Statická zátěž + zrychlení + stoupání + aerodynamika

Transkript

1 1. Čím je ovlivněno zatížení jednotlivých kol vozidla? MM AA = 0 Statické zatížení na přední nápravu: WW ff LL + LL AAAA ll + DD AA h aa + WW gg aa xxh + RR hxx h h + RR hzz dd h + WWh sin(θθ) WWWW cos(θθ) = 0 WW ff = 1 LL DD AAh aa WW gg aa xxh RR hxx h h RR hzz dd h WWh sin(θθ) + cc cos(θθ) LL AAAA Statické zatížení na zadní nápravu: WW rr LL + LL AAAA ll + DD AA h aa + WW gg aa xxh + RR hxx h h + RR hzz dd h + WWh sin(θθ) WWWW cos(θθ) = 0 WW rr = 1 LL DD AAh aa WW gg aa xxh RR hxx h h RR hzz dd h WWh sin(θθ) + cc cos(θθ) LL AAAA WW rr = WW bb LL + WW h aa xx LL gg + WW h LL ΘΘ + (DD AA + h aa LL LL AAAA ) Statická zátěž + zrychlení + stoupání + aerodynamika W tíha vozidla W/g*a x d Alembertova síla (setrvačná síla), působící v těžišti opačným směrem, než zrychlení W f,r dynamické zatížení přední, zadní nápravy F xf, xr hnací síla působící v rovině vozovky R xf, xr valivý odpor (síla) působící v rovině vozovky D A aerodynamický odpor (síla) působící na karoserii ve výšce h a L Af, Ar aerodynamický vztlak působící na vozidlo v místě přední, zadní nápravy R hz, hx vertikální, resp. podélná síla působící v tažném zařízení Θ úhel stoupání (směrem nahoru > 0)

2 2. Načrtněte typický tvar vnější charakteristiky benzínového spalovacího motoru (závislost M- n, P-n) 3. Co má vliv na součinitel vlivu rotačních hmot vozidla (equivalent mass of the rotating components)? (II ee + II tt )NN 2 tttt + II dd NN 2 ff + II WW rr 2 N t převodový poměr převodovky N f převodový poměr rozvodovky I e moment setrvačnosti rotujících částí motoru I t moment setrvačnosti rotujících částí motoru a převodovky I d moment setrvačnosti kardanu I w moment setrvačnosti kol a polo os r poloměr kola

3 4. Co ovlivňuje z hlediska chování vozidla součinitel rotačních hmot (equivalent mass of the rotating components)? - Ovlivňuje velikost ztrát hnací síly kvůli setrvačnosti. MM rr = (II ee + II tt )NN tttt 2 + II dd NN ff 2 + II WW aa xx rr 2 MM + MM rr MM 5. Načrtněte typický tvar rychlostní charakteristiky hnací síly (tractive force-speed) a doplňte komentářem vysvětlujícím charakteristické prvky nebo body grafu.

4 6. Jak se změní rychlostní charakteristiky hnací síly (tractive force-speed) v případě, že vozidlo je vybaveno hydrodynamickým měničem momentu? 7. Načrtněte pilový diagram (engine speed road speed) 4-stupňové převodovky s geometrickým odstupňováním rychlostních stupňů. 8. Čím je limitováno podélné zrychlení a maximální hnací síla vozidla? Uveďte dva hlavní faktory. - Jsou limitovány poloměrem kola a převodovým poměrem N tf 9. Napište vztah pro maximální hnací sílu na kole. FF xx = TT ee NN tttt rr (II ee + II tt ) NN tttt 2 + II dd NN ff 2 + II WW aa xx rr 2

5 10. Čím je ovlivněno svislé zatížení kola tuhé hnací nápravy během působení hnacího momentu motoru na nápravu. - Klopným momentem v zavěšení T S 11. Ovlivňuje hnací moment motoru svislé zatížení kol (změnu zatížení levého kola vůči pravému kolu) hnací nápravy? - Při uzavřeném diferenciálu NE - Při otevřeném diferenciálu ANO 12. Ovlivňuje hnací moment motoru svislé zatížení kol (změnu zatížení levého kola vůči pravému kolu) hnací nápravy s nezávislým zavěšením kol? - NE 13. Jakou maximální hnací sílu je možné vyvinout na hnací nápravě, když na levé kolo působí svislá síla W l a na pravé kolo W r a diferenciál je otevřen (bez samosvorného účinku)? FF xx = 2 min(μμ WW rr ; μμ WW ll ) FF xx mmmmmm = 1 + μμ h LL WW cc μμ LL + 2 rr μμ NN ff tt KK φφφφ KK φφ - pokud WW ll > WW rr => FF xx 2 μμ WW rr 14. Jakou maximální hnací sílu je možné vyvinout na hnací nápravě, když na levé kolo působí svislá síla W l a na pravé kolo W r a diferenciál je uzavřený? FF xx = μμ WW rr + μμ WW ll = μμ (WW rr + WW ll ) WW bb μμ FF xx mmmmmm = LL 1 μμ h LL 15. V případě, že vozidlo je vybaveno diferenciálem bez samosvorného účinku a bez uzávěrky, přenese větší hnací sílu vozidlo s tuhou hnací nápravou než vozidlo s hnací nápravou s nezávislým zavěšením kol nebo velikost maximální hnací síly nezávisí na typu nápravy? Vysvětlete proč. - Větší hnací sílu přenese vozidlo s hnací nápravou s nezávislým zavěšením kol. - Klopný moment je zachycen karoserií 16. Napište základní rovnici pro brzděné vozidlo (Newtonův zákon). MM aa xx = WW gg DD xx = FF bbbb FF bbbb DD AA WW sin (φφ) - W tíha vozidla - g gravitační zrychlení - D x=-a x zpomalení - F bf=-f xf brzdná síla přední nápravy - F br=-f xr brzdná síla zadní nápravy - D A síla aerodynamického odporu - Φ úhel stoupání

6 17. Jak závisí brzdná dráhy na počáteční rychlosti (v případě brzdění s konstantním zpomalením)? - Roste s mocninou rychlosti xx = 1 2 vv 0 2 FF bbbb MM = vv DD xx 18. Jak závisí čas od počátku brzdění až do úplného zastavení na počáteční rychlosti (v případě brzdění s konstantním zpomalením)? tt ss = vv 0 FF bbbb MM = vv 0 DD xx 19. Čemu se rovná energie spotřebovaná během brzdění? eeeeeeeeeeee = 1 2 MM vv 0 2 vv ff Čemu se rovná brzdný výkon spotřebovaný během brždění? PP = FF vv = FF dddd dddd = DDDD dddd = dddd kk dddd PPPPPPPPPP = eeeeeeeeeeee tt ss 21. Jaké jsou 4 charakteristické etapy průběhu brzdění, načrtni charakteristický průběh brzdného zpomalení na čase a stručně je charakterizuj. 0 - t a reakční doba řidiče t a doba prodlevy brzdění (po t a brzdné obložení kontaktuje buben a začíná zpomalení) t b doba náběhu zpomalení (brzdění) doba konstantního (plného) zpomalení t c

7 22. Jaké jsou hlavní rozdíly mezi vlastnostmi bubnových a kotoučových brzd? - při dlouhodobém brždění slábnutí brzdného účinku + samo posilující účinek + velká životnost obložení + jednoduché řešení p.b. + při dlouhodobém brždění stabilnější - složitější řešení p.b. 23. Co určuje stabilitu nestabilitu při brzdění vozidla? - Stabilitu, či nestabilitu určuje to, která náprava bude při zvyšování brzdné síly blokována jako první: Nestabilní při blokaci zadní nápravy Stabilní při blokaci přední nápravy 24. Která náprava nesmí blokovat první během brzdění? - Zadní náprava nesmí blokovat jako první, jinak se auto dostává do smyku 25. Načrtněte diagram rozdělení brzdných sil (závislost brzdná síla na přední nápravě brzdná síla na zadní nápravě) doplněný o křivky určující hranice pro blokování kol přední a zadní nápravy, křivku konstantního zpomalení, křivku ideálního rozdělení brzdných sil a křivku rozdělení brzdných sil pro vozidlo s omezovačem brzdného tlaku (pressure limiter valve).

8 26. Načrtněte diagram rozdělení brzdných sil (závislost brzdná síla na přední nápravě brzdná síla na zadní nápravě) doplněný o křivky určující hranice pro blokování kol přední a zadní nápravy, křivku konstantního zpomalení, křivku ideálního rozdělení brzdných sil a křivku rozdělení brzdných sil pro vozidlo s reduktorem brzdného tlaku (pressure reducer valve) 27. Co je to součinitel využívané přilnavosti nápravy (kola) (braking traction coefficient)? - Dává do vztahu maximální zpomalení bez blokování kol s nejnižším součinitelem tření, který umožní maximální zpomalení F b brzdná síla W dynamické zatížení kol μμ TT = FF bb WW - Minimální hodnota součinitele tření nutná k tomu, aby nedošlo k blokování brzděného kola - Není to samé jako součinitel tření - Pro přední a zadní nápravu jsou součinitele většinou rozdílné - Hodnota součinitele tření a součinitele využívané přilnavosti nápravy je stejná v momentě, kdy je kolo zablokované 28. Co je to brzdná účinnost? - Brzdná účinnost je poměr maximálního zpomalení vozidla bez blokování kol a součinitele tření pneumatiky s vozovkou - Vyjadřuje kolik, ze součinitele tření (tření, které je k dispozici), je využito pro maximální zpomalení vozidla bez blokování kol DD xx gg ηη bb = μμ pp

9 29. Načrtněte skluzovou charakteristiku pneumatiky. 30. Na skluzové charakteristice pneumatiky vyznačte oblast, ve které pracují systémy ABS. 31. Jaké jsou hlavní rozdíly v konstrukci radiálních a diagonálních pneumatik?

10 - Radiální (kostra) o Paralelní vlákna pod úhlem 90 vůči obvodu pneumatiky o Extrémně pružné (poddajné) boční stěny a tím i měkká jízda o Pogumovaná tkaniva vyztužená vlákny z nylonu, umělého hedvábí, polyesteru nebo skelných vláken o 2 vrstvy (pneumatiky pro osobní automobily) o Nízká směrová stabilita - Radiální (tuhý prstenec) o Úhel 20 vzhledem k obvodu pneumatiky o 1-2 ocelové prstence nebo 2-6 tkaných prstenců (pneumatiky pro osobní automobily) o Poskytuje směrovou stabilitu - Diagonální (kostra) o Úhel 35 až 45 vůči obvodu pneumatiky o 2 nebo více vrstev, směr se střídá od vrstvy k vrstvě o Bočně mnohem tužší než u radiální pneumatiky o Deformace (prohnutí) v kontaktní ploše Dovoluje běhounu prohnout se dovnitř více jsou zatížené vnější okraje (během zatáčení) běhoun se propadá v kontaktní ploše, když se pneumatika odvaluje 32. Jaké jsou 2 hlavní mechanismy tření mezi pneumatikou a vozovkou? - Adheze (intermolekulární vazby mezi gumou a kamenivem v povrchu vozovky) o Větší síly než hystereze na suché vozovce o Účinek se podstatně sníží, když je povrch vozovky pokryt vodou - Hystereze (ztráta energie při deformaci gumy během klouzání přes kamenivo ve vozovce) o Není ovlivněno vodou na povrchu vozovky o Lepší tření na mokré vozovce mají pneumatiky s běhounem z vysoce hysterezní gumy

11 33. Vysvětlete mechanismus vzniku podélné síly působící z vozovky na pneumatiku vlivem podélného skluzu. 34. Vysvětlete mechanismus vzniku boční síly působící z vozovky a pneumatiku vlivem pohybu pneumatiky po vozovce s nenulovým úhlem směrové úchylky (slip angle) 35. Načrtněte charakteristický tvar závislosti podélné síly (longitudinal force) na podélném kluzu pneumatiky (slip). Načrtněte dvě křivky pro různá svislá zatížení pneumatiky (označte, která křivka odpovídá většímu svislému zatížení).

12 36. Co je to skluzová tuhost (longitudial stifness)? Načrtněte charakteristický tvar závislosti podélné síly (longitudinal force) na podélném skluzu pneumatiky (slip) a vyznačte v grafu skluzovou tuhost pneumatiky. - Skluzová tuhost je stejná pro všechny povrchy (závisí na tuhosti pneumatiky a hloubce běhounu - Suchý povrch o Skluz p=8-20% o μμ pp = 0,7 0,9 - Mokrá vozovka o μμ pp = 0,25 0,5 - Ledový povrch o μμ pp = 0,1 0, Načrtněte závislost koeficientu tření (friction coefficient) na svislém zatížení pneumatiky. 38. Co je to úhel směrové úchylky (slip angle)? - Úhel směrové úchylky je definován jako úhel mezi podélnou rovinou kola a směrem pohybu kola αα = aaaaaaaa VV yy VV xx = aaaaaaaa VV ssss VV xx

13 39. Napište vztah pro podélný skluz pneumatiky (slip). κκ = VV ssss VV xx 40. Načrtněte charakteristický tvar závislosti boční síly (lateral force) na úhlu směrové úchylky pneumatiky (slip angle). Načrtněte dvě křivky pro různá svislá zatížení pneumatiky (označte, která křivka odpovídá většímu svislému zatížení). Doplňte obrázkem kola s vyznačeným úhlem směrové úchylky a směrem odpovídající boční silou působící z vozovky na kolo.

14 41. Co je to směrová tuhost (cornering stiffness) pneumatiky? Načrtněte charakteristický tvar závislosti boční síly (lateral force) na úhlu směrové úchylky pneumatiky (slip angle) a vyznačte v grafu směrovou tuhost pneumatiky. - Směrová tuhost je sklon křivky pro úhel směrové úchylky rovný 0: CC αα = yy αα=0 42. Načrtněte závislost směrové tuhosti (cornering stiffness) pneumatiky na svislém zatížení pneumatiky. 43. Která z pneumatik mívá obvykle větší směrovou tuhost, radiální nebo diagonální? - Diagonální pneumatika mívá větší směrovou tuhost

15 44. Jaký vliv má odklon kola vůči vozovce na velikost boční síly? - U osobních a nákladních vozidel boční síla vlivem odklonu kola přispívá k nedotáčivému přetáčivému chování (může přispět až do 25% faktoru stability (gradientu nedotáčivosti)) - Boční síla vlivem odklonu kola je primární vodící síla, kterou je ovládán motocykl(dvoukolová vozidla) 45. Co je to klopná tuhost (camber stiffness) pneumatiky? CC γγ = yy γγ=00 - Typické hodnoty jsou v rozsahu od 10 do 20% směrové tuhosti

16 46. Co je to vratný moment (aligning moment) pneumatiky? - Positivní vratný moment se vždy snaží natočit pneumatiku do směru jízdy - Smykové napětí a rameno momentu jsou obojí úměrná vzdálenosti od středu pneumatiky o Největší přínos pro moment mají elementy běhounu na krajích kontaktní plochy o Moment roste se zvyšujícími se smykovými silami (do 3-8 ) o U větších úhlů způsobuje rostoucí smyková oblast snižování vratného momentu o Pro velmi velké úhly směrové úchylky se smyková oblast posouvá dopředu a vratný moment může být negativní 47. Načrtněte charakteristický tvar závislosti vratného momentu (aligning moment) na úhlu směrové úchylky pneumatiky (slip angle). Načrtněte dvě křivky pro různá svislá zatížení pneumatiky (označte, která křivka odpovídá většímu svislému zatížení).

17 48. Načrtněte charakteristický tvar závislosti maximální boční síly (lateral force) na maximální podélné síle (longitudinal force, tractive force). Načrtněte dvě křivky pro různé úhly směrové úchylky (slip angle). 49. Co je to relaxační délka (relaxation length) pneumatiky. - Dráha, kterou musí kolo urazit do nastoupení plné velikosti FFzz - Maximální hodnota nastává po cca 1 otáčce kola 50. Jak se měří ustálené charakteristiky pneumatik? - Na zkušebních strojích

18 - Z důvodu přesnosti se dnes používá: 51. Co je to Ackermanův úhel (Ackerman angle) natočení kol? Napiš vztah. - Průměrný úhel předních kol δδ = LL RR 52. Jaké má být natočení vnějšího a vnitřního kola přední nápravy při průjezdu zatáčkou malou rychlostí? LL δδ 0 = atan ( RR + tt ) 2 LL δδ ii = atan ( RR tt ) Napiš lineární vztah pro výpočet boční síly (lateral force) v závislosti na úhlu směrové úchylky (slip angle). FF yy = CC αα αα 54. Napiš vztah pro natočení předních kol při jízdě po kruhové dráze vysokou rychlostí? Co je to faktor stability (understeer gradient)? δδ = LL RR + KK aa yy gg δδ = LL RR + αα ff αα rr - Faktor stability (gradient nedotáčivosti) K: KK = WW ff cc αααα WW rr cc αααα

19 55. Načrtni závislost na natočení předních kol (steer angle) na odstředivém zrychlení (vyjádřeném v jednotkách g-gravitačního zrychlení) pro vozidlo neutrální, nedotáčivé (understeer) a přetáčivé (oversteer). Vyznač na grafu faktor stability (understeer gradient). 56. Charakterizuj s využitím úhlů směrových úchylek náprav (slip angle) vozidlo neutrální, nedotáčivé (understeer) a přetáčivé (oversteer). - Neutrální vozidlo: K=0, αα ff = αα rr o Během jízdy po dráze s konstantním poloměrem zatáčení není třeba, při změně rychlosti jízdy, změnit úhel natočení kol. o Zvýšení odstředivého zrychlení v těžišti způsobí identické zvýšení úhlu směrové úchylky na předních i zadních kolech - Nedotáčivé vozidlo: K>0, αα ff > αα rr o Během jízdy po dráze s konstantním poloměrem zatáčení je nutné se zvyšující se rychlostí zvětšit natočení předních kol - Přetáčivé vozidlo: K<0, αα ff < αα rr o Během jízdy po dráze s konstantním poloměrem zatáčení je nutné se zvyšující se rychlostí zmenšit natočení předních kol 57. Co je to charakteristická rychlost (characteristic speed)? - Je to rychlost nedotáčivého vozidla, při které je pro projetí konstatního poloměru zatáčení nutný úhel natočení předních kol roven 2x Ackermanův úhel vv cchaaaa = LL gg KK

20 58. Co je to kritická rychlost (critical speed)? - Je to rychlost přetáčivého vozidla, při které je úhel natočení předních kol nutný pro projetí kruhu rovný 0 LL gg vv cccccccc = KK 59. Větší klopná tuhost (roll stiffness)přední nápravy způsobuje větší nedotáčivost (understeer) nebo přetáčivost (oversteer) nebo nemá vliv na zatáčivost vozidla? - Způsobuje větší nedotáčivost 60. Co je to samořízení klopením (roll steer)? - Je to řídící pohyb předních nebo zadních kol s ohledem na odpruženou hmotu, která vzniká kvůli klopení hmotnosti odpružených částí vozidla 61. Jak ovlivňuje samořízení klopením (roll steer) zatáčivost (understeer/oversteer)? εε = uuheeee nnnnnnnnnnnnnnnn kkkkkk uuheeee nnnnnnnnnnnnnnnnnn - Kladné ε: o Přední náprava nedotáčivá o Zadní náprava přetáčivá 62. Jak ovlivňuje elastokinematika náprav (lateral force compliance steer) zatáčivost (understeer/oversteer)? AA = dddddd dddd yy - Kladné A: o Přední náprava nedotáčivá o Zadní náprava přetáčivá 63. Jak souvisí výkonová spektrální hustota s rozptylem? - S(Ω) = výkonová spektrální hustota - Výkonová spektrální hustota představuje rozptyl 1 frekvence

21 64. Načrtni závislost spektrální hustoty (spectral density) nerovností vozovky na dráhové frekvenci (spatial frequency). Popiš osy grafu. 65. Na jaké frekvence vertikálních vibrací je lidské tělo nejcitlivější? - Největší citlivost na rezonanci břišní dutiny f=4-8 Hz - Menší citlivost na rezonanci jednotlivých orgánů f=10-20 Hz 66. Na jaké frekvence vibrací ve směru vřed/vzad je lidské tělo nejcitlivější? - Nejvíce citlivá na rezonanci je horní část trupu f=1-2 Hz 67. Nakreslete čtvrtinový model odpružení vozu. Odpružená hmotnost Zavěšení Neodpružená hmotnost Pneumatika Silnice 68. Napište vztah pro vlastní netlumené frekvence odpružené hmoty (undamped bounce natural frequency). Načrtněte schéma modelu odpovídajícího požadovanému vzorci. ωω SS = RRRR MM SS

22 69. Napište vztah pro vlastní netlumené frekvence neodpružené hmoty (undamped wheel hop natural frequency). Načrtněte schéma modelu odpovídajícího požadovanému vzorci. ωω uu = (KK tt + KK ss ) MM uu 70. Načrtněte charakteristický průběh amplitudové frekvenční charakteristiky výchylky odpružené hmoty vůči výchylce nerovnosti vozovky (response gain - sprung mass motion in response to road displacement inputs).

23 71. Co je to mechanismus filtrace rozvorem (wheel base filtering mechanism)?