METODYKA BADAŃ

Rys. 5.9. Sposób montażu enkodera inkrementalnego do pomiaru kąta skrętu kierownicy [89]

5.4. M etodyka badań

Zgodnie z [95], dla mobilnych maszyn rolniczych i ciągników nie istnieją zdefiniowane normy, na podstawie których można by wykonywać badania przejazdowe. W takim przypadku można wykorzystać normy przewidziane dla pojazdów samochodowych, a wytyczne w nich przedstawione traktowane są jako zalecane. Istniejące normy opisują wytyczne dla następujących badań:

 hamowanie na łuku (ISO 7975)- procedura oceny wpływu hamowania na zachowanie się pojazdu w warunkach ruchu na łuku [96],

 manewr podwójnej zmiany pasa ruchu (ISO 3888)- określono wymiary toru testowego oraz podano w celach informacyjnych metodę realizacji badań [97],

 hamowanie prostoliniowe (ISO 6597) [98],

 jazda po okręgu (ISO 4138)- określa trzy metody badań: ze stałym promieniem toru jazdy, ze stałym kątem skręcenia kierownicy, ze stałą prędkością [99].

Dla potrzeb realizacji niniejszej rozprawy zrealizowane zostały badania mające na celu pozyskanie danych o dokładności prowadzenia przez człowieka agregatu rolniczego (typu ciągnik rolniczy- opryskiwacz sadowniczy) względem wyznaczonej ścieżki referencyjnej i wpływie działań kierowcy na jego ruch. Ścieżką referencyjną był tor typu „ósemka”. Z uwagi

na brak normy odnoszącej się bezpośrednio do toru tego typu, dla potrzeb wykonania badań uwzględnione zostały niektóre znormalizowane wytyczne zawarte w normie ISO 4138 (test jazdy po okręgu- najbardziej podobny do przyjętej ścieżki). Przede wszystkim, pominięte zostały zalecane prędkości ruchu pojazdu podczas przebiegu testu, gdyż maksymalna prędkość ciągnika rolniczego wynosiła ok. 30 km·h^-1. Zgodnie z normą [99], w zależności od przyjętej metody badań, pomiary mogą dotyczyć:

 prędkości wzdłużnej obiektu badań (ʋX),

 przyspieszenia poprzecznego (aY),

 kąta skręcenia kierownicy (δH),

 kąta skrętu kół przednich (δF),

 kąta skrętu kół tylnych (δR).

Wybór metody w celu określenia przyspieszenia poprzecznego może wymagać przeprowadzenia pomiarów dodatkowych zmiennych, takich jak:

 prędkości odchylania (dψ/dt),

 kąta bocznego znoszenia (β),

 kąta przechyłu pojazdu (φV),

 momentu na kole kierownicy (MH).

Przedstawione w normie wszystkie rodzaje pomiarów są zalecane do wykonania w szczegółowej analizie stateczności. W prezentowanej pracy dokonywano następujących pomiarów: kąta skrętu kierownicy, kąta skrętu przednich kół kierowanych, trajektorii ruchu agregatu, prędkości jazdy oraz prędkości kątowej i orientacji ciągnika. Uzyskane dane są w pełni wystarczające, aby zrealizować cel badań. Dane o kącie skrętu kierownicy dostarczają informacje o wpływie kierowcy na realizowany tor ruchu agregatu, natomiast dane o kącie skrętu kół ciągnika przedstawiają wpływ zmian ich kąta skrętu na trajektorię ruchu.

Rozmieszczenie czujników na ciągniku rolniczym przedstawiono na rys. 5.10.

Czujnik skrętu C_P Czujnik skrętu C_L

Czujnik skrętu CK

GPS SPAN-CPT (IMU)

x y

Rys. 5.10. Sposób rozmieszczenia czujników w ciągniku rolniczym: CK- czujnik skrętu kierownicy, CL- czujnik skrętu koła lewego, CP- czujnik skrętu koła prawego

Badania terenowe przeprowadzono w miejscowości Swadzim koło Poznania na placu parkingowym o nawierzchni asfaltowej, którego długość wynosiła 180 m, natomiast szerokość 100 m. Zarys ścieżki referencyjnej typu „ósemka” ustalono za pomocą słupków wyznaczając dwa okręgi o promieniach 19 m, o środkach odległych o 92 m i połączone odcinkami prostymi. Przed przystąpieniem do badań poddano ponownej weryfikacji stan techniczny agregatu rolniczego włącznie z kontrolą ciśnienia w oponach (200 kPa) oraz sprawdzono poprawność podłączenia i działania aparatury badawczej. W metodyce badań uwzględniono przeprowadzenie czterech prób z prędkością jazdy agregatu rolniczego wynoszącą ok. 25 km·h^-1. Kierowca odpowiedzialny był za prowadzenie agregatu wzdłuż wyznaczonej ścieżki referencyjnej pokonując co najmniej dwie pełne trajektorie „ósemki”.

Najazd rozpoczynał się zawsze wzdłuż linii prostej, stycznie do okręgu. Sygnały z pomiarów były rejestrowane z częstotliwością 200 Hz.

W wyniku zrealizowanej próby jazdy po ósemce uzyskano informacje o zdolności kierowcy do płynnego przejścia z jazdy na wprost do jazdy po okręgu. Ruch na torze odbywał się zgodnie z ruchem wskazówek zegara oraz przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

Badanie takie uwzględnia złożoność ruchów agregatów rolniczych podczas realizacji różnych zabiegów agrotechnicznych. Zmierzoną trajektorię ruchu agregatu rolniczego podczas testów przedstawiono na rys. 5.11. Zaobserwowano błędy powtarzalności realizacji zamierzonej ścieżki ruchu pomiędzy poszczególnymi przejazdami, gdzie maksymalna odchyłka wynosiła ponad 1,1 m. Porównanie trajektorii zakreślonej w wyniku ruchu agregatu rolniczego z

udziałem człowieka z trajektorią uzyskaną w wyniku ruchu maszyny sterowanej przy użyciu interaktywnego regulatora zostanie zrealizowane w następnym rozdziale niniejszej rozprawy.

Błędy powtarzalności.

Odchyłka ok. 0,9 m Błędy powtarzalności.

Odchyłka ok. 1,1 m

Rys. 5.11. Trajektoria ruchu podczas przejazdu agregatem rolniczym

Rys. 5.12. Zestawienie trajektorii ruchu podczas przejazdu agregatem rolniczym z torem referencyjnym

Na rys. 5.12 zestawiono trajektorię ruchu ciągnika rolniczego podczas przejazdów eksperymentalnych z trajektorią referencyjną. Dostrzegalne są duże różnice pomiędzy rzeczywistą ścieżką ruchu a ścieżką referencyjną.

Na rys. 5.13 przedstawiono zmiany kąta skrętu kierownicy i kół podczas testów manewrowych, przy czym wyniki te pokazano przed filtracją. Do filtracji zastosowano filtr dolnoprzepustowy (odrzucono składowe o częstotliwościach wyższych od 0,2 Hz). Rezultaty filtracji przedstawiono na rys. 5.14. Uzyskano informacje o oddziaływaniu kierowcy na koło kierownicze celem zmiany trajektorii jazdy oraz o zmianie orientacji kół ciągnika.

Rys. 5.13. Zmiana kąta skrętu kierownicy i kół podczas jazdy torem „ósemka” - przed filtracją sygnału

Rys. 5.14. Zmiana kąta skrętu kierownicy i kół podczas jazdy torem typu „ósemka” - po filtracji sygnału

W celu zobrazowania zachowania się obiektu w trakcie badań, na rys. 5.15 przedstawiono wykres prędkości jazdy agregatu rolniczego w funkcji czasu, na rys. 5.16 wykres prędkości kątowej ciągnika rolniczego względem osi Z, oraz na rys. 5.17 wykres orientacji Θ ciągnika. Prędkość pojazdu zawierała się w przedziale od 19,2 do 25,5 km·h^-1.

Rys. 5.15. Prędkość jazdy agregatu rolniczego

Rys. 5.16. Prędkość kątowa ciągnika rolniczego względem osi Z

Rys. 5.17. Orientacja Θ ciągnika rolniczego

W związku z przeprowadzonymi badaniami terenowymi stwierdza się, że kierowcy maszyn rolniczych zbyt swobodnie traktują tor, wzdłuż którego mają się poruszać. Podczas badań powstały duże niedokładności jazdy w odniesieniu do ścieżki referencyjnej oraz zaistniał brak powtarzalności pomiędzy poszczególnymi przejazdami. Jest to ściśle związane z percepcją kierowcy i efektywnością przetwarzania zaplanowanej drogi na kąt skrętu kierownicy. Oddziaływanie kierowcy na koło kierownicze jest nieprecyzyjne, co przyczynia się niestety do pojawiania problemów z zachowaniem prawidłowej ścieżki ruchu.

Uzyskiwane dokładności jazdy są wystarczające podczas realizacji czynności transportowych, lecz dla wielu zabiegów agrotechnicznych wymagane są większe dokładności jazdy.

Uzyskane z badań terenowych dane o trajektorii agregatu rolniczego zostaną wykorzystane podczas analizy porównawczej jazdy kierowcy i jazdy ze sterowaniem interaktywnym.

6. Analiza symulacyjna działania interaktywnego