Längsdynamik

Die Längsdynamik bezeichnet alle wirkenden Kräfte in Richtung der x-Achse (Bild Fp5). Hauptsächlich werden die Antriebs- und Bremskräfte, in Kurvenfahrten mit großen Lenkwinkeln auch Reifenseitenkräfte, auf die Fahrzeugkarosserie übertragen. Die Längsdynamik ist ausschlaggebend für die Bewegung des Fahrzeugaufbaus bezüglich Längsbeschleunigung und Verzögerung, aus denen unterschiedliche Kraftverteilungen an Vorder- und Hinterachse entstehen. In Abhängigkeit von der Höhe des Fahrzeugschwerpunktes ergeben sich durch Lastwechsel Nick- und Hubbewegungen. Man spricht von einer Kopplung zwischen der Längs- und der Vertikaldynamik.

Die Kopplung der Längs- und Querdynamik ist ebenso durch Beschleunigung bei gleichzeitiger Kurvenfahrt gegeben. Hierbei entsteht zusätzlich zu dem Lastwechsel der Vorder- und Hinterachse ein Lastwechsel zwischen der linken und rechten Fahrzeugseite. Diese Lastwechsel erzeugen ungewünschte Wankbewegungen.

Längskraft. Längskräfte F_X wirken in Richtung der x-Achse (Bild Fp5) und sorgen für eine Fahrzeugbeschleunigung oder Verzögerung bzw. erhalten die Fahrzeuggeschwindigkeit. Alle Fahrwiderstandskräfte wie z.B. Rollwiderstand F_R, Luftwiderstand F_L, Steigungswiderstand F_S und Beschleunigungswiderstand F_B bilden Längskräfte auf der x-Achse. Diese können in Abhängigkeit von Beladungszustand und Schwerpunkthöhe Nick- und Hubbewegungen zur Folge haben.

Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v beschreibt die zurückgelegte Wegstrecke (z.B. Meter) pro Zeiteinheit (z.B. Sekunde). Sie wirkt in Längsrichtung auf der x-Achse (Bild Fp5). Sie berechnet sich mit:

v =

Darin bedeuten:

s = Wegstrecke

t = Zeit

Bei Kraftfahrzeugen wird die Geschwindigkeit üblicherweise in km/h angegeben.

Längsgeschwindigkeit. Die Längsgeschwindigkeit v_x entspricht der Geschwindigkeit des Fahrzeuges in Richtung der x-Achse des Koordinatensystems (Bild Fp5). Die Längsgeschwindigkeit ist gleich der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Fahrzeugbeschleunigung. Die Fahrzeugbeschleunigung a errechnet sich aus der Geschwindigkeitsänderung

und der benötigten Zeit . Sie wirkt in Richtung der x-Achse. Die Beschleunigung repräsentiert die erste Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit. Beschleunigt man ein Fahrzeug von einer Geschwindigkeit v₁ innerhalb einer Zeit mit t₂- t₁auf eine Geschwindigkeit v₂ , so gilt:

a = =

Die Beschleunigungskraft eines Fahrzeuges ergibt sich aus der überschüssigen Kraft F_Ü, die nach Abzug des Fahrwiderstandes F_W von der aufgewendeten Kraft F des Antriebstranges übrig bleibt.

F_Ü = F - F_W

Man bezeichnet diese auch als Zugkraftreserve.

Wird ein Fahrzeug gebremst, so ist die Widerstandskraft größer als die erzeugte Kraft des Fahrzeuges. Es ergibt sich eine negative Überschusskraft und damit eine negative Fahrzeugbeschleunigung. Das Fahrzeug wird verzögert.

Elastizität. Die Beschleunigung eines Fahrzeuges gibt üblicherweise die Zeit an, die vergeht, bis das Fahrzeug von einer Geschwindigkeit 0 auf die Geschwindigkeit 100km/h gesteigert wurde, wobei die entsprechenden Gänge genutzt werden. Die Elastizität beschreibt die Zeit für eine Geschwindigkeitserhöhung von der Geschwindigkeit x auf die Geschwindigkeit y in einem bestimmten Gang, ohne Schaltvorgang, in der Ebene. Je geringer die Zeit für einen solchen Vorgang, umso höher ist die Elastizität.

Längsbeschleunigung. Die Längsbeschleunigung a_x entspricht der Beschleunigung in x-Richtung des Fahrzeuges, wie in Bild Fp5 zu sehen. Die Längsbeschleunigung ist gleich der Fahrzeugbeschleunigung.

Nickwinkel. Der Nickwinkel θ ist eine Kenngröße für die Nickbewegung. Dieser ergibt sich aus der Drehung um die y-Achse (Bild Fp5 ).

Nickgeschwindigkeit. Die Nickgeschwindigkeit ω_N definiert die Winkeländerung um die y-Achse, pro Zeiteinheit (Bild Fp5). Sie lässt sich mit Hilfe des in der Zeit zurückgelegten Nickwinkels wie folgt berechnen:

ω_N =

Nickbeschleunigung. Die Nickbeschleunigung α_N stellt die Geschwindigkeitsänderung in einer benötigten Zeit dar (Bild Fp5 ). Es gilt:

α_N = =

Nickmoment. Das Nickmoment M_Y ist eine Kenngröße für die Nickbewegung und wirkt um die y-Achse (Bild Fp5). Es entsteht durch unterschiedlich angreifende Kräfte in Richtung der x-z-Ebene mit den dazugehörigen Abständen um den Bezugspunkt des jeweiligen Fahrzeuges.

Zucken. Mit der Bezeichnung Zucken sind jegliche Bewegungen in Richtung der x-Achse (Bild Fp5), die in der Längsdynamik entstehen können, gemeint.

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