Gespann-Simulator Anwender-Dokumentation

Zuerst war ich mir nicht sicher, ob sich überhaupt jemand für meinen Interaktiven 3D-Gespann-Simulator interessiert. Aber nach inzwischen rund 800 Seitenabrufen sind meine Zweifel verflogen und es ist allmählich an der Zeit, eine kleine Anwenderdokumentation dafür nachzureichen.

Die physikalischen und mathematischen Hintergründe habe ich bereits ausführlich in meiner Artikelserie zum Schwerpunkt des Seitenwagen-Gespanns dargelegt. Hier geht es jetzt nur noch um eine Art Referenz zu den einzelnen Bedienelementen der GUI des Interaktiven 3D-Gespann-Simulators.

Allgemeines

Sämtliche Massen (leeres Gespann, Fahrer, Passagier, Sozius, Ladung1, Ladung2 werden im Gespann-Simulator während der Berechnungen als Punktmasse verwendet und als Kugel an der räumlichen Position ihres jeweiligen Massenschwerpunkts dargestellt. Die Querschnittsfläche jeder Kugel entspricht dabei der Größe der Einzelmasse, welche sie repräsentiert.

Positionen im Raum (Xpos, Ypos, Zpos) werden in einem 3-dimensionalen, Rechtshändigen Kartesischen Koordinatensystem eingegeben, dessen Ursprung im Reifenaufstandspunkt des Hinterrades liegt, wie in folgender Abbildung skizziert:

Im Gespann-Simulator verwendetes Koordinatensystem

Die Beurteilung von Kipptendenz und Kippgrenzen des Gespanns beruht auf einem rein visuellen(!) Vergleich zwischen Aufstandsfläche des Gespanns und der vom Gesamtschwerpunkt aus virtuell beleuchteten Kreisfläche (mit Zielscheiben-Skala).

Menüs und Untermenüs

Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Kipp-Stabilität eines Seitenwagen-Gespanns:

  • Fahrzeug-spezifische (Fahrwerksabmessungen, Radlasten)
  • Zuladungs-spezifische (Massen und Positionen von Fahrer und ggf. Beifahrer, Sozius, Ladung1, Ladung2)
  • Fahrsituations-spezifische (Beschleunigung/Verzögerung, Kurvenfahrt, Steigung/Gefälle, sowie ihre jeweiligen Überlagerungen, z.B. gebremste Linkskurve im Gefälle)

Thematisch zusammengehörende Einzel-Faktoren sind in der GUI (Graphical User Interface) des Gespann-Simulators in eigenen Unter-Menüs gruppiert. Jedes Untermenü lässt sich zur Dateneingabe oder -überprüfung der aktuell eingestellten Werte individuell aufklappen, und zwecks besserer Übersicht nach Verwendung wieder zuklappen. Hierzu die kleinen dreieckigen Winkel vor einem Untermenünamen klicken. Beim Zusammenklappen eines Untermenüs gehen die eingestellten Werte übrigens nicht verloren.

Steuerelemente

Die Menge der innerhalb der einzelnen Untermenüs anzutreffenden unterschiedlichen Steuerelemente ist sehr übersichtlich, da es sich beim vorliegenden Gespann-Simulator um einen kostenlosen Service handelt welcher nur durch Verwendung ebenfalls kostenlos verfügbarer Software-Bestandteile realisiert werden konnte. 😎

Jedes einzelne Steuerelement beansprucht eine eigene Zeile im Menüaufbau:

  1. Schieberegler, mit numerischer Anzeige des aktuellen Werts:
Schieberegler, mit aktuellem Wert: 1530 mm
  • Schieberegler dienen der schnellen Auswahl eines numerischen Werts aus einem vordefinierten Wertebereich [Minimum .. Maximum].
  • Sie weisen einen vertikalen blauen Balken am Zeilenanfang auf.
  • Gefolgt von der Bezeichnung des Parameters, welcher hier eingestellt werden kann. Soweit zutreffend, gefolgt von der Einheit in eckigen Klammern, die für diesen Parameter erwartet wird. Also z.B. [mm] für eine Angabe in Millimetern.
  • In der Zeilenmitte folgt der horizontale (blaue) Balken, welcher die Position innerhalb des vordefinierten Wertebereichs markiert. Sollten Bereiche nicht ausreichend groß sein, bitte ich um einen kurzen Hinweis – das lässt sich sehr leicht ändern. Zur Veränderung eines eingestellten Werts mit der Maus in den Balkenbereich klicken_und_ziehen, dann an der gewünschten Stelle loslassen. Der jeweils gewählte Wert wird als Zahlenwert rechts vom Balken angezeigt.
  • Am Zeilenende befindet sich die numerische Anzeige des aktuell eingestellten Werts. Hier ist auch eine Tastatureingabe möglich: auf die Zahl klicken – sie wird dann weiss – und dann den gewünschten Zahlenwert per Tastatur eingeben. Zur Übernahme des eingegebenen Werts die Eingabetaste oder die Tabulatortaste drücken. Falls eine Zahl ausserhalb des erlaubten Wertebereich eingegeben wird, wird der nächst-mögliche erlaubte Wert übernommen.
  1. Checkboxen
Aktivierte Checkbox
  • Checkboxen dienen der längerfristigen Aktivierung oder Deaktivierung einer Betriebsart.
  • Sie weisen einen vertikalen violetten Balken am Zeilenanfang auf.
  • Gefolgt vom Namen der Betriebs, die hier aktiviert oder deaktiviert werden kann.
  • Wiederholtes Klicken in ein derartiges Steuerelement schaltet zwischen den beiden Betriebsarten hin und her.
  • Eine aktivierte Betriebsart wird durch ein gesetztes Häkchen vor blauem Hintergrund markiert. Bei einer deaktivierten Betriebsart wird ein leeres weisses Kästchen angezeigt.
  1. Schaltflächen
Schaltfläche für das Auslösen einer Funktion
  • Schaltflächen dienen dem einmaligen Auslösen einer Funktion.
  • Sie weisen einen roten vertikalen Balken am Zeilenanfang auf.
  • Gefolgt vom Namen der Funktion, welche bei Klick einmalig ausgelöst wird.

Parameter Referenz

In der Reihenfolge des Erscheinens, welche gleichzeitig dem logischen Ablauf und der empfohlenen Reihenfolge der Eingabe entspricht:

Bereifung

Die Parameter des «Bereifung» Menüs beeinflussen sowohl die Darstellung der Reifen, als auch die Darstellung der dreieckigen Aufstandsfläche des Gespanns.

Ab Version 1.00 ist ein permanenter «Breitreifen-Modus» aktiv, welcher die ursprüngliche, exakt dreieckige Aufstandsfläche des Gespann entsprechend der Wahl bestimmter Parameter im «Bereifung»-Untermenü modifiziert.

Hintergrund ist der Umstand, das Reifen streng genommen keinen Reifenaufstands-Punkt haben, sondern mit einer gewissen Gummifläche den Boden berühren, dem sogenannten «Latsch«. Bei «Oldschool»-Gespannen wie z.B. der Ural cT, mit ihrer schmalen 4.00-18 Bereifung und vollem 100% Querschnitt darf man bei Fahrt im beginnenden Grenzbereich wegen der Flankenhöhe der Reifen mit einer seitlichen Verformung der Reifen rechnen, wodurch die Reifenaufstandspunkte (bzw. Latsch-Flächenschwerpunkte) tendenziell in Richtung Fahrzeug-Längsachse wandern, der Fehler bei Annahme eines mittigen Aufstandspunkts also auch nahe der Kippgrenze klein sein dürfte.

Bei abnehmenden prozentualen Reifenquerschnitten und zunehmender Reifenbreite ist die obige Annahme immer weniger berechtigt, und die Reifenbreite beginnt wie eine Spurverbreiterung zu wirken, welche die Kippneigung in Richtung höherer Querbeschleunigung verschiebt. Um diesen Effekt im Gespann-Simulator abzubilden, habe ich den «Breitreifen-Modus» eingefügt. Die Aussenkante von Breitreifen vergrößert effektiv die Aufstandsfläche des Gespanns.

An dieser Stelle ein Disclaimer:

Weder empfehle ich Fahrten im Grenzbereich, noch mache ich oder der Gespann-Simulator eine Aussage dazu, ob sich Niederquerschnitts-Breitreifen ohne negative Folgen «auf der Kante» fahren lassen. Wer das versucht, tut es auf eigene Gefahr.

Anstatt einzelner Parameter-Beschreibungen soll eine Skizze genügen:

Verwendete Parameter im «Bereifung» Untermenü des Gespann-Simulators

Die im Gespann-Simulator im Breitreifen-Modus abgebildete Vergrößerung der Aufstandsfläche verwendet alleine die innerhalb der beidseitigen «Rundung» liegende, horizontale Reifenaufstandslinie, in obiger Skizze blau markiert. Die Größe des visuellen Breitreifen-Effekts lässt sich durch Variation des «Rundung»-Parameters steuern.

Mir ist bewusst, daß ich hiermit den Gespann-Simulator einer gewissen «Beliebigkeit» öffne. Unsinnige Eingabewerte werden unsinnige Aussagen liefern. Der Anwender hat die volle Freiheit und Verantwortung.

Wer auf die «klassische» Ansicht mit echten Spitzen der dreieckigen Aufstandsfläche zurück wechseln möchte, kann dies durch Wahl der folgenden Parameter-Kombination erreichen:

  • Breite [mm]: 100
  • Höhe [%]: 100
  • Rundung [mm]: 50

Fahrwerk

Die Parameter «Radstand«, «Spurweite» und «Vorlauf» bezeichnen die Fahrwerksabmessungen lt. folgender Skizze:

Am Beispiel einer Ural cT: Radstand = 1485 mm, Spurweite = 1150 mm, Vorlauf = 260 mm

Die Eingaben werden in Millimetern [mm] erwartet.

Schwerpunkthöhe

Helper anzeigen, Checkbox: Bei angehakter Checkbox werden zwei grafische Elemente eingeblendet, die das Prinzip der Bestimmung der Schwerpunkthöhe veranschaulichen. Einmal eine halb-transparente Ebene senkrecht durch die Aufstandslinie durch Vorderrad- und Hinterrad. Dann noch eine senkrechte Linie durch die X- und Y-Koordinate des Gespann-Schwerpunkt. Tip: Gespann im Simulator so drehen, daß man es von hinten anschaut.

Untermenü Schwerpunkthöhe: aktivierte Betriebsart «Helper anzeigen»

Kippwinkel [°], Schieberegler: Nach erstmaliger Verschiebung des Schiebereglers «Kippwinkel» folgen alle Räder, die grüne Reifenaufstandsfläche, der virtuelle Lichtkegel sowie die senkrecht auf der grünen Reifenaufstandsfläche stehende weisse «Helper»-Gerade dem gerade eingestellten Kippwinkel. Die resultierende Schwerpunkthöhe wird durch die blau-weisse Kugel im Schnittpunkt mit weisser Hilfsgerade und ungekippter(!) halb-transparenter Hilfsebene senkrecht durch die Kipplinie bestimmt.

Untermenü Schwerpunkthöhe: während der Betätigung des Schiebereglers «Kippwinkel»

Der Kippwinkel wird in Grad [°] gegenüber der Horizontalen erwartet.

Höhe [mm], Anzeigefeld: Die aus dem aktuellen Kippwinkel resultierende Schwerpunkthöhe in Millimetern [mm] wird hier angezeigt. In diesem Feld sind keine Benutzereingaben möglich.

Übernehmen, Schaltfläche: Ganz wichtig! Nach fertig eingestelltem Kippwinkel (s.o.) wird durch Klick auf diese Schaltfläche der eingestellte Kippwinkel und die resultierende Schwerpunkthöhe für die weitere Darstellung und Berechnung eingefroren. Die gekippte Darstellung wird wieder durch eine ungekippte Normaldarstellung ersetzt. Die Lage des Massenschwerpunkts des leeren Gespanns im Raum ist damit vollständig bestimmt.

Lasten

Helper anzeigen, Checkbox: die Aktivierung dieser Betreibsart fügt geradlinige Verbindungen zwischen den Einzelmassen ein, so daß Richtung und Betrag einer Verschiebung des Gesamtschwerpunkts leichter nachvollzogen werden können. Bei mehreren Zusatzlasten ergibt sich so das Bild eines Mobilès, mit dem Aufhängepunkt an der gelb-weissen Kugel, den Einzelmassen als blau-weisse Kugeln und den (masselosen) Verbindungsstäbchen als weisse Linien.

Jede Kugel ist in dieser Betriebsart mit einem Label beschriftet.

Wenn die Betriebsart «Helper anzeigen» nicht aktiv ist, werden weder Kugeln an den Positionen der einzelnen Massenschwerpunkte angezeigt, noch Label, noch Verbindungsstäbchen zwischen den Kugelpositionen.

Unabhängig davon, ob die Betreibsart «Helper anzeigen» aktiv ist oder nicht, befindet sich die Spitze des Lichtkegels immer am aktuellen Gesamtschwerpunkt.

Untermenüs für Fahrer, Beifahrer, Sozius, Ladung1, Ladung2

Jedes dieser Untermenüs enthält den gleichen Satz Parameter:

Masse [kg], Schieberegler: Hier den Wert für die Zusatzmasse in Kilogramm [kg] eingeben.

Xpos, Ypos, Zpos, jeweils Schieberegler: hier die X-, Y- und Z-Koordinaten in Millimetern [mm] eingeben, an denen sich die jeweilige Zusatzmasse befindet.

Je nach Zusatzmasse (Fahrer, Beifahrer, Sozius, Ladung1, Ladung2) tragen die obigen Parameter zur Unterscheidung voneinander ein vorangestelltes «F-«, «B-«, «S-«, «L1» oder «L2».

Steigung / Gefälle

Steigung [%], Schieberegler: hier kann die Auswirkung von Steigungen oder Gefällen simuliert werden. Aus Gründen der Programmier-technischen und didaktischen Vereinfachung kippe ich im Gespann-Simulator nicht das Gespann, sondern schwenke den Lichtkegel in entgegengesetzter Richtung. Die sich ergebenden Aussagen sind dabei physikalisch gleichwertig.

  • für ein Gefälle wird der Scheinwerfer in Fahrtrichtung nach vorne geschwenkt
  • für eine Steigung wird der Scheinwerfer in Fahrtrichtung nach hinten geschwenkt.

Nicht etwa wegen ihrer aufwendigen Programmierung möchte ich diese Funktion allgemeiner Aufmerksamkeit empfehlen:

Auch Gespanne, welche in der Ebene bezüglich Kippen in Linkskurven unkritisch erscheinen, offenbaren in der Bergabfahrt oft eine überaus bemerkenswerte Kipptendenz in verzögerten Linkskurven.

Release Notes:

VersionRelease DatumÄnderungen
1.0013.09.2020* dauerhaft aktiver «Breitreifen-Modus». (Details zur Bedienung siehe Dokumentation zum «Bereifung»-Untermenü)
* wesentlich erweiterter Koordinatenbereich für den Massenschwerpunkt des Beifahrers (Boot), um auch die «Schmiermaxe» in Renn-Gespannen nicht unnötig in ihrem Bewegungsspielraum einzuschränken.
* geänderte Grundeinstellung bei Erstaufruf:
– Fahrergewicht des Autors vorbelegt
– Ladung1 vorbelegt
– «Show Helpers» im «Lasten»-Menü aktiviert
0.99unveröffentlicht* zwei frei platzierbare zusätzliche Einzellasten, z.B. für die Simulation von baulichen Veränderungen oder Gepäckstücken
0.9826.06.2020Erstveröffentlichung