Diplomová práce v úvodu vysvětluje stručně pojem jízdní stabilita, vysvětluje související pojmy v této oblasti, zabývá se problematikou zkoušení a hodnocení ovladatelnosti vozidel. Popisuje rozdíl mezi subjektivními a objektivními zkouškami ovladatelnosti vozidel.
Následující kapitola je věnována názvosloví směrové dynamiky vozidel, jde o definice pojmů a pohybů vozidla, používaných při zkouškách ovladatelnosti vozidel, citovaných z normy ČSN 30 0034 (Názvosloví směrové dynamiky).
Ve třetí kapitole jsou popsány a vysvětleny, v rozsahu umožňujícím diplomová práce, veličiny mající základní význam pro posouzení ovladatelnosti vozidel, jako je rychlost jízdy, příčné a podélné zrychlení, úhel stáčení a úhlová rychlost stáčení, úhel směrové úchylky těžiště, úhel směrové úchylky přední a zadní nápravy, úhel natočení volantu, úhel klopení a klonění vozidla. Jsou zde popsány základní definice přetáčivosti a nedotáčivosti při zatáčení vozidla po kruhové dráze, charakteristiky zatáčivosti a pro každou veličinu uvedeny vhodné snímače pro jejich měření při jízdních zkouškách.
Čtvrtá kapitola se věnuje směrové stabilitě vozidla, vysvětluje meze přilnavosti, skluz a prokluz, maximální přenesitelné síly mezi kolem a vozovkou. Je zde stručně popsán princip a funkce stabilizačního systému vozidel.
Kapitola pět popisuje všeobecné zkušební podmínky pro zkoušky směrové dynamiky vozidel, dané normou SAP ONA 30 0750.
V šesté kapitole se dostáváme k návrhu a popisu metodik jednotlivých zkoušek pro ověřování a vyhodnocování jízdní stability vozidel. Jsou zde popsány jednotlivé postupy, uvedeny měřené veličiny a způsob vyhodnocení zkoušek.
Kapitola sedm je věnována měřící technice používané při zkouškách směrové stability vozidel, stručně popisuje jejich princip. Jsou zde také popsány snímače pro regulaci jízdní dynamiky používané systémem ESP firmy BOSCH a konkrétní údaje o měřících senzorech firmy CORRSYS-DATRON.
Osmá kapitola je experimentální částí práce, tj. v našem případě měření veličin charakterizujících jízdní vlastnosti a chování vozidla v určitých jízdních manévrech.
Pro splnění úkolu zadání diplomové práce, což je porovnání chování vozidla s a bez užití stabilizačního systému, byla zvolena rozšířená zkouška jízdy po kruhové dráze o poloměru R=50 m při různém huštění pneumatik, na zkušebním polygonu firmy Škoda-Auto a.s., vozem Škoda Octavia Tour 1,9 TDI 81 kW. Bylo provedeno celkem 20 jízd po kruhové dráze (viz odstavec 8.3). Výsledkem těchto jízd jsou grafy závislostí úhlu natočení volantu βV na bočním zrychlení ayb (tzv. charakteristiky zatáčivosti). Tyto charakteristiky jsou vytvořeny způsobem popsaným v odstavci 8.3 a zobrazeny v Příloze č.1. Vzhledem k tomu, že se zkušebna GQM 3, v jejíž spolupráci se měření provádělo, těmito zkouškami nezabývá a tuto zkoušku jsme tedy prováděli prvně, jsou pro bližší upřesnění průběhů každé jízdy uvedeny za všemi charakteristikami zatáčivosti i časové průběhy měřených veličin (rychlosti
že i tato zdánlivě „jednoduchá“ zkouška potřebuje určitou zkušenost a nacvičení, aby byla dobře metodicky zvládnutá. Mnoho nových poznatků jsme získali až po zpracování měřených signálů, ze kterých vyplývá, že se při dalších měření musí dát velký pozor na zvolené podélné zrychlení vozidla, dbát na to, aby se toto zrychlení při všech jízdách co nejméně lišilo, důležité je zvolit takovou hodnotu tohoto zrychlení, aby bylo možné považovat pohyb vozidla v každém okamžiku za ustálený (co možná nejnižší), vhodné by bylo použít programovatelné ovládání akcelerátoru.
Dále dbát na to, aby se zkušební řidič rozjížděl z ustavené polohy vozidla na kruhové dráze a tím i s počátečním úhlem natočení volantu odpovídajícím poloměru kruhové dráhy při rychlostech . V neposlední řadě je důležité co nejpřesněji sledovat vyznačenou kruhovou dráhu s minimálními odchylkami, při zkoušce by bylo vhodné měřit a zaznamenávat okamžitý poloměr kruhové dráhy vozidla a zkoušku prohlásit za platnou jen v případě malých odchylek od vyznačeného poloměru.
→0 vx
Jak již bylo řečeno, tak jsme se při našem měření dopustili řady nepřesností, způsobených nedostatečným nacvičením manévru, kterých by jsme se při dalších měření jistě vyvarovali. Vzhledem k velké časové náročnosti zkoušek, velkým finančním nákladům těchto zkoušek (např. opotřebování pneumatik po zkoušce bylo takové, že by se pro další zkoušky nedaly použít, bylo zapotřebí třech zkušených osob, atd.) a velké časové vytíženosti oddělení GQM 3 jsem opakované měření neprovedli, neboť pro náš úkol, což bylo porovnat chování vozidla s a bez užití stabilizačního sytému, jsou dosažené výsledy dostačující. Stabilizační systém vozidla (viz kap. 4.3) zasahuje až v oblasti mezního stavu, kdy je zjištěna odchylka skutečného stavu vozidla, zjištěného z čidel příčného zrychlení a koeficientu otáčení vozidla, od optimálního jízdního chování vozidla, vypočteného z čidel otáček kol a z čidla úhlu natočení volantu. Do zásahu stabilizačního systému se tedy vozidlo s ESP chová stejně jako bez ESP, jednotlivé charakteristiky zatáčivosti (viz Příloha č. 1) by se tedy v optimálním případě a při stejném nastavení vozidla v této oblasti měly shodovat.
Z jednotlivých charakteristik zatáčivosti je vidět, že při aktivním stabilizační systém ESP a ve všech případech nastavení vozidla (huštění pneumatik) pomáhá stabilizační systém ESP svými zásahy „přiřizovat“ vozidlo, tak že pro dosažení určitého bočního zrychlení na dané kruhové dráze je zapotřebí menší úhel natočení volantu než v případě, kdy je systém stabilizace jízdy vypnut.
Pro názornou ukázku tohoto jevu byly vypracovány dva sloupcové grafy (viz graf 8.1 a 8.2) ve kterých jsou zobrazeny poměry hodnot průměrů bočního zrychlení a yb ku průměrům úhlu natočení volantu βV v oblasti mezního stavu jízdy vozidla (docházelo ke smyku vozidla, či ztrátě kontaktu některého z kol s vozovkou – pasivní ESP, nebo docházelo k regulaci jízdy systémem ESP a tento systém nám již neumožňoval další nárůst rychlosti jízdy a tím i další zvýšení bočního zrychlení). Dle požadavků na mezné boční zrychlení, vyplývajících z kapitoly 6.2 (Jízda po kružnici při různé adhezi a různém huštění pneumatik), tedy že v jeho oblasti smí být kolísání rychlosti jízdy nejvýše ±2 km/h a kolísání úhlu natočení volantu méně než ±10° po dobu nejméně jedné sekundy, byl z každého časového průběhu měřených veličin
vytyčen časový interval splňující tyto vlastnosti. Tabulka těchto intervalů s vypočtenými průměrnými hodnotami bočního zrychlení a , podélné rychlosti yb v a x úhlu natočení volantu βV v tomto intervalu je v Příloze č. 1-31, pro ukázku splnění požadavků na mezné hodnoty bočního zrychlení jsou zde uvedeny i minimální a maximální hodnoty podélné rychlosti a úhlu natočení volantu (v tomto intervalu).
Hodnoty v námi zvoleném intervalu budeme považovat za hodnoty při ustáleném stavu jízdy na kruhové dráze (vx =konst), poměr
V
ayb
β pak nazýváme statickým ziskem bočního zrychlení (a je statická odezva vozidla na natočení volantu yb βV ).
Vzrůstající hodnota statického zisku bočního zrychlení ukazuje, že pro dosažení určitého bočního zrychlení potřebujeme menší úhel natočení volantu a naopak.
Tabulka vypočtených hodnot statických zisků bočního zrychlení je v Příloze č. 1-32.
Z grafu 8.1 a 8.2 je vidět vyrovnanost statických zisků bočního zrychlení při aktivním systému ESP oproti statickým ziskům bočního zrychlení při vypnutém stabilizačním systému ESP. Z vyrovnanosti hodnot statických zisků bočního zrychlení při aktivním systému ESP vyplývá, že systém ESP svými zásahy do brzdové soustavy vozidla opravdu pomáhá „přiřizovat“ vozidlo, koriguje tak nedotáčivé či přetáčivé chování vozidla (v našem případě nedotáčivé) a neakceptováním dalšího požadavku zvýšení rychlosti vozidla na kruhové dráze zabrání případnému smyku či překlopení vozidla. Důležité je, že systém ESP správně reaguje i při změněném huštění pneumatik, neboť změnou tlaku vzduchu v pneumatice při konstantním svislém zatížení kola se mění směrová tuhost pneumatiky a tím i velikost směrové úchylky kola (viz kapitola 3.6). Vyšší tlak vzduchu v pneumatice při konstantním svislém zatížení kola zvyšuje směrovou tuhost pneumatiky a tím zmenšuje směrovou úchylku kola a naopak.
Podíváme-li se z tohoto pohledu na vyčnívající statické zisky bočního zrychlení při huštění pneumatik 120/80 (přední náprava/zadní náprava) při obou směrech stáčení a vypnutém systému ESP, pak je zřejmé že snížením tlaku vzduchu v pneumatikách na zadní nápravě vzrostla hodnota směrové úchylky zadních kol, na přední nápravě tomu je naopak, z obr. 3.4 pak vyplývá že se sníží okamžitý poloměr zatáčení R vozidla, abychom sledovali vyznačený poloměr kruhové dráhy musíme tedy zmenšit úhel natočení volantu (úhel rejdu). Z ostatních statických zisků příčného zrychlení při vypnutém stabilizačním systémem ESP je patrné, že pro udržení kruhové dráhy musíme uhel natočení volantu daleko více zvětšovat než při aktivním systému ESP, při vypnutém stabilizačním systému ESP můžeme dále zvyšovat rychlost jízdy vozidla, tím narůstá úhel natočení volantu, vozidlo se dostává za mez stability a dochází ke smyku, případně překlopení vozidla.
Zajímavé je sledovat velikost hodnot statických zisků příčného zrychlení při obou směrech stáčení, kdy je při stáčení vpravo dosahováno menších hodnot než při stáčení vlevo, to je způsobeno nepřesným sledováním vyznačené kruhové dráhy. Při stáčení vpravo jezdil zkušební řidič na menším poloměru než při stáčení vlevo (čím menší poloměr kruhové dráhy tím větší úhel natočení volantu). Pro ustálený stav jízdy po kruhové dráze platí
R ay vx
2
= , odkud byl vypočten poloměr kruhové dráhy R
kterých je zapotřebí se příště vyvarovat. Tyto rozdíly nám celé měření dosti znehodnocují, ale to nic nemění na skutečnosti, že v chování vozidla s aktivním ESP a pasivním ESP jsou patrné značné rozdíly, vycházející jednoznačně kladně pro použití stabilizačního systému ESP.
Pro zpřesnění výsledků by bylo zapotřebí nejen přesně sledovat vyznačenou kruhovou dráhu, ale také měřit směrové úchylky kol, pro jednoznačné určení meze smyku a tedy i intervalu hodnot v mezním stavu jízdy. Zvolení intervalu má totiž velký vliv na hodnotu statického zisku bočního zrychlení. Dále by bylo vhodné započítat vliv polohy snímače bočního zrychlení, viz odstavec 3.3 .
Aby bylo možné konkrétně popsat a hodnotit jízdní chování vozidla, popřípadě porovnat dvě a více vozidel v jízdních manévrech, bylo by nutné měřit další důležité veličiny popisující jejich okamžitý stav, jako např.:
úhel klopení vozidla úhel stáčení vozidla
směrové úchylky těžiště, přední a zadní nápravy úhlovou rychlost stáčení vozidla
úhel klonění vozidla
Na měření těchto veličin bohužel není zkušebna GQM 3 vybavena potřebným měřícím zařízením, viz kapitola 7.
Ze získaných výsledků, charakteristik zatáčivosti, je tedy možno konstatovat, že při porovnání jízdního chování vozidla s užitím stabilizačního systému ESP a bez užití stabilizačního systému ESP, můžeme jednoznačně doporučit jeho používání.
Z výsledků měření se dá také usuzovat, že odhad odborné motoristické veřejnosti, že by se při hromadném užívání tohoto systému mohla snížit nehodovost až o 10 % by mohl být správný, neboť velké množství nehod je způsobeno nezvládnutím způsobu jízdy. Což by znamenalo úsporu nemalých finančních prostředků a hlavně toho nejcennějšího co člověk má, života. Toho si jsou renomované automobilky vědomy a na vývoj nových stále dokonalejších systémů stabilizace vynakládají obrovské finanční prostředky a hlavně se stabilizační systémy stávají základním vybavením mnoha nových modelů na celém světě.
Přínos mé diplomové práce bych viděl zejména v popsání a ucelení souboru metodik zkoušek směrové dynamiky a v množství získaných metodických poznatků, hlavně u zkoušky Jízda po kružnici, metoda plynulého zvyšování rychlosti.
Diplomová práce má velké využití při dalším získávání potřebných závislostí měřených veličin v reálných jízdních manévrech, vhodných pro ověřování a návrh počítačových simulací jízdních zkoušek.