Když vozidlo jede po rovné silnici s úhlem náklonu, tah řízení způsobí, že řidič vyvine na volant konstantní točivý moment, což řidiči způsobí nepříjemný pocit z řízení. Tento článek navrhuje model tahu řízení a analýzu citlivosti tahu řízení. Aby bylo možné vyvinout model tahu za řízení, byly modelovány tažné síly na pneumatiky, jako jsou plysterové a kuželovité síly, boční síla způsobená úhlem skluzu, zvedací síly způsobené litím a čepem a odklonění. Systém řízení je také modelován, protože generované tažné síly jsou tlumeny, když jsou přenášeny přes systém řízení. Každá součást systému řízení, jako jsou spodní táhla karoserie, ozubená tyč s pastorkem, kardanový kloub a sloupek řízení se systémem elektrického posilovače řízení (EPS), je modelována a poté jsou integrovány do kompletního systému řízení. Nakonec je model tahu řízení vyvinut integrací modelu tažné síly s modelem systému řízení. Pro ověření se na základě modelu odhadne tah řízení vozidla a výsledky se porovnají s experimentálními výsledky. Pro ověřovací experimenty je použit systém měření tahu řízení pomocí globálního polohovacího systému (GPS) a jeho příslušenství. Porovnání výsledků ukázalo, že vyvinutý model tahu řízení poskytuje velmi přesné výsledky odhadu. Na základě modelu tahu řízení se analyzuje citlivost faktorů tahu řízení, jako je úhel záklonu, úhel otočného čepu, úhel odklonu, třecí síla hřebene a tuhost pružiny proti chrastění (ARS).
1. Úvod
Stabilita vozidel v přímém směru při vysokých rychlostech je pro výrobce automobilů velkým zájmem, protože vysoká stabilita v přímém směru činí řidiče pohodlným, což vede k vysoké spolehlivosti a loajalitě řidiče ke značce. Když řidič pustí volant vozidla na rovné silnici s úhlem náklonu, vozidlo se začne odchylovat od zamýšlené dráhy. Tato odchylka se nazývá ‚tah řízení‘, také známý jako ‚tah vozidla‘ nebo ‚drift řízení‘, a zvyšuje se, když se vozidlo pohybuje vpřed [1]. Řidič proto aplikuje korekční točivý moment řízení, aby udržoval jízdní kurz, což dává řidiči nepříjemný pocit z řízení a někdy může tah řízení vést k vážné nehodě, když je řidič za volantem rozptýlen. Z těchto důvodů je tah řízení klíčovým faktorem, který určuje stabilitu v přímém směru, a proto by měl být řízen výrobci automobilů. Je to také jeden z důležitých hodnotících faktorů v počátečním průzkumu kvality (IQS) společnosti J.D. Power [2].
Tah řízení při brzdění zkoumali vědci. Mirza a kol. prezentovali dynamické charakteristiky parametrů odpružení vozidla, které trpí tahem řízení při brzdění v přímém směru [3]. Pro analýzu dynamiky více těles model modeloval parametry předního a zadního zavěšení jako tuhé články spojené pružnými pouzdry, aby byl přístup k jejich účinku na vozidlo během brzdění. Klaps a Day studovali citlivost poddajnosti odpružení a korekce řízení na tah řízení související s brzděním a prezentovali experimentální výsledky z kinematických testů a testů poddajnosti (K&C) [4]. Rosa a kol. analyzovali vlivy na ovladatelnost v důsledku tolerancí komponent odpružení a montáže se zaměřením na tah řízení [5]. Příspěvek se zaměřil na příčiny a snížení tahu řízení v konkrétním případě vozidel s předním dvojitým lichoběžníkovým zavěšením a zadním pětiramenným zavěšením.
Výzkumníci také zkoumali zlepšení tahu řízení v systémech elektrického posilovače řízení (EPS). Vyvinuli řídicí strategie systémů EPS pro snížení tažné síly řízení. Kubota a kol. vyvinul nový algoritmus pro snížení tahání řízení v systému EPS [6]. Byla vyvinuta kompenzační metoda využívající korekční krouticí moment řízení pomocí motoru EPS a poté byla ověřena v provozních testech. Koyama a Matsunaga navrhli metodu řízení využívající systém EPS ke zlepšení manévrovatelnosti řízení a snížení tahu za volantem na vyježděných cestách [7]. Navrhovaná metoda detekuje velikost rušivého momentu způsobeného vyjetými kolejemi na vozovce a pouze když je detekován rušivý moment, systém EPS aplikuje kompenzační moment na systém řízení.
U parametrických studií tahu řízení se mnoho výzkumníků zaměřilo na tah řízení generovaný charakteristikami pneumatiky. Mundl a kol. studovali simulační proceduru zbytkového vyrovnávacího momentu řízení vrstev (PRAT) pomocí stacionárního modelu pneumatiky s metodou konečných prvků (FEM) kombinovaného s podrobným místním modelem dezénu FEM [8]. Simulované výsledky PRAT pro osm variant dezénu jsou porovnány s naměřenými hodnotami experimentálních pneumatik, aby se ukázala vysoká korelace. Lee studoval chování pneumatik a systému vozidla při přímočarém pohybu a identifikoval účinek pneumatik pomocí modelu vozidla se dvěma stupni volnosti [9]. Poté byly výsledky ověřeny pomocí terénních testů a simulací s modelem celého vozu.
Tento článek navrhuje kompletní model tahu řízení a citlivost faktorů tahu řízení na základě tohoto modelu. Pro vývoj modelu tahu řízení je také modelována tažná síla pneumatiky a systém řízení a je dosaženo integrace těchto modelů. V modelu tažné síly pneumatiky jsou zkoumány a matematicky modelovány faktory tažné síly pneumatiky, jako je úhel náklonu vozovky, plysteer a kuželovitost, úhly klínového čepu a kola a úhel odklonu. Poté je také modelován systém řízení, který se skládá ze spodních závěsů karoserie, ozubeného hřebenu a pastorku, kardanového kloubu a sloupku řízení. Nakonec je vyvinut kompletní model tahu řízení integrací modelu tažné síly pneumatiky a modelu systému řízení.
2. Tažná síla pneumatiky
Aby bylo možné předpovědět tah řízení vozidla, je třeba modelovat tažné síly pneumatik podle jízdních podmínek a geometrických charakteristik vozidla. V této studii jsou uvažovány vnější a vnitřní faktory, které ovlivňují tažnou sílu pneumatiky, a jsou vytvořeny teoretické přístupy k modelování těchto faktorů. Pro úplný model tažné síly řízení je tento model tažné síly pneumatiky integrován s modelem systému řízení v kapitole 3.
Tažná síla pneumatiky se skládá ze tří částí – tažná síla podle úhlu náklonu vozovky, charakteristiky pneumatiky a geometrie kol. Když vozidlo jede po nakloněné silnici, působí na pneumatiku tažná síla. Tato tažná síla je ovlivněna charakteristikami pneumatiky, jako je PRAT, zbytkový točivý moment kuželovitosti (CRAT) a boční síly. Spolu s charakteristikami pneumatiky je tažná síla ovlivněna také charakteristikami geometrie kol vozidla, jako jsou úhly odklonu, odklonu a rejdového čepu.
2.1. Silniční břehový úhel
Silnice má obecně náklon mezi 0.6 a 2.0 stupně, aby odváděla vodu a zabraňovala kalužím při dešti [4]. Tento úhel náklonu způsobuje tažnou sílu na vozidlo, která se projevuje ve formě dostředivé síly. Obrázek 1 ukazuje dostředivou sílu způsobenou úhlem náklonu silnice.
