Vliv vlastností pneumatik a okolních podmínek na brzdnou dráhu vozidla Diplomová práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Vliv vlastností pneumatik a okolních podmínek na brzdnou dráhu vozidla Diplomová práce

Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D.

Vypracoval: Bc. Roman Dufka

Brno 2013

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vliv vlastností pneumatik a okolních podmínek na brzdnou dráhu vozidla vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

dne………………………………………. podpis diplomanta……………………….

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat panu Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za vedení, cenné rady a odbornou pomoc při zpracovávání diplomové práce. Velký dík patří rovněž i mé rodině a přátelům za podporu při tvorbě této práce.

ABSTRAKT Tato diplomová práce zkoumá vliv okolních podmínek na brzdnou dráhu letních a zimních pneumatik o shodném stáří 3 let a dále pneumatik pro zimní provoz se stářím 7 let za shodných okolních podmínek. Teoretickou část tvoří několik kapitol zabývajících se výše uvedenou problematikou. Nejprve je zde uveden historický přehled vývoje pneumatik, na který navazuje část zabývající se konstrukcí pneumatik. Dále je v teoretické části uveden přehled přístrojů pro měření brzdné dráhy vozidel a popsána problematika sil působících na vozidlo při brzdění. Experimentálním měřením bylo zjištěno, že brzdná dráha při teplotě vozovky 22

 2 C a výchozí rychlosti 100 km.h 1 byla u letních pneumatik 45,63 m, u zimních pneumatik 47,82 m a zimních pneumatik starších o čtyři roky byla brzdná dráha 51,89 m. Doplňkově byla změřena i brzdná dráha letních pneumatik při sníženém tlaku huštění na 150 kPa z původních 220 kPa, která byla změřena o délce 44,18 m. Klíčová slova: zpomalení, adheze, letní pneumatika, zimní pneumatika

ABSTRACT This Master thesis purpose is the study of the influence of environmental conditions on the stopping distance of summer and winter tires both 3 years old and further tests on winter tires 7 years old under equal conditions. The Literature research part of thesis consists of several chapters on above stated topic. Following chapters describe the history of tire technology development. The structure and components of tires in general are described next. After that are listed systems used to measure stopping distanceof vehicles and the forces applied on a vehicle during braking. Testing showed that the stopping distance of a vehicle driving on a 22

 2 C road surface and 100 km.h 1 initial speed was 45,63 m for summer tires and 47,82 m for winter tires. Their age was 3 years in both cases. The stopping distance for seven years old tires was 51,89 m. Supplementary testing was performed for the stopping distance of summer tires where the inflation pressure was decreased from 220 kPa to 150 kPa . The measured value was 44,18 m.

Key words: deceleration, adhesion, summer tire, winter tire

OBSAH 1 ÚVOD .......................................................................................................................... 9 2 CÍL PRÁCE ............................................................................................................... 11 3 HISTORIE A KONSTRUKCE PNEUMATIK ......................................................... 12 3.1 Definice pneumatiky ........................................................................................... 12 3.2 Historie pneumatik .............................................................................................. 12 3.3 Konstrukce pneumatik ......................................................................................... 14 3.3.1 Kostra pneumatiky ....................................................................................... 15 3.3.2 Nárazník ....................................................................................................... 16 3.3.3 Běhoun ......................................................................................................... 16 3.3.3.1 Dezén běhounu ..................................................................................... 16 3.3.3.2 Směsi běhounu ...................................................................................... 18 3.3.4 Bezdušová vrstva ......................................................................................... 19 3.3.6 Bočnice pneumatiky .................................................................................... 19 3.3.5 Patka pneumatiky ......................................................................................... 20 4 MĚŘENÍ BRZDNÉ DRÁHY JÍZDNÍMI ZKOUŠKAMI......................................... 21 4.1 Jízdní zkoušky a metody měření ......................................................................... 21 4.1.1 Značkovací zařízení ..................................................................................... 22 4.1.2 Decelerometry .............................................................................................. 22 4.1.3 Decelerografy............................................................................................... 22 4.1.4 Vlečné kolo .................................................................................................. 23 4.1.5 Optické přístroje .......................................................................................... 24 4.1.6 Mikrovlnné přístroje .................................................................................... 25 4.1.7 GPS přijímače .............................................................................................. 26 4.2 Síly působící na vozidlo při brzdění .................................................................... 27 4.2.1 Valivý odpor ................................................................................................ 31 4.2.2 Odpor vzduchu ............................................................................................. 33 4.2.3 Odpor stoupání ............................................................................................. 34 4.2.4 Odpor setrvačnosti ....................................................................................... 35 4.3 Adheze ................................................................................................................. 37

5 EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ ................................................................................ 39 5.1 Cíl zkoušky .......................................................................................................... 39 5.2 Zkoušené pneumatiky .......................................................................................... 39 5.3 Použité přístroje ................................................................................................... 40 5.4 Testovací vozidlo................................................................................................. 42 5.5 Místo měření ........................................................................................................ 43 5.6 Metodika měření .................................................................................................. 44 5.7 Vyhodnocení naměřených dat ............................................................................. 47 6 DISKUZE .................................................................................................................. 54 7 ZÁVĚR ...................................................................................................................... 55 SEZNAM LITERATURY .............................................................................................. 56 SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................................... 59 SEZNAM TABULEK .................................................................................................... 61

1 ÚVOD Pneumatika od raných počátků motorismu tvoří významný konstrukční prvek dopravních prostředků. Na tuto součást se neustále s vývojem vozidel zvyšovaly nároky, dochází k neustálým úpravám konstrukce, k rozšiřováním i do dalších motorových či nemotorových vozidel a rovněž se účelově specializují podle předpokládaného použití. Primárním úkolem je přenášet podélné a boční síly působící mezi pneumatikou a vozovkou. Je důležité si uvědomit, že kontaktní plocha pneumatiky u běžného osobního automobilu se rovná přibližně velikosti lidské dlaně. Z čehož vyplývají vysoké nároky na pneumatiku, které jsou kladeny při přenosu momentů při akceleraci či zpomalení vozidla. Z výše uvedeného je zřejmé, že pneumatika tvoří i významný bezpečnostní aktivní prvek. Přibližně před dvaceti lety se u nás ve větší míře u osobních automobilů rozšířily pneumatiky pro zimní provoz a spolu s letními pneumatikami postupně nahrazovaly pneumatiky pro celoroční provoz. V roce 2008 nabývá účinnosti novela č. 202/2008 Sb. vyhlášky 30/2001, která přikazuje použití zimních pneumatik s minimální hloubkou dezénu 4 mm, označených nápisem M+S (M-S, M/S, M&S, MS) na bočnici. Povinné použití je omezeno jen na místech označených dopravní značkou „ Zimní výbava“. Tato značka přikazovala použití zimních pneumatik v době od 1. listopadu do 30. dubna bez ohledu na aktuální povětrnostní podmínky. Dále v roce 2011 novelizace zákona č. 361/2000 Sb., o silničním provozu, provedená zákonem č. 133/2011 Sb., stanovila s účinností od 1. 11. 2011 povinnost mít zimní pneumatiky na celém území České republiky v případech, kdy se na vozovce nachází souvislá vrstva sněhu, ledu či námraza nebo vzhledem k povětrnostním podmínkám lze takové jevy předpokládat. Povinnost je stanovena zákonem od 1. listopadu do 31. března. Dopravní značení Zimní výbava však zůstává nadále v platnosti. Obcím tak zůstává možnost regulovat dopravu na svém území. Tam, kde se dopravní značka objeví, zůstává nadále povinnost užití zimních pneumatik za každého počasí, tedy i v případě příznivých klimatických podmínek. Platnost zákona vede spoustu motoristů k tomu, že po celý rok používají jen zimní pneumatiky. A to především u vozidel, které mají menší roční kilometrový nájezd. Minimální hloubka dezénu u zimní pneumatiky je stanovena na 4 mm. Pro pneumatiky používané mimo období od 1. listopadu do 31. března nebo i v tomto

9

období za příznivých povětrnostních podmínek je hloubka dezénu stanovena pouze na 1,6 mm. Z toho plyne, že rozdíl mezi minimální hloubkou dezénu zimní pneumatiky a pneumatiky používané mimo stanovené období a za příznivých povětrnostních podmínek je 2,4 mm. Mnoho motoristů dojíždí zimní pneumatiky v letním období na hloubku dezénu 1,6 mm. Velmi často se jedná o pneumatiky, které jsou staršího data výroby, běžně i kolem deseti let. Tato fakta mohou mít zásadní vliv na požadované vlastnosti pneumatik používaných při různých okolních podmínkách vzhledem k brzdné dráze vozidla.

10

2 CÍL PRÁCE Hlavním cílem této diplomové práce je experimentální měření brzdné dráhy pneumatik. Při měření byla použita sada letních pneumatik a dvě sady zimních pneumatik o různém stáří. Měření bylo provedeno při teplotách vozovky 22  2 C . Výsledkem je srovnání brzdných drah jednotlivých sad pneumatik mezi sebou. Dále se práce zabývá historií a konstrukcí pneumatik, přístroji pro měření brzdné dráhy a silami působící na vozidlo při brzdění.

11

3 HISTORIE A KONSTRUKCE PNEUMATIK 3.1 Definice pneumatiky Pneumatiku lze definovat z geometrického hlediska jako uzavřený prstenec toroid. Z mechanického hlediska jako tlakovou nádobu, jejíž stěny jsou tvořeny pružnou membránou.

Z chemického

hlediska

je

pneumatika

vyrobena

především

ze

zesíťovaných a nezesíťovaných makromolekulárních materiálů a oceli. (Marcín, 1985) Dle normy ČSN 63 1001 je pneumatika definována jako plášť popř. s duší a vložkou, namontovaný na ráfek a naplněný tlakovým médiem. (ČSN, 2005)

3.2 Historie pneumatik Kolo bylo vynalezeno již více než před 5000 lety a postupně během tisíciletí bylo zdokonalováno. K nejvýznamnějším změnám došlo v polovině 19. století, kdy skotský občan Robert William Thomson získal patent na „vzduchovou hadici“, tedy předchůdce pneumatiky. Bohužel tento patent nenašel využití. Až roku 1888, kdy skotský veterinář John Boyd Dunlop využil tohoto patentu u bicyklů. Od této doby se vynález začal rozšiřovat a zdokonalovat. (Marcín, 1985)

Obr. 3.1 Thomsonova pneumatika (Speedace, 2013) S postupným rozšiřováním různých aplikací pneumatik začaly stoupat nároky na jejich konstrukci. V roce 1981 bylo vynalezeno patní lano C. K. Welchem, ve stejném roce patentovali bratři Michelinové ručně montovatelnou a demontovatelnou pneumatiku.

V roce 1892 patentoval J. F. Palmer kordovou tkaninu, čímž výrazně

zvýšil životnost výstužného systému pneumatiky. Dosáhl rovněž vyloučení vzájemného dotyku nosných nití. (Marcín, 1985)

12

V roce 1895 francouzští bratři Michelinové vyrobili první pneumatiku pro osobní automobily. V roce 1903 byl uznán patent bezdušové pneumatiky a v následujícím roce 1904 firma Goodyear poprvé vyztužila pneumatiku kordem. O rok později se zavádí do běhounu protiskluzový dezén. Pneumatiky se v roce 1906 rozšířily do leteckého průmyslu, po roce 1919 dále expandují i do nákladních automobilů. (Horák, 2013) Finský výrobce pneumatik Nokian v roce 1934 představil první zimní pneumatiku určenou pro nákladní vozidla a nazývala se “pneumatika do zimního počasí”. (Nokian tyres, 2013) Mezi další významné milníky v konstrukci pneumatiky je představení radiální pneumatiky od společnosti Michelin a od americké společnosti BFGoodrich zavedení do sériové výroby bezdušové pneumatiky roku 1946. Pro závodní účely byly firmou Pirelli v roce 1974 vyvinuty nízkoprofilové pneumatiky, které se dále rozšiřovaly do výbavy osobních automobilů. (Horák, 2013) Mezi konstrukční změny z konce 20. století lze uvést systém run-flat, jehož úkolem je zajistit jízdu při úniku tlaku v pneumatice, což zajišťují zesílené bočnice. Momentálně společnost Continental u vybraných pneumatik používá systém ContiSeal, jehož úkolem je omezení vzniku defektu. Mezi rameny ve vnitřní části pneumatiky je nanesena lepivá vrstva, která v případě propíchnutí zacelí vzniklí otvor. Trendem současné doby je snižování valivého odporu pneumatik a to jak u osobních, tak nákladních pneumatik. Kde se používá speciální běhounová směs, dezén a úprava konstrukce kostry pneumatiky. Jinou alternativou k současným pneumatikám můžou být „pneumatiky bez vzduchu“. Mezi lídry vývoje těchto produktů patří společnost Michelin, která je prezentuje pod značkou Tweel (obr. 3.2). V současné době provádí americká armáda její úspěšné testování a lze do budoucna předpokládat, že se rozšíří i do civilního sektoru.

13

Obr. 3.2 Michelin Tweel (Gear Patrol, 2013)

3.3 Konstrukce pneumatik Pneumatika tvoří celek neoddělitelných částí, které jsou vyrobeny z odlišných materiálů. Největší podíl přibližně 80% tvoří pryž, jenž může být tvořena přírodním a syntetickým kaučukem, sazemi, oleji a různými pomocnými chemickými látkami. Dalšími důležitými konstrukčními materiály jsou polyamidové kordové tkaniny, jejichž podíl se pohybuje kolem 16%. Zbylá 4% tvoří ocelové kordy. (Motejl et. al, 2001) Hlavní konstrukční prvky pneumatiky (obr. 3) jsou vnitřní vrstva (1), kostra (2), patka (3), patkové lano (4), bočnice (5), kovové nárazníky (6), ochranná vrstva (7), vrstva běhounu (8)

Obr. 3.3 Konstrukce pláště pneumatiky (Michelin, 2013)

14

3.3.1 Kostra pneumatiky Základ kostry tvoří tenká vlákna, která jsou vedena rovnoměrně a těsně vedle sebe. Tato vlákna jsou zalita do pryže, mohou být dle použití pneumatiky vyrobena z rayonu, oceli, polyesteru, aramidových nebo skleněných materiálů. V závislosti na použití pneumatiky mohou být doplněny několika vrstvami vláken. Jednotlivá vlákna jsou upevněna kolem patních lan. Vulkanizací se dosáhne velmi pevného spojení vláken a patních lan.

Podle konstrukce můžeme rozdělit kostry na radiální a diagonální.

(Motejl et. al, 2001) Diagonální kostra je tvořena páry kordových vložek s orientací vláken pod úhlem menším než 90 , zpravidla se pohybuje v rozmezí 30 až 40 k podélné rovině běhounu. Vlákna sousedních vložek se kříží a zasahují pod patková lana, kde jsou zakotvena. Tato vlákna přenáší příčné a obvodové síly přímo do patky pláště. Při zatížení se vlákna posunují a namáhají pryž mezi nimi na střih, tímto dochází ke vzniku tepla a tedy k větším ztrátám. (Dočkal et. al, 1998) Radiální kostra nemá vlákna kordových vložek křížena, ale jsou uložena pod úhlem blízkým 90 k podélné rovině běhounu. Schopnost přenášet obvodové síly je velmi malá a proto je kostra vybavena nárazníkem, který přenáší obvodovou sílu na celý obvod ráfku. Nedochází zde k tak velkému vývinu tepla jako u diagonální pneumatiky, ale výrobně jsou dražší. (Dočkal et. al, 1998)

Obr. 3.4 Uspořádání vláken radiální a diagonální pneumatiky (Kumho, 2013)

15

3.3.2 Nárazník Je umístěn mezi kostrou a běhounem radiální pneumatiky. Je tvořen nejčastěji ocelovými popř. polyamidovými či textilními vlákny. Zajišťuje především obvodovou stabilitu, nezvětšování se pneumatiky při zatáčení a zvětšuje odolnost proti průrazu. V závislosti na použití pneumatik bývají konstrukce zesíleny vícevrstvými nárazníky. (Motejl et. al, 2001)

Obr. 3.5 Nárazník pneumatiky (www.cs.autolexicon.net) 3.3.3 Běhoun Zprostředkovává přenos sil a momentů mezi pneumatikou a vozovkou v závislosti na vytvořeném dezénu a použité směsi běhounu. Mezi nejdůležitější kritéria patří dezén běhounu a použitá směs běhounu. Dezén je tvořen účelně rozvrženými drážkami. Příčné drážky zajišťují přenos brzdných a hnacích sil. Podélně tvarované drážky zajišťují přenos bočních sil působících na pneumatiku. Dalším důležitým aspektem pro adhezi pneumatiky je směs pryže běhounu, který podstatně ovlivňuje i životnost běhounu. 3.3.3.1 Dezén běhounu V současné době u pneumatik pro osobní automobily se používají symetrické,

asymetrické a směrové dezény. Lze je dále rozdělit pro zimní a letní použití. Symetrický dezén se v současnosti používá spíše u pneumatik lepší cenovou dostupností. Tento druh dezénu se zřídka objevuje u zimních pneumatik. Asymetrický dezén je velmi rozšířených u pneumatik renomovaných výrobců. Mezi výhody patří velmi dobré adhezní vlastnosti a nižší hlučnost oproti směrovým pneumatikám.

Při montáži na disk je nutno brát na zřetel vnější a vnitřní stranu

pneumatiky.

16

Směrový dezén je tvořen šípovitým uspořádáním dezénových bloků. Tento dezén se zpravidla vyznačuje velmi dobrou odolností proti aquaplaningu. Je poměrně často využíván u zimních pneumatik. Nevýhodou je vyšší náchylnost k hlučnosti.

a)

b)

c)

Obr. 3.6 Dezény: a) symetrický, b) asymetrický, c) směrový (www.pneumatiky.cz) Dezény pro letní pneumatiky jsou navrženy tak, aby co nejvíce odolávaly vzniku aquaplaningu. Vzor dezénu muže být symetrický, asymetrický a směrový. Poměrně často výrobci používají pásový dezén (obr. 3.7a), který zajišťuje dobré boční vedení a je velmi vhodný pro suché vozovky. (Vlk, 2003) Dezény pro zimní pneumatiky se od dezénu letní pneumatiky liší především v jemném nařezání dezénových bloků a jejich odlišnému uspořádání. Dezén je zhotoven tak, aby zajišťoval co největší přenos momentů mezi pneumatikou a zasněženou či zledovatělou vozovkou. Rovněž je důležité, aby pneumatika měla samočisticí dezén. V současné době je nejčastější uspořádání dezénových bloků směrové, dále asymetrické a nejméně používané je symetrické.

a)

b)

Obr. 3.7 Dezény: a) letní, b) zimní (www.pneumatiky.cz)

17

3.3.3.2 Směsi běhounu Suroviny a materiály použité při výrobě běhounu významně ovlivňují výsledné parametry pro bezpečnost jízdy a životnost pneumatiky. Běhounová směs se skládá z elastomerů (kaučuk), které lze dělit na přírodní a syntetický kaučuk, další složku tvoří přísady do kaučukových směsí.

Běhounová směs přirozeně ztrácí požadované

vlastnosti, a proto je doporučeno sledovat stáří pneumatik, které je uvedeno na bočnici pneumatiky. Jedná se o čtyřmístné číslo, kde první dvě čísla označují týden a poslední dvě rok výroby. Kaučuk patří mezi elastomery, má schopnost se při deformaci vracet do původního stavu. V gumárenském průmyslu se používá jako hlavní komponent pro výrobu pryže, dělíme jej na: - Přírodní kaučuk je produktem kaučukodárných stromů a keřů, dodává směsi příznivé vlastnosti. Mezi nežádoucí vlastnosti patří špatná odolnost působení benzinu, oleje, malá odolnost vůči abrazi. (Marcín, 1985) - Syntetický kaučuk je již nedílnou součástí směsí běhounů pneumatik. Má dobrou odolnost proti vysokým a nízkým teplotám, chemickou odolnost a

malou

propustnost plyny. Modifikací syntetických kaučuků je velké množství, které mají odlišné vlastnosti. (Marcín, 1985) Přísady do kaučukových směsí výrobci aplikují dle předpokládaného použití pneumatik a zlepšují tím fyzikální, mechanické a chemické vlastnosti. Mezi přísady řadíme: - Saze mají velmi příznivý vliv na pevnost a odolnost proti opotřebení. Částice sazí jsou velmi jemné, a proto se velmi dobře při vulkanizaci vážou s molekulami kaučuku. (Marcín, 1985) - Silika má využití hlavně u zimních pneumatik, protože začíná tuhnout, až při velmi nízkých teplotách. Jedná se o sloučeninu zakládající se na oxidu křemičitém. - Antidegradanty mají podstatný vliv na zvýšení odolnosti proti stárnutí pryže. Stárnutí pryže způsobuje ozón obsažený v kyslíku. Degradovaná pryž ztrácí potřebné adhezní vlastnosti. Proti degradaci se při skladování používá parafín, který se při jízdě odstraní třením pneumatiky s vozovkou. (Marcín, 1985) - Změkčovadla se používají pro zvýšení plasticity směsi. Jedná se o různé druhy minerálních olejů. (Marcín, 1985)

18

- Pryskyřice jsou přidávány do některých směsí pro zvýšení lepivosti kaučuku. Velmi často se využívá kumaronová pryskyřice a kalafuna. (Marcín, 1985) - Vulkanizační činidla slouží k vulkanizaci kaučuku, jako činidlo se nejčastěji používá síra. (Marcín, 1985) - Ztužovadla zvyšují pevnost a tuhost pryže. Řadíme zde saze, siliku a síru. (Marcín, 1985) - Aktivátory vulkanizace mají výrazný vliv na tvorbu sítě. Nejčastějším aktivátorem je oxid zinečnatý označovaný jako zinková běloba. (Marcín, 1985) - Urychlovače a retardéry vulkanizace vyznačují se tím, že podstatně zkracují vulkanizační dobu. (Marcín, 1985) 3.3.4 Bezdušová vrstva Nahrazuje u bezdušových pneumatik duši, jejím úkolem je zamezit unikání stlačeného plynu z pneumatiky. Bezdušová vrstva se skládá z butylkaučuku, který je navulkanizovaný z vnitřní strany pneumatiky od patky k patce. Pneumatiky s bezdušovou vrstvou bývají označovány nápisem TUBELESS nebo zkratkou TL. (Motejl et. al, 2001)

Obr. 3.8 Bezdušová vrstva (www.cs.autolexicon.net)

3.3.6 Bočnice pneumatiky Tvoří ochranu bočních částí pneumatiky. Ochraňuje jak před povětrnostními vlivy, tak i před mechanickým poškozením. Musí dostatečně odolávat provoznímu namáhání, ale i stárnutí. (Vlk, 2003)

19

Obr. 3.9 Bočnice (www.cs.autolexicon.net) 3.3.5 Patka pneumatiky Úkolem patky je zabezpečit pevné a navíc vzduchotěsné spojení s diskem. Základem patky je vysokopevnostní ocelové lano, které vytváří tuhý systém a zajišťuje pevné ukotvení pneumatiky s ráfkem. Lano je zakomponováno do pryže, která účinně utěsňuje soustavu pneumatiky s diskem. Dalším úkolem patky je spolehlivě přenášet momenty mezi diskem a pneumatikou.

Obr. 3.10 Patka pneumatiky (www.cs.autolexicon.net)

20

4 MĚŘENÍ BRZDNÉ DRÁHY JÍZDNÍMI ZKOUŠKAMI Brzdné vlastnosti mají přímý vliv na aktivní bezpečnost vozidla. Z toho důvodu se účinek brzdové soustavy důsledně ověřuje.

Pro zkoušení brzdných vlastností a

hodnocení platí Předpis R 13 Evropské hospodářské komise OSN, Sb. a norma ČSN 30 0550. (Vlk, 2005) Od 1. listopadu 2012 je možné podle nařízení ES č. 1222/2009 Sb. porovnávat pomocí energetických štítků tři oblasti: energetická účinnost, brzdění na mokré vozovce a vnější hlučnost. Hodnocení „ brzdění na mokré vozovce“ bylo dále modifikováno podle návrhů výrobců pneumatik nařízením ES č. 228/2011 Sb. Dané nařízení se zabývá brzděním na mokré vozovce těmito zkušebními metodami: o využívající osobní automobil vybavený přístroji o s využitím přívěsu taženého vozidlem nebo vozidla, na němž je prováděna zkouška pneumatik

4.1 Jízdní zkoušky a metody měření Tyto zkoušky se provádějí v uzavřených prostorech bez možnosti ohrožení ostatních účastníků silničního provozu nebo nejlépe k tomu určených drahách tzv. polygonech. Trať může být přímá, se zatáčkami, s různými povrchovými úpravami, se simulacemi sníh, led, vodní hladina apod. Podle možností zde můžeme ověřovat brzdící vlastnosti, stabilitu, hlučnost, odpor valení, aquaplaning a záběrové schopnosti na různých površích. Pro brzdění v přímém směru musí být vozovka v bezvadném technickém stavu, dle ES č. 228/2011 musí splňovat následující parametry: o Musí být povrch z hutného asfaltu, sklon ne vyšší než 2%, při použití pravítka o délce 3 m nesmí se odchýlit o více než 6 mm. o Povrch musí být ve všech místech téhož stáří, složení a opotřebení. Zkušební povrch nesmí obsahovat sypký materiál a nános jiného materiálu. o Maximální rozměr zrna musí být 10 mm (s povolenou tolerancí 8 až 13 mm).

o Hloubka struktury povrchu měřená hloubkou písku musí být 0,7 ± 0,3 mm. Musí být měřena v souladu s normou ASTM E 965-96.

21

4.1.1 Značkovací zařízení K brzdění v podélné ose vozidla je možno použít značkovací zařízení. Toto zařízení je tvořeno odpalovacím mechanizmem, barevnými značkovacími kuličkami, stopkami, pedálovým snímačem a dalšími pomocnými prvky. Odpalovací zařízení je umístěno na vnější část vozidla, z něj jsou kuličky odpalovány na vozovku. (Vlk, 2005) V momentu, kdy vozidlo dosáhne stanovené rychlosti, uvede řidič spínačem do činnosti stopky a ve stejném okamžiku je odpálena první značka. Po dobu několika sekund se vozidlo pohybuje rovnoměrnou rychlostí. Poté začne řidič brzdit. Na brzdový pedál jsou umístěny dva snímače pro odpálení značky a zastavení stopek. Jakmile se vozidlo zastaví, je odměřena vzdálenost s1 mezi prvními dvěma značkami, vzdálenost s 2 mezi značkou druhou a odpalovacím zařízením umístěného na zabrzděném vozidle a

odečte se čas t změřený ze stopek. Ze vzdálenosti s1 mezi značkami a času t se spočítá skutečná výchozí rychlost. Při jízdě musí řidič zároveň sledovat snímač síly na brzdový pedál (pedometr), aby nebyla překročena síla stanovena předpisy. Současně se nesmí ani na okamžik zablokovat některé kolo. Dle ČSN 30 0550 se měření musí provést nejméně 4 krát. (Vlk, 2005)

4.1.2 Decelerometry Jedná se o nejjednodušší přístroj ke zkoušení účinku brzdové soustavy, rovněž je vhodný pro hrubé orientační měření. Tento typ přístroje se zaměřuje jen na největší hodnotu zpomalení vozidla při brzdění, což je kritérium zkoušky při použití decelerometru.

Většinou je funkce odvozena od kyvadla, které se v závislosti při

zpomalení vychyluje, což je úměrné zpoždění vozidla. Dalším způsobem je použití rtuti, která na základě setrvačnosti vytlačuje hladinu zbarvené kapaliny s dostatečnou přilnavostí na stupnici přístroje. Ze stupnice lze jednoduše maximální zpomalení odečíst. (Vlk, 2005)

4.1.3 Decelerografy Jedná se o dokonalejší zařízení než výše uvedený decelerometr. Jsou vybaveny registračním zařízením, které zaznamenává průběh zpomalení na registrační papír. Zaznamenávání se děje za pomocí zapisovacího hrotu se závažím, které je pohyblivě uložené v jedné rovině a při brzdění se pohybuje proti pružině a tím na registrační papír

22

zapisuje velikost zpomalení. Registrační papír je posouván rovnoměrnou rychlostí. Dále je rovněž možno zaznamenávat i ovládací sílu na brzdový pedál. (Vlk, 2005) Při použití musí být přístroj pevně umístěn k vozidlu ve směru šipek, jenž jsou na přístroji vyznačeny. Vyhodnocení zobrazuje graf brzdného zpomalení na čase a vypočtená hodnota celkového zpomalení. Přístroj CT 3010 (obr. 4.1) zaznamenává maximální brzdné zpomalení do hodnoty 10 m.s 2 . Umožňuje uložení získaných dat s případným výtiskem na externí tiskárně. (AUTOTECHNIK ASG, 2013)

Obr. 4.1 Decelerograf (www.autotechnik-asg.cz) 4.1.4 Vlečné kolo K dynamickým zkouškám vozidla lze použít víceúčelové zařízení, které využívá tzv. “páté“ kolo.

Toto zařízení se skládá z lehkého kola (upravené jízdní kolo) o

průměru 28“, zde se dynamický poloměr kola v závislosti na rychlosti prakticky neliší. Vlečné kolo se zpravidla umísťuje k zadní částí vozidla, upevňuje se k nárazníku kardanovým závěsem. Snímání brzdných drah, rychlosti atd. je zajišťováno pomocí elektrickými snímači impulsů (světelná dioda, fototranzistor, zesilovač), ten je nejčastěji umístěn v ose kola. Získané hodnoty ze snímače jsou, dále zpracovány digitální jednotkou, která celý průběh měření zaznamenává. (Vlk, 2005)

23

Obr. 4.2 Vlečné kolo (Autobild, 2002)

4.1.5 Optické přístroje Patří mezi nejpřesnější metody měření rychlosti při zkoušení vozidel. Jde o bezdotykové a rovněž bezprokluzové měření rychlosti vozidla. Do roviny mřížky snímače je promítnut obraz pohybujícího se objektu (povrch vozovky). Mřížkou procházející světelný tok, je sběrnou čočkou soustředěn na fotoelektrické čidlo. Elektrický nízkofrekvenční signál je modulován kmity o frekvenci, která odpovídá rychlosti pohybu objektu. (Vlk, 2005)

Obr. 4.3 Příklad možného umístění optického přístroje na vozidle (www.handling.cz) Mezi přední světové výrobce patří společnost Kistler Automotive GmbH dodávající optické snímače Correvit. Tyto optické přístroje jsou schopny měřit rychlost

24

v podélné a příčné ose vozidla. Model S-350 Aqua umožňuje měření i na mokrém, zasněženém, či ledovém povrchu. Mezi základní parametry lze uvést: o pracovní poloha v rozmezí 350  100 mm, o rozmezí měření rychlost od 0,5 až 400 km.h 1 o přesnost přístroje <  0,2 % o frekvence 250 Hz o měření v podélné a příčné ose vozidla o rozhraní CAN 2.0B, USB 2.0 (Kistler, 2012) 4.1.6 Mikrovlnné přístroje Jedná se o finančně dostupnější alternativu bezkontaktního měření rychlosti oproti optickým přístrojům. Výhodou je použití v těžkých podmínkách např. lesy, které nemusí být vhodné pro jiné metody měření. U výrobku Pegasem GSS25 je povrch vozovky snímán duálními paprsky o frekvenci 24 GHz využívající Dopplerova jevu. Měření je možno provádět jen v jedné ose. (Pegasem, 2013) Přístroj využívající Dopplerova jevu, kdy zdroj v tomto zařízení emituje mikrovlnný signál o dané frekvenci f 0 vzhledem k měřenému objektu (silnici). Zařízení přijímá mikrovlnný signál, jehož frekvence je posunuta Dopplerovým jevem k frekvenci f. Vozovka odrazí vlnu zpět k radarovému zařízení. Protože vozovka se pohubuje k radaru, detektor zařízení přijímá odražený signál, jehož frekvence je dále posunuta. Zařízení porovnává naměřenou frekvenci f s frekvencí f 0 a vypočítává rychlost. (Halliday et. al, 2000)

Obr. 4.4 Umístění mikrovlnného snímače na vozidle (www.datrontechnology.co.uk) 25

4.1.7 GPS přijímače Navigační systém GPS (Global Positioning Systém) na základě družicového radiového systému poskytuje přesné informace o poloze a rychlosti vozidla v reálném čase. Systém GPS se skládá z následujících součástí: o Družice ve vesmíru o Monitorovací stanice na Zemi o Přijímač GPS Kolem planety krouží 24 družic, na 6 oběžných drahách. Vysílají z výšky 20.300 km radiové signály. Každá z družic pokrývá určitou oblast zemského povrchu. Družice jsou rozvrženy tak, aby GPS přijímač přijímal signál nejméně 4 družic. Čtvrtá družice zajišťuje kontrolu a opravu družicových měření. Monitorovací stanice zajišťují bezproblémový chod systému. Stanice přijímají data z družic a zde dochází ke korekci dat (čas a trajektorie družic). Upravená data jsou odesílaná zpět družicím GPS. Přijímač GPS přijímá signály z družic GPS a na jejich základě vypočítává pozici a rychlost vozidla. Signál je přijímán v tzv. „přímé viditelnosti“ (line of sight). Což znamená, že proniká mraky, plastem, sklem, ale většinou neprochází pevnými objekty, jako můžou být budovy. (TomTom, 2013)

Obr. 4.5 I - čtvrtá družice: kontrola a oprava družicových měření, II - Bod protnutí družicového signálu: pozice vozu (TomTom, 2013)

26

Měřící zařízení využívajícího GPS signálu - Racelogic patří mezi významné světové výrobce datalogerů využívající GPS signál. K rozšířeným produktům patří PerformanceBox, který může zaznamenávat zrychlení, zpomalení, průběh zatáčení vozidla a další veličiny. Data jsou zaznamenávána s frekvencí 10 Hz, přesnost měření rychlosti je ± 0,1 km.h 1 . (PerformanceBox, 2013) - Dewetron je další významnou světovou společností zabývající se výrobou měřících zařízení na základě GPS signálu. Například přístroj DEWE-VGPS-HSC pracuje s frekvencí 100 Hz s rozsahem měřením rychlosti od 0,01 až 500 km.h 1 . Datový výstup je realizován přes USB či CAN a pomocí příslušné aplikace může být dále zpracován. (Dewetron, 2013)

Obr. 4.6 Akcelerometry Racelogic PerformanceBox a Dewetron DEWE-VGPS-HSC (Racelogic, Dewetron, 2013)

4.2 Síly působící na vozidlo při brzdění Při brzdění je zrychlení vozidla záporné, rovněž obvodové síly na kolech jsou záporné. Pro vyjádření rovnice se nebude používat záporné znaménko zrychlení a zavede se jiné označení. Poměr záporného zrychlení x k tíhovému g se nazve poměrným zpomalením z rovnice 4.1 z

27

x . g

(4.1)

Záporné obvodové síly na předních H p a zadních kolech H z , tj. vodorovné reakce mezi koly a vozovkou označíme jako brzdné síly B p a B z

B p  H p ,

BZ   H Z .

(4.2)

Pro moment obvodových sil mx platí: H p  H z  mx ,

(4.3)

B p  B z  Gz

(4.4)

vzhledem k rovnicím (4.1) a (4.2) platí:

Schéma sil působících na vozidlo při brzdění je na obrázku 4.7. Setrvačná síla působí v těžišti vozidla mx  Gz a na nápravách brzdné síly B p a B z . Jestliže zanedbáme valivý odpor a setrvačné momenty rotujících kol, pak zatížení náprav (radiální rekce) Z p a Z z dostaneme z momentových podmínek rovnováhy rovnice 4.5 (Vlk, 2003)

Z p l  Gzh  Gl z  0,

h l l Z P  G Z  z   Z Pstat  Gz , l h  l

Z z l  Gzh  Gl p  0

 lp h l Z Z  G  z   Z Pstat  Gz . l h  l

28

(4.5)

(4.6)

Obr. 4.7 Síly působící na vozidlo při brzdění (Vlk, 2003) Stlačením brzdového pedálu začnou účinkem třecích brzd působit brzdné momenty. Které rostou velmi často lineárně během náběhu brzdění (obr. 4.8). Na uvedeném obrázku se předpokládá stejná doba t p a t z pro přední a zadní brzdy. Brzdné síly B p a B z na nápravách při dané velikosti brzdných momentů M BP a M BZ určíme podle rovnice 4.8 a 4.9, které vychází z pohybové rovnice 4.7, platící pro přední nápravu. (Vlk, 2003)

Obr. 4.8 Brzdné síly na nápravách a výsledný brzdný moment (Vlk, 2003)

29

 J pp  M BP  Z p e p  B p rd  0

(4.7)

Kde: J p - moment setrvačnosti předních kol

p - úhlové zrychlení předních kol M BP - brzdný moment předních kol Z p - zatížení přední nápravy e p - vliv valivého odporu na kola přední nápravy B p - brzdná síla přední nápravy

rd - dynamický poloměr kola

Brzdná síla na přední nápravě je:

BP 

M BP  e  JP P  ZP P , rd rd rd

(4.8)

obdobně i pro zadní nápravu:

BZ 

M BZ  e  JZ Z  ZZ Z . rd rd rd

(4.9)

Obr. 4.9 Síly a momenty působící na brzděné nápravě (obě kola jedné nápravy) (Vlk, 2003) 30

4.2.1 Valivý odpor Vzniká deformací pneumatiky s vozovkou. Pokud je vozovka tuhá, dochází pouze k deformaci pneumatiky. Plocha se kterou se pneumatika stýká je nazývána stopou. V přední části stopy dochází ve směru valení k deformaci pneumatiky, která kopíruje povrch vozovky. V zadní části stopy se pneumatika vrací zpět do původního kruhového tvaru, vlivem těchto deformací vzniká teplo. Měrné tlaky jsou v přední části stopy větší, a proto se výslednice elementárních sil neboli radiální reakce vozovky Z K se přesouvá před svislou osu kola o určitou hodnotu. Předsunutou svislou reakci Z K můžeme posunout do svislé osy kola, jestliže zavedeme moment M fK působící

z vozovky na kolo. Moment M fk způsobuje vodorovnou reakci O fK (valivý odpor kola) směřují proti pohybu kola. Aby vznikla silová dvojce, tak musí ve středu kola působit vodorovná síla FxK  O fK . (Vlk, 2003) Dle obrázku 4.10 platí M fK  O fK rd  Z K e ,

(4.10)

z čehož vyplývá valivý odpor O fK  Z K

kde f K 

e  ZK fK , rd

(4.11)

e je tzv. součinitel valivého odporu kola. rd

Obr. 4.10 Moment valivého odporu kola M fK a valivého odporu kola O fK na volně se valícím kole (Vlk, 2003)

31

Součinitel valivého odporu f K z velké míry závisí na povrchu vozovky (tab. 4.1). Mezi další důležité vlivy patří deformace a rychlost otáčení pneumatiky. Deformace je závislá především na huštění pneumatiky, kdy se snižujícím tlakem se zvětšuje valivý odpor. Při vyšších rychlostech se pneumatika nestačí vyrovnávat deformace, které vznikají v přední části stopy. Tímto vzniká v zadní části stopy menší měrný tlak, než u nízkých rychlostí. Dalším faktorem ovlivňující valivý odpor je rozkmitání oběžné plochy u bočních stěn pneumatiky. U nízkých rychlostí tj. do rychlosti 80 km.h 1 u osobních automobilů a 50 km.h 1 se může součinitel valivého odporu považovat za nezávislý na jízdní rychlosti. (Vlk, 2003) Tab. 4.1 Součinitele odporu valení na různých površích (Vlk, 2003) Povrch asfalt beton dlažba makadam polní cesta

Součinitel valivého odporu 0,01 - 0,02 0,015 - 0,025 0,02 - 0,03 0,03 - 0,04 0,04 - 0,15

Povrch travnatý povrch hluboký písek čerství sníh bahnitá půda náledí

Součinitel valivého odporu 0,08 - 0,15 0,15 - 0,30 0,20 - 0,30 0,20 - 0,40 0,01 - 0,025

Valivý odpor vozidla určíme součtem valivých odporů jednotlivých kol

O f   O fKi  Z Ki f Ki .

(4.12)

V případě odlišného nahuštění kol (např. kola přední nápravy mají odlišný tlak od kol zadní nápravy), pak bude platit

O f  f  Z Ki  fGcos ,

(4.13)

protože, součet radiálních reakcí kol je roven tíze vozidla G cos kolmé k rovině vozovky. U jízdy po rovině platí O f  fG .

32

(4.14)

4.2.2 Odpor vzduchu Během jízdy proudí kolem povrchu vozidla vzduch, který obtéká karoserii nebo se musí protlačit mezi vozovkou a spodní částí vozidla. Po obtoku za vozidlem vzniká víření a tím vzniká odpor, který je nazýván vzdušným odporem OV . Velikost vzdušné síly udává výslednice normálových tlaků vzduchu na povrch karoserie a třecích sil působících v tečném směru proudění vzduchu kolem karoserie. (Vlk, 2003)

Obr. 4.11 Zkouška aerodynamiky (Mercedes - Benz, 2011) Celkový odpor vzduchu se určí podle rovnice

OV  c x

 2

S x v r2 ,

(4.15)

kde: c x - součinitel vzdušného odporu

 - měrná hmotnost vzduchu S x - čelní plocha vozidla

v r - náporová rychlost

Hodnota součinitel odporu vzduchu závisí na tvaru vozidla. Velikost hodnoty c x se měří v aerodynamických tunelech. Běžné hodnoty c x jsou u osobních automobilů 0,3 - 0,4, u nákladních vozů 0,8 - 1,0. (Vlk, 2003)

33

Měrná hmotnost vzduchu je závislá na tlaku a teplotě vzduchu. Ve výpočtech se uvažuje  = 1,25 kg.m 3 , to platí pro tlak vzduchu p 0 = 101,3 kPa a teplotu t 0  15  C . (Vlk, 2003) V roce 1934 byl představen první aerodynamický sériově vyráběný automobil Tatra 77. Na jeho vývoji se podíleli E. Ledwinka

a E. Ubelacker. Koncepce

aerodynamické karoserie vznikala na základě poznatků z výzkumných prací maďarského vědce Paula Jaraye. Karoserie se odlišovala pontonovým tvarem bez stupaček, se zapuštěnými klikami dveří i ukazateli směru. Součinitel odporu vzduchu byl neskutečných 0,212! (Kosenkratz, 1998)

Obr. 4.12 Tatra 77 r.v. 1934 (www.zivot.azet.sk)

4.2.3 Odpor stoupání Je určen složkou tíhy vozidla rovnoběžnou s povrchem vozovky OS  G. sin  ,

(4.16)

kde G je tíha vozidla a  je úhel, svírající rovinu vozovky s vodorovnou rovinou, tzv. úhel stoupání. V rovnici (4.16) je uvedeno znaménko plus, které představuje jízdu do svahu a znaménko mínus, které představuje jízdu ze svahu, kdy je vozidlo poháněno. U praktických výpočtů se často místo úhlu stoupání ve stupních užívá sklon svahu s, kde platí

s

h  tg . l

34

(4.17)

U malých úhlů je sin   tg , rovnici 4.18 může být ve tvaru O S  Gs .

(4.18)

Tento vztah můžeme použít do hodnoty   17  , či-li s = 0,3, kdy rozdíl mezi sin  a

tg je přibližně do 5%. (Vlk, 2003)

Obr. 4.13 Určení odporu stoupání (Vlk, 2003) Zkoušky brzdné dráhy ve stoupání se běžně neprovádí, tato látka je zde uvedena pro úplnost teorií sil působících na vozidlo. 4.2.4 Odpor setrvačnosti Setrvačný odpor působí při změně rychlosti prostředku. Jestliže vozidlo zrychluje, tak setrvačná síla působí proti směru jízdy. Při zpomalování vozidla působí setrvačné síly ve směru zpomalení. Odpor setrvačnosti je určen vztahem OZ  OZp  OZr ,

(4.19)

který se skládá z odporu setrvačnosti posuvné části o hmotnosti OZp  mx

(4.20)

a odporu setrvačnosti otáčejících se částí O Zr  

35

J Ki x . rdi rKi

(4.21)

K překonání odporu rotačních částí je nutno přivést na hnací kola vozidla moment M r  M rm  M rp  M rK ,

(4.22)

kde M rm je moment na hnacích kolech vozidla potřebný na zpomalení rotujících částí motoru, M rp je moment nutný ke zpomalení rotujících částí převodového ústrojí a M rK je moment potřebný pro zpomalení vozidlových kol. Moment pro zpomalení rotujících částí motoru M rm  J mm ic ,

(4.23)

kde J m je hmotnostní moment setrvačnosti rotujících částí motoru, m je úhlové zrychlení rotujících částí motoru, iC  i p ir je celkový moment mezi motorem a hnacími koly, i p je převod převodovky, ir je převod rozvodovky a  je mechanická účinnost. Moment M rp určíme ze vztahu M rp J pp ir

(4.24)

M rK   J Ki Ki .

(4.25)

a moment zpomalení vozidla

Mezi úhlovým zrychlením hnacích kol K a úhlovým zrychlením motoru m platí

K 

m iC



m

(4.26)

i p ir

a mezi úhlovým zrychlením kol vozidla a úhlovým zrychlením spojovacího hřídele

K 

p ir

.

(4.27)

Úhlové zrychlení kol vozidla můžeme vyjádřit v závislosti na podélném zrychlení, tzn.

K 

x . rK

(4.28)

Dosadíme-li rovnice (4.23) až (4.28) do rovnice (4.22) dostaneme výraz





M r  J m iC2  J p ir2    J Ki

 rx .

(4.29)

K

Výsledný odpor na zpomalení posuvných a rotačních částí je dán součtem O Zp a O Zr . (Vlk, 2003)

36

4.3 Adheze Jedná se o schopnost materiálu přilnout k odlišnému či shodnému materiálu, nebo také přenos tečných sil u dvou odlišných povrchů bez zřetelného pohybu. Jako adhezní sílu vozidla uvažujeme součet všech adhezních sil jednotlivých kol vozidla. I přesto, že jsou brzděna všechna kola, musíme mít na mysli dynamické zatížení (zejména klopný moment) a to dle rozdílného rozdělování brzdných sil mezi nápravami. Faktory, které ovlivňují součinitel adheze  jsou: - jakost směsi a stav povrchu pneumatiky - jakost a povrch vozovky (tab. 4.2) - rychlost vozidla - poměry, které jsou ve stopě kola, hlavně na skluzu (skluz - je pomalejší otáčení kola, než je odpovídající skutečné rychlosti vozidla). (Bradáč at. al., 1997) Tab. 4.2 Součinitel adheze na různých površích (Bradáč at. al., 1997) Povrch vozovky beton

asfalt

dlažba



suchý

0,8 - 1,0

mokrý

0,5 - 0,8

suchý

0,6 - 0,9

mokrý

0,3 - 0,8

suchá

0,6 - 0,9

mokrá

0,3 - 0,5

suchý

0,6 - 0,8

mokrý

0,3 - 0,5



Povrch vozovky polní cesta

tráva

suchá

0,4 - 0,6

mokrá

0,3 - 0,4

suchá

0,4 - 0,6

mokrá

0,2 - 0,5 0,2 - 0,4

hluboký písek, sníh

náledí

makadam

0 C

0,05 - 0,10

- 10  C

0,08 - 0,15

- 20  C

0,15 - 0,20

Adhezní síla může být využívána jak v podélném směru kola, tak ve směru příčném. Tato síla je jen jedna a je dána podélnou a příčnou složku tvoří ji tzv. adhezní elipsa (obr. 4.14) udávající maximální využívající součtovou adhezi požadovaným směrem. (Bradáč at. al., 1997)

37

Využití adheze je mezi kolem a vozovkou určeno vektorovým součtem adheze, která je využita ve směru podélném  x a ve směru příčném  y . Daný součet nemusí dosahovat mezní hodnoty  určený adhezní elipsou, ale také nemůže ji překročit. (Bradáč at. al., 1997)

Obr. 4.14 Adhezní elipsa (Bradáč at. al., 1997)

38

5 EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ 5.1 Cíl zkoušky Cílem jízdních zkoušek je porovnání brzdných drah letních a zimních pneumatik a dále zimních pneumatik se starším datem výroby něž je doporučováno výrobci pneumatik. Pro doplnění bylo provedeno i měření podhuštěných pneumatik. Zkouška byla provedena za reálných a shodných okolních podmínek. Naměřená data budou dále zpracována a vyhodnocena.

5.2 Zkoušené pneumatiky Pro měření jsem použil všechny pneumatiky od renomovaného výrobce Michelin. Pneumatiky byly vybrány dle autorových možností, tedy všechny v rozměru 205/55 R 16 o odlišných nosnostních a rychlostních indexech. Je nutno poznamenat, že všechny zkoušené pneumatiky byly rovnoměrně ojeté a bez poškození. Charakteristika zkoušených pneumatik: o Michelin Primacy HP 91V Tab. 5.1 Charakteristika Michelin Primacy HP 91V Provedení

Dezén

letní

asymetrický

Hloubka dezénu [mm]

Datum výroby [týden/rok]

3,9 4,4 4,3 4,5

48/08 48/08 46/08 50/08

o Michelin Pilot Alpin PA3 94V Tab. 5.2 Charakteristika Michelin Pilot Alpin PA3 94V Provedení

Dezén

zimní

asymetrický

Hloubka dezénu [mm]

Datum výroby [týden/rok]

7 7 6,8 6,2

37/08 37/08 37/08 37/08

39

o Michelin Pilot Alpin PA2 91H Tab. 5.3 Charakteristika Michelin Pilot Alpin PA2 91H Provedení

Dezén

zimní

směrový

Hloubka dezénu [mm]

Datum výroby [týden/rok]

5 4,5 4 4,2

26/04 26/04 33/04 33/04

Obr. 5.1 Dezény použitých pneumatik Michelin z leva: Primacy HP, Pilot Alpin PA3, Pilot Alpin PA2 (www.pneumatiky.cz)

5.3 Použité přístroje Akcelerometr XSENS MTi – může měřit zpomalení ve třech osách x, y, z. Jeho součástí je i trojosý gyroskop. Výstup je interpretovaný v následujících parametrech: x - y - z pro zrychlení, x - y - z pro stáčivou rychlost a dále x - y - z pro magnetické pole Země a z gyroskopu jsou vypočteny úhly klopení. Hodnoty jsou spočítány interně ve frekvenci 512 Hz, integrovaný DSP provádí integrace s přepočty do Eulerových stupňů a rovněž je signál filtrován Kalmanovým filtrem. Na sériovou sběrnici (včetně převodníku USB) jsou posílána data 100 x za sekundu. Tab. 5.4 Parametry akcelometru XSENS MTi (XSENS, 2009)

40

Obr. 5.2 Akcelerometr XSENS MTi (XSENS, 2009)

GPS modul Garmin 18x Series – jedná se o GPS přijímač, který lokalizuje zkušební vozidlo a udává aktuální rychlost. Pracuje s frekvencí 5 Hz, tedy data s rychlostí a polohy vozidla byla zapisována po 0,2 s. Do notebooku data byla přenášena přes sběrnici RS232.

Obr. 5.3 GPS modul Garmin 18x Series (Garmin, 2012) Program LabView od společnosti National Instruments je vhodný k programování systémů pro měření a analýzu systémů. Prostředí LabView bývá často nazýváno jako „grafický“ jazyk, pomocí něj lze velmi přehledně vytvářet příslušné aplikace a dále je přizpůsobovat pro konkrétní měření. Pro zaznamenávání dat byly vytvořeny dvě aplikace. Jedna aplikace byla zhotovena k akcelerometru XSENS a druhá k GPS modulu Garmin. Výstupem byla přehledně zaznamenaná data určena k dalším zpracování. 41

Dálkoměr Hilti PD 42 měří vzdálenost za pomocí laserového paprsku. Měřící rozsah je 0,05 až 200 m, odchylka měření je  1 mm. Bezkontaktní infrateploměr Voltcraft IR 1600A měřící rozsah teploty je v rozmezí -50 až 1600  C s odchylkou měření  1%. Přístroj je vybaven pomocným laserovým paprskem pro přesné zaměření zkoumaného objektu. Číslo kalibrace: 322103108. Měřič tlaku vzduchu – tlak vzduchu v pneumatikách byl měřen novým tlakoměrem italské značky Wonder s rozsahem 70 až 1000 kPa. Chyba měření dle přiloženého protokolu při 200 kPa je -2 kPa. Hloubkoměr – hloubka dezénu pneumatik byla měřena posuvným měřítkem značky INOX s rozsahem měření 0 až 150 mm s odchylkou 0,02 mm.

5.4 Testovací vozidlo Pro účely testu jsem použil vůz SEAT Leon 1,9 TDI 81kW, model 2001. Tento vůz používá u nás velmi rozšířenou podvozkovou platformu z koncernu Volkswagen. Vozidlo je vybaveno brzdovým protiblokovacím systémem ABS, který byl při měření aktivní. Dalším prvkem výbavy, který byl při měření používán, je tempomat. Brzdy jsou kapalinové, doplněné podtlakovým posilovačem. Přední a zadní náprava je osazena kotoučovými brzdami. Tab. 5.5 Vybrané technické parametry vozu SEAT Leon (technický průkaz vozidla a www.autorevue.cz) vznětový, kapalinou chlazený

Motor 3

Zdvihový objem [ cm ] Válce Ventily/rozvod

1896 4 8/OHC 1

Největší výkon [kW/min ] -1 Největší toč. mom. [Nm/min ] Max. rychlost [km. h

1

]

Zrychlení 0-100 km. h Převodovka

1

4184

Šířka [mm] Výška [mm] Hmotnost provozní [kg]

1742 1457 1314

Hmotnost největší přípustná [kg] 1780 Rozchod kol vpředu [mm] 1513

81/4150 235/1900 193

[s]

Délka [mm]

Rozchod kol vzadu [mm]

10,9 Rozvor náprav [mm] 5 stupňů - manuální Součinitel odporu vzduchu

42

1494 2513 0,32

Obr. 5.4 Testovací vozidlo SEAT Leon

5.5 Místo měření Měřícím úsekem byla zvolena účelová komunikace u obce Rostěnice, kterou využívá místní zemědělský podnik. Komunikace se nachází v těsné blízkosti dálnice D1 v úseku mezi Brnem a Vyškovem. Povrch vozovky je tvořen směsí asfaltu a drobné kameniny. Vozovka byla suchá bez nečistot a nerovností. Dne 6. října 2011 při měření panovaly příznivé povětrnostní podmínky bez srážek a větru. Teplota vzduchu se pohybovala kolem 16  C . Na obrázku 5.5 je znázorněna zkušební dráha, modrou barvou je znázorněna část, kde vozidlo zrychlovalo na výchozí rychlost a docházelo zde k ustálení požadované výchozí rychlosti pro brzdění. Přibližně v místě kontaktu červené a modré části dochází k brzdění. Tedy červená část zkušební dráhy znázorňuje, kde docházelo k brzdění z výchozí rychlosti až do zastavení vozidla.

43

Obr. 5.5 Místo měření

5.6 Metodika měření Před samotnou jízdní zkouškou bylo vozidlo vizuálně technicky zkontrolováno. Dále byl zkontrolován hustící tlak ve všech třech sadách pneumatik na hodnotu 220 kPa. Hustící tlak odpovídá doporučení výrobce vozidla při zatížení řidičem a spolujezdcem. Palivová nádrž byla zaplněna z poloviny jejího objemu. Do vozidla byl instalován akcelerometr XSENS MTi, který byl pevně připevněn k podlaze. Na střechu vozidla byl instalován GPS modul Garmin za pomocí integrovaného magnetu. Tato zařízení jsou propojena s notebookem, ve kterém je nainstalována aplikace LabVIEW. Dále bylo provedeno měření brzdné dráhy pomocí laserového měřidla. Toto měření bylo spíše orientační. Po nainstalování všech potřebných zařízení do vozidla byly namontované na vůz první zkoušené pneumatiky Michelin Primacy HP. Poté se provedla prvotní zkouška pro zjištění a ověření funkčnosti všech zařízení. Také byla nastavena rychlost vozidla pomocí tempomatu pro konstantní počáteční rychlost při brzdění. Tato rychlost byla nastavena dle GPS systému.

44

Obr. 5.6 Montáž zkoušených pneumatik na vozidlo Jakmile bylo vše zkontrolováno, vozidlo odjelo na začátek dráhy, kde se otočilo a obsluha aktivovala měřící zařízení. Poté zrychlovalo na výchozí brzdnou rychlost. Po dosažení požadované rychlosti 100 km.h 1 vozidlo v červeném úseku dráhy (obr. 5.5) zpomaluje až do úplného zastavení. Brzdění bylo prováděno s maximální silou, kterou řidič vyvinul na brzdový pedál po celou dobu brzdění. Během zkoušení byla měřena teplota předních ráfků v místě uchycení k brzdovému kotouči. Měření teploty je žádoucí pro sledování teplotních výkyvů brzd. Teplota se pohybovala do 100  C , z čehož je patrné, že brzdy nebyly příliš tepelně namáhány. Mezi každým brzděním byla dostatečná časová prodleva ke vychladnutí brzd. Po zastavení vozidla obsluha ukončila měření a uložila naměřená data. U měření pomocí laserového měřidla byli třeba dva asistenti. První asistent sledoval místo, kde bylo započato brzdění, a místo označil dopravním kuželem. Druhý asistent byl vybaven kartonovou stěnou, kterou při zastavení vozidla přiložil ke středu předního kola. Druhý asistent změřil laserovým měřidlem vzdálenost od dopravního kuželu ke kartonové stěně. Poté byla hodnota zapsána.

45

Obr. 5.7 Měření brzdné dráhy laserovým měřidlem, asistent s kartonovou stěnou U každé sady pneumatik byly provedeny 4 platné zkoušky. Po ukončení měření letní sady Michelin Primacy HP, byly pneumatiky vyměněny za zimní sadu Michelin Pilot Alpin PA3. Celý postup měření byl znovu zopakován a poté byla odzkoušena poslední sada zimních pneumatik Michelin Pilot Alpin PA2. Během zkoušení byla bezkontaktním teploměrem průběžně měřena teplota vozovky, která se pohybovala kolem teploty 22  2  C . Doplňkově byla měřena letní sada Michelin Primacy HP se sníženým hustícím tlakem na 150 kPa z původních 220 kPa.

Měření probíhalo shodně jako měření

s původním tlakem huštění. Po ukončení měření byla získaná data zpracována pomocí programu Microsoft Excel. Získané hodnoty jsou v následující kapitole uvedeny v tabulkách a graficky znázorněny, dále jsou statisticky analyzovány dle následujících vzorců: - aritmetický průměr n

x

x i 1

n

i

(5.1)

,

-rozptyl (výběrový) n

sx  2

 (x in

i

 x)2

n 1 46

,

(5.2)

-směrodatná odchylka (výběrová) n

sx  2

 (x i n

i

 x)2

n 1

,

(5.3)

-variační koeficient vx 

sx , x

(5.4)

sx .100 . x

(5.5)

- variační koeficient v % vx 

5.7 Vyhodnocení naměřených dat Měření brzdných drah zkoušených pneumatik bylo provedeno třemi metodami. První metodou je měření pomocí dálkoměru. Tato metoda se neosvědčila z důvodu nepřesného určení místa, kde bylo započato brzdění. Z toho důvodu byly brzdné dráhy zpravidla o několik metrů kratší, než je obecně běžné u modelů shodné třídy automobilů. Primární účel tohoto měření spočíval pouze v orientačním porovnání dat brzdné dráhy vozidla. Další metoda měření byla pomocí GPS modulu Garmin. Toto zařízení dokáže zaznamenávat pomocí souřadnic GPS polohu vozidla a především pro účely tohoto měření zaznamenávat průběh rychlosti vozidla. Vzhledem k velkým dynamickým změnám nebyl výpočet rychlosti dostatečný pro další zpracování dat, tímto docházelo k vyššímu zkreslování výsledků. Dalším faktem je i frekvence zaznamenávání dat o velikosti 5 Hz. Ze získaných dat bylo zřejmé, že mezi časovými větvemi o velikosti 0,2s byly rozdíly v rychlostech řádově v jednotkách km.h 1 , což negativně ovlivňuje přesnost měření. Poslední způsob měření byl za pomocí akcelerometru XSENS. Toto měřidlo je nejvhodnější, jak zpracováním naměřených dat, tak i frekvencí 100 Hz. Z tohoto důvodu budu publikovat jen výsledky vycházejících z dat z akcelerometru XSENS. V následujících tabulkách (5.6, 5.7, 5.8 a 5.9) jsou uvedeny hodnoty s počáteční rychlostí, brzdnou dráhou, čas brzdění a průměrné brzdné zpomalení (od zaznamenání

47

zpomalení, až do úplného zastavení vozidla). Jelikož akcelerometr zaznamenával čas a zrychlení je třeba dopočítat počáteční rychlost a brzdnou dráhu dle následujících vzorců: - rychlost v  a.t.3,6 ,

[km.h

1

]

(5.6)

- brzdná dráha s

1 2 a.t . 2

[m]

(5.7)

Tab. 5.6 Naměřené data pneumatik Michelin Primacy HP se sníženým tlakem na 150 kPa Michelin Primacy HP - 150 kPa Číslo měření

1. 2. 3. 4.

Počáteční rychlost [km.h

1

]

100,99 100,72 100,75 100,17

Brzdná dráha [m]

Čas brzdění [s]

Průměrné zpomalení

44,90 44,50 43,26 47,34

3,15 3,18 3,09 3,40

8,90 8,80 9,05 8,18

Brzdná dráha [m]

Čas brzdění [s]

Průměrné zpomalení

47,57 45,96 45,69 46,47

3,40 3,30 3,31 3,30

8,24 8,48 8,54 8,56

[m.s

2

]

Tab. 5.7 Naměřené data pneumatik Michelin Primacy HP Michelin Primacy HP Číslo měření

1. 2. 3. 4.

Počáteční rychlost [km.h

1

]

100,83 100,49 101,66 101,51

[m.s

2

]

Tab. 5.8 Naměřené data pneumatik Michelin Pilot Alpin PA3 Michelin Pilot Alpin PA3 Číslo měření

1. 2. 3. 4.

Počáteční rychlost [km.h

1

101,48 101,67 101,82 101,21

]

Brzdná dráha [m]

Čas brzdění [s]

Průměrné zpomalení

46,57 50,73 50,98 49,23

3,30 3,59 3,61 3,50

8,53 7,86 7,85 8,03

48

[m.s

2

]

Tab. 5.9 Naměřené data pneumatik Michelin Pilot Alpin PA2 Michelin Pilot Alpin PA2 Číslo měření

Počáteční rychlost [km.h

1

]

Brzdná dráha [m]

Čas brzdění [s]

Průměrné zpomalení

54,18 51,51 50,06 53,18

3,90 3,71 3,60 3,80

7,12 7,50 7,74 7,38

100,03 100,10 100,20 100,84

1. 2. 3. 4.

[m.s

2

]

Tab. 5.10 Průměrné hodnoty naměřených dat Počáteční rychlost [km.h

1

]

Brzdná dráha [m]

Čas brzdění [s]

Průměrné zpomalení [m.s

2

Michelin Primacy HP 150 kPa

100,66

45,00

3,21

8,73

Michelin Primacy HP

101,12

46,22

3,33

8,46

Michelin Pilot Alpin PA3 Michelin Pilot Alpin PA2

101,55

49,38

3,50

8,07

100,29

52,23

3,75

7,44

]

Protože, počáteční rychlost vozidla byla vždy lehce odlišná, jak je uvedeno v tabulce 5.10, bude vhodné dle průměrného zpomalení a korekcí času

přepočíst

počáteční rychlost na 100,00 km.h 1 . Tímto ještě po přepočtení zpřesníme délku brzdné dráhy dle tabulky 5.11. Tab. 5.11 Přepočtené hodnoty na počáteční rychlost 100,00 km.h 1 Brzdná dráha [m]

Čas brzdění [s]

Průměrné zpomalení

100,00

44,18

3,18

8,73

100,00

45,63

3,29

8,46

100,00

47,82

3,44

8,07

100,00

51,89

3,74

7,44

Počáteční rychlost [km.h Michelin Primacy HP - 150 kPa Michelin Primacy HP Michelin Pilot Alpin PA3 Michelin Pilot Alpin PA2

1

]

[m.s

2

]

V procentuálním vyjádření při srovnání s výchozími pneumatikami Michelin Primacy HP mají Michelin Pilot Alpin PA3 nárůst délky brzdné dráhy o 4,8 % a

49

Michelin Pilot Alpin PA2 nárůst o 13,72%. U pneumatik Michelin Primacy HP se při snížením tlaku na 150 kPa brzdná dráha zkrátila o 3,28 %. Získaná data byla dále statisticky vyhodnocena dle tabulky 5.12. Podle variačního koeficientu je patrné, že míra variace nepřesáhla 5% mezi zkoušenými modely pneumatik. Z čehož lze konstatovat relevantnost naměřených dat. Tab. 5.12 Statistické vyhodnocení naměřených dat brzdné dráhy

Michelin Primacy HP - 150 kPa Michelin Primacy HP Michelin Pilot Alpin PA3 Michelin Pilot Alpin PA2

Aritmetický průměr

Rozptyl

Směrodatná odchylka

Variační koeficient

Variační koeficient v %

45,00

2,92

1,71

0,038

3,80

46,42

0,69

0,83

0,018

1,79

49,38

4,10

2,02

0,041

4,10

52,23

3,00

1,82

0,035

3,48

Dle grafu 5.1 je zřejmá závislost mezi zrychlením (záporným) a dobou brzdění. Čím je větší záporná hodnota zrychlení, tím je kratší doba brzdění a to platí samozřejmě i na opak. To je nejvíce patrné při srovnáním pneumatik Michelin Primacy HP se sníženým tlakem huštění a Michelin Pilot Alpin PA2. Dále je z grafu patrný náběh brzdění s následujícím intenzivním zpomalením vozidla, až do zásahu antiblokovacího systému ABS, jehož cílem je zamezení skluzu a zajištění patřičné adheze pneumatiky s vozovkou pomocí krátkodobého snížení tlaku v brzdové soustavě. Po prvním zásahu ABS je zřetelné, že již tento systém nedovolí tak intenzivnímu zpomalení a reaguje s menšími výkyvy zpomalení. Na závěr je patrný strmý pokles zpomalení až do zastavení vozidla.

50

0

Zrychlení [m.s-2]

-2 -4 -6 -8

-10 -12 0,00 0,25

0,50 0,75

1,00 1,25

1,50 1,75

2,00 2,25 2,50

2,75 3,00

3,25 3,50

3,75 4,00

Čas [s] Pilot Alpin PA2

Pilot Alpin PA3

Primacy HP

Primacy HP 150 kPa

Graf 5.1 Průměrné zrychlení jednotlivých modelů pneumatik

Obr. 5.8 Zkoušené pneumatiky Michelin z leva: Primacy HP, Pilot Alpin PA3, Pilot Alpin PA2 Dle naměřených hodnot je zřejmé, že letní pneumatiky Michelin Primacy HP se sníženým tlakem huštění o 70 kPa, tedy na 150 kPa mají kratší brzdnou dráhu o 1,45 m, způsobeným vyšším valivým odporem. To není samozřejmě zanedbatelné, ale z hlediska ovladatelnosti vozidla, vyšší spotřeby pohonných hmot, zvýšeného opotřebování a zahřívání pneumatik může vést i k jejich prasknutí, proto nelze snižování tlaku v žádném v případě doporučit. U shodných pneumatik s hustícím tlakem 220 kPa, byla naměřena brzdná dráha 45,63 m. U obdobných nových vozidel je běžná brzdná dráha kolem 40 m, je však

51

nutno zohlednit stáří a kilometrový průběh vozidla a rovněž přihlédnout k tomu, že brzdy se nacházely v polovině životnosti a lze tedy předpokládat nižší účinnost než u brzd nových vozidel. Dalším vlivem ovlivňujícím brzdnou dráhu jsou použité pneumatiky, které byly 3 roky staré, což přispívá k mírnému nárůstu dráhy. Faktem, který může rovněž ovlivnit brzdnou dráhu, je zkušební řidič, který nemá tak velké zkušenosti jako profesionální zkušební řidič. Ještě bych uvedl, že podmínky měření se při různých testování liší a například v povětrnostních podmínkách, povrchu vozovky či měřícím zařízením. Zimní pneumatiky Michelin Pilot Alpin PA3 měly ve srovnání s letními pneumatikami letními o 2,19 m delší brzdnou dráhu na 47,82 m. Stáří letních a zimních pneumatik bylo prakticky shodné, a proto můžeme tento parametr při srovnání vyloučit. Vliv na delší brzdnou dráhu může být způsobený přítomností sloučeniny oxidu křemičitého, který se přidává do pryžových směsí zimních pneumatik. V souvislosti s použitou směsí má vliv na brzdnou dráhu i elastická hystereze, zejména u pneumatik s vyšší hloubkou dezénu, což je případ právě této použité sady pneumatik. Hloubka je ze všech tří sad nejvyšší. Dalším faktorem může být i vzor dezénu, kdy jsou u zimních pneumatik dezénové bloky jemně nařezány pro lepší záběr na ledě a sněhu, to se může jevit jako nevýhoda při brzdění na suché vozovce a v našem případě i její vyšší teplotě, něž jsou pro používání zimních pneumatik typické, z toho důvodu může docházet k větší elastické hysterezi než u povrchů s nižší teplotou. Poslední testovanou sadou byly zimní pneumatiky Michelin Pilot Alpin PA2. Zde byla naměřena výrazně delší brzdná dráha a to 51,89 m. To je o 4,07 m delší než je brzdná dráha u Michelin Pilot Alpin PA3 a ve srovnání s Michelin Primacy HP je zde brzdná dráha delší o 6,26 m. Na prodlouženou brzdnou dráhu má vliv degradace pryžové směsi běhounu, která byla 7 let stará a ve srovnání s testovanými předcházejícími letními a zimními pneumatikami byl rozdíl ve stáří 4 roky. Můžeme říci, že běhounová směs je natolik znehodnocena (příliš tvrdá), že již není tak pružná, aby zajistila dostatečnou přilnavost s vozovkou. Ve prospěch by měla být nižší hloubka dezénu oproti Michelin Pilot Alpin PA3 s menší elastickou hysterezí, případně elastická hystereze byla velmi malá, což mohlo mít vliv na prodlouženou délku brzdné dráhy. V následujícím grafu 5.2 uvádím naměřené průměrné hodnoty, které jsou přepočtené na shodnou počáteční rychlost 100,00 km.h 1 .

52

Model pneumatiky

44,18 m Primacy HP 150 kPa 45,63 m Primacy HP 47,82 m Pilot Alpin PA3 51,89 m Pilot Alpin PA2

0

5

10

15

20

25

30

Brzdná dráha [m] Graf 5.2 Přehled brzdných drah pneumatik

53

35

40

45

50

55

6 DISKUZE Podobným tématem se zabýval rakouský autoklub ÖAMTC, který testoval letní pneumatiky od nových, až po 14 let staré. Výraznější změna nastává u 5 až 6 let starých pneumatik a pneumatiky starších 10 let úplně propadly a to především na mokrém povrchu. Bohužel v testu nemají uvedeny podmínky, které panovaly při zkoušení, jako například teplota vozovky. Dále zde nejsou uvedeny ani naměřené brzdné dráhy. Autoklub uvádí pouze hodnocení rozmezí 0,5 až 5,5 bodů, čím více, tím hůře. Nová letní pneumatika získala 2,0 bodu, 6 let stará 2,8 bodu a 14 stará 3,0 Nejhůře jsou na mokrém povrchu, kdy 6 let stará pneumatika získala 4,5 bodů a 14 let stará 5,0 bodu. (ÖAMTC, 2011) Německý autoklub ADAC porovnával brzdné dráhy pneumatik na mokré vozovce. Testování se týkalo pneumatik se stářím 3 nebo 4 let s novými pneumatikami. Bylo vyhodnoceno 10 sad od renomovaných výrobců pneumatik, z toho byla polovina zimních a druhá polovina letních. Bylo zjištěno, že 4 sady mají rozdíl v brzdné dráze do 3 %, další 3 modely mají zjištěný rozdíl 4 % a poslední 3 sady mají rozdíl 6 až 16 %, což odpovídá rozdílu v brzdné dráze od 6 až 13 m. Ani zde nebyly uvedeny podmínky zkoušení a naměřené brzdné dráhy. (ADAC, 2009) V periodiku Svět motorů byly testovány nové letní, staré letní a zimní pneumatiky. Doba používání je u starých letních pneumatik 15 let a zimních pneumatik je stáří 6 let. Výrobci pneumatik nejsou uvedeni, mimo nové letní pneumatiky značky Barum. Teplota vzduchu byla 7 C , což je hraniční teplota, od kdy je doporučeno používat zimní pneumatiky. Při měření na suchém asfaltu, kdy vozidlo z rychlosti 50 km.h 1 zpomalovalo na rychlost 10 km.h 1 . Redaktoři naměřili brzdnou dráhu u nových letních 10,5 m, starých letních 11,4 m a zimních 11,1 m. (Svět motorů, 2013) Z uvedených hodnot je zřejmé, že kaučuková směs u letní pneumatiky ztratila požadované vlastnosti oproti nové pneumatice a nebyla schopna přenést brzdný moment na vozovku, tak jako u nové pneumatiky.

54

7 ZÁVĚR Tato práce na téma Vliv vlastností pneumatik a okolních podmínek na brzdnou dráhu vozidla se skládá z teoretické a experimentální části. V teoretické části popisuje konstrukci pneumatik a problematiku měření brzdné dráhy. Primárním úkolem této práce je měření brzdných drah tří sad pneumatik a vyhodnocení naměřených výsledků, kterým se zabývá část experimentální. Jako referenční letní pneumatiky byly použity Michelin Primacy HP, staří 3 roky brzdná dráha 45,63 m. Podle kterých se srovnávaly Michelin Pilot Alpin PA3, stáří 3 roky, brzdná dráha 47,82 m a Michelin Pilot Alpin PA 2, stáří 7 let, brzdná dráha 51,89 m. Z uvedeného vyplývá, že brzdná dráha z výchozí rychlosti 100 km.h 1 je u Pilot Alpin PA3 s referenční pneumatikou delší o 2,19 m, což není zanedbatelné. Druhá pneumatika Pilot Alpin PA2 dosáhla o 6,26 m delší brzdnou dráhu a to již lze považovat za podstatné bezpečnostní riziko. Zde se projevila degradace pryžové směsi běhounu. Při měření se pohybovala teplota vozovky v rozmezí 22  2  C , pokud stoupne teplota vozovky za horkých letních dnů například na 50 C , lze očekávat výrazně delší brzdnou dráhu a zvýšené bezpečnostní riziko. Z výše uvedených výsledků měření bych jednoznačně nedoporučil používat zimní pneumatiky za letního počasí. Tento jev je poslední dobou hodně oblíbený mezi motoristy a také dojíždění starých zimních pneumatik je velmi rozšířený nešvar, což se odvíjí od ekonomické situace motoristů. Pokud nejsou pneumatiky používány, je třeba dbát na jejich správné uskladnění. Především zamezení působení povětrnostních vlivů, nejlépe uskladnit na suchém, temném místě o konstantní teplotě přibližně 15 C bez kontaktu s chemikáliemi. V případě správného uskladnění lze životnost prodloužit. To platí i u nových, nepoužitých pneumatik, které jsou proti degradaci pryžové směsi navíc ochráněny parafínovou vrstvou. Proto je všeobecně výrobci pneumatik doporučováno nakupovat pneumatiky do 3 let od jejich data výroby.

55

SEZNAM LITERATURY ADAC, Vergleich von gleichen Pkw-Reifen unterschiedlichen Alters: Reifenworkshop DEKRA Automobil GbmH und Stahlgruber-Stiftung 13./14. Juli 2009 [online]. München, 2009 [cit. 2013-04-03]. Dostupné z: Sign inttp://www.dekra.de/c/ dokument _library/get_file?uuid=17a083d7-c754-4ab5-858a-43321fe9376b& groupId=10100

Dewetron, Compoments: Sensors [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné z: http://www.dewetron.com/int/products/components/sensors/dewe-vgps/ BRADÁČ, Albert. Soudní inženýrství. Brno: CERM, 1997, 719 s. ISBN 80-7204-057-x. ČSN 63 1001., Pneumatiky – Termíny a definice. Praha: Český normalizační institut, 2005, 88 s. DOČKAL, Vladimír; KOVANDA, Jan; HRUBEC, František, 1998: Pneumatiky. Vydavatelství ČVUT, Praha, 71 s. HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fyzika: Elektromagnetické vlny - Optika - Relativita. Brno: VUTIUM, 2000. ISBN 80-214-1868-0.

HORÁK, Pavel, 2005: Historie pneumatiky, pneu informace. Databáze online [cit. 2013-01-08]. Dostupné z WWW: .

Kistler, Correvit ® S-350: Non-Contact Optical Sensors [online]. 2012 [cit. 2013-0123]. Dostupné z: http://www.corrsys-datron.com/Support/Data_Sheets/CS350A_000807e.pdf

KOSENKRATZ, Karel. Osobní automobily Tatra. Praha: GT CLUB -MOTORMEDIA, 1998. ISBN 80-900705-3-1. KRMELA, Jan. Systémový přístup k výpočtovému modelování pneumatik I. Brno: Tribun EU, s.r.o., 2008. ISBN 978-80-7399-368-8.

56

MARCÍN, Jiří a Petr ZÍTEK. Pneumatiky: Gumárenské výrobky I. Praha: SNTL, 1985. ISBN 04-626-85. MOTEJL, Vladimír; HOREJŠ, Karel, 2001: Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. Littera, Brno, 600 s. NAŘÍZENÍ KOMISE (EU) č. 228/2011: kterým se mění nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1222/2009, pokud jde o zkušební metodu pro zjištění přilnavosti za mokra u pneumatik třídy C1. In: č. 228/2011. 2011. NOKIAN TYRES, Více než 75 let zimních pneumatik Nokian. [online]. 2013 [cit. 2013-01-09]. Dostupné z: http://www.nokiantyres.cz/first-winter-tyres-cz

ÖAMTC, Spezial Sommerreifentest 2011 [online]. 2011 [cit. 2013-04-03]. Dostupné z: http://www.oeamtc.at/?id=2500%2C1359800%2C%2C%2CY2Q9NDc%3D

PEGASEM, GSS Series: Microwave Ground Speed Sensors. [online]. 2012 [cit. 201301-23]. Dostupné z: http://www.pegasem.com/english/mainframe_uk.htm

PerformanceBox, PerformanceBox [online]. 2013 [cit. 2013-03-20]. Dostupné z: http://www.performancebox.co.uk/overview.html

AUTOTECHNIK ASG s.r.o., Sortiment - Vybavení pro STK: Decelerometr CT 3010. [online].

2013

[cit.

2013-01-21].

Dostupné

z:

http://www.autotechnik-

asg.cz/s_05vybaveni_pro_stk.html Svět motorů, Stáří se fakt pozná, ale ne všude. 2013, roč. 2013, č. 12. ISSN 0039-7016.

TomTom, Jak GPS funguje? [online]. 2013 [cit. 2013-01-29]. Dostupné z: http://www.tomtom.com/howdoesitwork/page.php?ID=5&CID=2&Language=10 VLK, František, 2003: Podvozky motorových vozidel. Brno : Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 392 s.

57

VLK, František. Zkoušení a diadnostika motorových vozidel. 2. vyd. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2005. ISBN 80-239-3717-0. Ministerstvo dopravy ČR, Zimní výbava. [online]. 2011 [cit. 2013-02-27]. Dostupné z: http://www.mdcr.cz/cs/Silnicni_doprava/Zimni+vybava.htm Rada evropských společenství 71/320/EHS: O sbližování právních předpisů členských států týkajících se brzdových zařízení určitých kategorií motorových vozidel a jejich přípojných vozidel. In: ÚŘEDNÍ VĚSTNÍK EVROPSKÝCH SPOLEČENSTVÍ. 1971

58

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 3.1 Thomsonova pneumatika (Speedace, 2013) ..................................................... 12 Obr. 3.2 Michelin Tweel (Gear Patrol, 2013) ................................................................. 14 Obr. 3.3 Konstrukce pláště pneumatiky (Michelin, 2013) ............................................. 14 Obr. 3.4 Uspořádání vláken radiální a diagonální pneumatiky (Kumho, 2013) ............. 15 Obr. 3.5 Nárazník pneumatiky (www.cs.autolexicon.net) ............................................. 16 Obr. 3.6 Dezény: a) symetrický, b) asymetrický, c) směrový (www.pneumatiky.cz) ... 17 Obr. 3.7 Dezény: a) letní, b) zimní (www.pneumatiky.cz) ............................................ 17 Obr. 3.8 Bezdušová vrstva (www.cs.autolexicon.net) .................................................... 19 Obr. 3.9 Bočnice (www.cs.autolexicon.net) ................................................................... 20 Obr. 3.10 Patka pneumatiky (www.cs.autolexicon.net) ................................................. 20 Obr. 4.1 Decelerograf (www.autotechnik-asg.cz) .......................................................... 23 Obr. 4.2 Vlečné kolo (Autobild, 2002) ........................................................................... 24 Obr. 4.3 Příklad možného umístění optického přístroje na vozidle (www.handling.cz) 24 Obr. 4.4 Umístění mikrovlnného snímače na vozidle (www.datrontechnology.co.uk) . 25 Obr. 4.5 I - čtvrtá družice: kontrola a oprava družicových měření, II - Bod protnutí družicového signálu: pozice vozu (TomTom, 2013) ..................................................... 26 Obr. 4.6 Akcelerometry Racelogic PerformanceBox a Dewetron DEWE-VGPS-HSC (Racelogic, Dewetron, 2013) .......................................................................................... 27 Obr. 4.7 Síly působící na vozidlo při brzdění (Vlk, 2003) ............................................. 29 Obr. 4.8 Brzdné síly na nápravách a výsledný brzdný moment (Vlk, 2003) .................. 29 Obr. 4.9 Síly a momenty působící na brzděné nápravě (obě kola jedné nápravy) (Vlk, 2003) ............................................................................................................................... 30 Obr. 4.10 Moment valivého odporu kola M fK a valivého odporu kola O fK na volně se valícím kole (Vlk, 2003) ................................................................................................. 31 Obr. 4.11 zkouška aerodynamiky (Mercedes - Benz, 2011) .......................................... 33 Obr. 4.12 Tatra 77 r.v. 1934 (www.zivot.azet.sk) .......................................................... 34 Obr. 4.13 Určení odporu stoupání (Vlk, 2003) ............................................................... 35 Obr. 4.14 Adhezní elipsa (Bradáč at. al., 1997).............................................................. 38 Obr. 5.1 Dezény použitých pneumatik Michelin z leva: Primacy HP, Pilot Alpin PA3, Pilot Alpin PA2 (www.pneumatiky.cz) .......................................................................... 40 Obr. 5.2 Akcelerometr XSENS MTi (XSENS, 2009) .................................................... 41 Obr. 5.3 GPS modul Garmin 18x Series (Garmin, 2012) ............................................... 41 59

Obr. 5.4 Testovací vozidlo SEAT Leon ......................................................................... 43 Obr. 5.5 Místo měření ..................................................................................................... 44 Obr. 5.6 Montáž zkoušených pneumatik na vozidlo ...................................................... 45 Obr. 5.7 Měření brzdné dráhy laserovým měřidlem, asistent s kartonovou stěnou ....... 46 Obr. 5.8 Zkoušené pneumatiky Michelin z leva: Primacy HP, Pilot Alpin PA3, Pilot Alpin PA2 ....................................................................................................................... 51

60

SEZNAM TABULEK Tab. 4.1 Součinitele odporu valení na různých površích (Vlk, 2003) ............................ 32 Tab. 4.2 Součinitel adheze na různých površích (Bradáč at. al., 1997) .......................... 37 Tab. 5.1 Charakteristika Michelin Primacy HP 91V ...................................................... 39 Tab. 5.2 Charakteristika Michelin Pilot Alpin PA3 94V ................................................ 39 Tab. 5.3 Charakteristika Michelin Pilot Alpin PA3 94V ................................................ 40 Tab. 5.4 Parametry akcelometru XSENS MTi (XSENS, 2009) ..................................... 40 Tab. 5.5 Vybrané technické parametry vozu SEAT Leon (technický průkaz vozidla a www.autorevue.cz) ......................................................................................................... 42 Tab. 5.6 Naměřené data pneumatik Michelin Primacy HP se sníženým tlakem na 150 kPa .................................................................................................................................. 48 Tab. 5.7 Naměřené data pneumatik Michelin Primacy HP ............................................ 48 Tab. 5.8 Naměřené data pneumatik Michelin Primacy Pilot Alpin PA3 ........................ 48 Tab. 5.9 Naměřené data pneumatik Michelin Primacy Pilot Alpin PA2 ........................ 49 Tab. 5.10 Průměrné hodnoty naměřených dat ................................................................ 49 Tab. 5.11 Přepočtené hodnoty na počáteční rychlost 100,00 km.h 1 ............................ 49 Tab. 5.12 Statistické vyhodnocení naměřených dat brzdné dráhy ................................. 50

61