Prof. J. Walter - Informationstechnik, Mikrocomputertechnik, Digitale Medien Konzeptentwicklung
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eRikscha - eTÜV
Wintersemester 20/21
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Konzeptentwicklung

Skizze der Lösungskomponente 4

Die zuletzt verwendete Sattelstütze der eRikscha war mittels einer Schweißaht gefertigt, doch dieses konnte aufgrund der nicht TÜV gerechten Fertigung so nicht weiter benutzt werden. Deshalb empfiehlte es sich hier den Sockel und die Sattelstange mittels einem Gewinde zusammenzuschrauben. Eine Lösung dafür war wie im Bild unten zu sehen ist einen Sockel zu konstruieren und dafür einen passenden hohlzylinder um diese auch stabil miteinander zu koppeln.


Abb.: Skizze der LK4
Im weiteren Verlauf wurde anhand Creo ein Modell entworfen. Die dafür zugehörigen technischen Zeichnungen sind auf den Bilder unten zu sehen.


 
passfeder.pdf  konstruktion_sattelstuetze_16_1.pdf 
sattelstange_id_31.pdf 

CAD-Konstruktion LK4

Die eigentlichen 3D-Modelle der Passfeder, Sockel sowie die Stange sind im folgenden zu sehen.


Abb.: Passfeder  Abb.: Sockel

Abb.: Stange  Abb.: Stange-Schnitt 
 
Abb.: Sattelstütze-komplett 
 
CAD-Dateien
 
Komponente STP-Datei
Passfeder passfeder.stp
Sockel Sockel.stp
Stange sattelstange.stp
Sattelstütze sattel_halterung.stp
   
 

Anforderungen Prüfverfahren auf einer Prüfstrecke

a)

Zwei unabhängige Bremsen (Vorderrad- und Hinterradachse)

Zulässiges Beladungsgewicht = maximal zulässiges Gesamtgewicht – (Leergewicht E-Rikscha + Fahrergewicht (80 +- 5)kg)

Die gesamte Tabelle …  muss einmal ohne Beladung und mit kompletter Beladung getestet werden.

b)

Merkmale die nicht auftreten dürfen beim sicheren Anhalten:

- Erhöhtes Ruckeln

- Blockieren des vorderen Laufrades

- Verlust der Kontrolle und Vermeidung des Aufsetzens des Fußes auf den Boden

- Verlassen der Fahrspur um mehr als 5% der Bremsweglänge und ein Gegenlenken ist dabei nicht zulässig

c)

Bei einigen Bremssystemen ist das Vermeiden von Wegrutschen nicht möglich, dies ist jedoch zulässig solange man die Fahrspur um nicht mehr als 5% der Bremsweglänge verlässt.

Ermittlung von SC:

SC = (VS / Vm)^2 * Sm

SC = korrigierte Bremsweg (m)

Sm = gemessener Bremsweg (m)

VS = vorgeschriebene Prüfgeschwindigkeit (m/s)

Vm = gemessene Prüfgeschwindigkeit (m/s)

Berechnung des Verhältnisses:

(16^2/SCw) = (25^2/SCD)

 SCD = korrigierte Bremsweg für trockene Bedingungen

SCw = der gemessene Bremsweg für nasse Bedingungen

 
Prüfverfahren auf einer Prüfstrecke
Vorbereitung
 

Zum korrekten Prüfen der Bremswirkung ist vor jedem Beginn der Prüfungen eine Warmlaufphase der Bremsen zu durchlaufen. Hierbei muss jede Achse des Fahrzeugs einzeln eingebremst werden. Nach erreichen der Startlinie am Punkt zwei (Abb. …) wird der Bremsvorgang bei einer Anfangsgeschwindigkeit zwischen 12,5 und 25 km/h begonnen. Während des Einbremsvorgangs darf das Rad nicht blockieren.

Das Ziel des Einbremsen ist, dass ein möglichst konstanter Bremsweg wiederholt generiert werden kann. Dazu sind Stoppbremsungen wiederholt durchzuführen. Der Warmlaufdurchgang kann abgebrochen werden, sobald der Mittelwert der Bremswege aus den letzten 5 Bremsungen um nicht mehr als 10% schwankt. Die Durchführung der Warmlaufphase wird abgebrochen, wenn die Zahl der Stoppbremsungen größer als 25 wird.

Anforderungen an Lastaufnahmen

Die Anbringung von Lastenaufnahmen darf nur an dafür vorgesehenen Teilen des Lastenfahrrads erfolgen. Es darf kein Schwingen der Lastenaufnahmen während der Fahrt aufkommen.

Eine Behinderung durch die Lastenaufnahme während des Zu- oder Absteigens darf nicht zustande kommen.

Der Schwerpunkt der Halterung zur Lastenaufnahme ist wenn möglich so niedrig wie möglich zu halten.

Das maximale Zuladungsgewicht muss vom Hersteller an gut sichtbaren Stellen an den Lastenaufnahmen gekennzeichnet werden.

Lastsicherung

Es ist auf eine gleichmäßige Verteilung der Lasten zu achten.

Lasten sind mit entsprechend an der Lastenaufnahme vorgesehenen Halterungen gegen umfallen, hin und her rollen, herabfallen und verrutschen bei Vollbremsung oder plötzlicher Ausweichbewegung zu befestigen.

Prüfungsablauf

Anfangsgeschwindigkeit zwischen 12,5 und 25 km/h

Betätigungskraft des Bremshebels darf maximal 180 N betragen

Erfassung der Mindestbremsverzögerung (±1% Toleranzen des Aufzeichnungssystems)

Verlassen der Fahrspur um mehr als 5% der Bremsweglänge nicht zulässig dabei ist das Gegenlenken nicht gestattet.

Anbringung der Beladung bis zum maximal zulässigen Gesamtgewicht von 300kg.

Prüfumstände und Vorgaben

Die Prüfstrecke in einer Halle zu benutzen ist von Vorteil, da so Prüfumstände besser vordefiniert werden können. Steht keine Halle zur Verfügung wie im Fall Informationstechnik Labor, so ist die Prüfstrecke im Freien durchzuführen.

Das Gefälle der Prüfstrecke darf 0,5 % nicht überschreiten. Falls das Gefälle < 0,2 % beträgt, werden alle Durchläufe in die gleiche Richtung ausgeführt. Dabei werden bei Gefällen (0,2 – 0,5)% die Durchläufe in abwechselnder Richtung durchgeführt.

Gefälle < 0,2 %  = gleiche Richtung

0,2 % < Gefälle < 0,5 % = abwechselnde Richtung

Die Bremsprüfung ist auf entweder Beton oder glattem Asphalt durchzuführen. Der Reibwert des Fahrradreifens zwischen trockenem Belag muss mindestens 0,75 betragen. Der Reibbeiwert hängt spezifisch davon ab welche Art und Zusammensetzung der Fahrradreifen hat und in Bezug das auf dem zu testenden Belag anhand einer Tabelle "reibwerte" der Reibbeiwert abgelesen werden kann.

Für die Dauer und Beginn der Prüfung muss die Strecke trocken bleiben.

Das Prüffahrrad  wird auf die angegebene Geschwindigkeit beschleunigt. Anschließend werden die Pedale nicht weiter bewegt und die Bremsen werden betätigt.

Die Windgeschwindigkeit darf während der Prüfung 3m/s nicht überschreiten.

 

Messausrüstung

Der möglicherweise Wichtigste und herausfordernste Teil der Bremsprüfung liegt hierbei die nötige Messausrüstung für die bevorstehenden Prüfverfahren mit der bestmöglichen Präzision bereitzustellen. Dabei sind auf folgende Punkte besonders zu achten:

Kalibrierten Geschwindigkeitssensor oder Tachometer, um dem Fahrer bei Bremsbeginn die Geschwindigkeit azuzeigen.

Ein Aufzeichnungsgerät für die Geschwindigkeit, damit bei Bremsbeginn die Geschwindigkeit aufgezeichnet wird.

Ein Aufzeichnungssystem, um den Bremsweg aufzuzeichnen.

Benetzungssystem, um die Bremsflächen zu benetzen.

Gerät zum Aufzeichnen der Bremsbetätigung und Pedalbetätigung

Im Rahmen dieses Laborprojektes wird hierbei ein Konzept für die Messung der Geschwindigkeit und Strecke vorgestellt.
Dabei handelt es sich im wesentlichen um einen ESP32, welches mithilfe eines Hall-Effekt-Sensors die Umdrehung des Fahrradreifens, an dem ein Magnet befestigt wird die Umdrehung detektiert, damit kann die Geschwindigkeit und Strecke berechnet werden.

Ein mögliches Konzept dieser Art der Geschwindigkeitsmessung ist hier zu sehen.

 
Ein Möglicher Aufbau der Messausrüstung


Aufbau_Messausrüstung_asm.zip

Für das Benetzungssystem der Bremsen werden jeweils zwei Halterungen für Wasserbehälter vorgesehen. Der Austrittsquerschnitt ist experimentell über die Ausflussmenge pro Sekunde zu berechnen, damit die Bremsen während der Fahrt korrekt benetzt werden.

Pro Radumdrehung erhält der ESP32 ein Signal vom Hallsensor. Anhand der Differenz zwischen der aktuellen Zeit und der Zeit zum letzten Signal wird mit Hilfe des Radumfangs die aktuelle Geschwindigkeit berechnet und auf dem Display ausgegeben.

Zur möglichst genauen Bestimmung der Bremsbeschleunigung wird eine Lichtschranke verwendet. Diese startet einen Timer, welcher über eine zweite Person nach Stillstand der E-Rikscha wieder anzuhalten ist. Durch Ausmessen der Bremsstrecke kann nun die Bremsbeschleunigung berechnet werden und mit der Mindestbremsverzögerung in obiger Tabelle verglichen werden.

 




  Mit Unterstützung von Prof. J. Walter Wintersemester 20/21