ÚSTAV PRO VÝZKUM MOTOROVÝCH VOZIDEL s.r.o. TECHNICKÁ ZPRÁVA

ÚSTAV PRO VÝZKUM MOTOROVÝCH VOZIDEL s.r.o. TÜV Süddeutschland Holding AG www.uvmv.cz

Lihovarská 12, 180 68 Praha 9

Pověřená zkušebna MDS-ČR; Homologační zkušebna E8/C; Autorizovaná osoba 213; Notifikovaná osoba ES 1018; Akreditovaná zkušební laboratoř č. 1107 podle ISO 17025

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka

TECHNICKÁ ZPRÁVA

Projekt „Metodika pro hodnocení vozidel v jízdních manévrech na základě počítačových simulací a jízdních zkoušek“

Číslo zprávy: TECH - Z 18 / 2003

Zprávu vypracoval: Ing. Miroslav Dvořák Vedoucí skupiny: Ing. Jaroslav Úlehla Vedoucí divize: Ing. Michal Jiránek

Druh zprávy: výroční

Schválil jednatel ústavu: Ing. Lubomír Kubelka

Počet stran: Počet obrázků: Počet tabulek: Počet grafů: Počet příloh:

21 6 0 0 0

Telefon Fax e-mail

Podnikatelská skupina TÜV Süddeutschland Jednatel Ing. Lubomír Kubelka, IČO 63993040. Zapsáno KOS v Praze 11.8.1995, odd. C, vložka 39153

266 310 679 266 310 343 [email protected]

HVB Bank Czech Republic a.s. Italská 24, 121 49 Praha 2 č. ú. 1168829001/2700

ÚSTAV PRO VÝZKUM MOTOROVÝCH VOZIDEL s.r.o. TECH - Z 18 / 2003

TÜV Süddeutschland Holding AG

2

Datum vydání zprávy: 27.8.2003



3

OBSAH

1. ÚVOD......................................................................................................................4 2. CÍLE PROJEKTU A SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÍ..................................................5 2.1 Cíle projektu ....................................................................................................5 2.2 Věcná náplň projektu......................................................................................5 2.3 Stav řešení k 1.9.2003.....................................................................................6 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5

Jízdní zkoušky....................................................................................................... 6 Měření charakteristik pneumatik ........................................................................... 7 Laboratorní měření................................................................................................ 8 Metodické práce.................................................................................................... 8 Tvorba softwaru pro jízdní zkoušky....................................................................... 9

3. ANALÝZA DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ A NÁVRH DALŠÍHO POSTUPU ..........11 3.1 Jízdní zkoušky ..............................................................................................11 3.1.1 Diskuse výběru sledovaných parametrů ............................................................. 11 3.1.2 Ideový návrh programu zkoušek ......................................................................... 13

3.2 Měření charakteristik pneumatik .................................................................15 3.2.1 Analýza dosažených výsledků ............................................................................ 15 3.2.2 Diskuse možností využití měřicího kola .............................................................. 18 3.2.3 Předpokládaný postup další práce...................................................................... 20

3.3 Ostatní kapitoly projektu..............................................................................21 3.3.1 Metodické práce.................................................................................................. 21 3.3.2 Software pro jízdní zkoušky ................................................................................ 21 3.3.3 Laboratorní zkoušky, rešeršní práce apod.......................................................... 21

4. ZÁVĚR..................................................................................................................22



4

1. ÚVOD Tato zpráva shrnuje a analyzuje dosavadní výsledky a prezentuje návrh dalšího postupu řešení projektu „Metodika pro hodnocení vozidel v jízdních manévrech na základě počítačových simulací a jízdních zkoušek“, který je součástí etapy E 3.2 „Výzkumného centra spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka“. Na řečeném projektu spolupracuje odd. 490 s dalším oddělením ÚVMV; výsledky uváděné v této zprávě se týkají pouze prací v experimentální části řešení, za kterou je zodpovědné odd. 490. Věcně tato zpráva navazuje na předchozí zprávy vydané k tomuto projektu, vychází z výsledků v těchto zprávách prezentovaných a vyvozuje z nich závěry pro další práci. Cílem projektu, zahájeného v roce 2001, je ověření simulačních postupů v oblasti dynamiky vozidel s důrazem na experimentální získávání dat pro stavbu počítačového modelu vozidla a jeho validaci. Řešení projektu má směřovat k vytvoření metodiky hodnocení směrové dynamiky vozidla pomocí matematického modelu v součinnosti s jízdními zkouškami, přičemž se od začátku předpokládalo zachování určitého prostoru pro průběžné přizpůsobování náplně projektu aktuálním potřebám automobilového průmyslu v ČR, resp. předpokladům jeho dalšího vývoje v následujících letech. Dosavadní práce v experimentální části řešení byly zaměřeny do dvou základních oblastí: první a největší z nich byla problematika měření charakteristik pneumatik s použitím speciálního zařízení, jehož vývoj a výroba probíhala v rámci projektu, druhou pak získávání dat pro stavbu a úvodní validaci počítačového modelu vozidla. Další pokračování se předpokládá zejména v oblasti jízdních zkoušek s různými modifikacemi vozidla; výsledky těchto zkoušek by pak měly být porovnávány s výsledky simulací k ověření, nakolik se vliv daných modifikací projeví shodně v modelu a v reálném vozidle.



5

2. CÍLE PROJEKTU A SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÍ 2.1 Cíle projektu Základní motivací pro vypsání projektu byla snaha o dosažení takové úrovně znalostí a zkušeností s počítačovými simulacemi, aby bylo možno podstatně rozšířit praktické využití těchto moderních metod, a to jak v oblasti vývoje a konstrukce, tak i v oblasti schvalování vozidel, kde se simulace začínají od konce devadesátých let rovněž prosazovat. Skutečné využití potenciálu simulačních programů v oblasti dynamiky vozidel vyžaduje množství zkušeností a experimentální práce k dosažení dobré shody odezvy modelu a skutečného vozidla. Právě neexistující nebo příliš volná zpětná vazba mezi počítačovými modely a skutečnými vozidly je v současné době hlavní brzdou rozvoje těchto činností v České republice. Dílčí snahy o využití počítačových simulací při řešení konkrétních problémů obvykle naráží na omezenou vypovídatelnost a přesnost výsledků získaných na základě modelů, které byly jen v omezené míře nebo nebyly vůbec validovány. Dalším problémem je velmi špatná dostupnost dat týkajících se pneumatik a neexistence metodik pro jejich získávání, ačkoli vlastnosti pneumatik mají klíčový význam pro chování vozidla při jízdních manévrech. Špatná dostupnost dat naměřených na reálných vozidlech je problémem i při modelování dalších systémů na vozidle (např. protiblokovacího zařízení brzd). Řešení projektu je založeno zejména na paralelních simulacích a jízdních zkouškách vozidla a porovnávání výsledků. Cílem je, aby se odezva počítačového modelu v různých jízdních situacích co nejlépe shodovala s odezvou skutečného vozidla. V rámci projektu se rovněž předpokládá tvorba a ověření zkušebních metod pro měření konkrétních parametrů vozidla a jeho částí, nutných pro stavbu počítačového modelu – zejména charakteristických parametrů pneumatik.

2.2 Věcná náplň projektu Základním kamenem postupu řešení projektu je vytvoření počítačového modelu konkrétního vozidla kategorie M1. Model musí zahrnovat mechanismy zavěšení kol včetně jejich poddajností, mechanismus řízení, zjednodušený model pohonu a zpočátku jen jednoduchý model řidiče pro vedení vozidla po požadované trajektorii. Tento model je třeba validovat – nejprve v ustálených stavech příčné dynamiky, dále v neustáleném stavu a nakonec případně i z hlediska manévrů podélné dynamiky (akcelerace, brždění). Podstatnou část řešení by mělo tvořit být sledování vlivu změn v podvozku vozidla (např. náprava bez stabilizátoru, změněná poddajnost v mechanismu zavěšení apod.), v rámci možností s co největším zřetelem na vliv různých druhů a změn huštění pneumatik. Na základě těchto zkoušek je třeba model odladit tak, aby se jeho odezva na uvedené změny maximálně blížila odezvě reálného vozidla. S tím souvisí i nutnost získat dostatečné množství podkladů pro validaci modelu pneumatiky. Této problematice je věnována další významná kapitola řešení. V oblasti modelování se předpokládá pozdější doplnění modelu vozidla řídícími smyčkami – sofistikovaným modelem řidiče a případně modelem protiblokovací soustavy brzd (ABS). I zde půjde především o dosažení maximální možné shody odezvy počítačového modelu a reálného vozidla. Provedené práce by měly poskytnout zobecnitelné poznatky o potřebné struktuře modelu pro konkrétní typy simulací, o významu jednotlivých parametrů modelu a vlivu možných zjednodušení modelu na přesnost výsledků. Zároveň by měl být na základě získaných výsledků a zkušeností vypracován obecný postup (metodika) validačních měření.



6

Samozřejmou součástí řešení je rešeršní část, směřující především k využití dostupných informací týkajících se zkušeností (především zahraničních) z oblasti řešené problematiky.

2.3 Stav řešení k 1.9.2003 Poznámka: Tato kapitola uvádí pouze výstupy experimentální části řešení, prováděné odd. 490 ÚVMV. Řešení projektu bylo zahájeno v první polovině roku 2001. Jelikož však téměř do začátku roku 2002 nebylo jasné, v jaké výši a zda vůbec budou na řešení k dispozici finanční prostředky, bylo nutné v prvním roce řešení práce omezit a jejich podstatnou část přesunout do dalšího roku. Tím a také zpožděním zahájení projektu došlo ke zpoždění postupu práce oproti původním plánům o více než půl roku. V prvním roce řešení byla provedena rešerše a příprava úvodních validačních zkoušek. Nejdůležitějším dílčím výstupem tohoto roku byla výkresová dokumentace k zařízení pro měření sil v pneumatice (měřicího kola), podle níž byla ještě před koncem roku zahájena výroba. Ve druhém roce byl vytvořen software pro provádění jízdních zkoušek. Poté byl proveden rozsáhlý soubor validačních zkoušek. Byla dokončena výroba měřicího kola a následně byly zahájeny jeho ověřovací zkoušky. Dále bylo provedeno několik měření parametrů vozidla pro stavbu počítačového modelu – zejména měření torzní tuhosti zadní nápravy a zadního stabilizátoru a měření polohy těžiště vozidla. V roce 2003 pokračovaly ověřovací zkoušky měřicího kola a byla rovněž provedena jeho kalibrace. V souvislosti s problémy, které se vyskytly při validaci modelu vozidla bylo též provedeno měření převodu řízení. V rámci ověřovacích zkoušek měřicího kola byly rovněž získány datové soubory dále použitelné pro validaci počítačového modelu vozidla při ustáleném stáčení, akceleraci a brždění. Dosavadní činnosti v rámci řešení projektu lze rozdělit do několika oblastí, uvedených v následujícím výčtu: − − − − − −

jízdní zkoušky vozidla pro účely validace modelu ověřovací a metodické zkoušky vývoj zařízení pro měření charakteristik pneumatik měření specifických parametrů vozidla a jeho částí jako vstupní data pro stavbu počítačového modelu tvorba softwaru pro provádění jízdních zkoušek s možností on-line vyhodnocování některých parametrů např. v předjížděcím manévru rešeršní práce

2.3.1 Jízdní zkoušky V oblasti jízdních zkoušek byly provedeny veškeré práce pro úvodní validaci počítačového modelu. Soubor provedených jízdních zkoušek zahrnuje měření odezvy vozidla v ustáleném i neustáleném režimu. Kromě základních manévrů popisujících objektivně chování vozidla byly provedeny i zkoušky ve dvou typech předjížděcích manévrů; výsledky těchto zkoušek bude možno v budoucnu též použít k ladění modelu řidiče. Následuje přehled všech provedených zkoušek: − −

zkouška odezvy vozidla při ustáleném stáčení – jízda po kružnici dle ISO 4138 zkouška odezvy vozidla při harmonickém buzení – plynulé sinové natáčení volantu dle ISO-TR 8726


− −

Obrázek 1


zkoušky v neustáleném režimu – manévry v režimu „closed-loop“ − předjížděcí manévr dle ISO 3888-1 − VDA-test (vyhýbání se překážce – pozdější ISO 3888-2 měření bočních a podélných sil přenášených jednotlivými koly při ustáleném stáčení, brždění a akceleraci (v rámci ověřovacích zkoušek měřicího kola – viz dále)

Vozidlo při jízdních zkouškách

Problematikou validačních zkoušek se zabývají následující zprávy a protokoly: − −

7

TECH-Z 21 / 2001 (stručná informace k přípravě zkoušek) TECH-Z 14 / 2002 − Protokol ÚVMV č. 40284-02 (jízda po kružnici) − Protokol ÚVMV č. 40299-02 (sinové natáčení volantu) − Protokol ÚVMV č. 40300-02 (předjížděcí manévry)

2.3.2 Měření charakteristik pneumatik Před zahájením projektu byly již v odd. 490 zkušenosti s měřením kinematických parametrů pneumatik (zejména směrových úchylek), nebylo však k dispozici žádné zařízení schopné měřit síly přenášené pneumatikou na vozovku. Možnost měření charakteristik pneumatik je však přímo podmíněna dostupností takového měřicího zařízení. Na základě informací získaných rešerší provedenou v úvodu řešení projektu bylo rozhodnuto přistoupit ke konstrukci vlastního snímače, umožňujícího měřit přímo na vozidle podélnou a příčnou sílu. Ukázalo se, že takové zařízení je sice komerčně dostupné, avšak náklady na jeho pořízení by překročily rozpočet celého projektu. Byl zkonstruován a vyroben univerzální snímač, který se upevňuje mezi upravený ráfek a dosedací plochu pro ráfek na náboji kola pomocí jednoduchých adaptérů. Snímač je tedy variabilní z hlediska typů a rozměrů náprav a ráfků, přičemž hlavu kola ani žádné jiné



8

díly náprav není třeba upravovat – upraví se pouze ráfek vyříznutím střední části a navařením a osoustružením příruby pro upevnění měřicího zařízení. Měřicí kolo bylo zkalibrováno a podrobeno ověřovacím zkouškám, na jejichž základě byly provedeny některé menší konstrukční úpravy. Z výsledků ověřovacích zkoušek však vyplynula také některá omezení použitelnosti zařízení; o tom bude podrobněji pojednáno dále. Dosavadní práce v oblasti měření sil v pneumatikách jsou popsány v následujících technických zprávách: − − −

TECH-Z 21 / 2001 (rešerše a teoretické úvahy, konstrukce měřicího kola) TECH-Z 24 / 2002 (popis konstrukce, úvodní ověřovací zkoušky) TECH-Z 09 / 2003 (pokračování ověřovacích zkoušek, kalibrace)

2.3.3 Laboratorní měření Tato oblast zkoušek nebyla v projektu předem přesně specifikována a její náplň odráží aktuální potřeby a problémy, které se vyskytnou při tvorbě počítačového modelu vozidla. Jedná se obvykle o jednoduchá měření konkrétního technického parametru vozidla nebo jeho části – např. rozměru, hmotnosti, tuhosti, momentu setrvačnosti či některého kinematického parametru. Zpočátku se uvažovalo o možnostech měření momentu setrvačnosti celého vozidla, což by si však zřejmě vyžádalo výrobu značně rozměrného jednoúčelového zařízení. V rámci rešerše se však podařilo získat dosti rozsáhlou databázi momentů setrvačnosti a dalších hmotových parametrů různých vozidel. Pomocí této databáze lze momenty setrvačnosti odhadovat; v databázi lze nalézt vozidlo obdobných rozměrů, uspořádání agregátů apod. a jeho moment setrvačnosti nalezený v tabulce pak korigovat skutečnou hmotností vozidla, jehož setrvačné momenty potřebujeme určit. Proto se v současné době o výrobě zařízení pro měření setrvačného momentu vozidla neuvažuje. Dosud provedená laboratorní měření jsou jsou shrnuta v těchto zprávách: − − −

TECH-Z 14 / 2002 (mj. měření polohy těžiště) TECH-Z 19 / 2002 (měření torzní tuhosti zadní nápravy a stabilizátoru) TECH-Z 13 / 2003 (měření závislosti převodu řízení a diferenčního úhlu rejdu na úhlu natočení volantu)

2.3.4 Metodické práce Do této oblasti spadá jednak vývoj a ověřování zkušebních metodik pro zkoušky používané k validaci modelu a jednak vlastní vývoj metodiky validace modelu a hodnocení vozidel na základě zkoušek a počítačových simulací. Vzhledem k aktuálnímu stavu rozpracovanosti projektu se dosavadní dílčí výstupy týkají především prvně jmenované oblasti. Při provádění úvodních validačních zkoušek byla velká pozornost věnována metodikám těch zkoušek, se kterými do té doby nebylo příliš mnoho zkušeností. To se zejména týká sinového natáčení volantu. Zkouška dle ISO 4138 již byla v minulosti stejně jako předjížděcí manévr ISO 3888-1 úspěšně prováděna a také metodicky zpracována, v rámci projektu byly pouze odzkoušeny detailní odchylky od dosavadního způsobu vyhodnocení. S prováděním zkoušky sinového natočení volantu bylo po delší pauze započato v roce 2000 právě v souvislosti s počítačovým modelováním. Zkouška byla prováděna odděleně po jednotlivých frekvencích s krokem 0.1 Hz, což bylo poměrně časově náročné jak na vlastní zkoušení, tak i na vyhodnocení zkoušek. V rámci projektu byla ověřována reprodukovatelnost této zkoušky. Dále byla zkoumána možnost zjednodušení a urychlení zkoušky jejím prováděním dle ISO-TR 8726, tzn. omezeným počtem jízd (v extrémním případě i pouze jednou jízdou) s plynulým zvyšováním frekvence natáčení volantem, přičemž se nepoužívá žádné zařízení, které by řidiče „vedlo“. Ukázalo se, že za dodržení jistých



9

podmínek lze takto dojít ke stejným výsledkům jako dříve používanou metodou, a to při podstatně menší náročnosti zkoušky. V rámci validačních zkoušek byly rovněž získány podklady pro zkoumání vazby mezi výsledky objektivních a subjektivních resp. subjektivně-objektivních zkoušek; zatím zde však nebyly učiněny žádné závěry. Ukazuje se nicméně, že význam zkoušky sinového natáčení volantu je především v oblasti validace modelu z hlediska jeho modálních vlastností a využití této zkoušky pro hodnocení vlastností vozidla je problematické s ohledem na omezenou vypovídatelnost. Metodické práce byly prováděny v rámci úvodních validačních zkoušek a získané poznatky jsou uvedeny společně s výsledky zkoušek ve shodných zprávách a protokolech: −

TECH-Z 14 / 2002 − Protokol ÚVMV č. 40284-02 (jízda po kružnici) − Protokol ÚVMV č. 40299-02 (sinové natáčení volantu) − Protokol ÚVMV č. 40300-02 (předjížděcí manévry)

2.3.5 Tvorba softwaru pro jízdní zkoušky Měřicí software pro zkoušky byl postaven na bázi staršího měřicího programu používaného v odd. 490. Do programu byl především přidán modul pro měření času a rychlosti průjezdu předjížděcím manévrem, prohlížeč naměřených signálu a hardwarově spouštěné stopky. Byly rovněž rozšířeny možnosti nastavení uživatelského nastavení aplikace. Verze programu z dubna roku 2002 je popsána ve zprávě TECH-Z 08 / 2002. Od doby vydání uvedené zprávy prošla aplikace dalšími změnami. V polovině roku 2002 byl podstatně rozšířen modul pro měření času a rychlosti průjezdu předjížděcím manévrem. Je zde možno uživatelsky definovat až 8 parametrů, které program při měření vyhodnocuje, přičemž je definováno 7 různých typů těchto parametrů – kromě času a rychlosti v úseku definovaném pořadím počáteční a koncové závory je to okamžitá hodnota zvoleného signálu při sepnutí závory (např. pro měření okamžité rychlosti v daném místě), základní statistické parametry signálu v daném úseku nebo z celého záznamu a integrál ze signálu v daném úseku (umožňuje vyhodnocení ujeté dráhy ze signálu rychlosti). Změnila se rovněž struktura textového souboru, do kterého se výsledky zapisují; nyní je lze mnohem snadněji importovat do libovolného tabulkového procesoru a dále zpracovávat. V programu zůstala i možnost jednoduchého měření času průjezdu původním způsobem.


Obrázek 2


10

Hlavní panel aktuální verze softwaru pro zkoušky

Do programu byl dále doplněn zcela nový modul pro měření brzdné dráhy pomocí snímače rychlosti; je určen zejména pro zkoušky podle metodiky AMS, nastavitelné parametry však umožňují jeho využití i pro zkoušky dle jiných metodik. Modul rovněž počítá jednotlivé brzdné manévry a jejich série a zbavuje tak této povinnosti řidiče či obsluhu měřicí techniky. Naměřené brzdné dráhy a další parametry se zapisují do stejného textového souboru jako výsledky měření času. V souvislosti s tím přibylo do hlavního panelu další informační okno, zobrazující výsledky měření času, rychlosti či brzdné dráhy. Uživatel tak má možnost rychle porovnávat výsledky série měření a na jejich základě případně rozhodovat o dalším postupu. V roce 2003 bylo realizováno několik dalších vylepšení. Zásadní změnou je převedení programu do EXE a DLL formy; nyní je možno jej spouštět i z počítačů, kde není nainstalováno programové prostředí LabView. (Pro měření je však samozřejmě stále nutné mít nainstalovaný volně šířitelný ovladač měřicího hardwaru NI-DAQ.) Prohlížeč signálu je nyní programem, který lze spouštět odděleně přímo; lze tedy mít spuštěný měřicí program i prohlížeč a jednoduše mezi nimi přepínat. Optimalizace prohlížeče zároveň přinesla podstatné snížení využití paměti a procesorového času při jeho běhu na pozadí; uživatel navíc může v případě potřeby nárok na systémové prostředky ještě snížit vypnutím automatického dopočítávání základních statistických parametrů signálu.



11

3. ANALÝZA DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ A NÁVRH DALŠÍHO POSTUPU 3.1 Jízdní zkoušky Základním cílem jízdních zkoušek je získání dat pro porovnání s výsledky počítačových simulací. Práce je proto třeba koordinovat s postupem při tvorbě počítačového modelu. V roce 2002 byl proveden ucelený soubor jízdních zkoušek, validace modelu na jejich základě však nebyla dokončena. V jejím dosavadním průběhu vyšly najevo jisté pochybnosti o správnosti některých parametrů vozidla vyčtených z výkresové dokumentace a proto další práce byly namísto jízdních zkoušek zaměřeny na měření těchto parametrů. S předpokládaným dalším postupem validace se však počítá se zahájením zkoušek zkoumajících vliv specifických konstrukčních změn vozidla na jeho chování v jízdních manévrech. V tuto chvíli jde zatím o příčnou dynamiku vozidla. Projekt je zaměřen na oblast podvozku, kde má oblast podélné dynamiky menší význam. Výjimkou je problematika brždění, která je ovšem natolik specifická, že bude třeba řešit ji samostatně. Vlastnosti vozidla z hlediska brždění jsou navíc dnes dány především vlastnostmi pneumatik a systémem rozdělení brzdného tlaku, které je obvykle (a v blízké budoucnosti bude zřejmě výhradně) řešeno kombinací protiblokovacího zařízení a elektronicky řízeného rozdělovače; oba tyto konstrukční celky představují v současné době především množství neznámých a dostupnými prostředky nesnadno změřitelných parametrů a jejich modelování představuje náročný úkol, který zřejmě svým rozsahem značně přesáhne dimenzování řešeného projektu. 3.1.1 Diskuse výběru sledovaných parametrů Z hlediska potřeb automobilových výrobců by bezesporu byly nejzajímavější změny typů a rozměrů pneumatik, případně tlaku huštění. Pro počítačové modelování to však znamená nutnost znát detailní parametry všech zkoušených pneumatik. Tyto parametry jsou velmi těžko dostupné a přes pokrok ve vývoji měřicího kola v ÚVMV není stále k dispozici zařízení, které by bylo schopno přímo změřit základní charakteristiky pneumatik nezávisle na vozidle. Proto se prozatím s rozšiřováním zkoušek tímto směrem nepočítá. Počítá se však s pokračováním vývoje měřicího kola, jehož cílem je právě umožnit měření alespoň omezeného rozsahu charakteristik pneumatik a umožnit tak hodnotit alespoň v rámci možností vliv konkrétních typů pneumatik na jízdní vlastnosti vozidla pomocí počítačových simulací. Z hlediska modelování bude nejsnazší začít různými geometrickými změnami. Příkladem může být změna rozchodu kol na jedné nebo obou nápravách, které lze dosáhnout snadno vkládáním podložek různé tloušťky pod ráfky. Jde o nejjednodušší změnu, proveditelnou bez problémů jak technicky, tak v modelu. V úvahu přichází i změny geometrie náprav, jejich modelování však opět naráží na nedostatek dat pro model pneumatiky, neboť zde mají podstatný vliv některé charakteristiky, pro která buď nejsou k dispozici dostatečně přesná data, nebo je model vůbec nezahrnuje, případně neumožňuje jejich nastavení nezávislé na jiných parametrech – příkladem může být závislost směrové tuhosti pneu na odklonu kola. Relativně snadno lze ale sledovat např. vliv charakteristiky řízení (resp. diferenčního úhlu rejdu) na charakteristiku poslušnosti. To lze provést protisměrným přeseřízením dílčích sbíhavostí. Řízení je ale potom nesymetrické, proto je třeba provést zvláštní seřízení pro každý směr stáčení. Nicméně, charakteristiku řízení lze snadno měřit (už to bylo jednou v rámci projektu prováděno – viz technickou zprávu TECH-Z 13 / 2003) a rovněž simulovat na počítačovém modelu vozidla. Poměrně mnoho zajímavých možností nabízí změny tuhostí poddajných elementů soustavy odpružení vozidla. Nejjednodušší je zřejmě odstranění zadního stabilizátoru,



12

případně použití jiného s odlišnou tuhostí. Naklápěcí tuhost zadní nápravy se stabilizátorem i bez stabilizátoru byla přímo měřena (a stejně může být případně změřena i tuhost jiného typu stabilizátoru) – viz zpráva TECH-Z 19 / 2002 – a lze ji také snadno modelovat. Je možno též přidat stabilizátor na přední nápravu. Změny naklápěcí tuhosti jednotlivých náprav mají velký praktický význam, neboť značně ovlivňují charakteristiku poslušnosti a patří k několika základním parametrům, jejichž optimalizací se provádí ladění podvozku vozidla při jeho konstrukci. Měnit lze též tuhosti pružin. Zde se nabízí možnost použití pružin z těžších variant vozidla obdobného typu (např. VanPlus nebo Pick-up, nebo Felicia s motorem 1.6), případně pružin z různých sportovních úprav vozidla. Tuhost pružin lze při znalosti rozměrů a modulu pružnosti materiálu stanovit výpočtem, nebo je možné ji změřit s použitím jednoduchých upínacích přípravků na stroji pro měření mechanických vlastností materiálu, použitého například ke kalibraci měřicího kola. Tuhost pružin rovněž patří k základním parametrům jichž se používá k ladění podvozku vozidla. Jakkoli primárním účelem pružin je optimalizace chování vozidla z hlediska vertikální dynamiky, jejich vliv na dynamiku horizontální včetně charakteristiky poslušnosti vozidla je zásadní. Třetím základním článkem soustavy odpružení vozidla jsou tlumiče. Jejich význam pro jízdní vlastnosti vozidla je rovněž stěžejní, uplatňuje se však v neustálených stavech. Porovnávací měření s různými tlumiči bude tedy účelné zařadit do programu zkoušek až po důkladném odladění modelu v ustálených stavech. ÚVMV nemá k dispozici zařízení pro měření charakteristik tlumičů, jsou však zkušenosti se zajištěním těchto měření v externí spolupráci a v odd. 490 bylo již v minulosti úspěšně prováděno měření sil v tlumičích přímo na vozidle v jízdních manévrech. Z hlediska modelování je libovolná změna charakteristiky tlumiče triviální záležitostí.

Obrázek 3

Měření změn postavení kola vůži vozidlu vlivem elastokinematiky mechanismu zavěšení při jízdních manévrech (ilustrační foto k textu)

U moderních osobních automobilů vzrostl výrazně podíl elastokinematiky na charakteristikách mechanismu zavěšení kola. Použití speciálních pryžových lůžek s anizotropními vlastnostmi je dnes samozřejmostí u drtivé většiny osobních automobilů a výrobci odladění těchto poddajných členů mechanismu zavěšení věnují značnou pozornost. Z hlediska potřeb a požadavků automobilových výrobců je to tedy jedna z nejdůležitějších oblastí. Jistým problémem je stanovení deformačních charakteristik pryžových lůžek. Jejich dostupnost z výkresové dokumentace je značně omezená. Měření statických charakteristik je možné pomocí stroje na měření mechanických vlastností materiálu; vyžádá si to však výrobu množství speciálních přípravků – zvláště uvážíme-li, že vlastnosti lůžek jsou obvykle různé



13

v různých směrech a je tedy nutno je přinejmenším proměřit ve třech osách, případně ještě pro specifická kombinovaná namáhání. Navíc se zde lze obávat, že zvláště pro simulace přechodových a kmitavých dějů (např. skokové natočení volantu, kmitání řízení apod.) zde nevystačíme se statistickými zkouškami, neboť tuhost pryže značně závisí na frekvenci namáhání, stejně jako tlumení, které zde je také nutné uvažovat. Na druhou stranu má odd. 490 bohaté zkušenosti s měřením změn postavení nápravy a kola vůči vozidlu vlivem elastokinematiky přímo na vozidle v různých jízdních manévrech (viz obr. 3). Otázka, nakolik lze se statickými charakteristikami vystačit pro dané typy manévrů, je rovněž námětem pro další zkoumání, opět ale spadá do oblasti přechodových dějů, jimiž bude možné se zabývat až po dostatečném odladění modelu pro ustálené stavy. Je rovněž možné sledovat vliv změn hmotových parametrů (rozložení hmotnosti, nesymetrické zatížení, zvětšení poloměru setrvačnosti, zvýšení či snížení těžiště). Jde o parametry snadno modelovatelné a rovněž snadno měřitelné; to platí i v případě změny momentu setrvačnosti, kterou lze stanovit výpočtem ze znalosti hmotnosti a umístění přídavné zátěže. Zásadním problémem však zde je neznalost závislosti charakteristik pneumatik na svislém zatížení. V praxi se model vozidla validuje jako celek pro každé zatížení (pohotovostní hmotnost, částečné zatížení, celková hmotnost) zvlášť. Situaci ještě komplikuje fakt, že pro různá zatížení se u většiny osobních automobilů upravuje tlak v pneu. Nicméně vliv různého zatížení stejného vozidla na jeho jízdní vlastnosti bezpochyby může výrobce zajímat a pokud by se podařilo odladit model natolik, aby byl použitelný pro různé stavy zatížení vozidla, představuje zkoumání citlivosti vozidla na změny hmotnosti a rozložení zátěže jednu z možných oblastí využití počítačové simulace. Nabízí se i možnost zásadnějších konstrukčních úprav v podvozku vozidla. Příkladem mohou být úpravy nápravnice zadní spřažené nápravy. Bylo by například možné snížit tuhost připojení podélných ramen zmenšením nebo úplným odstraněním trojúhelníkových vzpěr v místě jejich spojení s torzně poddajnou příčkou. Současný model však uvažuje nápravnici jako příčně absolutně tuhou. Bylo by tedy třeba upravit model. To samo o sobě není problém, je však třeba stanovit tuhost nápravnice před úpravou i po úpravě. Vzhledem k rozměrům nápravnice není možné upnout ji do stroje pro měření mechanických vlastností materiálu a bude tedy nutno vyrobit speciální měřící přípravky, nápravnici upevnit na upínací desku a namáhat ji v různých směrech s použitím snímačů síly. Vzhledem k tomu, že se jedná o poněkud náročnější postup, bude zřejmě zpočátku vhodnější dát přednost jiným, méně náročným úpravám, ačkoli vliv příčné tuhosti je u uvedeného typu náprav bezesporu zajímavým hlediskem. Bylo by samozřejmě zajímavé zkoušet i náročnější konstrukční úpravy a měnit například polohu zadních tlumičů a jejich sklon, případně posouvat umístění bodu uchycení předních vzpěr McPherson v karosérii (a to jak podélně, tak příčně) a měnit tak příklon a záklon rejdového čepu. Tyto možnosti však nepřipadají v úvahu, neboť není k dispozici zkušební vozidlo, do kterého by bylo možné takové nevratné konstrukční zásahy provádět. 3.1.2 Ideový návrh programu zkoušek Jak již bylo naznačeno v předchozí kapitole, předpokládá se nejprve ladění modelu v ustáleném stavu a teprve následně v přechodových režimech1. Postup by rovněž měl směřovat od úprav majících výrazný kvalitativní vliv na chování vozidla k jemnému dolaďování kvantitativních ukazatelů. Dále bude žádoucí (zejména počáteční fázi) preferovat jednoduché a jednoznačné konstrukční úpravy, které lze také snadno modelovat.

1

Zde je míněno pořadí zkoušek z hlediska jejich využití při ladění počítačového modelu. V praxi samozřejmě bude z hlediska organizace práce logické provést s danou variantou vozidla spolu se zkouškami v ustáleném stavu zároveň i měření v přechodových režimech, pokud se předpokládá jejich pozdější využití.



14

Zpočátku tedy budou vlivy konstrukčních úprav hodnoceny v ustáleném stavu a základními porovnávacími kritérii budou výsledky zkoušky ustálené jízdy v kruhu (ISO 4138) – zejména tvar a význačné body charakteristiky poslušnosti, dále naklápěcí tuhost vozidla jako celku a závislosti směrových úchylek kol obou náprav na bočním zrychlení. U vybraných úprav bude zřejmě rovněž účelné sledovat frekvenční odezvu při zkoušce sinového natáčení volantu, která se sice ukazuje jako nepříliš vhodná pro hodnocení vozidel, pro validaci modelu vozidla z hlediska jeho modálních vlastností však nemá mnoho alternativ. Objektivní a snadno simulovatelná zkouška pro měření vlastností vozidla v přechodových režimech nebyla zatím zvolena. V tuto chvíli se uvažuje o hodnocení na základě zkoušky skokového natočení volantu. Tato zkouška dosud nebyla v rámci projektu prováděna – bude tedy nutné jí nejprve vyzkoušet s vozidlem ve standardním provedení a případně jí metodicky dopracovat. Ačkoli hodnocení vozidla v neustáleném stavu se předpokládá až v pozdější fázi řešení, s ohledem na úsporu času při provádění všech zkoušek s jedním provedením vozidla najednou však zřejmě stojí za úvahu provést metodické odladění této zkoušky dříve. Předjížděcí manévr představuje nejkomplikovanější zkoušku z hlediska simulací, ale zároveň zkoušku, která nejlépe vystihuje kritické situace, které se mohou vyskytnout v běžném provozu, a je tedy vysoce relevantní vzhledem k ovladatelnosti a stabilitě vozidla. S jejími simulacemi se sice počítá až v konečné fázi, lze však říci, že dosažení dobré shody chování počítačového modelu a skutečného vozidla právě v předjížděcím manévru je hlavním cílem řešení projektu. V rámci projektu byly zkoušeny a zdokumentovány dva typy předjížděcích manévrů – „klasický“ dle normy ISO 3888-1 a tzv. VDA-test, který byl mezitím normalizován jako ISO 3888-2. Zkušenosti ukazují, že posledně jmenovaný manévr vede obvykle k větším rozdílům mezi zkoušenými variantami, je méně náročný z hlediska řidiče (resp. vliv řidiče je zde o něco menší, stále však významný) a z hlediska bezpečnosti je výhodná podstatně nižší rychlost průjezdu. Na druhou stranu však průjezd manévrem je obvykle méně plynulý, je dosahováno větších směrových úchylek obou náprav a v souvislosti s tím dochází i k intenzivnějšímu opotřebení pneumatik, zejména v přechodové oblasti na vnější straně běhounu. Nebude-li tedy možno z časových či jiných důvodů možno provádět zkoušky v obou variantách předjížděcího manévru, bude zřejmě vhodné preferovat VDA-test (ISO 3888-2). Je však nutné počítat s tím, že v případě některých konstrukčních úprav, u kterých lze předpokládat výrazně negativní vliv na chování vozidla (např. demontáž stabilizátoru) bude z bezpečnostních důvodů nutné snížit rychlost průjezdu manévrem (tzn. nedosáhnout mezní rychlosti pro danou variantu vozidla) a v extrémním případě i zkoušku v předjížděcím manévru vynechat. Na základě předchozího rozboru lze tedy uvažovat s následujícím postupem zkoušek: V první fázi začít s nejjednoduššími úpravami: Za prvé montáží podložek pod kola pro rozšíření rozchodu, přičemž bude vhodné zkusit i variantu rozšíření rozchodu pouze na jedné nápravě vozidla, aby se změnilo také rozložení klopné tuhosti jednotlivých náprav. Za druhé pak půjde o demontáž zadního stabilizátoru, případně použití jiného stabilizátoru či montáž stabilizátoru na přední nápravu, bude-li takový k dispozici. Výběr případných dalších zkoušek bude záležet na tom, jaké alternativní prvky podvozku (jiné tlumiče, pružiny, pryžová lůžka uložení náprav) vozidla se podaří získat. Podstatný vliv na výběr dalších úprav a další postup zkoušek by však měly mít výsledky počítačových simulací předchozích úprav. V této chvíli tedy ještě nelze další postup přesně specifikovat.



15

3.2 Měření charakteristik pneumatik 3.2.1 Analýza dosažených výsledků Měřicí kolo, které bylo v rámci projektu v odd. 490 zkonstruováno a vyrobeno, umožňuje měřit příčnou sílu na kole a podélnou sílu, resp. hnací či brzdný moment. Předpokládají se dva základní způsoby užití: Za prvé jde o přímé měření základních charakteristik podélné a příčné síly v pneumatice (tzn. závislosti podélné síly na podélném skluzu a příčné síly na úhlu směrové úchylky), za druhé pak o měření sil přenášených jednotlivými koly při konkrétních jízdních manévrech (a tedy zkoumání distribuce příčných a podélných sil mezi jednotlivá kola vozidla). Měřicí kolo bylo zkonstruováno tak, aby bylo možno jej vyrobit s přiměřenými náklady prostředky dostupnými v ÚVMV (s výjimkou dvou hlavních nosných součástí s drážkováním, které byly vyrobeny externí zakázkou). Z toho důvodu bylo od začátku upuštěno od možnosti snímat též vratný moment, jehož charakteristika má sice rovněž stěžejní význam pro dynamiku vozidla, konstrukce měřicího kola by se tím ale značně zkomplikovala a v důsledku toho i prodražila.


Obrázek 4


16

Měřicí kolo s příslušenstvím připravené k měření (původní provedení s přenosem signálu telemetrickým systémem Hottinger-Baldwin)

Měřicí kolo je v současné době funkční, odzkoušené a byla provedena i jeho kalibrace. Snímač má lineární charakteristiku a výstupní signály jsou skutečně úměrné měřeným veličinám. Linearita je zachována i při případném přetížení snímače až o 30 %; s ohledem na mechanickou pevnost však smí toto přetížení být jen krátkodobé. Z hlediska mechanického se objevil pouze jediný problém – natažení šroubů spojujících obě základní nosné části celého zařízení. Zde bude zřejmě nutné použití silnějších šroubů než doposud. Z prostorových důvodů zde bylo použito sedmi šroubů M6. Jelikož zde není dostatek místa pro nejbližší větší šrouby standardní řady (M8), bude zřejmě nutné zde použít nestandardní šrouby se závitem M7x1, na který lze vzhledem ke stejnému stoupání poměrně snadno přestružit závit M6. Pokud by nebylo možné tyto šrouby zajistit, připadá v nouzi ještě v úvahu zachování rozměrů závitu, avšak s použitím šroubů vyšší pevnostní kategorie (12.9 namísto současné 8.8).


Obrázek 5


17

Detail měřicího kola – současné provedení s kontaktním převodníkem signálu Hottinger Baldwin SK 6

V průběhu výroby se bohužel ukázalo, že pro snímač nebude možno použít původně uvažovanou telemetrickou soustavu pro přenos signálu Hottinger-Baldwin. Bylo nutno ji nahradit kontaktními přenašeči stejného výrobce, z čehož však vyplynulo několik omezení, které ovšem ovlivňují předpokládané možnosti použití měřicího kola. Jednotlivé signály nejsou v přenašeči od sebe odděleny a vzhledem k jejich střídavému charakteru dochází k vzájemné indukci. Z toho důvodu není možno snímat oba signály najednou. Druhým omezením je nemožnost doplnit měřicí kolo snímačem otáček Corrsys, neboť na jeho uvažovaném místě je nyní kontaktní přenašeč. Tento nedostatek lze však vyřešit pravidelným rozmístěním samolepicích odrazových proužků na kolo a jejich snímáním optickou závorou. Tento způsob měření otáček byl již úspěšně vyzkoušen. Další podstatné omezení vyplynulo z výsledků ověřovacích zkoušek. Ukázalo se, že oba signály mají výrazný kmitavý charakter s frekvencí otáček kola. Aby bylo možno toto kmitání odfiltrovat, je nutné, aby nejvyšší frekvence měřeného děje byla podstatně nižší než frekvence otáčení kola. To je nepříjemné při nízkých rychlostech jízdy, a zcela to vylučuje například použití měřicího kola při zkoušce sinového natáčení volantu. Příčinou tohoto kmitání jsou zřejmě především nepřesnosti při výrobě jednotlivých součástí a při lepení tenzometrů, případně odchylky ve vlastnostech jednotlivých tenzometrů. Odd. 490 ÚVMV však nemá k dispozici prostředky pro zajištění přesnější výroby. Posledním nepříjemným faktorem je citlivost signálu boční síly na přenášený hnací resp. brzdný moment. Byla sice proměřena závislost zkreslení signálu boční síly na přenášeném momentu, provádění kompenzace je však obtížné vzhledem k výše diskutované nemožnosti provádět současně měření boční síly i krouticího momentu. Zkreslení signálu boční síly může dosáhnout až 10 % z rozsahu snímače.



18

Měřicí kolo je navrženo jako univerzální, přičemž na konkrétní vozidlo se připevňuje pomocí adaptérů. V současné době je k dispozici adaptér s ráfkem 4.5J-13 pro vozidlo Škoda Felicia, ve stádiu rozpracovanosti je nyní výroba ráfků 5J-14 (Škoda Fabia) a 6J-15 (Škoda Octavia). Příslušné adaptéry jsou již vyrobeny. 3.2.2 Diskuse možností využití měřicího kola Zabývejme se nejprve přímým měřením charakteristik pneumatik. Těmi je míněna závislost podélné (hnací nebo brzdné) síly na podélném skluzu respektive závislost boční síly na směrové úchylce při konstantním svislém zatížení. Odd. 490 má k dispozici všechny potřebné přístroje i zkušenosti s měřením obou uvedených kinematických veličin. Měření skluzu (resp. otáček kola a celkové rychlosti vozidla) je možné bez problémů provádět současně s měřením podélné síly přímo na vozidle. Současné měření boční síly a směrové úchylky téhož kola je poněkud komplikovanější a zatím nebylo vyzkoušeno. Není jasné, zda bude z prostorových důvodů možné upevnit snímač směrové úchylky ke kolu, kde už je upevněn snímač sil. Nebude-li to možné, nabízí se zde alespoň pro některé typy zkoušek alternativa v podobě měření směrové úchylky na druhém kole téže nápravy; výsledek lze pak zpřesnit na základě další zkoušky ve stejném manévru, při které se již nebude měřit síla, zato však bude měřena směrová úchylka na obou kolech příslušné nápravy.

Obrázek 6

Měření směrové úchylky kola

Měření charakteristik pneumatik přímo na vozidle značně komplikuje požadavek na konstantní svislé zatížení, kterého při působícím proměnném bočním či podélném zrychlení na vozidlo nelze dosáhnout. Pokud by bylo možné svislé zatížení alespoň kontinuálně měřit, nabízí se možnost změření závislostí sil na skluzu či směrové úchylce při proměnném svislém zatížení (např. brzdným manévrem a jízdou po kružnici) a pro několik stavů zatížení vozidla. Křivky pro konstantní zatížení by pak bylo možno odvodit dvojdimenzionální interpolací naměřených bodů pole síly v závislosti na příslušném kinematickém parametru a svislém zatížení. Pro přímé měření svislého zatížení však není v odd. 490 ÚVMV k dispozici vhodný snímač. V úvahu přichází možnost nepřímého měření pomocí znalosti výšky těžiště a klopné tuhosti příslušné nápravy. Tu lze např. u spřažené zadní nápravy odvodit z rozměrů, zkrutné



19

tuhosti nápravnice a stabilizátoru (byla již změřena) a tuhosti pérování (lze změřit). Tím si však do výsledků vneseme množství dalších nepřesností. V případě měření charakteristiky podélné síly, kdy na vozidlo nepůsobí příčné zrychlení, si lze vystačit jen se statickými tuhostmi pérování obou náprav. Další chybu nám pak ale může do výsledku vnést protipředkláněcí účinek jedné nebo obou náprav. Všechny předchozí úvahy počítaly s tím, že nebude splněn požadavek na konstantní rychlost. Vzhledem k tomu, že model pneumatiky používaný v simulačním softwaru SimPack neumožňuje zadávat charakteristiky pneumatik proměnné s rychlostí, je zřejmě možné pro účely tvorby počítačového modelu tuto nepřesnost připustit. Pro přímé měření charakteristik pneumatik za dodržení všech podmínek by bylo třeba vyrobit nosič kola, který by se upevnil za libovolný přiměřeně dimenzovaný automobil tak, aby byla definována poloha kola vůči vozovce. V úvahu by připadalo například zavěšení na kotevní místa zadního nárazníku. Konstrukce závěsu by umožňovala svislý pohyb kola provedením rotační vazby kolem příčné osy v závěsu; žádné další pohyby by kolu neměly být umožněny. Pomocí závaží upevňovaných na závěs by se nastavoval statický přítlak na kolo. Jednodušší by bylo řešení pro měření charakteristiky boční síly. Zařízení by muselo být zkonstruováno tak, aby natočení kola kolem svislé osy bylo nastavitelné. Žádná další přídavná zařízení by nebyla nutná, pouze by bylo třeba paralelně s kolem upevnit snímač směrové úchylky. Postup měření by pak spočíval v postupném měření boční síly pro různé natočení kola kolem svislé osy (a tedy pro různé úhly směrové úchylky) při přímé jízdě vozidla danou rychlosti a při daném svislém zatížení měřicího kola. Zařízení pro měření charakteristiky boční síly by případně ještě bylo lze doplnit dalším tenzometrickým snímačem umístěným v držáku kola a měřícím moment ke svislé ose. Ze signálu tohoto snímače by bylo možno vyhodnocovat vratný moment pneumatiky. Touto kombinací by se dosáhlo přesného stanovení prakticky všech důležitých parametrů modelu pneumatiky pro studium stability a ovladatelnosti vozidla. Šlo by tedy o dosti podstatný kvalitativní posun v oblasti modelování a značné rozšíření možností využití počítačového modelu o mimořádně důležitou a zajímavou oblast vlivu pneumatik na jízdní vlastnosti a ovladatelnost vozidla. Pro měření podélných sil se obvykle v takových případech používá hnací motor s brzdou a řídicím systémem, který dokáže udržet dané otáčky kola bez ohledu na rychlost jízdy. Ve zjednodušeném případě (měření jen té části charakteristiky, která je zajímavá z hlediska brždění s ABS) by však bylo zřejmě možno vystačit i s jednoduchou brzdou s odstupňovaně nastavitelným účinkem a možností ovládání z tažného vozidla nezávisle na jeho brzdové soustavě. Dlužno však podotknout, že z hlediska modelování v oblasti stability a ovladatelnosti má charakteristika boční síly podstatně větší význam než křivka podélné síly. S výrobou takového zařízení se však v projektu nepočítalo a je zřejmé, že na ni nebude k dispozici dostatek prostředků; v tuto chvíli proto zřejmě nepadá v úvahu. V projektu bylo od začátku počítáno s tím, že měření sil v pneumatikách bude prováděno přímo na vozidle v definovaných manévrech a parametry modelu pneumatiky budou nastavovány nepřímo (iteračně) na základě takto získaných dat. Vzhledem k omezením, diskutovaným v předchozí kapitole, je třeba k tomuto účelu volit zkoušky v ustáleném stavu nebo s pomalými změnami „stavových“ dynamických veličin (zrychlení ve všech směrech, rychlost stáčení, úhel klopení a klonění) takové, u kterých kolo, na kterém se měří boční síla, nepřenáší zároveň hnací či brzdný moment. Při měření na zadních kolech tyto podmínky jednoznačně splňuje zkouška dle ISO 4138 – jízda po kružnici. Tato zkouška již také byla s měřicím kolem na vozidle ve standardním provedení uskutečněna a její výsledky lze pro ladění modelu pneumatiky použít. Podélnou sílu pak je možné měřit při zkouškách akcelerace a brždění s konstantním podélným zpožděním. Tyto zkoušky již byly také prováděny, ovšem bez současného měření



20

skluzu. Pro ladění modelu pneumatiky pro manévry podélné dynamiky vozidla bude tedy třeba tyto zkoušky zopakovat, přičemž bude žádoucí důkladněji zmapovat oblast maxima podélné síly s příslušnou hodnotou skluzu. Optimální by pro takové zkoušky bylo odpojení zadních brzd a brždění pouze přední nápravou. Tímto způsobem sice nebude možné změřit celou charakteristiku (zejména nestabilní oblast je takto prakticky nedostupná), avšak bude možné získat některé její základní parametry, které se do počítačového modelu zadávají (gradient charakteristiky při nulovém skluzu, maximum, skluz při maximální síle a případně síla při 100 % skluzu). Ze znalosti statických nápravových tlaků, svislé polohy těžiště a podélného zrychlení je do jisté míry možné odhadovat i aktuální svislé zatížení nápravy. Vzhledem k tomu, že ladění modelu z hlediska podélné dynamiky není v tuto chvíli zcela aktuální, patrně bude možné tuto zkoušku odsunout až na pozdější dobu. Měřicí kolo bude pravděpodobně možné používat i při zkouškách v neustálených stavech, bude-li splněna podmínka, že nejvyšší sledovaná frekvence děje je zřetelně nižší, než frekvence otáčení kola. Tato podmínka by mohla být splněna u předjížděcího manévru dle ISO 3888-1. Ten se jezdí poměrně vysokou rychlosti (kolem 100 km.h-1) a tedy s vysokou frekvencí otáčení kola. Přinejmenším na zadní nápravě zde lze naměřit hodnoty zajímavé z hlediska přechodových vlastností pneumatiky při rychlých změnách zatížení. Jejich využití však bude spíše pro kontrolu modelu než pro jeho ladění, neboť předjížděcí manévr je tzv. closed-loop zkouška, jejíž reprodukovatelnost v podmínkách simulací je horší než u zkoušek open-loop. Pro případné ladění přechodových vlastností pneumatik tak bude zřejmě užitečné vyzkoušet i jiné manévry. V úvahu připadá skokové natočení volantu, vzhledem k výše uvedené podmínce by však bylo žádoucí provádět toto při dostatečně vysoké rychlosti, kde je však zase omezení prostorem, který poskytuje zkušební dráha. Proto stojí zřejmě za úvahu i provedení zkoušky sinového natáčení volantu, ovšem při vyšší rychlosti (100 km.h-1 nebo více) a v omezeném rozsahu frekvencí (přibližně do 2 Hz). Zkoušky v přechodovém režimu nicméně přijdou na pořad dne až později a tak bude možno výběr konkrétního manévru podřídit také požadavkům a zkušenostem získaným předchozími pracemi při ladění modelu v ustálených stavech. 3.2.3 Předpokládaný postup další práce V první fázi se předpokládá dokončení výroby ráfků vozidla Škoda Fabia a Octavia, aby bylo možno provádět zkoušky i na těchto vozidlech, která jsou dnes již pro zkoušky dostupnější a také aktuálnější z hlediska dalšího využití výsledků řešení projektu. Bude rovněž třeba vyřešit zesílení spojení obou hlavních nosných součástí měřicího kola (pokud možno zvětšením rozměru závitu spojovacích šroubů na M7x1). Počítá se i s provedením dalších konstrukčních úprav, zjednodušujících montáž a omezujících riziko poškození kabeláže při montáži a demontáži snímače; jedná se zejména o lepší ustavení vzájemné polohy součástí před nasazením šroubů. Přesně jsou tyto úpravy specifikovány v technické zprávě ÚVMV TECH-Z 09 / 2003. K dispozici by tak mělo být zařízení, schopné měřit podélnou sílu nebo hnací či brzdný moment na vozidlech s rozměry ráfků 13’, 14’ a 15’ až do statického zatížení měřeného kola 600 kg. Nasazení kola do zkoušek závisí na postupu prací při tvorbě počítačového modelu. Jelikož aktuálně potřebná data pro nastavení parametrů pneumatiky v ustáleném stavu příčné dynamiky vozidla jsou již k dispozici, lze se v oblasti měření parametrů a charakteristik pneumatik věnovat především dvěma následujícím oblastem. První z nich zahrnuje doplňková měření sil v pneumatikách při provádění zkoušek, popsaných v kapitole 3.1. Výběr zkoušek a pozice na vozidle pro nasazení měřicího kola bude záviset na aktuálních potřebách a problémech při validaci a zpřesňování počítačového modelu vozidla. Výsledky měření sil v kole by měly přinést další informace, na základě kterých bude možno porovnávat odezvu vozidla a modelu, a zároveň by měly umožnit další zpřesnění modelu pneumatiky.



21

Druhou oblastí budou předběžné práce pro pozdější využití – zejména zkoumání možností měření sil v kole v přechodovém režimu a další práce související s neustálenými režimy jízdy vozidla, dále pak měření podélných sil a získání dat pro ladění modelu pro manévry podélné dynamiky.

3.3 Ostatní kapitoly projektu 3.3.1 Metodické práce Z hlediska metodiky provádění zkoušek byla již hlavní část práce udělána. V budoucnu může být předmětem zkoumání další zkouška pro validaci modelu v přechodovém stavu, ukáže-li se, že provádění takové zkoušky je nutné. Větší část metodických prací se však nyní bude soustřeďovat na vlastní metodiku hodnocení vozidel. Jelikož se jedná o hlavní výstup projektu, který je společným vyústěním simulační a experimentální části, bude průběh prací záviset na postupu práce a výsledcích obou částí projektu. V experimentální oblasti půjde zejména o výběr zkoušek a kritérií pro hodnocení vozidel z hlediska jejich ovladatelnosti a stability se zřetelem na použitelnost daných zkoušek a kritérií při počítačovém modelování a (s tím související) upřednostnění objektivních zkoušek. 3.3.2 Software pro jízdní zkoušky Zde se předpokládá další vývoj podle aktuálních potřeb. Počítá se s doplňkem umožňujícím ukládat datové soubory ve formátu pro program DIAdem, pravděpodobně jako volitelnou alternativu ke stávajícímu výstupnímu formátu DAQWare 2.0. Bude vhodné učinit s tímto formátem kompatibilní i prohlížeč signálu. Výrazné zvýšení výkonu aplikace by měla přinést komplexní přestavba vlastního měřicího algoritmu pro novou verzi ovladače měřicích karet NI-DAQ; ta je však podmíněna zajištěním plné kompatibility ovladače s hardwarem používaným v odd. 490 ze strany výrobce. Tato podmínka zatím není splněna, proto se zatím pracuje a ještě zřejmě po nějakou dobu bude pracovat se starým algoritmem a zatím i se starší verzí ovladače NI-DAQ 6.9.3. Vzhledem k tomu, že vývoj programu probíhal postupně přidáváním různých modulů a průběžnými úpravami, bylo by žádoucí provést revizi celé aplikace, ujednotit některé algoritmy vyskytující se v různě starých verzích na několika místech programu a vypustit již nepoužívané součásti. Spotřebu systémových prostředků při běhu programu na pozadí může snížit vhodnější řešení fází, kdy program čeká na akci uživatele, neboť aktuální verze programového prostředí LabView přinesla několik nových funkcí v této oblasti. Nová verze je také dnes již kompatibilní s českou znakovou sadou a je tedy možné uvažovat o převedení pracovního prostředí do češtiny. Ovšem vzhledem k tomu, že tyto úpravy jsou do jisté míry časově náročné a nejsou v tuto chvíli nezbytně nutné, lze s nimi počítat jen, zbude-li na ně čas. To platí i o případných dalších úpravách prohlížeče, umožňujících jeho širší použití při zpracování dat. 3.3.3 Laboratorní zkoušky, rešeršní práce apod. Tyto oblasti jsou koncipovány čistě jako podpora počítačového modelování a jejich náplň se řídí aktuálními potřebami; je tedy dosti problematické cokoli zde plánovat. V oblasti laboratorních zkoušek lze očekávat kromě případného dalšího doplňování dat pro tvorbu počítačového modelu vozidla rovněž práce na měření mechanických charakteristik těch partií vozidla, které budou v rámci jízdních zkoušek použity jako alternativa ke standardnímu provedení vozidla – např. tuhost lůžek náprav apod.



22

4. ZÁVĚR Do poloviny roku 2003 (tj. vzhledem k poněkud opožděnému počátku de facto během prvních dvou let práce) byly v experimentální části projektu „Metodika pro hodnocení vozidel v jízdních manévrech na základě počítačových simulací a jízdních zkoušek“ řešené v odd. 490 ÚVMV provedeny práce v oblastech jízdních a laboratorních zkoušek, řešení problematiky měření charakteristik pneumatik, softwarové podpory jízdních zkoušek a dále metodické a rešeršní práce. Byly realizovány úvodní validační jízdní zkoušky v ustálených i neustálených režimech jízdy. V souvislosti s tím byly provedeny i některé metodické práce v této oblasti – zejména zjednodušení postupu a ověření reprodukovatelnosti zkoušky sinového natočení volantu, která slouží k validaci modelu vozidla z hlediska jeho modálních vlastností. V rámci laboratorních prací byly rovněž změřeny některé specifické parametry vozidla a jeho částí (torzní tuhost zadní nápravy, charakteristika řízení, …) nutné pro tvorbu počítačového modelu. Dále bylo zkonstruováno a vyrobeno měřicí kolo – zařízení pro měření podélné a příčné síly mezi pneumatikou a vozovkou přímo na vozidle. Měřicí kolo lze pomocí adaptérů pro konkrétní typy vozidel upevnit na běžná upevňovací místa pro ráfky na kteroukoli pozici ve vozidle. Byla provedena kalibrace snímače a ověřovací zkoušky, ze kterých sice vyplynula některá omezení pro použití zařízení, avšak měřicí zařízení jako takové potvrdilo svou funkčnost a použitelnost pro měření v ustálených stavech i pro pomalejší neustálené děje. V rámci ověřovacích zkoušek bylo též provedeno měření sil v kolech při ustáleném stáčení, které bude použito k ladění modelu pneumatiky. V úvodu projektu byla provedena rešerše, týkající se zejména měření charakteristik pneumatik. Byl rovněž vyvinut software pro provádění jízdních zkoušek zahrnující i on-line vyhodnocování některých parametrů např. při předjížděcích manévrech nebo při brzdných zkouškách. Další postup je třeba koordinovat s postupem prací v druhé části projektu – počítačových simulacích, prováděných jiným oddělením ÚVMV. Počítá se zahájením jízdních zkoušek vozidla se specifickými úpravami. Výsledky těchto zkoušek budou použity k ověřování, zda změny v chování vozidla způsobené takovými modifikacemi budou shodné se změnami, které stejné úpravy vyvolají u počítačového modelu. Právě dosažení této shody je jedním z hlavních cílů projektu. V oblasti měření charakteristik pneumatik se počítá s dokončením čtrnácti- a patnáctipalcových ráfků pro vozidla Škoda Fabia a Octavia. Měření sil v pneumatikách se bude podle potřeby a vhodnosti provádět v rámci jízdních zkoušek různých variant vozidla. V závislosti na aktuálních potřebách lze případně provést důkladnější měření bočních sil a směrových úchylek při jízdě po kružnici pro různá zatížení zadní nápravy a získat tak podrobnější a přesnější data pro ladění modelu pneumatiky. Počítá se rovněž s pokračováním metodických a příp. rešeršních prací a s dalším vývojem měřicího softwaru.

ÚSTAV PRO VÝZKUM MOTOROVÝCH VOZIDEL s.r.o. TECHNICKÁ ZPRÁVA

Recommend Documents