Theorie

1. Wettbewerb

2. Sicherheit

3. Kostenkontrolle

Masse, Getriebe, Fahrwerk, Aero, Motor, Reifendruck (beeinflusst Vertikalsteifigkeit, Schräglaufsteifigkeit, Wärmeeintrag)

Haltbarkeit, Gewicht, Abrieb, Korrosion, hitzebeständig

Vorteile: Aerodynamik, Gewicht (Ungefederte) CCY

Nachteile: Schwerpunkt, Bauraum

Überlagerte Anregung von Längs und Querkraft resultiert in Überschreitung der übertragbaren Last.

Bsp. Anbremsen in max Verzögerung bei Rand Kammscher Kreis. Falls jetzt noch Seitenkraft hinzukommt kann diese nicht aufgelöst werden.

Serie->Rally->Tourenwagen(3 2,5)->LMP(4 3,5)->F1(LB 5g QB 4g)

• Massenerhaltung: Kontinuumsgleichung

• Impulserhaltung: Navier-Stokes-Gleichung

• Energieerhaltung

Unterboden>Frontflügel>Heckflügel

Bremspunkt, Einlenkpunkt, Scheitelpunkt, Auslenkpunkt

Sie gibt die Reglements vor.

Homologation-

Technisch-

Sportlich-

Vertikaldynamik im Rennfahrzeug durch Aerodynamik beeinflusst

Zu viel Lenkwinkel kombiniert mit zu viel Gas an bspw. Auslenkpunkt in Kurve. Potential des Reifens wird überschritten.

Unterboden, Frontflügel, Heckflügel

Daten aus Historie, Pit in bis Pit out, Zeitverlust zum Lead

• Streckenlayout, Höhenlage, Fahrbahnbeschaffenheit, Track limits etc

später einlenkpunkt, Scheitelpunkt zu Kurvenende geschoben

Molekulare Adhäsion: Kräfte durch molekulare Anziehung zw Reifen und Straße

Rauigkeitseffekte: Kraftfeld auch tangentiale Komponente

Adhäsion stärker bei geringen Gleitgeschw. Hysterese bei hohen Gleitgeschwindigkeiten

Bester Abtrieb bei Keilform, vorne tief hinten hoch.

Aero drückt auto nach unten.

VA tiefer -> mehr Abtrieb

HA tiefer -> weniger Abtrieb

Höhere Geschw. -> mehr Abtrieb -> niedrigere Fahrhöhe -> bis zu Strömungsabriss -> Fahrhöhe wird höher -> Prozess von vorne

Niedrige Frequenz: elastisches Verhalten, kleines E-Modul

Mittlere Frequenz: viskoelastisches Verhalten (max Hysterese), ansteigendes E-Modul

Hohe Frequenz: Gummi verspröded (Glasverhalten), max E-Modul

Niedrige Temperatur: spröde, steif

Glasübergangstemperatur: max Hysterese, mittlere Steifigkeit

Hohe Temperatur: elastisches Verhalten, weich

ca 16x

ca 10 (CCY)

FIA

Aerobalance

Temperatur, Drehzahl, Position, Beschleunigung, Drehmoment, Elektronik, Druck, Durchfluss

Vorteile: Mehr Daten, Redundanz, Verschiedene Datenquellen für eine Fragestellung,

Verschiedene Auflösungen

Nachteile: Gewicht, Stromverbrauch, Limitierung der Bandbreite, Ausfallrisiko, Aerodynamik stören

Live (transmitted) & Historic (saved)

GPS, Radar, Lidar, Kamera

DMB Deutscher Motorsport Bund

Pro

• Mitarbeitermotivation

• Hertiage

• Marketing

Contra

• Politik

• Umwelt

• Kosten

Pacejka

TameTire

FTire

• Hauptziel Fahrleistung

• schnell und genau einstellbar

• leicht

• Sollbruchstelle bei Überlast

DQ Achse, Mc-Pherson

Trennung von Roll und Heave, somit eigene Einstellmöglichkeit von Heave möglich

• Modellierung (zb. 1 oder 2 Spur Modell)

• Parametrisierung (zb. Strecke aus Messdaten nachbilden)

• Korrelation (nutzung von Fahrzeugmesstechnik)

• Analyse und Darstellung (Überlagerung Simulationsergebnisse u Fahrzeugdaten)

• Rundenzeit

• Fahrdynamik

• Komponenten

• Basisstrategie

• Reifen

• Boxenstopp

• Konkurrenz

• ERS/DRS

• Performanceanalyse

• Vergleich Simulation

• Fehlersuche

• Sicherheit/Überwachung

Daten aufbereiten:

• Einlesen

• Verrechnen (min, max, mean, int, dif)

• Überwachen

Permanenterregte Synchromaschine: Hohe Effizienz, hohe Leistungsdichte, hohe Kosten, Entmagnetisierungsgefahr

Haupt-Aero:

1. Frontflügel erzeugt Abtrieb aufgrund Flügelprofil und durch Ground Effect

2. Unterboden erzeugt Abtrieb als “ebene Platte mit Diffusor”, wirkweise wie Venturi Düse -> Ground Effect hat größten Anteil am Gesamtabtrieb

3. Heckflügel umgedrehter Flugzeugflügel

Weitere Aero:

1. Radaufhängung

2. Bremsbelüftung

3. Hauptverkleidung/Body Work/Engine Cover

Das Verhältnis von Abtrieb (cz) und Widerstand (cx)

1. Heckflügel: A_eff = ca. 2 -2,4

   -> geringe Effizienz -> stabiler “Abtriebserzeuger”

2. Unterboden mit Diffusor: A_eff = ca. 8 bis 10

   -> hat hohen Anteil am Gesamtabtrieb -> Abhängig von Bodenabstand, Umströmung Räder und Schräganströmung

3. Frontflügel: A_eff = ca. 4 bis 6

• Konzept vorgegeben, zwei Flügelelemente und zwei verstellbare Flaps

• Aerobalance wird primär gesteuert durch Anstellwinkel der Flaps

• Flügel erzeugt Abtrieb. -> Wirbel haben straken Einfluss auf die gesamte Aero-Charakteristik des gesamten Fahrzeugs (Beeinflussung dahinterliegende Strömung)

• Reglement: Gestufert Unterboden, Seitlicher Kanal mit Einlassrampe und Diffusor

• Durch hohen Unterdruck versucht die Luft seitlich in den Unterboden einzuströmen = Abtriebsverlust -> Reduzierung der Luftgeschw.

• Seitliche “Abdichtung” mittels Wirbelschleppen entlang des Unterbodens -> Erhöhung der Performance

• Reglement: Vorgegebens Konzept

• stabiles Abtriebs-Element

• Optimiert am Gesamtfahrzeug und hat direkten Einfluss auf die Effizienz des Diffusors

• Heckflügel “bestimmt” Top Speed bezüglich gewisser Strecken

• Aktives DRS -> Strömungsabriss am Flügel -> Widerstandsreduzierung -> leichtere Überholvorgänge

Aufgabe der CFD Simulation:

• Strömungsverhältnisse an den Bauteilen und die Interaktion mit dem Gesamtfahrzeug zu ermittteln.

• Optimierungsarbeiten durchzuführen

• erfolgversprechende Maßnahmen zu definieren

Aufage des Windkanals:

• Gesamtabtrieb, Widerstand sowie Abtriebs-Verteilung auf VA und HA (Aerobalance) bei Fahrzuständen zu ermitteln

• Optionen für Kühlung ermitteln

• Referenzdaten sammeln für Fahrzeugsimulation und die Rennstrecke

• Macht Strömungsmechanismus sichtbar

• Untersuchungen an nicht-realen Bauteilen

• Parameteruntersuchungen mit Vielzahl von Varianten

• CFD mit Optimierungsprogrammen -> optimale Kontur -> minimaler Luftwiderstand

• Basis für Aeroelastik Entwicklung

• Abgleich mit Windkanalmessung nötig (Nachteil)

• Aero-Balance ist der prozentuale Anteil des VA-Abtrieb zum Gesamtabtrieb

• Abtriebsverteilng muss statischen Gewichtsverteilung bzw. Reifencharakteristik folgen

• Fahrzeugbalance wird im mittleren und oberen Geschwindigkeitsbereich hauptsächlich von Aerobalance bestimmt

• Fahrer möchte eigenen Fahrstil bzw. Fahrsituation mit geeigneter Aerobalance (Through-Corner-Balance)

MGU wandelt kinetische Energie beim Bremsen in Strom. Rückgewinnung der Energie als Strom in Lithium-Ionen-Batterie (HVB: Hochvoltbatterie)

• E-Antreib

• Energiewandler

• HV-Batterie

• E-Antrieb

• Verlustleitung druch: Kupfer-, Eisen-, und Magnetverluste

• Drehmomentenwelligkeit

• Geräuschanrende Raialkräfte (unwichtig im Motorsport)

-> Verstärkung durch Stromharmonische

• Maschineneigene Stromharmonische

• Umrichterspezifische Stromharmonische

• permanenerregte Synchronmaschine

• fremderregte Synchromaschine

• Asynchronmaschine

Überdimensionale Aero wegen geringer Dichte. Luftwiderstand spielt geringere Rolle. Aero Eff geht hoch

• Straßenwagen: Komfort, Fahrsicherheit

• Rennfahrzeug: Fahrstabilität, Kraftschluss, Aero-Stabilisierung

wegen Aero mehr Grip, Abtrieb erzeugt auch Widerstand somit Bremsleistung besser

Rundenzeitsimulation

DQ

Inboard Anbindung mit indirekter Aktuierung über Rocker und Push/ Pullrod System

• leicht Verstellbar (Shims)

• Feder Dämpfer steht aerodynamisch nicht im Weg

• Reifenseitenkraft

• Nachlauf (winkel)

• Spreizung (winkel)

Lenkunterstützung (hydraulisch, elektrisch)

1. Berechnen der Fahrwiderstände: F_G (Gewichtskraft), F_R(Reibung), F_A(Beschl), F_D (Drag) -> Summe der Kräfte

2. Leistung = Summe der Kräfte mal Geschwindigkeit

3. Motorleistung: Wirkungsgrad berücksichtigen

1. Zeitbasiert

   1. Zeit ist eindeutig

   2. Vorteile im Debugging und zum einfachen Verständnis

   3. Logging ist zeitbasiert, keine Transformation notwendig

2. Wegbasiert

   1. Vorteile in Overlays

   2. Bremspunkte und Scheitelpunkte lassen sich vergleichen

   3. Kleinere Unterschiede in der Streckenlänge zwischen Runden können vorkommen

• Liniendiagramme (Waveform)

• Streudiagramme (Scatter)

• Histogramme

• Heat Map (2D Histogramme)

• Frequenzanalysen (FFT)

1. Sensor

2. Steuergerät

3. Übertragen / Speichern

4. Aufbereitung

5. Visualisierung

• minimale Rundenzeit

• optimale Fahrdynamik -> Fahrsimulator

• Komponenten

  • Antriebsstrang

  • Bremsen

  • Kinematik

  • Vertikaldynamik

  • Aerodynamik

  • Reifen

• Rahmenbedingungen in Simulation schwierig

• Kann und soll Realversuch ersetzen sondern ergänzen

• Auswahl von passender Herangehensweise

• Sie macht ein langsames Auto nicht schneller

• gute Strategie kann selten Rennen gewinnen, wenn die Performance nicht stimmt

• schlechte Strategie kann gutes Ergebnis wegwerfen

• gute Strategie erlaubt dem Auto die maximale Performance freizugeben

• Basisstrategie

• Reifen

• Fahrzeuggewicht

• Zeitverlust bei einem Boxenstop

• erwartete Performance

• Interaktion mit Konkurrenten

• weiteres

• Live Timing

• Tools zur Berechnung des weiteren Rennverlaufs

• Simulation

vor Rennen:

• Erstellen der Rechenmodelle/tools

• Durchrechnen der Szenarien

• Auswahl Basisstrategie

während Rennen:

• Erfasen Ist-Zustand

• Durchrechnen verschiedenster Optionen

• Warten auf das Unerwartete (lol Ferrari)

• Entscheidungen treffen

• Umsetzen des Planes

nach Rennen:

• Analyse Rennen

• Abstellen von Fehlern

• Anpassen Berechnungsmodelle

• Weiterentwicklung der Strategieprogramme