Porównanie poziomu symulowanych drgań oddziałujących na dziecko przewożone samochodem lub pojazdem szynowym Comparison of the level of simulated vibrations acting on a child transported in a road car or a railway vehicle

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 112. Transport. 2016. Ewa Kardas-Cinal

(2) ! ) . Zbigniew Lozia

(3) ! ) % -

(4) . )0# % -

(5) . PORÓWNANIE POZIOMU SYMULOWANYCH & ^ 6. 9_q]{ 4 .*36 .*)6<64* $6{6*$ /_ 6 .*$ SZYNOWYM G' dostarczono:

(6) . Streszczenie:

(7)

(8)

(9)

(10) porównania komfortu jazdy

(11) ?

(12) $ :

(13)

(14) ?!

(15) ' # & F i charak'

(16) '

(17) , na które ? ?-

(18) ? dardowym foteliku, posadowionym na fotelu pojazdu drogowego lub szynowego. H' ami badawczymi modele symulacyjne ruchu pojazdu drogowego i szynowego oraz modele fotela ? ka do przewozu dzieci, uprzednio z powodzeniem wykorzystane w wielu pracach badawczych i naukowo-technicznych autorów. Do

(19) ' ISO 2631–1. ,

(20)

(21) '

(22) $ # ! transportu, dziecko w foteliku. 1. )1 )

(23)

(24) ? $ na to jednoznacznie dane statystyczne [17, 18, 19], zgodnie z !¥ ? # ?

(25) [19& !¥ #

(26) 18]). Analogicznie.

(27) 154. Ewa Kardas-@ ! 0 ! '

(28) . " F! , 36,14% i 12,6%. £

(29) ! ! !¥ !¥$ ?

(30)

(31)

(32) !

(33) "

(34)

(35) ! stany nieustalone ruchu pojazdów '

(36) ' # &!

(37) $

(38)

(39)

(40) ?!

(41) ' ! '

(42) lub toru kolejowego. Obiektem poddanym wspomnianym wymusze

(43) ? ! drogowego lub szynowego.

(44) ! F ludzi do

(45) $ H

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52) ?

(53) $ F

(54) . ?

(55) $H silniejsze absor

(56)

(57)

(58) '

(59) '

(60) ´$ H' ami badawczymi stosowanymi

(61)

(62)

(63) ? ka do

(64) $-uprzednio z powodzeniem wykorzystane w wielu pracach badawczych i naukowo-

(65)

(66)

(67) # [13,15]).

(68)

(69)

(70) #

(71) O

(72) &

(73)

(74) ? '

(75)

(76)

(77)

(78) !

(79)

(80)

(81) $

(82) tysty

(83)

(84)

(85)

(86) '

(87) ! zale

(88) - '

(89) ,

(90) (ISO) [8].

(91)

(92)

(93) "

(94)

(95) '

(96)

(97) F F

(98) ? F

(99)

(100)

(101)

(102) !

(103)

(104)

(105)

(106)

(107) $. 2. MODEL SYMULACYJNY RUCHU I DYNAMIKI SAMOCHODU OSOBOWEGO Model ruchu, dynamiki dwuosiowego pojazdu drogowego odpowiada samochodowi osobowemu k /%* Ceed [12,15, 16]. Analizowany jest przede wszystkim ruch ! ' ?

(108)

(109) $G ?

(110)

(111) .

(112)

(113)

(114)

(115)

(116)

(117) ?$ 9 elementów masowych: y nadwozia, 4 punktów materialnych, w których skupiono tzw. „masy nieresorowane” po# &!

(118)

(119)

(120) $6

(121) e

(122)

(123) !'?

(124) $Zawieszenie przednie jest typu McPher

(125)

(126) $ . ? # '?

(127)

(128) &$ , .

(129)

(130)

(131)

(132)

(133) …. 155. ' '?#'? &!!

(134)

(135)

(136) .

(137) !

(138) ?

(139)

(140) $H ?

(141) ' $ H

(142)

(143) $

(144) '

(145) ?

(146)

(147) $, .

(148)

(149) go, stacjonarnego, ergodycznego, zgodnie z klasyfikacj ISO [9]. ? # &$

(150)

(151) ' '

(152) '

(153)

(154) ? $ C ' F

(155) [15,16]. Dodatkowe 'u

(156)

(157)

(158)

(159) '

(160)

(161) .

(162) $

(163) ´,G%-UMTRI [4,5 ustalonych ogumienia IPG-Tire [15$,

(164) w konta

(165) - ?

(166) '?

(167) ! *:, #

(168)

(169) &! *,G #

(170) & ESP (stabilizacji toru ruchu pojazdu), zgodnie z wytycznymi i algorytmami firmy Bosch [1,2'

(171)

(172)

(173) $ Opis ruchu pojazdu jest prowadzony w zie inercjalnym m oraz w

(174)

(175)

(176) $G

(177) nadwozia opisano, wykorzystuj

(178) Ç ! ? ÇÉ -Eulerowskimi” [7,11,15,16]. G

(179)

(180) 0 Å %% dzaju [7,11,15,16].

(181) O ' nym

(182) ym ?

(183) sienia, 3 ' ym

(184) ym

(185) ' sy, 4 ' ym

(186) ym ruch punktów

(187) ' oraz 4 om $ Model pojazdu samochodowego opisano szerzej w pracach [12,15,16]. Uzyskano dla niego bardzo dobre wyniki weryfikacji eksperymentalnej.. 3. MODEL _39 _ POJAZD SZYNOWY – TOR Badania symulacyjne dynamiki pojazdu w ruchu po torze oparto na modelu matematycznym rzeczywi -$G

(188) ' ' opracowania programu symulacyjnego. ' e zjawisk ni

(189) '

(190)

(191) !

(192)

(193)

(194)

(195)

(196)

(197) $ '! ?

(198) '

(199)

(200) ' ! ? $ ? 'O ! ' $

(201) ? wózkach dwuosiowych typu 25ANa [3,13], które charakter '

(202)

(203) ?

(204) $ -

(205) ?

(206) ! $ ,.

(207) 156. Ewa Kardas-@ ! 0 ! '

(208) .

(209)

(210)

(211)

(212) $-

(213) 27 stopni swo!

(214) !

(215)

(216)

(217) $ -

(218) ' '

(219) jazdy ! '

(220)

(221)

(222)

(223) h toru. ?

(224)

(225)

(226) $ ' '

(227) #'?-

(228) &! $ ? " $ (pierwszy stopie'? &

(229) ' ! #drugi '? &

(230) . ' $ W zastosowanym modelu p '

(231)

(232)

(233) $ Modelowanie toru kolejowego jest uwarunkowane m.in.

(234) '

(235) '

(236)

(237) -tor. Dla

(238) '

(239)

(240) rozpatrywanych w niniejszej pracy tor kolejowy jest dostat

(241) opisany przez '#! !

(242) ! &

(243) !

(244) ce stan utrzymania toru. Parametrami

(245)

(246) O

(247)

(248) !

(249) , l

(250) , s F (jej zmiany w s

(251) ).

(252)

(253)

(254)

(255)

(256)

(257) sta

(258)

(259)

(260)

(261) !

(262)

(263)

(264) sów stochastycznych. W badaniach symulacyjnych przedstawionych w niniejszej pracy wykorzystano

(265) geometrycznych toru klasy QN2 [13]. W modelu u -tor '!??

(266) $? ' ! '

(267) '

(268) ? $ ? '

(269) $ .

(270) adania przeprowadzono C%@ ,

(271)

(272) $ ?!w stabelaryzowanej formie, geometryczne funkcje kontaktowe wyznaczone ?

(273) gramu RSGEO opracowanego przez W. Kika [14]. ' . $

(274)

(275)

(276) m

(277)

(278) - ' na teorii kontaktu tocznego FASTSIM opracowanej przez Kalkera [10]. Mod -tor jest. '

(279)

(280) ? F

(281) '

(282) ' $ Zastosowany model pojazdu szynowego opisano szerzej w pracach [12,13]..

(283)

(284)

(285)

(286)

(287) …. 157. 4. $6*/* `61*/ <* `61*/3 6 .* WOZU DZIECI |?

(288)

(289) # ' ' ' ! !? .

(290)

(291) '

(292)

(293) iskie

(294) &$ ?

(295)

(296) posadowione , do analizy ?

(297) 20]. Wykorzystano rela

(298) '! !

(299) #&!

(300)

(301)

(302)

(303) w manekinach (osoby doro H2 i dziecka D) -

(304) #

(305) &$:

(306)

(307) 'sto

(308)

(309)

(310)

(311) '

(312) !

(313)

(314) da na obiekcie rzeczywistym (fizycznym)$

(315)

(316) '

(317) mowej moc#,&?

(318) F #? F#&&,

(319) '

(320) f,

(321) PSDodp do wymuszenia. PSDodp . H zz ( f ). 2. PSDodp ( f ) PSD wym ( f ). (1). Obliczone

(322)

(323) ?

(324) ' !

(325) $ Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono obliczone

(326)

(327) (D) w foteliku oraz dla porównania dla manekina osoby H2. Przebiegi te przed . W przypadku manekina dziecka w foteliku to: a) fotelik -

(328) #/ &! b)

(329) - fotelik (DT/Kf), c)

(330) - fotelik (DG/Kf), d)

(331) - #( P). W przypadku manekina H2 to: a) fotel -

(332) #/ &! b) tu ´- siedzisko (H2B/K), c) ´- siedzisko (H2G/K), d) ´- #´( &$

(333) tak wyznaczone y transmitancji, dokonano porównania komfortu

(334) ? (w foteliku) samochodem i pojazdem szynowym. R

(335) '

(336) !

(337)

(338)

(339)

(340)

(341) opisane szerzej w pracy [20]..

(342) 158. Ewa Kardas-@ ! 0 ! '

(343) . 10. Kf/P DT/Kf DG/Kf DG/P. 10. IHzzI [-]. IHzzI [-]. 8 6 4. 6 4 2. 2 0. K/P H2B/K H2G/K H2G/P. 8. 0. 0. 2. 4. 6. 8. 10 12 14 16 18 20. 0. 2. 4. Czestotliwosc Hz. Rys. 1$-

(344) – porównanie dla manekina dziecka (D) w foteliku. 6. 8. 10 12 14 16 18 20. Czestotliwosc [Hz]. Rys. 2$-

(345) – porównanie dla manekina H2. 5. METODA OCENY KOMFORTU JAZDY .)q. 4*&6 Z DRGANIAMI POJAZDU |

(346)

(347) . !

(348)

(349) ?$

(350) !

(351)

(352)

(353) ' " $

(354)

(355) 'ISO 2631-1:1985 [8]. Na podstawie otrzymanych.

(356)

(357) przyspieszenia skuteczne w pa

(358)

(359)

(360)

(361) '

(362)

(363)

(364) od 0,8 Hz do 80 Hz. W normie ISO 2631-1:1985 wyznaczone w ten sposób przyspieszenia skuteczne porównu '

(365) !

(366) ?

(367)

(368) ?

(369) '

(370) kowych pasm tercjowych. (

(371) ? ? analizowan

(372) : takie same dla przyspieszenia ? # a x ) i poprzecznego ( a y ) lecz inne dla przyspieszenia pionowego ( az ). Przyspieszenia skuteczne w pasmach tercjowych wyznacza ' ? '

(373)

(374) O Sax ( f ) , Say ( f ) lub. Saz ( f ) $

(375)

(376) a x;rms ( fi ) , a y ;rms ( fi ) , az;rms ( fi ) w pasmach tercjowych oblicz ' numerycznie za

(377) ?

(378) #&, gdzie indeks i numeruje kolejne pasma tercjowe ( fi 'fi / 2, fi 'fi / 2)

(379) '

(380)

(381)

(382) fi z zakresu od 0,´´

(383)

(384) 'fi 0.213 fi . § fi 'fi /2 aK ;rms ( fi ) ¨ ³ SaK ( f ') df ¨ f 'f /2 © i i. 1/2. · '¸ ¸ ¹. (K. x, y , z ). (2).

(385)

(386)

(387)

(388)

(389) …. 159. Symulacje numeryczne ruchu ?

(390) ?

(391) # a xb ) poprzecznych ( a yb ) i pionowych ( azb &

(392)

(393) t. Na podstawie tych przyspiesze

(394) ' ich '

(395)

(396) SaK b ( f ). ( K x, y , z ) w funkcji

(397) '

(398) f . ('

(399) '

(400) F '

(401) aK

(402) ? (dziecko),

(403)

(404)

(405)

(406) $ ?

(407)

(408)

(409) ! ' F az spieszenia pionowego

(410) ' czony sposób, jako. Saz ( f ) | H zz ( f ) |2 Sazb ( f ) , zgodnie ze wzorem (1).. 6. WYNIKI – ANALIZA KOMFORTU JAZDY W

(411) przypadku jazdy samochodem. , 3. Wraz z '

(412) '

(413) pionowych p skutecznych az;rms ( f )

(414) dziecka usadowionego w foteliku oraz '

(415) '

(416)

(417)

(418) $

(419) #(&

(420) #)),

(421) '

(422) '

(423) $

(424) (klasa B) '

(425) ´! '

(426) ´$

(427) '

(428) az;rms ( f ) ' ´. -? ?F!?

(429) az;rms ( f ) ''

(430) 140 km/h w porównaniu do

(431)

(432) dla '

(433) $Przyspieszenia

(434)

(435)

(436)

(437) '

(438) ? ´'

(439) > =

(440) '

(441) '

(442) ?´'

(443) $ W prz

(444) '

(445) ,8 do 10 Hz przekroczona jest granica komfortu, a dla '

(446) '

(447) ?

(448) ?

(449)

(450) ?

(451) 2-4 Hz. g

(452) $ W

(453) szynowego przedstawiono na rysunku 4. Wraz ze wzro'

(454) ' , podobnie jak dla jazdy samochodem,

(455) .

(456)

(457)

(458) az;rms ( f )

(459) i

(460) go w foteliku$|

(461) '

(462) ' '

(463) '

(464) , dla których te przyspieszenia ?

(465) $ Dotyczy to zarówno (DG) jak

(466) #)&, prz

(467) '

(468)

(469)

(470) '

(471) $ '

(472) ? zakres

(473) '

(474) wynosi od 1 do 20 Hz, '

(475) od 1 do 30 Hz. Maksymalne warto

(476) przyspieszenia skutecznego az;rms ( f ) ' od ´'

(477) od ´'

(478) ! h$|

(479) '

(480) az;rms ( f ) ' '

(481) .

(482) . (ZD.DUGDV&LQDO=ELJQLHZ/R]LD'DULXV]:LĊFNRZVNL. . ZLĊNV]H Z SRUyZQDQLX GR ZDUWRĞFL RWU]\PDQ\FK GOD SUĊGNRĞFL NPK 3U]\VSLHV]HQLD VNXWHF]QHQLHSU]HNUDF]DMąJUDQLF\NRPIRUWXGODFDáHJRUR]SDWU\ZDQHJR]DNUHVXF]ĊVWRWOL ZRĞFLGODSUĊGNRĞFLY LNPK'ODSUĊGNRĞFLLNPKJUDQLFDNRPIRUWX MHVWSU]HNURF]RQDGODF]ĊVWRWOLZRĞFLL+]'ODEDGDQHJR]DNUHVXSUĊGNRĞFLQLHMHVW SU]HNURF]RQD JUDQLFD XFLąĪOLZRĞFL L V]NRGOLZRĞFL Z FDá\P ]DNUHVLH F]ĊVWRWOLZRĞFL

(483) :QLRVNLWHVąVáXV]QHGODJáRZ\LWXáRZLDG]LHFND . . . .,$'*Y NPK .,$'7Y NPK JUDQLFDNRPIRUWX JUDQLFDXFLąĪOLZRĞFL JUDQLFDV]NRGOLZRĞFL. . . D]UPV>PV @. . D]UPV>PV @. . .,$'*Y NPK .,$'7Y NPK JUDQLFDNRPIRUWX JUDQLFDXFLąĪOLZRĞFL JUDQLFDV]NRGOLZRĞFL. . . . . . . . . . . . . . . . I>+]@. . .,$'*Y NPK .,$'7Y NPK JUDQLFDNRPIRUWX JUDQLFDXFLąĪOLZRĞFL JUDQLFDV]NRGOLZRĞFL. . . . . . .,$'*Y NPK .,$'7Y NPK JUDQLFDNRPIRUWX JUDQLFDXFLąĪOLZRĞFL JUDQLFDV]NRGOLZRĞFL. . D]UPV>PV @. . . . . D]UPV>PV @. . I>+]@. . . . . . . . . . . . . . . I>+]@. . . . . I>+]@. . .,$'*Y NPK .,$'7Y NPK JUDQLFDNRPIRUWX JUDQLFDXFLąĪOLZRĞFL JUDQLFDV]NRGOLZRĞFL. . D]UPV>PV @. . . . . . . . I>+]@. . 5\V3LRQRZHSU]\VSLHV]HQLDVNXWHF]QH a z UPV f

(484) JáRZ\G]LHFND '*

(485) RUD]WXáRZLDG]LHFND '7

(486) XVDGRZLRQHJRZIRWHOLNX]DPRQWRZDQ\PZVDPRFKRG]LHRVRERZ\PGODSUĊGNRĞFLMD]G\ v NPKv NPK v NPK v NPK v NPK'URJDNODV\%>@ *UDQLFHNRPIRUWXXFLąĪOLZRĞFLLV]NRGOLZRĞFL]D]QDF]RQR]JRGQLH]QRUPą,62>@. .

(487)

(488)

(489)

(490)

(491) …. 0.16. 0.16 wagon DG v=60 km/h wagon DT v=60 km/h granica komfortu. 0.14. wagon DG v=80 km/h wagon DT v=80 km/h granica komfortu. 0.14 0.12. 0.10. 0.10. 2. az,rms [m/s ]. 2. az,rms [m/s ]. 0.12. 0.08 0.06 0.04. 0.08 0.06 0.04 0.02. 0.02 0.00. 0.00. -0.02. -0.02 0. 10. 20. 30. 40. 50. 0. 60. 10. 20. 0.16. 40. 50. 60. 0.16 wagon DG v=100 km/h wagon DT v=100 km/h granica komfortu. 0.14 0.12. wagon DG v=120 km/h wagon DT v=120 km/h granica komfortu. 0.14 0.12. 0.10. 0.10. 2. az,rms [m/s ]. 2. 30. f [Hz]. f [Hz]. az,rms [m/s ]. 161. 0.08 0.06 0.04. 0.08 0.06 0.04. 0.02. 0.02. 0.00. 0.00. -0.02. -0.02 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 0. 10. 20. f [Hz]. 30. 40. 50. 60. f [Hz]. 0.16 wagon DG v=140 km/h wagon DT v=140 km/h granica komfortu. 0.14. 2. az,rms [m/s ]. 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 -0.02 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. f [Hz]. Rys. 4. Pionowe przyspieszenia skuteczne az;rms ( f )

(492) #(&

(493) (DT) usadowionego w foteliku zamontowanym w ? '

(494) O v = 60 km/h, v = 80 km/h, v = 100 km/h, v = 120 km/h, v = 140 km/h. (

(495) !

(496) ?

(497)

(498)

(499) %,-1 [8]..

(500) 162. Ewa Kardas-@ ! 0 ! '

(501) . 7. PODSUMOWANIE Wraz z '

(502) '

(503) pionowych p skutecznych az;rms ( f )

(504)

(505) usadowionego w foteliku w samochodzie oraz ? $ ' ?

(506) '

(507) ! dla których przyspieszenia skuteczne

(508) $Dotyczy to zarówno #(&

(509) #)&!

(510) nieznacznie '

(511) '

(512) $

(513)

(514) p skutecznych az;rms ( f ) '

(515) ?dla pojazdu szynowego. Granica komfortu jazdy

(516) '

(517) '

(518)

(519) ? dla pojazdu szynowego, natomiast granica

(520) ?

(521)

(522)

(523) $ Z F

(524) '

(525) '

(526) ËHz. Wyniki otrzymane w niniejszej pracy wskazuj!?e w tym zakresie

(527) '

(528) ' ?

(529) analizowanych , zarówno dla samochodu jak i wagonu kolejowego.. Bibliografia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.. 13.. 14. 15. 16.. Bosch. Automotive handbook. Robert Bosch GmbH. SAE International. 3rd–8th edition, 1993 - 2011. Bosch. Praca zbiorowa. C

(530) 6,$/£$ISBN 83-206-1365-5. Warszawa 2000. Chudzikiewicz A.: Elementy diagnostyki pojazdów szynowych. Wyd. Inst. Technologii Eksploatacji, Biblioteka Problemów Eksploatacji, Radom 2002. Dugoff H., Fancher P.S., Segel L.: An analysis of tire traction properties and their influence on vehicle dynamic performance. SAE Technical Paper 700377. Fancher P.S. Jr., Bareket Z.: Including roadway and tread factors in semi-empirical model of truck tyres. Supplement to Vehicle System Dynamics, Vol. 21 (1993), pp. 92-107. Giacomin J.: Absorbed power of small children, Clinical Biomechanics, Vol. 20 (2005), pp. 372-380. Gutowski R.: Mechanika analityczna. PWN. Warszawa 1971. ISO 2631–1: Mechanical vibration and shock. evaluation of human exposure to whole-body vibration. Part 1: General Requirements. International Organization for Standardization, 1985 i 1997. ISO/TC 108/253. Reporting vertical road surface irregularities. Generalised vertical road inputs to vehicles Kalker J.J.: A fast algorithm for the simplified theory of rolling contact. Vehicle System Dynamics 11, 1-3, 1982. / 6$! |$O )

(531) $ '

(532) samochodowych. /£$ $ Kardas-Cinal E., Lozia Z.:

(533)

(534)

(535) ?

(536) $0 $H!$ 0 – nauka, str. 17 ¶$

(537) @-1 (10 stron; str. 417-426). Kardas-Cinal E.: :

(538) '

(539) .

(540)

(541)

(542) $ Monografia. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport. Zeszyt 94. Warszawa 2013 r. Kik W.: MEDYNA, User Manual. ArgeCare 1997. Lozia Z.: Analiza ruchu samochodu dwuosiowego na tle modelowania jego dynamiki. Monografia. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport. Zeszyt 41. Warszawa 1998 r. Lozia Z.: Modele symulacyjne ruchu i dynamiki dwóch pojazdów uprzywilejowanych. Czasopismo Techniczne, zeszyt 8, rok 109. Mechanika, zeszyt 3-M/2012. Str. 19-34..

(543)

(544)

(545)

(546)

(547) …. 163. 17. G C ,

(548) $ ´ C$ ) – wyniki dz

(549) $ Notatka informacyjna. M

(550) ' . 18. ´ C- (C,!C,

(551) ,

(552)

(553) $%

(554)

(555) styczne. Transport drogowy w Polsce w latach 2010 i 2011. Warszawa 2013 r. ISSN 2083-4438. 19. C ) / $ G

(556) G / :

(557) stwa Kolejowego.

(558)

(559) G ) / , :

(560) G

(561) Kolejowego w 2012 roku. ! $ 20. '

(562) $O

(563)

(564)

(565)

(566)

(567)

(568) kach. Wydawnictwo Naukowe PIMOT, Warszawa 2013 r.. COMPARISON OF THE LEVEL OF SIMULATED VIBRATIONS ACTING ON A CHILD TRANSPORTED IN A ROAD CAR OR A RAILWAY VEHICLE Summary: The paper reports the results of the investigations on the ride comfort for a child transported in a safety seat mounted in a road car and a railway vehicle. It has been investigated how random irregularities of the surface on which the vehicle wheels move (the road or the railway track) affect the magnitude and the frequency characteristics of the vibrations to which is exposed the young passenger – a child transported in a standard safety seat located on a passenger seat in a road car or a railway vehicle. The applied research tools are the simulation vehicle dynamics models of road car and railway vehicle as well as the models of a passenger seat and a child safety seat which all have previously been used successfully in numerous research works by the present authors. The ISO 2631–1 standard has been applied to evaluate the ride comfort. The numerical simulations have been performed for several ride velocities. Keywords: vibrations, means of transport, child in safety seat.

(569)