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Bremswegmessungen und deren Genauigkeit

Der Bremsweg (unter Verwendung eines Trigger) basiert auf zwei Hauptkomponenten, Entfernung und Triggerzeit

 

Entfernung - Geschwindigkeit ist im Wesentlichen ein genauer Parameter. Wir integrieren Geschwindigkeit, um eine genaue Entfernung zu ermitteln.

Triggerzeit - Die VBOX 3i erfasst das Trigger-Ereignis mit einer Genauigkeit von Nanosekunden. Diese genaue Zeit verwenden wir, um zwischen den GPS-Messdaten zu interpolieren. Dies gibt uns die genaue Geschwindigkeit zum Triggerereignis und die genaue Triggerzeit, zu der der Auslöser aktiviert wurde.

Bremsweg - Mit Hilfe der beiden oben genannten Komponenten errechnet die VBOX den Abstand zwischen dem Punkt, an dem der Trigger aktiviert wurde und dem Punkt, an dem das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist.

 

Die Herausforderung, Bremswege korrekt zu messen 

Es gibt viele Faktoren, die beachtet werden müssen, um die Genauigkeit von Bremstests zu gewährleisten. Die erste Frage, die man sich stellen muss ist, welche Distanz man eigentlich messen möchte? Das mag selbstverständlich klingen, aber in Wirklichkeit ist es ein komplexes Thema.

Es gibt zwei grundlegende Arten von Bremstests. Die erste Methode ist die Messung des Weges zwischen zwei Fahrtgeschwindigkeiten, zum Beispiel von 100 km/h auf 0 km/h. Die zweite Möglichkeit ist die Messung des Weges von dem Zeitpunkt der erstmaligen Bremsbetätigung bis zum Stillstand des Fahrzeugs. Dies wird meist durch einen Sensor auf dem Bremspedal ermittelt.

Es ist sehr wichtig, wie und wo am Fahrzeug der Bremsweg gemessen wird, da dies einen signifikanten Unterschied macht. Schauen wir uns zuerst die erste Art von Bremsentests an.

 

Geschwindigkeitsfenstertest (Entfernung zwischen zwei definierten Fahrtgeschwindigkeiten)

Es mag zunächst sehr einfach erscheinen, eine beliebige Startgeschwindigkeit für diesen Test auszuwählen, aber die gewählte Geschwindigkeit ist für den Test äußerst wichtig. Welche Geschwindigkeit misst man eigentlich? Sie können die Geschwindigkeit nur an einem Punkt des Fahrzeugs relativ zu einem festen Bezugspunkt (der Erde oder der Teststrecke) messen.

Die Geschwindigkeit kann abhängig von der Dynamik des Fahrzeugs zu dem jeweiligen Zeitpunkt am gesamten Fahrgestell variieren. Befindet sich das Fahrzeug in einem gleichmäßig stabilen Zustand, ist die Geschwindigkeit ziemlich gleichförmig und leicht zu verstehen.

Bei der erstmaligen Bremsbetätigung, schnellt das Fahrzeug zunächst nach vorne und rotiert aus seinem Schwerpunkt heraus.

Außerdem giert es entlang der Fahrzeugmittelachse. Diese Bewegungen können zu kleinen aber signifikanten Unterschieden in der Geschwindigkeit entlang der Länge und Breite des Fahrzeugs führen.

Das folgende Bild zeigt, dass aufgrund der Hebelwirkung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs an Punkt A größer ist als an Punkt B.

 

Geschwindigkeitsunterschiede entlang des Fahrzeugs

Um mithilfe eines Tests diese Geschwindigkeitsunterschiede genau zu markieren, wurden zwei identische VBOXen an einem Fahrzeug angebracht. Eine Antenne wurde auf der Rückseite des Daches angeordnet und die andere wurde auf der Vorderseite montiert.

Das Diagramm (links unten) zeigt die Geschwindigkeit der beiden Antennen. Die blaue Kurve ist die Frontantenne und die rote Linie ist die Heckantenne.

 
Wenn man sich den markierten Bereich, nämlich die Zeit in der das Auto beginnt sich zu verlangsamen, genau ansieht stellt man fest, dass das eine System eine Geschwindigkeit von 83 km/h und das andere System eine Geschwindigkeit von 82,68 km/h misst. Das ist eine eine Differenz von 0,32 km/h.
 

Zwei Antennen, die auf der Vorder- und Rückseite des Fahrzeugs montiert sind, mit zwei VBOX 3i Geräten

Der Grund hierfür ist nicht eine Ungenauigkeiten des Messsystems, sondern tatsächliche Unterschiede in der Geschwindigkeit entlang des Fahrzeugs in Relation zum Untergrund.
 
Wenn als Startgeschwindigkeit 83 km/h gewählt wurde, dann wird die hintere Antenne zuerst ausgelöst und misst einen Bremsweg von 27,17 m, die vordere Antenne später ausgelöst wird und einen Bremsweg von 27,01 m misst. Dies ist auch in der Grafik (rechts unten) dargestellt.
 
Das resultiert in einer Abweichung des Bremswegs von 16 cm und könnte zu inkorrekten Messergebnissen führen, wenn die Geschwindigkeitsunterschiede entlang des Fahrzeugs nicht berücksichtigt werden.
 
Ideale Antennenposition bei Verwendung einer einzigen VBOX
 

 

Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Antennen während des Bremsvorgangs

Unterschied im relativen Bremsweg zwischen den beiden Antennen

Wie man eine konsistente Bremswegmessung unter Verwendung von Geschwindigkeitsfenstertests erhält 

Wenn man eine konsistente Messung des Bremswegs erreichen möchte, muss man einen repräsentativen Punkt als Messpunkt am Fahrzeug auswählen und den Geschwindigkeitsbereich vermeiden, in dem die Bremsen gerade aktiviert wurden.

Nach unserer Erfahrung wäre ein geeigneter Messpunkt genau in der Mitte des Fahrzeugdaches (wie in der obigen Abbildung gezeigt) und eine geeignete Geschwindigkeit wäre 90% der Bremsgeschwindigkeit.

Wenn wir zum Beispiel 75 km/h als Startgeschwindigkeit wählen, dann reduziert sich der Unterschied zwischen den Bremswegen der beiden Antennen auf 4 cm.

Da dieser Test jedoch bei einer präzisen Geschwindigkeit gestartet wird, kann jegliches Sensorrauschen (üblicherweise ± 0,1 km/h für GPS) oder eine Variation in der Geschwindigkeit durch die Bewegung des Fahrzeugs (bis zu ± 0,5 km/h) den Trigger auslösen. Leider kann man das nicht korrekt wiederholen.

Deshalb ist die maximale Genauigkeit, die man von einem Geschwindigkeitsfenstertest erwarten kann ungefähr ± 5 cm.

 

Bremstriggertests

Die Position der Antenne ist auch hier sehr wichtig, daMithilfe eines auf dem Bremspedal befestigten Bremstriggers kann ein präziser „Beginn des Bremsvorgangs" erfasst werden. Dieses Ergebnis kann auch leichter wiederholt werden, als das eines Geschwindigkeitfenstertests.

Bremspedalschalter

Die Position der Antenne ist auch hier sehr wichtig, da

 

die Nick- und Gierbewegung des Fahrzeugs bedeutet,

 

dass verschiedene Bereiche des Fahrzeugsdaches sich am Ende des Bremswegs mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit bewegen

 
Gierachse

Wenn zum Beispiel ein Fahrzeug, dass eine Breite von 1,8 Meter hat am Ende des Bremsvorgangs um 1,5 Grad gegiert ist (was bei einem ABS-Stop typisch ist), dann ergibt das im gemessenen Bremsweg zwischen der rechten und der linken Seite des Fahrzeugs einen Unterschied von 4,7 cm.

Um diese Ungenauigkeit in der Messung zu eliminieren ist es wichtig, dass der Messpunkt auf der Mittellinie des Fahrzeugs liegt. Dieser Messpunkt muss bei Vergleichstest so konsistent wie möglich sein.

Nickwinkel
Während des Bremsvorgangs hat das Fahrzeug vor dem Betätigen der Bremsen zunächst einen Nickwinkel von fast Null, der dann am Ende des Bremsvorgangs, wenn die Räder zum Stillstand kommen, steil ansteigt (4-5 Grad ist normal). Wenn das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. 

Wenn das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist,

federt es auf einen Gier- und Nickwinkel von Null zurück, wodurch die Antenne auf dem Dach sich abhängig von der Fahrzeughöhe um ungefähr 3-5 cm verschiebt.

 

 

 

Gier- und Nickwinkel eines Fahrzeugs während des Bremsvorgangs

VBOX Bremstest-Komponenten

VBOX 3i

Mit Hilfe eines GPS zeichnet VBOX 3i Daten mit einer Rate von 100 Messwerten pro Sekunde (100 Hz) auf. Das Gerät ist aufgrund seiner hohen Genauigkeit bei Testingenieuren sehr beliebt. Die VBOX 3i verwendet ein am Bremspedal angebrachten Trigger (siehe unten), womit sie den Bremsweg eines Fahrzeugs Mit einer Genauigkeit  von ± 1,8 cm messen kann.

Bremstrigger
Die Verwendung eines elektronischen Triggers (Auslöser) zu Beginn eines Bremstestszenarios ermöglicht es Ihnen, konsequent vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, um das gesamte Bremspaket (einschließlich Hydraulik, Elektronik und Reifen) zu testen. Montieren Sie einfach den Auslöser mit den elastischen Streifen wie oben gezeigt am Bremspedal.
Antenne (ACS158)
Stellen Sie sicher, dass die Antenne am höchsten Punkt des Fahrzeugs, weit weg von Hindernissen angebracht wird, so dass sie ein optimales GPS-Signal empfangen kann. Objekte in der Umgebung, wie hohe Gebäude oder Bäume können das GPS-Signal blockieren, was zu einer Verringerung der Anzahl der empfangenden Satelliten und somit zu einer verringerten Genauigkeit der VBOX führen kann.
Stromversorgung innerhalb des Fahrzeugs (CAB10)
Die Stromversorgung der VBOX erfolgt über einen 12-V-Zigarettenanzünderadapter mit 2-poligem LEMO-Anschluss.

Setup des Bremstests mit VBOX 3i

Wie hoch ist die Genauigkeit der VBOX bei Bremstests?

In einem aktuellen Test mit einem großen Automobilhersteller haben wir die Genauigkeit der VBOX mit anderen Testsystemen verglichen, die eine Lichtschranke, Laser oder RTK-DGPS-Einrichtung mit Basisstation verwenden und alle haben eine Genauigkeit von mindestens 2 cm erreicht.

Außerdem haben wir die Tests mit unserem LabSat GPS Simulator aufgezeichnet. Dieser zeichnet die rohen GPS-Signale und den Bremsetriggereingang (Bremstriggerereignis) auf und ermöglicht es uns somit, diese Tests jederzeit mit jeder VBOX nochmals durchzuspielen. Das gibt uns eine wiederholbare Referenz, die wir zum Vergleich neuer Firmware oder Hardware-Updates heranziehen können. So können wir unseren hohen Genauigkeitsstandard bei der Bremsprüfung beibehalten.

 

Überprüfen der Genauigkeit der VBOX bei Bremswegmessungen

Um die Bremstestmessungen der VBOX Einheit überprüfen zu können, haben wir uns mit einigen großen Auto- und Reifenherstellern zusammengetan, um ein genaues und unabhängiges Prüfsystem zu entwickeln. Zunächst legen wir dazu einen Startpunkt für den Bremsvorgang fest. Dann ziehen wir senkrecht zur Fahrtrichtung eine Linie auf der Teststrecke.

Diese Linie muss genau 90 Grad zur Fahrtrichtung haben, da es schwierig ist, das Auto jedes Mal über genau die gleiche Stelle zu fahren. Wir brauchen daher einen genauen Startpunkt.

Wir fixieren einen reflektierenden Streifen entlang dieser Linie und befestigen einen nach unten zeigenden Laser-Trigger an der Seite des Fahrzeugs. Dieser wird ausgelöst, wenn das Auto die Linie (rechts) überquert. Dieser Laser-Trigger muss möglichst niedrig am Fahrzeug angebracht werden, um jegliche Nebenwirkungen zu reduzieren, die durch die Nickbewegungen des Fahrzeugs beim Überqueren der Linie hervorgerufen werden können. Es ist wichtig, dass die Bremsen erst betätigt werden, nachdem das Fahrzeug die Linie überquert hat, da das Auto während des Bremsvorgangs zu gieren beginnt, was eine Hebelwirkung auf den Messpunkt haben kann.

Der von uns genutzte Laser-Trigger hat eine sehr geringe Latenz von 0,2 ms. Dies ist wichtig, weil wir in dieser kritischen Phase, in der das Fahrzeug 28 Meter pro Sekunde zurücklegt, keine Verzögerungen verursachen wollen. Die Ausgabe des Laser-Triggers wird an den Bremstriggereingang der VBOX weitergeleitet und repliziert das Auslösen des Pedalsensors,

allerdings von einer präzis bekannten Startlinie. Das Fahrzeug wird dann mit 100 km/h bis zur Linie gefahren, wo die Bremsen sofort nach überqueren betätigt werden, bis das Fahrzeug zum Stillstand kommt.

Dann muss die Entfernung gemessen werden, die das Fahrzeug nach Überqueren der Linie zurückgelegt hat und mit der Entfernung verglichen werden, die die VBOX gemessen hat. Es ist sehr wichtig, dass die Messung immer vom gleichen Punkt des Fahrzeugs durchgeführt wird, da das Fahrzeug nicht

immer in einer perfekt geraden Linie zum Stillstand kommt. Daher bringen wir die GPS-Antenne über der Oberseite des Lasersensors an und messen von diesem Punkt.

Fester Startpunkt mit Laser-Entfernungsmesser

Fester Laser-Entfernungsmesser

Hier unten finden Sie eine Beschreibung des Systems, das eingesetzt wird, um die Genauigkeit der Bremswegmessung der VBOX zu überprüfen:

Um den Bremsweg räumlich zu messen, verwenden wir einen Bosch Laser-Entfernungsmesser, der an der Startlinie platziert wird. Dieser wird auf eine Platte ausgerichtet, die an dem Lasersensor angebracht wird, der am Fahrzeug montiert ist.

Als dritte Methode nutzen wir unser RTK GPS & GLONASS VBOX System und verwenden dieselbe Antenne wie die primäre VBOX bei der Bremsprüfung. Von einer neben der Teststrecke platzierten Basisstation senden wir Korrekturdaten an dieses Gerät, wodurch eine genaue Abstandsmessung von der festgelegten Startlinie bis zum stehenden Fahrzeug ermöglicht wird.

Da alle drei Verfahren den gleichen Abstand messen, können die Ergebnisse direkt verglichen werden. Dies ermöglicht uns, den von der VBOX ermittelten Bremsweg zu überprüfen.

 

DNSS Basisstation: Indem die bekannte GPS-Position einprogrammiert wird, kann die Basisstation alle Abweichungen zwischen der ermittelten Position und seiner eigenen einprogrammierten Position überwachen.

 

 In Kombination mit einem VBOX-GPS-System, wie der VBOX 3i, kann die Basisstation eine Positionsgenauigkeit von 95% CEP bereitstellen.

 

VBOX 3i RTK

 

Durch die Kombination einer VBOX 3i mit einer Basisstation, die eine RTK-Technik verwendet, kann der Benutzer wiederholbare, stabile Ergebnisse mit einer Genauigkeit von mindestens 2 cm erlangen

 

 
 
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