NIEUSTALONE STANY ZNOSZENIA BOCZNEGO OGUMIENIA KÓŁ JEZDNYCH W SYMULACJI RUCHU KRZYWOLINIOWEGO POJAZDU

Podobne dokumenty
NIEUSTALONE STANY ZNOSZENIA BOCZNEGO OGUMIENIA KÓ JEZDNYCH W SYMULACJI RUCHU KRZYWOLINIOWEGO POJAZDU

BADANIA EKSPERYMENTALNE OGUMIENIA W NIEUSTALONYCH WARUNKACH ZNOSZENIA BOCZNEGO

WYZNACZANIE PARAMETRÓW MODELU NABIEGANIA OGUMIENIA NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH

MODELOWANIE WPŁYWU NIEZALEŻNEGO STEROWANIA KÓŁ LEWYCH I PRAWYCH NA ZACHOWANIE DYNAMICZNE POJAZDU

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

Dwa w jednym teście. Badane parametry

Modelowanie wpływu niezależnego sterowania kół lewych i prawych na zachowanie dynamiczne pojazdu

Mechanika ruchu / Leon Prochowski. wyd. 3 uaktual. Warszawa, Spis treści

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

Układ kierowniczy. Potrzebę stosowania układu kierowniczego ze zwrotnicami przedstawia poniższy rysunek:

WYKORZYSTANIE OPROGRAMOWANIA ADAMS/CAR RIDE W BADANIACH KOMPONENTÓW ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

SPIS TREŚCI WPROWADZENIE... 9

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

13. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK ORAZ PRZEŁOŻENIA UKŁADU KIEROWNICZEGO

Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Andrzeja DĘBOWSKIEGO. pt. Analiza możliwości ograniczenia drgań skrętnych w układzie kierowniczym motocykla

MANEWR PODWÓJNEJ ZMIANY PASA RUCHU PRÓBA OCENY PROGRAMÓW DO REKONSTRUKCJI WYPADKÓW DROGOWYCH

Symulacyjna analiza wpływu masy pojazdu na drogę zatrzymania

Dynamika ruchu technicznych środków transportu. Politechnika Warszawska, Wydział Transportu

Politechnika Śląska. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki. Praca dyplomowa inżynierska. Wydział Mechaniczny Technologiczny

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

MODELOWANIE I SYMULACJA ZAKŁÓCENIA RUCHU SAMOCHODU W TRAKCIE WJAZDU NA PŁYTĘ POŚLIZGOWĄ STOSOWANĄ W OŚRODKACH DOSKONALENIA TECHNIKI JAZDY

Warszawa, 17 stycznia 2017r.

Nr O ROB /ID/11/1

Wyznaczanie charakterystyk opon i masowego momentu bezwładności samochodu na podstawie badań trakcyjnych

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

BADANIA GRUNTU W APARACIE RC/TS.

PODWÓJNA ZMIANA PASA RUCHU WYNIKI BADAŃ DROGOWYCH I SYMULACJI PROGRAMEM V-SIM Z WYKORZYSTANIEM DWÓCH MODELI OGUMIENIA

Symulacyjna ocena dwóch sposobów zakłócania ruchu samochodu w trakcie wjazdu na płytę poślizgową stosowaną w ośrodkach doskonalenia techniki jazdy

Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego ruchu samochodu LTV Dzik

BADANIA STATECZNOŚCI I KIEROWALNOŚCI POJAZDÓW PRZY POMOCY ROBOTA STERUJĄCEGO SR60 FIRMY ABDYNAMICS

DRGANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCJI

WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA OPORU TOCZENIA I WSPÓŁCZYNNIKA OPORU POWIETRZA

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

RÓWNANIE DYNAMICZNE RUCHU KULISTEGO CIAŁA SZTYWNEGO W UKŁADZIE PARASOLA

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

PORÓWNANIE WYNIKÓW BADAŃ DROGOWYCH Z ICH SYMULACJĄ PROGRAMEM V-SIM NA PRZYKŁADZIE EKSTREMALNEGO HAMOWANIA SAMOCHODU WYPOSAŻONEGO W UKŁAD ABS

Zakład Eksploatacji i Utrzymania Pojazdów

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Teoria ruchu pojazdów samochodowych

Transport I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 5(91)/2012

Podstawy Automatyki. Wykład 7 - obiekty regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Dynamika samochodu Vehicle dynamics

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

ANALIZA SPRĘŻYSTOŚCI PROMIENIOWEJ OGUMIENIA 14.00R20 Z WKŁADKĄ TYPU RUN-FLAT

Matematyczny opis układu napędowego pojazdu szynowego

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

MODELOWANIE DYNAMIKI POJAZDU WIELOOSIOWEGO W PROGRAMIE ADAMS/CAR MODELING OF MULTI-AXLE VEHICLE DYNAMICS IN THE ADAMS/CAR PROGRAM

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

NIEPEWNOŚĆ W OKREŚLENIU PRĘDKOŚCI EES ZDERZENIA SAMOCHODÓW WYZNACZANEJ METODĄ EKSPERYMENTALNO-ANALITYCZNĄ

WPŁYW POŁOŻENIA ŚRODKA MASY NA ZACHOWANIE SIĘ POJAZDU LTV W RUCHU KRZYWOLINIOWYM

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

BIOMECHANICZNE PARAMETRY CHODU CZŁOWIEKA PO REKONSTRUKCJI WIĘZADŁA KRZYŻOWEGO PRZEDNIEGO. Sławomir Winiarski

NAWIERZCHNIACH DROGOWYCH

Uszkodzenia Pojazdów Szynowych Wywołane Usterkami Toru Kolejowego

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

BADANIA SYMULACYJNE UKŁADU ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO W ŚRODOWISKU ADAMS/CAR SIMULATION RESEARCH OF CAR SUSPENSION SYSTEM IN ADAMS/CAR SOFTWARE

Analiza zachowania koła podczas rozpędzania i hamowania na różnych rodzajach nawierzchni prowadzona w środowisku MATLAB/SIMULINK

Eksperymentalne i modelowe badania wpływu uszkodzenia opon run flat na dynamikę hamowania wieloosiowego pojazdu specjalnego

BADANIA I MODELOWANIE DRGAŃ UKŁADU WYPOSAŻONEGO W STEROWANY TŁUMIK MAGNETOREOLOGICZNY

Symulacja pracy silnika prądu stałego

ROBOT STERUJĄCY SR60 JAKO NARZĘDZIE WERYFIKACJI MODELI SYMULACYJNYCH KIEROWALNOŚCI POJAZDÓW

Wyboczenie ściskanego pręta

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

'MAPOSTAW' Praca zespołowa: Sylwester Adamczyk Krzysztof Radzikowski. Promotor: prof. dr hab. inż. Bogdan Branowski

PODSTAWY AUTOMATYKI. Analiza w dziedzinie czasu i częstotliwości dla elementarnych obiektów automatyki.

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu Kierunek Mechanika i Budowa Maszyn Specjalność Samochody i Ciągniki

SZKOŁA POLICEALNA dla dorosłych

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

BADANIA ODKSZTAŁCEŃ DYNAMICZNYCH ROLNICZYCH OPON NAPĘDOWYCH NA GLEBIE LEKKIEJ

Procedura modelowania matematycznego

STATECZNOŚĆ POJAZDÓW POśARNICZYCH METODY BADAŃ

SYMULACYJNA OCENA PORÓWNAWCZA KIEROWALNOŚCI SAMOCHODU OSOBOWEGO W RUCHU DO PRZODU I DO TYŁU

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

Badanie właściwości dynamicznych obiektów I rzędu i korekcja dynamiczna

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń 11. Przedmowa 14

ANALIZA WPŁYWU NIERÓWNOMIERNOŚCI SIŁ HAMOWANIA NA STATECZNOŚĆ RUCHU SAMOCHODU

ZESZYTY NAUKOWE UNIWERSYTETU SZCZECIŃSKIEGO NR 689 FINANSE, RYNKI FINANSOWE, UBEZPIECZENIA NR ANALIZA WŁASNOŚCI OPCJI SUPERSHARE

Politechnika Łódzka Wydział Mechaniczny Instytut obrabiarek i technologii budowy maszyn. Praca Magisterska

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D-3

Katedra Automatyzacji Laboratorium Podstaw Automatyzacji Produkcji Laboratorium Podstaw Automatyzacji

Ćwiczenie nr 1 Odpowiedzi czasowe układów dynamicznych

Podstawy Automatyki. Wykład 5 - stabilność liniowych układów dynamicznych. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

3.DRGANIA SWOBODNE MODELU O JEDNYM STOPNIU SWOBODY(JSS)

Symulacja sygnału czujnika z wyjściem częstotliwościowym w stanach dynamicznych

Modelowanie systemów empirycznych - analiza modelu amortyzacji samochodu o dwóch stopniach swobody

SYMULACYJNA OCENA PORÓWNAWCZA ZWROTNOŚCI SAMOCHODU OSOBOWEGO W RUCHU DO PRZODU I DO TYŁU

BADANIA EKSPERYMENTALNE LEKKIEGO CZOŁGU NA BAZIE WIELOZADANIOWEJ PLATFORMY BOJOWEJ

20. BADANIE SZTYWNOŚCI SKRĘTNEJ NADWOZIA Cel ćwiczenia Wprowadzenie

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

ZAGADNIENIA STANÓW DYNAMICZNYCH TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH W WYBRANYCH NIESYMETRYCZNYCH UKŁADACH POŁĄCZEŃ

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Transkrypt:

Witold Luty Politechnika Warszawska, Wydział Transportu NIEUSTALONE STANY ZNOSZENIA BOCZNEGO OGUMIENIA KÓŁ JEZDNYCH W SYMULACJI RUCHU KRZYWOLINIOWEGO POJAZDU Rękopis dostarczono w 4.213r. Streszczenie: W pracy przedstawiono teoretyczny opis właściwości dynamicznych ogumienia kół jezdnych samochodu. Pokazano przykładowe charakterystyki dynamiczne koła ogumionego. Na podstawie wyników badań symulacyjnych przedstawiono wpływ nabiegania ogumienia na zmiany wybranych wielkości fizycznych, które charakteryzują dynamikę pojazdu w ruchu krzywoliniowym. Wykazano wpływ nabiegania ogumienia na wartości amplitudy oraz przesunięcie w czasie obserwowanych charakterystyk pojazdu. Słowa kluczowe: nabieganie ogumienia, badania symulacyjne pojazdów, dynamika poprzeczna pojazdu 1. WSTĘP Symulacja cyfrowa stanowi obecnie powszechnie stosowaną metodę badań pojazdów. Badania symulacyjne pojazdów są stosowane zarówno na etapie przygotowania prototypu, jak i w procesie oceny ich właściwości. Symulacja cyfrowa ruchu pojazdu nabiera szczególnego znaczenia w przypadku jej zastosowania w symulatorach jazdy, coraz częściej stosowanych w systemie szkolenia kierowców zawodowych czy np. operatorów maszyn roboczych, w celu podnoszenia ich kwalifikacji oraz poziomu bezpieczeństwa czynnego [6]. Ważnym elementem modelu dynamiki poprzecznej pojazdu jest przyjęty model współpracy koła ogumionego z podłożem. Siły przenoszone przez koła pojazdu determinują jego zachowanie. Zatem od przyjętego modelu współpracy koła ogumionego z podłożem zależy poziom wiarygodności wyników symulacji, w tym zachowania się symulatorów jazdy. Koło ogumione posiada szereg właściwości, które w sposób pośredni lub bezpośredni mają związek z bezpieczeństwem i komfortem jazdy samochodu [15]. Jedną z tych

właściwości jest podatność ogumienia na odkształcenia boczne pod wpływem działania siły bocznej. Skutkiem tej podatności podczas jazdy jest nabieganie koła, zwane także relaksacją (ang. relaxation). Nabieganie zachodzi w nieustalonym stanie jego znoszenia bocznego przypadkach dynamicznych zmian warunków ruchu koła. Nabieganie ogranicza tempo zmian wartości reakcji bocznej, przenoszonej przez koło ogumione. W rzeczywistych warunkach ruchu jest przyczyną spowolnienia reakcji pojazdu na dynamiczne zmiany wartości bocznych sił stycznych, przenoszonych przez koła jezdne od podłoża. W związku z tym nieuwzględnienie nabiegania ogumienia w modelu dynamiki pojazdu może pozbawić model cech typowych dla pojazdu rzeczywistego. Dotyczy to szczególnie tych przypadków ruchu krzywoliniowego pojazdu, w których wartości reakcji bocznych przenoszonych przez koła jezdne zmieniają się stosunkowo szybko. Celem niniejszej publikacji jest przedstawienie wpływu nabiegania ogumienia na wyniki symulacji wybranych testów drogowych pojazdu na tle analitycznego opisu właściwości dynamicznych ogumienia, determinujących zjawisko nabiegania. Prowadzone badania mają na celu doskonalenie modelowania współpracy ogumienia z podłożem oraz doskonalenie modelowania dynamiki pojazdu. 2. ANALITYCZNY OPIS WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH OGUMIENIA Modelowy przebieg procesu nabiegania opony, zachodzący w wyniku zadania skokowej zmiany wartości kąta znoszenia koła, przedstawiono na rysunku 1. Podczas nabiegania odkształcenie boczne opony u y narasta. Powoduje to wzrost wartości reakcji bocznej F y przenoszonej przez koło, wraz z przebytą drogą (rys.1a). a) b) d F y (t) F yu l F y F yu v d tor ruchu środka koła względem podłoża F y F y F y F y trajektoria ruchu środka śladu bieżnika opony l u y t n t Rys. 1. Istota nabiegania ogumienia; a) przebieg procesu narastania ugięcia bocznego opony u y oraz wartości przenoszonej reakcji bocznej F y podczas nabiegania ogumienia na skutek skokowej zmiany wartości kąta znoszenia d; b) przebieg zmian wartości reakcji bocznej F y w dziedzinie czasu, w wyniku skokowej zmiany wartości kąta znoszenia (v prędkość przemieszczania środka koła względem podłoża; l przemieszczenie środka koła względem podłoża; u y ugięcie boczne powłoki opony, F y reakcja boczna, przenoszona przez koło, F yu wartość reakcji bocznej, przenoszonej przez koło w ustalonych warunkach ruchu)

Siła ta narasta aż do osiągnięcia takiej wartości F yu, jaką koło przenosi w ustalonych warunkach znoszenia bocznego. Przedstawiony proces narastania wartości reakcji bocznej w nieustalonych warunkach znoszenia bocznego koła może być opisany przy pomocy modelu znanego, jako IPGTIRE [18]. Jest opisany równaniem, charakterystycznym dla typowego elementu inercyjnego I rzędu [17]: ( ) ( ) (1) gdzie: F yu reakcja boczna przenoszona przez koło w ustalonych warunkach ruchu, F y (t) chwilowa wartość reakcji bocznej przenoszonej przez koło, w procesie jego nabiegania, F (t) pochodna zmian wartości reakcji bocznej F y y w funkcji czasu, t n czas nabiegania, stała czasowa równania. Czas nabiegania t n jest to właściwie stała czasowa, która charakteryzuje tempo podążania wartości reakcji bocznej F y (t), za zmianami wartości reakcji bocznej F yu (rys. 1b). W modelu współpracy koła z podłożem można stosować inną postać formuły, po wprowadzeniu w miejsce czasu nabiegania zależności: (2) W efekcie uzyskuje się następującą postać formuły IPG TIRE: 67 ( ) ( ) (3) gdzie: L n droga nabiegania, określona w dziedzinie przemieszczenia w kierunku wzdłużnym, v x wzdłużna składowa prędkości środka koła względem podłoża. Dzięki znanej wartości długości drogi nabiegania opony L n można zastosować model IPGTIRE w badaniach symulacyjnych pojazdu, jako element modelu współpracy koła ogumionego z podłożem. Długość nabiegania jest charakterystyczna dla typu opony oraz dla warunków ruchu koła. Opisanie właściwości ogumienia w warunkach nabiegania równaniem typowym dla elementu inercyjnego I rzędu umożliwia określenie jego właściwości dynamicznych. Z punktu widzenia analizy dynamiki ogumienia, wartość reakcji bocznej F yu jest wymuszeniem, a chwilowa wartość tej siły F y (t) jest odpowiedzią. Moduł transmitancji elementu inercyjnego I rzędu, z uwzględnieniem współczynników równania 1 można zapisać, jako: a kąt fazowy, jako ( ) (4)

( ) ( ) (5) Uwzględniając postać równania 3 oraz wprowadzając, jako wymuszenie wartość reakcji bocznej F yu, którą koło może osiągnąć w ustalonych warunkach ruchu otrzymano funkcje charakterystyk dynamicznych koła ogumionego w nieustalonym stanie znoszenia bocznego. Są to charakterystyki: amplitudowo częstotliwościowa (acz) fazowoczęstotliwościowa (fcz) ( ) ( ) (6) ( ) ( ) (7) Na podstawie otrzymanych równań (6 i 7) można określić podstawowe właściwości dynamiczne koła ogumionego w dziedzinie częstotliwości z uwzględnieniem zmian warunków ruchu koła. Charakterystyki acz i fcz koła ogumionego w warunkach nabiegania przedstawiono na rysunku 2. Charakterystyki wyznaczono na podstawie typowych danych dla opon samochodu ciężarowego średniej ładowności, z uwzględnieniem zmian warunków ruchu koła [9,1,11]. a) charakterystyka odporności ogumienia na znoszenie boczne F yu (d) F yu, N 16 12 8 A(F y ), N 16 12 8 b) charakterystyka acz i fcz dla różnych wartości kąta znoszenia d d kąt znoszenia d 2 st. 4 st. 6 st. A(F y ), N 16 12 8 c) charakterystyka acz i f cz dla kąta znoszenia d=4 O przy różnych wartościach długości drogi nabiegania L n ogumienia Ln=.4 m Ln=.8 m Ln=1.2 m A(F y ), N 16 12 8 d) charakterystyka acz i fcz dla kąta znoszenia d=4 O przy różnych prędkościach toczenia koła v x v x vx=1 m/s vx=2 m/s vx=3 m/s 4 4 4 L n 4 2 4 6 8 112 14 d, O 4 8 12 16 f, Hz 5 1 15 f, Hz 5 1 15 f, Hz f(fy), p..1 5 1 15 f, Hz f(fy), p..1 5 1 15 f, Hz f(fy), p..1 5 1 15 f, Hz.2.3.4.2.3.4.5.5.5 Rys. 2. Charakterystyki dynamiczne koła ogumionego w warunkach nabiegania, jako elementu inercyjnego I rzędu; A(F y ) amplituda oscylacji wartości reakcji bocznej F y przenoszonej przez koło w funkcji częstotliwości oscylacji f, f(f y ) kąt przesunięcia fazowego, przenoszonej przez koło reakcji bocznej F y w funkcji częstotliwości oscylacji L n.2.3.4 v x Interpretacja przedstawionych charakterystyk jest następująca. Wymuszeniem są oscylacyjne zmiany warunków ruchu koła, które wywołują oscylacje wartości

przenoszonej reakcji bocznej F yu. Mogą to być np. oscylacyjne zmiany wartości kąta znoszenia d albo obciążenia normalnego koła F z [8,14,2]. Amplituda oscylacji wartości reakcji bocznej A(F y ) oraz kąt jej przesunięcia fazowego f(f y ) są odpowiedzią układu, która zmienia się wraz ze wzrostem częstotliwości wymuszenia f. Największa wartość amplitudy reakcji bocznej A(F y )= F yu oraz najmniejsza wartość przesunięcia fazowego f(f y )= są osiągane przy częstotliwości f= Hz, a więc w ustalonych warunkach znoszenia bocznego koła. Na podstawie przedstawionych charakterystyk można stwierdzić, że w wyniku nabiegania ogumienia, amplituda zmian wartości reakcji bocznej F y przenoszonej przez koło jednoznacznie zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości wymuszenia tych zmian. Wraz ze wzrostem częstotliwości wymuszenia wyraźnie rośnie kąt przesunięcia fazowego, a więc przesunięcie w czasie oscylacji przenoszonej reakcji bocznej. Jednocześnie widoczne są wyraźne zmiany przebiegów charakterystyk acz i fcz pod wpływem zmian warunków ruchu koła, w tym: zmiana wartości amplitudy zadawanej reakcji bocznej F yu (w tym przypadku poprzez zmianę wartości kąta znoszenia koła d) powoduje zmiany przebiegów charakterystyk acz, ale nie zmienia przebiegu zmian kąta przesunięcia fazowego (rys. 2 b), wzrost długości drogi nabiegania L n koła powoduje wyraźne obniżenie amplitudy oraz przyrost kąta przesunięcia fazowego reakcji bocznej F y przenoszonej przez koło, przyrost prędkości toczenia koła wywołuje istotne zwiększenie amplitudy oraz zmniejszenie przesunięcia fazowego reakcji bocznej F y przenoszonej przez koło. 3. OCENA WPŁYWU NABIEGANIA OGUMIENIA NA WYNIKI SYMULACJI DYNAMIKI POJAZDU W WYBRANYCH TESTACH DROGOWYCH W celu dokonania oceny wpływu nabiegania ogumienia na wyniki symulacji ruchu pojazdu przeprowadzono badania symulacyjne. Schemat przyjętego modelu dynamiki pojazdu opracowany na podstawie układu konstrukcyjnego samochodu ciężarowego średniej ładowności przedstawiono na rysunku 3. Spośród 1 stopni swobody, w modelu dynamiki pojazdu uwzględniono możliwość ruchu obrotowego bryły nadwozia oraz osi jezdnych wokół osi podłużnej pojazdu. Dla uniknięcia dodatkowych zależności nie uwzględniono podatności oraz luzów w układzie kierowniczym. Skręt koła kierownicy jest jednoznacznie związany ze skrętem kół kierowanych. Model współpracy koła ogumionego z podłożem umożliwia wyznaczenie wartości reakcji stycznych oraz momentów przenoszonych przez koło w ustalonych warunkach ruchu. Natomiast, jako model nabiegania ogumienia wykorzystano przedstawiony wcześniej model IPGTIRE. Ocenę wpływu nabiegania ogumienia na wyniki symulacji dynamiki pojazdu dokonuje się najczęściej na podstawie zmian prędkości kątowej odchylania bryły nadwozia od kierunku jazdy [1,7, 22].

a) b) c) r d1 Mkx Z k F za c sp Z 1 a 1 a 2 Z 2 Y 2 F za M kx Z k X k X k M kz Y 1 M kz g 1 X 1 m 1, Iz M kz X k M kz Y G X k X G O G Y Y K M ky X K M w przednia oś jezdna F y d s F x X X k kz M s M= M kx Rys. 3. Model fizyczny pojazdu, na podstawie którego dokonano opisu matematycznego dynamiki pojazdu w ruchu krzywoliniowym; a) widok z przodu z przednią osią jezdną; b) widok z góry; c) układ sił i momentów przenoszonych przez koło, przedstawiony na przykładzie lewego przedniego koła modelu pojazdu Jednak, oprócz oceny kierowalności pojazdu, interesujący jest również wpływ nabiegania ogumienia na dynamikę wybranych elementów struktury przyjętego modelu. Zatem zakres badań zależy od celu badań, ale również jest związany ze strukturą przyjętego modelu dynamiki poprzecznej pojazdu [1,12,13,17,21]. Do analizy wpływu nabiegania ogumienia na wyniki symulacji ruchu krzywoliniowego pojazdu wybrano następujące wielkości fizyczne: prędkość kątowa odchylania bryły nadwozia od kierunku jazdy, jako wielkość charakteryzująca odpowiedź modelu na zadane wymuszenie, przyśpieszenie kątowe odchylania bryły nadwozia od kierunku jazdy, jako miara momentu odchylania pojazdu od kierunku ruchu, działającego od kół jezdnych, przyśpieszenie poprzeczne w środku masy bryły nadwozia, jako wielkość charakteryzująca odpowiedź modelu na zadane wymuszenie od kół jezdnych uwzględniająca również chwilowe zmiany kąta przechyłu nadwozia. Wpływ nabiegania ogumienia na wyniki badań symulacyjnych pojazdu oceniano na podstawie dynamicznych testów typu otwartego, w tym: testu dynamicznego skrętu koła kierownicy, zgodny z normą ISO [2], testu impulsowego skrętu koła kierownicy test ten, choć nieznormalizowany, zakłada wprowadzenie chwilowego, dynamicznego wymuszenia skrętu kół kierowanych [5], Dodatkowo zrealizowano test sinusoidalnego skrętu koła kierownicy, zgodny z normą ISO [3], ale z wielokrotnym powtórzeniem sinusoidy. Badania wykonano przy wymuszeniu skrętu koła kierownicy z częstotliwością 1.22 Hz oraz 3 Hz. Symulacje testów pojazdu przeprowadzono w różnych wariantach: bez modelu nabiegania ogumienia, czyli z długością drogi nabiegania L n = (Ln), z modelem nabiegania ogumienia z długością drogi nabiegania o wartości typowej dla opony samochodu ciężarowego (Ln1), z modelem nabiegania ogumienia z długością drogi nabiegania o podwójnej i poczwórnej wartości drogi nabiegania (Ln2 i Ln4).

Wartości długości drogi nabiegania przyjęto na podstawie przeprowadzonych badań eksperymentalnych ogumienia w warunkach laboratoryjnych [9,11]. Zwiększone wartości długości drogi nabiegania L n przyjęto w celu rozszerzenia zakresu badań. W rzeczywistości przyjęcie znacznie różniących się wartości długości drogi nabiegania jest możliwe np. w przypadku zmiany wartości ciśnienia powietrza w kole czy obciążenia normalnego koła. Również zastosowanie uproszczonych metod oszacowania długości drogi nabiegania może prowadzić do znacznych różnic pomiędzy otrzymanymi wartościami tej wielkości [1,4,16,21]. Wyniki badań symulacyjnych przedstawiono na rysunku 4. a) test dynamicznego skrętu koła kierownicy b) test impulsowego skrętu koła kierownicy a) wymuszenie kąt skrętu koła kierownicy d h, rad 4. 3. 2. wymuszenie 5st./s 1...2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8 b) prędkość kątowa odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g 1', 1/s.25 c) przyśpieszenie kątowe odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g 1'', 1/s 2 1.1.9.7.5.3.1.1..2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8.3 d) przyśpieszenie poprzeczne w środku masy bryły nadwozia a 1y, m/s 2 4. 3. 2. 1..2.15.1.5..5..2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8.1 model bez nabiegania (Ln) model z nabieganiem (Ln1) model z nabieganiem (Ln2) model z nabieganiem (Ln4)..2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8 45 4 35 3 25 a) wymuszenie kąt skrętu koła kierownicy d h, rad 4 3 2 1.2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8 b) prędkość kątowa odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu 2 g 1', rad/s 15.25 1 model bez nabiegania (Ln).2 model z nabieganiem (Ln1) 5.15 model z nabieganiem (Ln2).1 model z nabieganiem (Ln4) 35 45.5 55 65 75 85..5.2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8.1 c) przyśpieszenie kątowe odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g 1'', rad/s 2 1.5 1..5.5 1. 1.5..2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8 d) przyśpieszenie poprzeczne w środku bryłu nadwozia a 1y, m/s 2 4. 3. 2. 1. 1. 2...2.4.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8 Rys. 4. Wybrane wyniki symulacji ruchu pojazdu podczas realizacji testów drogowych; a) test dynamicznego skrętu koła kierownicy; b) test impulsowego skrętu koła kierownicy (prędkość jazdy v=8 km/h) Wyniki symulacji wykazały, że wprowadzenie nabiegania w modelu współpracy koła z podłożem, w tym także wydłużenie drogi nabiegania L n powoduje (rys. 4): spowolnienie narastania wartości obserwowanych wielkości fizycznych charakteryzujących dynamikę pojazdu w ruchu krzywoliniowym, w fazie narastania wartości wymuszenia to skutkuje zmniejszonymi wartościami tych wielkości, spóźnioną reakcję modelu na ustalenie wartości wymuszenia (w tym przypadku kąta skrętu kierownicy) to skutkuje wyraźnym przesunięciem w czasie osiąganych wartości ekstremalnych. Jednak wpływ wprowadzenia relaksacji ogumienia na wartości ekstremalne obserwowanych wielkości fizycznych jest niejednoznaczny. Na przykład w teście dynamicznego skrętu koła kierownicy osiągnięto wyraźny przyrost wartości ekstremalnych prędkości kątowej odchylania, zmniejszenie wartości ekstremalnych przyśpieszenia t [s] t [s] t [s]

kątowego oraz nieznaczne zmiany wartości ekstremalnych przyśpieszenia poprzecznego w środku masy bryły nadwozia. Z kolei w teście impulsowego skrętu koła kierownicy osiągnięto zmniejszenie ekstremalnej wartości prędkości kątowej odchylania dla największej długości drogi nabiegania (Ln4), a także wyraźne zmniejszenie ekstremalnych wartości przyśpieszenia poprzecznego w środku masy bryły nadwozia wraz ze wzrostem długości drogi nabiegania. Wyniki dodatkowych badań symulacyjnych wykazały przesunięcie w czasie przebiegów obserwowanych wielkości fizycznych pod wpływem wprowadzenia nabiegania ogumienia względem tych uzyskanych bez nabiegania (rys. 5). a) częstotliwość wymuszenia 1.22 Hz b) częstotliwość wymuszenia 3 Hz a) wymuszenie kąt skrętu koła kierownicy d H, rad początek kolejnego cyklu sinusoidy wymuszenia 2. 1.. 1. 2. 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3. b) prędkość kątowa odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g', rad/s Ln Ln1.3 Ln2 Ln4 D t.2.1.1.2 1.4 1.6 1.8 2. 2.2 2.4 2.6 2.8.3 c) przyśpieszenie kątowe odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g'', rad/s 2 2. 1. 1. 2. +D t 1.4 1.6 1.8 2. 2.2 2.4 2.6 2.8 d) przyśpieszenie poprzeczne w środku bryły nadwozia a 1y, m/s 2 2. 1. 1. 2. 3. +D t D t 1.4 1.6 1.8 2. 2.2 2.4 2.6 2.8 a) wymuszenie kąt skrętu koła kierownicy d h, rad początek kolejnego cyklu sinusoidy wymuszenia 2. 1.. 1. 2. 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 3. b) prędkość kątowa odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g', rad/s D t Ln Ln1.3 Ln2 Ln4.2.1.1.2 1.6 1.7 1.8 1.9 2. 2.1 2.2.3 c) przyśpieszenie kątowe odchylania bryły nadwozia od kierunku ruchu g'', rad/s 2 +D t 2. 1. 1. 2. D t 1.6 1.7 1.8 1.9 2. 2.1 2.2 d) przyśpieszenie poprzeczne w środku bryły nadwozia a 1y, m/s 2 +D t 2. 1. 1. 2. 3. D t 1.6 1.7 1.8 1.9 2. 2.1 2.2 Rys. 5. Wybrane wyniki symulacji ruchu pojazdu podczas realizacji testu sinusoidalnego wymuszenia skrętu koła kierownicy; +Dt dodatnie przesunięcie sygnału w czasie względem wymuszenia (wyprzedzenie fazowe), Dt ujemne przesunięcie sygnału w czasie względem wymuszenia (opóźnienie fazowe) Wprowadzenie nabiegania ogumienia w tym także zwiększenie długości drogi nabiegania L n wyraźnie zwiększa przesunięcie w czasie obserwowanych przebiegów. Jednak można zauważyć, że: w przypadku prędkości kątowej oraz przyśpieszenia odchylania, przy powolnych zmianach kąta skrętu koła kierownicy (1.22 Hz) osiągnięto wyraźny przyrost, a przy szybszych zmian kąta skrętu kierownicy (3Hz) zmniejszenie wartości amplitudy zmian tych wielkości, wraz z wprowadzeniem nabiegania ogumienia oraz wydłużeniem drogi nabiegania L n, w przypadku przyśpieszenia poprzecznego w środku masy bryły nadwozia można zaobserwować zmniejszanie wartości amplitudy tej wielkości wraz ze zwiększaniem

długości drogi nabiegania zarówno podczas powolnego jak i szybkiego skręcania kołem kierownicy, przebiegi niektórych wielkości zmieniły przesunięcie fazowe względem sygnału wymuszenia z dodatniego, wyprzedzającego (+Dt) na ujemne, opóźnione (Dt) względem sygnału wymuszenia. 3. PODSUMOWANIE Zgodnie z oczekiwaniami wprowadzenie nabiegania ogumienia, a także zwiększanie długości drogi nabiegania powoduje przesunięcie w czasie odpowiedzi modelu dynamiki pojazdu. Zmiany wielkości fizycznych, charakteryzujących dynamikę pojazdu w ruchu krzywoliniowym z reguły podążają za sygnałem wymuszenia z określonym przesunięciem fazowym, które rośnie wraz z wydłużeniem drogi nabiegania L n opony. Nie jest jednak regułą, że wraz z wprowadzeniem nabiegania ogumienia, amplitudy zmian tych wielkości zmniejszają się. Na podstawie obserwacji wyników badań można stwierdzić, że wpływ wprowadzenia nabiegania ogumienia na wyniki symulacji dynamiki pojazdu w ruchu krzywoliniowym zależy zarówno od charakteru wymuszenia jak i właściwości samego modelu pojazdu. Istotne jest zarówno tempo wymuszenia jak i wrażliwość struktury modelu pojazdu na określony typ wymuszenia. Konieczne jest wykazanie wpływu wprowadzenia nabiegania ogumienia na zachowanie się modelu pojazdu w szerokim zakresie zmian częstotliwości wymuszenia tzn. warunków ruchu kół jezdnych podczas jazdy po łuku drogi. Bibliografia 1. Heydinger G. J., Garrot W. R., Chrstos J. P., Guenther D. A.: The dynamic effect of Tire Lag on simulation yaw rate predictions. Journal of dynamic systems, measurement and control. Junae 1994, vol. 116/249. 2. ISO DIS 741: Road Vehicles Lateral Transient Response Test Method. 1986. 3. ISO TR 8725: Road Vehicles Transient OpenLoop Response Test Method with One Period of Sinusoidal Input. 1988. 4. Loeb J. S., Guenther D. A., Chen H. H. F., Ellis J. R.: Lateral stiffness, cornering stiffness and relaxation length of the pneumatic tire. SAE Paper 9129, 199. 5. Lozia Z., Guzek M.: Metody badań stateczności i kierowalności pojazdów samochodowych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Transport z. 34, 1995r. 6. Lozia Z., Symulatory jazdy samochodem w zastosowaniach prowadzących do podniesienia bezpieczeństwa ruchu drogowego. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport. Zeszyt 52, 23 r. Str. 141 156. 7. Lozia Z.: Ocena roli stanów nieustalonych ogumienia w badaniach dynamiki poprzecznej samochodu. VII Międzynarodowe Sympozjum Instytutu Pojazdów Mechanicznych. WAT Warszawa, 1999r. 8. Luty W., An analysis of tire relaxation in conditions of the wheel side cornering angle oscillations. Journal of Kones Powertrain and Transport.. 18, No. 1, 211, str. 333343. 9. Luty W.: Analiza nabiegania ogumienia nowych konstrukcji podczas toczenia ze znoszeniem bocznym w quasistatycznych warunkach ruchu. Praca zbiorowa pt. Analiza wpływu ogumienia nowych konstrukcji na bezpieczeństwo samochodu w ruchu krzywoliniowym. Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 29r. ISBN9788361486213, str.1926. 1. Luty W.: Analiza właściwości ogumienia samochodu ciężarowego w nieustalonym stanie znoszenia bocznego. Zeszyty Naukowe Politechniki Warszawskiej 3(38/).

11. Luty W.: Analiza właściwości ogumienia samochodu ciężarowego w nieustalonym stanie znoszenia bocznego. Zeszyty Naukowe Politechniki Warszawskiej 3(38/). 12. Luty W.: Analiza wpływu nabiegania ogumienia na wybrane wyniki symulacji ruchu samochodu w teście dynamicznego skrętu kół kierowanych. Prace Naukowe, Transport. Politechnika Warszawska z.63, 27r. 13. Luty W.: Analiza wpływu nieustalonych stanów znoszenia bocznego ogumienia na wyniki badań symulacyjnych w teście dynamicznej zmiany kąta skrętu kół kierowanych. ΠРОГРЕСС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И СИСТЕМ 29, Wołgogradzki Państwowy Uniwersytet Techniczny Wołgograd, 29, str. 127137. 14. Luty W.: Badania eksperymentalne ogumienia w nieustalonych warunkach znoszenia bocznego, wywołanych zmianami obciążenia normalnego koła. Materiały konferencyjne. VIII Międzynarodowa konferencja naukowotechniczna Problemy bezpieczeństwa w pojazdach samochodowych, Kielce, 6 8.2.212. 15. Luty W.: Badania eksperymentalne oraz opis analityczny właściwości ogumienia samochodów. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 1(77)/21, str. 726. 16. Luty W.: Wyznaczanie parametrów modelu nabiegania ogumienia na podstawie wyników badań eksperymentalnych. Postępy Nauki i Techniki nr 14, 212. 17. Rill G.: First order tire dynamics. III European Conference on Computational Mechanics Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering C.A. Mota Soares et.al. (eds.) Lisbon, Portugal, 5 8 June 26. 18. Schieschke R., Hiemenz R.: The relevance of tire dynamics in vehicle simulation. XXIII FISITA Congress, Torino, Italy. May 711, 199. 19. Schuring, D. and Gusakov, I., "Tire Transient Force and Moment Response to Simultaneous Variations of Slip Angle and Load," SAE Technical Paper 7632, 1976. 2. Takahashi T., Pacejka H. B., Cornering on uneven roads. Supplement to Vehicle System Dynamics, Vol. 17 (1988). 21. Von Yong Qiang Wang, Gnadler R., Schieschke R.: Einlaufverhalten und relaxationslänge von automobliraifen. ATZ 96/1994. 22. Walczak S., Wpływ właściwości dynamicznych modelu ogumienia na dynamikę poprzeczną samochodu. Czasopismo techniczne Mechanika. Politechnika Krakowska, 3M/212, Zeszyt 8. TIRE TRANSIENT PROPERTIES IN SIMULATION OF VEHICLE LATERAL DYNAMICS IN CURVILINEAR MOTION Summary: The paper presents a theoretical description of the dynamic properties of vehicle tired wheels. Dynamic characteristics of tired wheel have been shown. Based on the simulation results the effect of tire relaxation on changes in selected physical quantities that characterize the vehicle dynamics has been presented. Keywords: tire relaxation, modeling of tireroad interaction, vehicle dynamics