3 Fahrzeugtechnische Anforderungen Ulrich Eichhorn, Stefan Gies, Jonathan Layfield und Frank Rischbieter

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1 VII 1 Zur Geschichte der Kraftfahrzeugbremse Peter Rieth 1.1 Mechanisch betätigte Fahrzeugbremsen Die hydraulisch betätigte Vierradbremse Die Bremse mit innerer Verstärkung Mehrkreis-Bremsanlagen Von der Muskelkraft- zur Fremdkraftanlage Die hydraulisch betätigte Scheibenbremse Elektronische Bremsregelsysteme Literatur Grundlegendes zum Bremsvorgang Claus Wolff 2.1 Bremsung als Fahraufgabe Besonderheiten des Bremsvorgangs Anhalteweg Bremsstabilität und Bremskraftverteilung Ausfallsicherheit Literatur Fahrzeugtechnische Anforderungen Ulrich Eichhorn, Stefan Gies, Jonathan Layfield und Frank Rischbieter 3.1 Leistungsvermögen Bremsweg Standfestigkeit Unebenheit der Straße Reibwertabhängigkeit Fahrzeugverhalten Stabilität Aufbaunicken Betätigung/Bedienung Ansprechen und Dosierbarkeit Kräfte, Wege, Kennung Package/Einbausituation Baugrößen und Einbauverhältnisse Ungefederte Massen Energieversorgung Bremskraftverstärkung Thermische Randbedingungen Umgebungsbedingungen Geräusche und Schwingungen Vibrationen Geräusche Crashanforderungen Crashanforderungen Umweltschutz Bremsbeläge Korrosionsschutz Bremsflüssigkeit

2 VIII 3.12 Energierückgewinnung Literatur Menschliche Anforderungen Bettina Abendroth, Kurt Landau und Jochen Weiße 4.1 Einleitung Bremssituation Informationsaufnahme Informationsverarbeitung i. e. S Reaktion Zeitlicher Ablauf des Informationsverarbeitungsprozesses beim Bremsen Bremshandlung Fußbewegung Betätigung des Bremspedals Ergonomische Bremsengestaltung Geometrie Pedalkennlinien Alternative Konzepte Bremsassistenten Literatur Interaktion Fahrbahn-Reifen-Bremse Heinrich Huinink, Heiner Volk und Manfred Becke 5.1 Einleitung Kraftübertragung Reifen Fahrbahn Gummireibung Wechselwirkung Reifen-Fahrbahn Aufbau Reifenkräfte Interaktion Reifen-Bremse Reifenmodelle Dynamische Umfangskraft-Schlupf-Charakteristik des Reifens beim Bremsen Umfangskräfte beim ABS-Bremsen Kombinierte Umfangs- und Seitenkraft, Bremsen bei Seitenkraftbedarf Integration des Reifens in das Gesamtsystem Fahrzeug Produktoptimierung Reifen ABS-Regelung am Beispiel Winterreifen Bremsspuren in der Unfallrekonstruktion Ausblick Literatur Auslegung und Simulation von Pkw-Bremsanlagen Josef Pickenhahn und Thomas Straub 6.1 Grundlagen der Bremsdynamik Linien gleicher Verzögerung Linien konstanten Kraftschlussbeiwertes zwischen Reifen und Fahrbahn Grundlagen der Bremsenberechnung Pedaleinheit Unterdruckverstärker mit Hauptbremszylinder Bremse Bremssystem-Auslegung Bremskreisaufteilung Auslegungskriterien für Bremssysteme Auslegung von Radbremsen

3 IX Auslegung von Bremsregelsystemen Auslegungskriterien von Elektro-Hydraulischen Bremssystemen Simulation von Bremssystemen Bremssystem-Auslegung Analyse der Bremssystemkomponenten mit der Finite-Elemente-Methode Simulation von Bremssystemkomponenten Gesamtsystem-Simulation Literatur Aufbau und Komponenten von Pkw-Bremsanlagen James Remfrey, Steffen Gruber und Norbert Ocvirk 7.1 Einführung Physikalische Grundlagen Arten von Bremsanlagen Aufbau von Pkw-Bremsanlagen Bremskraft-Generierung Scheibenbremsen Trommelbremsen Elektrischer Generator Bremsenergieübertragung und -modulation Mechanisch-Hydraulische Bremsdruckmodulation Elektro-Hydraulische Bremsdruckmodulation Übertragungselemente Bremsbetätigung Bremskraftverstärker (Tandem-) Hauptzylinder Mensch-Maschine-Schnittstelle (engl. = HMI) Betriebsbremse HMI Feststellbremse HMI Pedalcharakteristik (Ergonomie) Neue und zukünftige Bremssysteme Elektro-Hydraulische Bremsbetätigung Elektrisch-Hydraulische Kombibremse Literatur Bremssysteme und Bremsverhalten von Nutzfahrzeugen und Zügen Egon-Christian von Glasner 8.1 Auslegung einer Bremsanlage Fahrzeugstabilität beim Bremsen Verteilung der Bremskräfte auf die Achsen Der Bremsvorgang im Bremskraftverteilungsdiagramm Bremskraftsteuerungen (ALB) Einfluss von Motorbremsmomenten, Massenträgheitsmomenten und Bremsmomenten von Dauerbremsanlagen Ermittlung von Kennwertschwankungen und ihr Einfluss auf die Bremskraftverteilung Bremskreisaufteilungen und Bremskreisausfall Bremsanlagen für mittlere und schwere Nutzfahrzeuge Bremsanlagenaufbau Radbremsen und Betätigungskomponenten Dauerbremsanlagen Motorbremssysteme Retarder

4 X 8.4 Brems- und Antriebsschlupf Regelsysteme Antiblockiersysteme Traktionsregelung Elektronisches Bremsenmanagement Integration von Dauerbremsanlagen Stabilitätsregelung mit integrierter Überschlagverhinderung Optimierung der Kompatibilität zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Bremsassistent Rückrollsperre Bremsbelagverschleißregelung Abstandsregeltempomat Systeme zur automatischen Fahrzeugführung Systemintegration und elektronische Vernetzung Zusammenfassende Betrachtung von X-by-Wire Systemen Literatur Nutzfahrzeugbremsen Hans Baumgartner, Eduard Gerum, Wolfgang Pahle, Alf Siebke und Michael Pehle 9.1 Bauarten von druckluftbetätigten NFZ-Bremsen Trommelbremsen Scheibenbremsen Aufbau und Wirkungsweise der druckluftbetätigten Schiebesattel-Scheibenbremse Betätigungssystem Automatisches Verschleißnachstellsystem Nachstellverhalten Bedeutung des Lüftspieles Zusammenwirken Bremse/Radnabe Leistungs- und Lebensdauerverhalten Auslegungsdaten Reibkörper Bremsbeläge Bremsscheibe Entwicklung und Erprobung von Bremse und Reibkörpern Berechnungsannahmen Erprobung Anhängerbremsen Anhängerspezifische Besonderheiten Anhängerspezifische Vorschriften Anhängerspezifische Bremsanlagen Kompatibilität in Zügen Gesetzgebung Zugabstimmung Ursachen und Folgen unzureichender Kompatibilität Literatur Bremsverhalten und Bremsen von Einspurfahrzeugen Christian Landerl, Helmut Köhler, Hans-Albert Wagner, Ralf Lewien, Gerd Vilsmeier, Gerrit Heyl und Stefan Fritschle 10.1 Krafträder Fahrdynamik von Einspurfahrzeugen Bremsverhalten von Einspurfahrzeugen

5 XI Typische Fahrfehler beim Bremsen Bremssysteme von Einspurfahrzeugen Auslegung des Bremssystems Bremsregelsysteme Integralbremssysteme Brake by wire System Ausblick Fahrräder Einführung Bremsverhalten von Fahrrädern Typische Fahrfehler beim Bremsen Bremssysteme von Fahrrädern Literatur Auflaufbremsanlagen Johann Loipl und Josef Strasser 11.1 Einleitung Aufbau und Wirkung der Bremsanlage Komponenten Funktionen Auslegung der Bremsanlage Zuordnungsberechnung gemäß Richtlinie ECE R13, Anhang XII Kraftschlussausnutzung ABS-Verträglichkeit Wartung Pflege Wartung Nachstellung Neue Entwicklungen Automatische Nachstellung in der Radbremse Elektronische Anhängerstabilisierung Literaturverzeichnis Bremsen von Off-Road Radfahrzeugen Hermann Beck und Wolfgang Grünbeck 12.1 Historische Entwicklung der Bremsen in Off-Road Fahrzeugen Überblick über nationale und internationale Rechtsvorschriften für Bremsanlagen Verkehrsgesetze in der Bundesrepublik Deutschland (StVZO) Richtlinien der Europäischen Gemeinschaften (EG) Regelungen der Economic Commission for Europe (ECE) Normen der Society of Automotive Engineers (SAE) Technische Ausführungen und Dimensionierung Trommelbremse Scheibenbremse Lamellenbremse Bremsprüfung und Bremswirkung Prüfungen im Laborbereich Prüfungen im Fahrzeug Ausblicke und Tendenzen Die Radbremse im Zusammenspiel mit anderen Bremssystemen im Fahrzeug (Bremsenmanagement) Umweltschutz durch neue Bremskonzepte Literatur

6 XII 13 Bremsen für Kettenfahrzeuge Manfred Hirt und Max Witzenberger 13.1 Einleitung Besondere Anforderungen an Kettenfahrzeugbremsen Mechanische Bremsen für Kettenfahrzeuge Mechanische Reibungsbremsen Nasslaufende Lamellenbremsen Trockenlaufende Ein- und Mehrscheibenbremsen Die Ansteuerung von mechanischen Bremsen Kombinationsbremssysteme Kombination mit Primärretarder Kombination mit hydrodynamischer Betriebsbremse (Hochleistungssekundärretarder) Andere Kombinationen Abnahme von Kettenfahrzeugbremsen Zusammenfassung und Ausblick Bildquellen Flugzeugbremsen Gerd Roloff und Burkard Ohly 14.1 Allgemeine Beschreibung eines Flugzeugbremssystems Mechanische Ansteuerung Elektronische Ansteuerung (Brake-by-Wire) Untersysteme des Bremssystems (Subsystems) Auslegungskriterien für militärische und zivile Flugzeuge Qualifikationsrichtlinien Simulationsverfahren Aufbau und Komponenten eines Bremssystems Pedalbaugruppe (Pedal assembly) Bremssteuergerät (Brake Control Unit, BCU) Ventile (Valves) Sensoren Radbremsen (Wheel brakes) Reibwerkstoffe Kühlung und Temperaturüberwachung Thermische Belastungen Kühlung Temperaturüberwachung Ausblick, Perspektiven Literatur Bremssysteme für Rennwagen Riccardo Cesarini, Omar Cividini und Mauro Piccoli 15.1 Einführung Leistungsfähigkeit eines Bremssystems für Rennwagen Bremsanlage Bremszange Hauptzylinder Kühlung der Bremsanlage Reibmaterialien Carbon-Carbon-Vorgang Carbon-keramischer Vorgang

7 XIII 16 Bremssysteme von Schienenfahrzeugen Ulrich Kleemann, Robert Haupt, Jens Galander und Reinhard Loebner 16.1 Einführung Fahrzeuganforderungen an Schienenfahrzeugbremsen Hochgeschwindigkeitszüge Lokomotiven Reisezugwagen Güterwagen Multiple Units (EMU, DMU) Metros Bremsbetrieb und Sicherheitsanforderungen Grundlegende Sicherheitsanforderungen Anforderungen der Signaltechnik Anforderungen aus Wartung und Lebensdauer Anforderungen im Bereich der AAR-Bahnen Zulassung und Regelwerke UIC-Merkblätter EU-Richtlinien und TSI Europäische Normen Zulassungsbehörden Betreiberspezifische Normen und Richtlinien Auslegung von Schienenfahrzeugbremsen Kraftschluss Leistungsvermögen Bremsgewicht Bremssysteme Bremsarten Indirekte pneumatische Bremse (HL-Bremse) Direkte elektropneumatische Bremse Bremsmanagement Komponenten und Subsysteme Luftversorgung Luftabsperrhähne und Bremskupplungen Steuerventile Führerbremsanlage Bremsgeräteeinheiten Mechatronische Module Gleitschutz Klotzbremse Scheibenbremse Parkbremse Magnetschienenbremse Wirbelstrombremse Hydraulische Bremsanlagen in Straßenbahnen Regelwerke und Vorschriften für Straßenbahnbremsen Fahrzeugstruktur Bremssysteme Bremsmatrix Schema einer Straßenbahnbremsanlage Hauptkomponenten eines hydraulischen Bremssystems Literatur

8 XIV 17 Mechatronische Systeme eine kurze Einführung Rolf Isermann 17.1 Vom mechanischen zum mechatronischen System Mechanische Systeme und mechatronische Entwicklungen Maschinenelemente, mechanische Komponenten Elektrische Antriebe und Servoantriebe Kraftmaschinen Arbeitsmaschinen Kraftfahrzeuge Bahnen Funktionen mechatronischer Systeme Mechanischer Grundaufbau Funktionsaufteilung Mechanik Elektronik Betriebseigenschaften Neue Funktionen Sonstige Entwicklungen Integrationsformen von Prozess und Elektronik Entwurfsmethodik für mechatronische Systeme Rechnergestützter Entwurf von mechatronischen Systemen Ausblick Literatur Grundlagen elektrisch betätigter Pkw-Bremssysteme Karlheinz H. Bill 18.1 Einleitung Definition von Brake-by-wire Strukturierung elektrisch betätigter Bremssysteme Gestaltung der Betätigungseinrichtung Stellglied Basiseigenschaften Informationsrückmeldung Elektrohydraulische Bremssysteme EHB-Systeme mit Druckmodulator und Druckspeicher EHB-Systeme mit elektrohydraulischem Wandler Elektromechanische Bremssysteme Gestaltung elektrisch betätigter Radbremsen Elektrisch betätigte Fahrzeugbremsen Energiebedarf Betrieb elektrisch betätigter Radbremsen Bremssystemaufbau Fail-safe Konzept Mechatronische Eingriffe in die Bremsenselbstverstärkung Aktive Belagführung Aktiver Eingriff in den Kennwertmechanismus Konzeptvergleich Hybride elektrische Bremssysteme Perspektiven Literatur

9 XV 19 Regenerative Bremssysteme Michael Kunz, Rachad Mahmoud, Andreas van de Sand und Ralph Michalski 19.1 Einleitung/Motivation Anforderungen des regenerativen Bremsens Volumenverblendung Pedalkraftsimulation Beschreibung Systemkonzepte Konzepte ohne Volumenverblendung/Pedalkraftsimulation Konzepte mit Volumenverblendung/ohne Pedalkraftsimulation Konzepte mit Volumenverblendung/Pedalkraftsimulation Zusammenfassung Integrierte Bremssysteme Hans-Jörg Feigel, Anton van Zanten, Heinz Leiber, Thomas Leiber, Christian Köglsperger und Valentin Unterfrauner 20.1 Motivation für neue Bremssysteme Technik der integrierten Bremssysteme Integriertes Bremssystem MK C Integriertes Bremssystem IBS Systemfunktion Druckmodulation Aufbau und Modularität Anforderungen an das zukünftige Bremsenmanagement Zusammenfassung Literatur Elektromechanisch betätigte Bremse Martin Semsch, Hans-Jörg Feigel und Jens Hoffmann 21.1 Zielsetzung elektro-mechanisch betätigte Radbremse Historie Systemaufbau Zusammenwirken der Komponenten Betätigungseinrichtung Elektromechanische Radbremse Regelkonzepte Energieversorgung Gesamtbetrachtung für Hybrid- und Elektrofahrzeuge Aspekte der aktiven und passiven Sicherheit Literatur Elektrisches Bremsen Marcus Bletz und Thorsten Wickenhöfer 22.1 Einleitung Technische Grundlagen Fahrzeugkonzepte Antriebs-/Achskonfigurationen System-Architektur Anforderungen an das Bremssystem Anforderung Fahrerwahrnehmung Transition Reib-/Generatorbremse Notwendigkeit der Adaptierung und Konditionierung der Reibbremse

10 XVI 22.3 Bremssystemvarianten Bremssystem ohne Transitionsfähigkeit Bremssystem mit begrenzter Transitionsfähigkeit Bremssysteme mit voller Transitionsfähigkeit Systemauslegung des Teilsystems Reibbremse Hydraulik THZ bis Sattel Reibpaarung Bremsbelag/-Scheibe Vakuumbereitstellung Fahrerwunsch-Sensorik Sicherheitskonzepte Einfluss auf Verbrauch bzw. CO 2 -Emission und Reichweite Verbrauchszyklen Ausblick Die Bremsanlage in Fahrerassistenzsystemen Anton van Zanten 23.1 Übersicht, Funktion und Anforderungen an die Fahrerassistenzsysteme für PKW Antiblockiersystem ABS Antriebsschlupfregelung ASR Elektronisches Stabilitätsprogramm ESP Elektronische Bremskraftverteilung EBV Electronically Controlled Deceleration ECD Hilldescent HDC Bremsassistent BA Aktive Gespannstabilisierung Funktion der Bremsanlage in Fahrerassistenzsystemen Anforderungen der Fahrerassistenzsysteme an die Bremsanlage Ausführungen der Bremsanlage für die Fahrerassistenzsysteme Überwachung der Bremsanlage in Fahrerassistenzsystemen Ausblick und Perspektiven Literatur Die Bremse im mechatronischen Fahrwerk Hermann Winner, Thomas Degenstein, Tobias Bischof-Niemz und Marcus Schumann 24.1 Einleitung Fahrwerksmechanik Funktionsstruktur und Schnittstellen von Radaufhängungen Darstellung von Fahrwerksparametern Grenzen passiver Fahrwerksysteme Einschränkungen konventionell hydraulisch betätigter Radbremsen Dynamik Bremskomfort Zielkonflikt zwischen Sicherheit und Komfort Lösungspotentiale durch Mechatronik Möglichkeiten der Mechatronik Mechatronik in der Bremsanlage Mechatronik in der Radaufhängung Wechselwirkung zwischen Lenkung und Bremse Wechselwirkung zwischen Reifen und Bremse Ausblick Literatur