EXPERIMENTAL TEST ABOUT MANEUVERABILITY OF FOUR- AXLE VEHICLE FOR RIGID AND FLEXIBLE ROAD SURFACE

Transkrypt

1 Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 13, No. 1 EXPERIMENTAL TEST ABOUT MANEUVERABILITY OF FOUR- AXLE VEHICLE FOR RIGID AND FLEXIBLE ROAD SURFACE Przemysaw Simiski Military Institute of Armour and Automotive Technology ul. Okuniewska 1, Sulejówek, Poland tel.: , fax: psim@witpis.mil.pl Abstract The paper refers to research about manoeuvrability of four-axle vehicle. Experiments were performed for rigid and flexible pavement. The analysis was based on experimental tests results. During researches, there was also made assessment of turn-radius reduction system effectiveness, which was an equipment of the vehicle, for each kind of pavement. The above shows that seeking new solutions that reduce a vehicle turning radius value makes sense, and in particular those which are used by fire department, military, technical services (technical emergency assistance, assembly vehicles, truck mounted crane, etc.), and municipal vehicles, as they are often used for works in hardly accessible urban area of seriously limited manoeuvred space. The article presents measuring system, ground surface properties, the comparison of the trajectory course of the vehicle centre of mass during turning on the concrete ground surface and flexible for cases without applying of wheel brake and with applying of inner wheel brake. Presented test results show that there is the possibility of reduction of the minimum- turning radius for vehicle with four axles and two with steered axles through asymmetric applying brake moment for wheels. However great tractive resistances during realization supported turn cause large loads of brake and driving systems. Keywords: transport, multi-axial vehicles, testing, maneuverability, turning radius BADANIA EKSPERYMENTALNE ZWROTNOCI POJAZDU CZTEROOSIOWEGO NA PODOU SZTYWNYM ORAZ PODATNYM Streszczenie Artyku prezentuje wyniki bada zwrotnoci pojazdu czteroosiowego. Badania prowadzone byy dla podoa sztywnego oraz nawierzchni podatnej. Analizowano rezultaty bada eksperymentalnych Podczas bada wykonywano ocen skutecznoci systemu redukcji promienia skrtu, w który wyposaony by pojazd dla rónych rodzajów podoa. Przedstawiono w powyszy sposób poszukiwanie nowego sposobu na zredukowanie minimalnego promienia skrtu, co nabiera szczególnego znaczenia dla pojazdów wykorzystywanych przez stra poarn, wojsko, suby techniczne (wozy zabezpieczenia technicznego, wozy ekip montaowych, cikie dwigi, itp.), suby komunalne, które bardzo czsto pracuj na terenie zurbanizowanym, gdzie szczególnie brakuje przestrzeni do wykonywania manewrów. Artyku prezentuje ukad pomiarowego, charakterystyki nawierzchni porównanie przebiegu trajektorii rodka masy pojazdu, podczas skrtu na nawierzchni betonowej i podatnej dla sytuacji bez hamowania kó i z hamowaniem kó wewntrznych. Przedstawione wyniki bada wskazuj, e istnieje moliwo redukcji minimalnego promienia skrtu dla pojazdu czteroosiowego z dwiema osiami kierowanymi poprzez asymetryczne przykadanie momentu hamujcego do kó. Jednak znaczne opory ruchu podczas realizacji wspomaganego skrtu powoduj due obcienia ukadów hamulcowego i napdowego. Sowa kluczowe: transport, pojazdy wieloosiowe, badania, zwrotno, promie skrtu

2 P. Simiski 1. Wstp Uzyskanie niskich wartoci promienia skrtu jest utrudnione w pojazdach wieloosiowych takich jak opancerzone transportery koowe i samochody duej adownoci ze wzgldu na ich gabaryty i liczb osi. W wozach bojowych ponadto dy si do obnienia sylwetki pojazdu. Moliwo realizacji tego zamiaru kóci si z tym powikszenie miejsca na nadkola tak by zapewni wicej miejsca na skrt koa. Tymczasem wiksze rozmiary ogumienia zapewniaj lepsza przejezdno w terenie. Zwikszajc rozmiary ogumienia ogranicza si miejsce na skrt kó, jeli zostanie ono zwikszone stanie si to kosztem pojemnoci wntrza oraz podwyszenia sylwetki pojazdu. Konieczne staje si poszukiwanie innych moliwoci zmniejszenia promienia skrtu ni powikszanie maksymalnego kt skrcenia kó i zwikszajc liczb kierowanych osi. 2. Pojcie zwrotnoci Do podstawowych manewrów wykonywanych przez samochód naley zmiana kierunku jazdy. Ten manewr wynika z koniecznoci ominicia przeszkód, a take z wasnoci sieci drogowych, wymuszajcych inny ni prostoliniowy kierunek jazdy. Ruch paski samochodu na uku drogi, z punktu widzenia kinematyki, rozpatrujemy jako zoenie ruchu postpowego oraz ruchu obrotowego. Do cech charakteryzujcych ten ruch nale: kierowalno i zwrotno. Definicj zwrotnoci zaczerpnito z pracy [1]: Zwrotno jest to zdolno pojazdu do wykonywania skrtów o maym promieniu. Im mniejszy promie skrtu, tym wiksza jest zwrotno pojazdu. Przez promie skrtu pojazdu rozumie si promie toru ruchu rodka masy pojazdu. W wielu pracach promieniem skrtu pojazdu nazywany jest promie toru ruchu rodka osi tylnej. Aby dokona oceny zwrotnoci pojazdu naley zatem zmierzy minimalny promie skrtu. Im mniejszy jest minimalny promie skrtu tym lepsza zwrotno pojazdu. Informacje literaturowe oraz wasne badania eksperymentalne, pozwoliy na wytypowanie, jako sposobu na polepszenie zwrotnoci pojazdów poruszajcych si na sztywnym podou, niesymetrycznego przykadania momentów dziaajcych na koa jezdne lewej i prawej strony pojazdu. 3. Poprawa zwrotnoci Stosowanie mechanizmów skrtu, podobnie jak w pojazdach gsienicowych, pociga za sob bardziej zoon budow ukadu napdowego. Dodatkowe przekadnie wpywaj na obnienie sprawnoci mechanicznej pojazdu. W koowych cignikach rolniczych wykorzystuje si do zmiany jego kierunku ruchu midzy innymi hamowanie napdzanych kó jezdnych, znajdujcych si po wewntrznej stronie skrcajcego cignika. Uzyskuje si to poprzez oddziaywanie na ukad hamulcowy (brak jest dodatkowych przekadni mechanicznych), poprzez dwa peday hamulcowe dziaajce na poszczególne hamulce kó z odpowiedniej strony pojazdu. Ukady o podobnym dziaaniu znalazy zastosowanie w kilku prototypach koowych wozów bojowych. W ich przypadku blokowaniu kó przeciwdziaa ukad ABS, w który wyposaa si nowoczesne koowe wozy bojowe. 4. Przebieg i warunki bada Obiekt bada stanowi prototyp pojazdu czteroosiowego, napdzany na wszystkie koa w konfiguracji 88. Pojazd wyposaono w ukad redukcji promienia skrtu, dziaajcy na zasadzie uruchamiania (podczas wykonywania skrtu), hamulców na koach jednej strony pojazdu. 160

3 EXPERIMENTAL TEST ABOUT MANEUVERABILITY OF FOUR-AXLE VEHICLE FOR RIGID... Do rejestracji przebiegów czasowych wybranych parametrów wykorzystano ukad pomiarowy, skadajcy si z 10 czujników (8 czujników prdkoci obrotowej kó, 2 optycznych przetworników prdkoci Correvit) przetwornika pozwalajcego na rejestracje sygnaów w postaci wielkoci fizycznych oraz mikrokomputera (rys. 1.). Rejestrowano 11 parametrów [2]. Rys. 1. Schemat ukadu pomiarowego Fig. 1. Measurement system Przy pomocy optycznych czujników rejestrowano prdko wzdun oraz prdkoci poprzeczne przodu i tyu pojazdu. Schemat rozmieszczenia czujników przedstawia rys. 2. Rys. 2. Schemat rozmieszczenia czujników prdkoci Fig. 2. Location for velocity sensors gdzie: V L prdko wzduna w wybranym punkcie pojazdu, [m/s], V Sx prdko wzduna rodka masy pojazdu, [m/s], V Q1 prdko poprzeczna punktu przedniej czci pojazdu, [m/s], V Q2 prdko poprzeczna punktu tylnej czci pojazdu, [m/s], a Q1 odlego czujnika Correvit od pierwszej osi, [m], b Q2 odlego czujnika Correvit od czwartej osi, [m], S kt znoszenia rodka masy pojazdu, [rad]. Zarejestrowane wielkoci pozwoliy na wykonanie oblicze wedug poniszych wzorów: V V Q1 Q2 1, (1) L aq1 bq2 161

4 P. Simiski V Sx V y (2) L L 1 (L 1S L tg 2S S a (L a Q1 ) V Q2 Q1 1 b (L S3 Q2 L ) V S4 Sx b Q2 ) V Q1, (3) gdzie: V Sx, (4) 1 cos S r 1 prdko ktowa odchylania (kierunkowa prdko ktowa), przy obrocie w lewo jest ona dodatnia, [rad/s], y l odlego czujnika prdkoci Correvit (mocowanego za pojazdem) od paszczyzny symetrii pojazdu, [m]. Ponadto na kadym z kó znajdowa si czujnik obrotów, pozwolio to okreli przebieg prdkoci ktowej w funkcji czasu. Badanie prowadzono na nawierzchni betonowej. W pierwszej czci eksperymentu pojazd wykonywa skrt w lewo z maksymalnie skrconymi koami kierowanymi. Nastpnie powtarza ten manewr dodatkowo przyhamowujc koa lewej strony (rys. 3). Rys. 3. Pojazd czteroosiowy podczas realizacji skrtu na nawierzchni betonowej Fig. 3. Four-axial vehicle during steering on asphalt road surface Znak ujemny promienia skrtu oznacza skrt w lewo. Znak dodatni: skrt w prawo. W tekcie, piszc o promieniu, wykorzystywany bdzie modu tej wartoci a wic wartoci dodatnie. Badanie prowadzono na nawierzchni betonowej oraz podatnej, którym by wygadzony fragment drogi czogowej. Do scharakteryzowania nawierzchni podatnej wykonano badania 162

5 EXPERIMENTAL TEST ABOUT MANEUVERABILITY OF FOUR-AXLE VEHICLE FOR RIGID... polegajce na okreleniu jego nonoci poprzez Cone Index (rys. 4). Nono gruntu CI okrelano za pomoc stoka o kcie wierzchokowym 30 stopni i polu podstawy 0,5 cala kwadratowego. Stoek zagbiano w warstwie gruntu na gboko ok. 15 cm rejestrujc si potrzebn na zagbianie go z prdkoci ok. 1,2 cala na sekund. Rys. 4. Charakterystyka podatnej nawierzchni Fig. 4. Characteristic of flexible pavement W pierwszej czci eksperymentu pojazd wykonywa skrt w lewo z maksymalnie skrconymi koami kierwanymi. Nastpnie powtarza ten manewr dodatkowo przyahmowujc koa lewej strony (rys. 5). Te same czynnosci wykonywano w drugiej czci badania lecz wówczas nawierzchnie stanowi mikki grunt. Rys. 5. Pojazd czteroosiowy podczas realizacji skrtu na nawierzchni podatnej Fig. 5. Four-axial vehicle during steering on flexible road surface 163

6 5. Wyniki bada P. Simiski 5.1. Skrt wykonywany na betonie W przypadku realizacji skrtu, przy penym skrcie kó kierowanych w lewo, promie osiga wartoci powyej 10 m (rednio 10,5m) - rys. 6. Wspomaganie skrtu przyhamowaniem kó pozwolio ograniczy promie skrtu poniej tej wartoci (rednio 9,9 m). Skuteczno ukadu osigna 6,2%, bowiem tyle wynosia rednio redukcja promienia. Rys 6. Porównanie przebiegu trajektorii rodka masy pojazdu, podczas skrtu na nawierzchni betonowej, dla sytuacji bez hamowania kó i z hamowaniem kó wewntrznych Fig. 6. Comparison of results turning radius, between steering on asphalt road surface with turn-radius reduction system effectiveness and without system 5.2. Skrt na nawierzchni podatnej Warto promienia skrtu dla skrtu bez przyhamowania zawiera si od 12.5 m do 14m (rednio 13,3m) - rys.14. Wczenie ukadu redukcji promienia skrtu pozwala obniy t warto poniej 7,5 m (rednio 7,9 m) - rys. 7. Na mikkim podou ukad wykazuje si wiksz skutecznoci ni na nawierzchni betonowej (rednio 40%). Jego skuteczno bdzie zalee od rodzaju i stanu nawierzchni. Rys. 7. Porównanie przebiegu trajektorii rodka masy pojazdu, podczas skrtu na nawierzchni podatnej, dla sytuacji bez hamowania kó i z hamowaniem kó wewntrznych Fig. 7. Comparison of results turning radius, between steering on flexible surface with turn-radius reduction system effectiveness and without system 164

7 EXPERIMENTAL TEST ABOUT MANEUVERABILITY OF FOUR-AXLE VEHICLE FOR RIGID... Rónice w prdkociach ktowych kó na tej samej osi wynikaj z dziaania hamulca skrtu. Rónice miedzy prdkociami na koach poszczególnych osi s take wynikiem zmieniajcego si wspóczynnika przyczepnoci oraz wzrostu oporów ruchu, poniewa pojazd zacieniajc skrt swoimi koami powodowa puenie warstwy ziemi (rys. 8). Powstae w ten sposób bruzdy miay wysoko od 25 do 45 cm. Powstawanie bruzd ziemi, ladu cieranych opon (na betonie) wiadcz, e siy wystpujce w paszczynie styku koa z nawierzchni przyjmuj wartoci powodujce powstanie momentu skrcajcego bry pojazdu. Rys. 8. lad po wykonaniu skrtu z wykorzystaniem przyhamowania Fig.8. Trace by vehicle which steering with turn-radius reduction system effectiveness 6. Podsumowanie Przedstawione wyniki bada wskazuj, e istnieje moliwo redukcji minimalnego promienia skrtu dla pojazdu czteroosiowego z dwiema osiami kierowanymi, poprzez asymetryczne przykadanie momentu hamujcego do kó. Stosowanie takich ukadów pozwala obniy promie skrtu, lecz zaley to midzy innym od rodzaju nawierzchni. Jak pokazuj przedstawione wyniki bada skuteczno tego ukadu zaley od rodzaju nawierzchni, ale nawet na nawierzchni o duym wspóczynniku przyczepnoci jest on efektywny. Znaczne opory ruchu podczas realizacji wspomaganego skrtu, powoduj due obcienia ukadów hamulcowego i napdowego. Wydaje si celowym wprowadzenie ukadów redukujcych minimalny promie skrtu, do pojazdów wykorzystywanych w sektorze przemysu, stray poarnej wojsku, zwaszcza do pojazdów wieloosiowych. Literatura [1] Arczyski, S., Teoria ruchu samochodu, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [2] Simiski, P., Badania zwrotnoci pojazdów w trakcie ruchu po sztywnym podou, Rozprawa doktorska, Wydzia Transportu Politechniki Warszawskiej

8