Читать книгу Badania kierowalności i stateczności pojazdów samochodowych - Wiesław Pieniążek - Страница 7
Оглавление1.1. SYSTEM CZŁOWIEK–POJAZD–OTOCZENIE (CPO)
Bezpieczeństwo ruchu samochodu jest związane z jego właściwościami konstrukcyjnymi. Dlatego w zagadnieniach dotyczących bezpieczeństwa przyjmuje się do analizy układ człowiek–pojazd–otoczenie (CPO) [1, 2, 5]. Na rys. 1.1. przedstawiono ogólny schemat blokowy uwzględniający czynniki mające wpływ na utrzymanie kierunku jazdy pojazdu [2]. Jest to model ze sprzężeniem zwrotnym między pojazdem a kierowcą, ze szczególną rolą układu kierowniczego, kształtujący przebieg procesu kierowania. Istnieją też inne modele systemu człowiek–pojazd–otoczenie (CPO). Na przykład w pracy [5] przedstawione zostały cztery takie modele. Pierwszy, to model o najwyższym stopniu ogólności, ze sprzężeniem zwrotnym między człowiekiem i pojazdem, zawierający podsystem „elektronika”, obejmujący elektroniczne układy sterowania. Drugi, uproszczony model, nie zawiera sprzężenia zwrotnego kierowca-pojazd, polecenia kierowcy skierowane są tylko do układu hamulcowego i kierowniczego. Kolejny, uproszczony model zawiera sprzężenie zwrotne kierowca-pojazd, nie uwzględnia urządzeń automatycznego sterowania. Ostatnim przedstawionym w publikacji [5] obiektem jest model bez sprzężenia zwrotnego kierowca-pojazd, uwzględniający natomiast działanie urządzenia przeciwblokującego ABS. Modele fizyczne systemu CPO mogą być rozbudowywane o inne elementy rozwiązań lub upraszczane w określony sposób, wynikający z postawionego celu badań symulacyjnych, do których dany model będzie wykorzystywany. Samochód kierowany przez kierowcę można rozpatrywać jako układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym, w którym kierowca jest regulatorem, a samochód obiektem regulacji. Zewnętrzne otoczenie zaś jest źródłem sygnałów, głównie zakłócających, wpływających na ruch pojazdu [1, 3]. Poznanie reakcji samochodu na różnorodne wymuszenia zewnętrzne i wewnętrzne umożliwiłoby prognozowanie zachowania kierowca-pojazd, mogłoby też doprowadzić do zbudowania idealnego regulatora, czyli określenia cech idealnego kierowcy, z którym można byłoby porównywać kierowców rzeczywistych. Jednocześnie wykorzystanie charakterystyk opisujących reakcje na wymuszenia do odpowiedniego ukształtowania właściwości jezdnych samochodu powinno ułatwić kierowcy prowadzenie samochodu podczas normalnej jazdy,
jak również w sytuacjach skrajnych i krytycznych.
Samochód powinien zapewniać możliwość łatwego prowadzenia i utrzymywania kierunku jazdy zadanego przez kierowcę. Zależy to od wielu właściwości
samego pojazdu, a szczególnie od: rodzaju zawieszenia przedniej i tylnej osi, rozkładu mas, położenia środka masy, rodzaju mechanizmów sterujących (układ kierowniczy), geometrii układu jezdnego, rodzaju ogumienia (w tym ciśnienia w oponach), wreszcie od rodzaju napędu (przedni, tylny, wszystkich osi). Mogą one odegrać decydującą rolę w kształtowaniu chwilowych stanów ruchu pojazdu. Podanie gotowych receptur właściwych rozwiązań konstrukcyjnych jest niemożliwe. Wymienione cechy są bowiem ściśle ze sobą powiązane i dopiero ich wzajemny dobór metodami obliczeniowymi i doświadczalnymi może zapewnić uzyskanie określonych i pożądanych parametrów technicznych samochodu. Zmiany konstrukcyjne dokonane w ostatnim okresie przyczyniły się do podniesienia poziomu rozwoju systemów związanych z bezpieczeństwem czynnym i biernym. Wprowadzane są coraz ostrzejsze wymagania, które muszą spełniać samochody nowo wprowadzane na rynek. Analiza rozwiązań istniejących pokazuje, że istnieją rezerwy w zakresie ich udoskonalania.
Najstarszymi ze znanych metod oceny poziomu konstrukcji są badania drogowe/poligonowe. Są one kosztowne i pracochłonne. Tym niemniej ich udział i rola w rozwoju techniki samochodowej są nadal bardzo ważne. Zastosowanie nowoczesnych metod badań sprawia, że techniki badawcze zostają włączone w procesie tworzenia pojazdu już we wstępnej fazie [4]. Wzrastające znaczenie badań eksperymentalnych drogowych i stanowiskowych oraz symulacyjnych – komputerowych przyczyniło się także do rozwoju metod badawczych.
W prezentowanej pracy omówiono podstawowe zagadnienia kierowalności i stateczności samochodów w aspekcie badań eksperymentalnych drogowych oraz symulacyjnych (komputerowych). Mogą z niej korzystać zarówno studenci specjalności samochodowych, jak i osoby pracujące w branży samochodowej, zajmujące się zawodowo problematyką kierowalności i stateczności oraz związanymi z tym zagadnieniami.
Na wstępie zasadniczych rozważań zostaną zdefiniowane, również dla przypomnienia, ogólne pojęcia i określenia związane z podjętą problematyką. Można je tutaj przytoczyć za pracą [4].
Badania – działanie empiryczne obejmujące eksperyment i obserwacje, zmierzające do rozwiązania jakiegoś zadania teoretycznego lub praktycznego.
Eksperyment – zabieg badawczy polegający na celowym wywołaniu określonego zjawiska (lub jego zmiany), w warunkach sztucznie stworzonych, oraz zbadanie jego przebiegu, cech lub występujących zależności.
Obserwacja – celowe, selektywne (tzn. uwzględniające tylko to, co jest ważne z uwagi na cel badań) spostrzeganie przedmiotów i zjawisk w warunkach ich normalnego funkcjonowania bądź występowania.
Każde postępowanie badawcze podporządkowane jest celowi badań i z tego względu rozróżnia się [4]:
– postępowanie indukcyjne: wyprowadzanie wniosków ogólnych z przesłanek będących ich szczególnymi przypadkami;
– weryfikację doświadczalną: sprawdzanie hipotez, założeń, rozwiązań konstrukcyjnych;
– identyfikację: ustalenie tożsamości badanego obiektu lub zjawiska;
– ocenę porównawczą: wyznaczenie relacji między właściwościami badanego obiektu lub zjawiska a właściwościami odniesienia (np. właściwościami wzorców, wymaganiami norm i przepisów, wartościami granicznymi).
Badania mogą być prowadzone na obiektach rzeczywistych lub na modelach. Badania modelowe obejmują badania zjawisk naturalnych na podstawie zjawisk podobnych lub zachodzących w innej skali, opartych na teorii podobieństwa i modelowania. Model jest to układ fizyczny lub opis matematyczny o pewnych właściwościach zbliżonych do niektórych, wybranych właściwości obiektu modelowanego.
Rys. 1.1. Ogólny schemat blokowy elementów mających wpływ na kierunek i tor jazdy pojazdu [2]
LITERATURA
[1] Gidlewski M.: Modelowanie dynamiki samochodu do badań kierowalności i stateczności ruchu.
Rozprawa doktorska. Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna, 1992.
[2] Januszewski W.: Analiza metrologiczna metody badań układów kierowniczych pojazdów przy pomocy urządzenia "Programowany Kierowca". Rozprawa doktorska. Warszawa: Politechnika Warszawska, 1981.
[3] Litwinow A.: Kierowalność i stateczność samochodu. Warszawa: WKŁ, 1975.
[4] Orzełowski S.: Badania samochodów. Warszawa: WNT, 1988.
[5] Szczepaniak C.: Podstawy modelowania systemu Człowiek–Pojazd–Otoczenie. Warszawa–Łódź:
Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999.
[6] Wicher J.: Zagadnienia bezpieczeństwa samochodu. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1997.
