Die Aerodynamik in böigem Seitenwind wird in der zukünftigen Fahrzeugentwicklung an Bedeutung gewinnen. Neueste Untersuchungen zeigten, dass instationäre aerodynamische Kräfte deren stationäre Referenzwerte erheblich übertreffen können, was eine mögliche Minderung der Fahrstabilität nach sich zieht. Um die Fahrzeugantwort auf Seitenwindböen berechnen und später bewerten zu können, ist es unerlässlich, die aerodynamische Anregung des Fahrzeugs korrekt zu bestimmen. Eine Errungenschaft der vorliegenden Arbeit sind detaillierte Information über die bei Seitenwindböen auf ein Fahrzeug treffende Strömung. Turbulente Längenskalen bei Beaufort 4-7 sind gemäß den Ergebnissen von Fahrversuchen zwischen 10m und 80m und Geschwindigkeitsänderungen sind maximal 8 m/s. Bei 140 km/h Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich daraus eine Fahrzeuganregung zwischen 0.5 Hz und 4Hz und ein maximaler Anströmwinkel von 13°. So wird belegt, dass Geschwindigkeitsstörungen in der Vergangenheit überzeichnet wurden und aufgezeigt, welche Turbulenzskalen anstelle dessen in zukünftigen Entwicklungsprozessen berücksichtigt werden müssen. Diese Information wird in der Folge für einen experimentellen Aufbau verwendet, welcher realistische instationäre Strömungsbedingungen bei Seitenwindböen nachbildet. Dabei wird ein 1:2 Modell eines generischen Stufenhecks bei Geradanströmung in einem Windkanal um seine Hochachse oszilliert. Charakteristische Strömungsmechanismen und daraus resultierende Entwicklungen der Oberflächendruckverteilungen werden erörtert. Es wird belegt, dass eine verzögerte Reaktion des Nachlaufs auf eine Anströmungsänderung zu verstärkten und verzögerten Druckschwankungen auf der Heckoberfläche führen. Im Gegenzug entsteht eine Seitenkraftkomponente, welche die Giermomentamplitude vergrößert und die Seitenkraftamplitude verringert. Der Unterschied zwischen instationären und quasi-stationären Lasten ist für Oszillationsamplituden zwischen ±2.2° und ±4.4° konstant. Stattdessen hängt der instationäre Mechanismus von der Strouhal Zahl ab. Größtes instationäres zu quasi-stationäres Giermoment stellt sich ein, wenn die Zeitskale der Modelloszillation so im Verhältnis zur Zeitskale der Nachlaufströmung steht, dass Sr = 0.12. Obwohl die Lage und Stärke dieser Überhöhung von der Fahrzeugform abhängen, ergibt sich für Fließheck- und Vollheckvarianten identisches qualitatives Verhalten. Im Einzelnen ist die Giermomentenüberhöhung für das Vollheck am geringsten. Nachfolgend werden die experimentellen Ergebnisse benutzt, um einen CFD-Löser zu validieren. Obwohl die grundsätzlichen Merkmale des instationären Wirkmechanismus richtig widergegeben werden, treten numerische Fehler auf, welche eine industrielle Anwendung zur zuverlässigen Vorhersage instationärer aerodynamischer Lasten nicht zulassen. Es wird aufgezeigt, dass dieser Mangel bei vereinfachten Unterbodengeometrien oder reduziertem Bodenabstand nicht entsteht und durch Anwendung eines anderen Turbulenzmodells behoben werden kann, was einen alternativen Strömungslöser erfordert.

Aerodynamics in gusty crosswind conditions will be of increased significance in the future vehicle development process. Recent investigations demonstrated that unsteady aerodynamic loads can exceed steady loads considerably which may deteriorate driving stability. In order to compute and finally evaluate the vehicle response to a crosswind gust, it is essential to correctly determine the aerodynamic excitation of the vehicle. One of the achievements of this thesis is to provide detailed information on the oncoming flow which faces a vehicle during crosswind gusts. According to on-road tests at Beaufort 4-7, turbulence length scales are between 10m and 80m and velocity distortions are maximum 8 m/s. At 140 km/h vehicle speed this translates into excitation frequencies between 0.5 Hz and 4Hz at maximum 13° yaw angle. Thus, it is proved that velocity distortions have been exaggerated in the past and pointed out, which turbulence scales have to be considered instead in the future development process. This information is then used to set up an experiment that replicates realistic unsteady flow conditions, as they occur during crosswind gusts. To this end, a 1:2 scale generic notchback model is oscillated around its vertical axis while being exposed to constant oncoming flow in a wind tunnel. Characteristic mechanisms of fluid behavior and resulting surface pressure developments are revealed. It is verified that a delayed reaction of the wake flow to a change of the oncoming flow leads to enhanced and delayed surface pressure oscillations at the rear. This results in a lateral force at the rear which increases the total unsteady yaw moment amplitude and decreases the total side force amplitude. The difference between unsteady and quasi-steady loads is shown to be constant for oscillation amplitudes between ±2.2° and ±4.4°. Instead, the unsteady mechanism depends on the Strouhal number. Largest unsteady to quasi-steady yaw moment is observed, when the time scale of the model oscillation and the time scale of the wake flow are proportioned so that Sr = 0.12. Although the position and the intensity of that peak depend on the vehicle shape, identical qualitative behavior is observed for fastback and station wagon variants, as well. In particular, the yaw moment overshoot turns out to be slightly smaller for the station wagon. In the following, the experimental results are used to validate a CFD simulation tool. Though the general characteristics of the unsteady mechanism are correctly reproduced, numerical errors appear which prohibit its application for a reliable prediction of unsteady aerodynamic loads in industry. It is indicated that these deficiencies do not appear for simplified underfloor geometries or reduced ground clearance and can be overcome by applying a different turbulence model that requires the usage of another solver.