közúti járművek szerkezeti felépítése
TRANSCRIPT
1
Közúti járművek szerkezeti felépítése
JKL rendszerek
2016. 09. 19.
Szabó Bálint
2
2
• Bevezetés
• Járműdinamika
• Gépjárművek hajtásrendszerei
• Gépjármű fékrendszerek
Közúti járművek szerkezeti felépítése
Tartalom
2016. 09. 19.
3
3
Jármű kategóriák a 1/1975. (II. 5.) KPM–BM együttes
rendelet és a 5/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendelet
szerint
Járművek alrendszerei
Bevezetés
2016. 09. 19.
4
4
2016. 09. 19.
Bevezetés
Járműkategóriák
5
5
• „Jármű: közúti szállító- vagy vontató eszköz, ideértve az önjáró vagy vontatott munkagépet is.”
– „Gépjármű: olyan jármű, amelyet beépített erőgép hajt. A mezőgazdasági vontató, a lassú jármű,
a segédmotoros kerékpár és a villamos azonban nem minősül gépjárműnek.”
• „Gépkocsi: olyan gépjármű, melynek négy vagy több kereke van; a négy kerekű
motorkerékpár azonban nem gépkocsi.”
– „Személygépkocsi: személyszállítás céljára készült olyan gépkocsi, amelyben - a
vezető ülését is beleértve - legfeljebb 9 állandó ülőhely van.”
– „Autóbusz: személyszállítás céljára készült, elektromos felsővezetékhez nem kötött
olyan gépkocsi, amelyben - a vezető ülését is beleértve - kilencnél több állandó ülőhely
van.”
– „Trolibusz: elektromos felsővezetékhez kötött gépkocsi.”
– „Vontató: pótkocsi vontatására készült, rakfelület nélküli gépkocsi.”
– „Tehergépkocsi: a személygépkocsit, az autóbuszt, a trolibuszt és a vontatót kivéve
minden gépkocsi.”
– „Pótkocsi: olyan jármű, amely gépjárművel, mezőgazdasági vontatóval vagy lassú járművel
történő vontatásra készült.”
2016. 09. 19.
Bevezetés
Járműkategória definíciók
Forrás: 1/1975. (II. 5.) KPM–BM együttes rendelet
6
6
A rendelet alkalmazásában a gépkocsik és a pótkocsik a következő járműkategóriák egyikébe sorolhatóak:
• M kategória: személygépkocsik, autóbuszok és trolibuszok
– M1 járműkategória: személygépkocsik,
– M2 járműkategória: legfeljebb 5 t megengedett legnagyobb össztömegű autóbuszok,
– M3 járműkategória: több, mint 5 t megengedett legnagyobb össztömegű autóbuszok és trolibuszok,
• N kategória: tehergépkocsik és vontatók
– N1 járműkategória: legfeljebb 3,5 t megengedett legnagyobb össztömegű tehergépkocsik és
vontatók,
– N2 járműkategória: több, mint 3,5 t, de legfeljebb 12 t megengedett legnagyobb össztömegű
tehergépkocsik és vontatók,
– N3 járműkategória: több, mint 12 t megengedett legnagyobb össztömegű tehergépkocsik és
vontatók,
• O kategória: pótkocsik
– O1 járműkategória: legfeljebb 0,75 t megengedett legnagyobb össztömegű pótkocsik,
– O2 járműkategória: több, mint 0,75 t, de legfeljebb 3,5 t megengedett legnagyobb össztömegű
pótkocsik (a félpótkocsit is ideértve),
– O3 járműkategória: több, mint 3,5 t, de legfeljebb 10 t megengedett legnagyobb össztömegű
pótkocsik (a félpótkocsit is ide értve),
– O4 járműkategória: több, mint 10 t megengedett legnagyobb össztömegű pótkocsik.
2016. 09. 19.
Bevezetés
Járműkategóriák
Forrás: 5/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendelet
7
7
Hajtásrendszer
Energiatárolók
Energia konverterek
Nyomaték szabályozók
Kerékhajtások
Fékrendszer
Fékvezérlők
Erőátviteli rendszer
Kerékfék szerkezetek
Futómű
Kerék
Felfüggesztés
Rugózási rendszer
Kormányrendszer
Kormánymű
Kormánytrapéz
Kocsitest
Alváz
Felépítmény
Burkolati elemek
Villamos rendszer
Energia tárolás
Generátor
Világító- és fényjelző
berendezések
Elektronikus vezérlő
rendszerek
Kommunikációs rendszerek
Fedélzeti elektronikus rendszerek
2016. 09. 19.
Szerkezeti felépítés
A személygépkocsik fő alrendszerei
8
8
Alapok: koordináta rendszerek, mozgásformák
Gumiabroncs
Gépjárművek hosszirányú dinamikája
Kerékátterhelődések
Kanyarodás
Rugózás
Járműdinamika
2016. 09. 19.
9
9
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Alapok: Koordináta-rendszerek
SAE koordináta rendszer
Gyakran alkalmazott
koordináta rendszer
10
10
• Transzlációs mozgások:
– x tengely menti: gyorsítás fékezés
– y tengely menti: oldalazás, oldalkúszás
– z tengely menti: rugózás, lengés
• Rotációs mozgások:
– x tengely körüli: dőlés, billenés
– y tengely körüli: bólintás
– z tengely körüli: legyezés
• A jármű mozgásának azonban vannak kényszerfeltételei:
– Szigorú kényszer: úttest
– Feltételes kényszer: kerekek gördülése
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Elemi mozgásformák
11
11
• Hosszirányú dinamika:
– Hajtás: x tengely menti elmozdulás, bólintás
– Fékezés: x tengely menti elmozdulás, bólintás
• Keresztirányú dinamika:
– Kanyarodás: x és y tengely menti elmozdulások, legyezés, dőlés
• Vertikális dinamika:
– Lengések: z tengely menti elmozdulás, bólintás
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Mozgásformák
12
12
• A jármű mozgását a kerék és a talaj között ébredő erőkkel tudjuk szabályozni.
Kerék-talaj kapcsolat részletes ismerete szükséges a jármű irányításához.
• Kerék és a talaj között ébredő erők:
– Hosszirányú erő
– Keresztirányú erő
– Visszatérítő nyomaték
– Normálerő
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Gumiabroncs - Erők
Fy
Fx Fz
Mz
Járműdinamika szempontjából a hossz- és
keresztirányú erők a lényegesek. Azonban ezek az erők
korlátozva vannak a tapadás függvényében.
Kétféle súrlódási tényezőt ismerünk:
μ0 - tiszta nyugvó súrlódás
μcs - tiszta csúszó súrlódás
A gördülő kerékre egyik sem, hanem az ún. φ - tapadási
tényező a jellemző. Csúszó súrlódás csak blokkoló
keréknél lép fel.
13
13
• A gumiabroncs tangenciális deformációja miatt a jármű
sebessége eltér a kerék kerületi sebességétől, amit az
ún. szlippel jellemzünk:
• ahol:
– s: kerékszlip
– vj: jármű sebessége
– r: gördülési sugár (nyomatékmentes)
– ω: kerék szögsebessége
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Gumiabroncs – Hosszirányú dinamika
𝑠 =𝑣𝑗 − 𝑟𝜔
𝑣𝑗
14
14
• Oldalerő hatására a gumiabroncs deformálódik a haladási irány valamint a
kerék középsíkja szöget zárnak be: ferdefutás
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Gumiabroncs – Keresztirányú dinamika
15
15
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Gumiabroncs – Tapadási kör
A maximális tapadást iránytól függetlenül egy körrel közelíthetjük:
• Munkapont a körön belül: stabil
• Munkapont a körön kívül: instabil
16
16
• A gépjármű tömegeloszlása
befolyásolhatja a gépjármű:
– dinamikáját,
– fékezési tulajdonságait,
– stabilitását,
– kormányozhatóságát,
– lengéskényelmét.
• A gépjármű súlypontjának helyzetét
három koordináta határozza meg:
– hosszirányú,
– keresztirányú koordináta és a
– súlypontmagasság
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Súlypont
𝑙1 =𝑍2𝐺𝑙
𝑙2 =𝑍1𝐺𝑙
𝐵𝑏 =𝑍𝑗𝐺𝐵
𝐵𝑗 =𝑍𝑏𝐺𝐵
17
17
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Hosszirányú dinamika – Hajtás
𝑚𝑎 = 𝐹 − 𝐺𝑥 − 𝐹𝑊 −
𝑖
𝐹𝑓𝑖
𝐹 =𝑀𝑚𝑜𝑡 ∙ 𝑘ö ∙ 𝜂𝑚𝑒𝑐ℎ
𝑟
𝐺𝑥 = 𝑚𝑔 sin 𝛼
𝐹𝑊 =1
2𝑐𝑤𝐴𝜌𝑣
2
Mozgásegyenlet:
Vonóerő:
Emelkedési ellenállás:
Légellenállás:
Gördülési ellenállás:
𝐹𝑓,𝑖 = 𝑓𝑍𝑖
18
18
• Gyorsítás, lassítás hatására
átterhelődés alakul ki az első és a
hátsó tengelyek között
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Dinamikus kerék-átterhelődések – hajtás
Z1st Z2stZ1din Z2din
ΣF=ma
mg
l1 l2
L
h𝑍1𝑠𝑡 =
𝑚𝑔
𝐿𝑙2
𝑍2𝑠𝑡 =𝑚𝑔
𝐿𝑙1
𝑍1𝑑𝑖𝑛 =𝑚𝑔
𝐿𝑙2 −
𝑚𝑎ℎ
𝐿
𝑍2𝑑𝑖𝑛 =𝑚𝑔
𝐿𝑙1 +
𝑚𝑎ℎ
𝐿
19
19
• A súlypont hosszirányú
helyzete és magassága
határozza meg, hogy mekkora
maximális gyorsulást lehet
elméletileg elérni adott
tapadási tényező esetén
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Elsőkerék kontra hátsókerék hajtás
𝑙2𝐿
20
20
• A csúszásmentes kanyarodás feltétele, hogy a
kerekek egy közös póluspontot határozzanak meg.
• A négykerekű jármű ugyanis a kanyarosdás
szempontjából kinematikailag túlhatározott, mind a
ívkülső, mind az ívbelső kerekek meghatároznak
egy-egy póluspontot
• a két első kereket nem azonos szögben kell
elkormányozni Ackermann geometria
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása - Kinematika
21
21
• A járművek irányítása a kerekek kocsitesthez viszonyított szöghelyzetének
megváltoztatásával lehetséges
• Négykerekű jármű esetén mely kerekeket célszerű kormányozni?
– Az Ackermann geometria teljesüléséhez mindenképpen egy tengelyhez
tartozó mindkét kereket kell elkormányozni, azaz nem lehet csak a jobb vagy
csak a bal kereket
– Háromféle kormányzás lehetséges:
• Elsőkerék kormányzás
• Hátsókerék kormányzás
• Összkerék kormányzás
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása - Kormányzás
22
22
• Elsőkerék kormányzás előnyei:
– Stabilabb
– Járdaszegély mellőli elindulás
• Hátsókerék kormányzás előnyei
– Targoncák, homlokrakodók esetén alkalmazzák, mert könnyebb ráfordulni a
rakományra
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása - Kormányzás
23
23
• Összkerék kormányzás előnye:
– Kisebb fordulási sugár
• Hátrányai:
– Két ellentétes koncepció szükséges a különböző sebességtartományokhoz:
• Nagy sebességeknél azonos első- és hátsókerék elfordulási irányok
• Kis sebességnél ellentétes kerék elfordulás
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása - Kormányzás
24
24
• Nagyobb sebességgel kanyarodó járműre centrifugális erő hat
• A centrifugális erő a kerekeken oldalerőként jelenik meg: ferdefutás alakul ki
• A ferdefutás következtében a jármű más íven fordul, mint amit a kerekek
állásszöge meghatározna oldalkúszás
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása – Állandó sugáron és sebességgel
25
25
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása – Állandó sugáron és sebességgel
26
26
2016. 09. 19.
Járműdinamika
Járművek kanyarodása – Állandó sugáron és sebességgel
• A járművek oldalkúszásából adódik a járművek
sajátkormányzása
• A sajátkormányzás abból adódik, hogy a hátsó és az
első kerekek ferdefutása eltérő lehet:
– Első kerek ferdefutása nagyobb:
alulkormányzottság
– Hátsó kerekek ferdefutása nagyobb:
túlkormányzottság
– Azonos ferdefutás: semleges kormányzás
Alulkormányzott
Semleges
Túlkormányzott