Printer Friendly

Impact of the road profile on vehicle deceleration/Isilginio kelio profilio itaka automobilio letejimo pagreiciui.

Ivadas

Siekiant uztikrinti saugu eisma keliuose isskirtini demesi transporto priemoniu gamintojai skiria stabdziu sistemai. Siuo tikslu idiegiamos stabdziu antiblokavimo, jegos paskirstymo, elementu nusidevejimo kontroles, stabdziu aktyvavimo pries galima avarine situacija ir kitos sistemos. Europos Sajungoje registruojamoms naujoms transporto priemonems taikomi Europos Tarybos direktyvos 71/320/EB reikalavimai. Si direktyva reglamentuoja atskiru kategoriju transporto priemoniu ir ju priekabu stabdziams bei ju tikrinimui keliamus reikalavimus, taip pat stabdziu sistemu ir ju tikrinimo reikalavimus.

Stabdymo efektyvumas tiesiogiai priklauso nuo vaziavimo greicio, taciau net ir esant tam paciam greiciui, bet skirtingoms kelio salygoms, stabdymo charakteristikos gali labai skirtis (Sokolovskij 2007). Taigi kelio itaka yra isorinis faktorius, darantis didele itaka stabdymo efektyvumui, ir nors gamintojai nuolatos tobulina stabdziu sistemas, taciau naturalus fizikos desniai nenustoja veike. Siekiant nuolatos gerinti eismo sauguma, butina visa demesi skirti ne tik automobiliui tobulinti, bet ir keliui ivertinti.

Kelio pavirsius, kuriuo rieda transporto priemones, skiriasi dangos tipu, siurkstumu ir geometriniais parametrais. Vienas is tokiu parametru, stipriai veikianciu stabdymo kelia, yra isilginiai vertikalus nelygumai. Reljefas vercia prie to pritaikyti transporto infrastruktura ir transporto priemoniu technologijas (Bureika 2008; Bogdevicius et al. 2004). Net ir technologiskai moderni keliu statybos technika daznai nepajegia zemes pavirsiaus pilnutinai pritaikyti saugiam judejimui. Net ir esant tokiai galimybei, investiciju kaina virsytu galimas finansines galimybes. Todel automobiliais daznai tenka vaziuoti tam tikromis ikalnemis ar nuokalnemis. Transporto priemoniu stabdziu efektyvumas yra tikrinamas ir esant kelio nuolydziui. Tokie tikrinimai atliekami visu klasiu automobiliams ir [O.sub.4] klases priekaboms. Tikrinama vaziuojant 30 km/h greiciu pakrauta transporto priemone, stabdant 6 proc. nuolydzio 6 kilometru kelio atkarpoje.

Keliuose pasitaikantys vertikalus nuolydziai (ikalnes ir nuokalnes) nera didele kliutis ir ja automobilis gali iveikti, taciau tai yra didesnio pavojaus zona, nes pablogeja matomumas ir keiciasi automobilio valdymo charakteristikos. Tiek isibegejimo, tiek stabdymo savybes ikalnese ir nuokalnese gerokai skiriasi, todel siekiant uztikrinti eismo sauguma yra ribojamas greitis.

Atliekant stabdymo tyrimus ilgose kelio atkarpose su nuolydziu, buvo nustatyta iki triju kartu didesnis avaringumas. Viena is pagrindiniu priezasciu yra labiau kais-tantys stabdziu darbiniai pavirsiai. Pasiekus 400-460[degrees]C temperatura standartiniu stabdziu efektyvumas sumazeja 20-25 proc., o esant dar didesnei temperaturai stabdymo jega nukrenta iki pavojingos ribos. Tyrimu rezultatais siekta atkreipti keliu projektuotoju demesi i kelio nuolydzio itaka eismo saugumui (Enhui et al. 2010).

Stabdymo efektyvumui didele itaka turi tiek sistemos darbiniu pavirsiu (stabdziu diskai, trinkeles) bukle, tiek hidraulines ar pneumatines sistemos tinkamas veikimas. Sistemos nesandarumas gali sukelti ne tik blogesni stabdyma, bet ir stabdymo netolyguma atsiradus nesandarumui viename is konturu, o tai komplikuoja automobilio valdomuma (Straky et al. 2002).

Tinkamas pradinio greicio nustatymas pagal stabdymo parametrus yra pagrindinis veiksnys tiriant eismo ivykius, todel kiekvienas toks veiksnys pagal reiksmingumo lygmeni yra svarbus ir turi buti ivertinamas kuo tiksliau (Nagurnas et al. 2007).

Problema

Ivairioje transporto priemoniu dinaminiu skaiciavimu literaturoje letejimo pagreiciui skaiciuoti daznai pateikiamos skirtingos formules--vertinami skirtingi parametrai ir procesai:

j' = j [+ or -] i x g, (1)

j" = g ([phi]/k cos [alpha] [+ or -] sin [alpha]), (2)

j"' = g (f cos [alpha] [+ or -] sin [alpha] + [P.sub.st]/m x g), (3)

cia: j--letejimo pagreitis, esant lygiam kelio pavirsiui, m/[s.sup.2], nustatytas atlikus bandomuosius stabdymus lygiame kelyje; vidutine reiksme j = 8,4 m/[s.sup.2]; j', j", j"'--letejimo pagreitis, gautas taikant skirtingas skaiciavimo metodikas; i--kelio nuolydzio rodiklis ikalnei su pliuso zenklu +, nuokalnei su minuso zenklu -; g--laisvojo kritimo pagreitis, g = 9,81 m/[s.sup.2]; [phi]--sukibimo koeficientas, kuris esant sausam, lygiam asfaltui [phi] = 0,85; k--stabdymo efektyvumo koeficientas, taikomas lengvajam automobiliui, kai stabdoma visais keturiais ratais, k = 1; [alpha] kelio nuolydis laipsniais; f--riedejimo varzos koeficientas, taikomas lengvajam automobiliui ant sauso asfalto stabdymo metu f = 0,01; m automobilio bendroji mase, kg; [P.sub.st]--automobilio stabdymo jega, susidedanti is atskiroms automobilio asims tenkanciu stabdymo jegu (Wong 2001), kuri apskaiciuojama papildomai vertinant automobilio geometrinius parametrus:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], (4)

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], (5)

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], (6)

cia [MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]--priekines automobilio asies ratu stabdymo jega, N; [MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]--uzpakalines automobilio asies ratu stabdymo jega, N; h--automobilio svorio centro aukstis, m; l--automobilio baze (atstumas tarp asiu), m.

Vertinant kelio profilio itaka stabdymo efektyvumui svarbu isskirti automobilio priekines ir uzpakalines asiu stabdymo jegas. Siuo atveju reiksminga funkcija atlieka automobilio stabdymo jegu reguliatorius.

Atlikus palyginamuosius skaiciavimus (1-3) formulemis, didejant kelio nuolydziui gautas skirtumas pavaizduotas 1 paveiksle. (1) formule apskaiciuojamas didziausias galimas letejimo pagreitis ivertinant kelio nuolydi. (3) formule--tai isplestine antrosios forma papildomai dar ivertinant priekinei ir galinei automobilio asims tenkancias stabdymo jegas kelyje su nuolydziu, kai ivyksta didesnis apkrovu persiskirstymas asims (1 pav.). Tokiu atveju ratu sukibimas su kelio danga yra ne visai isnaudojamas ir realieji stabdymo proceso parametrai skiriasi nuo teoriskai apskaiciuotu.

Visomis trimis formulemis gauti rezultatai kinta tiesiskai, taciau reiksmes skiriasi, o esant didesniam kelio nuolydzio kampui, gaunamos trys skirtingos reiksmes. Siekiant nustatyti tikraja letejimo pagreicio charakteristika kintant kelio nuolydziui, buvo atliktas tyrimas.

[FIGURE 1 OMITTED]

Eksperimentinio tyrimo metodika

Tyrimai buvo atliekami dviem techniskai tvarkingais lengvaisiais automobiliais: "Toyota Avensis" ir "Toyota Prius". Abiejuose automobiliuose imontuota stabdziu antibloka-vimo sistema (ABS). Stabdyti pasirinktos dvi skirtingo isilginio nuolydzio neintensyvaus eismo kelio atkarpos uzmiestyje. Kelio nuolydis keleta kartu per kelio ploti stabdymo zonoje matuotas gulsciuku. Gulsciukas buvo laikomas tiksliai horizontalioje padetyje, viena jo gala padejus ant kelio pavirsiaus, o kitu matuojant atstuma iki kelio pavirsiaus. Zinant gulsciuko ilgi is gauto stataus trikampio pagal trigonometrine funkcija apskaiciuotas nuolydzio kampas. Pirmosios kelio atkarpos gautas nuolydis yra 4,77 proc. (2,73[degrees]), antrosios--7,82 proc. (4,47[degrees]).

Bandymu metu stabdymo parametrams fiksuoti buvo naudojamas pagreiciu matavimo prietaisas "XL Meter Pro". Jis tvirtinamas automobilio salone prie priekinio stiklo, kaip parodyta 2 paveiksle. Kiekviena karta pritvirtintas ir ijungtas prietaisas automatiskai susikalibruoja. Pries bandymus prietaise pakeiciami nustatymai: parenkamas stabdymo rezimas, nustatomas matavimams pakankamas 50 Hz daznis.

Stabdymo metu prietaisu "XL Meter Pro" registruojami sie parametrai:

1. vaziavimo greitis pries stabdyma, km/h;

2. letejimo pagreitis stabdymo metu, m/[s.sup.2];

3. stabdymo laikas, s;

4. stabdymo kelias, m.

Pagrindinis parametras, pagal kuri vertinta kelio nuolydzio itaka stabdymo keliui, buvo letejimo pagreitis.

Stabdymai buvo atliekami isibegejus iki 50 km/h ir staiga nuspaudziant stabdziu pedala. Kad kiekvieno stabdymo metu stabdzio pedalas butu spaudziamas tokia pat jega, ant pedalo buvo pritvirtintas jutiklis. Jutikliu uzfiksuota 300 N pedalo paspaudimo jega kiekvieno stabdymo metu svyravo ne daugiau kaip 10 N. Gauti stabdymo rezultatai po kiekvieno bandymo buvo registruojami ir analogiska tvarka kartojami. Vienu tyrimo etapu buvo atliekama po desimt stabdymu vaziuojant ikalneje ir nuokalneje, po to tas pats kartojama kitu automobiliu. Veliau bandymas kartojamas ir kitoje kelio atkarpoje. Kas penkis stabdymo bandymus buvo daroma pertraukele, nes kaistantys stabdziu darbiniai pavirsiai gali neigiamai paveikti matavimu rezultatus. Visu bandymu metu kelio danga buvo sausas lygus asfaltas, aplinkos oro temperatura--15-20[degrees]C.

[FIGURE 2 OMITTED]

Eksperimentiniu tyrimu rezultatai

Atlikus tyrimus abiem automobiliais mazesneje ir didesneje kelio nuokalneje is viso buvo gauta 80-ties stabdymu rezultatai. Rezultatai suvesti, sugrupuoti ir pagal atitinkama kelio profili (1 lentele) apskaiciuotos letejimo pagreicio vidutines reiksmes.

Kaip matyti is gautu rezultatu, letejimo pagreitis vaziuojant ikalne (teigiamas kelio nuolydis) yra didesnis uz pagreiti nuokalneje (neigiamas kelio nuolydis). Didziausios ir maziausios letejimo pagreicio reiksmes gautos stabdant kelyje su didesniu nuolydziu (7,82 proc.).

Taigi pagal atlikto tyrimo rezultatus pastebima, kad letejimo pagreiciui kelio nuolydzio dydis gerokai didesne itaka turi stabdant nuokalneje. Nuokalneje, kai kelio nuolydis kinta nuo 2,73 iki 4,47 laipsnio, pagal 1 lenteleje pateiktus rezultatus apskaiciuotas letejimo pagreicio skirtumas yra 9,44%, o stabdant ikalneje, esant tokiam paciam nuolydzio kitimui, letejimo pagreicio skirtumas yra tik 2,39%. Taigi padidejus nuokalnei letejimo pagreitis labiau sumazeja, o tai padidina eismo ivykio tikimybe nuokalneje, nes padideja stabdymo kelias. Vaziuojant ikalneje letejimo pagreitis padideja, todel eismo saugumui neigiamo poveikio tai nesukelia.

Priekiniai automobilio ratai stabdymo metu apkraunami daugiau, o nuokalneje reakcijos priekinei asiai dar padideja (3 pav.). Ta sukelia persislenkancios mases del inercijos jegos, ikalnes varza, pakabos standumas (Jazar 2008).

[FIGURE 3 OMITTED]

Pasikeitus asiu apkrovai, pasikeicia ir automobilio valdomumas (Law et al. 2004). Tai patvirtina atliktas tyrimas stabdant ikalneje ir nuokalneje, o didesni letejimo pagreiti ikalneje lemia ikalnes varza, kuri yra priesingos krypties nei inercijos jega.

Automobiliu stabdziu sistema yra pritaikyta svoriui persislinkti i priekine dali stabdymo metu--priekines asies stabdymo efektyvumas yra didesnis. Lengvuosiuose automobiliuose montuojami diskiniai stabdziai (daznai priekiniu ratu diskai yra didesnio skersmens, geriau ausinami), irengiami stabdymo jegos reguliatoriai. Siuolaikiniuose automobiliuose montuojamos elektronines sistemos, kontroliuoj ancios, kad ratas neuzsiblokuotu ir stabdym o jegos butu optimaliai paskirstytos priklausomai nuo kiekvieno rato sukibimo.

4 paveiksle pavaizduota teoriniu ir eksperimentiniu letejimo pagreicio reiksmiu nesutapimai. Eksperimentiskai gautos kreives (4 paveiksle--juoda stora linija) parodo charakteristika pagal tris taskus, taciau to pakanka nesutapimams ir tendencijoms ivertinti, nes letejimo pagreitis, uzfiksuotas, esant 4,47[degrees] isilginiam kelio nelygumui, ikalneje ir nuokalneje gerokai skiriasi. Charakteristikos prognozavima rodo punktyrais pratestos kreives.

Eksperimentiskai gauta letejimo charakteristika kelio nuokalnei, priklausomai nuo nuolydzio kampo, kinta pagal priklausomybe:

[J.sub.nuok.]([alpha]) = 0.021 [[alpha].sup.3] + 0,064 [[alpha].sup.2] - 0,0739[alpha] + 8,4. (7)

Letejimo charakteristika kelio ikalnei kinta pagal priklausomybe;

[j.sub.jk.]([alpha]) = 0,0122 [[alpha].sup.2] + 0,0325 [alpha] + 8,4. (8)

Sios priklausomybes apraso bandymais gautus budingus taskus aproksimuojancia kreive. Tai polinomine funkcija f(x) = [summation][a.sub.i][x.sup.i], kai i kinta nuo 0 iki n. Priklausomybes buvo gautos pagal eksperimentais nustatytus taskus (4 pav.), sudarius ir issprendus lygciu sistemas.

[FIGURE 4 OMITTED]

Bandymais nustatyta, kad didejant kelio nuokalnei letejimo pagreitis kinta eksponentiskai. Esant nedideliam nuolydziui letejimo pagreitis mazeja leciau nei pagal teorinius skaiciavimus, o kai kelio nuolydis didesnis kaip 3 laipsniai, pagreitis sparciai mazeja ir virsijus 4 laipsniu nuolydi letejimo pagreitis yra mazesnis, nei teoriskai apskaiciuotas. Kelyje su ikalne bandymu metu gautas letejimo pagreitis nesiekia teoriniu reiksmiu. Taigi atliekant dinaminius skaiciavimus, kur yra kelio nuolydis, butina papildomai ivertinti letejimo pagreicio dydzius, nes galimas nesutapimas su teoriskai apskaiciuotais dydziais. Siekiant pagerinti eismo sauguma keliuose, kuriuose yra isilginis profilio nuolydis, butina taikyti greicio ribojimo priemones.

Isvados

1. Atlikus letejimo pagreicio skaiciavimo skirtingomis formulemis analize nustatyta, kad didejant kelio nuolydziui teorinis letejimo pagreitis kinta tiesiskai. Pagal skirtingas skaiciavimo metodikas gaunami iki 1,6 proc. rezultatu skirtumai. Didejant kelio nuolydziui iki 5-6 laipsniu, rezultatai skiriasi labiau, nei esant maziems kelio profilio nuolydziams.

2. Didesnis letejimo pagreicio lyginant su teoriskai gautu neatitikimas nustatytas kelio nuokalnese. Didejant kelio nuolydziui letejimo pagreitis mazeja sparciau: kelio nuolydziui keiciantis nuo 2,73[degrees] iki 4,47[degrees] nuokalneje nustatytas letejimo pagreicio pokytis yra 9,44 proc, o ikalneje--2,39 proc. Taigi, pagal apibendrintus rezultatus galima teigti, kad eismo saugumui del sparciau mazejancio stabdymo efektyvumo didesni pavoju kelia zemejancios nuokalnes.

3. Pagal atlikto eksperimento rezultatus nustatytos skirtinos letejimo charakteristikos kelio ikalneje ir nuokalneje leis tiksliau ivertinti automobilio stabdyma atliekant eismo ivykiu ekspertizes, pades nustatant eismo reguliavimo priemoniu veikima.

doi: 10.3846/mla.2012.65

Literatura

Bogdevicius, M.; Prentkovskis, O.; Vladimirov, O. 2004. Engineering solutions of traffic safety problems of road transport, Transport 19(1): 43-50.

Bureika, G. 2008. A mathematical model of train continuous motion uphill, Transport 23(2): 135-137. http://dx.doi.org/10.3846/16484142.2008.23.135-137

Council Directive 71/320/EEC of 26 July 1971 on the approximation of the laws of the Member States relating to the braking devices of certain categories of motor vehicles and of their trailers.

Enhui, X.; Yan, F.; Rui, W. 2010. Road Safety Analysis of Long Downgrade Highway Based on the Property of Vehicle Brakes Heat-Resistant, in International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, 258-261.

Jazar, N. R. 2008. Vehicle Dynamics: Theory and Application. New York: Springer. 1015 p. http://dx.doi.org/10.1007/978-0-38774244-1

Law, S. S.; Bu, J. Q.; Zhu, X. Q.; Chan, S. L. 2004. Vehicle axle loads indentification using finite element method, Engineering Structures 26: 1143-1153. http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2004.03.017

Nagurnas, S.; Mitunevicius, V.; Unarski, J.; Wach, W. 2007. Evaluation of veracity of car braking parameters used for the anglysis of road accidents, Transport 22(4): 307-311.

Sokolovskij, E. 2007. Automobile braking and traction characteristics on the different road surfaces, Transport 22(4): 275-278.

Straky, H.; Kochem, M.; Schmitt, J.; Isermann, R. 2002. Influences of braking system faults on vehicle dynamics, Control Engineering Practice 11(2003): 337-343. http://dx.doi.org/10.1016/S09670661(02)00301-5

Wong, J. Y. 2001. Theory of Ground Vehicles. New York: John Wiley & Sons. 528 p.

Vidas Zuraulis

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastas vidas.zuraulis@vgtu.lt
Table 1. Investigation into deceleration values

1 lentele. Tyrimo metu gautos letejimo pagreicio reiksmes

Nuolydis\                 Letejimo pagreitis,
Automobilis               m/[s.sup.2] ikalneje

                     4,77 proc.         7,82 proc.
                  (2,73[degrees])    (4,47[degrees])

Toyota Avensis          8,6                8,8
Toyota Prius            8,55               8,77
Vidurkis:               8,58               8,79

                           Letejimo pagreitis,
                          m/[s.sup.2] nuokalneje

                     4,77 proc.        7,82 proc.
                  (2,73[degrees])    (4,47[degrees])

Toyota Avensis          8,29               7,56
Toyota Prius            8,23               7,40
Vidurkis:               8,26               7,48
COPYRIGHT 2012 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2012 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Transport Engineering/Transportas
Author:Zuraulis, Vidas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Aug 1, 2012
Words:2135
Previous Article:Application of computer program CarSim for modelling single and double lane change manoeuvres/Taikomosios programos "CarSim" pritaikymas,...
Next Article:Error analysis of INS arranged in ArduPilot mega/"ArduPilot mega" autopiloto inercinio navigacijos irenginio paklaidu analize.
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2019 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters