Prof. dr. Jernej Klemenc

DINAMIKA VOZIL – Pnevmatike in diferencial

Konstrukcija radialne pnevmatike

Tekalna plast

Bočnica

Noga

Pas

Karkasa

Žičnojedro

Platišče

Tesnilna plast

Označevanje pnevmatik

� 6,40-13/6 PR:

� Diagonalna pnevmatika

� Širina pnevmatike: 6,40”

� Premer platišča: 13”

� Višina pnevmatike: 0,95 (superbalon za D) * 6,40”

� Indeks nosilnosti: PR6

� Simbol hitrosti: - (najvišja hitrost = 150 km/h)

� 265/50 R 14 101 V:

� Radialna (R) pnevmatika

� Širina pnevmatike: 265 mm

� Premer platišča: 14”

� Višina pnevmatike: 0,50 * 265 mm

� Indeks nosilnosti: 101

� Simbol hitrosti: V (najvišja hitrost = 240 km/h)

Označevanje pnevmatik

� Simboli hitrosti za pnevmatike:

� P => 150 km/h

� Q => 160 km/h

� S => 180 km/h

� T => 190 km/h

� H => 210 km/h

� V => 240 km/h

� W => 270 km/h

� ZR=> nad 270 km/h

� Indeks nosilnosti za pnevmatike:

� 76 => 400 kg

� 77 – 83 => 400 kg + i * 12,5 kg (i = število indeksov nad 76)

� 84 => 500 kg

� >84 => 500 kg + i * 15 kg (i = število indeksov nad 84)

Pnevmatika kot torno gonilo - pospeševanje

H

tr,g

tr,m

10 t

konstrZM

v

vv

Z

F

HstH

t

kh

⋅=⋅⋅=

−=

=

µµ

σ

µ

0

0

v

v0

M

rst

Ft

Z

Pnevmatika kot torno gonilo - zaviranje

H

tr,g

tr,m

-10 t

konstrZM

v

vv

Z

K

HstH

t

h

⋅=⋅⋅=

−=

=

µµ

σ

µ

0

Sojemalni diagram za radialne in diagonalne

pnevmatike

Sojemalni diagram za pospeševanje in zaviranje

Mikro-kontakt pnevmatike in vozne površine -

pospeševanje

Z=0

x

Ft-Ft

x

dFt/dx( =0)

dZ/dx( =0)

-+

Pnevmatika v stanju mirovanja

Z0

x

x

dFt/dx( M>0), teorija

dZ/dx( 0)

Pnevmatika med pospeševanjem

M>0

Ft

x

(dZ/dx) tr(m)

(dZ/dx) tr(g)

dFt/dx( M>0), dejansko

Mirovanje Drsenje

Mikro-kontakt pnevmatike in vozne površine -

zaviranje

Z=0

x

Ft-Ft

x

dFt/dx( =0)

dZ/dx( =0)

-+

Pnevmatika v stanju mirovanja

Z0

x

x

dK/dx( >0 M<0), teorija

dZ/dx( 0)

Pnevmatika med zaviranjem

M<0

K

x

(dZ/dx) tr(m)

(dZ/dx) tr(g)

dK/dx( >0 M<0), dejansko

Mirovanje Drsenje

Pogon 4x4

� Sredinski razdelilnik pogona brez diferenciala na trdi podlagi:

� Teoretične obodne hitrosti koles pri vožnji v ovinek:

� Dejanske obodne hitrosti koles in vrtilni momenti:

R1

R2

Razdelilnik pogona brez sredinskega diferenciala

P

R1,R2 >> 0 R1

R2

P

21

21

MM

vv

≠

=

20,20,210,10,1 RrvRrv stst ∝⋅=>∝⋅= ωω

Pogon 4x4

� Sredinski razdelilnik pogona brez diferenciala na trdi podlagi:

|+M

2|=

|-M

1|

+M

mot

-M1

+M

2

Pogon 4x4

� Sredinski razdelilnik pogona z diferencialom na trdi podlagi:

221

222111

mot

stst

MMM

RrvRrv

==

∝⋅=>∝⋅= ωω

Pogon 4x4

� Sredinski razdelilnik pogona z diferencialom – trda podlaga zadaj, mehka podlaga spredaj, vožnja naravnost:

-M1

+M1

-M2

+M2

M2=M1,max=Mmot/2

v2,0

v1

M1=M1,max=Mmot/2

v2

v1,0

Pogon 4x4

� Sredinski razdelilnik pogona brez diferenciala – trda podlaga zadaj, mehka podlaga spredaj:

TORSEN diferencial

Dife

ren

cia

l

Mehanski samozaporni diferencial z lamelami

Detajl zveze med potisnima obročema in osjo planetnega zobnika

Kotno gonilo

Dife

ren

cia

lPotisni obroč

sklopke

Os planetnega zobnika

Avtomatski samozaporni diferencial z lamelami -

ASD

Dife

ren

cia

l

Diferencial z usmerjanjem navora (Torque

vectoring differential)

� Namen:

Motor

Menjalnik

Diferencial z usmerjanjem

navora

Krmilni navor na pog. kolesih

Mz > MnMn

Fk,n Fk,z

Agilna vožnja v ovinek

Motor

Menjalnik

Diferencial z usmerjanjem

navora

Krmilni navor na pog. kolesih

Mz < MnMn

Fk,n Fk,z

Varnost – stabilizacija pri vožnji v ovinek

Motor

Menjalnik

Diferencial z usmerjanjem

navora

Večji navor na kolo z boljšim

uprijemomFk,2Fk,1

Izboljšanje uprijema

M2 > M1M1

Diferencial z usmerjanjem navora

� Učinek na vožnjo v ovinek:

Granzow 2013, str. 5.

Diferencial z usmerjanjem navora

� Funkcionalni sestav diferenciala ZF Vector drive:

FaFa Fa Fa

Klasični diferencial s kotnim gonilom

Leva enota za vektorsko usmerjanje navora

Desna enota za vektorsko usmerjanje navora

Večlamelna zavora Večlamelna zavora

Diferencial z usmerjanjem navora

� Praktična izvedba:

Granzow 2013, str. 8.

Diferencial z usmerjanjem navora

� Princip delovanja brez vektorskega usmerjanja navora:

Fa=0 Fa=0MKG

M1=MKG /2 M2=MKG /2

Fk,1 Fk,2=Fk,1

Diferencial z usmerjanjem navora

� Princip delovanja z vektorskim usmerjanjem navora:

Granzow 2013, str. 10.

Fa=0 Fa>0MKG =2000 Nm

M1=480 Nm 420 Nm

Fk,1

Fk,2 >Fk,1

900 Nm

1100 Nm

980 Nm

120 Nm

Σ=1400 Nm

Diferencial z usmerjanjem navora

� Princip delovanja z vektorskim usmerjanjem navora:

Granzow 2013, str. 11.

Fa=0 Fa>0MKG =0 Nm

M1=510 Nm 590 Nm

Fk,1

Fk,2

1100 Nm

1100 Nm

980 Nm

120 Nm

Σ=390 Nm

Diferencial z usmerjanjem navora

� Prerez sestava:

Granzow 2013, str. 15.

Diferencial z usmerjanjem navora

� Aktivacija večlamelne zavore planetne gredi:

Granzow 2013, str. 18.

Diferencial z usmerjanjem navora

� Aktivacija večlamelne zavore planetne gredi:

Granzow 2013, str. 19.

Diferencial z usmerjanjem navora

� Diferencial z usmerjanjem navora je mehatronski sistem:

Granzow 2013, str. 27.

Bočna elastičnost pnevmatike

=0

Z

S

YPZ

S

x

dZ/dx( =0)

Dotikalna površina pnevmatike

>0

S

x

dZ/dx( >0) dY

/dx(

>0

), te

ori

ja

(dZ

/dx)

tr(m

)

(dZ

/dx)

tr(g

)

dY

/dx(

>0

), d

eja

nsk

o

Y

x x

e

Koeficient sojemanja za prečno silo in kot

poševnega nakotaljevanja

eYM s ⋅=

αs …kot poševnega nakotaljevanja

Z

Ss =µ

µs …bočni koeficient sojemanja

s

sss tgc

µ

αβ ==

cs …bočna elastičnost pnevmatike

S

dY/dx( >0), dejansko

Y

x

e

s

s

s

s

Kot zasuka krmilnih koles pri vožnji v ovinek

λ …krmilni kot

)(Rf=λ

Vpliv poševnega nakotaljevanja pri vožnji v ovinek

Vpliv poševnega nakotaljevanja pri vožnji v ovinek

R

v

g

G

R

vmF vc

22

⋅=⋅=

R

v

gG

Fcs

21⋅==µ

sss

sss

sss

c

c

µα

µα

µµµ

⋅=

⋅=

≈≈

22

11

21

[ ])(

)(21

21

sss

sscc

lRRl

−⋅−=⇒⋅−−=

µλααλ

l

lFF

l

lFFRRRRR cccc

';"

0, 212121 ⋅≈⋅≈⇒≈≈⇒>>

Podkrmarjeno vozilo – cs1>cs2

s

R

v=20 km/h

v=60 km/h

v=100 km/h

R=v2/( s*g)

R=l/[ s*(cs1-cs2)]

=0 s

t.

=2 st

.=4 st.

Zvišanje hitrosti vožnje pri R=konst.

Če se poveča hitrost vožnje v ovinek, je treba povečati krmilni kot λ.

Prekrmarjeno vozilo – cs1<cs2

Če se poveča hitrost vožnje v ovinek, je treba zmanjšati krmilni kot λ.

s

R

v=20

km/h

v=60 km/h

v=100 km/h

R=v2/( s*g)

R=l/[ s*(cs1-cs2)]=

0 st.

=2 st.

=4 st.

Zvišanje hitrosti vožnje pri R=konst.

Vpliv bočnega vetra

� Podkrmarjeno vozilo (cs1>cs2):

v

T Fv

v

T Fv

s1

s2

s1

s2

P

Fc

Centrifugalna sila stabilizira silo vetra.

Vpliv bočnega vetra

� Prekrmarjeno vozilo (cs1<cs2):

Centrifugalna sila destabilizira silo vetra.

Stabilizacija vozila pri vožnji v ovinek z veliko

hitrostjo

� Podkrmarjeno vozilo:

� Prekrmarjeno vozilo:

Kritična hitrost prekrmarjenega vozila

� Kritična hitrost prekrmarjenega vozila je tista hitrost, pri kateri je vozilo ob minimalni bočni motnji (npr. sunek vetra) sposobno voziti v ovinek brez zasuka krmilnih koles:

12 ss cc >

0;0 >= Rλ

s

s

v

gR

R

v

g µµ

22 11⋅=⇒⋅=

)(

1

21

2

ssss

krit

cc

lv

gR

−⋅−=⋅=

µµ

12 ss

kritcc

glv

−

⋅=

Postavitev vodilnih koles vozila

� Previs kolesa:

� Prečni nagib premnega sornika:

�Izniči zračnost v ležajih.

�Pozitivni previs zmanjšuje stranske vodilne sile pri vožnji v ovinek.

�Negativni previs izboljšuje stransko vodenje pri vožnji v ovinek.

�Povzroči dviganje prednjega dela vozila pri zasuku vodilnih koles.

�Posledica je samodejno vzpostavljanje položaja koles za vožnjo naravnost, če voznik izpusti volan.

=5-10

>0 <0=+0,3/+1,5 =-0,5/-2

Postavitev vodilnih koles vozila

� Vzdolžni nagib premnega sornika (kot zaostajanja):

� Stekanje/raztekanje koles:

�Kot zaostajanja kolesa usmeri tako, da dosežemo stabilnost zasukanih koles.

�Napenja pnevmatike in drogovje krmilnega mehanizma.

�Zmanjšuje opletanje koles.

Seznam literature

� Granzow C.: ZF Vector Drive – better driving dynamics and driving safety through Torque Vectoring. Praktischer Entwurf mechatronischer Systeme, Karlsruhe 13.12.2013.

� Lewis R., Olofsson U. (editors): Wheel-rail interfacehandbook. Boca Raton: Woodhead Publishing in Mechanical Engineering, 2009.

� Wong J.Y.:Theory of Ground Vehicles, 3rd edition. New York: John Willey & Sons, 2001.

� Simić D.: Motorna vozila. Beograd: Naučna knjiga, 1988.

� Janičijević N., Janković D., Todorović J.: Konstrukcija motornih vozila. Beograd: Mašinski fakultet, 1979.

� Goljar M.: Motorna vozila, osnove konstruiranja. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, 1977.