Übung zur Vorlesung Grundlagen der Fahrzeugtechnik I. Übung

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1 Institut für Fahrzeugsystemtechnik Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik Leiter: Prof. Dr. rer. nat. Frank Gauterin Rintheimer Querallee Karlsruhe Übung zur Vorlesung Grundlagen der Fahrzeugtechnik I Übung Aufgaben zur Unfallrekonstruktion Ein Unfall, bei dem die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge 1 und 2 vor dem Unfall nicht bekannt sind, soll rekonstruiert werden. Folgende Daten sind gegeben: m 1 = 1000 kg m 2 = 1500 kg I 1 = Impuls von Fahrzeug 1 nach dem Unfall (Zahlenwert siehe Bild) I 2 = Impuls von Fahrzeug 2 nach dem Unfall (Zahlenwert siehe Bild) Die Richtungen der Geschwindigkeiten vor und nach dem Unfall sind ebenfalls gegeben und können nachfolgendem Bild entnommen werden. Gesucht sind die Geschwindigkeiten vor dem Unfall. a) Bestimmen Sie zunächst graphisch die Impulse der Fahrzeuge 1 und 2 vor dem Unfall. Berechnen Sie anschließend mit Hilfe der graphischen Ergebnisse die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge 1 und 2 (v 1 und v 2 ) vor dem Unfall. 1 cm entspricht einem Impuls I = 5000 kg m s Richtung von Fahrzeug 1 vor Unfall I 1 I 2 Richtung von Fahrzeug 2 vor Unfall Abbildung: Impulsdiagramm KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 I 1 = v 1 = I 2 = v 2 = b) Wie würden Sie prinzipiell vorgehen, wenn eine dritte Unbekannte vorliegen würde, d.h. wenn z.b. der Betrag der Geschwindigkeit von Fahrzeug 2 nach dem Stoß nicht bekannt wäre? c) Das EES-Verfahren verknüpft Impulssatz und Energiesatz miteinander. Formulieren Sie den Energiesatz, wiederum für eine Kollision zweier Fahrzeuge. d) Drücken Sie die Deformationsenergie mit Hilfe der EES der beiden Fahrzeuge aus. e) In welchem Sonderfall entspricht die Deformationsenergie genau der kinetischen Energie, die das Fahrzeug vor dem Unfall hatte? f) Ein Fahrzeug mit der Masse m = 1000 kg ist frontal gegen einen Baum geprallt. Nachfolgend ist das zugehörige Rasterfeld abgebildet. Dargestellt ist die deformierte Front des Fahrzeugs. Lesen Sie die Deformationsenergie aus dem Rasterfeld ab und beschreiben Sie, wie Sie auf diesen Wert kommen. Nm 600 mm Abbildung: Rasterfeld g) Wie groß ist die zugehörige EES? h) Wie groß war die Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeugs? Der Baum kann als starr angenommen werden

3 2 Aufgaben zur Unfallanalyse im Weg Zeit Diagramm Um einen nahenden Unfall zu vermeiden, wird ein Fahrzeug aus einer Geschwindigkeit heraus konstant verzögert. Es kommt dennoch zum Unfall. Der Unfallgegner besitzt verglichen zum Fahrzeug eine sehr geringe Masse und trägt nicht zur Verzögerung des Fahrzeugs bei. Mittels des Weg-Zeit-Diagramms kann eine Unfallanalyse durchgeführt werden. a) Beschriften Sie die Achsen des Weg-Zeit-Diagramms. Abbildung: Weg-Zeit-Diagramm b) Zeichnen Sie den Fahrtverlauf mit Bremsvorgang des Fahrzeugs so ein, dass der (zeitlich gesehen) erste wichtige Punkt des Bremsvorganges innerhalb des Diagramms liegt. Markieren Sie den ersten wichtigen Punkt und benennen Sie ihn. c) Zeichnen Sie 4 weitere wichtige Punkte im Bremswegverlauf ein. d) Durch die eingetragenen 5 wichtigen Punkte ist der Verlauf in insgesamt 5 Streckenteile unterteilt. Benennen Sie die letzten 4 Streckenteile. e) In welchen Streckenbereichen ist die Weg-Zeit-Kurve nicht linear und aus welchem Grund? f) Wie groß sind die Ansprechzeiten einer Hydraulik- und einer Druckluftbremse? t A, Hydraulik = t A, Druckluft = - 3 -

4 g) Wie verläuft die Kurve im Weg-Zeit-Diagramm, wenn das Fahrzeug aus einer geringeren Geschwindigkeit heraus verzögert wird. Tragen Sie diese Kurve zusätzlich in das Weg-Zeit- Diagramm ein und kennzeichnen Sie diese als Kurve 2. Beschreiben Sie die zwei Vermeidbarkeitsbetrachtungen, die in diesem Fall durchzuführen sind. Vermeidbarkeit: Vermeidbarkeit: h) Welcher Punkt wird für die beiden eingezeichneten Bremswegverläufe als identisch angenommen? 3 Aufgaben zur Kollisionsmechanik Zur Ermittlung der Struktursteifigkeit werden ein schweres (Masse m G ) und ein leichteres Fahrzeug (Masse m K ) einem Wandaufprall ausgesetzt. Die Fahrzeuge werden in gleichem Maße während des Aufpralls verzögert. a) Welche Energietransformation findet statt? Nennen Sie die Art der beiden bestimmenden Energieformen vor und nach dem Aufprall und geben Sie deren Bestimmungsgleichungen an. Benennen Sie die einzelnen Komponenten der beiden Gleichungen. b) Geben Sie das Kräftegleichgewicht im Augenblick des Aufpralls an und ermitteln Sie so die wirkende Verzögerung b. c) Wenn davon ausgegangen wird, dass bei einem Aufprall eines leichten und eines schweren Fahrzeuges gegen eine Wand die gleiche Verzögerung b wirkt, wie groß ist dann das Verhältnis der sich einstellenden Deformationswege (großes Fzg. s G ; kleines Fzg. s K )? Gehen Sie bei dieser Betrachtung von der gleichen Ausgangsgeschwindigkeit aus. d) Zeichnen Sie in ein Diagramm die Deformationskraft über den Deformationsweg für den Wandaufprall eines leichten (Index K) und eines schweren (Index G) Fahrzeugs. Gehen Sie dabei vereinfacht davon aus, dass dieser Zusammenhang linear ist. Wo kann die Struktursteifigkeit (c G und c K ) der beiden Fahrzeuge abgelesen werden? Auch in diesem Fall wird vorausgesetzt, dass die Ausgangsgeschwindigkeiten und die wirkenden Beschleunigungen der beiden Fahrzeuge gleich sind

5 Abbildung: Deformationskraft-Deformationsweg-Diagramm e) Die Fahrzeuge mit der aus dem Wandaufprallversuch ermittelten Struktursteifigkeit (c G und c K ) kollidieren gegeneinander. Zeichnen Sie für diesen Fall in ein Diagramm Kraft über Deformationsweg den Verlauf der Deformationskraft für beide Fahrzeuge ein. Kennzeichnen Sie eindeutig, welche Kennlinie zu welchem Fahrzeug gehört. Abbildung: Deformationskraft-Deformationsweg-Diagramm f) Zur Milderung der Unfallfolgen existieren in einem Fahrzeug aktive und passive Systeme. Nennen Sie mind. 4 Maßnahmen, die passive Sicherheit eines Fahrzeugs zu erhöhen. g) Welche zwei Systeme werden von einem Crashsensor ausgelöst? h) Aus welchen Bauteilen besteht ein Airbag- bzw. Sidebag-System? Nennen Sie mindestens 3 wesentliche Bauteile. i) Nennen Sie die jeweiligen Bezeichnungen für die dimensionslosen Verletzungskriterien betreffend Kopf und Brustkorb. Welche zwei physikalischen Größen sind bei beiden Verletzungskriterien maßgeblich? - 5 -