TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Řízení Slouží k udržování nebo změně směru jízdy vozidla Rozdělení podle vztahu k nápravě 1. řízení jednotlivými koly (natáčením kol kolem rejdového čepu) 2. řízení celou nápravou (především přívěsy)
Rozdělení podle řízené nápravy 1. řízení koly na přední nápravě (nápravách) 2. řízení na zadní nápravě (nápravách) 3. řízení na přední i zadní nápravě (nápravách)
Pavel Němeček 2009
1/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Rozdělení podle způsobu ovládání 1. řízení přímé (ovládané silou řidiče) 2. řízení s posilovačem (servořízení) – pohybem volantu je ovládán posilovač, který řídí kola
Požadavky na řízení : 1) snadná, rychlá a bezpečná ovladatelnost 2) minimální přenos vibrací na volant 3) existence sil, které vrací kola za všech okolností do přímého směru nebo 4) síly pro pohyb do zatáčky větší než síly pro návrat do přímého směru 5) minimální opotřebení pneumatik při průjezdu zatáčkou 6) v mechanizmu řízení malá vůle • max. 180 na volantu (vmax > 100 km/h) • max. 270 na volantu (vmax 25 ÷ 100 km/h) • max. 360 na volantu (vmax < 25 km/h) 7) u řízení bez posilovače max. 5 otáček volantu (z vychýlení 350 u vnitřního kola zprava do stejné polohy vlevo nebo z krajních poloh řízení vymezeného dorazy) 8) vozidla s hmotností připadající na řízenou nápravu (nápravy) minimálně 3500 kg musí být vybavena posilovačem, při selhání posilovače nesmí síla na volantu přesáhnout 600 N 9) při zatáčení z přímé jízdy do oblouku o poloměru 12 m rychlostí 10 km/h nesmí síla na volantu překročit 250 N 10) další požadavky ve Vyhlášce č. 102/1995 Sb. a v EHK č. 79
Pavel Němeček 2009
2/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Mechanizmus řízení • požadavek odvalování kol bez bočního skluzu • předpoklad, že kola jsou bočně nepoddajná • střed otáčení musí ležet na prodloužené ose zadní nápravy (neřízené)
Ackermannova geometrie řízení t0
x
β1 β2
l y β1
β2
P
R
cot g β 1 =
R+
t0 2
l
cot g β 2 =
R−
t0 2
⇒
l
cot g β 1 − cot g β 2 =
t0 l
cot g β 1 − cot g β 2 =
2y x
Po zavedení pomocných veličin x a y platí : t0 +y cot g β 1 = 2 x
t0 −y cot g β 21 = 2 x
⇒
⇓
y= Pavel Němeček 2009
t0 x 2l
3/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Splnění teoretických podmínek ⇒ lichoběžník řízení
ϕ/
ψ ϕ Nutná podmínka : ψ < 1600 (ochrana proti vzpříčení) Spojovací tyč : - nedělená u tuhé nápravy - dělená u nezávislého zavěšení (⇒ další variabilita v mechanizmu řízení) Syntéza řídícího mechanizmu : • rotační a sférické vazby (spolehlivost, snadná údržba) • prostorový mechanizmus (složitost matematického řešení) • odpovídá Ackermannově rovnici především v oblasti malých β1 a β2 • provádí se především experimentálně (modelováním na počítači), sleduje se křivka chyb
x
β1 β2 křivka chyb
y
Pavel Němeček 2009
4/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Uspořádání mechanizmu řízení
Pavel Němeček 2009
5/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Pavel Němeček 2009
6/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Převodky řízení • slouží ke změně rotačního pohybu volantu na řídící pohyb (natáčení) předních kol • realizují převod iř (mechanizmus má převod im ≈ 1,2) • při zanedbání převodu mechanizmu je převod realizovaný převodkou (teoreticky bez deformací mechanizmu) ip =
βV βP
βP =
β Plevé + β Ppravé 2
βP - střední úhel natočení kol řízení (střední úhel rejdu) βV - úhel natočení volantu • ve skutečnosti není převod konstantní ip =
∂β V ∂β P
• velikost převodu ovlivňuje ovládací síly a reakci vozidla na „trhnutí“ volantem (obvyklá hodnota iP = 19 ÷ 23)
Pavel Němeček 2009
7/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Převodky řízení : - maticové – především pro tuhé nápravy, velké síly, menší citlivost na rázy
- hřebenové – malé tření, konstrukčně jednoduché
Pavel Němeček 2009
8/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
- šnekové (s kolíkem) – nákladní automobily (+ posilovač)
Pavel Němeček 2009
9/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Pavel Němeček 2009
10/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Řízení všemi koly • moderní prvek řízení vozidla • usnadňuje manévrování při nízkých rychlostech (malý poloměr zatáčení) • zlepšuje se dynamická řiditelnost při vysokých rychlostech Podle směru natáčení kol rozeznáváme : • nesouhlasné – velká natočení kol • souhlasné – malá natočení kol
Systémy řízení všech kol : • každá náprava má vlastní řízení a převodku + aktivní el. systém • hydraulické válce působí na mechanizmus zavěšení (elastokinematický) – malá vychýlení • mechanickým propojením převodek
Pavel Němeček 2009
11/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Ustálený pohyb po kruhové dráze α1 α1, α2 – úhly směrových odchylek cy1, cy2 – tečné tuhosti pneumatik β0
a
β0 - α1
α1 Fy1
v
β0 - α1+α2 P
m.v /R T 2
L b
α2 α2
β0
R P0
Fy2 R0
L L ≈ ; R0 ≈ R R R L = β 0 − α1 + α 2 ⇒ R
Předpoklad : arctg Platí : Boční síly :
v2 b F y1 = m . . R L
1 v2 F y 1 = 2 Fz 1 . g R
Směrové odchylky :
α1 =
F y1 2c y1
L ⎛⎜ Fz 1 Fz 2 ⎞⎟ v 2 L v2 β0 = + ⎜ = + K0 − R ⎝ c y1 c y 2 ⎟⎠ gR R gR K0
12/14
L + α1 − α 2 R
Fy2
v2 a = m. . R L
Fy 2
1 v2 = 2 Fz 2 . g R
Fz 1 v 2 = gRc y1
2 kola (kolo má dvojnásobnou tuhost)
Pavel Němeček 2009
β0 =
α2 =
Fy 2 2c y 2
Fz 2v 2 = gRc y 2
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
K0 – součinitel točivosti 1) K0 = 0
⇒ α1 = α2 ,
Fz1 Fz 2 = c y1 c y 2
neutrální vozidlo – vozidlo s normální točivostí
2) K0 > 0
⇒ α1 > α2 ,
Fz1 Fz 2 > c y1 c y 2
nedotáčivé vozidlo Nedotáčivost – při působení vnějších sil v těžišti beze změny polohy řídících prvků má vozidlo tendenci stáčet se ve směru působících sil Charakteristická rychlost – úhel natočení kol v CH =
3) K0 < 0
2L R
gL K0
⇒ α1 < α2 ,
Fz 1 Fz 2 < c y1 c y 2
přetáčivé vozidlo Přetáčivost – vlastnost vozidla, kdy při změnách bočních sil se při stálé poloze řídících prvků vozidlo snaží stáčet v opačném směru než působí síly Jízda přetáčivého vozidla může být směrově nestabilní
Pavel Němeček 2009
13/14
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 6 – Řízení
Směrová stabilita – vlastnost vozidla, kdy při daném směru jízdy vozidla a při působení menších bočních sil se tento směr nemění Kritická rychlost – úhel natočení kol je nulový a vozidlo se pohybuje po jakékoliv dráze. Pohyb nad touto rychlostí je směrově nestabilní. v KR =
gL − K0
10
≈ 2L/R
β0 ≈ L/R
5
0 vKR
Pavel Němeček 2009
14/14
vCH v [km/h]
