Übung zur Vorlesung Grundlagen der Fahrzeugtechnik. Übung

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1 Institut für Fahrzeugsystemtechnik Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik Leiter: Prof. Dr. rer. nat. Frank Gauterin Fritz-Erler-Str Karlsruhe Übung zur Vorlesung Grundlagen der Fahrzeugtechnik Übung Aufgaben zur Lenkung a) Im nachfolgenden Bild sind schematisch die Verhältnisse bei Kurvenfahrt eines Fahrzeugs dargestellt. Ermitteln Sie geometrisch den Kurvenmittelpunkt. Zeichnen Sie hierzu die erforderlichen Geraden ein. Gehen Sie dabei von einer Fahrt mit Schritttempo aus. b) Tragen Sie in das Bild die Sollgerade ein, auf der die relevanten Schnittpunkte liegen müssen, wenn die Lenkung keinen Lenkfehler aufweist. s L l = a Bild : Fahrzeug bei Kurvenfahrt c) Konstruieren Sie den relevanten Schnittpunkt, der sich durch die Radeinschlag-Verhältnisse im obigen Bild ergibt. Es soll kein Lenkfehler vorliegen. d) Wo kann der Einschlagwinkel des linken Vorderrades abgelesen werden? Bezeichnen Sie den Winkel mit δ L. Wo kann der Einschlagwinkel des rechten Vorderrades abgelesen werden? Bezeichnen Sie den Winkel mit δ R. Dieser Winkel δ R muss an zwei Stellen eingetragen werden. KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 e) In welche Richtung verschiebt sich der Kurvenmittelpunkt im obigen Bild, wenn sich die Geschwindigkeit, ausgehend von Schritttempo, so erhöht, dass merkliche Fliehkräfte entstehen? Begründen Sie Ihre Angabe. f) Tragen Sie im nachfolgenden Bild den typischen Verlauf einer Lenkfehlerkurve für den Fall ein, dass ein Vorspurwinkel von 0 vorliegt. Mitte der Vorderachse Lenkzapfenspurweite sl = 1500 mm Radstand a = 3000 mm Bild : Diagramm zur Darstellung der Lenkfehlerkurve g) Beschreiben Sie kurz die Fahrsituation, bei der der größte absolute Lenkwinkelfehler auftritt. h) Die mechanische Koppelung zwischen den Einschlagwinkeln δ L. und δ R kann über ein einfaches Lenktrapez erfolgen. Skizzieren Sie ein solches einfaches Lenktrapez. Markieren Sie jeweils durch einen deutlichen Punkt, wo Gelenke angeordnet sind. Skizzieren Sie, wo die Anbindung an die Karosserie (bzw. den Achsträger) erfolgt. Verwenden Sie für diese Anbindung folgendes Zeichen: Karosserie Zeichnen Sie auch die beiden Räder ein. i) Nennen Sie die beiden wichtigsten manuellen Lenkungen (Bauarten). j) Tragen Sie im nachfolgenden Bild den typischen Verlauf einer Ventilkennlinie einer normalen hydraulischen Hilfskraftlenkung ein. Kennzeichnen Sie im Diagramm die Bereiche, in denen sich die Drücke beim Fahren und Parkieren bewegen

3 Ventilkennlinie Öldruck [bar] Linkseinschlag Lenkradmoment [Nm] Rechtseinschlag Bild: Diagramm zur Darstellung der Ventilkennlinie einer hydraulischen Hilfskraftlenkung k) Wie berechnet sich der Hysteresebeiwert und welchen Wert darf er höchstens annehmen? l) Wodurch unterscheiden sich die Kennlinien einer Servotronic-Hilfskraftlenkung von den Kennlinien in obigem Bild? Beschreiben Sie die Fahrsituationen, bei denen deutliche Unterschiede zu den obigen Kennlinien auftreten. Wie wirken sich diese Unterschiede auf die Lenkunterstützung aus. m) Nennen Sie drei wichtige Vorteile einer elektrischen Hilfskraftlenkanlage. n) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Steer-by-Wire-Systems. Tragen Sie in entsprechende Kästchen die Bezeichnung der erforderlichen Komponenten ein. Kennzeichnen Sie durch Pfeile den Datenfluss zwischen den einzelnen Komponenten. Erläutern Sie kurz die Funktion aller relevanten Einzelteile. o) Wie kann man bei einem Steer-by-Wire-System erreichen, dass bei einem Stromausfall trotzdem die Lenkung funktioniert? p) Erläutern Sie mit Hilfe von Skizzen den Unterschied zwischen Schlepp- und Zwangslenkung. Zeichnen Sie hierzu den Lenkwinkel γ Z ein, der bei der Zwangslenkung vorliegt, und den Lenkwinkel γ S ein, der bei der Schlepplenkung vorliegt. Zeichen Sie außerdem die Lage des Kurvenmittelpunktes mit den jeweiligen Radienstrahlen zu den einzelnen Achsen ein. Wie verhält sich das Heckteil in einer Kurve in den beiden Fällen? q) Nennen Sie in folgender Tabelle die Vorteile einer Allradlenkung. Unterscheiden Sie hierzu eine Parkierfahrt und eine Fahrt mit höherer Geschwindigkeit. Machen Sie außerdem eine Skizze, wie die Räder (vorne und hinten) bei Kurvenfahrt eingeschlagen werden

4 Tabelle: Allradlenkung. Parkierfahrt Höhere Geschwindigkeit Vorteile Skizze der Verhältnisse bei Kurvenfahrt 2 Aufgaben zu Bremsen a) Leiten Sie die innere Übersetzung einer Scheibenbremse mit Hilfe einer Skizze her und benennen Sie die einzelnen Größen. b) Vergleichen Sie die innere Übersetzung mindestens zwei verschiedener Trommelbremsbauarten und einer Scheibenbremse in folgendem Diagramm Innere Übersetzung ii ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Reibwert μ B Bild: Diagramm zur Darstellung der inneren Übersetzung c) Welche Trommelbremsenbauarten sind in den folgenden Abbildungen dargestellt? Handelt es sich bei den dargestellten Bremsbacken um auflaufende oder ablaufende Bremsbacken (die Drehrichtung der Trommel ist jeweils eingetragen)? Beschriften Sie die Bremsbacken in den Abbildungen

5 d) Skizzieren Sie eine auflaufende Bremsbacke einer Trommelbremse. Zeichnen Sie alle Kräfte für den Fall ein, dass keine Selbsthemmung auftritt. e) Bilden Sie ein Momentengleichgewicht um den relevanten Punkt. Zeichnen Sie hierfür die wichtigen Hebelarme ein und bezeichnen Sie diese. Welche Größe muss positiv sein und darf nicht 0 werden, damit ein Betrieb ohne Selbsthemmung gewährleistet ist? f) Ab welchem Belagsreibwert besteht bei einer Trommelbremse mit auflaufender Backe die Gefahr der Selbsthemmung? Welcher Belagsreibwert ist daher bei Trommelbremsen üblich? - 5 -

6 3 Aufgaben zu Retardern a) Was sind Retarder und warum werden diese benötigt? b) Bei welcher Fahrzeugart sind Retarder gesetzlich vorgeschrieben? Welche Eigenschaft dieser Fahrzeuge macht dies nötig? c) Was würde mit konventionellen Bremsen auf langen Gefällestrecken passieren, wenn es keine Retarder in den oben angesprochenen Fahrzeugen geben würde? Nennen Sie zwei negative Ereignisse. d) Das folgende Bild zeigt schematisch den Antriebsstrang eines handgeschalteten Nutzfahrzeuges. Machen Sie darin die Komponenten und/oder Schnittstellen kenntlich, an denen ein Primär- bzw. ein Sekundär-Retarder zum Einsatz kommt. Differenzial Motor Kupplung Schaltgetriebe Antriebsachse Bild: Antriebsstrang eines handgeschalteten Nutzfahrzeuges e) Nennen Sie zwei entscheidende Nachteile des Primär-Retarders. f) Skizzieren und erklären Sie den prinzipiellen Aufbau eines Motorbremssystems mit Auspuffklappe. Beschriften Sie, neben dem Ein- und Auslass-Kanal, vier weitere für die Bremsfunktion wesentlichen Bauelemente. g) Durch welche Erweiterung dieses Aufbaus kann die Bremswirkung zusätzlich erhöht werden? h) Auf welche Arbeitstakte wirkt sich die Erweiterung aus g) aus? Benennen Sie diese Arbeitstakte. i) Skizzieren Sie den Aufbau eines konventionellen hydraulischen Retarders in einer Schnittdarstellung. Bezeichnen Sie eindeutig den Eingang und den Ausgang des Retarders. Stellen Sie eindeutig dar, mit welchen Komponenten die einzelnen Bauteile des Retarders fest verbunden sind. j) Wie lautet die Formel, mit der das Bremsmoment M des hydraulischen Retarders berechnet werden kann. Bezeichnen Sie die einzelnen Größen in der Formel. k) Nennen Sie die entscheidenden Vorteile und Nachteile dieser Retarderbauart