Fahrzeugtechnik

Fahrzeugkoordinatensystem

Spricht man von der Dynamik eines Fahrzeugs, dann geht es um die Beschreibung von Kräften und Bewegungen am Fahrzeug. Um sich diese anzuschauen benötigen wir ein Koordinatensystem.

Inhaltsübersicht

Anlegen des Fahrzeugkoordinatensystems

Durch die Einführung eines Fahrzeugkoordinatensystems können wir für Kräfte, Momente, Geschwindigkeiten und Wege eine Richtung definieren. Das Koordinatensystem wird in den Schwerpunkt des Fahrzeugs gelegt. Die x-Achse zeigt in Fahrtrichtung und die z-Achse nach oben. Das Koordinatensystem ist rechtshändig ausgerichtet, so dass die y-Achse in Fahrtrichtung nach links zeigt.

Fahrzeugkoordinatensystem x-Achse Fahrtrichtung z-Ache y-Achse
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Fahrzeugkoordiantensystem

Wenn die wirkenden Parameter in die positiven Koordinatenrichtungen zeigen, dann ist ihr Vorzeichen auch positiv. Das Gleiche gilt fürs Negative.

Die Koordinaten geben Auskunft über den Weg. Leitet man diesen über die Zeit ab, dann erhält man die Geschwindigkeit. Leitet man die Geschwindigkeit wiederum über die Zeit ab, dann erhält man die Beschleunigung. Die Ableitung einer Variable wird mit einem Punkt über dieser gekennzeichnet. Daraus folgt:

\frac{dx}{dt}=\.{x}
und
\frac{d\.{x}}{dt}=\"{x}

Schauen wir uns an, was für das Vorzeichen der Beschleunigung, also x Punkt Punkt gilt:
Geben wir Gas, dann ist die Beschleunigung positiv.
Bremsen wir, dann ist die Beschleunigung negativ.
Eine Bewegung in x-Richtung ist eine Längsbewegung.
Bewegt sich das Fahrzeug in y-Richtung, dann spricht man vom Schieben.
Bei einer Bewegung in z-Richtung handelt es sich um eine Hubbewegung.

Wanken, Nicken und Gieren

Am Fahrzeug können nicht nur gerichtete Bewegungen, sondern auch Momente auftauchen. Die Momente treten um die Koordinatenachsen auf.
Eine Bewegung um die x-Achse nennt man Wanken, eine um die y-Achse Nicken und bei einer Bewegung um die z-Achse spricht man von Gieren. Das Gieren wird dir wahrscheinlich eher unter dem Begriff „Schleudern“ bekannt vorkommen.

Nickwinkel, Gierwinkel und Wankwinkel

Aus diesen Bewegungsarten ergeben sich die folgenden Winkel:

\thetaNickwinkel
\psiGierwinkel
\phiWankwinkel

Nickwinkel Gierwinkel Wankwinkel Fahrzeugkoordinatensystem
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Nickwinkel, Gierwinkel und Wankwinkel

Betrachten wir nun die Bewegung, dann stellen wir fest, dass es sechs Freiheitsgrade gibt: drei rotatorische und drei translatorische. Das entspricht den Gesetzen der Dynamik für einen starren Körper.

Längs-, Quer- und Vertikaldynamik

Aber wie kommen wir jetzt zur Fahrzeugdynamik? Diese lässt sich in die Längs-, Quer- und Vertikaldynamik unterteilen. Bei der Längsdynamik geht es um den Antrieb und das Bremsen des Fahrzeugs. Auf das Fahrzeug wirken Fahrwiderstände ein, die der Fahrtrichtung entgegenwirken. Dazu gehören der Luftwiderstand, der Radwiderstand, der Steigungswiderstand und der Beschleunigungswiderstand.

Die Querdynamik befasst sich mit den seitlichen Kräften, die aufgrund von Kurvenfahrten entstehen.

In der Vertikaldynamik geht es um die Radlasten. Diese haben Auswirkung auf die Sicherheit und den Fahrkomfort der Insassen. Betrachtet man alle Arten der Fahrdynamik, dann stellt sich heraus, dass sich alles um den Kontakt zwischen Reifen und Straße dreht.

Super! Jetzt weißt du wie das Fahrzeugkoordinatensystem aussieht. Betrachten wir noch einmal die wesentlichen Punkte: In der Fahrdynamik gibt es sechs Freiheitsgrade. Dazu gehören: Längsbewegung, Schieben, Hubbewegung, Gieren, Nicken und Wanken.

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