Nastavení geometrie podvozku, sbíhavost, záklon rejdové osy, příklon rejdové osy, odklon kola, anti-squat, anti-dive

Transkript

1

2

3

4 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá zjištěním kinematických bodů přední a zadní nápravy autokrosové bugyny a provedení analýzy kinematických charakteristik zavěšení s popisem jejich vlivů na chování vozidla. KLÍČOVÁ SLOVA Nastavení geometrie podvozku, sbíhavost, záklon rejdové osy, příklon rejdové osy, odklon kola, anti-squat, anti-dive ABSTRACT This bachelor thesis is focused on finding kinematics points front and rear suspensions autocross buggy. The gained points were used for finding kinematic characteristics and describe their effect on driving. KEYWORDS Wheel alignment, toe-in, caster, kingpin inclination, camber, anti-squat, anti-dive BRNO 2014

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ZUBÍČEK, D. Kinematika zavěšení vozidla pro autokros. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Ondřej Blaťák, Ph.D. BRNO 2014

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením Ing. Ondřeje Blaťáka, Ph.D a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 11. května David Zubíček BRNO 2014

7 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval Ing. Ondřeji Blaťákovi, Ph.D. za vedení mé bakalářské práce a udělení cenných rad. Samozřejmě také své rodině za podporu a trpělivost při mém studiu na vysoké škole. BRNO 2014

8 OBSAH OBSAH Úvod Vozidlo pro autokros Definice a význam základních parametrů geometrie Úhel odklonu kola Úhel sbíhavosti kola Úhel příklonu rejdové osy Záklon rejdové osy, Závlek rejdové osy Poloměr rejdu Klopení karoserie Klopný moment Klonění karoserie Anti-squat Anti-dive Diferenční úhel Samořízení nápravy (bump steer) Zjištění vstupů pro tvorbu modelu zavěšení Analýza kinematických charakteristik Analýza kinematických charakteristik přední nápravy Analýza kinematických charakteristik zadní nápravy Určení středů klopení a klonění Závěr Seznam použitých zkratek a symbolů BRNO

9 ÚVOD ÚVOD Automobilový sport je velmi specifickou disciplínou, při které v dnešní vyrovnanosti techniky rozhodují detaily. Proto je k dosažení úspěchu nutné věnovat konstrukci jednotlivých dílů 100% nasazení. Základním prvkem celého odvětví motorsportu je souhra mezi jednotlivými částmi vozu, tedy pohonnou jednotkou, karoserií a podvozkem automobilu. To vše se týká i autokrosu. Tato disciplína se odehrává na nezpevněném povrchu různých kvalit napříč celou Evropou. Je tedy velmi důležité nalézt optimální řešení podvozku a následně, co možná nejlépe, odladit nastavení vozu pro daný charakter tratě. Chování vozidla předurčuje kinematika zavěšení. Tato problematika určuje pohyb kola vůči karoserii automobilu a je dána polohou kinematických bodů. Vzájemné působení bodů definuje kinematické charakteristiky při propružení. Poloha kinematických bodů je pak přesně určena geometrií zavěšení. Cílem této bakalářské práce je, po získání jednotlivých poloh kinematických bodů vycházejících z výkresové dokumentace a metody reverzního inženýrství ve zvoleném softwaru, vymodelovat přední a zadní nápravu autokrosového vozidla. Pro tyto účely byl zvolen software Lotus suspension analysis. Dalším krokem byla simulace propružení a získání kinematických veličin. Tyto hodnoty budou dále sloužit pro vývoj vozidla. BRNO

10 VOZIDLO PRO AUTOKROS 1 VOZIDLO PRO AUTOKROS Vozidlo pro autokros vychází ze samonosného rámu, který je osazen atmosférickým motorem BMW 2500ccm s pohonem všech kol. O přenos točivého momentu se stará 5 stupňová sekvenční převodovka a samosvorný diferenciál s možností regulace svornosti. Přední náprava je osazena volnoběžkou. Jako typ odpružení přední nápravy byl zvolen systém typu push-rod s lichoběžníkovou nápravou. Zadní náprava je velmi specifická s jedním podélným a dvěma příčnými rameny. Obě nápravy jsou osazeny tlumiči Reiger. Celková váha vozu se všemi provozními kapalinami a plně natankovanou nádrží činila 610 kg. Obr. 1 Vozidlo pro autokros [1] BRNO

11 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE 2 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ GEOMETRIE Geometrie kola je soubor úhlů a parametrů, které definují postavení kola vůči vozovce. Všechny veličiny mají zásadní vliv na přesné vedení kola v přímém směru, a to i při zatáčení. U civilních vozů je kladen velký důraz na bezpečnost, neboť se jedná o systém, který má velký vliv na chování a ovladatelnost vozidla. Špatně nastavená geometrie zavěšení má za důsledek nadměrné opotřebení pneumatik, zvýšenou spotřebu paliva a zhoršení jízdních vlastností. U závodních vozů je primárním úkolem docílit při nastavování geometrie co nejlepší přilnavosti pneumatiky s vozovkou a dosažení ideálních jízdních vlastností. Všechny parametry jsou popsány v následujících podkapitolách. Předlohou k vypracování jednotlivých podkapitol byla kniha Podvozky motorových vozidel [8]. 2.1 ÚHEL ODKLONU KOLA Odklonem kola γ se rozumí úhel střední roviny kola a svislé osy vozidla. Odklon kola může být ve statické poloze pozitivní (odklon) i negativní (příklon). Při volbě pozitivního odklonu kola tvoří odvalující se kolo s vozovkou kužel, což může omezit sklon ke kmitání kol. Dalším důsledkem může být nadměrné a nerovnoměrné opotřebení pneumatik. U civilních vozů je, k již zmíněným vlivům volen nulový, často malý záporný odklon, aby se po klenuté vozovce kola odvalovala kolmo. Touto cestou jdou i sportovní vozy,kde záporný odklon je vhodný pro lepší boční vedení pneumatiky v zatáčkách. U nezávislého zavěšení kol dochází během jízdy ke změně odklonu. Při pohybu vozidla vzniká gyroskopický klopný moment, který působí na kolo, a tudíž je zachycován i v řízení. Z těchto důvodů je snaha při propružení docílit co nejmenší změny úhlu odklonu. 2.2 ÚHEL SBÍHAVOSTI KOLA Obr. 2 Příklon a odklon kol [1] Sbíhavost kol δ 0 je úhel, který svírá podélná osa vozidla se střední rovinou, kola do roviny vozovky. Jestliže je pak průsečík rovin kol před vozidlem, jedná se o sbíhavost. Naopak, nachází-li se průsečík za vozidlem, se jedná o rozbíhavost. U vozidel nelze jednoznačně říci, zda by měla být nastavena sbíhavost či rozbíhavost, neboť tento parametr je závislý na konstrukci. Ovšem ve většině případů u předních hnací nápravy je BRNO

12 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE volena rozbíhavost, protože je nutné vykompenzovat hnací síly, které mají snahu uvést kola do stavu sbíhavého. Malé boční síly, způsobené sbíhavostí, vytváří moment v řízení, který se snaží natáčet kola do přímého směru. Hlavním úkolem sbíhavosti je udržet kola během jízdy ve směru přímém, a zaručit tak co nejlepší odvalovaní kol po vozovce. Obr.3 Sbíhavost kol [1] 2.3 ÚHEL PŘÍKLONU REJDOVÉ OSY Příklon rejdového čepu Ϭ je úhel, který svírá rejdová osa s podélnou rovinou kolmou na podložku. Rejdová osa je spojnice mezi vnějšími úchyty spodního a horního uložení těhlice. Příklon rejdového čepu, společně s odklonem kola, působí na navrácení do přímého směru jízdy a na snížení ovládací síly. Kladný příklon rejdové osy při natočení kol vytváří moment, který při vracení kol po projetí zatáčkou působí vratným účinkem zpět k rovnováze. Obr.4 Příklon rejdové osy [1] BRNO

13 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE 2.4 ZÁKLON REJDOVÉ OSY, ZÁVLEK REJDOVÉ OSY Záklon rejdové osy τ je úhel, který svírá osa rejdového čepu se svislící kola, promítnuté do podélné roviny vozu. Kladný úhel je považován tehdy, je-li osa sklopena vzad. V opačném případě se jedná o záklon záporný neboli o tzv. předklon. Závlek kola n k je vzdálenost mezi středem průsečíku rejdové osy s vozovkou a středem styku pneumatiky. Záklon rejdové osy ovlivňuje i úhel odklonu kola. Při průjezdu zatáčkou je vnější kolo stavěno do negativní polohy. Hlavním úkolem je, aby se kolo dostalo do polohy co nejvíce kolmé na rovinu vozovky. Pokud se vozidlo pohybuje po nerovné vozovce, tak záklon iniciuje boční síly působící na pneumatiku, které způsobí tvorbu momentu na rejdovou osu. Tento moment poté vytváří vibrace, které se přenáší do řízení. Také závlek ovlivňuje schopnost návratu kol do přímého stavu. Kladný závlek má na jízdu stabilizační účinek, jenž je ovšem vykompenzován vyšší ovládací sílou nutnou pro otočení volantem. Se vzrůstajícím závlekem se zvyšuje i moment vracející kola do přímého směru. Naopak u záporného závleku se stává vozidlo méně stabilním. Tuto nestabilitu je nutné korigovat pohybem volantu. Obr.5 Závlek a záklon rejdové osy [1] 2.5 POLOMĚR REJDU Poloměr rejdu r je vzdálenost mezi průsečíkem osy rejdového čepu s rovinou vozovky a svislicí kola opět s rovinou vozovky promítnuté do příčné roviny vozidla. Leží-li tento průsečík vně střední roviny kola, pak se jedná o záporný poloměr rejdu, naopak v opačném případě mluvíme o poloměru kladném. Poloměr rejdu má vliv na velikost vratného momentu. U záporného poloměru se tento moment zmenšuje, což vede k větší citlivosti řízení na působení podélných sil způsobených např. decelerací nebo vlivem valivých odporů. BRNO

14 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE Obr.6 Poloměr rejdu r [1] 2.6 KLOPENÍ KAROSERIE Při průjezdu vozidla zatáčkou působí na vůz odstředivé síly, které vytváří klopný moment. Ten nám klopí rám vozidla. Jakýkoli pohyb tělesa lze definovat jako otáčení kolem daného bodu, nazývaného pól otáčení. V tomhle případě budeme hovořit o středu klopení. U autokrosového vozidla, kde je přední náprava použita lichoběžníkové typu, se tento střed klopení určí následujícím způsobem (Obr. 7). Jako první je třeba si určit střed klopení kola P. Tento okamžitý pól pohybu musí ležet na průsečíku dvou normál, dráhy v rovině rovnoběžné s příčnou rovinou vozidla. Pro naši nápravu jako normály použijeme prodloužené osy ramen zavěšení. Poloha středů klopení je tedy dána vzájemným sklonem příčných ramen. Z předchozí věty vyplývá, že poloha středů klopení kol se mění s propružením, jelikož se mění i vzájemná poloha ramen. V případě, že bod P leží daleko od kola, tak při zdvihu kola vzniknou jen nepatrné změny odklonu a rozchodu. Střed klopení nápravy S je průsečík svislé osy vozidla a spojnice středu klopení kola se středem styku kola s vozovkou. Pokud vytvoříme střed klopení u přední a zadní nápravy, pak jejich spojnicí vznikne osa klopení karoserie KLOPNÝ MOMENT Samotné klopení karosérie vozu je vytvořeno klopným momentem. Tento moment působí na svislou vzdálenost mezi těžištěm odpružené části vozidla a osou klopení. Klopný moment je tedy přímo úměrný velikosti této vzdálenosti a velikosti působící odstředivé síly. Pokud leží těžiště odpružených hmot na ose klopení karoserie, pak klopný moment je roven nule. Moment navracející karoserii do vodorovné polohy nazýváme vratný. Klopení karoserie je nežádoucí jev, který se snažíme minimalizovat. Dochází k velkému přenosu silového zatížení mezi levou a pravou stranou vozu. Pro dosažení ideální přilnavosti BRNO

15 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE pneumatiky s vozovkou je podstatné, aby zatížení vnitřního a vnějšího kola při průjezdu zatáčkou bylo přibližně stejné. Jedním z prvků zabraňujících klopení karoserie jsou stabilizátory, které umožňují přenos zatížení mezi koly jedné nápravy. Obr.7 Pól klopení kola P a střed klopení nápravy S [1] 2.7 KLONĚNÍ KAROSERIE Jedna z dalších charakteristik, které ovlivňují chování vozu při jízdě, je klonění karoserie. Okamžitý střed klonění kola je bod, okolo kterého se kolo v podélné rovině při propružení otáčí. Poloha tohoto bodu je závislá na vzájemném sklonu ramen v podélné rovině. Průsečíkem sklonu horního a spodního ramene vznikne střed klonění přední nápravy O p. Spojením středů klonění přední O p a zadní nápravy O z se středem styku pneumatiky s vozovkou vznikne střed klonění karoserie O. Výška středů klonění karoserie O způsobuje, že karoserie se při brzdění a rozjezdu předklání a zaklání. Obr.8 Střed klonění karoserie O, střed klonění přední O p a zadní nápravy O z [1] Jestliže chceme, aby se karoserie při brzdění a akceleraci nijak nepředkláněla či nezakláněla, je nutné eliminovat moment klonění od setrvačné síly na nulovou velikost. Toho docílíme, pokud je střed klonění ve stejné výšce jako těžiště. U klonění karoserie máme dva typy pohybu Anti-Squat (zaklánění) a Anti-Dive (předklánění). Tyto situace jsou blíže popsány v následující kapitole. BRNO

16 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE ANTI-SQUAT Při zrychlování vozidla dochází vlivem setrvačné síly k zaklánění vozidla a zatěžují se zadní kola. Toto chování popisuje parametr Anti-Squat, díky němuž jsme schopni tuto vlastnost regulovat. Nabývá hodnot 0 až 100% a jeho velikost se odvíjí od středu klonění karoserie. 100% Anti-Squat znamená nulové zaklonění, kdy síly jsou zachycovány rameny zadní nápravy. 0% Anti-Squat vypovídá o maximálním možném zaklonění karoserie, kde působící síly absorbuje tlumič s pružinou. Obr.9 Střed klonění kola a Anti Squat [1] ANTI-DIVE Anti-Dive popisuje předklánění karoserie při brzdění vozidla. Setrvačné síly vedou k přitížení přední nápravy a k odlehčení zadní nápravy. Opět nabývá hodnot od 0 až k 100%. Pokud je Anti-Dive 100%, pak zatížení přenáší jen ramena zavěšení, a k předklonění karoserie vůbec nedojde. Naopak při 0% Anti-Dive dojde k maximálnímu předklonění. Při konstrukci a volbě parametrů Anti-Squat a Anti-Dive je úkolem omezit přenos váhy mezi přední a zadní nápravou. Najít kompromis je velmi obtížné. Například při startovací proceduře v autokrosu je důležité, aby došlo k přitížení zadní nápravy, a tím i zvýšit trakci pneumatiky. Ovšem i tohle poté může vést k nedostatečné přilnavosti pneumatiky při zrychlení v zatáčce. BRNO

17 DEFINICE A VÝZNAM ZÁKLADNÍCH PARAMETRU GEOMETRIE 2.8 DIFERENČNÍ ÚHEL Jestliže vůz projíždí zatáčkou, tak jednotlivá kola řídící nápravy jsou vytočena pod jiným úhlem. Z čehož vyplývá, že každé kolo opisuje jiný poloměr zakřivení. Vzhledem k tomu, že cílem je, aby se kola odvalovala a nesmýkala, tak vnitřní kolo musí být vytočeno více než vnější. Tento systém popisuje tzv. Ackermannova podmínka geometrie řízení (Obr.10). Střed otáčení leží na prodloužené ose zadní nápravy. Ovšem tato situace je ve skutečném případě trochu jiná. Musíme vzít v úvahu i boční poddajnost pneumatiky. Při průjezdu zatáčkou vzniká směrová úchylka i na zadní nápravě vlivem odstředivých sil a poddajnosti pneumatik. Z těchto důvodů neleží střed otáčení na prodloužené ose zadní nápravy, ale mezi přední a zadní nápravou (Obr. 10). Funkce řídícího lichoběžníku má vliv na vlastnosti vozidla a opotřebení pneumatik. Pokud je rejdový úhel vnitřního kola větší než rejdový úhel kola vnějšího, pak hovoříme o pozitivní Ackermannově geometrii řízení. Pokud je tomu naopak, jedná se o geometrii negativní. Diferenční úhel je úhel, o který je vnitřní kolo zatočeno více než kolo vnější. Obr.10 a) Ackermannova geometrie řízení, b) skutečná geometrie řízení [1] 2.9 SAMOŘÍZENÍ NÁPRAVY (BUMP STEER) Samořízení je způsobeno působícími bočními silami a pružností pneumatiky, což vede k samovolnému natáčení kol kolem jejich svislých os, a to i v případě, kdy řidič neudělá žádný pohyb volantem. Určitý vliv můžou mít i vůle v řízení, uložení náprav a kol. Samořídící vlastnosti mají nápravy i při propružení nebo při náklonu karoserie. Při propružení dochází i ke změně odklonu a rozchodu kol, což ovlivňuje chování vozidla. BRNO

18 ZJIŠTĚNÍ VSTUPŮ PRO TVORBU MODELU ZAVĚŠENÍ 3 ZJIŠTĚNÍ VSTUPŮ PRO TVORBU MODELU ZAVĚŠENÍ Abychom byli schopni provést analýzu zavěšení ve zvoleném softwaru, je nutné znát jednotlivé polohy bodů náprav. Vzhledem k tomu, že k rámu nebyl dostatek výkresové dokumentace, bylo nutné provést měření zbylých hodnot. To probíhalo pomocí laserového zaměřování (Obr. 12) a mechanických měřidel (Obr. 11). Celý proces bylo nutné aplikovat i na jednotlivé komponenty zavěšení. Získané hodnoty nebudou sloužit jen pro tvorbu kinematického modelu, ale také pro zpětnou kontrolu pozice bodů zavěšení např. po nehodě. Obr.11 Měření pomocí mechanických měřidel Obr.12 Měření pomocí laserového zaměřování BRNO

19 ZJIŠTĚNÍ VSTUPŮ PRO TVORBU MODELU ZAVĚŠENÍ Jedním ze základních parametrů nutných pro provedení jakékoli simulace je nutné znát polohu těžiště. Zde bylo využito metody vážení v šikmé poloze. Princip spočívá, že jedna z nápravy zůstane na vahách a druhá je s vozidlem zvednuta do určité výšky H 1. Díky tomu se vozidlo nakloní o úhel υ 1. Obr.13 Vážení vozidla v šikmé poloze[11] Obr.14 Měření vozidla v praxi Pro určení výškové polohy těžiště je nutné znát přitížení nápravy m p1 vlivem přizvednutí. Pro eliminování chyb se provádí vážení pod různými úhly. Hodnoty přírůstků m p se vynesou do diagramu v závislosti na tg υ1[11]. Obr.15 Kontrolní diagram k určení výšky těžiště [11] BRNO

20 ZJIŠTĚNÍ VSTUPŮ PRO TVORBU MODELU ZAVĚŠENÍ Tab. 1 Změřené hodnoty s následným výpočtem pro získání výškové polohy těžiště LR RR zadní náprava přitížení nápravy zvednutí přední nápravy úhel ν tg ν výška CG od stř. kol [kg] [kg] [kg] [kg] [mm] [deg] [mm] ,85 0, , ,17 0, , ,63 0, , ,34 0, , ,23 0, , ,23 0, , ,52 0, , ,42 0, , ,21 0, , ,07 0, , ,91 0, , ,78 0, , ,40 0, ,8 I když bylo zamezeno propružení zadní nápravy, výsledné hodnoty přitížení vyšly nepřesně. Z toho důvodu je nutné brát hodnotu výšky těžiště 590,7 mm jako orientační. BRNO

21 ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK 4 ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Přední i zadní náprava byla navržena tak, aby bylo možné jednoduše změnit jednotlivé hodnoty geometrie. Veškeré hodnoty se základními parametry geometrie obsahuje následující tabulka. Tab. 2 Parametry geometrie Zadní náprava Přední náprava Odklon kola γ Sbíhavost kol δ 0 Odklon kola γ Sbíhavost kol δ 0 [deg] [mm] [deg] [mm] Výška středu klopení Rozchod kol d Příklon rejdové osy Ϭ Záklon rejdové osy τ [mm] [mm] [deg] [deg] 98, ,6 3,54 Anti Squat Rozvor kol l Poloměr rejdu r Závlek kola n k [%] [mm] [mm] [mm] 84, ,1 19,9 Výška středu klopení Rozchod kol d [mm] [mm] 45, Anti dive Rovor kol l [%] [mm] 68, Pro zjištění kinematických charakteristik bylo nutné vytvořit kinematický model. K těmto účelům byl zvolen software zvaný Lotus suspension analysis. Výhodou tohoto programu je poměrně jednoduché získání potřebných výstupů. Model náprav byl vytvořen pomocí tuhých prvků. Tyto prvky byly mezi sebou provázány odpovídajícími vazbami. Obr.16 Kinematický model přední nápravy BRNO

22 Zdvih tlumiče [mm] ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Obr.17 Kinematický model zadní nápravy 4.1 ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK PŘEDNÍ NÁPRAVY Obr. 18 představuje průběh změny sbíhavosti kola v závislosti na jeho zdvihu. Kladné hodnoty reprezentují stlačení tlumiče neboli pohyb kola směrem nahoru. Naopak u záporných hodnot dochází k tzv. "Reboundu". Reboundu odpovídají záporné hodnoty, dochází tedy k vyvěšení nápravy a kolo se pohybuje směrem dolů. 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 1E ,3-0,6-0,9-1,2-1,5-1,8 Sbíhavost δ 0 [deg] Obr.18 Průběh změny úhlu sbíhavosti na zdvihu kola BRNO

23 Zdvih tlumiče [mm] ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Z Obr. 18 lze vyčíst, že průběh sbíhavosti kola δ 0 na zdvihu je téměř lineární. Při stlačení tlumiče jde kolo do rozběhu o hodnotě 1,18 a naopak při maximálním vyvěšení se kolo dostane do sbíhavosti odpovídající -1,40. Průběh změny sbíhavosti je překvapující, jelikož výsledná charakteristika by dle ideálního charakteru měla být přesně naopak. Obr. 19 znázorňuje průběh změny odklonu kola v závislosti na jeho zdvihu. Opět můžeme vidět lineární charakter, kdy při pohybu kola směrem nahoru dochází k negativnímu odklonu kola (příklon). Jakmile se kolo pohybuje směrem dolů, tak se odklon dostává do kladných hodnot. 0,8 0,6 0,4 0, ,2-0,4-0,6-0,8 Odklon kola γ [deg] Obr.19 Průběh změny úhlu odklonu na zdvihu kola Cílem změny odklonu kola je, aby kolo bylo pokud možno kolmo na podložku. Tím se docílí maximální stykové plochy mezi pneumatikou a vozovkou. Abychom toho mohli dosáhnout, musíme znát klopení vozu a toto chování přenést do změny průběhu změn odklonu kola. BRNO

24 Zdvih tlumiče [mm] Zdvih tlumiče [mm] ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK 9,6 9,4 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8,2 8 7, Příkl. rejdov osy Ϭ [deg] Obr.20 Závislost příklonu rejdové osy Ϭ na zdvihu kola Obr. 20 charakterizuje závislost příklonu rejdové osy Ϭ. Statická poloha má hodnotu 8,6. Z výsledků je zřejmé, že hodnota úhlu příklonu rejdové osy při stlačení se zvětšuje. Stejně jako tomu je u úhlu odklonu kola. Lze předpokládat, že tyhle parametry budou na sobě závislé Rozchod d [mm] Obr.21 Závislost rozchodu kol d na zdvihu kola BRNO

25 Zdvih tlumiče [mm] ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Obr. 21 vyjadřuje změnu rozchodu kol d na zdvihu kola. Výsledná změna při reboundu na celou nápravu je -10,17 mm, kde se vzdálenost středu styku pneumatiky od podélné roviny vozu postupně zmenšuje. Naopak při bumpu se rozchod mění minimálně, přesněji o hodnotu 1,72 mm. Je to dáno tím, že odklon při stlačení má vyšší narůst než u vyvěšení. 6 5,4 4,8 4,2 3,6 3 2,4 1,8 1,2 0, Zákl. rejdové osy τ [deg] Obr.22 Průběh záklonu rejdové osy τ Z nejnižší hodnoty záklonu rejdového čepu τ při vyvěšené nápravě k hodnotě stlačeného tlumiče dostaneme lineární závislost. Záklon rejdové osy má vliv na hodnotu závleku n k a pomáhá vracet kola do přímého směru. 4.2 ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK ZADNÍ NÁPRAVY U zadní nápravy byly provedeny charakteristiky změny odklonu, rozchodu a sbíhavosti v závislosti na zdvihu kola. Zadní zavěšení kol bude dále upravováno pro zajištění co nejoptimálnějších charakteristik. Zde jsou uvedeny hodnoty pro základní postavení vlečného ramene, které má několik poloh pro uchycení. BRNO

26 Stlačení tlumiče [mm] Stlačení tlumiče [mm] ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, , Sbíhavost δ 0 [deg] Obr.23 Průběh změny sbíhavosti kola δ 0 na zdvihu Jak při bumpu, tak i při reboundu, se sbíhavost pohybuje výhradně v kladných hodnotách. Cílem dalších úprav bude dostat kolo při reboundu do rozbíhavosti. Obr. 24 představuje změnu úhlu odklonu. Křivka má podobnou linearitu jako křivka u přední nápravy. Maximální hodnota při plném stlačení tlumiče je -2,63. Při úplném vyvěšení je úhel odklonu na hodnotě 2,01. 2,5 2 1,5 1 0, , ,5-2 -2,5-3 Odklon γ [deg] Obr.24 Průběh změny odklonu kola γ na zdvihu BRNO

27 Stlačení tlumiče [mm] ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Posledním grafem je průběh změny rozchodu kol. V oblasti reboundu dochází k lineární závislosti a změna rozchodu je maximální. Při stlačení tlumiče dochází k minimální změně rozchodu Rozchod d [mm] Obr.25 Závislost rozchodu kol d na zdvihu kola 4.3 URČENÍ STŘEDŮ KLOPENÍ A KLONĚNÍ Jedním z dalších důležitých parametrů určujících chování vozu je výška středu klopení a klonění. Konstrukce bodu S vychází z obr. 26. Střed klopení je dán sklonem ramen v příčné rovině vozu. V našem případě vyšla výška klopení pro přední nápravu 45,66 mm. Měření probíhalo v programu Autocad. Obr.26 Konstrukce středu klopení S přední nápravy BRNO

28 ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Naprosto stejným způsobem prošlo měření i u zadní nápravy. Zde vzdálenost bodu S od vozovky vyšla 98,12 mm. Obr.27 Konstrukce středu klopení S zadní nápravy Spojením středů klopení přední a zadní nápravy vznikne klopná osa, podle které se vozidlo naklápí při průjezdu zatáčkou. Míra klopení se odvíjí od vzdálenosti osy klopení a výšky těžiště. Posledními kinematickými veličinami ovlivňující chování vozu jsou parametry Anti-dive a Anti-squat. Hodnota parametru Anti-dive vyšla 68,2%. Určuje předklánění vozu při brzdění. Jeho konstrukci popisuje obr. 28. Obr.28 Konstrukce parametru Anti-dive,bod O je střed klonění přední nápravy BRNO

29 ANALÝZA KINEMATICKÝCH CHARAKTERISTIK Parametr Anti-squat udává míru zaklonění karoserie při akceleraci. Tato veličina je v autokrosu velice důležitá vzhledem k pevným startům na nezpevněném povrchu. Z tohoto důvodu je na voze několik možných variant pro uchycení vlečného ramene, a tím je dána i možnost regulace tohoto parametru. Základní poloha tohoto ramene odpovídá hodnotě 84,5%. Dalšími variantami pro zkoušení jsou 77,3% a 70,5%. Obr.29 Konstrukce parametru Anti-squat, bod O je střed klonění zadní nápravy BRNO

30 ZÁVĚR ZÁVĚR Kinematika náprav je jeden ze základních parametrů určujících chování vozu během jízdy, proto je při návrhu nového vozu nutné věnovat této části zvýšenou pozornost. Cílem této bakalářské práce byl popis kinematických charakteristik kola přední i zadní nápravy u autokrosové bugyny. V první části jsou rozebrány a popsány základní prvky geometrie kola společně s klopením a kloněním vozu. Pomocí laserové měřící techniky a mechanických výškových měřidel byly zjištěny polohy jednotlivých bodů zavěšení a doměřeny jejich vzdálenosti potřebné k popisu chování kol. Vznikl tak dokument obsahující veškeré rozměry hlavních bodů pro uchycení náprav, který bude mít zásadní využití pro kontrolu rámu po absolvování závodu a především pro kontrolu vozu v průběhu závodu po jakémkoliv kontaktu s druhým vozidlem na trati. Jedním z cílů bylo také zjištění chování kol během bumpu či reboundu. Z výsledných grafů jsme schopni určit změny, které by bylo vhodné provést na přední i zadní nápravě k optimalizaci jízdních vlastností. U přední nápravy bude nutné přepracovat charakteristiku zvanou bumpsteer tak, aby se kolo chovalo právě naopak než charakteristika uvádí. U zadní nápravy budou provedeny změny na uchycení vlečného ramene pro regulaci parametru Antisquat. Pro zjištění skutečného chování vozu při startech budou tlumiče osazeny lineárními potenciometry. Práce na kinematických charakteristikách je podstatná pro ovladatelnost vozidla a zvýšení přilnavosti pneumatik k povrchu. Proto i zde bude dále probíhat vývoj k dosažení co možná nejlepšího chování kola. BRNO

31 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] Fotogalerie. Tomáš Pospíšilík [online] [cit ]. Dostupné z: [2] Odklon kol. Autoznalosti.cz [online] [cit ]. Dostupné z: [3] Sbíhavost kol. Autolexicon.net [online] [cit ]. Dostupné z: [4] Příklon rejdové osy. Autolexicon.net [online] [cit ]. Dostupné z: [5] Závlek a záklon rejdové osy. Autolexicon.net [online] [cit ]. Dostupné z: [6] Poloměr rejdu. Autolexicon.net [online] [cit ]. Dostupné z: [7] Lichoběžníková náprava. Autolexicon.net [online] [cit ]. Dostupné z: [8] VLK, František. Podvozky motorový vozidel: pneumatiky a kola : zavěšení kol, nápravy : odpružení : řídící ústrojí : brzdové soustavy. 1.vyd. Brno: VLK, 2000, 392 s. ISBN [9] Anti-squat. In: Pro-Touring [online] [cit ]. Dostupné z: [10] Ackermannova pomínka. Autolexicon.net [online] [cit ]. [11] ŠTĚPÁNEK, Tomáš. Měření polohy těžiště vozidla. Brno, Diplomová práce. Vysoké učení technické. BRNO

32 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ d [mm] Rozchod kol l [mm] Rozvor kol n k [mm] Závlek rejdové osy r [mm] Poloměr rejdu γ [ ] Úhel odklonu kola δ 0 [ ] Úhel sbíhavosti kol Ϭ [ ] Příklon rejdové osy τ [ ] Záklon rejdové osy BRNO