TOM 4 marzec-czerwiec 2000'r. S fa d tw t& U f nr 2-3
J ó z e f K n ap czy k * , O rla n G ansiniec*, K rz y sz to f J a k u b ia k * *
Wpływ zmian obciążenia koła ogumionego na opór toczenia
Zbadano wpływ dynamicznych zmian obciążenia koła ogumionego na opór toczenia. W zakresie prędkości od 120 km/h i wyższych w wyniku szybkiej zmiany obciążeń wystąpiło “falow anie” oporu toczenia. Zmiana oporu wynosiła do 57%.
Słowa kluczowe: opór toczenia, opona
The influence of tyre dynamie load on the rolling resistance
The influence o f rapid load changes on the rolling resistance were tested fo r five initial velocity ranges (80, 120, 160, 180, 220 km/h), the time profiles fo r the rolling resistance, the radial force and the pressure inside the tyre were recorded and evaluated. Fluctuations o f rolling resistance occur in the velocity range above 120 km/h, as a result of load change. This phenomenon is intensified with increased tyre velocity and decreased load.
Key words: rolling resistance, tyre
1. Wprowadzenie
Szybka zm iana obciążenia koła w pływa w spo
sób istotny na wielkość oporu toczenia. Zróżnicow a
nie sił oddziaływ ania jezdni na koła może wywołać chwilową utratę przyczepności i zakłócenie warunków stateczności pojazdu. Chw ilowa utrata przyczepności i bezpieczeństwa jazdy jest często ściśle związana ze zmianami dynam icznego obciążenia koła w yw ołany
mi np. przez nierówności drogi [1]. Zbadanie zjawisk występujących przy dynam icznym obciążaniu, jak też odciążaniu koła, pozw ala na jakościow ą ocenę kon
strukcji opony. R o zpoznanie zakresu i ch arakteru zmian wielkości oporu toczenia, wyw ołanych przez zmianę obciążenia zw łaszcza przy w yższych prędko
ściach jazdy, m oże być uw zględnione przy doborze param etrów układów sterujących w ielkościam i sił stycznych między kołem i jezdnią, np. ABS, ASR, ESP, a przez to przyczynić się do podniesienia poziomu bez
pieczeństwa.
2. Opis stanowiska pomiarowego
B adania koła ogum ionego prow adzono przy prędkościach 80,120,160,180 i 220km/h, na stanow i
sku badawczym firmy Hasbach (dane techniczne po
niżej), wyposażonym w dwie piasty pomiarowe, w tym pięcioparam etrow ą piastę Kistlera. Podczas badań re
jestrow ano opór toczenia, ciśnienie pow ietrza w e
wnątrz opony i siłę docisku jako funkcje czasu [2,3].
M aszyna bieżna posiada bęben o średnicy 2 m, który pozwala na rozw inięcie prędkości koła do 350 km/h przy m aksym alnym obciążeniu 15 kN. Sterow a
nie maszyny jest ręczne lub autom atyczne za pom ocą kom putera przem ysłow ego PC z oprogram owaniem firmy Kunze, pracującym w system ie W indows 3.0.
Za pom ocą pierwszej piasty pomiarowej m ożna prowadzić niezależne pomiary: prędkości, obciążenia, ciśnienia, tem peratury wewnątrz opony, kąta znosze
nia i kąta pochylenia oraz składow ych sił i m omentu oddziaływania bębna na koło.
* Instytut Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych Politechniki Krakowskiej
** Firma Oponiarska Dębica S.A
41
S ta d tw ie n if, nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
Natomiast za pom ocą piasty firmy Kistler wyko
nywane są pomiary składowych siły (Fx, Fy, Fz) i mo
mentu oddziaływania bębna na badane koło (Mx, Mz).
Tor pom iarow y piasty K istlera składa się z płyty pomiarowej z zainstalow anym system em piezoelek
trycznych czujników pom iarowych, 8-kanałowego su
m ującego w zm acniacza pom iarow ego typu K istler 5217, 8-kanałowego m ikroprocesorow ego urządzenia sterująco-kontrolnego typu K istler 9867A. Pom iar polega na analogow o-cyfrow ym przetwarzaniu uzy
skanych sygnałów z w ykorzystaniem 12 bitow ych przetw orników AC.
Sygnały analogow e, uzyskane na stanow isku pom iarow ym , o za
kresie 0-10 V lub ±10 V, dotyczą na
stępujących wielkości: obciążenia, ciśnienia, temperatury wewnętrznej z piasty pomiarowej oraz obciążenia, ciśnienia, kąta znoszenia, siły bocz
nej, temperatury wewnętrznej opony z piasty Kistlera. Równocześnie wy
konywany jest pomiar oporu tocze
nia przez cyfrowy pomiar momentu skręcającego pośredniczącego wałka napędowego [4].
3. Przebieg badań
nych prędkości wynosiła:
faza
1 - narastanie obciążenia od 461daN do 561 daN -70s, czas stabilizacji 200s,
2 - obniżanie obciążenia od 561 daN do 461 daN - 70s, czas stabilizacji 200s,
3 - obniżanie obciążenia od 461 daN do 361 daN - 70s, czas stabilizacji 200s
4 - narastanie obciążenia od 361 daN do 461 daN -70s, czas stabilizacji 200s.
Włączenie i wyłączenie hydrostatycznego obcią
żenia opony odbywało się przy pełnym otwarciu zaworów,
Przedm iotem badań była opo-
561
na Presto 205/60 R15 91H seria 466, Rys. 1. Zmiana obciążenia badanej opony i przebieg zmian oporu tocze- próba 196/96. Jest to radialna opo- nia przy prędkości 80 km/h; F - obciążenie, Fx - opór toczenia
na o nowoczesnej konstrukcji i du- ^ żym rozm iarze, na której podczas ba
dania łatwo m ożna zauw ażyć skutki zmian obciążenia. Obciążenie począt
kowe wynosiło 3/4 obciążenia m ak
symalnego opony Presto 205/60R15, czyli 461 daN. Jest to zalecane ob
ciążenie użytkowe. Każda faza obcią
żenia składa się z okresu zmiany i sta
bilizacji. Przebieg zm ian obciążenia opony i oporu toczenia rejestrow ano przy n a stę p u jąc y c h p ręd k o ściach : 80 km/h (rys. 1), 120 km /h (rys. 2), 160 km /h (rys. 3), 180 km /h (rys. 4), 220 km/h (rys. 5). W górnych czę
ściach rysunków przedstawiono prze- biegi obciążenia (skala w daN), a w
dolnej opór toczenia (skala w N). Rys. 2. Zmiana obciążenia badanej opony i przebieg zmian oporu toczę-
Z m iana o b ciążen ia dla bada- nia przy prędkości 120
42
TOM 4 marzec-czerwiec 2000 r. Stci& tM t& ity nr 2-3
Rys. 4. Zmiana obciążenia badanej opony i przebieg zmian vporu toczenia przy prędkości 180 km/h
Rys. 5. Zmiana obciążenia badanej opony i przebieg zmian oporu toczenia przy pręd
kości 220 km/h
43 Rys. 3. Zmiana obciążenia badanej opony i przebieg zmian oporu toczenia przy
prędkości 160 km/h
£C#At<y*K&iy nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
a charakter zmian obciążenia przebiegał według funkcji wy
kładniczej. W ten sposób osiągnięto powtarzalne przebiegi testu nawiązujące do podanych w pracy [5].
4. Wnioski
Opór toczenia zm ienia się wraz ze wzrostem lub zm niejszeniem obciążenia pionowego opony.
Przy prędkościach wyższych od 80 km/h zm ia
na obciążenia - jak w ynika z rys. 2, 3 oraz częściowo z rys. 4 - w czasie narastania obciążenia opór toczenia wzrasta i stabilizuje się.
Rozpatrując narastanie obciążenia przy prędko
ści v = 120 km /h (rys. 2) z 4610 N do 5610 N stwier
dza się, że częstotliwość falowania oporu toczenia przy zmianie obciążenia wynosi 0,18 Hz, a w okresie sta
bilizacji przy 5610 N wynosi 0,25 Hz. Obserwowane falowanie oporu toczenia nakłada się na drgania w iel
kości oporu toczenia w ynikające z konstrukcji opony, a zwłaszcza z rzeźby bieżnika (rys. 6).
stającego obciążenia zm niejsza się do 38 N. Dla pręd
kości 160 km /h częstotliw ość falow ania oporu tocze
nia i am plituda zmian nieco wzrasta w okresie nara
stania obciążenia.
Przebieg zmian oporu toczenia przy prędkości 180 km /h (rys. 4) przedstaw ia się inaczej, co jest skut
kiem znacznego wzrostu am plitudy zmian oporu to
czenia (osiągającej 80 N) oraz zdecydowanie zazna
czającej się dom inacji wpływu rzeźby bieżnika.
D la p ręd k o śc i 220 km /h (rys. 5) am p litu d a zm ian oporu to czen ia o siąg a n ajw iększe w artości.
Ś rednia w artość oporu to czen ia zm ienia się w raz z obciążen iem od 160 do 180 N, najm niejszem u o b
ciążen iu o d p o w iad a n a jw ię k sz a am p litu d a oporu toczenia 150 N.
Chw ilowe wartości oporu toczenia, wynikające przede wszystkim z konfiguracji klocków bieżnika, pow odują pow stanie zależnej od rzeźby opony am pli
tudy zm ian w artości oporu toczenia, zdecydow anie narastającej ze wzrostem prędkości.
Rys. 6. Opór toczenia w funkcji obciążenia i prędkości A m plituda zmian oporu toczenia w okresie na
rastania obciążenia osiąga 50 N i pod wpływem nara
5. Literatura
1. GipserM., HoferR., LugnerP: Dynamical Tyre Forces Response to Road Unevennesses. Vehicle System Dynamics, Suppl. 1997, 27, 94-108 2. Jackowski J., Prochowski L., Sulej S.: Badanie i modelowanie właściwości dynamicznych ogu
mienia. Międzynarodowe Sympozjum “Metody ba
dań i kontroli opon samochodowych ” Straszęcin 1993
3. Knapczyk J., Gansiniec O., Jakubiak K.: Ba
dania wpływu zmian kątów ustawienia kół i stanu obciążenia na opór toczenia. Sympozjum Poli-
^ techn. Poznańskiej, 1995
4. Mazurek J.: Badania opon na maszynie bieżnej firmy Hasbach w TC Dębica. Auto Technika Mo
toryzacyjna 1992
5. Van der Jagt P, Parsens A. W.: Road Surface Correction o f Tire Test Data.Vehicle System Dy
namics, 1996, 25, 147-165.
44
