Querdynamik von Velomobilen unter Berücksichtigung der Reifeneigenschaften

Alternative Fahrzeugkonzepte wie das Velomobil können einen Beitrag zur Reduzierung der im Verkehr auftretenden CO2-Emissionen leisten. Als ultraleichte mehrspurige Liegeräder mit aerodynamischer Hülle verbinden diese Fahrzeuge Eigenschaften von Fahrrad und PKW miteinander. Hohe erreichbare Geschwindigkeiten erweitern das Einsatzfeld gegenüber klassischen Fahrrädern auf mittlere und größere Distanzen, bergen in fahrdynamischer Hinsicht jedoch Risiken. Aufgrund der bisher geringen Verbreitung dieser Fahrzeuge fehlen wissenschaftliche Untersuchungen zu den fahrdynamischen Eigenschaften fast vollständig.
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Ziel dieser Arbeit ist es einen Teil der notwendigen Grundlagen für die fahrdynamische Modellierung, Charakterisierung und Optimierung dieser Fahrzeugklasse zu schaffen. Auf Basis von Nutzerbefragungen werden die typische Nutzung und häufig auftretende Gefahrensituationen analysiert. Durch Messungen zahlreicher Fahrzeuge werden Bandbreiten und Parameter-räume der grundlegenden Fahrzeugparameter für die fahrdynamische Modellierung unter Berücksichtigung des Fahrers ermittelt.
Wesentlicher Teil der Arbeit ist die Untersuchung von Eigenschaften der typischerweise verwendeten Fahrradreifen als Grundlage für die Reifen-modellierung. Den Kern der Untersuchungen bildet ein Messaufbau zur Bestimmung von Seitenkraftkennlinien auf realen Fahrbahnuntergründen im Außenversuch. Mit Hilfe des Messaufbaus werden diverse Reifen hinsichtlich ihres lateralen Kraftübertragungsverhaltens und wesentlicher Einflussgrößen untersucht. Auf Basis der Benchmarkwerte und der Reifenmessungen erfolgt eine Analyse der Fahrzeugquerdynamik mit bekannten fahrdynamischen Modellen. Mittels analytischer Rechnungen und Simulationen werden schließlich Sensitivitäten und Möglichkeiten zur Verbesserung der fahrdynamischen Sicherheit abgeleitet.

Alternative vehicle concepts such as the velomobile can contribute to reducing CO2 emissions from traffic. As ultralight, multi-track recumbent bicycles with an aerodynamic shell, these vehicles combine the characteristics of bicycles and passenger cars. High achievable velocities extend the field of application to medium and longer distances but might also increase the risk of accidents resulting from higher driving dynamics. Due to the low distribution of these vehicles so far, scientific studies on the driving dynamic properties are almost completely missing.
The aim of this work is to create necessary basics for the driving dynamics modelling, characterization and optimization of this vehicle class. ... mehrBased on user surveys typical usage and frequently occurring critical driving situations are analyzed. Measurements of numerous vehicles are used to determine ranges of the basic vehicle parameters for the modeling of vehicle dynamics.
An essential part of the work is the investigation of properties of typically used bicycle tires as a basis for tire modeling. The core of the investigations is a measurement setup for the determination of lateral force characteristics on real road surfaces in outdoor tests. With the help of the measurement set-up, various tires are examined with regard to their lateral force characteristics and significant influencing variables. The lateral vehicle behaviour is analyzed using known vehicle models in consideration of benchmark values and tire measurements. Finally, on the basis of analytical calculations and simulations, sensitivities and possibilities for improving driving dynamic safety are derived.