Wpływ ciśnienia w ogumieniu motocykla na przebieg hamowania

Transkrypt

1 SZCZYPIŃSKI-SALA Wojciech 1 Wpływ ciśnieni w ogumieniu motocykl n przebieg hmowni WSTĘP Skuteczność hmowni pojzdu m podstwowe znczenie dl bezpieczeństw w ruchu drogowym. Szczególnym przypdkiem są pojzdy jednośldowe. Zrówno z uwgi n dużo mniejszą ochronę kierującego w porównniu z pojzdmi smochodowymi w sytucjch kolizji drogowych, jk i z uwgi n specyfikę zchowni się tkiego pojzdu podczs hmowni. Rozwiązni konstrukcyjne ukłdów hmulcowych stosownych w motocyklch są stle doskonlone i nieustnnie trwją prce i bdni nd ich skutecznością. W pojzdch jednośldowych możliwe jest uzyskiwnie opóźnieni hmowni o dużym zróżnicowniu w zleżności od sposobu prowdzeni tego hmowni to znczy sposobu wykorzystni hmulc przedniego i tylnego. Obecnie w motocyklch stosowne są już systemy sterowni rozdziłem sił hmowni umożliwijące optymlne wykorzystnie przyczepności opon do nwierzchni drogi, jednk w wielu pojzdch wciąż o zstosowniu któregoś z hmulców decydowć może jedynie kierujący pojzdem. W tkim przypdku tylko od jego umiejętności i doświdczeni zleżło będzie bezpieczeństwo jego smego i innych użytkowników drogi [1,6,8]. W przeciwieństwie do pojzdów wielośldowych, zwłszcz z ukłdmi przeciwdziłjącymi blokowniu kół pojzdu, w których nwet brdzo niedoświdczony kierowc może efektywnie hmowć smochodem uzyskując znczne opóźnieni i zchowując kontrolę nd kierunkiem ruchu pojzdu w jednośldch o efektywności i bezpieczeństwie decydowł będzie w zncznie większej mierze kierujący. W zleżności od położeni środk ciężkości i rozstwu osi pojzdu podczs hmowni zminie uleg dynmiczne obciążenie przodu i tyłu pojzdu. Wrunki kontktu opony z nwierzchnią drogi uzleżnione będą również od podtności ogumieni i ciśnieni w ich wnętrzu. Dl oceny istotności tego wpływu wykonno serie pomirów drogowych. 1. HAMOWANI MOTOCYKLM W przebiegu hmowni motocykl podstwowe znczenie m przyjęt strtegi wykorzystni hmulc przedniego i tylnego. Możliwe są bowiem różne wrinty hmowni, minowicie: użycie tylko hmulc przedniego (sił hmowni koł tylnego jest równ zero), tylko hmulc tylnego, lub hmownie jednocześnie hmulcem przednim i tylnym. Kierujący pojzdmi jednośldowymi podczs dynmicznej jzdy wykorzystują w prktyce zwłszcz lub nwet jedynie hmulec przedni. Istotnie przy dużym opóźnieniu hmowni znczne dociążenie przedniego koł pozwl n przenoszenie zncznie większych sił wzdłużnych w porównniu z kołem tylnym. W wielu publikcjch [3,5,7] prezentowne były modele opisujące dynmikę motocykli. Płski model dynmiki motocykl w uproszczonej formie bez uwzględnini dynmiki zwieszeni, ztem opisujący wrunki qusi sttyczne jest w zupełności wystrczjący do zobrzowni i wyjśnieni występujących podczs hmowni zmin siły ncisku opony n nwierzchnię drogi. Zleżności te możn wyrzić ukłdem równń: mx Fx mz Ftz Fpz mg J Ftzb Fpzp b Fh (1) 1 Politechnik Krkowsk, Wydził Mechniczny, Krków; l. Jn Pwł II 37. Tel: , Fx: , -mil: ws@mech.pk.edu.pl 610

2 gdzie: p rozstw osi, b- odległość rzutu środk msy n płszczyznę drogi od punktu kontktu koł z nwierzchnią, h wysokość środk msy. W powyższych równnich pominięto siły erodynmiczne. Dwie główne siły erodynmiczne mogące mieć wpływ n wrtości przyspieszeń zleżne są wprost proporcjonlnie od kwdrtu prędkości liniowej () i mogą być wyrżone nstępująco: Cx A Fd () Cl A Fl (3) gdzie: - gęstość powietrz, A - powierzchni czołow, C współczynnik erodynmiczny. Sił F d dził w osi wzdłużnej pojzdu, ntomist sił F l powoduje zmniejszenie obciążeni normlnego w punktch kontktu opon z nwierzchnią zrówno dl koł przedniego jk i tylnego. Dl jednego koł możn zpisć zleżność: J rfx T m Fx () gdzie: - prędkość kątow, - prędkość liniow, F- wzdłużn sił pomiędzy oponą i podłożem, T - moment hmujący, J - bezwłdność w ruchu obrotowym m ms, r - promień koł. Obciążenie dynmiczne kół uleg zminie. Nstępuje zmin rozkłdu obciążeni n koło przednie i tylne. Zminy te zleżne będą od położeni środk ciężkości i rozstwu osi pojzdu. Opóźnieni hmowni, jkie możn uzyskć hmując odpowiednio hmulcem koł przedniego i hmulcem koł tylnego możn przedstwić nstępująco: p l b ph g p 1 (5) l l t b ph g p 1 (6) l l. PRZBIG POMIARÓW Pomiry drogowe wykonno n motocyklu Suzuki o msie włsnej 190 kg, w którym przednie zwieszenie to widelec teleskopowy ze sprężynmi śrubowymi, tylne to dw gzowo olejowe mortyztory ze sprężynmi śrubowymi. Ukłd hmulcowy z przodu skłdł się z klsycznej pompy połączonej w ukłdzie typu S, zstosowno tu dwie trcze hmulcowe o średnicy 300 mm kżd z dwutłoczkowymi zciskmi o ruchomym jrzmie połączonymi przewodmi hydrulicznymi w stlowym oplocie. Do hmowni tylnego koł zstosowny był ukłd z pompą rdilną połączon przewodmi w stlowym oplocie typu P z pojedynczym zciskiem dwutłoczkowym o nieruchomym jrzmie. Tyln trcz hmulcow mił średnicę 0 mm. Motocykl wyposżony był w opony Bridgestone Bttlx o wymirch 10/70 R17 z przodu, z tyłu 170/60 R17. Ms motocykl wrz z kierującym i prturą pomirową podczs prób wynosił 70 kg. Dl uzyskni jednolitych wrunków drogowych wszystkie pomiry opóźnień hmowni wykonywno n suchej i czystej nwierzchni sfltowej n tym smym odcinku pomirowym, przy 6105

3 temperturze otoczeni około 10 o C. Początkow prędkość hmowni dl cłej serii bdń wynosił 5 km/h. Podczs pomirów wykorzystno głowicę optyczną Correvit S-C, któr posłużył do bezstykowego pomiru prędkości wzdłużnej poruszjącego się pojzdu. Głowice pomirowe tego typu znjdują powszechne zstosownie w bdnich drogowych. Są to urządzeni optyczne do bezstykowego pomiru drogi pokonywnej przez pojzd i prędkości. Głowicę tkiego urządzeni mocuje się do pojzdu nd powierzchnią jezdni. Jest on wyposżon w ukłd oświetljący orz w ukłd optyczny, którego podstwowymi elementmi są: obiektyw, rster pryzmtyczny i dwie fotokomórki. Głowicę umieszczono w osi podłużnej motocykl z tylnym kołem. N przewodch hmulcowych przy zciskch zmontowno czujniki ciśnieni firmy Hottinger Bldwin Messtechnik GmbH, pozwljące n pomir zmin ciśnieni w ukłdch hmulców koł przedniego i tylnego. Sposób montżu czujników pokzno n rys.1. N podstwie zrejestrownych wrtości sporządzono wykresy przebiegu opóźnieni hmowni orz ciśnieni w ukłdzie hmulcowym w funkcji czsu. ) b) Rys. 1. Czujniki ciśnieni w ukłdzie hmulcowym, ) przy kole przednim, b) przy tylnym kole 3. OMÓWINI WYNIKÓW POMIARÓW Uzyskne podczs prób drogowych przebiegi opóźnieni hmowni zostły wykorzystne do obliczeni wrtość tzw. średniego pełnego opóźnieni względem drogi. Obliczone wrtości przyjęto jko wskźnik porównwczy do oceny skuteczności hmowni. Wyniki obrzujące przebiegi opóźnieni hmowni orz ciśnieni w ukłdzie hmulcowym uzyskne podczs jednego testu przestwiono n rys.. Wrtość średniego pełnego opóźnieni względem drogi, obliczono według zleżności []: ISO ( t t B ) x 1 ib1 i i1 i i1 i j1 j t t ib1 ib1 jb1 ib1 i1 i t (7) Wyznczone w ten sposób wrtości średniego opóźnieni oblicznego w przedzile czsu od t B do t dl poszczególnych wrunków prób zestwiono n rys.3 i. 6106

4 opóźnienie [m/s] v [m/s] [m/s] p [br] czs [s] p tyl p prz v [m/s] [m/s] Rys.. Przebieg mierzonych prmetrów w trkcie pojedynczej próby hmowni Podczs hmowni z wykorzystniem jedynie hmulc koł przedniego możn zobserwowć różnice w średnich wrtościch uzysknych opóźnień rzędu %. Widoczne jest to przy intensywniejszym hmowniu. Przy niższym stopniu intensywności przedstwionym n wykresie różnice są brdzo niewielki. Przedstwione n rys.3 zestwienie pokzuje różnice w uzysknych opóźnienich przy zchowniu tego smego poziomu średniego ciśnieni w ukłdzie hmulcowym. Zwrócić nleży też uwgę n to, iż podczs pomirów opóźnieni hmownie zwykle mmy do czynieni z dużymi rozrzutmi uzyskiwnych wyników, pomimo to zuwżlny jest spdek średnich wrtości opóźnień przy zmniejszonym ciśnieniu w oponch. Wykonne pomiry odzwierciedlją prktycznie wrunki ruchu miejskiego zrówno z uwgi n początkową prędkość jk i intensywność hmowni. Wszystkie hmowni wykonywne były podczs jzdy n wprost, bez zminy kierunku ruchu. Wykorzystnie jednocześnie obydwu hmulców nie wpływ n wskzną powyżej tendencję. Również w tkim przypdku zmniejszenie ciśnieni w oponie n przedniej osi wpłynęło n zmniejszenie średnich wrtości rejestrownych opóźnień podczs hmowni, przy intensywniejszym hmowniu obserwowny efekt jest wyrźniejszy. Ilustruje to wykres n rys przód,5 przód,0 przód 1,5 ciśnienie br 6,0 br 9,0 Rys. 3. Średnie opóźnieni hmowni przy hmowniu tylko kołem przednim, ciśnienie w ukłdzie 6 i 9 [br], orz ciśnieniu w oponie,5;,0 i 1,5 [br] 6107

5 opóźnienie [m/s] przód,5 przód,0 przód 1,5 ciśnienie Rys.. Średnie opóźnieni hmowni przy hmowniu obydwom kołmi; ciśnienie w ukłdzie seri pierwsz 3,5 [br] przód 6,5 [br] tył, drug seri [br] przód; 1 [br] tył; orz ciśnieniu w oponie,5;,0 i 1,5 [br] p3,5; t6,5 p; t1 WNIOSKI Pojzdy jednośldowe z uwgi n swoje cechy konstrukcyjne cechują się specyficznymi włsnościmi uwidcznijącymi się również podczs mnewru hmowni. Rozkłd ms pojzdu powoduje, że w wyniku opóźnieni hmowni zncząco zmieni się rozkłd ncisku n przednią i tylną oś pojzdu. Włsności opony, jej podtność decydują o poślizgu i wrtości przenoszonych sił wzdłużnych podczs hmowni. Opisne wyniki pomirów drogowych wskzują, iż spdek ciśnieni do 50 % złożonej wrtości w zuwżlny sposób wpływ n obniżenie uzyskiwnych średnich wrtości opóźnieni podczs mnewru hmowni. Różnic t może sięgć %, przy średnich wrtościch momentu hmującego. Zmin wrtości uzysknego opóźnieni w tych smych wrunkch wysterowni ukłdu hmulcowego zleżn jest od momentu hmującego n kołch. Streszczenie W rtykule zprezentowno wyniki pomirów drogowych wykonnych w celu oceny wpływu zmin ciśnieni w ogumieniu motocykl n efektywność hmowni. Poniewż, pomimo iż stosownych obecnie jest wiele rozwiązń konstrukcyjnych ukłdów hmulcowych w motocyklch wciąż szeroko wykorzystywne są ukłdy z dwom niezleżnymi obwodmi n przednim i tylnym kole, omówiono również istotność rozdziłu sił hmujących n osie i przyjętej strtegii hmowni. Kierujący pojzdem zmienijąc ciśnienie w jednym z obwodów może sterowć rozdziłem momentów hmujących n kołch i sm musi o tym decydowć tk by ztrzymć pojzd n włściwym dystnsie. Przeniesienie wzdłużnych sił trci podczs hmowni zpewniją opony n powierzchni kontktu z nwierzchnią drogi, ciśnienie w oponch może wpływć n uzyskiwny efekt hmowni. Przeprowdzono bdni opóźnieni hmowni dl różnych wrtości ciśnieni w ogumieniu motocykl, w rtykule opisno metodologie prób i dokonno nlizy uzysknych wyników. Impct of pressure in motorcycle tires on brking effect Abstrct The pper presents the results of experiments crried out to investigte influence of pressure in tires of motorcycle on brking effect. The importnce of the brke modultion in the brking mneuver hs been lso discussed. Brke systems for motorcycles re vilble in mny different designs with different technicl solutions, but still widely used is conventionl brke system with two independent circuits. The rider cretes hydrulic pressure, for exmple by depressing hnd brke lever, which is trnsferred to the front wheel brke vi hydrulic lines, nd is then converted into brking force pplied to the wheel. The sme pplies to ctution of the foot brke lever. The rider must self modulte the pressure in the brke system in order to chieve short brking distnce. In fct, the tire llows contct between the rod surfce, nd ensuring dherence to the rod nd trnsferring to the ground longitudinl friction forces (i.e., brking forces) pressure is prmeters 6108

6 which cn influence on brking effect. The on-rod brke decelertion tests for different pressure in tires were conducted. In the pper reserch methodology, exemplry test results nd generl nlysis of obtined dt hve been presented. BIBLIOGRAFIA 1. Corno M., Svresi S.M., Tnelli M., Fbbri L. On optiml motorcycle brking. Control ngineering Prctice 008, no 16.. Cosslter V., Dori A., The reltion between contct ptch geometry nd the mechnicl properties of motorcycles tires. Vehicle System Dynmics vol. 3, Limebeer D.J.N., Shrp R.S., vngelou S., The stbility of motorcycles under ccelertion nd brking. Proc. Instn. Mech. ngrs. 001, vol. 15 Prt C.. Norm ISO/DTR 1387 F: Brking of rod vehicles - Definition of men fully developed decelertion. 5. Svresi S. M., Tnelli M., Cntoni C. Mixed slip-decelertion control in utomotive brking systems. ASM Trnsctions. Journl of Dynmic Systems, Mesurement nd Control, 007, no Svresi S. M., Tnelli M., Lngthler, P. stimtion of X Z tire contct force vi embedded ccelerometers. Tire Technology Interntionl. 006, Solyom S., Rntzer A., Ludemnn, J. Synthesis of model bsed tire slip controller. Vehicle System Dynmics, 00, no Wlczk S., Wolk S. Intensywność hmowni motocykl śldy pozostwione n jezdni. Prgrf n drodze, 010 nr