DE19756704A1

DE19756704A1 - Anordnung zur Untersuchung und Demonstration von Bremsvorgängen und Kurvenverhalten von Fahrzeugen im Modellversuch

Info

Publication number: DE19756704A1
Application number: DE1997156704
Authority: DE
Inventors: John Rees
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-06-24

Description

Technisches Gebiet

Im Physikunterricht der Schulen und Hochschulen sollen Probleme der Verkehrsphysik behandelt werden. Solche Fragen sind auch für Fahrschulen und Sicherheitstrainingszentren interessant.

Technisches Problem

Es kann vermutet werden, daß das Brems- bzw. Kurvenverhalten eines Fahrzeugs von vielfältigen Parametern abhängig ist. Mit der Erfindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 läßt sich diese Abhängigkeit untersuchen und demonstrieren.

Stand der Technik

Anordnungen, die speziell für die Untersuchung des Brems- bzw. Kurvenverhaltens eines Fahrzeugs konstruiert sind, werden weder von den Lehrmittelfirmen angeboten, noch sind sie in der Patentliteratur zu finden.

Untersuchungen dieser Art sind dennoch möglich:

1. Spielzeugautos werden durch eigenen Antrieb oder auf einer schiefen Ebene auf eine Anfangsgeschwindigkeit gebracht - danach wird die immer vorhandene Reibung als Bremskraft genutzt.
2. Aufwendige ferngesteuerte Modelle besitzen zum Teil Bremssysteme.

Nachteile des Standes der Technik

Die oben dargestellten Möglichkeiten besitzen gravierende Nachteile:

Bei Untersuchungen nach Methoden 1 ist es nicht möglich, die Bremskraft entsprechend zu dosieren, speziell sind Vollbremsungen mit blockierten Rädern nicht möglich. Untersuchungen vom Kurvenverhalten, bei denen das Fahrzeug zuerst im Geradeauslauf auf eine bekannte Anfangsgeschwindigkeit gebracht wird, sind gänzlich unmöglich.

Diese Nachteile sind bei ferngesteuerten Modellautos auch teilweise vorhanden. Dazu kommt noch das Problem der Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit, die üblicherweise gemessen wird, indem das Auto durch eine Lichtschranke fährt. Es ist sehr schwierig, eine kleine Lichtschranke mit einem solchen Modellauto zu treffen.

Eine zusätzliche Schwierigkeit besteht im Platzbedarf für Versuche dieser Art; Versuche im Freien führen wiederum zu Problemen bei der Stromversorgung für die Lichtschranke.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zur Untersuchung der oben beschriebenen Abhängigkeiten zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mit dieser Erfindung werden die oben aufgeführten Nachteile der Geräte, die nicht speziell zu diesem Zweck entwickelt wurden, aufgehoben.

Es lassen sich beispielsweise folgende Untersuchungen problemlos durchführen:

- Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Anfangsgeschwindigkeit.
- Die Abhängigkeit des Bremsweges vom Straßenbelag.
- Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Neigung der Straße.
- Das Verhalten des Fahrzeugs bei falsch eingestellter Bremse (links/rechts bzw. vorne/hinten ungleichmäßig).
- Das Verhalten des Fahrzeugs bei unterschiedlichen Straßenbelägen (links/ rechts).
- Das Verhalten des Fahrzeugs beim Ausfall eines Bremssystems (vorne/hinten oder diagonal aufgeteilt).
- Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Masse des Fahrzeugs (unbeladen/beladen)
- Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Größe der Kontaktfläche zwischen Reifen und Straße (Breitreifen / normale Reifen).
- Die Gültigkeit der Formel für eine Vollbremsung (ebene Straße)
s: Bremsweg
v₀: Anfangsgeschwindigkeit
f_{g 1}: Gleitreibungszahl
g: Fallbeschleunigung.

Versuche mit einem Prototyp ergaben eine gute Übereinstimmung; die Abhängigkeit des Bremsweges vom Quadrat der Anfangsgeschwindigkeit und die Unabhängigkeit von nicht aufgeführten Parametern (z. B. Masse des Fahrzeugs, Größe der Kontaktfläche) ließen sich gut bestätigen.

Das wichtige Erkenntnis, daß ein beladenes Fahrzeug für den gleichen Bremsweg eine größere Bremskraft (d. h. Pedaldruck) braucht, wurde auch deutlich.

- Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Anfangsgeschwindigkeit.
- Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Anschlag der Vorderräder.
- Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Reibungszahl des Straßenbelags.
- Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Neigung der Straße.
- Die Abhängigkeit des Kurvenradiuses von der Masse des Fahrzeugs (unbeladen/beladen)
- Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Größe der Kontaktfläche zwischen Reifen und Straße (Breitreifen/ normale Reifen).

Die Untersuchungen zum Kurvenverhalten lassen sich mit oder ohne gleichzeitiger Bremsung durchführen. Dabei kann eindrucksvoll gezeigt werden, daß ein Fahrzeug mit blockierten Rädern nicht gelenkt werden kann.

Bei sämtlichen Untersuchungen ist eine einfache Bestimmung der Meßgrößen (insbesonders Anfangsgeschwindigkeit, Bremsweg, Kurvenradius) problemlos möglich.

Die Beschleunigungsphase findet auf einer Bahn statt. Dadurch werden Anfangspunkt und Anfangsrichtung der zu untersuchenden Bewegung genau festgelegt.

Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Meßgrößen führen zu zuverlässigen Ergebnissen.

Die Handhabung ist problemlos für Schüler ab Sekundärstufe I.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Systemskizze erläutert.

Versuchsfahrzeug

Das Versuchsfahrzeug besitzt zwei Rädersätze.

Rädersatz A (ungebremste Räder)

Mit diesem Rädersatz (A) wird die Anfangsgeschwindigkeit erreicht.
Diese Räder sind aus Stahl oder Plastik ohne Gummibereifung. Sie sind so gelagert, daß möglichst wenig Reibung vorhanden ist. Die Spurweiten der beiden Achsen sind verschieden. Dadurch wird bezweckt, daß Vorderräder (1) und Hinterräder (2) gleichzeitig das Ende (3) der Beschleunigungsbahn (4) erreichen.
Das Fahrzeug kann nur auf der Beschleunigungsbahn auf diesen Rädern fahren, dabei liegt Rädersatz B (B) wenige Millimeter über dem Boden.

Rädersatz B (gebremste Räder)

Mit diesem Rädersatz (B) wird die eigentliche Untersuchung durchgeführt.
Diese Räder sind aus Stahl oder Plastik mit Gummibereifung. Es ist zweckmäßig, Reifen (5) mit verschiedenen Breiten, Profilen und Gummimischungen montieren zu können.
Die Räder sind so montiert, daß sie mit einstellbarer Bremskraft bis zum Blockieren gebremst werden können. (Das Prototypfahrzeug besitzt Scheibenbremsen (6)).
Die Vorderräder lassen sich entweder in der Geradeauslage oder in anderen Lagen arretieren.
Das Fahrzeug kann nur auf der Versuchsfläche (Boden) (7) auf diesen Rädern fahren, dabei liegt Rädersatz A wenige Millimeter über dem Boden.

Beschleunigungsbahn

Die Beschleunigungsbahn befindet sich, bis auf das letzte Stück, auf einer schiefen Ebene (8). Dadurch lassen sich verschiedene Anfangsgeschwindigkeiten erreichen.

Die Bahn ist so konstruiert, das nur die Räder des Rädersatzes A mit ihr Kontakt haben; Rädersatz B befindet sich wenige Millimeter über dem Boden. Vorderräder und Hinterräder werden getrennt geführt.

Die Führung für die Vorderachse ist um genau einen Radstand des Rädersatzes A länger als die Führung für die Hinterachse. Dadurch wird bezweckt, daß beide Achsen das Ende ihrer Führung gleichzeitig erreichen, so daß das Fahrzeug gleichmäßig auf Rädersatz B fällt.

Geschwindigkeitsmessung

Die Messung der Anfangsgeschwindigkeit erfolgt mit Hilfe einer Lichtschranke und einer am Fahrzeug angebrachten Platte bekannter Länge (9).

Durchführung eines Versuchs

Das Fahrzeug wird zur Startposition auf der Beschleunigungsbahn gebracht. Es beschleunigt auf Rädersatz A bis zum Ende der Beschleunigungsstrecke wo die Anfangsgeschwindigkeit gemessen wird. Hier fällt es gleichmäßig auf Rädersatz B und es beginnt die zu untersuchende Brems- oder Kurvenbewegung auf der neigbaren Versuchsfläche.

Claims

1. Anordnung zur Untersuchung und Demonstration von Bremsvorgängen und Kurvenverhalten von Fahrzeugen im Modellversuch dadurch gekennzeichnet, daß das Versuchsfahrzeug zwei Rädersätze besitzt

- Rädersatz A (ungebremste Räder), mit dem das Fahrzeug auf die Anfangsgeschwindigkeit v₀ beschleunigt wird, und
- Rädersatz B (gebremste Räder), mit dem der Bremsvorgang bzw. die Kurvenfahrt ausgeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsphase auf einer Bahn abläuft, bei der Rädersatz B kein Kontakt mit dem Boden hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsvorgang bzw. die Kurvenfahrt auf einer Fläche abläuft, bei der Rädersatz A kein Kontakt mit dem Boden hat.

4. Fahrzeug und Bahn für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

das Versuchsfahrzeug am Ende der Beschleunigungsbahn vom Rädersatz A um wenige Millimeter auf Rädersatz B fällt.

5. Fahrzeug für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Rädersatzes A unterschiedliche Spurweiten haben, so daß die Vorder- und Hinterräder dieses Rädersatzes gleichzeitig das Ende der Beschleunigungsbahn erreichen.

6. Bahn für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder des Rädersatzes A getrennt geführt werden, so daß die Vorder- und Hinterräder dieses Rädersatzes gleichzeitig das Ende der Beschleunigungsbahn erreichen.

7. Fahrzeug nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Rädersatz A möglichst reibungsfrei läuft; die Räder des Rädersatzes B können mit dosierbarer Bremskraft bis zum Blockieren alle oder einzeln gebremst werden.

8. Fahrzeug nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderräder des Rädersatzes B gelenkt werden können, so daß eine Kurvenfahrt auf der Versuchsfläche möglich ist.