Race Engineering Kurs

Transkript

1 Race Engineering Kurs - Einführung - Work like the Pro s

2 Seminarziele Lernen zu DENKEN wie ein Renningenieur Die Werkzeuge und das Wissen zu vermitteln Rennen zu GEWINNEN Von der ERFAHRUNG anderer zu lernen Die Brücke zwischen Theorie und PRAXIS zu schließen

3 Zeitplan 8:00-9:10 Fahrzeugdynamik Reifen 9:30-11:05 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk 11:25-11:45 Fahrzeugdynamik - Aerodynamik 11:45-12:30 Mittagspause 12:30-15:50 Fahrzeugdynamik - Antrieb- und Bremssysteme 16:00-17:30 Setup Optimierung und Praxis

4 Die Basics Agieren wie ein Renningenieur SEI VORBEREITET! Stelle sicher, dass Du für alle Eventualitäten am Rennwochenende vorbereitet bist. SEI RUHIG! Sei dir sicher, dass der Rest des Teams immer zu Dir blicken wird und sich damit Rückversichert. Bist Du nervös, sind sie es auch! FÄLLE ENTSCHEIDUNGEN! 90% der Zeit, JEDE Entscheidung ist die richtige Entscheidung. Wenn Du gut und richtig vorbereitet bist, wirst Du auch in den meisten Fällen die richtige Entscheidung fällen.

5 Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Reifen - Work like the Pro s

6 Fahrzeugdynamik - Reifen Was werden wir lernen: Der Rennreifen Was ist ein Reifen? Wie arbeitet der Reifen? Reifendaten Das Arbeitsfenster (Luftdruck) Temperatur Effekte Lesen des Reifens Reifen und Rennstrecke - Eine Liebesgeschichte Wenn alles schief geht!... Graining Die richtige Reifen Wahl

7 Fahrzeugdynamik - Reifen Grip Circle; Vergleich verschiedener Reifenhersteller:

8 Fahrzeugdynamik - Reifen Wenn der Reifen arbeitet, erhöht sich zwangsläufig der Reifeninnendruck Wir müssen also den Reifenkaltdruck niedriger einstellen, um den (Ziel)Warmdruck zu erreichen. Hier ein Beispiel GP2: Was wir wissen müssen: 1. Die Strecke 2. Zielluftdruck (1,24 1,44 Bar) 3. Notwendigen Skalierungsfaktor 4. Die Umgebungstemperatur 1. Strecke: Barcelona (Skizze) Charakter: Mittel bis hohe Geschwindigkeit Traktion in Sektor 3 Direktion: Im Uhrzeigersinn Annahmen: Drücke Mittel > Hoch Niedriger an der Hinterachse (Traktion) Start mit NIEDRIGEM Druck Links Hinten (LH) 2. (Ziel)Warmdruck:

9 Fahrzeugdynamik - Reifen Wenn alles schief läuft..graining: Was ist überhaupt Graining? Fahrer: Wenn der Reifen aussieht wie die Oberfläche des Mondes! Ingenieur: Ein Versagen, stammend von Mikrorissen im Material der Gummioberfläche, verursacht durch Scherkräfte Graining wird verursacht durch: Die Temperatur (Nicht beeinflussbar!): Sehr niedrige Streckentemperatur und/oder Umgebungstemperatur. Die Reifenmischung: Die Reifenmischung wurde zu weich gewählt. Den Fahrer: Der Fahrer puscht zu viel, obwohl der Reifen nicht auf (optimaler) Temperatur ist. Das bedeutet, der Reifen ist nicht im Fenster.

10 Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Fahrdynamik - Work like the Pro s

11 Fahrzeugdynamik Fahrwerk - Lernziele: Federn Bump Rubbers Dämpfer Anti Roll Bars Fahrwerksgeometrie

12 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk Bump Rubbers Wofür sind sie? Als weicher Anschlag, um den Dämpfer bei voller Einfederung zu schützen Sie können aus Kunststoff, Gummi oder Metalastic-Kombination sein Sie ermöglichen Flexibilität bei der Festlegung der radbezogene Rate für eine bestimmte Situation Sie sind ein sehr wirkungsvolles Tuning mittel, welche dem Ingenieur eine Verbindung zwischen MECHANICAL Grip und AERO Grip erlauben

13 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk Fahrwerk - Dämpfer Was ist der Zweck des Dämpfers? Wandelt kinetisch Energie in Wärme um Glättet starke Stöße Kontrolliert die Federrate der Aufhängung Wenn der Dämpfer korrekt (oder inkorrekt) abgestimmt ist, können sie auch als Grip-Einsteller funktionieren und er hat ebenso einen enormen Einfluss auf den Reifenverschleiß. Die Feder bestimmt wie weit sich die Aufhängung bewegt, der Dämpfer bestimmt wie schnell.

14 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk Dämpfer High und low Speed: Die Dämpfung ist generell in zwei Bereiche unterteilt: High & Low Speed. Low Speed Dämpfung: Kontrolliert die primären Fahreigenschaften Kontrolle der gefederten Massen (Rollen, Pitch) Dämpfer Geschwindigkeiten < 100mm/s Frequenzen typisch < 7 Hz High Speed Dämpfung: Kontrolliert die sekundären Fahreigenschaften Kontrolle der ungefederten Massen (zb. Contact Patch) Dämpfer Geschwindigkeiten > 100mm/s Frequenzen typisch > 7Hz

15 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk n-post Rig Tests ermöglicht es uns, das Dämpfungs-Setup am Auto zu optimieren. Das "n" bezeichnet die Anzahl der Stempel. In Regel sind das 4,6 oder 7. 4 für die Räder und 2 oder 3, um eine bestimmte Aerolast einzuleiten. Die Räder sitzen auf 4 Wägezellen durch die hydraulisch sinusförmige Wellen mit zunehmender Häufigkeit und abnehmender Amplitude eingeleitet werden. Durch die Aufzeichnung der Reifenauflagelast, die Hubwege und den Karosserieschleunigungen ist es möglich, die Performance der Dämpfer zu bestimmen und Erhalten dadurch Gradmesser und Messgrößen wie: Die Aufbaubewegung Die Aufbaufrequenzen Radlastschwankungen Minimalen Radaufstandskräften Dynamisches Fahrzeugniveau Dämpfungsmaß Stabilisatortests Einflüsse verschiedener Reifentypen und - fülldrücke Ermittlung der dynamischen Reifensteifigkeit

16 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk Geometrie Roll Center Effekte & Tuning: Höheres Rollcenter: Weniger Rollen & mehr Jacking Hat einen gleichen Effekt wie eine Erhöhung der hinteren Federrate oder die roll Steifigkeit des hinteren ARB Niedrigeres Rollcenter: Mehr Rollen & weniger Jacking Hat einen gleichen Effekt wie eine Verringerung der hinteren Federrate oder die roll Steifigkeit des hinteren ARB Zusammenfassend lassen sich folgende grundlegende Aussagen festhalten: Niedrige Rollzentren führen zu geringerer Radlastverlagerung zum kurvenäußeren Rad, kleineren bis gar keinen Aufstützeffekten - aber zu großen Wankwinkeln des Chassis. Diese Wankwinkel müssen von Stabilisatoren klein gehalten werden. Bei hohen Rollzentren ist es genau umgekehrt

17 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk Das haben wir gelernt: Verschiedene Typen von Schraubenfedern Wie schalten wir Federn in Serie und Parallel Wie verwenden wir Tender- Hauptfedern Was ist Pre-Load und für was wird es genutzt Wie Torsionsfedern arbeiten und warum wir sie benutzen Was sind Bumprubbers und wie werden sie mit den Federn kombiniert Wie der Dämpfer arbeitet Berechnung der Kritischen Dämpfung und Anwendung bei der Einstellung Fahrwerksprüfstand Optimiertes Dämpfen Dämpfer Störungen Kavitation etc. Die Funktion des Stabilisators und wie er angewendet wird Fahrwerkskinematik eines Rennwagens und wie die Variablen die Balance beeinflussen Rollzentren, Ableitung und Tuning Fahrwerks anti s und die Anwendung

18 Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Aerodynamik - Work like the Pro s

19 Fahrdynamik - Aerodynamik Was werden wir lernen: Warum die Aerodynamik so wichtig ist Die Basics: Grundlagen der Aerodynamik Aerodynamik Bauelemente Aerodynamik Daten Spezifikation der Aerodynamik für eine Strecke High Downforce vs. Low Downforce Aerodynamische Balance Umgebungseffekte welche die Aerodynamik beeinflussen

20 Fahrdynamik - Aerodynamik Warum ist Aerodynamik im Rennsport so wichtig? Die Luftfahrt hat den Flügel entwickelt, um Auftrieb zu erzeugen. Die Motorsportindustrie dreht das Prinzip um, um Abtrieb zu erzeugen - und somit das Auto auf die Strecke zu drücken.

21 Fahrdynamik - Aerodynamik Warum ist Aerodynamik im Rennsport so wichtig? Nachteile: Jeder Abtrieb kommt einher mit mehr Luftwiderstand. Hat Abtrieb Hat zu viel Luftwiderstand

22 Fahrdynamik - Aerodynamik Wie.wenden wir Aerodynamik im Rennsport an? Wind Tunnel Tests: Vorteile: Derzeit die genaueste, vertrauenswürdige Quelle für Aerodaten. Konzepte können schnell an verkleinerten Modellen ausprobiert werden. Nachteile: Energie und Labor intensiv, Teuer CFD: Vorteile : Kann direkt aus den CAD modelliert werden. Viele Testläufe können parallel ausgeführt werden (Limitiert nur durch Rechenpower). Nachteile : Noch immer eine sich entwickelnde Technologie. Rechenzeit ist momentan noch höher als ein einzelner Wind Tunnel Test dauert Track Testing: Vorteile : Es ist die reale Welt und 1:1 Teile können getestet werden. Nachteile : Schwierig die Einflüsse der Umwelt zu kontrollieren. Eine saubere Sammlung von Daten ist hier nicht möglich

23 Fahrdynamik -Aerodynamik Ändern wir das Set-Up basierend auf der Aerodynamik? Wir können mit Low Downforce einen unerfahrenen Fahrer helfen, Rundenzeit zu finden. Der Fahrer nutzt den Abtrieb nicht optimal, darum können wir den Luftwiederstand reduzieren um das Auto auf der Geraden schneller zu machen. Der Fahrer in diesem Beispiel fährt sogar schneller durch Turn 1!

24 Fahrdynamik - Aerodynamik Was können wir tun - ohne einen Windkanal und CFD? Flow- Visualisation Öl / Schmierfilm Fahrer Feedback Federweg Kabelbinder auf der Kolbenstange / Straight-line-Test Coast down Test / Berechnung mit bekannten Werten wie Motorleistung / Antriebsstrangverlusten.

25 Fahrdynamik - Aerodynamik Wie gehen wir mit dem Wetter, der Umwelt und deren Einflüsse um? Faktoren die Aerodynamik und Performance des Autos beeinflussen: Windgeschwindigkeit Luftdruck Windrichtung Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit Streckentemperatur CHECK den WETTERBERICHT!!!!

26 Fahrzeugdynamik - Aerodynamik Effekte des Wetters und der Umwelt: Streckentemperatur: Sie hat einen großen Einfluss auf das Handling und die Balance und ist fast unabhängig von der Umgebungstemperatur. Um das typischerweise zu kompensieren nutzt man den Vorneflügel und den Stabi. STEIGENDE Temperatur Basis Temperatur SINKENDE Temperatur Hilft, die Reifen auf Temperatur zu bekommen. Speziell an der nicht angetriebenen Achse. Übersteuern für RWD Untersteuern für FWD Schwer, die Reifen auf Temperatur zu bekommen. Speziell an der nicht angetriebenen Achse. Untersteuern für RWD Übersteuern für FWD

27 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk Was haben wir gelernt: Wir wissen nun warum die Aerodynamik so wichtig ist Wir kennen nun die grundlegenden Gleichungen, die wir wissen müssen Wir kennen und verstehen die verschiedenen aerodynamischen Bauteile Wir wissen nun wie wir Aeromaps lesen und verstehen die Einflüsse der Fahrhöhenänderung. Wir wissen jetzt, wie wir das Aero Level vor einem Rennwochenende auswählen Wir kennen die Kompromisse zwischen hohen und niedrigen Aero Levels Wir kennen jetzt die Vorteile der Abstimmung der Aerobalance mit Hilfe des Front- oder Heckflügels. Wir kennen nun welche Auswirkungen die Umwelt auf unserem Rennwagen haben kann.

28 Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Antriebsstrang - Work like the Pro s

29 Fahrdynamik - Antriebsstrang Antriebsstrang Was werden wir lernen: Gaspedal Motor Kupplung und Rennstarts Getriebe Differentiale

30 Fahrdynamik - Antriebsstrang Antriebsstrang: Die Karbonkupplung Leichtbau Niedrige Trägheitsmomente Bei Hitze erhöht sich die Drehmomentkapazität Reibscheiben behalten ihre Integrität bei wesentlich höheren Temperaturen als herkömmliche Materialien. Die Lebenserwartung kann das 10fache einer gesinterten Kupplung erreichen. Geringer Verschleiß an der Schwungscheibe Teurerer als eine Sintermetallkupplung

31 Fahrzeugdynamik - Antriebsstrang Was haben wir gelernt: Gaspedal mapping Motor Handhabung und Variablen Kupplungstypen und Betätigung Getriebe Einstellungen Warum wir ein Differential benötigen Wie das Differential funktioniert Wie wir mit dem Differential die Balance beeinflussen

32 Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Bremsen - Work like the Pro s

33 Fahrdynamik - Bremssystem Was werden wir lernen: Karbonbremsen Stahlbremsen Bremsen einfahren Bremssystem Variablen Bremssystem Lösungen

34 Fahrdynamik - Bremssystem Bremse Ein großer Faktor bei der Rundenzeit: Die Daten zeigen einen Zeitverlust von 0.4 Sekunden nur, weil der Fahrer 9.4m früher bremst als notwendig! Darum ist es absolut notwendig, das Bremssystem zu optimieren um die Performance zu steigern.

35 Fahrdynamik - Bremssystem Bremse Die Bremsanlage: Bremszangen (Brake calipers) Eine Maximaltemperatur von ca. 200 C ist üblich. Überhitzung kann die Kolbendichtung und auch die Radlagerdichtungen zerstören. Das ist der Grund, warum F1-Mechaniker bei einem Stopp sofort mit Kühlgebläsen kommen - um mit dem Luftstrom die Bremsen abzukühlen. Um diese Temperatur zu überwachen, benutzt man Thermoaufkleber welche die Farbe, bei erreichen einer bestimmten Temperatur, wechseln. Sollten Temperaturen über 200 C erreicht werden, tauscht man üblicherweise die Kolbendichtringe sicherheitshalber gegen neue.

36 Fahrdynamik - Bremssystem High Performance Road- und Trackdaybelag. Beständige Leistung, geringer Verschleiß, Disc freundlich, geringes Geräusch, wenig Staub, geringes Fading, gutes Gefühl. Beispiele: xxxx High Performance für Road, Trackday- und Leichtbaufahrzeuge. Beständige Leistung, Disc freundlich, geringes Geräusch, gutes Gefühl. Beispiele: xxxx Wettbewerbsbelag. Nicht für die Straße! Leicht einzubremsen, berechnen- und wiederholbare Leistung mit guten Biss und Reibwerten. Beispiele: xxxx

37 Fahrdynamik - Bremssystem Bremse Bremsflüssigkeit: Bremsflüssigkeitstypen: Glykolbasis DOT3 und DOT4, mischbar mit DOT 5.1 Hygroskopisch, niedriger Siedepunkt Silikonbasis Dot5, nicht mischbar mit DOT3,4 und 5.1 Weniger Hygroskopisch, Hoher Siedepunkt (bis 300 C), teuer Wegen nachgewiesener Beständigkeit und Leistung sind hier empfohlen : Castrol SRF oder AP 600 Um ein konstantes, hartes Bremspedal beizubehalten ist regelmäßiges wechseln der Bremsflüssigkeit und korrektes Entlüften wichtig. Typischerweise wird die Bremse vor jeder Session entlüftet.

38 Fahrzeugdynamik - Antriebsstrang Was haben wir gelernt: CFK und Stahlbremsen Temperaturmanagement CFK-Bremsen einbremsen und anwenden Stahlscheiben und Belag einbremsen Tuning des Autos mit dem Waagebalken & Masterzylindergrößen Auswahl des richtigen Bremsbelages Managen von Bremsproblemen Wartung des Bremssystems

39 Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Setup Optimierung - Work like the Pro s

40 Setup Optimierung Was werden wir lernen: Auswahl der Getriebeübersetzung Schaltpunktoptimierung Wichtige Fahrzeugmesswerte Set-Up Equipment Set-Up Prozeduren & Best Practice Set-Down

41 Setup Optimierung Setup Optimierung Das eigentliche Set-Up: Folgendes macht ein gutes Set-Up aus: Wiederholbarkeit Optimale Ausnutzung der Reifen (Peak vs. Langlebigkeit) Vertrauen des Fahrers in das Fahrverhalten Konstanz in der Rundenzeit Grundlage all Deines Wissens

42 Setup Optimierung Setup Optimierung Das Equipment:

43 Setup Optimierung Setup Optimierung Set-Down: Um Erfahrung zu sammeln, was sich wie am Auto nach einer Fahrt - verstellt, ist es gut ein Set-Down durchzuführen. Wenn ein Fahrer einen Bordstein zu hart genommen hat, von der Strecke gekommen ist, einen Kontakt mit einem anderen Auto hatte oder eine Teil auf der Rennstrecke getroffen hat, dann ist es wahrscheinlich, dass sich etwas am Set-Up verändert hat. Zu checken sind: Fahrhöhe, Radlasten, Spur, Sturz und Nachlauf. Wenn das Auto ein Problem hat, beispielsweise blockierende Räder beim Bremsen oder verschiedene Fahreigenschaften - dann kann ein Set-Down ein Problem wie z.b. verzogene Radlasten aufzeigen. Manchmal zeigt ein Auto nach einen Unfall eine bessere Performance als vorher. Hier erlaubt uns das Set-Down nachzuvollziehen warum und wir können das Ergebnis weiterverwerten.

44 Setup Optimierung Was haben wir gelernt: Wie wir Getriebeübersetzungen auswählen Wie wir optimale Schaltpunkte ausrechnen Welche Ausrüstung wir für das Set-Up (und Set-Down) benutzen Ein Procedere für ein reproduzierbares Setting eines Rennwagens Grundregeln für ein optimales Set-Up.