3. ROLA ZABURZEŃ PARAMETRÓW SAMOCHODU
3.2. Zaburzenia wynikłe ze zmian konstrukcyjnych
W grupie parametrów zaburzających wybrane cechy eksploatacyjne samo-chodów można wyróżnić także elementy związane z zaburzeniem geometrii nad-wozia, np. w wyniku zderzenia i nieprawidłowej lub niekompletnej naprawy, a także związane z nimi zaburzenia geometrii zawieszenia.
Zaburzeniami związanymi z geometrią nadwozia zajmowano się w niektó-rych pracach, również w kwestii ich ewentualnego wpływu na niektóre cechy eksploatacyjne pojazdu.
W pracy [70] poruszony został problem wyznaczania charakterystyk bocz-nego znoszenia samochodu z uwzględnieniem wpływu zakłóceń pochodzących
od parametrów zawieszenia oraz struktury nadwozia. Natomiast w pracy [73]
przeprowadzona została analiza wpływu położenia środka masy na ruch pojazdu ciężarowego.
Rozważania w zakresie zaburzeń geometrii nadwozia związane z ich wpły-wem na stateczność ruchu pojazdu można prowadzić np. z użyciem pojazdu z rys. 1, przyjmując założenie upraszczające, że położenie środków mas kierowcy i pasażera leży w jednej płaszczyźnie (jednakowa wysokość nad poziomem jezdni).
Odległość środków mas kierowcy i pasażera od przedniej krawędzi pojazdu poka-zano na rys. 16 i 17, przy czym nie uwzględniono bagażu. W oparciu o rysunki określić można położenie środków mas obciążających nadwozie względem punktu
„origo”.
Analizy dotyczące zmian konstrukcyjnych wpływających na parametry ma-sowo-bezwładnościowe samochodu można rozszerzyć, nie ograniczając się jedy-nie do wyznaczenia współrzędnych środka masy nadwozia pojazdu obciążonego kierowcą i pasażerem, co sprowadzałoby się do problemów poruszonych w pod-rozdziale 3.1. Chcąc uwzględnić zaburzenia geometrii nadwozia, można do uzy-skanych w wyniku obliczeń współrzędnych położenia środka masy dodać dodat-kowe zaburzenie, przyjmując, że wynikało ono ze zderzenia i nieprawidłowo wykonanej naprawy powypadkowej, bez kontroli wymiarów oraz punktów bazo-wych nadwozia. Trudnością jest określenie wielkości tego zaburzenia. Ponieważ nie znaleziono literatury przedstawiającej typowe zaburzenia położenia środka masy w pojazdach powypadkowych oraz poddanych naprawie powypadkowej, więc wielkości zaburzeń dodatkowych można przyjąć tak, aby pozwoliły one na odzwierciedlenie ich ewentualnego wpływu na stateczność pojazdu podczas wy-konywania wybranego manewru, np. podwójnej zmiany pasa ruchu. Rozważania takie prowadzono np. w pracy [288]. Symulowany manewr nie był standardowy, ponieważ zmodyfikowano go tak, aby odzwierciedlał omijanie przeszkody na odległości ok. 700 m.
Rys. 16. Położenie środków mas kierowcy i pasażera przyjęte na potrzeby pracy [288].
Rzut z góry Źródło: [288].
Rys. 17. Położenie środków mas kierowcy i pasażera przyjęte na potrzeby pracy [288].
Rzut z lewej Źródło: [288].
Rozważania prowadzone w pracy [288] można rozszerzyć na inne typy po-jazdów poddawanych analizie. Dla przykładu w samochodzie czteromiejscowym z rys. 2 można przyjąć, że nadwozie z wyniku zderzenia zostało zdeformowane, a następnie naprawione bez kontroli z użyciem ramy pomiarowej (prostowanie odkształconych elementów) oraz wymiany zniszczonych fragmentów nadwozia z wykorzystaniem mas wypełniających i innych technik upraszczających oraz zmniejszających koszty naprawy. Można także przyjąć, że rama pomiarowa tylko w części eliminuje wady wynikające z naprawy nadwozia, ponieważ naprężenia powstające w wyprostowanych elementach mogą skutkować ich ponownym, pozornie niewidocznym odkształceniem w czasie dalszej eksploatacji. Ponadto wprowadzenie dodatkowych elementów masowych w miejscach uszkodzeń zmienia wartości parametrów masowo-bezwładnościowych.
Dla przykładu można przyjąć, że współrzędne środka masy nadwozia po-jazdu czteromiejscowego z rys. 2, i tak już zmienione po obciążeniu (rys. 14 i 15), zostaną dodatkowo zmodyfikowane poprzez dodanie zaburzenia wynikłego z nieprawidłowej naprawy powypadkowej. Jeśli przyjęto, że naprawa została przeprowadzona niefachowo, to dodatkowe zaburzenie może wynieść np. około 0,01 m w kierunku osi Ox oraz Oy, a także około 0,005 m w kierunku pionowym (Oz). Nie są to założenia poparte konkretnymi danymi, jednak zmiany te zostały przyjęte przykładowo, w celu zobrazowania omawianego zjawiska.
Otrzymane w wyniku powyższych rozważań rezultaty wyniosły:
a) dla pierwszej konfiguracji obciążenia pojazdu z rys. 14 i 15 (masa nadwozia obciążonego mNO = 1240 kg):
– współrzędne środka masy samochodu obciążonego pasażerami i bagażem z dodatkowo uwzględnionym zaburzeniem wynikłym z naprawy:
xC = 1,642 m, yC = -0,018 m, zC = 0,535 m;
– momenty bezwładności i dewiacji względem osi przechodzących przez punkt
„origo” po uwzględnieniu zmian związanych z naprawą powypadkową:
IX0 = 555 kg·m2, IY0 = 4198 kg·m2, IZ0 = 3943 kg·m2;
IXY0 = –36 kg·m2, IXZ0 = 1089 kg·m2, IYZ0 = –12 kg·m2.
b) dla drugiej konfiguracji obciążenia pojazdu z rys. 14 i 15 (masa nadwozia obciążonego mNO = 1400 kg):
– współrzędne środka masy samochodu:
xC = 1,702 m, yC = 0,038 m, zC = 0,555 m;
– momenty bezwładności i dewiacji względem osi przechodzących przez punkt
„origo” po uwzględnieniu zmian związanych z naprawą powypadkową:
IX0 = 632 kg·m2, IY0 = 4986 kg·m2, IZ0 = 4656 kg·m2; IXY0 = 76 kg·m2, IXZ0 = 1322 kg·m2, IYZ0 = 24 kg·m2.
Stosunkowo małe dodatkowe zaburzenie może powodować zmiany parame-trów masowo-bezwładnościowych pojazdu. Można też przypuszczać, że takie zaburzenia wpływają na pracę podstawowych układów samochodu odpowie-dzialnych za łatwość manewrów oraz komfort jazdy z punktu widzenia kierowcy.
Problem w rozważaniu zaburzeń wynikłych ze zderzenia i późniejszej na-prawy powypadkowej polega na oszacowaniu wielkości dodatkowych zaburzeń dodawanych do współrzędnych środka masy. Takie rozważania prowadzono m.in. w pracy [288], jednak nie znaleziono żadnych opracowań pokazujących, jak duże mogą być to zaburzenia.
Chcąc sprowadzić problem zaburzeń położenia środka masy m.in. do kwe-stii współpracy koła z nawierzchnią, poprzez np. różne wartości reakcji wynikłe z nierównomiernego rozkładu mas, można przeprowadzić np. w programie PC-Crash symulację zderzenia pojazdów, dzięki której pokazane będą zmiany warto-ści normalnych reakcji nawierzchni samochodu po zderzeniu. Ponadto można przeprowadzić dwuetapową analizę wyznaczania położenia środka masy pojazdu po zderzeniu.
W tym celu można przeprowadzić następującą symulację zderzenia bocz-nego skośbocz-nego. Niech pojazdem uderzającym jest duży samochód osobowy, np.
limuzyna (nr 1 na rys. 18), uderzanym zaś – pojazd kompaktowy (nr 2 na rys. 18). Niech pojazdy biorące udział w symulacji poruszają się z prędkościa-mi: 80 km/h pojazd 1 oraz 50 km/h pojazd 2. Masa całkowita pojazdu 1 wynosi 1700 kg, zaś pojazdu 2 – 1195 kg, natomiast wysokość położenia środka masy, zgodnie z pracą [222] przyjęto dla pojazdu 1 równą 0,543 m, dla pojazdu nr 2 – 0,535 m.
Rozważania takie prowadzono m.in. w pracy [293], gdzie jednym z celów analizy było wyznaczenie współrzędnych środka masy pojazdu po zderzeniu.
Obliczenia związane ze zmianą parametrów masowo-bezwładnościowych pro-wadzono dla pojazdu nr 2, jako tego, w którym zaobserwowano większe uszko-dzenia. Za podstawę tych obliczeń przyjęto podział pojazdu na bryły o równo-miernym lub nierównorówno-miernym rozkładzie mas, w oparciu np. o pracę [270], na podstawie zaś otrzymanych wyników stwierdzono, że przyjmowanie równo-miernego rozkładu mas w pojeździe może skutkować nieprawdziwymi wyni-kami niemogącymi stanowić podstawy do dalszych rozważań.
Pokazano wartości reakcji pionowych dla każdego z kół pojazdu nr 2 przed i po zderzeniu (rys. 19 i 20), a także widok pojazdu przed i po zderzeniu wraz z deformacjami i wymiarami brył, na które podzielono pojazd.
Rys. 18. Przebieg symulacji zderzenia bocznego skośnego z pracy [293]
Źródło: [293].
Rys. 19. Wartości reakcji pionowych nawierzchni na koła pojazdu nr 2 z rys. 18 przed zderzeniem
Źródło: [293].
Rys. 20. Wartości reakcji pionowych nawierzchni na koła pojazdu nr 2 z rys. 18 po zde-rzeniu
Źródło: [293].
Widok pojazdu nr 2 w rzucie z góry i z boku przed zderzeniem oraz z góry po zderzeniu pokazano odpowiednio na rys. 21 i 22 oraz na rys. 23, przy czym rysunki te zawierają wymiary przyjęte do obliczeń współrzędnych położenia środka masy.
Rys. 21. Rzut bryły pojazdu nr 2 z góry, przed zderzeniem Źródło: [293].
Rys. 22. Rzut bryły pojazdu nr 2 z boku, przed zderzeniem Źródło: [293].
Rys. 23. Rzut bryły pojazdu nr 2 z góry. Widok po zderzeniu Źródło: [293].
Prócz pokazanych wyników w pracy [293] przeprowadzono dodatkowo krótką analizę dotyczącą możliwości alternatywnego wyznaczania parametrów masowych samochodu traktowanego jako bryła sztywna. Stwierdzono, że bazując np. na rozważaniach z pracy [134], można przyjąć sposób podparcia pojazdu w trzech punktach, jak na rys. 24. Sposób ten w pracy [134] pokazano dla wago-nów kolejowych. Bryłę samochodu można jednak potraktować jako quasi-sztywną, co umożliwi wykorzystanie przedstawionej metody.
Rys. 24. Sposób podparcia bryły samochodu zaproponowany w pracy [113] dla wagonu kolejowego
Źródło: [293].
Rozważania omówione wyżej zostały szerzej zaprezentowane w pracy [293].
Miały one na celu podkreślenie, że powstałe w wyniku zderzenia deformacje nad-wozia mogą stanowić dodatkowy czynnik zaburzający jego geometrię w taki spo-sób, że nieprawidłowa naprawa może spowodować nierównomierny nacisk kół na
nawierzchnię, co w efekcie może skutkować nierównomiernymi siłami w kontakcie koła z drogą dla każdego z kół samochodu. Zjawiska te w połączeniu z innymi parametrami zaburzającymi ruch mogą decydować o niektórych cechach eksploata-cyjnych pojazdu powypadkowego lub przynajmniej obciążonego nierównomiernie.
Analizę zjawisk związanych z eksploatacją samochodów można prowadzić również dla pojazdów ciężarowych, gdzie po pierwsze środek masy ma inne położenie niż w przypadku pojazdów osobowych, po drugie obciążenia oraz siły w kontakcie kół z nawierzchnią również mogą mieć inny, bardziej zróżnicowany rozkład.