_____________________________________ DIPLOMOVÁ PRÁCE TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

KATEDRA STROJŮ PRŮMYSLOVÉ DOPRAVY

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Stabilita jízdy a chování automobilu

_____________________________________

2005 Radek Sládeček

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

FAKULTA STROJNÍ

Katedra strojů průmyslové dopravy

Obor

Konstrukce strojů a zařízení

Zaměření

Kolové dopravní a manipulační stroje

STABILITA JÍZDY A CHOVÁNÍ AUTOMOBILU

Autor: Radek Sládeček Číslo diplomové práce: 438

Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Miroslav Malý, CSc.

Konzultant diplomové práce: Ing. Pavel Šír (Škoda Auto a.s.)

Počet stran: 79

Počet příloh: 2, Příloha č.1 - 32 s., Příloha č.2 - 10 s.

Datum zadání: 27. 2. 2004

Stabilita jízdy a chování automobilu

Anotace

Diplomová práce se zabývá návrhem a popisem metodik zkoušek pro ověřování jízdní stability vozidel. Součástí diplomové práce je zkouška jízdy po kruhové dráze o poloměru R=50 m, vozem Škoda Octavia Tour 1.9 TDI (81 kW; ESP MK60), měření a porovnání veličin charakterizujících chování vozidla jednak s aktivním a jednak s pasivním stabilizačním systémem ESP.

Driving stability and vehicle behavior

Annotation

The diploma work is engaged in design and description of testing techniques concerning vehicle’s driving stability verification. Part of diploma work is skidpad driving with radius R=50 m, by vehicle Skoda Octavia Tour 1.9 TDI (81 kW;

ESPMK60), measuring and quantity matching characterizing vehicle behavior not only with active but also with passive stability system ESP.

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č.121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 - školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.

Datum: ...…

Podpis: ...…

Poděkování

Děkuji svým rodičům za veškerou, během studia mi věnovanou podporu a pochopení.

Děkuji svému konzultantovi Ing. Pavlu Šírovi (Škoda-Auto a.s.) a vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Miroslavu Malému, CSc. za jejich vedení při tvorbě mé diplomové práce.

V neposlední ředě děkuji lidem z firmy Škoda–Auto a.s., oddělení GQM 3, konkrétně panu Aleši Dražilovi a jeho kolektivu za výbornou spolupráci a cenné rady při zpracování mé diplomové práce.

Obsah Titulní strana

Formulář se zadáním diplomové práce Anotace

Prohlášení o původnosti diplomové práce Poděkování

Obsah

1 Úvod ...9

1.1 Cíl diplomové práce ...9

1.2 Problematika zkoušení ovladatelnosti ...9

1.3 Zkoušky ovladatelnosti...10

1.3.1 Objektivní zkoušky ...10

1.3.2 Subjektivní zkoušky ...10

2 Definice pojmů ...11

3 Veličiny mající základní význam pro posouzení ovladatelnosti vozidla...13

3.1 Rychlost jízdy...14

3.2 Podélné zrychlení...14

3.3 Příčné zrychlení ...14

3.4 Stáčivá rychlost a úhel stáčení...16

3.5 Úhel směrové úchylky těžiště, přední a zadní nápravy ...17

3.6 Úhel natočení volantu ...18

3.7 Úhel klopení ...20

3.8 Úhel klonění ...21

4 Směrová stabilita vozidla ...22

4.1 Meze přilnavosti, skluz a prokluz ...22

4.2 Směrová stabilita vozidla ...24

4.3 Systémy stabilizace jízdy vozidla ...25

4.3.1 Přehled systému ESP ...27

5 Všeobecné zkušební podmínky ...30

5.1 Zkušební dráha ...30

5.2 Povětrnostní podmínky ...30

5.3 Stav vozidla...30

5.4 Hmotnost vozidla...30

5.5 Stav pneumatik vozidla ...31

5.6 Měřící zařízení ...31

5.7 Pomocná zařízení ...32

5.8 Bezpečnostní opatření ...33

6 Jednotlivé zkoušky a jejich metodiky ...34

6.1 Jízda po kružnici ...34

6.1.1 Metoda jednotlivých jízd ustálenou rychlostí...34

6.1.2 Metoda plynulého zvyšování rychlosti...35

6.1.3 Měřené veličiny ...35

6.1.4 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...35

6.2 Jízda po kružnici při různé adhezi a různém huštění pneumatik...35

6.2.1 Metodika zkoušky ...36

6.2.2 Měřené veličiny ...36

6.2.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...36

6.3 Samočinný návrat vozidla do přímé jízdy...36

6.3.1 Metodika zkoušky ...36

6.3.2 Měřené veličiny ...37

6.3.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...37

6.4 Brzdění v zatáčce...37

6.4.1 Metodika zkoušky ...37

6.4.2 Měřené veličiny ...37

6.4.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...38

6.5 Skokové natočení volantu ...39

6.5.1 Metodika zkoušky ...39

6.5.2 Měřené veličiny. ...39

6.5.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...40

6.6 Sinusové natáčení volantu ...40

6.6.1 Metodika zkoušky ...40

6.6.2 Měřené veličiny ...41

6.6.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...41

6.7 Náhodné natáčení volantu (ISO/TR 8726) ...43

6.7.1 Metodika zkoušky ...43

6.7.2 Měřené veličiny ...43

6.7.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...43

6.8 Předjížděcí manévr (ISO/DIS 3888)...43

6.8.1 Metodika zkoušky ...44

6.8.2 Měřené veličiny ...44

6.8.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...45

6.9 Vyhýbání se překážce (ISO/DIS 3888-2) ...46

6.9.1 Metodika zkoušky ...46

6.9.2 Měřené veličiny ...46

6.9.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...46

6.10 Změna jízdního pruhu při ztížených podmínkách...47

6.10.1 Metodika zkoušky ...47

6.10.2 Měřené veličiny ...47

6.10.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...48

6.11 Citlivost na boční vítr...49

6.11.1 Metodika zkoušky ...49

6.11.2 Měřené veličiny ...49

6.11.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...49

6.12 Přejezd osamělé překážky ...49

6.12.1 Metodika zkoušky ...50

6.12.2 Měřené veličiny ...50

6.12.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...50

6.13 Jízda po kružnici s nerovností...50

6.13.1 Metodika zkoušky ...50

6.13.2 Měřené veličiny ...50

6.13.3 Výsledky a vyhodnocení zkoušky ...51

6.14 Zkušební protokol...51

7 Měřící technika ...53

7.1 Gyroskopické přístroje ...53

7.1.1 Směrový setrvačník ...53

7.1.2 Stabilizovaná plošina ...55

7.2 Snímače pro regulaci jízdní dynamiky...56

7.2.1 Snímač úhlu natočení volantu (Bosch) ...57

7.2.2 Snímač příčného zrychlení (Bosch) ...58

7.2.3 Snímač koeficientu otáčení (Bosch)...58

7.2.4 Kombinovaný senzor (Bosch) ...59

7.3 Měřící zařízení firmy CORRSYS-DATRON...61

7.3.1 DATRON V1-SENSOR ...61

7.3.2 DATRON RV3-SENSOR ...61

7.3.3 DATRON MSW1-SENSOR...62

7.3.4 DATRON DIS-Systém...62

8 Experimentální část práce...64

8.1 Zkušební vozidlo ...64

8.2 Měřící zařízení ...66

8.3 Zkušební postup...66

8.4 Výsledky a vyhodnocení experimentu...68

8.5 Závěr experimentu ...72

9 Závěr ...73

10 Seznam použité literatury...77

11 Seznam příloh...78

1 Úvod

Pod pojmem jízdní stabilita (ovladatelnost) se v dynamice motorových vozidel rozumí jízdní vlastnosti celkového systému ¨řidič–vozidlo–okolí¨. Řidič ovládá vozidlo řízením, bržděním příp. akcelerací, přičemž na vozidlo mohou působit různé poruchové vlivy (boční vítr, nerovnost vozovky).

Zkoušky stability slouží k posouzení chování vozidla z hlediska podvozku.

Podvozek musí zaručovat bezpečné chování vozidla v běžném silničním provozu, ale i v mezních stavech, ke kterým může dojít.

Stanovení kritérií ovladatelnosti silničních vozidel je předmětem intenzivního výzkumu institucí a výrobců na celém světě.

Cílem výzkumu a vývoje motorových vozidel je přizpůsobit vozidlo schopnostem řidiče a tím zvýšit aktivní bezpečnost vozidla.

1.1 Cíl diplomové práce

Cílem diplomové práce je navrhnout metodiky zkoušek pro ověřování jízdní stability osobních automobilů, které stanoví jednotné zkušební podmínky a postupy tak, aby výsledky zkoušek byly navzájem porovnatelné a zkoušky byly kdykoliv opakovatelné. A na základě výsledků experimentu porovnat chování vozidla s a bez užití stabilizačního systému.

1.2 Problematika zkoušení ovladatelnosti

Při zjišťování ovladatelnosti vozidla se používají v zásadě tři metody:

a) čistě subjektivní hodnocení: Jízdní vlastnosti vozidla posuzuje řidič, který v tomto případě slouží jako ¨univerzální měřící přistroj¨. Metoda není založena na žádném objektivním měření, její reprodukovatelnost a přesnost je značně omezena.

b) subjektivní zkoušky ovladatelnosti: Zkušební řidič projíždí s vozidlem zadanou dráhu, přičemž vozidlo nesmí vybočit z dráhy vytyčené vodícími kužely.

Ovladatelnost je hodnocena podle rychlosti jízdy, vzdálenosti značek a dalších veličin.

c) objektivní zkoušky ovladatelnosti: Měří se chování samotného vozidla, tzn.

vliv řidiče (subjektu) je vyloučen (rozpojený regulační obvod řidič – vozidlo – okolí).

Vlastnosti vozidla se posuzují měřením odezev vozidla na definované ovládací úkony, aby byly tyto úkony reprodukovatelné, nahrazuje se řidič ¨řídícím strojem¨

(programovatelné ovládání volantu, brzd, akcelerátoru).

Objektivní zkoušky ovladatelnosti, při kterých se zjišťují vlastnosti samotného vozidla, mají velký význam i pro objektivní posouzení vlastností celkového systému řidič–vozidlo–okolí. Intenzivně se vyšetřuje korelace mezi objektivní ovladatelností (tj.

objektivně zjištěnými jízdními vlastnostmi) a subjektivní ovladatelností (tj. subjektivně zjištěnými jízdními vlastnostmi). K tomu účelu se také používají jízdní simulátory, které pomáhají objasnit chování řidiče v celkovém systému řidič–vozidlo–okolí. [1]

1.3 Zkoušky ovladatelnosti

K hodnocení ovladatelnosti motorových vozidel se používají zejména tyto zkušební metody vycházející z normy SAP ONA 30 0750 (soubor zkoušek směrové dynamiky):

1.3.1 Objektivní zkoušky

A) Brzdění při přímé jízdě (homologační předpis EHK č. 13, v dalším textu se těmito zkouška nebudeme zabývat)

B) Zkoušky vycházející z jízdy po kruhové dráze - Jízda po kružnici

- Jízda po kružnici při různé adhezi a různém huštění pneumatik - Samočinný návrat vozidla do přímé jízdy

- Brzdění v zatáčce

C) Zkoušky přechodové odezvy - Skokové natočení volantu - Sinusové natáčení volantu

- Náhodné natáčení volantu (zkouška vycházející z ISO/TR 8726) D) Zkouška citlivosti na boční vítr při fixovaném volantu

E) Citlivost na nerovnosti vozovky - Přejezd osamělé překážky

- Jízda po kruhové dráze s nerovností

1.3.2 Subjektivní zkoušky A) Zkoušky řiditelnosti

- Předjížděcí manévr (zkouška vycházející z ISO/DIS 3888) - Vyhýbání se překážce (zkouška vycházející z ISO/DIS 3888-2) - Změna jízdního pruhu při ztížených podmínkách

2 Definice pojmů

Názvosloví směrové dynamiky vozidel popisuje norma ČSN 30 0034.

- úhel natočení volantu β_v: je úhlová výchylka volantu měřená od přímé polohy (poloha odpovídající nulovému střednímu úhlu natočení dvojice rejdových kol)

- moment na volantu Mv : je kroutící moment působící na volant kolem jeho osy otáčení

- úhel stáčení ε : je úhel mezi průmětem podélné osy x vozidla do roviny vozovky XY a osou X pevné souřadné soustavy (viz obr. 2.2)

z y

x

klonění

stáčení klopení

Obr. 2.1 Souřadná soustava vozidla s vyjádřením kladných směrů pohybů vozidla dle ČSN 30 0034

- rychlost stáčení ε_&: je úhlová rychlost kolem osy z vozidla

- úhel směrové úchylky α : je úhel mezi průmětem podélné osy vozidla x do roviny vozovky XY a vektorem rychlosti vozidla v definovaném bodě vozidla (viz obr. 2.2)

- úhel klopení vozidla ψ : je úhel mezi osou y vozidla a rovinou vozovky XY - rychlost klopení vozidla ψ& : je úhlová rychlost kolem osy x vozidla

- úhel klonění vozidla ϕ : je úhel mezi podélnou osou vozidla x a rovinou vozovky XY

- rychlost klonění vozidla ϕ& : je úhlová rychlost kolem osy y vozidla

- podélné zrychlení ax: je složka vektoru zrychlení definovaného bodu vozidla ve směru jeho osy x

- podélná rychlost vx: definovaného bodu vozidla je složka vektoru rychlosti ve směru jeho osy x

X

Y

ÚHEL REJDU

PRŮMĚT OSY y VOZIDLA ÚHEL

STÁČENÍ ÚHEL SMĚROVÉ ÚCHYLKY ( UVEDEN ZÁPORNÝ) SMĚROVÝ ÚHEL

(UVEDEN KLADNÝ ÚHEL) PRŮMĚT OKAMŽITÉ RYCHLOSTI VOZIDLA

PRŮMĚT OSY x VOZIDLA

DRÁHA VOZIDLA

Obr. 2.2 Pohyb vozidla popisovaný vzhledem k pevné souřadné soustavě dle ČSN 30 0034 - příčné zrychlení ay : je složka vektoru zrychlení definovaného bodu vozidla

kolmá k podélné ose vozidla x a rovnoběžná s rovinou vozovky XY (Při ustáleném stavu je příčné zrychlení rovné součinu dostředivého zrychlení a kosinu úhlu směrové úchylky vozidla. Protože při většině zkušebních podmínek je úhel směrové úchylky malý, může být uvažováno příčné zrychlení rovné odstředivému.)

- dostředivé zrychlení ad : je složka vektoru zrychlení definovaného bodu vozidla kolmá k tečně dráhy tohoto bodu a rovnoběžná s rovinou vozovky XY - boční zrychlení ayb : je složka vektoru zrychlení definovaného bodu vozidla ve

směru jeho osy y

- příčná rychlost vy : definovaného bodu vozidla je složka vektoru rychlosti k jeho ose y a rovnoběžná s rovinou vozovky XY

- vybočení vozidla sy : je příčná odchylka dráhy definovaného bodu vozidla od původního směru vytčeného řízením

- svislé zrychlení az: složka vektoru zrychlení definovaného bodu vozidla ve směru jeho osy z

3 Veličiny mající základní význam pro posouzení ovladatelnosti vozidla

- rychlost jízdy

- příčné a podélné zrychlení

- úhlová rychlost stáčení, úhel stáčení

- úhel směrové úchylky těžiště, přední a zadní nápravy - úhel natočení volantu

- úhel klopení - úhel klonění

y

x

lz l

lp

e

C O^v O^f1

H¹ S¹

t_p

N

p

v

mv

t_z

H² S²

O^f2 p

H³

S³ O^f3

M^s3

M^s4 H⁴

O^f4 S⁴

M^s1

M^s2 mv(

+ )

Z Y

X

Jz

z

Obr. 3.1 Rovinný dynamický model vozidla [2]

Na obr. 3.1 je znázorněn rovinný dynamický model vozidla, který použijeme pro vysvětlení pohybů vozidla v rovině vozovky. Na kolech vozidla působí obvodové (hnací) síly Hi , valivé odpory Ofi , boční vodící síly pneumatik Si a vratné momenty pneumatik MSi (i=1, 2, 3, 4). Boční síly Si jsou kolmé k podélným rovinám kol a vratné momenty MSi natáčí kola kolem jejich svislých os. V tlakovém (aerodynamickém) středu C, jehož vzdálenost od těžiště T je označena e, působí boční síla N a vzdušný odpor Ov . V těžišti vozidla působí setrvačné síly m &v a mv

(

)

βP (ve skutečnosti není natočení levého a pravého kola stejné, závisí na geometrii řídícího ústrojí). Vzdálenost těžiště od přední nápravy je lp , od zadní nápravy lz . Rozchod přední nápravy je t a zadní t . Rozvor vozidla je l.

3.1 Rychlost jízdy

Rychlost jízdy vx – okamžitá rychlost, je vektorová veličina definovaná podílem vektoru posunutí a času, za který nastala změna polohového vektoru. Pro hmotný bod, jehož dráha s je funkcí času t, tj. s=s(t), je velikost okamžité rychlosti vx v čase t dána první derivací dráhy podle času:

dt t ds v_x( )= .

Snímače: DATRON V1, CORREVIT L-CE, CORREVIT L200, CORREVIT L400, CORREVIT LL

3.2 Podélné zrychlení

Podélné zrychlení ax je časová závislost rychlosti. Pro hmotný bod je velikost zrychlení ax v čase t dána první derivací rychlosti podle času:

dt t dv a_x( )= .

Snímače: DATRON V1, CORREVIT L-CE, CORREVIT L200, CORREVIT L400, CORREVIT LL, DATRON DIS-Systém

3.3 Příčné zrychlení

Pohybuje-li se těžiště vozidla po zakřivené dráze, pak vzniká dostředivé zrychlení :

R a_d v

= ²′ , kde v je okamžitá rychlost jízdy a R´ je okamžitý poloměr křivosti trajektorie těžiště. Protože tento poloměr neznáme, je potřebné vyjádřit dostředivé zrychlení v závislosti na kinematických veličinách pohybu vozidla, tzn. v závislosti na v, α, ε . Na obr.3.2 je znázorněn půdorys vozidla, jehož těžiště T se pohybuje rychlostí v, kde R´ (poloměr křivosti) udává vzdálenost středu křivosti P´od těžiště a R (poloměr otáčení) je vzdálenost pólu otáčení P od těžiště. Z tohoto obrázku je zřejmé, že hodnota v(α_{& +}ε_&) představuje dostředivé zrychlení těžiště:

) (α_{& +}ε_&

⋅

= v

a_d .

Pouze v případě, kdy v=konst, α =konst, je R′=R a dostředivé zrychlení je:

stat

d v

R a v

stat = ² = ⋅ε_& .

Index „stat“ poukazuje na skutečnost, že veličina platí pro ustálený jízdní stav.

V daném případě se vozidlo pohybuje ustáleným pohybem po kruhové dráze.

Z definice příčného zrychlení (viz kap. 2) pak vyplývá:

α

⋅cos

= dstat

y a

a

Protože při většině zkušebních podmínek je úhel směrové úchylky malý, může být pro praktické účely uvažováno příčné zrychlení rovné dostředivému.

v

v x

y Y

X T

v(

+) R R´

P´

P

Z X Y

Obr. 3.2 K ozřejmení dostředivého a příčného zrychlení těžiště [2]

Při měření bočního zrychlení vozidla je nutno uvědomit si některé skutečnosti, které jsou přehledně znázorněny na obr. 3.3.

Z obr. 3.3 vyplývají korekční rovnice pro výpočet bočního zrychlení popř. příčného a dostředivého zrychlení:

ψ ε ψ

ψ

ψ sin cos

cos + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅

⋅

= y sz && sz &&

ybsz a g h l

a (volíme lsz=0)

α

α cos

sin + ⋅

⋅

= _d

y v a

a &

pro malé úhly α : a_y ≈a_d

aybsz je boční zrychlení měřené snímačem zrychlení v jeho měřícím směru

Pro v=konst nutno měřit ještě v

(pro větší hodnoty , kdy sin =0)

lsz

h´

hsz

osaklopení

měřící směr snímače zrychlení (sz)

ybsz

g

h _sz a

T T v sin

ad

snímač zrychlení (sz) l_sz

may

a_y lsz

snímač zrychlení (sz)

v=at x

y

měřící směr snímače zrychlení (sz)

Obr. 3.3 Vliv polohy snímače na měření bočního zrychlení

Snímače: DATRON V1, CORREVIT S-CE, CORREVIT S400, DATRON DIS-Systém

3.4 Stáčivá rychlost a úhel stáčení

Úhel stáčení ε je úhel mezi pevnou souřadnou osou X a průmětem osy x vozidla do roviny vozovky XY, jde tedy o otáčení vozidla kolem jeho svislé osy z (viz obr. 2.1) Rychlost stáčení ε_& - okamžitá rychlost stáčení je úhlová rychlost kolem osy z vozidla. Pro hmotný bod je velikost rychlosti stáčení ε_& v čase t dána první derivací

úhlu stáčení podle času:

dt dε ε&= .

Snímače: DATRON V1, CORREVIT S-CE, CORREVIT S400, DATRON DIS-Systém

3.5 Úhel směrové úchylky těžiště, přední a zadní nápravy

Pro vysvětlení směrové úchylky těžiště α, přední nápravy α_P a zadní nápravy α_Z použijeme schéma jednostopého modelu vozidla při jízdě po kruhové dráze s konstantním úhlem natočení kola β_P (viz obr.3.5) .

V případě, kdy rychlost v=0, jsou směrové úchylky nulové a střed zatáčení vozidla P0 je dán poloměrem R0 . Bude-li rychlost v≠0, tzn. příčné zrychlení 0

2

R >

v ,

pak na nápravách vzniknou boční síly (viz obr. 3.1) a tím i směrové úchylky.

Směrové úchylky můžeme urči ze vztahů [2]:

R m v l l C C

S _Z

P P P P

1 ⋅ ⋅ ⋅ 2

=

=

α α

α

R m v l l C C

S _P

Z Z Z Z

1 ⋅ ⋅ ⋅ 2

=

=

α α

α

R m v l l C R l C

S R

l _P

Z Z Z Z Z

1 ⋅ ⋅ ⋅ 2

−

=

−

=

α α

α

kde C_αP a C_αZ [N/rad] jsou směrové tuhosti pneumatik přední a zadní nápravy [2]

P

P-

P-( ^P- ^z)

z ^P- ^P

P

z

R

R⁰

z

lP

l lz

vz

v v^P

P

P0

P

Obr. 3.4 Schéma jednostopého vozidla při jízdě po kruhové dráze β_P =konst [2]

Snímače: DATRON V1, CORREVIT S-CE, CORREVIT S400

3.6 Úhel natočení volantu

Úhel natočení volantu β_V je úhlová výchylka volantu měřená od přímé polohy.

Úhel natočení volantu β_Vstat nutný pro dodržení předepsané kruhové dráhy při zadané rychlosti, jak se uvádí v [2], je:

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ + ⋅

⋅

= ₀ 1 v²

l K

V Vsrtat β

β

kde K je tzv. faktor stability

l C C

l C l m C

K

Z P

P P Z Z

⋅

′ ⋅

′ ⋅

−

⋅ ⋅

=

α α

α

α

C_α′ [N/rad] je směrová tuhost přední nápravy (uvažujeme i tuhost řízení). [2] P

R

tgβ_P0 = l

ř V V

P i

0 0 0

β β β = ′ =

Úhel β_V′ je tzv. vztažný úhel natočení volantu při nulové rychlosti jízdy. V tomto ₀ případě nepůsobí na kolech vozidla boční reakce a úhel β_V′ je proto stejný jako tzv. ₀ Ackermannův úhel rejdu β_P0 obr. 3.5, iř je převod řídícího ústrojí.

R ^V0

P0

l

P0= V0= iř

R=konst P⁰

Obr. 3.5 Souvislost mezi natočením předních kol β_P, poloměrem zatáčení R a rozvorem l při rychlost jízdy v→0[2]

Jak již bylo uvedeno v kapitole 3.5, bude-li rychlost v≠0, tzn. příčné zrychlení 0

2 >

R

v , pak na nápravách vzniknou boční síly a tím i směrové úchylky αP, αZ (viz obr.3.4), potom je poloha budu P (obr. 3.4), tj. okamžitá poloha středu otáčení jednostopého modelu vozidla, v každém okamžiku dána průsečíkem normál vektorů

rychlostí jednotlivých bodů modelu. Poloze bodu P přísluší také okamžitý poloměr zatáčení vozu R. Vzájemná poloha R a R0 je jedním ze způsobů jak se definuje přetáčivost a nedotáčivost vozidla. Je-li R>R0 pak hovoříme o nedotáčivosti, pro R<R0 o přetáčivosti a R=R0 o neutrální zatáčivosti vozidla.

Grafickým znázorněním závislosti úhlu natočení volantu β_Vstat na dostředivém zrychlení

R a_d v

2

= je tzv. charakteristika zatáčivosti vozidla, obr. 3.6. Pro nedotáčivé vozidlo je β_Vstat >β_V0 a pro vozidlo přetáčivé β_Vstat <β_V0.

nedotáčivost

protiřízení

0 ²

kr

R R

K<0

2

vch v

nestabilita v>v^kr přetáčivost R=konst

v0

vstat

2 v0

neutrální zatáčivost K>0

K=0

R v2

Obr. 3.6 Charakteristika zatáčivosti [2]

Na obr. 3.7 jsou porovnány charakteristiky zatáčivosti podle použité metody:

nebo konst

v= R=konst pro skutečné vozidlo, kdy závislost úhluβ_V′ na dostředivém zrychlení ad není lineární.

a)

nedotáčivost přetáčivost

a^y

v0

v v=konst neutrální

a^yP0=vl2 v

přetáčivost nedotáčivost

b) a^y

aP0^y=konst

R=konst

neutrální

Obr. 3.7 Rozdílné charakteristiky pro ustálené zatáčení: a) v=konst, mění se poloměr;

b) R=konst, mění se rychlost [2]

Dvě definice přetáčivosti a nedotáčivosti při zatáčení vozidla po kruhové dráze s konstantním poloměrem znázorňuje obr. 3.8. Klasická definice (Olley) vychází z lineárního modelu vozidla, zatímco druhá definice (Bergman) vychází z nelineárního modelu, resp. ze skutečných vlastností vozidla. [2]

"BERGMAN"

P0= Rl

P R=konst

neutrální chování přetáčivost

"OLLEY"

nedotáčivost

nedotáčivost neutrální chování přetáčivost

a

Obr. 3.8 Různé definice chování vozidla při zatáčení po kruhové dráze s R=konst [2]

Snímač: DATRON MSW1-SENSOR

3.7 Úhel klopení

Vlivem působení odstředivé síly dochází k naklápění karosérie vozidla, tzn., že odstředivá síla působí v těžišti odpružené části vozidla T ′ , která má hmotnost m′, hmotnost celého vozidla je m, hmotnost přední nápravy a hmotnost zadní nápravy , tedy

m ′′P

m ′′Z m′=m−(m_P′′ +m_Z′′). Na obr. 3.9 je karoserie vozidla nahrazena prutovou konstrukcí, která je otočně uložena ve středech klopení SKP a SKZ (jejich spojnice je osa klopení karoserie) a která je k nápravám připojena pružinami.

Odstředivá síla R m v

′ 2 působící v těžišti karosérie T ′ vyvolá k ose klopení moment a způsobí tak naklopení karoserie o úhel klopení ψ. h′ je vzdálenost těžiště odpružené ₀ části vozidla (těžiště karoserie) od osy klopení.

Z

Y X

m´g T´

SKZ

h´0

Rv m´ ²

SK_P

Obr. 3.9 Vznik úhlu klopení

Snímače: DATRON DIS-Systém

3.8 Úhel klonění

Vzhledem k tomu, že těžiště motorových vozidel leží v určité výšce nad rovinou vozovky, setrvačná síla vzniklá při brzdění a akceleraci vytváří klopný moment k příčné ose vozidla (obr. 3.10). Tento moment způsobuje naklánění vozidla na pružinách o úhel klonění ϕ a současně i změnu vertikálního zatížení kol.

l l

Z_P l B_P

P

max

h

Z

mg T

Z_Z BZ

Obr. 3.10 Vznik úhlu klonění

4 Směrová stabilita vozidla

Směrová stabilita a dobrá ovladatelnost vozidla v kritických situacích patří k prvotním předpokladům aktivní bezpečnosti. Základní podmínkou je přitom přilnavost kol k vozovce – adheze.

4.1 Meze přilnavosti, skluz a prokluz

Maximální přenesitelná odvodová síla mezi kolem a vozovkou je podle experimentálních výsledků určena vztahem

K V

K Z

T _max =µ ⋅ ,

kde µ_V je tzv. součinitel valivé přilnavosti ( v podélném směru). Svislé zatížení kola , které je dáno součtem tíhy vozidla přenášené na kolo a vlastní tíhy kola , vyvolá radiální reakci podložky , obr.4.1. Tato reakce je v důsledku deformace kola posunuta před svislou osu kola o hodnotu e . Velikosti radiálních reakcí jednotlivých kol jsou ovlivněny např. odstředivou silou při průjezdu vozidla zatáčkou, setrvačnou silou působící při brzdění a akceleraci, silou bočního větru, atd. .

ZK F_zK G_K

ZK

ZK

rd

H_K M

d G

e

a)

ZK

K

FzK K

FxK

G

e

b)

ZK

K

BK

FxK

M_B

FzK

Obr. 4.1 Síly a momenty působící na kole (při zanedbání odporů, bez působení bočních sil):

a) poháněné kolo; b) brzděné kolo [2]

Je-li hnací moment kola příliš velký, tzn. podélné reakce mezi kolem a vozovkou je větší než , pak dochází ve stopě pneumatiky k prokluzování.

Dosáhne-li podélný skluz hodnotu MK

HK H_Kmax

=1

σ , pak je přenášena obvodová síla

K

K Z

H _σ =µ_σ ⋅ ,

kde µ_σ je tzv. součinitel skluzové přilnavosti. Význam obou součinitelů je názorně vidět z obr. 4.2 . Skluz kola je definován takto:

pro hnané kolo

K d

K d K K

H r

v r

v v v

ϕ σ ϕ

&

&

⋅

−

= ⋅

= − (v≥0,ϕ_&K ≥0,v_K ≥v)

pro brzděné kolo

v r v v

v

v _{K d K}

B

σ = − = ^{− ⋅}ϕ^& (v≥0,ϕ_&K ≥0,v_K ≤v)

kde je tzv. valivý poloměr kola, je tzv. dynamický poloměr kola. Valivý poloměr kola je fiktivní veličina, která udává poloměr volně se valícího kola, které má stejnou úhlovou rychlost i stejnou dopřednou rychlost jako skutečné kolo. Poloměr dynamický je skutečný poloměr kola, tj. kolmá vzdálenost středu kola od opěrné plochy, který má kolo při jízdě vozidla a případně při přenosu obvodových sil. Valivý poloměr je roven poloměru dynamickému nepřenáší-li kolo žádnou obvodovou sílu.

Při přenosu hnacího momentu se poloměr valení zmenší oproti dynamickému vlivem tečné deformace a prokluzu ve stopě; při přenosu brzdného momentu se poloměr naopak zvětší, obr. 4.3. Prokluzuje-li hnací kolo na místě je valivý poloměr a při prudkém brzdění, kdy dojde k blokování kol je . Rychlost vozidla je označena v, obvodová rychlost kola je

rK r_d

rd

MK r_K

rd M_B

rK

=0

rK r_K →∞

d K K

K x r

v = _& =ϕ_& ⋅ . Skluzem se tedy rozumí rozdíl mezi rychlostí kola a rychlostí vozidla vztažený na rychlost kola (pohon) nebo na rychlost vozidla (brzdění).

0 skluz

součinitel přilnavosti H_{K max}

H_K

v

1

Obr. 4.2 Skluzová charakteristika pneumatiky [2]

rK

M

K rd

a)

P

K

rd

b)

P M_B

Obr. 4.3 Poloha pólu relativního pohybu kola vůči podložce: a) poháněné kolo;

b) brzděné kolo [2]

Silové poměry mezi obvodovou silou a svislým zatížením lze vyjádřit součinitelem využitelné přilnavosti

K K

Z

= T

µ .

Součinitel přilnavosti se zjišťuje experimentálně. Pokud je kolo zablokováno, pak je zjišťován součinitel µ_σ , v opačném případě součinitel µ_V. Orientační hodnoty součinitele valivé přilnavosti µ_V v závislosti na povrchu vozovky jsou uvedeny v tab.4.1 . [2]

Vozovka Hodnota suchý 0,8 – 1,0

beton

mokrý 0,5 – 0,8 suchý 0,6 – 0,9 asfalt

mokrý 0,3 – 0,8 suchá 0,6 – 0,8 dlažba

mokrá 0,3 – 0,5 suchá 0,4 – 0,6 polní cesta

mokrá 0,3 – 0,4

suchá 0,4 –0,6

tráva

mokrá 0,2 – 0,5 hluboký písek, sníh 0,2 – 0,4

náledí 0,1 – 0,3

Tab. 4.1 Součinitel přilnavosti pro různé povrchy vozovky [2]

4.2 Směrová stabilita vozidla

Z předchozího odstavce víme, že spojení mezi kolem a vozovkou je závislé na dosažitelné přilnavosti a že pneumatika se odvaluje bez klouzání jen jestliže odvodová síla je T_K ≤µ_V ⋅Z_K. Největší přenositelná obvodová síla (hnací i brzdná) mezi kolem a vozovkou tedy je

hnací H_Kmax =µ_V ⋅Z_K brzdná B_Kmax =µ_V ⋅Z_K

Působí-li ve stopě pneumatiky mimo obvodových sil ještě síly boční, pak nemá-li dojít ke smyku kola nesmí geometrický součet těchto sil překročit určitou hodnotu, která závisí na přilnavosti. Předpokládejme, že přilnavost pneumatiky je stejná v podélném i příčném směru (ve skutečnosti je větší přilnavost v podélné směru).

Pak je podle obr.4.4 výslednice

K V K K

K T S Z

R = ²+ ² ≤µ ⋅

kde je obvodová síla kola (hnací či brzdná), je boční vodící síla kola a je radiální reakce kola. Geometrickým místem koncových bodů vektoru výsledné přenositelné vodorovné síly je tzv. Kammova třecí kružnice, což je tedy kružnice opsaná ze středu stopy poloměrem

TK S_K Z_K

RK

K V ⋅Z

µ . Bude-li tedy obvodová síla na kole rovna maximální přenesitelné síle

K V K

K T Z

T = _max =µ ⋅ ,

pak podle obr. 4.4 je boční vodící síla rovna nule a kolo není bočně vedeno. Jde-li o hnací sílu a bude-li tato hnací síla větší než , pak dochází k prokluzování kola, kolo tedy nemůže přenášet žádnou boční vodící sílu, takže při sebemenším vnějším popudu (např. bočním větru nebo silách vyvolaných příčným sklonem vozovky či jízdou v zatáčce) dochází ke smyku kola. Je-li brzdná síla větší než

, pak dochází k zablokování kola a kolo se pohybuje smykem bez boční vodící síly. [2]

HK H_Kmax

BK Kmax

B

SKmax

BKmax vZ^K BK R_K

HKmax

SK

y x

Obr. 4.4 Kammova kružnice přilnavosti 4.3 Systémy stabilizace jízdy vozidla

Nejznámějším systémem stabilizace vozidla je systém ESP (Electronic Stability Program) firmy Bosch, který používá většina automobilek (Mercedes-Benz, Škoda- Auto, VW, Peugeot a další. Dalšími elektronickými stabilizačními systémy jsou např.

sytém s označením AHS (Active Handling Systém) používaný firmou Chevrolet, DSC (Dynamik Tracktion Control) – BMW, PSM (Porsche Stability Management), VDC (Vehicle Dynamics Cotrol) je montován do vozů Subaru a VSC (Vehicle Stability Control) lze najít ve vozech Lexus.

Elektronické stabilizační systémy motorových vozidel jsou určitým rozšířením antiblokovacích (ABS) a protiprokluzových (ASR) systémů moderních automobilů. Na rozdíl od antiblokovacích a protiprokluzových systémů, které umožňují ovládat skluz a prokluz pouze v podélném směru vozidla, umožňují stabilizační systémy regulaci i v příčném směru, tj. zvyšují stabilitu vozidel při průjezdech zatáčkou, snižují nebezpečí smyku při brzdění, zrychlení nebo volném pohybu vozidla.

U většiny elektronických systémů je mozkem elektronická řídicí jednotka a nejinak je tomu i u ESP. Úkolem řídicí jednotky je porovnávat během jízdy skutečné hodnoty ze snímačů s hodnotami vypočtenými. Požadovaný směr je zjišťován z úhlu natočení volantu a z otáček kol. Skutečný jízdní stav je vypočítáván z příčného zrychlení a otáčení vozu okolo jeho svislé osy. Je-li zjištěna odchylka od vypočtených hodnot, dojde k aktivaci stabilizačního procesu. Činností stabilizačního systému dojde k úpravě točivého momentu motoru a k zásahu do brzdového systému jednoho nebo více kol, čímž se odstraní nežádoucí pohyb vozidla. Stabilizační systém je schopný korigovat nedotáčivost a přetáčivost vozu při jízdě v zatáčkách. Nedotáčivý pohyb vozidla je korigován přibrzděním zadního vnitřního kola (obr. 4.5). Přetáčivý pohyb se koriguje přibrzdění předního vnějšího kola (obr. 4.6). Při přibrzdění daného kola vznikají na tomto kole při stabilizaci brzdné síly, tyto brzdné síly vytváří točivý moment kolem svislé osy vozidla. Vzniklý moment vždy působí proti nežádoucímu pohybu a při přetáčení tak vrací vozidlo do požadovaného směru. Stejně tak do

požadovaného směru natáčí vozidlo při nedotáčení. Stabilizační proces probíhá až do okamžiku, kdy je snížena tendence ke smyku.

Obr. 4.5 Zásah ESP při nedotáčivém chování vozidla: vlevo vozidlo bez ESP, vpravo s ESP

Obr. 4.6 Zásah ESP při přetáčivém chování vozidla: vlevo vozidlo bez ESP, vpravo s ESP

Ukázka stabilizace jízdy při vyhýbacím manévru:

1. Vozidlo bez ESP

Vozidlo se musí vyhnou předmětu, který se náhle objevil na vozovce. Řidič nejprve velmi rychle trhne volantem směrem doleva a bezprostředně poté zase doprava.

Obr. 4.7 Vyhýbací manévr, vozidlo bez ESP [13]

Vozidlo se po tomto manévru dostane do smyku, otáčí se kolem svislé osy a pro řidiče je neovladatelné.

2. Vozidlo s ESP (stejná situace)

Díky údajům přicházejícím z čidel rozpozná ESP, že se vozidlo dostává do nestabilního stavu. Systém vypočítá opatření: ESP přibrzdí levé zadní kolo. Tím podpoří otáčivý pohyb vozu. Síla bočního vedení předních kol zůstává stejná.

Zatímco se vozidlo pohybuje doleva, řidič otáčí volantem směrem doprava. Aby bylo podpořeno řízení vozidla proti původnímu směru, dojde k přibrždění pravého předního kola.

Obr. 4.8 Vyhýbací manévr, vozidlo s ESP [13]

Zadní kola se volně otáčejí, aby bylo zajištěno vytvoření optimální síly bočního vedení na zadní nápravě. Náhlá změna stopy může vést ke smyku a k otáčení vozidla kolem jeho svislé osy. Aby se zabránilo vybočení zadní části vozu, přibrzdí ESP levé přední kolo.

Obr. 4.9 Vyhýbací manévr, vozidlo s ESP [13]

Po korekci všech nestabilních jízdních stavů ukončí ESP svůj regulační zásah. [13]

4.3.1 Přehled systému ESP

ESP se skládá z těchto komponentů:

• elektronické řídicí jednotky ECU, která je sice společná i pro ABS, EBV, MSR, EDS či ASR, ale pro ESP má rozšířené funkce všechny potřebné údaje zpracovává každých 7 ms, to znamená přibližně 143krát za sekundu (dobrý řidič je schopen reagovat na začínající smyk se zpožděním asi 0,5 s, nejlepší jedinci za 0,2 s, přičemž nikdo nemůže přibrzdit jen jediné kolo, a navíc zvolit právě to správné)

• ze sedmi druhů snímačů:

• snímač pro rozpoznání brzdění, který sleduje brzdění řidiče

• snímač otáčení jednotlivých kol, informující nepřetržitě řídicí jednotku o jejich rychlosti

• snímač úhlu natočení volantu, vyhodnocující požadovaný směr jízdy

• snímač příčného zrychlení, informující o velikosti příčných (odstředivých) sil v zatáčkách

• snímač natáčení vozidla kolem svislé osy, určující začátek smyku

• snímač brzdného tlaku, hlásící aktuální tlak v brzdové soustavě, z něhož řídicí jednotka vyhodnocuje podélné zpomalení vozidla

• snímač podélného zrychlení (u vozidel s pohonem 4x4)

• propojení prostřednictvím sběrnice CAN-Bus s ECU motoru, popřípadě i ECU samočinné převodovky, aby ESP mohlo v případě potřeby zasahovat do režimu jejich řízení

• tlačítko pro vypnutí funkce ESP, vhodné např. pro jízdu se sněhovými řetězy nebo při různých zkouškách vozidla

Regulační okruh systému:

Obr. 4.10 Regulační okruh systému ESP firmy BOSCH: 1- ovládací zařízení pro ABS s EDS/ASR/ESP; 2-hydraulický systém s předplnící pumpou; 3- čidlo brzdného tlaku; 4 - čidlo příčného zrychlení; 5-čidlo koeficientu otáčení; 6-tlačítko pro ASR/ESP; 7-čidlo úhlu natočení volantu; 8-spínač brzdových světel;

9-12 -čidla počtu otáček kol; 13–

vedení pro diagnostiku; 14–

kontrolní světlo pro brzdovou soustavu; 15–kontrolní světlo pro ABS; 16–kontrolní světlo pro ASR/ESP; 17–chování vozidla a řidiče; 18–zásah do řízení motoru;

19–zásah do řízení převodovky (pouze u vozidel s automatickou převodovkou) [13]

Čidla počtu otáček nepřetržitě udávají rychlost každého kola. Čidlo úhlu natočení volantu přenáší své údaje jako jediné z čidel přímo přes CAN–Sběrnici na ovládací zařízení. Z obou informací vypočítá ovládací zařízení optimální směr řízení a optimální jízdní chování vozidla. Čidlo příčného zrychlení hlásí ovládacímu zařízení

„ujíždění“ vozidla do stran, čidlo koeficientu otáčení hlásí tendenci vozidla dostat se do smyku. Z těchto dvou informací vypočítá ovládací zařízení skutečný stav vozidla.

Pokud se od sebe optimální a skutečná hodnota liší, je propočítán regulační zásah.

[13]

Přehled systému:

Obr. 4.11 Přehled systému ESP firmy BOSCH: 1-řídící jednotka pro ABS s EDS/ASR/ESP; 2 – tlačítko pro ASR/ESP; 3 – spínač brzdových světel; 4 – spínač brzdového pedálu; 5 – čidlo počtu otáček jednotlivých kol; 6 – čidlo úhlu natočení volantu; 7 – čidlo příčného zrychlení; 8 – čidlo brzdového tlaku; 9 – čidlo koeficientu otáčení; 10 – čidlo podélného zrychlení; 11 – přídavné signály (řízení motoru, řízení převodovky); 12 – vratné čerpadlo pro ABS; 13 – hydraulický systém; 14 – hydraulické čerpadlo pro regulaci jízdní dynamiky; 15 – řídící jednotka pro indikační jednotku v přístrojové desce (kontrolní světlo pro ABS, pro brzdové zařízení a pro ASR/ESP; 16 – přídavné signály (řízení motoru, řízení převodovky, řízení navigace); 17 – přípojka pro diagnostiku [13]

5 Všeobecné zkušební podmínky

Všeobecné zkušební podmínky a požadavky na zkoušky směrové dynamiky udává norma SAP ONA 30 0750.

5.1 Zkušební dráha

Zkoušky se provádí na rovné, rovinné vozovce s doporučeným max. sklonem 2% v podélném směru a 0,5 % v příčném směru. Povrch vozovky musí být stejnorodý, tvrdý, hladký, suchý a bez nečistot. Součinitel adheze má být dostatečně vysoký a stálý (doporučená hodnota: µ = 0,75 ± 0,05). Pokud není k dispozici spolehlivé měřící zařízení, doporučuje se provádět zkoušky vždy na téže zkušební dráze, kvalitu jejího povrchu je nutno popsat ve zkušebním protokolu.

Mokrou vozovkou se rozumí vozovka s rovnoměrnou vrstvou vody o výšce cca 1 mm (doporučená hodnota součinitele adheze je µ ≤ 0,4).

5.2 Povětrnostní podmínky

Rychlost větru nesmí přesáhnout hodnotu 4 m/s. Rychlost větru a teplotu okolí je nutné uvést ve zkušebním protokolu.

5.3 Stav vozidla

Vozidlo musí odpovídat platným technickým podmínkám. Případné odchylky od technických podmínek a provedené úpravy vozidla nutno podrobně popsat ve zkušebním protokolu. U prototypů nutno uvést podrobnou specifikaci zejména těch parametrů, které přímo ovlivňují směrovou dynamiku. Vozidlo má být řádně zajeto, v dobrém technickém stavu a má mít ujeto nejméně 5000 km.

5.4 Hmotnost vozidla

V žádném případě nesmí být překročena přípustná celková hmotnost vozidla, ani přípustná hmotnost na nápravu.

Zkoušky se provádějí jak při nejnižší zkušební hmotnosti vozidla *), tak i při celkové hmotnosti vozidla **).

Poznámky:

*) Nejnižší zkušební hmotnost vozidla je pohotovostní hmotnost vozidla zvětšená o hmotnosti přístrojového vybavení, řidiče případně i měřícího technika.

**) Celková hmotnost vozidla sestává z nejnižší zkušební hmotnosti a přídavné zátěže (např. pytle s pískem), rovnoměrně rozložené v prostoru pro cestující i v zavazadlovém prostoru tak, aby se výrazně neovlivnila podélná a výšková poloha těžiště vozidla.

5.5 Stav pneumatik vozidla

Pro dodržení standardního stavu pneumatik je účelné použít nových nebo málo jetých pneumatik s dostatečnou hloubkou dezénu. Pneumatiky musí být vizuálně nepoškozené (boky, vytržený dezén apod. ). Nové pneumatiky se musí zajet v poloze odpovídající umístění na zkoušeném vozidle ujetím dráhy cca 200 km bez příliš drsných podmínek. Stav pneumatik, jejich druh a rozměry je nutno uvést ve zkušebním protokolu.

Před zkouškou se pneumatiky za studena nahustí na jmenovitou hodnotu tlaku s přesností ±2 % a zahřejí způsobem odpovídajícím ujetí dráhy cca 500 m s příčným zrychlením 3 m/s² v obou směrech zatáčení.

5.6 Měřící zařízení

Pro jednotlivé měřené veličiny se použijí vhodné snímače s potřebnou přesností a rozsahem.

Umístění snímačů se provede dle údajů výrobce tak, aby snímaly jen měřenou veličinu, nezkreslenou vlivem druhotných pohybů.

Snímače podélné dráhy, rychlosti a podélného zrychlení je vhodné umístit v podélné ose vozidla procházející jeho těžištěm.

Snímače příčné dráhy, rychlosti a příčného zrychlení je vhodné umístit v příčné ose vozidla procházející jeho těžištěm.

Snímače úhlových pohybů vozidla se umístí v těžišti vozidla nebo v jeho těsné blízkosti.

Orientace všech snímačů pohybu do směru jejich měření je nutno provést s dostatečnou přesností. Jejich upevnění na vozidle musí být dostatečně tuhé, aby měřený signál nebyl ovlivněn jejich vlastním kmitáním.

Tab. 5.1 Tabulky měřených veličin, přístrojů a zařízení, měřících rozsahů veličin a maximálních přípustných chyb soustavy snímač/zapisovač dle SAP ONA 30 0750:

Veličina Ozn. Zařízení Měřící

rozsah

Maximální přípustná

chyba úhel natočení

volantu βV

otočný potenciometr,

(měřící volant) plynule ± 2 ° rychlost natočení

volantu β& otočný potenciometr, ^V

(měřící volant) ± 1000 °⋅s^-1 ± 5 °⋅s^-1 moment na

volantu MV tenzometrický volant

(měřící volant) ± 30 N.m ± 0,3 N.m úhel stáčení ε směrový setrvačník plynule ± 0,5 ° rychlost stáčení ε_& směrový setrvačník,

gyroskop ± 100 °⋅s^-1 ± 0,5 °⋅s^-1 úhel směrové

úchylky α snímač podélné a příčné rychlosti,

směrový setrvačník ± 20 ° ± 0,2 ° úhel klopení

vozidla ψ stabilizovaná plošina,

gyroskop ± 15 ° ± 0,15 °

rychlost klopení

vozidla ψ& stabilizovaná plošina, gyroskop ± 20 °⋅s^-1 ± 0,2 °⋅s^-1 úhel klonění

vozidla ϕ stabilizovaná plošina,

gyroskop ± 15 ° ± 0,15 °

podélné zrychlení ax

stabilizovaná plošina, snímač podélného

zrychlení ± 15 m⋅s^-2 ± 0,15 m⋅s^-2 podélná rychlost vx snímač podélné

rychlosti 0÷90 m⋅s^-1 ± 0,9 m⋅s^-1 dráha podélná,

brzdná sx snímač podélné

dráhy 150 m ± 0,5 m

příčné zrychlení ay

stabilizovaná plošina, snímač příčného

zrychlení ± 15 m⋅s^-2 ± 0,15 m⋅s^-2 příčná rychlost vy snímač příčné

rychlosti ± 20 m⋅s^-1 ± 0,2 m⋅s^-1 vybočení sy snímač příčné dráhy,

značkovací palníky ± 5 m ± 0,1 m svislé zrychlení az snímač svislého

zrychlení ± 50 m⋅s^-2 ± 0,5 m⋅s^-2 doba průjezdu t světelná hradla,

vysílací anténa - ± 0,01 s

brzdný tlak pb snímač tlaku 25 MPa ± 0,25 MPa síla na brzdový

pedál Fb snímač síly 700 N ± 7 N

Zdvih brzdového,

či akceler. pedálu sb, sa snímač dráhy 0,15 m 0,002 m

5.7 Pomocná zařízení

Při jízdě po předepsané dráze se tato dráha vyznačí barevným pruhem na vozovce. Řidič pak ovládá vozidlo tak, aby sledoval vyznačený pruh těžištěm vozidla nebo jedním předním kolem s nejvyšší možnou přesností.

Při jízdě v předepsaném jízdním pruhu se toto vyznačení provede pomocí dopravních kuželů předepsaných rozměrů viz obr. 5.1 Jestliže vozidlo posune, či porazí některý z kuželů, prohlásí se jízda za neplatnou.

500+30 0

b)

380

40 30 280

600

a)

285x285 185

45

Obr. 5.1 Rozměry dopravních kuželů: a) ISO/TR 3888; b) Čs. výrobek

5.8 Bezpečnostní opatření

Zkoušky je nutno provádět v prostoru zajištěném před vstupem nepovolaných osob a před vjezdem jiných vozidel. Jelikož se jedná o zkoušky nebezpečné, prováděné v oblasti mezních stavů jízdy a tedy hrozí převrácení vozidla je vhodné použít bezpečnostní pásy a ochranné přilby. Vozidlo by mělo být vybaveno příručním hasícím přístrojem a v blízkosti zkoušky musí být v pohotovostním stavu vozidlo s alespoň jedním členem posádky s hasícím a zdravotnickým vybavením.

Měřící zařízení i zátěž musí být řádně upevněny tak, aby se při zkoušce nemohly uvolnit.

6 Jednotlivé zkoušky a jejich metodiky

Základní požadavky na zkoušky směrové dynamiky osobních automobilů udává norma SAP ONA 30 0750.

6.1 Jízda po kružnici

Ustálená jízda po kruhové dráze konstantní rychlostí je jednou z nejstarších metod pro zkoušení ovladatelnosti. Změřením času potřebného k projetí kruhu o stálém poloměru je možno, bez nároků na měřící techniku, určit maximální příčné zrychlení (meze smyku nebo překlopení) na určitém povrchu vozovky. Vedle maximálně dosažitelného příčného zrychlení je také zajímavé pozorovat, jak se jednotlivé pohybové veličiny mění až k dosažení této maximální hodnoty tzn. jejich průběh v závislosti na příčném zrychlení. Statickou řiditelnost (zatáčivost vozidla) charakterizuje úhel natočení volantu βv , úhel směrové úchylky těžiště vozidla αT a úhly směrových úchylek přední a zadní nápravy αP , αZ . Z průběhu závislosti úhlu natočení volantu na příčném zrychlení je možno posoudit statickou řiditelnost vozidla (nedotáčivost, přetáčivost), viz obr. 6.1 .

Účelem zkoušky je zjištění ustálené odezvy na řízení (získání základních charakteristik vozidla pro posouzení statické řiditelnosti).

[m/s ] 4

a^y 8 6

jízda vlevo

2 2 0 2 4 6 8 a^y[m/s ]

přetáčivost vypočtená střední hodnota

úhel natočení volantu v [°]

nedotáčivost

100

50 150

200

jízda vpravo pole naměřených

hodnot

250

2

Obr. 6.1 Závislost úhlu natočení volantu na příčném zrychlení při ustáleném zatáčení po kruhové dráze [1].

6.1.1 Metoda jednotlivých jízd ustálenou rychlostí

Na kruhové dráze o doporučeném poloměru 30 až 50 m projíždí vozidlo o nejnižší i celkové hmotnosti ustálenou rychlostí.

Poloha volantu i akceleračního pedálu má být v průběhu jednoho objezdu stálá.

Nejprve se provede měření při nejnižší možné ustálené rychlosti vozidla, pak se postupně rychlost jízdy zvyšuje po krocích úměrných přírůstku příčného zrychlení

0,5 m/s² (mění-li se měřené hodnoty příliš rychle se stoupajícím zrychlením, je účelné zvolit menší krok). Při každé ustálené úrovni příčného zrychlení se provede záznam měření. Hodnoty příčného zrychlení mají stále stoupat a údaje se snímají do nejvyšší dosažitelné hodnoty příčného zrychlení, při kterém je možno udržet ustálené podmínky zkoušky.

Doporučuje se použít nejvyšší vhodný rychlostní stupeň, který se zaznamená do zkušebního protokolu.

6.1.2 Metoda plynulého zvyšování rychlosti

Na kruhové dráze o doporučeném poloměru 30 až 50 m vozidlo nejprve projede část kruhové dráhy, aby se ustavila počáteční poloha vozidla a natočení volantu.

Záznam měřených veličin započne za klidu vozidla a vozidlo se začne pomalu rozjíždět. Rychlost jízdy se pozvolna zvyšuje, přičemž se provádí takové korekce volantem, aby vozidlo stále co nejpřesněji sledovalo vyznačenou kruhovou dráhu. Je důležité, aby bylo zvoleno takové urychlení vozidla, při kterém lze považovat pohyb vozidla v každém okamžiku za ustálený, tedy velmi pozvolné. Záznam měření trvá až do dosažení mezního stavu vozidla.

6.1.3 Měřené veličiny

• úhel natočení volantu βv

• příčné zrychlení (může být stanoveno z jiných veličin např. podle vztahu : a_y v R

a_y = _x2⋅1 )

Dále mohou být měřeny další veličiny:

• úhel směrové úchylky těžiště vozidla αT

• úhly směrových úchylek přední a zadní nápravy αP , αZ

• rychlost stáčení ε_&

• moment na volantu Mv

• úhel klopení karoserie ψ

6.1.4 Výsledky a vyhodnocení zkoušky

Z časových průběhů měřených veličin se vyhodnotí závislosti úhlu natočení volantu a dalších případně měřených veličin na příčném zrychlení. Vzhledem k nehomogennosti povrchu vozovky, nerovnostem a malým řídícím korekturám k dodržení co nejpřesnější kruhové dráhy vzniká rozptyl naměřených hodnot, a proto je vhodné proložit křivky, naměřených signálů závislostí na příčném zrychlení, polynomickými regresivními křivkami.

6.2 Jízda po kružnici při různé adhezi a různém huštění pneumatik

Účelem zkoušky je kontrola splnění minimálních požadavků na dosažené příčné zrychlení.