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DE19756704A1 - Vehicle braking and cornering characteristics demonstration model - Google Patents

Vehicle braking and cornering characteristics demonstration model

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Publication number
DE19756704A1
DE19756704A1 DE1997156704 DE19756704A DE19756704A1 DE 19756704 A1 DE19756704 A1 DE 19756704A1 DE 1997156704 DE1997156704 DE 1997156704 DE 19756704 A DE19756704 A DE 19756704A DE 19756704 A1 DE19756704 A1 DE 19756704A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wheels
vehicle
wheel set
braking
cornering
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE1997156704
Other languages
German (de)
Inventor
John Rees
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE1997156704 priority Critical patent/DE19756704A1/en
Publication of DE19756704A1 publication Critical patent/DE19756704A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B25/02—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of industrial processes; of machinery
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/06—Steering behaviour; Rolling behaviour
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
    • G09B23/08—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for statics or dynamics
    • G09B23/10—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for statics or dynamics of solid bodies

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Abstract

The demonstration model has a set of unbraked wheels (A), which are used toaccelerating the model vehicle to an initial velocity, and a braked set of wheels (B), which are used to provide the required braking and cornering of the vehicle . The braked wheels are raised from contact with the travel surface during the acceleration phase. An Independent claim for a travel path for a model vehicle is also included.

Description

Technisches GebietTechnical field

Im Physikunterricht der Schulen und Hochschulen sollen Probleme der Verkehrsphysik behandelt werden. Solche Fragen sind auch für Fahrschulen und Sicherheitstrainingszentren interessant.Problems should arise in the physics lessons of schools and universities traffic physics. Such questions are also interesting for driving schools and safety training centers.

Technisches ProblemTechnical 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.It can be assumed that the braking or cornering behavior of a vehicle is dependent on various parameters. With the invention according to the preamble of claim 1 can examine and demonstrate this dependency.

Stand der TechnikState of the art

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.Arrangements specially designed for the investigation of the braking or Cornering behavior of a vehicle are constructed neither offered by the teaching material companies, nor are they in the Find patent literature.

Untersuchungen dieser Art sind dennoch möglich:
Investigations of this kind are nevertheless possible:

  • 1. Spielzeugautos werden durch eigenen Antrieb oder auf einer schiefen Ebene auf eine Anfangsgeschwindigkeit gebracht - danach wird die immer vorhandene Reibung als Bremskraft genutzt.1. Toy cars are powered by their own or on a inclined plane brought to an initial speed - after that, the always existing friction becomes the braking force utilized.
  • 2. Aufwendige ferngesteuerte Modelle besitzen zum Teil Bremssysteme.2. Own elaborate remote-controlled models Braking systems.
Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Die oben dargestellten Möglichkeiten besitzen gravierende Nachteile:The options presented above have serious consequences Disadvantage:

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.In investigations according to method 1, it is not possible dosing the braking force accordingly, are special Full braking with blocked wheels is not possible. Studies of cornering behavior in which the vehicle first in a straight line on a known one Initial speed is brought up entirely impossible.

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. These disadvantages are also with remote controlled model cars partly available. Add to that the problem of Determination of the initial speed, usually is measured by the car through a light barrier moves. It is very difficult to have a small light barrier to hit with such a model car.  

Eine zusätzliche Schwierigkeit besteht im Platzbedarf für Versuche dieser Art; Versuche im Freien führen wiederum zu Problemen bei der Stromversorgung für die Lichtschranke.An additional difficulty is the space required for Attempts of this kind; Attempts outdoors again lead to Problems with the power supply for the light barrier.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

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.The object of the invention is to provide a simple device for To investigate the dependencies described above. This object is achieved by a device with the features of Claim 1 solved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mit dieser Erfindung werden die oben aufgeführten Nachteile der Geräte, die nicht speziell zu diesem Zweck entwickelt wurden, aufgehoben.With this invention, the above disadvantages of Devices that are not specifically designed for this purpose canceled.

Es lassen sich beispielsweise folgende Untersuchungen problemlos durchführen:
For example, the following tests can be carried out without any problems:

  • - Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Anfangsgeschwindigkeit.- The dependence of the braking distance on the Initial speed.
  • - Die Abhängigkeit des Bremsweges vom Straßenbelag.- The dependence of the braking distance on the road surface.
  • - Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Neigung der Straße.- The dependence of the braking distance on the slope of the Street.
  • - Das Verhalten des Fahrzeugs bei falsch eingestellter Bremse (links/rechts bzw. vorne/hinten ungleichmäßig).- The behavior of the vehicle if it is set incorrectly brake (left / right or front / rear uneven).
  • - Das Verhalten des Fahrzeugs bei unterschiedlichen Straßenbelägen (links/ rechts).- The behavior of the vehicle at different Road surfaces (left / right).
  • - Das Verhalten des Fahrzeugs beim Ausfall eines Bremssystems (vorne/hinten oder diagonal aufgeteilt).- The behavior of the vehicle in the event of failure Braking system (front / rear or diagonally divided).
  • - Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Masse des Fahrzeugs (unbeladen/beladen)- The dependence of the braking distance on the mass of the Vehicle (unloaded / loaded)
  • - Die Abhängigkeit des Bremsweges von der Größe der Kontaktfläche zwischen Reifen und Straße (Breitreifen /­ normale Reifen).- The dependence of the braking distance on the size of the Contact area between tires and road (wide tires / normal tires).
  • - Die Gültigkeit der Formel für eine Vollbremsung (ebene Straße)
    s: Bremsweg
    v0: Anfangsgeschwindigkeit
    fg 1: Gleitreibungszahl
    g: Fallbeschleunigung.    - The validity of the formula for emergency braking (flat road)
    s: braking distance
    v 0 : initial speed
    f g 1 : sliding friction number
    g: acceleration of gravity.

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.Trials with a prototype turned out to be a good one Accordance; the dependence of the braking distance on Square of the initial speed and independence of parameters not listed (e.g. mass of the Vehicle, size of the contact surface) worked well to confirm.

Das wichtige Erkenntnis, daß ein beladenes Fahrzeug für den gleichen Bremsweg eine größere Bremskraft (d. h. Pedaldruck) braucht, wurde auch deutlich. The important finding that a loaded vehicle for the same braking distance, a larger braking force (i.e. Pedal pressure) was also clear.  

  • - Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Anfangsgeschwindigkeit.- The dependency between curve radius and Initial speed.
  • - Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Anschlag der Vorderräder.- The dependency between curve radius and Front wheel stop.
  • - Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Reibungszahl des Straßenbelags.- The dependency between curve radius and Coefficient of friction of the road surface.
  • - Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Neigung der Straße.- The relationship between the radius of the curve and the inclination of the Street.
  • - Die Abhängigkeit des Kurvenradiuses von der Masse des Fahrzeugs (unbeladen/beladen)- The dependence of the curve radius on the mass of the Vehicle (unloaded / loaded)
  • - Die Abhängigkeit zwischen Kurvenradius und Größe der Kontaktfläche zwischen Reifen und Straße (Breitreifen/­ normale Reifen).- The dependency between curve radius and size of the Contact area between tires and road (wide tires / normal tires).

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.The investigations of the curve behavior can be done with or perform without simultaneous braking. It can be impressively shown that a vehicle with blocked Wheels can not be steered.

Bei sämtlichen Untersuchungen ist eine einfache Bestimmung der Meßgrößen (insbesonders Anfangsgeschwindigkeit, Bremsweg, Kurvenradius) problemlos möglich.A simple determination of the Measured variables (especially initial speed, braking distance, Curve radius) possible without any problems.

Die Beschleunigungsphase findet auf einer Bahn statt. Dadurch werden Anfangspunkt und Anfangsrichtung der zu untersuchenden Bewegung genau festgelegt.The acceleration phase takes place on a track. Thereby are the starting point and starting direction of the subject to be examined Movement fixed.

Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Meßgrößen führen zu zuverlässigen Ergebnissen.Accuracy and repeatability of the measured variables lead to reliable results.

Die Handhabung ist problemlos für Schüler ab Sekundärstufe I. Handling is easy for students from secondary level I.  

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Systemskizze erläutert.The invention is based on the accompanying system sketch explained.

VersuchsfahrzeugTest vehicle

Das Versuchsfahrzeug besitzt zwei Rädersätze.The test vehicle has two sets of wheels.

Rädersatz A (ungebremste Räder)Wheel set A (unbraked wheels)

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.The initial speed is reached with this set of wheels (A).
These wheels are made of steel or plastic without rubber tires. They are stored so that there is as little friction as possible. The track widths of the two axes are different. The purpose of this is that front wheels ( 1 ) and rear wheels ( 2 ) simultaneously reach the end ( 3 ) of the acceleration track ( 4 ).
The vehicle can only drive on the acceleration track on these wheels, while wheel set B (B) lies a few millimeters above the ground.

Rädersatz B (gebremste Räder)Wheel set B (braked wheels)

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.The actual examination is carried out with this set of wheels (B).
These wheels are made of steel or plastic with rubber tires. It is advisable to be able to mount tires ( 5 ) with different widths, profiles and rubber compounds.
The wheels are mounted so that they can be braked until they lock with adjustable braking force. (The prototype vehicle has disc brakes ( 6 )).
The front wheels can either be locked in the straight position or in other positions.
The vehicle can only drive on these wheels on the test area (floor) ( 7 ), wheel set A being a few millimeters above the floor.

BeschleunigungsbahnAcceleration trajectory

Die Beschleunigungsbahn befindet sich, bis auf das letzte Stück, auf einer schiefen Ebene (8). Dadurch lassen sich verschiedene Anfangsgeschwindigkeiten erreichen.The acceleration path is on an inclined plane ( 8 ) except for the last section. This enables different initial speeds to be reached.

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.The track is constructed so that only the wheels of the wheelset A have contact with her; Wheel set B is few Millimeters above the ground. Front wheels and rear wheels will be managed separately.

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. The guide for the front axle is exactly one wheelbase of the Wheelset A longer than the guide for the rear axle. This is intended to make both axes the end of their guidance reach at the same time so that the vehicle is evenly on Gear set B falls.  

GeschwindigkeitsmessungSpeed measurement

Die Messung der Anfangsgeschwindigkeit erfolgt mit Hilfe einer Lichtschranke und einer am Fahrzeug angebrachten Platte bekannter Länge (9).The initial speed is measured using a light barrier and a plate of known length ( 9 ) attached to the vehicle.

Durchführung eines VersuchsCarrying out an experiment

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.The vehicle becomes the starting position on the acceleration track brought. It accelerates to gear set A until the end of Acceleration distance where the initial speed is measured becomes. Here it falls evenly on gear set B and it starts the braking or cornering movement to be examined on the inclinable test area.

Claims (9)

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.
1. Arrangement for the investigation and demonstration of braking and cornering behavior of vehicles in the model test, characterized in that the test vehicle has two sets of wheels
  • - wheelset A (unbraked wheels) with which the vehicle is accelerated to the initial speed v 0 , and
  • - Wheel set B (braked wheels) with which the braking process or cornering is carried out.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsphase auf einer Bahn abläuft, bei der Rädersatz B kein Kontakt mit dem Boden hat.2. Device according to claim 1, characterized in that the acceleration phase takes place on a track in which Wheel set B has no contact with the ground. 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.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that braking or cornering on a surface expires, with the wheel set A no contact with the ground Has. 4. Fahrzeug und Bahn für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß4. Vehicle and train for a device according to claim 1, 2 and 3, characterized in that das Versuchsfahrzeug am Ende der Beschleunigungsbahn vom Rädersatz A um wenige Millimeter auf Rädersatz B fällt.the test vehicle at the end of the acceleration path from Wheel set A falls by a few millimeters on wheel set B. 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.5. Vehicle for a device according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that the axles of the wheel set A have different track gauges have so that the front and rear wheels of this Wheelset at the same time the end of the acceleration path to reach. 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. 6. web for a device according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the wheels of the gear set A are performed separately, so that the front and rear wheels of this set of wheels reach the end of the acceleration path at the same time.   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.7. Vehicle according to the previous claims, characterized in that Gear set A runs as smoothly as possible; the wheels of the Wheelset B can with adjustable braking force up to Block all or be braked individually. 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.8. Vehicle according to the previous claims, characterized in that the front wheels of wheel set B can be steered, so that cornering on the test area is possible is.
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