Karosserie Stahlleichtbau-Studien 3526.1.3.1 Einleitung 3526.1.3.2 Zielsetzung 3536.1.3.3 Umsetzung 353

6.1.3.3.1 Werkstoffleichtbau 3546.1.3.4 Fertigungsleichtbau 355

6.1.3.4.1 Innenhochdruckumformung (IHU) 3556.1.3.4.2 Laserschweißen 3556.1.3.4.3 Tailored blanks/Tailored tubes 3566.1.3.4.4 Formleichtbau 356

6.1.3.5 Wirtschaftlichkeit 3576.1.3.6 Ergebnis 357

6.1.4 Cabriolet 3586.1.4.1 Einführung 3586.1.4.2 Rohbau 358

6.1.4.2.1 Karosseriesteifigkeit 3596.1.4.2.2 Karosserietilger 3606.1.4.2.3 Betriebsfeste Auslegung von Cabrioletkarosserien 361

6.1.4.3 Sicherheitsrelevante Auslegung von Cabriolets 3616.1.4.4 Türen 3626.1.4.5 Dachsystem 362

6.1.4.5.1 Faltbares Festdach (Retractable Hardtop) 3626.1.4.5.2 Stoffverdeck (Softtop) 362

Materialien der Karosserie 3646.2.1 Historischer Rückblick 3646.2.2 Konzepte und Bauweisen 3656.2.3 Anforderungen und Auslegungskriterien an die Werkstoffe der Karosserie 3666.2.4 Typische Karosseriewerkstoffe 369

6.2.4.1 Stahlwerkstoffe 3696.2.4.2 Aluminiumlegierungen 3716.2.4.3 Magnesiumlegierungen 3716.2.4.4 Kunststoffe 372

6.2.4.4.1 Thermoplaste 3736.2.4.4.2 Duroplaste 374

6.2.5 Sortenreine Beispiele 3746.2.5.1 Stahl Seitenrahmen 3746.2.5.2 Aluminium Seitentür 3756.2.5.3 Magnesium Instrumententafelträger 3756.25.4 Hardtop als Sandwichkonstruktion 375

6.2.6 Mischbauweisen 3756.2.6.1 Mischbau in der Karosserie 3756.2.6.2 Mischbau im Innenraum (Cockpit) und Frontendmodule 378

6.2.7 Materialspezifische Aspekte der Fertigungstechnik 3806.2.7.1 Tailored products 3806.2.7.2 Superplastisches Umformen (SPF) 3806.2.7.3 Innenhochdruckumformen (IHU) 3816.2.7.4 Folientechnik als Alternative zur Nasslackierung 3826.2.7.5 Fügevefahren 383

Oberflächenschutz 384

XXVI Inhaltsverzeichnis

6.3.1 Nutzen des Oberflächenschutzes 3846.3.1.1 Korrosionsschutz 3846.3.1.2 Oberflächenschutz 3856.3.1.3 Transportschutz 385

6.3.2 Entwicklung und Produktion des Oberflächenschutzes 3856.3.2.1 Blechvorbeschichtung 3856.3.2.2 Maßnahmen in der Karosseriekonstruktion 3866.3.2.3 Maßnahmen in der Produktion 388

6.3.2.3.1 Kleben und Dichten 3886.3.2.3.2 Vorbehandlung 3886.3.2.3.3 Elektrotauchlackierung 3896.3.2.3.4 Grund- und Decklackierung 389

6.3.2.4 Hohlraumkonservierung und Unterbodenschutz 3906.3.2.4.1 Hohlraumkonservierung 3916.3.2.4.2 Unterbodenschutz 391

6.3.2.5 Transportschutz 3926.3.3 Ausblick 392

6.4 Fahrzeuginnenraum 3926.4.1 Ergonomie und Komfort 392

6.4.1.1 Ergonomische Anforderungen an das „Gesamtfahrzeug" 3936.4.1.2 Ergonomische Grundauslegungen 3956.4.1.3 Entwicklungsmethoden, Einbindung der Ergonomie

in den Produktentstehungsprozess 3996.4.1.4 Neue Entwicklungen zur Mensch-Maschine-Interaktion 401

6.4.2 Kommunikationssysteme und Navigation 4046.4.2.1 Ziele und Lösungen 4046.4.2.2 Autoradio 404

6.4.2.2.1 RDS (Radio Data Systems) 4066.4.2.2.2 TMC 4066.4.2.2.3 DARC 406

6.4.2.3 DAB 4066.4.2.4 Satellitenradio 4076.4.2.5 Autotelefon 407

6.4.2.5.1 UMTS 4086.4.2.5.2 Einbau von Handys ins Fahrzeug 4086.4.2.5.3 Festeinbautelefone 4086.4.2.5.4 Radiophone 408

6.4.2.6 Bakenkommunikation 4086.4.2.7 Navigation 409

6.4.2.7.1 Dynamische Navigation 4096.4.2.8 Verkehrstelematik 4106.4.2.9 Fahrerinformationssysteme 410

6.4.3 Innenraumbehaglichkeit/Thermischer Komfort 4126.4.3.1 Komfortbedürfnisse der Fahrzeuginsassen 4126.4.3.2 Funktionen und Aufbau von Klimageräten 413

6.4.3.2.1 Funktionen des Klimagerätes - Luft fördern 4136.4.3.2.2 Funktionen des Klimagerätes - Luft reinigen 414

"' 6.4.3.2.3 Funktionen des Klimagerätes - Luft temperieren und entfeuchten . 4156.4.3.2.4 Funktionen des Klimagerätes - Luft verteilen 4166.4.3.2.5 Bauformen von Klimageräten 4176.4.3.2.6 Mehrzonigkeit und Zusatzgeräte 417

6.4.3.3 Steuerung und Regelung von Klimaanlagen 4176.4.3.3.1 Regelung und Automatisierungsgrade 4176.4.3.3.2 Bedienung 4186.4.3.3.3 Aktuatorik, Sensorik 419

6.4.4 Fahrzeuginnenausstattung 4206.4.4.1 Zur Geschichte des Innenraums 4206.4.4.2 Anforderungen an Innenraum und Komponenten 420

\

Inhaltsverzeichnis XXVII

6.4.4.2.1 Optik 4206.4.4.2.2 Olfaktorik 4206.4.4.2.3 Ergonomie 4216.4.4.2.4 Haptik 4216.4.4.2.5 Akustik 4216.4.4.2.6 Sicherheit 4216.4.4.2.7 Thermischer Komfort 422

6.4.4.3 Baugruppen des Innenraums 4226.4.4.3.1 CockphVTunnelkonsole 4226.4.4.3.2 Sitze 4236.4.4.3.3 Tür-, Seitenverkleidungen 4246.4.4.3.4 Dachhimmel, Säulenverkleidung 4256.4.4.3.5 Gepäckraum/Laderaum 4256.4.4.3.6 Bodenverkleidung, Akustik 426

6.4.4.4 Entwicklungsablauf Innenraum 4266.4.4.4.1 Lastenheft 4266.4.4.4.2 Berechnung/Digital Mockup 4266.4.4.4.3 Teilekonstruktion 4266.4.4.4.4 Datenkontrollmodelle 4276.4.4.4.5 Prototypen/Testing 4276.4.4.4.6 Serienproduktion/Montage 4276.4.4.4.7 Variantenmanagement 428

6.4.4.5 Ausblick 4286.5 Fahrzeugsicherheit 428

6.5.1 Allgemeines 4286.5.2 Gebiete der Fahrzeugsicherheit 4316.5.3 Daten der Unfallstatistik 4316.5.4 Biomechanik und Schutzkriterien 432

6.5.4.1 Biomechanik 4326.5.4.1.1 Grundlagen 4326.5.4.1.2 Belastungsgrenzen 433

6.5.4.2 Schutzkriterien 4346.5.4.3 Simulationseinrichtungen 436

6.5.4.3.1 Kopf 4366.5.4.3.2 Rumpf 4366.5.4.3.3 Gesamtkörper 436

6.5.5 Quasistatische Anforderungen an die Karosserie 4376.5.5.1 Sitz- und Sicherheitsgurtverankerungspunkt-Tests 4376.5.5.2 Dachfestigkeit 4376.5.5.3 Seitenstruktur 437

6.5.6 Dynamische Fahrzeugkollision 4386.5.6.1 Frontale Kollision 4386.5.6.2 Seitliche Kollision 4406.5.6.3 Heckkollision 4416.5.6.4 Fahrzeugüberschlag 4416.5.6.5 Karosserie 441

6.5.7 Insassenschutz 4416.5/7.1 Fahrzeuginnenraum 4416.5.7.2 Rückhaltesysteme 442

6.5.7.2.1 Sicherheitsgurte 4426.5.7.2.2 Kinderrückhaltesysteme 4436.5.7.2.3 Airbag-Systeme 4446.5.7.2.4 Sitze, Sitzlehne und Kopfstütze 446

6.5.8 Zusammenwirken von Rückhaltesystemen und Fahrzeug 4466.5.8.1 Unangegurteter Insasse 4466.5.8.2 Dreipunktgurt 4476.5.8.3 Airbag-Systeme 4476.5.8.4 Pre-Crash 448

XXVIII Inhaltsverzeichnis

6.5.8.5 Einflüsse auf die Leistungsfähigkeit der Rückhaltesysteme 4486.5.9 Seitenkollisionen 448

6.5.9.1 Theoretische Betrachtung 4486.5.9.2 In den USA und Europa definierte Seitenaufpralltests 449

6.5.10 Kompatibilität 4506.5.10.1 Allgemeine Aussage 4506.5.10.2 PKW/LKW-Kollision 4516.5.10.3 Fußgängerkollision 452

6.5.11 Rechnerunterstützung bei der Entwicklung von Sicherheitskomponenten 4536.5.11.1 Grundlagen 4536.5.11.2 Beschreibung der numerischen Werkzeuge 4536.5.11.3 Komponentenberechnung 4536.5.11.4 Gesamtfahrzeugauslegung 4536.5.11.5 Gesamtmodell 455

6.5.11.5.1 Fahrzeugmodell 4556.5.11.5.2 Insassensimulation 455

6.5.12 Zusammenfassung 456

Fahrwerk 4587.1 Einführung 458

7.1.1 Definition des Begriffs Fahrwerk 4587.1.2 Aufgaben des Fahrwerks 4587.1.3 Fahrdynamik und Fahrwerkskräfte 459

7.1.3.1 Querdynamik: Fahrwerkskräfte in Querrichtung 4607.1.3.1.1 Lenken der Räder 4607.1.3.1.2 Querverschiebung des Radaufstandspunktes 4617.1.3.1.3 Stabilisieren des Fahrzeugs auf einer vorgegebenen Bahn 461

7.1.3.2 Längsdynamik: Fahrwerkskräfte in Fahrzeuglängsrichtung 4617.1.3.3 Vertikaldynamik: Fahrwerkskräfte in Fahrzeughochrichtung 463

7.1.4 Basis-Zielkonflikte 4647.1.5 Ausblick 465

7.2 Bremssysteme 4667.2.1 Einführung 466

7.2.1.1 Physikalische Grundlagen 4667.2.1.2 Arten von Bremsanlagen 4687.2.1.3 Bremsenauslegung 469

7.2.2 Bremssystemkomponenten 4727.2.2.1 Bremspedal 4727.2.2.2 Bremskraftverstärker 4727.2.2.3 Vakuumpumpe 4757.2.2.4 (Tandem)-Hauptzylinder 4757.2.2.5 Ausgleichbehälter 4767.2.2.6 Bremsflüssigkeit 4767.2.2.7 Bremsleitungen und -schlauche 4777.2.2.8 Bremskraftverteiler 4777.2.2.9 Hydraulisch/Elektronische Regeleinheit (HECU) 4787.2.2.10 Scheibenbremsen 4807.K2.11 Bremsscheiben 4847.2.2.12 Bremsbeläge 4867.2.2.13 Trommelbremsen 486

7.2.3 Sensoren 4877.2.3.1 Betätigungswegsensor 4877.2.3.2 Raddrehzahlsensor 4877.2.3.3 Beschleunigungssensor (längs und quer) 4897.2.3.4 Gierratensensor 4897.2.3.5 Lenkradwinkelsensor 4907.2.3.6 Drucksensor 4907.2.3.7 Abstandssensoren 490

Inhaltsverzeichnis XXIX

7.2.4 Bremsenfunktionen und Assistenzsysteme 4907.2.4.1 Antiblockiersystem (ABS) 4907.2.4.2 Elektronische Bremskraftverteilung (EBV) 4957.2.4.3 Erweitertes Stabilitäts-Bremssystem (ABSplus) 4957.2.4.4 Antriebsschlupfregelung (ASR) 4957.2.4.5 Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP/DSC/VSC) 4967.2.4.6 Bremsassistent (MBA, EBA, HBA) 4977.2.4.7 Bremskraftverstärkerunterstützung 4987.2.4.8 Active Rollover Protection (ARP) 4997.2.4.9 Adaptive Cruise Control (ACC) 4997.2.4.10 Fremdkraftbetätigte Parkbremse (Elektrische Parkbremse) 499

7.2.5 Neue und zukünftige Systemarchitekturen 5007.2.5.1 Elektrohydraulisches Bremssystem 5007.2.5.2 Regeneratives Bremsen 5017.2.5.3 Hybrid-Bremssystem 5027.2.5.4 Vernetztes Chassis 5027.2.5.5 Elektromechanisches Bremssystem 504

7.3 Reifen 5067.3.1 Einführung 5067.3.2 Reifenaufbau 5067.3.3 Anforderungen an Reifen 507

7.3.3.1 Gebrauchseigenschaften 5087.3.3.2 Gesetzliche Anforderungen 5117.3.3.3 Reifen und Räder, Normung 511

7.3.4 Kraftübertragung Reifen Fahrbahn 5117.3.4.1 Tagverhalten 5117.3.4.2 Kraftschlussverhalten, Aufbau von Horizontalkräften 5117.3.4.3 Antreiben und Bremsen; Umfangskräfte 5127.3.4.4 Schräglauf; Kräfte und Momente 5147.3.4.5 Reifen unter Quer- und Längsschlupf 5157.3.4.6 Reifengleichförmigkeit 515

7.3.5 Reifen als integraler Baustein des Gesamtsystems Fahrzeug 5167.3.5.1 Reifenmechanik, Materialeigenschaften 5167.3.5.2 Reifenmodelle 5187.3.5.3 Gesamtmodelle 5187.3.5.4 Beschreibung des Fahrverhaltens 5197.3.5.5 Synergien zwischen Reifen und anderen Systemkomponenten 519

7.3.6 Zukünftige Reifentechnologien 5197.3.6.1 Reifensysteme mit Notlaufeigenschaften 5197.3.6.2 Reifenbezogene Zusatzprodukte 5207.3.6.3 Reifendruckkontrolle 5207.3.6.4 Auf Reifen abgestimmte Komponenten im Fahrwerk 5207.3.6.5 Materialentwicklung 5207.3.6.6 Reifen mit erweiterten Funktionen 521

17.4 Fahrwerkauslegung 5227.4.1 Kinematik der Radaufhängung 522

7.4.1.1 Radhubkinematik 5227.4.1.2 Lenkkinematik 524

7.4.2 Elastokinematik 5257.4.2.1 Wirkung von Bauteilelastizitäten 5257.4.2.2 Elastomerlager 5267.4.2.3 Wirkung äußerer Kräfte 532

7.4.3 Radaufhängungen 5357.4.3.1 Starrachsen 5367.4.3.2 Einzelradaufhängungen 5367.4.3.3 Verbundachsen 539

7.4.4 Federung, Dämpfung, Stabilisatoren 5407.4.4.1 Tragfeder 540

XXX Inhaltsverzeichnis

7.4.4.2 Stabilisierung 5427.4.4.3 Schwingungsdämpfung 5437.4.4.4 Vertikaldynamiksysteme 5457.4.4.5 Ausblick 549

7.4.5 Lenkung 5517.4.5.1 Lenkungskinematik 5517.4.5.2 Lenkgetriebe und -gestänge 5597.4.5.3 Lenkunterstützung 561

7.4.6 Aktive Lenksysteme 5657.4.6.1 Einleitung 5657.4.6.2 Aktive Vorderradlenkungen 565

7.4.6.2.1 Aktive Servolenkungen 5667.4.6.2.2 Lenkungen mit aktiv veränderlichen Übersetzungen 5667.4.6.2.3 Überlagerungslenkungen 5667.4.6.2.4 Integration von Überlagerungslenkung und geregelter Servolenkung 5687.4.6.2.5 „Steer by wire"-Lenksysteme 569

7.4.6.3 Aktive Hinterradlenkungen 5717.4.6.3.1 Hinterradlenkungen ohne fahrdynamische Regelung 5717.4.6.3.2 Hinterradlenkungen mit fahrdynamischer Regelung 573

7.5 Beurteilungskriterien 5757.5.1 Subjektive Fahreigenschaftsbeurteilung 5757.5.2 Objektive Fahreigenschaftsbeurteilung 575

7.5.2.1 Geradeausfahrt 5777.5.2.2 Kurvenverhalten 5787.5.2.3 Übergangsverhalten 5797.5.2.4 Weitere Testverfahren 5807.5.2.5 Ausblick 580

7.6 Kraftstoffsystem 5817.6.1 Gesetzliche und kundenspezifische Vorschriften 581

7.6.1.1 Gesetzliche Vorschriften 5817.6.1.2 Kundenspezifische Anforderungen 583

7.6.2 Anordnung im Fahrzeug 5847.6.3 Systemvarianten 584

7.6.3.1 Externes Ausgleichvolumen (z.B. BMW 3er) 5847.6.3.2 Internes Ausgleichvolumen (z.B. BMW 5er) 5857.6.3.3 Auslegungskriterien 585

7.6.4 Kraftstoff-Behälter 5857.6.4.1 Metall-Kraftstoff-Behälter 5867.6.4.2 Kunststoff-Kraftstoff-Behälter 586

7.6.5 Fördersysteme 5867.6.5.1 Förderung des Kraftstoffs 5867.6.5.2 Elektro-Kraftstoff-Pumpe (EKP) und deren Anordnung 5867.6.5.3 Pumpenanordnungen 5877.6.5.4 Anforderungen zur elektrischen/elektronischen Systemeinbindung 5877.6.5.5 Saugstrahlpumpe 5877.6.5.6 Schwalltopf 588

7.6.6 Filtrjerung des Kraftstoffs 5887.6.7 Volumen-Messeinrichtung 588

7.6.7.1 Hebelgeber 5887.6.7.2 Tauchrohrgeber 589

7.6.8 Aktivkohlefilter (AKF) 5897.6.9 Ausblick 589

7.7 Kraftstoffversorgungsanlagen für alternative Energieträger 5907.7.1 Anforderungen 5907.7.2 Gesetzliche Vorschriften 5907.7.3 Anordnung im Fahrzeug 5917.7.4 Kraftstoffbehälter und Kraftstoffsysteme für Druckgas 592

7.7.4.1 Kraftstoffbehälter 592

Inhaltsverzeichnis XXXI

7.7.4.2 Kraftstoffsysteme 5927.7.5 Kraftstoffbehälter und Kraftstoffsysteme für tiefkalt flüssige Gase 593

7.7.5.1 Kraftstoffbehälter 5937.7.5.2 Kraftstoffsysteme 593

7.7.6 Entwicklungstendenzen 594

Elektrik/Elektronik/Software 5968.1 Bedeutung Elektrik/Elektronik/Software für das Automobil 596

8.1.1 Einleitung 5968.1.2 Neue Anforderungen an Entwicklungsprozess und Technologie 5988.1.3 Systems Engineering 598

8.1.3.1 Eigenschaften des Entwicklungsprozesses 5998.1.3.2 Systemintegration 601

8.1.4 Neues Technologiekonzept: AUTOSAR 6038.1.5 Ausbück 605

8.2 Elektrisches Bordnetz 6068.2.1 Einleitung 606

8.2.1.1 Heutige Bordnetzstrukturen 6068.2.1.2 Entwicklungstendenzen zukünftiger Bordnetze 606

8.2.2 Klauenpolgenerator 6068.2.2.1 Aufbau und Wirkungsweise 6068.2.2.2 Leistungs- und Wirkungsgradverhalten 6078.2.2.3 Spannungsregelung 608

8.2.3 Elektrische Energiespeicher 6098.2.3.1 Kenngrößen elektrischer Energiespeicher 6098.2.3.2 Betriebsverhalten von Bleibatterien 609

8.2.4 Zukünftige Bordnetzarchitekturen 6108.2.4.1 Trends 6108.2.4.2 Signal-und Leistungsverteilung 6118.2.4.3 Energiemanagement 612

8.3 Kommunikationsbordnetze 6138.3.1 Einleitung 6138.3.2 Kabelgebundene Bordnetze 613

8.3.2.1 Elektrische Kommunikationsbordnetze 6148.3.2.2 Optische Kommunikationsbordnetze 615

8.3.3 Drahtlose Kommunikationsbordnetze 6168.3.4 Zusammenfassung und Ausblick 619

8.4 Elektromagnetische Verträglichkeit - EMV 6198.4.1 Eigenentstörung 6208.4.2 Störfestigkeit gegen externe elektromagnetische Felder 6208.4.3 Fementstörung 6218.4.4 Normen und Richtlinien 6228.4.5 Sicherstellung der EMV 622

18.5 Funktionsdomänen 6228.5.1 Einleitung 6228.5.2 Beleuchtung 622

8.5.2.1 Zulassung 6228.5.2.2 Lichttechnische Begriffe 623

h 8.5.2.3 Scheinwerfer 6238.5.2.3.1 Historische Entwicklung 6238.5.2.3.2 Scheinwerferarten 6238.5.2.3.3 Reflektortechnologie 6238.5.2.3.4 Abschlussscheibe 6258.5.2.3.5 Scheinwerfer-Einstellung 6258.5.2.3.6 Scheinwerfer-Lichtquellen 6268.5.2.3.7 Xenonlicht 628

8.5.2.4 BiXenon 6298.5.2.5 Lichtbewertung 630

XXXII Inhaltsverzeichnis

8.6

8.7

8.5.2.6 Tagfahrlicht und Positionslicht 6308.5.2.7 Zusatzscheinwerfer 6308.5.2.8 Intelligente Scheinwerfer 6308.5.2.9 Scheinwerfer-Zukunftsentwicklungen 6328.5.2.10 Signalleuchten 6328.5.2.11 Lichtquellen für Signalleuchten 6338.5.2.12 Bauformen 6348.5.2.13 Dynamisches Bremslicht und Leuchten-Zukunftsentwicklungen 6348.5.2.14 Innenbeleuchtung und Einstiegsleuchten 6348.5.2.15 Beleuchtungsstyling 635

8.5.3 Cockpit-Instrumentierung 6358.5.3.1 Einleitung 6358.5.3.2 Informationsdarstellung 636

8.5.3.2.1 Kombinations-Instrument 6368.5.3.2.2 LC-Displays im Kombinations-Instrument 6378.5.3.2.3 Weitere Display-Arten im Cockpit 6378.5.3.2.4 Head-up-Display (HUD) 637

8.5.3.3 Eingabeelemente 6388.5.3.4 Ausblick 638

8.5.4 Infotainment/Multimedia 6388.5.4.1 Übertragungssysteme 638

8.5.4.1.1 AM/FM 6388.5.4.1.2 Digital Radio 6398.5.4.1.3 Digital Video Broadcasting-Terrestrial (DVB-T) 6398.5.4.1.4 Bluetooth 639

8.5.4.2 Human Machine Interface-Konzepte 6408.5.4.2.1 Spracherkennung 6408.5.4.2.2 Freisprechen als Anwendung von Bluetooth und Spracherkennung 640

8.5.4.3 Ausblick 6438.5.5 Fahrerassistenzsysteme 643

8.5.5.1 Unfallursachen und Fahrerassistenzsysteme zu ihrer Vermeidung 6448.5.5.2 Fahrerassistenz 6448.5.5.3 Fahrzeugkommunikationssysteme 6458.5.5.4 Fahrerassistenzsysteme zur Fahrzeugstabilisierung 6458.5.5.5 Prädiktive Fahrerassistenzsysteme 646

8.5.5.5.1 Sensoren für Fahrerassistenzsysteme 6468.5.5.5.2 Ultranahbereichssensoren in Ultraschalltechnik 6468.5.5.5.3 Fernbereichsradar 77 GHz 6478.5.5.5.4 Fernbereichslidar 6478.5.5.5.5 Nahbereichssensoren 6478.5.5.5.6 Video Sensor 647

8.5.5.6 Fahrerassistenzsysteme für Komfort und Sicherheit 6488.5.5.6.1 Adaptive Cruise Control (ACC) 6488.5.5.6.2 Prädiktive Sicherheitssysteme (Predictive Safety Systems, PPS) 6488.5.5.6.3 Video Systeme 6498.5.5.6.4 Spurverlassenswarner/Spurwechselassistent 650

8.5.5.7 Ausblick 6518.5.6 Telematik 652

8.5.6.1 Grundlagen und Technologien der Verkehrstelematik 6538.5.6.2 Endgeräte 6558.5.6.3 Dienstleistungen der Zukunft 655

Mensch-Maschine-Interaktion 6568.6.1 Das System Fahrer-Fahrzeug 6578.6.2 Informationsvermittlung 6588.6.3 Ein einfaches kognitives Fahrermodell 6598.6.4 Messung der Leistung, Belastung und Beanspruchung 660Software 6618.7.1 Vorbemerkungen zum Thema Software 661

\

Inhaltsverzeichnis xxxin

8.7.2 Softwareentwicklungsprozess 6628.7.2.1 Einbettung in den Systementwicklungsprozess 6628.7.2.2 Anforderungsanalyse und-Spezifikation 6628.7.2.3 Design und Architektur 6638.7.2.4 Implementierung und Modultest 6638.7.2.5 Integration 6638.7.2.6 Validierung und Verifikation 6638.7.2.7 Produktion und Wartung 663

8.7.3 Erfolgsfaktoren 6648.7.3.1 Modellbildung 6648.7.3.2 MMI 6648.7.3.3 Qualitätssicherung 664

8.7.4 Entkopplung von Infrastruktur und Plattformen 6658.7.5 Produktlinien 6658.7.6 Anwendungsfelder 666

8.7.6.1 Fahrerassistenzsysteme 6668.7.6.2 Infotainment 6668.7.6.3 Karosserie- und Komfortfunktionen 6678.7.6.4 Sicherheitsfunktionen 667

8.7.7 Technische Herausforderungen zur Software im Fahrzeug 6678.7.7.1 Zuverlässigkeit 6678.7.7.2 Wartung und Logistik 6678.7.7.3 Vernetzung 6688.7.7.4 IT-Security 668

8.7.8 Potenzial 6688.7.9 Organisatorische Herausforderungen 669

8.7.9.1 Prozesse 6698.7.9.2 Impakt und langfristige Perspektiven 669

8.8 Moderne Methoden der Regelungstechnik 6708.8.1 Anforderungen an Regelsysteme im Kraftfahrzeug 6708.8.2 Moderne Reglerentwurfsverfahren 670

8.8.2.1 Adaptive Regelung 6708.8.2.2 Fuzzy-Regelung 6718.8.2.3 r-Synthese 6718.8.2.4 Neuronale Regelung 6728.8.2.5 Norm-optimale Regelung 6728.8.2.6 Prädiktive Regelung 6738.8.2.7 Quantitative Feedback Theory (QFT) 673

8.8.3 Evaluierung moderner Regelungsverfahren 6748.8.4 Ausblick 674

Werkstoffe und Fertigungsverfahren 6769.1 Ein Blick zurück 6769.2 Werkstoffe moderner Kraftfahrzeuge 678

9.2.1 Materialanteile im Automobilbau 6789.2.2 Fortschritte in den Leistungsmerkmalen 680

9.2.2.1 Festigkeit und Verarbeitung 6809.2.2.1.1 Stahlwerkstoffe 6809.2.2.1.2 Leichtmetalle 6859.2.2.1.3 Edelmetalle 6929.2.2.1.4 Kunststoffe 6939.2.2.1.5 Verglasung 697

9.2.2.2 Verschleißschutz 6989.2.2.3 Korrosionsschutz 699

9.2.3 Fortschritte in der Fügetechnik 7019.2.3.1 Schweißen und Löten 7019.2.3.2 Mechanische Fügeverfahren 7029.2.3.3 Kleben 704

XXXIV Inhaltsverzeichnis

9.2.4 Fortschritte in der Um- und Urformung 7069.2.4.1 Metalle 706

9.2.4.1.1 Innenhochdruckumformen 7069.2.4.1.2 Hydromechanisches Umformen 7079.2.4.1.3 Zwei-Platinen-Innenhochdruckumformen 7079.2.4.1.4 Kaltfließpressen 7089.2.4.1.5 Gießtechnik 7099.2.4.1.6 Schmieden 7109.2.4.1.7 Schmiedestahl 710

9.2.4.2 Polymere 7119.2.5 Fortschritte in der Umweltverträglichkeit 7149.2.6 Nanotechnologie (im Automobil) 718

9.3 Wettbewerb der Werkstoffe 7259.4 Wälzlager im Fahrzeugbau 726

9.4.1 Einleitung 7269.4.2 Konstruktions- und Berechnungsgrundlagen für die Gestaltung von Kfz-Wälzlagerungen 727

9.4.2.1 Berechnungsgrundlagen und Methoden 7289.4.2.2 Berechnung und Integration von Zusatzfunktionen in ein Radlager 7289.4.2.3 Neuentwicklungen in der Kfz-Wälzlagertechmk am Beispiel

eines Achsgetriebes, ein Beitrag zu geringerem Kraftstoffverbrauch 7289.4.2.4 Verifizierung der Konstruktions- und Berechnungsmethoden

durch Priifmethoden 7309.4.3 Funktion von Schmierung und Schmierstoffen für die Wälzlager im Kraftfahrzeug 7309.4.4 Zusammenfassung, Entwicklungspotenziale 731

10 Froduktentstehungsprozess 73210.1 Simultaneous Engineering und Projektmanagement im Produktentstehungsprozess 732

10.1.1 Einleitung 73210.1.2 Der simultane Entwicklungsprozess - Simultaneous Engineering 73210.1.3 Vorentwicklung 732

10.1.3.1 Erstellung eines Lastenheftes und Programmplanung 73210.1.3.2 Prozessablaufplanung 73510.1.3.3 Simultane Planung der internen und externen Entwicklung und Fertigung 73810.1.3.4 Analytische Konstruktion und analytischer Fertigungsprozess 739

10.1.4 Serienentwicklung 74010.1.4.1 Management des simultanen Entwicklungs- und Fertigungsprozesses 74010.1.4.2 Reduzierter Testaufwand durch weniger Prototyptestphasen 741

10.1.5 Ausblick 74210.2 Fahrzeugkonzeption in der frühen Entwicklungsphase 744

10.2.1 Einführung 74410.2.1.1 Definition 74410.2.1.2 Zielsetzung der frühen Entwicklungsphase 744

•f 10.2.1.3 Fahrzeugkonzeptinhalte der frühen Phase 744i 10.2.2 Vorgehensweise 745

10.2.2.1 Prozess 74510.2.2.2 Tools 745

10.2.3 Beispiele 74610.13.1 Fahrdynamik 74610.2.3.2 Passive Sicherheit - Betriebsfestigkeit 74610.2.3.3 Aerodynamik 74610.2.3.4 Fahrleistung und Verbrauch 746

10.2.4 Ausblick 74710.3 Berechnung und Simulation in der Fahrzeugentwicklung 747

10.3.1 Einleitung 74710.3.2 CAE-Prozess und notwendige Infrastruktur in der Produktentstehung 747

10.3.2.1 CAE-Einsatz in den unterschiedlichen Entwicklungsphasen 74810.3.2.2 CAE-Organisation im Unternehmen 75010.3.2.3 Computer Ressourcen für CAE 750

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Inhaltsverzeichnis XXXV

10.3.3 Anwendungsgebiete und Methoden 75010.3.3.1 Finite Element-Methoden 75210.3.3.2 Mehrkörpersystem-Methoden 75510.3.3.3 Strömungssimulation 75710.3.3.4 Elektromagnetische Verträglichkeit 760

10.3.4 Simulation von Bauteil-Herstellprozessen 76010.3.4.1 Umformsimulation 76010.3.4.2 Gießsimulation 761

10.3.5 Optimierung 76210.3.5.1 Struktur-Optimierung 76210.3.5.2 Multidimensionale Optimierung 76310.3.5.3 Stochastische Simulationen 763

10.4 Mess- und Versuchstechnik 76410.4.1 Kurzer Rückblick 76410.4.2 Grundsätzliches zur Mess- und Versuchstechnik im Automobilbau 76510.4.3 Einige ausgewählte Beispiele 76810.4.4 Zur Effizienz der Mess- und Versuchstechnik 771

10.5 Qualitätsmanagement 77310.6 Betrieb und Instandhaltung von Kraftfahrzeugen 775

10.6.1 Einführung 77510.6.1.1 Definitionen 77610.6.1.2 Entwicklungstendenzen 776

10.6.2 Instandhaltbarkeit und Zuverlässigkeit 77710.6.2.1 Zuverlässigkeitskenngrößen 77710.6.2.2 Weibullverteilung 77810.6.2.3 Anwendung von Zuverlässigkeitskenngrößen 779

10.6.3 Lebenslaufkosten 78010.6.3.1 Anschaffungskosten 78010.6.3.2 Gesetzgeber abhängige Kosten 78010.6.3.3 Versicherungskosten 78010.6.3.4 Betriebskosten 78110.6.3.5 Werkstattkosten 781

10.6.4 Organisation des Service-Prozesses in den Werkstätten 78210.6.5 Instandhaltungsgerechte Konstruktion 782

10.6.5.1 Ziele und Anforderungen zur Instandhaltbarkeit 78210.6.5.2 Werkstattkostenfaktor Zeit (Instandhaltungszeit, Planzeiten) 78310.6.5.3 Kostenfaktor Werkstattausrüstung, Spezialwerkzeuge 78410.6.5.4 Ersatzteile, Zerlegungstiefe, Transport-, Lagerfähigkeit

und Lieferzeitraum 78510.6.5.5 Nachweis der Instandhaltbarkeit 78510.6.5.6 Datensysteme 78510.6.5.7 Virtuelle Beurteilung der Servicefreundlichkeit 78610.6.5.8 Berichtswesen 786

10.6.6 Strategie und Konzept 78710.6.6.1 Instandhaltungsstrategien 78710.6.6.2 Instandhaltungskonzept 78710.6.6.3 Anforderungen zur Instandhaltbarkeit 78710.6.6.4 Kunden- und Lieferantenbeziehungen 78810.6.6.5 Rolle des Managements 78810.6.6.6 Einfluss der EU 788

Rennsportwagen 79011.1 Monoposti (Formel-Rennwagen) 79011.2 Rennsportwagen mit geschlossener Karosserie 794

11.2.1 Seriennahe Rennsportwagen (FIA der Kategorie I, Beispiel Gruppe N) 79511.2.2 Serienverwandte Rennsportwagen 79511.2.3 Sportprototypen 79711.2.4 Einfluss der verschiedenen Fahrzeugparameter auf die Rundenzeiten 799

XXXVI Inhaltsverzeichnis

12 Automobil und Verkehr - Wie kann es weitergehen? 80112.1 Auto und Verkehr im Spannungsfeld von Wunsch, Wissenschaft und Wirklichkeit 80112.2 Zur Gestaltung des Gesamtsystems Verkehr 80112.3 Verkehrstechnologie-Management 80612.4 Verkehrsorganisations-Management 80612.5 Abschlussbemerkungen 807

13 Ausblick - Wo geht es hin? 809

Sachwortverzeichnis 811