Rennwagentechnik - Praxislehrgang Fahrdynamik : Eine praktische Anleitung für Amateure und Profis

Der Leser wird zunächst lernen, seinen Rennwagen selbst zu vermessen, um das Setup des Autos letztendlich besser kennen- und verstehen zu lernen. Daraufhin folgt sukzessive die Vermittlung von Grundlagen mit dem Anspruch der unmittelbaren Anwendbarkeit des Wissens. Als erstes werden die wichtigsten Eigenschaften der Reifen beschrieben, um zu vermitteln, wie man die Eigenschaften der Reifen optimal ausnutzen kann. Erst in der Folge werden Federung, Schwingungsdämpfer (Stoßdämpfer), Stabilisatoren, Fahrwerksgeometrien und die Aerodynamik behandelt mit der Zielsetzung, das Potenzial der Reifen bestmöglich einzusetzen. Abschließend wird das Gelernte optimal auf das Durchfahren einer Kurve, verteilt auf fünf wesentliche Segmente, angewendet und pro Segment eine Analyse für mögliche Ursachen von Unter- und Übersteuern durchgeführt und Lösungsansätze gegeben. Reihenvorwort 7 Grußwort 9 Einleitung Introduction 10 Inhaltsverzeichnis Contents 12 Abkürzungen, Formelzeichen und Einheiten List of Symbols and Units 16 A Vermessung des Setups Measurement of Setup 33 1 Hauptabmessungen und Schwerpunktlage Main Dimensions and Centre of Gravity 34 2 Statische Achslasten und horizontale Schwerpunktlage Static Axle Loads and horizontal Centre of Gravity 36 3 Vertikale Schwerpunktlage (Schwerpunkthöhe) Vertical Centre of Gravity 39 4 Massenträgheitsmoment um die Hochachse Moment of Inertia at vertical Axis 41 5 Fahrwerksvermessung Suspension Measurement 44 6 Aerodynamische Parameter Aerodynamic Parameters 51 7 Zusammenfassung Summary 57 Literatur References 57 B Einleitung und Definitionen Introduction and Definitions 58 1 Die Straßenlage und ihre Bedeutung Significance of Handling and Roadholding 58 2 Fahrzeugbewegungen und Freiheitsgrade Vehicle Movements and Degrees of Freedom 59 3 Die fünf Phasen einer Kurve The five Phases of a Curve 60 4 Untersteuern & Übersteuern Understeer & Oversteer 63 5 Die Ermittlung von Unter- und Übersteuern Identification of Understeering and Oversteering 67 Literatur References 75 C Reifen Tires 76 1 Die nicht-lineare Charakteristik des Reifens The non-linear Characteristic of the Tire 76 2 Der Reibungskoeffizient Coefficient of Friction 79 3 Der Stabilisator als Mittel zur Beeinflussung des Gewichtstransfers Stabilizer as a Means for influencing Weight Transfer 82 4 Der „Kamm'sche Kreis“ – oder genauer: die Kräfte-Ellipse Kamm's Circle – or more precisely, the Force Ellipse 88 5 Der Einfluss des Reifendrucks und der -temperatur Influence of Tire Pressure and Temperature 95 6 Diagonal- versus Radialreifen Diagonal versus Radial Tires 107 7 Interpretation der Reifenabnutzung Interpretation of Tire Wear 108 Literatur References 110 D Schwingungsdämpfer Dampers/Shock Absorbers 111 1 Das Fahrzeug als schwingendes System The Vehicle as an oscillating System 111 2 Dämpferbauarten Damper Types 114 3 Dämpferkennlinien Damper Characteristics 119 4 Das Fahrzeug als reduziertes Viertelfahrzeug-Modell The Vehicle as a reduced Quarter-Vehicle Model 121 5 Beurteilungen der Dämpferwirkung im Rennbetrieb Assessment of the Dampers under Racing Condition 129 Literatur References 133 E Geometrie Geometry 134 1 Die Fahrwerksgeometrie und ihre Bedeutung Suspension Geometry and its Significance 134 2 Spreizung und Nachlauf Kingpin Inclination and Caster 135 3 Vorspur und Nachspur Toe-in and Toe-out 140 4 Rollzentrum und Nickzentrum Roll Centre and Pitch Centre 141 5 Geometrie, ein faszinierender Kompromiss Geometry, a fascinating Compromise 142 6 Das Kräftespiel in der Radaufhängung Effect of Forces in the Suspension 146 7 Das Ackermann-Prinzip Ackermann's Principle 158 8 Analytische Ermittlung der Bewegung einer Doppelquerlenker-Radaufhängung Analytical Determination of the Motion of a Double-Wishbone Suspension 166 Literatur References 170 F Federung Springs 171 1 Gründe für Federung Reasons for Springs in Suspension 171 2 Federrate und Federarten Spring Rate and Spring Types 172 3 Berechnung der Federung Calculation of Springs 180 4 Roll- und Nickwiderstand Roll and Pitch Resistances 191 5 Wiegen Weighing 197 Literatur References 201 G Differenziale (Ausgleichsgetriebe) Differentials 202 1 Notwendigkeit für Differenziale bei Kurvenfahrt Need for Differentials while Cornering 202 2 Sperrdifferenziale versus offene Differenziale Torque Bias/locked Differentials versus open Differentials 204 3 Analyse der Wirkung von Sperrdifferenzialen Analysis of the Effect of Torque Bias/Locked Differentials 208 Literatur References 222 H Aerodynamik Aerodynamics 223 1 Mehr Abtrieb durch aerodynamische Maßnahmen More Downforce by Aerodynamic Measures 224 2 Strömungstechnische Grundlagen Basics in Fluid Technology 225 3 Luftwiderstand und Abtrieb Drag and Downforce 230 4 Maßnahmen zur Erzeugung von Abtrieb Measures for Generating Downforce 236 5 Optimale aerodynamische Balance Optimum in Aerodynamic Balance 252 6 Bewertung von Abtrieb und Luftwiderstand aus aufgezeichneten Analysedaten während des Rennens Assessment of Downforce and Drag from Race Data Acquisition 257 7 Nutzung von CFD-Software (Computational Fluid Dynamics) Application of Computational Fluid Dynamics 269 Literatur References 271 I Testfahrten Test Drives 272 1 Die Theorie ist verinnerlicht – nun folgt die Praxis The Theory is internalized – now Practice follows 272 2 Die fünf charakteristischen Phasen einer Kurve im Überblick The five characteristic Phases of a Curve at a Glance 277 3 Definitionen unterschiedlicher Tests Definitions of different Tests 278 4 Gezielte Tests Specific targeted Tests 280 5 Reifentests Tire Tests 294 6 Tests für Amateur-Teams Tests for Amateur Teams 298 Literatur References 299 Umrechnungstabellen Conversion Tables 300 Anhang – Glossar Glossary 303 Sachwortverzeichnis Index 320 Jeder Rennwagen ist ein komplexes Objekt, das seinen Fahrer und die Renningenieure immer wieder vor anspruchsvolle Herausforderungen stellt. Dieses Buch hilft Fahrern und Ingenieuren gleichermaßen, die komplexe Problematik der optimalen Straßenlage auf systematische Weise zu analysieren, um so schnell und zielführend zu einer besseren Abstimmung des Fahrwerk-Setups zu kommen. Tracktime ist teuer, dieses Buch hilft die teuere Tracktime optimal zu nutzen. Der Inhalt Vermessung des Setups.- Einleitung und Definitionen.- Reifen.- Schwingungsdämpfer.- Geometrie.- Federung.- Differenziale (Ausgleichsgetriebe).- Aerodynamik.- Testfahrten. Die Zielgruppen Renningenieure, Rennfahrer Studenten, allgemein am Motorsport Interessierte mit technisch-wissenschaftlicher Vorbildung Die Autoren Prof. Dr. Ralph Pütz lehrt Verbrennungsmotoren und Getriebetechnik an der Hochschule Landshut. Als begeisterter Motorsportler und aktiver Formel-3-Fahrer gibt er seine Erfahrung auch im Praktikum Motorsportpraxis und Fahrwerk-Setup regelmäßig an seine Studierenden weiter. Ton Serné ist gelernter Maschinenbau-Ingenieur der sich mehr als 40 Jahre mit dem Thema der Straßenlage von Rennwagen beschäftigt. Er war nicht nur Mechaniker, Renningenieur, Teammanager und Designer, sondern auch Rennfahrer in Formel Rennwagen und Tourenwagen. Gern möchte er seine Erfahrung und Kenntnisse an junge Studierende weitergeben Front Matter ....Pages I-XXXIII Vermessung des Setups Measurement of Setup (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 1-25 Einleitung und Definitionen Introduction and Definitions (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 27-44 Reifen Tires (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 45-79 Schwingungsdämpfer Dampers/Shock Absorbers (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 81-103 Geometrie Geometry (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 105-141 Federung Springs (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 143-173 Differenziale (Ausgleichsgetriebe) Differentials (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 175-195 Aerodynamik Aerodynamics (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 197-245 Testfahrten Test Drives (Ralph Pütz, Ton Serné)....Pages 247-274 Back Matter ....Pages 275-298