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Race Engineering Kurs - Einführung -

Work like the Pro´s

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Seminarziele

• Lernen zu DENKEN wie ein Renningenieur

• Die Werkzeuge und das Wissen zu vermitteln Rennen zu GEWINNEN

• Von der ERFAHRUNG anderer zu lernen

• Die Brücke zwischen Theorie und PRAXIS zu schließen

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Zeitplan

8:00-9:10 Fahrzeugdynamik – Reifen

9:30-11:05 Fahrzeugdynamik - Fahrwerk

11:25-11:45 Fahrzeugdynamik - Aerodynamik

11:45-12:30 Mittagspause

12:30-15:50 Fahrzeugdynamik - Antrieb- und Bremssysteme

16:00-17:30 Setup Optimierung und Praxis

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Die Basics

Agieren wie ein Renningenieur…

SEI VORBEREITET! – Stelle sicher, dass Du für alle Eventualitäten am Rennwochenende vorbereitet bist.

SEI RUHIG! – Sei dir sicher, dass der Rest des Teams immer zu Dir blicken wird

und sich damit Rückversichert. Bist Du nervös, sind sie es auch! FÄLLE ENTSCHEIDUNGEN! – 90% der Zeit, JEDE Entscheidung ist die richtige

Entscheidung . Wenn Du gut und richtig vorbereitet bist, wirst Du auch in den meisten Fällen die richtige Entscheidung fällen.

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Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Reifen -


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Fahrzeugdynamik - Reifen

Was werden wir lernen:

• Der Rennreifen

• Was ist ein Reifen?

• Wie arbeitet der Reifen?

• Reifendaten

• Das Arbeitsfenster (Luftdruck)

• Temperatur Effekte

• Lesen des Reifens

• Reifen und Rennstrecke - Eine Liebesgeschichte

• Wenn alles schief geht!... Graining

• Die richtige Reifen Wahl

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Grip Circle; Vergleich verschiedener Reifenhersteller:

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Wenn der Reifen arbeitet, erhöht sich zwangsläufig der Reifeninnendruck – Wir müssen also den Reifenkaltdruck niedriger einstellen, um den (Ziel)Warmdruck zu erreichen.

Hier ein Beispiel – GP2:

Was wir wissen müssen:

1. Die Strecke

2. Zielluftdruck (1,24‐1,44 Bar)

3. Notwendigen Skalierungsfaktor

4. Die Umgebungstemperatur

1. Strecke: Barcelona (Skizze) Charakter: Mittel bis hohe Geschwindigkeit Traktion in Sektor 3 Direktion: Im Uhrzeigersinn Annahmen: Drücke Mittel > Hoch Niedriger an der Hinterachse (Traktion) Start mit NIEDRIGEM Druck Links Hinten (LH)

2. (Ziel)Warmdruck: 20.0 20.0 19.0 19.0

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Wenn alles schief läuft…..Graining: Was ist überhaupt Graining? Fahrer: “Wenn der Reifen aussieht wie die Ober- fläche des Mondes!” Ingenieur: “Ein Versagen, stammend von Mikrorissen im Material der Gummioberfläche, verursacht durch Scherkräfte” Graining wird verursacht durch: Die Temperatur (Nicht beeinflussbar!): Sehr niedrige Streckentemperatur und/oder Umgebungstemperatur. Die Reifenmischung: Die Reifenmischung wurde zu weich gewählt. Den Fahrer: Der Fahrer „puscht“ zu viel, obwohl der Reifen nicht auf (optimaler) Temperatur ist. Das bedeutet, der Reifen ist nicht im „Fenster“.

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Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Fahrdynamik -


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Fahrzeugdynamik

Fahrwerk - Lernziele:

• Federn

• Bump Rubbers

• Dämpfer

• Anti Roll Bars

• Fahrwerksgeometrie

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Fahrzeugdynamik - Fahrwerk

Bump Rubbers – Wofür sind sie?

• Als weicher Anschlag, um den Dämpfer bei voller Einfederung zu schützen

• Sie können aus Kunststoff, Gummi oder Metalastic-Kombination sein

• Sie ermöglichen Flexibilität bei der Festlegung der radbezogene Rate für eine bestimmte Situation

• Sie sind ein sehr wirkungsvolles Tuning mittel, welche dem Ingenieur eine Verbindung zwischen MECHANICAL Grip und AERO Grip erlauben

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Fahrwerk - Dämpfer

Was ist der Zweck des Dämpfers? • Wandelt kinetisch Energie in Wärme um • Glättet starke Stöße • Kontrolliert die Federrate der Aufhängung Wenn der Dämpfer korrekt (oder inkorrekt) abgestimmt ist, können sie auch als “Grip-Einsteller“ funktionieren und er hat ebenso einen enormen Einfluss auf den Reifenverschleiß. Die Feder bestimmt wie weit sich die Aufhängung bewegt, der Dämpfer bestimmt wie schnell.

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Dämpfer – High und low Speed:

Low Speed Dämpfung:

Kontrolliert die primären Fahreigenschaften

Kontrolle der gefederten Massen (Rollen, Pitch)

Dämpfer Geschwindigkeiten < 100mm/s

Frequenzen typisch < 7 Hz

High Speed Dämpfung:

Kontrolliert die sekundären Fahreigenschaften

Kontrolle der ungefederten Massen (zB. Contact Patch)

Dämpfer Geschwindigkeiten > 100mm/s

Frequenzen typisch > 7Hz

Die Dämpfung ist generell in zwei Bereiche unterteilt: High & Low Speed.

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n-Post Rig Tests ermöglicht es uns, das Dämpfungs-Setup am Auto zu optimieren. Das "n" bezeichnet die Anzahl der Stempel. In Regel sind das 4,6 oder 7.

4 für die Räder und 2 oder 3, um eine bestimmte Aerolast einzuleiten. Die Räder sitzen auf 4 Wägezellen durch die hydraulisch sinusförmige Wellen mit zunehmender Häufigkeit und abnehmender Amplitude eingeleitet werden.

Durch die Aufzeichnung der Reifenauflagelast, die

Hubwege und den Karosserieschleunigungen ist es

möglich, die Performance der Dämpfer zu bestimmen und

Erhalten dadurch Gradmesser und Messgrößen wie:

• Die Aufbaubewegung • Die Aufbaufrequenzen • Radlastschwankungen • Minimalen Radaufstandskräften • Dynamisches Fahrzeugniveau • Dämpfungsmaß • Stabilisatortests • Einflüsse verschiedener Reifentypen und - fülldrücke • Ermittlung der dynamischen Reifensteifigkeit

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Geometrie – Roll Center Effekte & Tuning: Höheres Rollcenter: • Weniger Rollen & mehr Jacking • Hat einen gleichen Effekt wie eine Erhöhung der hinteren Federrate oder die roll Steifigkeit

des hinteren ARB Niedrigeres Rollcenter: • Mehr Rollen & weniger Jacking • Hat einen gleichen Effekt wie eine Verringerung der hinteren Federrate oder die roll

Steifigkeit des hinteren ARB Zusammenfassend lassen sich folgende grundlegende Aussagen festhalten: • Niedrige Rollzentren führen zu geringerer Radlastverlagerung zum kurvenäußeren Rad, kleineren bis gar keinen Aufstützeffekten - aber zu großen Wankwinkeln des Chassis. Diese Wankwinkel müssen von Stabilisatoren klein gehalten werden. • Bei hohen Rollzentren ist es genau umgekehrt

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Das haben wir gelernt:

• Verschiedene Typen von Schraubenfedern

• Wie schalten wir Federn in Serie und Parallel

• Wie verwenden wir Tender- Hauptfedern

• Was ist Pre-Load und für was wird es genutzt

• Wie Torsionsfedern arbeiten und warum wir sie benutzen

• Was sind Bumprubbers und wie werden sie mit den Federn kombiniert

• Wie der Dämpfer arbeitet

• Berechnung der Kritischen Dämpfung und Anwendung bei der Einstellung

• Fahrwerksprüfstand – Optimiertes Dämpfen

• Dämpfer Störungen – Kavitation etc.

• Die Funktion des Stabilisators und wie er angewendet wird

• Fahrwerkskinematik eines Rennwagens und wie die Variablen die Balance beeinflussen

• Rollzentren, Ableitung und Tuning

• Fahrwerks anti´s und die Anwendung

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Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Aerodynamik -


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Fahrdynamik - Aerodynamik


• Warum die Aerodynamik so wichtig ist

• Die Basics: Grundlagen der Aerodynamik

• Aerodynamik Bauelemente

• Aerodynamik Daten

• Spezifikation der Aerodynamik für eine Strecke

• High Downforce vs. Low Downforce

• Aerodynamische Balance

• Umgebungseffekte welche die Aerodynamik beeinflussen

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Warum…ist Aerodynamik im Rennsport so wichtig?

Die Luftfahrt hat den Flügel entwickelt, um Auftrieb zu erzeugen. Die Motorsportindustrie dreht das Prinzip um, um Abtrieb zu erzeugen - und somit das Auto auf die Strecke zu drücken.

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Warum…ist Aerodynamik im Rennsport so wichtig?

Nachteile: Jeder Abtrieb kommt einher mit mehr Luftwiderstand.

Hat Abtrieb Hat zu viel Luftwiderstand

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Wie….wenden wir Aerodynamik im Rennsport an?

Wind Tunnel Tests:

Vorteile: Derzeit die genaueste, vertrauenswürdige Quelle für Aerodaten.

Konzepte können schnell an verkleinerten Modellen ausprobiert werden.

Nachteile: Energie und Labor intensiv, Teuer

CFD:

Vorteile : Kann direkt aus den CAD modelliert werden. Viele Testläufe können

parallel ausgeführt werden (Limitiert nur durch Rechenpower).

Nachteile : Noch immer eine sich entwickelnde Technologie.

Rechenzeit ist momentan noch höher als ein einzelner Wind Tunnel Test dauert

Track Testing:

Vorteile : Es ist die reale Welt und 1:1 Teile können getestet werden.

Nachteile : Schwierig die Einflüsse der Umwelt zu kontrollieren.

Eine “saubere” Sammlung von Daten ist hier nicht möglich

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Fahrdynamik -Aerodynamik

Ändern wir das Set-Up basierend auf der Aerodynamik? Wir können mit Low Downforce einen unerfahrenen Fahrer helfen, Rundenzeit zu finden. Der Fahrer nutzt den Abtrieb nicht optimal, darum können wir den Luftwiederstand reduzieren um das Auto auf der Geraden schneller zu machen. Der Fahrer in diesem Beispiel fährt sogar schneller durch Turn 1!

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Was können wir tun - ohne einen Windkanal und CFD?

• Flow- Visualisation

• Öl / Schmierfilm

• Fahrer Feedback

• Federweg – Kabelbinder auf der Kolbenstange / Straight-line-Test

• Coast down Test / Berechnung mit bekannten Werten wie Motorleistung / Antriebsstrangverlusten.

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Faktoren die Aerodynamik und Performance des Autos beeinflussen:

• Windgeschwindigkeit

• Luftdruck

• Windrichtung

• Lufttemperatur

• Luftfeuchtigkeit

• Streckentemperatur

Wie…gehen wir mit dem Wetter, der Umwelt und deren Einflüsse um?

CHECK den WETTERBERICHT!!!!

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Fahrzeugdynamik - Aerodynamik

Effekte des Wetters und der Umwelt:

Streckentemperatur: Sie hat einen großen Einfluss auf das Handling und die Balance und ist fast unabhängig von der Umgebungs- temperatur. Um das typischerweise zu kompensieren nutzt man den Vorneflügel und den Stabi.

Basis Temperatur

STEIGENDE Temperatur

SINKENDE Temperatur

Hilft, die Reifen auf Temperatur zu bekommen. Speziell an der nicht angetriebenen Achse. Übersteuern für RWD Untersteuern für FWD

Schwer, die Reifen auf Temperatur zu bekommen. Speziell an der nicht angetriebenen Achse. Untersteuern für RWD Übersteuern für FWD

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Was haben wir gelernt:

• Wir wissen nun warum die Aerodynamik so wichtig ist

• Wir kennen nun die grundlegenden Gleichungen, die wir wissen müssen

• Wir kennen und verstehen die verschiedenen aerodynamischen Bauteile

• Wir wissen nun wie wir Aeromaps lesen und verstehen die Einflüsse der Fahrhöhenänderung.

• Wir wissen jetzt, wie wir das Aero Level vor einem Rennwochenende auswählen

• Wir kennen die Kompromisse zwischen hohen und niedrigen Aero Levels

• Wir kennen jetzt die Vorteile der Abstimmung der Aerobalance mit Hilfe des Front- oder Heckflügels.

• Wir kennen nun welche Auswirkungen die Umwelt auf unserem Rennwagen haben kann.

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Race Engineering Kurs - Fahrzeugdynamik: Antriebsstrang -


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Fahrdynamik - Antriebsstrang

Antriebsstrang – Was werden wir lernen:

• Gaspedal

• Motor

• Kupplung und Rennstarts

• Getriebe

• Differentiale

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Fahrdynamik - Antriebsstrang

Antriebsstrang: Die Karbonkupplung

• Leichtbau

• Niedrige Trägheitsmomente

• Bei Hitze erhöht sich die Drehmomentkapazität

• Reibscheiben behalten ihre Integrität bei wesentlich höheren Temperaturen als herkömmliche Materialien.

• Die Lebenserwartung kann das 10fache einer gesinterten Kupplung erreichen.

• Geringer Verschleiß an der Schwungscheibe

• Teurerer als eine Sintermetallkupplung

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Fahrzeugdynamik - Antriebsstrang


• Gaspedal mapping

• Motor Handhabung und Variablen

• Kupplungstypen und Betätigung

• Getriebe Einstellungen

• Warum wir ein Differential benötigen

• Wie das Differential funktioniert

• Wie wir mit dem Differential die Balance beeinflussen

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Fahrdynamik - Bremssystem


• Karbonbremsen

• Stahlbremsen

• Bremsen einfahren

• Bremssystem Variablen

• Bremssystem Lösungen

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Bremse – Ein großer Faktor bei der Rundenzeit:

Die Daten zeigen einen Zeitverlust von 0.4 Sekunden nur, weil der Fahrer 9.4m früher bremst als notwendig!

Darum ist es absolut notwendig, das Bremssystem zu optimieren um die Performance zu steigern.

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Bremse – Die Bremsanlage:

Bremszangen (Brake calipers)

• Eine Maximaltemperatur von ca. 200 C° ist üblich. Überhitzung kann die Kolbendichtung und auch die Radlagerdichtungen zerstören.

Das ist der Grund, warum F1-Mechaniker bei einem Stopp sofort mit Kühlgebläsen kommen - um mit dem Luftstrom die Bremsen abzukühlen.

• Um diese Temperatur zu überwachen, benutzt man Thermoaufkleber welche die Farbe, bei erreichen einer bestimmten Temperatur, wechseln.

• Sollten Temperaturen über 200 C° erreicht werden, tauscht man üblicherweise die Kolbendichtringe sicherheitshalber gegen neue.

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High Performance Road- und Trackdaybelag. Beständige Leistung , geringer Verschleiß, Disc freundlich, geringes Geräusch, wenig Staub, geringes Fading, gutes Gefühl.

Beispiele: xxxx

High Performance für Road, Trackday- und Leichtbaufahrzeuge.

Beständige Leistung , Disc freundlich, geringes Geräusch, gutes Gefühl.

Beispiele: xxxx

Wettbewerbsbelag. Nicht für die Straße!

Leicht einzubremsen, berechnen- und wiederholbare Leistung mit guten Biss und Reibwerten.

Beispiele: xxxx

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Bremse – Bremsflüssigkeit:

Bremsflüssigkeitstypen:

• Glykolbasis

DOT3 und DOT4, mischbar mit DOT 5.1

Hygroskopisch, niedriger Siedepunkt

• Silikonbasis

Dot5, nicht mischbar mit DOT3,4 und 5.1

Weniger Hygroskopisch, Hoher Siedepunkt (bis 300°C), teuer

Wegen nachgewiesener Beständigkeit und Leistung sind hier empfohlen : Castrol SRF oder AP 600

Um ein konstantes, hartes Bremspedal beizubehalten ist regelmäßiges wechseln der Bremsflüssigkeit und korrektes Entlüften wichtig. Typischerweise wird die Bremse vor jeder Session entlüftet.

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Fahrzeugdynamik - Antriebsstrang


• CFK und Stahlbremsen Temperaturmanagement

• CFK-Bremsen einbremsen und anwenden

• Stahlscheiben und Belag einbremsen

• Tuning des Autos mit dem Waagebalken & Masterzylindergrößen

• Auswahl des richtigen Bremsbelages

• Managen von Bremsproblemen

• Wartung des Bremssystems

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Setup Optimierung


• Auswahl der Getriebeübersetzung

• Schaltpunktoptimierung

• Wichtige Fahrzeugmesswerte

• Set-Up Equipment

• Set-Up Prozeduren & Best Practice

• Set-Down

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Setup Optimierung

Setup Optimierung – Das eigentliche Set-Up:

Folgendes macht ein gutes Set-Up aus:

• Wiederholbarkeit

• Optimale Ausnutzung der Reifen (Peak vs. Langlebigkeit)

• Vertrauen des Fahrers in das Fahrverhalten

• Konstanz in der Rundenzeit

• Grundlage all Deines Wissens

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Setup Optimierung

Setup Optimierung – Set-Down:

• Um Erfahrung zu sammeln, was sich wie am Auto – nach einer Fahrt - verstellt, ist es gut ein Set-Down durchzuführen.

• Wenn ein Fahrer einen Bordstein zu hart genommen hat, von der Strecke gekommen ist, einen Kontakt mit einem anderen Auto hatte oder eine Teil auf der Rennstrecke getroffen hat , dann ist es wahrscheinlich, dass sich etwas am Set-Up verändert hat.

• Zu checken sind: Fahrhöhe, Radlasten, Spur, Sturz und Nachlauf.

• Wenn das Auto ein Problem hat, beispielsweise blockierende Räder beim Bremsen oder verschiedene Fahreigenschaften - dann kann ein Set-Down ein Problem wie z.B. verzogene Radlasten aufzeigen.

• Manchmal zeigt ein Auto nach einen Unfall eine bessere Performance als vorher.

Hier erlaubt uns das Set-Down nachzuvollziehen warum und wir können das Ergebnis weiterverwerten.

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Setup Optimierung


• Wie wir Getriebeübersetzungen auswählen

• Wie wir optimale Schaltpunkte ausrechnen

• Welche Ausrüstung wir für das Set-Up (und Set-Down) benutzen

• Ein Procedere für ein reproduzierbares Setting eines Rennwagens

• Grundregeln für ein optimales Set-Up.

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