ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(1)/214 Jerzy Grzesiak 1, Piotr Stryjek 2 Paweł Włodarczyk 3 WPŁYW ZMIANY ROZKŁADU CIŚNIENIA POMIĘDZY KOŁAMI PRZEDNIEJ I TYLNEJ OSI NA KIEROWALNOŚĆ POJAZDU, NA PRZYKŁADZIE SAMOCHODU OSOBOWO TOWAROWEGO 1. Wstęp Samochody osobowo-towarowe typu: Renault Kangoo, Peugot Berlingo, Fiat Doblo, są pojazdami o wysoko położonym środku masy i dużych różnicach pomiędzy masą własną a dopuszczalną masą całkowitą. Są wyposażone w silniki umożliwiające poruszanie się z prędkościami porównywalnymi z samochodami osobowymi. Dla tej grupy pojazdów szczególne znaczenie dla bezpieczeństwa eksploatacji ma prawidłowy dobór ciśnień powietrza w kołach w zależności od obciążenia. W artykule zostały przedstawione wyniki badania wpływu na kierowalność, zmiany rozkładu ciśnienia pomiędzy kolami przedniej i tylnej osi samochodu osobowotowarowego. Badania zostały przeprowadzone na lotnisku w Białej Podlaskiej z użyciem robota sterującego firmy AB Dynamic SR 6 (rys. 2,3) zamontowanego na samochodzie Renault Kangoo (rys.1).wykonano testy jazdy po okręgu z stopniowym zwiększaniem prędkości oraz testy podwójnej zmiany pasa ruchu przy prędkościach 3 i 4 km/h. W prezentowanej serii testów, pojazd był obciążony dwiema osobami na przednich fotelach oraz wyposażeniem badawczym. Badania wykonano dla trzech wariantów rozkładu ciśnień, pomiędzy kołami tylnej i przedniej osi samochodu, zarówno dla testów jazdy po okręgu i podwójnej zmiany pas ruchu [1][2]: I wariant rozkład ciśnień zalecany przez producenta dla samochodu z małym obciążeniem na oś tylną II wariant - obniżone ciśnienie z w oponach kół przedniej osi dla zwiększenia efektu podsterowności III wariant obniżone ciśnienie z tyłu dla zwiększenia tendencji samochodu do nadsterowności Rys. 1. Obiekt badań. Samochód Renault Kangoo (źródło-opracowanie własne) 1 mgr inż. Jerzy Grzesiak, spec. bad-tech. Laboratorium Bojowych Wozów Opancerzonych WITPiS 2 mgr inż. Piotr Stryjek, kierownik Laboratorium Bojowych Wozów Opancerzonych WITPiS 3 inż. Paweł Włodarczyk, spec inż. Laboratorium Bojowych Wozów Opancerzonych WITPiS 87

2 Rys. 2, 3. Robot SR6 i układ pomiarowo pozycjonujący RT 32 (źródło-opracowanie własne) Pojazd obciążono dwoma osobami wykonującymi pomiary. W przestrzeni ładunkowej samochodu umieszczono wyposażenie badawcze o łącznej masie około 5 kg. 2. Testy jazdy po okręgu o stałej średnicy z stopniowym zwiększaniem prędkości. Zaprogramowany dla robota SR test jazdy po okręgu [1], składał się z odcinka wprowadzającego o długości 2 m i dwóch okręgów (72 ) o średnicy 5 m. Prędkość początkowa wynosiła około 2km/h, prędkość końcowa około 48 5 km/h ( prędkość, przy której samochód zachowywał stateczność). Przyjęto następujący rozkład ciśnień 2,2 bar przednie koła i 2, bar koła osi tylnej (ciśnienia zalecane przez producenta - początkowe) 1,6 bar przednie koła i 2, bar koła osi tylnej. 2, bar przednie koła i 1,2 bar koła osi tylnej. W trakcie badania rejestrowano parametry: pracy robota kąt ustawienia kierownicy, prędkość kątową kierownicy, moment na kolumnie kierownicy. parametry ruchu samochodu prędkości pojazdu w osiach głównych, prędkość kątową nadwozia, przyśpieszenie wzdłużne i poprzeczne, kąt uślizgu poprzecznego (wyznaczana przez układ pomiarowy różnica kata pomiędzy osią wzdłużną nadwozia, a wektorem prędkości heading ). Wyniki pomiarów zaprezentowano na rysunkach

3 SR Angle [Deg] Ciśnienie P/T 2,2/2, Forward velocity m/s ,5 2,5 25,5 3,5 35,5 4,5 45,5 5, Rys. 4. Wykres parametrów ruchu samochodu po okręgu. Ciśnienie w oponach przedniej osi 2,2 bar, tylnej 2, bar (źródło-opracowanie własne) ciśnienie P/T 1,6/2, Forward velocity m/s cza[s] -1 Rys. 5. Wykres parametrów ruchu samochodu po okręgu. Ciśnienie w oponach przedniej osi 1,6 bar, tylnej 2, bar (źródło-opracowanie własne) 89

4 ciśnienie P/T 2,2/1, Forward velocity m/s SR Column Torque Rys. 6. Wykres parametrów ruchu samochodu po okręgu. Ciśnienie w oponach przedniej osi 2,2 bar, tylnej 1,2 bar (źródło-opracowanie własne) W przypadku obniżenia ciśnienia w kołach przedniej osi z 2, do 1,6 bar (rys.5) zwiększa się kąt znoszenia kół przedniej osi w stosunku do ustawienia początkowego (rys.4). Dla utrzymania zamierzonego toru ruchu w tym przypadku (dla SR 6 błąd pozycjonowania nie przekracza 2-5 cm) wychylenie koła kierownicy średnio zwiększa się z 129 do 137. Wartości kątów uślizgu są lekko przesunięte w kierunku wartości dodatnich w stosunku do wariantu początkowego i ich wartości maksymalne zawierają się pomiędzy -3,5 3,23. (-3,75 +3,12 dla wariantu początkowego). Zmiana kąta uślizgu z wartości dodatniej na ujemną w obu przypadkach występuje przy prędkości około 12,6 m/s (45 km/h), co odpowiada przyśpieszeniu poprzecznemu 6,4 m/s 2. W obu przypadkach do prędkości 13,5 m/s kąt kierownicy pozostaje na stałym poziomie. Samochód zachowuje charakterystykę neutralną. W trzecim wariancie rozkładu ciśnień (rys.6), obniżono ciśnienie w kołach tylnej osi z 2 barów do 1,2 bar. Ciśnienie w kołach osi przedniej podniesiono ponownie do ustawienia początkowego 2,2 bar. Na rysunku nr 6 widać, że po uzyskaniu stabilizacji w ruch po okręgu kąt skrętu kierownicy wynosi około 117 i w miarę wzrostu prędkości ( a tym samym przyśpieszenia poprzecznego) maleje. Ponadto maksymalne wartości kąta uślizgu (slip) przesunęły się w kierunku wartości ujemnych i zawierają się pomiędzy - 5,44 a 2,59. Zmiana kąta uślizgu z dodatniego na ujemny występuje przy prędkości około 4 km/h co odpowiada przyspieszeniu poprzecznemu około 5 m/s 2. Powyżej prędkości 9 m/s (32 km/h) można zaobserwować zjawisko zmniejszania się wartości skrętu koła kierownicy w miarę zwiększania prędkości ruchu. Powyżej tej prędkości samochód zmienia charakterystykę z neutralnej na nadsterowną. W każdym z omawianych przypadków można zaobserwować zjawisko utraty stateczności pojazdu przy prędkości około 13.5 m/s (48,5 km/h co odpowiada przyśpieszeniu poprzecznemu 7,3 m/s 2 ). Dla utrzymania zadanego toru jazdy dosyć gwałtownie układ automatyki zwiększa kąt skrętu kierownicy, bez wzrostu momentu na kolumnie kierownicy, po czym ze względu na brak możliwości utrzymania pojazdu w zaprogramowanym torze jazdy, następuje przerwanie próby. 9

5 Y [m] 3. Testy podwójnej zmiany pasa ruchu według ISO 3888 Test podwójnej zmiany pasa ruchu przeprowadzono zgodnie z ISO 3888 [2] w wersji krótkiej. Przy wyznaczaniu toru ruchu skorzystano z gotowego schematu zawartego w bibliotece oprogramowania robota SR 6 AB Dynamic. Schemat toru zaprezentowano na rysunku nr. 7. 3,5 3 2,5 2 1,5 1, ,5-1 X [m] Rys. 7. Tor podwójnej zmiany pasa ruchu wg. ISO 3888 ( tor krótki) Dla podwójnej zmiany pasa ruchu przyjęto następujące warianty rozkładu ciśnień pomiędzy osiami: 2,2 bar przednie koła i 2, bar koła osi tylnej, 1,4 bar przednie koła i 2, bar koła osi tylnej, 2, bar przednie koła i 1,4 bar koła osi tylnej. Dla każdego z wariantów rozkładu ciśnień wykonano przejazdy z prędkościami 3 i 4 km/h.. Wyniki pomiarów przedstawiano na rysunkach nr Wyniki zestawiono według prędkości wykonywanego testu. Podwójna zmiana pasa ruchu z prędkością 3 km/h ciśnienie P/T 2,2/2, - 3 km/h czas [s] -4 Rys. 8. Wyniki testu podwójnej zmiany pasa ruchu z prędkością 3 km/h. Ciśnienia kół przedniej osi 2,2 bar, tylnej 2, bar (źródło-opracowanie własne) 91

6 SR Angle [deg] ciśnienie P/T 1,4/2, - 3km/h SR Coulmn Torque Nm 4 Lateral acceleraton m/s Rys. 9. Wyniki testu podwójnej zmiany pasa ruchu z prędkością 3 km/h. Ciśnienia kół przedniej osi1,4 bar, tylnej 2, bar (źródło-opracowanie własne) ciśnienie P/T 2,/1,4-3 km/h czas [s] -4 Rys.1. Wyniki testu podwójnej zmiany pasa ruchu z prędkością 3 km/h. Ciśnienia kół przedniej osi 2, bar, tylnej 1,4 bar (źródło-opracowanie własne) W badaniu podwójnej zmiany psa ruchu przy prędkości 3 km/h, niezależnie od rozkładu ciśnień kół przedniej i tylnej osi, nie widać zasadniczych różnic w zachowaniu się samochodu (rys. 8, 9, 1), zmianie ulegają jedynie maksymalne kąty wychylenia kierownicy, które wynikają z różnic kąta znoszenia kół przedniej lub tylne osi. Zgodnie z testami jazdy po okręgu przy prędkości 3 km/h samochód jest neutralny. W każdym z przypadków przy wychodzeniu na prostą kończącą test, pojawiają się oscylacje, które są wynikiem bardzo szybkich prędkości skrętu koła kierownicy realizowanej przez system SR 6. 92

7 SR Angle [deg] Podwójna zmiana pasa ruchu z prędkością 4 km/h ciśnienie P/T 2,2/2, - 4 km/h ,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19, Rys. 11. Wyniki testu podwójnej zmiany pasa ruchu z prędkością 4 km/h. Ciśnienia kół przedniej osi 2,2 bar, tylnej 2, bar (źródło-opracowanie własne) ciśnienie P/T 1,4/2, - 4 km/h SR Columne Torque Nm ,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 2, Rys. 12. Wyniki testu podwójnej zmiany pasa ruchu z prędkością 4 km/h. Ciśnienia kół przedniej osi 2, bar, tylnej 1,4 bar (źródło-opracowanie własne) W badaniach przeprowadzonych przy prędkości 4 km/h zarejestrowano przejazdy tylko dla dwóch pierwszych wariantów rozkładu ciśnień między kołami przedniej i tylnej osi (rys. 11, 12). Podobnie jak przy prędkości 3 km/h różnice wychyleń koła kierownicy wynikają ze zmian kątów znoszenia kół przedniej lub tylnej osi. W stosunku do wyników badań z prędkością 3 km/h, zwiększają się wartości wychyleń kierownicy (również przyśpieszenia poprzecznego, prędkości kątowej) jak również wielkości oscylacji. Trzeci przejazd z obniżonym ciśnieniem w kołach osi tylnej nie został zarejestrowany, z powodu wywrócenia się pojazdu. Samochód wywrócił się po wyjściu pojazdu na prostą kończącą test podwójnej zmiany pasa ruchu. Zarejestrowane 93

8 wcześniej oscylacje miały charakter gasnący. Natomiast w omawianym przypadku w samochodzie nadsterownym miały one charakter rosnący, co w rezultacie doprowadziło to do wywrócenia się samochodu na prawy bok. 4. Podsumowanie Jak wykazały pomiary, badany pojazd reagował znacząco na zmianę ciśnienia w ogumieniu. Wyniki te zgodne są z podstawowymi teoriami współpracy koła ogumionego z nawierzchnią i wpływu ciśnienia w ogumieniu na kierowalność pojazdów oraz wcześniejszymi badaniami tego typu autorów [3][4]. Autorzy pragną jednak zwrócić uwagę na fakt, że tak błahy dla wielu kierowców element w eksploatacji pojazdu jak kontrola ciśnienia w ogumieniu może być przyczyna znaczącej zmiany w kierowalności i stateczności pojazdu. Jest to element niezwykle ważny w pojazdach osobowodostawczych, w których dodatkowo bardzo dużym wahaniom podlega także rzeczywista masa z jaką pojazd jest użytkowany. Literatura: [1] ISO 4138 Steady state circular driving behavior [2] ISO 3888 Tests track for severe lane-change. Part 1:Double lane change [3] P.Stryjek, G.Motrycz, W.Pieniążek Impact of pressure loss in steerable tyre wheel on steerability of four-axle special purpose vehicle Journal Of Science Of The Military Academy Of Land Forces nr 4 (17) 213 [4] J.Ejsmont, J.Jackowski, W.Luty, G.Motrycz, P.Stryjek, B.Swieczko-Zurek Analysis of Rolling Resistance of Tires with Run Flat Insert Key Engineering Materials tom 597/214r. Streszczenie W artykule zostały przedstawione wyniki badania wpływu na kierowalności, zmiany rozkładu ciśnienia pomiędzy kolami przedniej i tylnej osi samochodu osobowotowarowego. Badania zostały przeprowadzone z użyciem robota sterującego firmy AB Dynamic SR 6 zamontowanego w samochodzie Renault Kangoo.Wykonano testy jazdy po okręgu z stopniowym zwiększaniem prędkości oraz testy podwójnej zmiany pasa ruchu przy prędkościach 3 i 4 km/h. Słowa kluczowe: samochody użytkowe, kierowalność ciśnienie w ogumieniu IMPACT OF DISTRIBUTION FRONT AND REAR AXLE TIRES PRESSURE ON VEHICLE STEERABILITY EXAMPLED ON COMMERCIAL VEHICLE Abstract The paper present results of influence tires pressure between front and rear axle of the commercial vehicle on steer ability. The measurement was made using automatic steering system SR6 from AB Dynamic company, which was used in Renault Kangoo vehicle. It was made steady state circular driving behavior test and double lane change test with speed 3 and 4 km/h. Keywords: commercial vehicles, steer ability, tire pressure 94