3. fejezet - Futóművek általános feladatai, követelményrendszere
Vissza     Előre

3. fejezet - Futóművek általános feladatai, követelményrendszere

Tartalom
3.1. Erőhatások az út és a jármű között:
3.2. A kerekeket leszorító erő
3.3. Tapadási tényező
3.4. Lengéskényelem
3.5. A dinamikus tényező
3.6. Futóművek aktivitása, önszabályozása

A futóműveknek az alábbi funkciókat, illetve feladatokat kell ellátni:

3.1. Erőhatások az út és a jármű között:

A jármű kerekeire menet közben különböző erők hatnak. Ilyenek:

  • a jármű tömegéből adódó súlyerő (Gi)

  • a járműre ható légellenállásból adódó függőleges leszorító vagy felhajtó erő (FWZ)

  • a jármű lassításához, megállításához szükséges fékezőerő (FF)

  • a jármű haladásához, gyorsulásához szükséges vonóerő (F)

  • a jármú kanyarodásakor fellépő oldalerő (FS)

Ezek az erők a gumiabroncs érintkezési felületén koncentrálódnak és a gumiabroncs és az útfelület közti tapadási viszonyoktól függően adódnak át az útra (3.1. ábra). Ha a tapadásból adódó erők nagyobbak a jelentkező aktív erőknél, akkor a jármű fékezhető, gyorsítható, kormányozható, vagyis a jármű menetstabilitása megfelelő. Ellenkező esetben a kerekek megcsúsznak, blokkolnak, kipörögnek, vagyis a jármű elveszti stabilitását. Tehát a gumiabroncs és az útfelület közti tapadási erők természetes korlátai a jármű dinamikus mozgásának.

A tapadási erő meghatározható a kereket az útra szorító erő és a tapadási viszonyokat minősítő tényező ismeretében.

Kerék talppontjában ébredő erők.
3.1. ábra - Kerék talppontjában ébredő erők.


 

 

ahol:

 

Fz

– a kereket leszorító tényleges erő;
 

Fx

– a jármű menetirányába eső tapadási erő (itt hat F és FF);
 

Fy

– a jármű oldalirányába eső tapadási erő (itt lép fel Fs);
 

φx

– a hosszirányú tapadási tényező;
 

φy

– a keresztirányú tapadási tényező;
 

N

– a kerék talppontja.

3.2. A kerekeket leszorító erő

A látszólag egyszerű egyenlet a jármű dinamikus mozgása során igen bonyolulttá válik. A kereket az út felületéhez szorító erő állandóan változik a rugózás, a felépítmény billegő, bólintó mozgása, a menet és az oldalszél következtében fellépő átterhelődések miatt (3.2. ábra):

 

Fzi = Zsti ± ΔZR ± ΔZW ± ΔZ1 ±ΔZ2±ΔZ3 ± ΔZ4

  

ahol

 

Fzi

–az egy kerékre ható tényleges, dinamikus leszorító erő;
 

Zsti

– egy kerék statikus terhelése a jármű álló helyzetében;
 

ΔZR

– a kerék és a felépítmény rugózásaiból adódó kerékterhelés változás;
 

ΔZW

– a menet – és oldalszél hatására fellépő kerékterhelés változás;
 

ΔZ1

– a járműre ható oldalerő hatására bekövetkező kerékterhelés változás:
 

 
 

ΔZ2

– a felépítmény oldalbillenése következtében fellépő súlypont eltolódás (b) hatására fellépő kerékterhelés változás: (Gk-felépítmény súlyereje)
 

 
 

ΔZ3

– a fékezéskor vagy gyorsuláskor fellépő hosszirányú tehetetlenségi erő hatására bekövetkező kerékterhelés változás:
 

 
 

ΔZ4

– a felépítmény bólintó mozgása következtében fellépő súlypont eltolódás (a) hatására jelentkező kerékterhelés változás:
 

 

Az átterhelődések következtében a kereket az útfelülethez szorító erő nulla és akár ötszörös értékek között változhat.

Kereszt- és hosszirányú átterhelődések gépjárműveknél.
3.2. ábra - Kereszt- és hosszirányú átterhelődések gépjárműveknél.


3.3. Tapadási tényező

A tapadási tényező a gumiabroncs és az útfelület közötti tapadás minőségét fejezi ki. Nagysága nulla és egy közötti értékek között változik.  Így többek közt a gumiabroncs és az út közötti fajlagos csúszástól (slip), a gumiabroncs mintázatától, anyagától, légnyomásától, az útfelület érdességétől, hőmérsékletétől, szennyezettségétől, vizességétől függ. Járműdinamikai szempontból a slip alakulása alapvetően kihat a tapadási tényezőre.

A slip a kerék és az útfelület közötti csúszás mértékére utal.

Értelmezése:

  • fékezés esetén:

     

    		 

  • hajtás esetén:

     

    		 

ahol:

 

Vgk

– a gépkocsi haladási sebessége,
 

Vk

– a kerék kerületi sebessége.

A slip érték 0-1 között változik. Fékezéskor blokkolás esetén a kerék megáll, a jármű tovább halad, a slip értéke 1. Hajtáskor a kipörgő kerék esetén a slip értéke 1. A különböző blokkolás – vagy kipörgésgátló rendszerek éppen ezt a fajlagos sebességkülönbséget ellenőrzik és szabályozzák.

A korszerű járműdinamikai elméletek szerint a hosszirányú és a keresztirányú tapadási tényező eltérően változik a slip függvényében. A slip is tágabb értelmezést kap. Keresztirányú csúszás esetén is változik a hosszirányú tapadási tényező (3.3. ábra).

Hossz- és keresztirányú tapadási tényező és szlip kapcsolata.
3.3. ábra - Hossz- és keresztirányú tapadási tényező és szlip kapcsolata.


Ezzel az elmélettel megmagyarázható a jármű fékezhetőségének és gyorsíthatóságának csökkenése, amennyiben a hibás futóműgeometria vagy túl nagy oldalerő miatt a jármű kereke oldalirányba megcsúszik.

3.4. Lengéskényelem

A közúti járművek olyan úton haladnak, amelynek makroprofilja (függőleges vonalvezetése) és mikroprofilja (felületi egyenetlenségei) is véletlenszerű (sztochasztikus) függvény szerint változik. A futómű rugózási rendszerének kell gondoskodnia arról, hogy a mozgás közben az utasok és az áruk lengései megfelelő méretűek legyenek.  Ennek egzakt minősítésére szolgálnak a különböző lengéskényelmi mutatók.

Ezek közül a leggyakrabban használatosak:

  • Önlengésszám:

    Az álló és lengésbe kényszerített jármű percenkénti lengésszáma, melynek kedvező értéke 60 lengés/perc.

  • Saját frekvencia:

    A másodpercenkénti lengésszám, melynek kedvező értéke:

    f0=0,75-1,45 Hz.

  • A VDI 2057. számú ajánlás szerinti lengéskényelmi mutató:

    Ez a mutató már figyelembe veszi a lengés frekvenciája mellett a lengésgyorsulásokat és az emberi érzékenység különböző tartományait. A redukált mutató értéke 1-63 érték között változhat. A kényelmes érzet 1-20 értékek tartományába esik.

  • ISO 2631. számú szabvány szerinti lengéskényelmi mutató:

    Ez a legkorszerűbb, legösszetettebb és a legpontosabb lengéskényelmi mutató. Kiszámításához országúti lengésvizsgálatot és számítógépes frekvencia analízist kell végezni., ki kell számítani a redukált lengésgyorsulás szórás értékét. A kényelmes jármű ISO mutatója 0,1-0,3 m/s2 értékek közé esik.

3.5. A dinamikus tényező

A járműalkatrészek igénybevétele az álló helyzetben mért statikus terhelésen túl menet közben dinamikus többletterheléssel megnövekszik (3.4. ábra). A növekedés mértékét az ún. dinamikus tényező (d) fejezi ki.

Dinamikus igénybevétel az alkatrészek élettartama során.
3.4. ábra - Dinamikus igénybevétel az alkatrészek élettartama során.


 

 

ahol:

 

a

– a terhelő tömeg függőleges lengésgyorsulása (m/s2)
 

Fö

– az összes igénybevétel (N);
 

Fst

– statikus terhelés (N);
 

Fdin

– dinamikus többletterhelés (N);
 

m

– terhelő tömeg (kg);
 

g

– nehézségi gyorsulás (9,81 m/s2)

A dinamikus tényező értéke 2-3 között változik. Csökkenteni lehet megfelelő lengéscsillapítókkal, helyesen megválasztott gumiabroncsokkal, gumiperselyekkel (szilentblokkokkal).

3.6. Futóművek aktivitása, önszabályozása

A gépjárművek menetstabilitását a különböző futóműparaméterek megfelelő szabályozásával lehet növelni.

A szabályozás történhet:

  • számítógépes külső szabályozással;

  • önszabályozással (pl. intelligens futóművek).

A számítógépes külső szabályozós futóművek jelenleg még fejlesztés alatt állnak, szélesebb körű alkalmazásukat egyelőre műszaki, jogi és gazdasági problémák akadályozzák.

Az intelligens futóműveknél a megfelelő paraméterek szabályozása történhet:

  • elmozdulás szabályozással;

  • erőszabályozással;

  • integrált szabályozással.

Az önszabályozás megvalósítható különböző hosszirányú (R) és beépítési szögű (κ) lengő rudakkal, lengő karokkal és nagy térfogatú önbeálló gumiágyazásokkal (elasztométerekkel).

Az elmozdulás szabályozása:

Elmozdulás szabályozás geometriai alapjai.
3.5. ábra - Elmozdulás szabályozás geometriai alapjai.


Ahol:

 

 

Fő- és mellékmozgás összefüggése a kikötőrúd helyzetétől függően:

Fő és mellékmozgás összefüggése: z – főmozgás, y – mellékmozgás.
3.6. ábra - Fő és mellékmozgás összefüggése: z – főmozgás, y – mellékmozgás.


A főmozgás lehet például a tengelycsonkon lévő gömbcsukló függőleges elmozdulása (3.6. ábra), a mellékmozgás keresztirányú elmozdulása, amely a kerékdőlést vagy a kerékösszetartást változtatja meg.

Erőszabályozás

Erőszabályozás futóműveknél.
3.7. ábra - Erőszabályozás futóműveknél.


 

 

A tengelycsonk gömbcsuklójára ható erő deformálja a lengőrúdhoz kapcsolódó elasztométert (3.7. ábra), a gömbcsukló elmozdul, ami a kerékdőlést vagy kerékösszetartást változtatja.

Kettős elmozdulás szabályozás

A BMW gépkocsikhoz alkalmazott megoldás. A tengelycsonkhoz rögzített gömbcsukló R sugarú köríven tud elmozdulni, de a két rúdrész által bezárt szög változtatásával az R sugár is változtatható, így a gömbcsukló keresztirányú elmozdulása degresszív vagy progresszív pályán is történhet (3.8. ábra).

BMW kettős-csuklós elmozdulás szabályzás.
3.8. ábra - BMW kettős-csuklós elmozdulás szabályzás.


 

 

Integrált szabályozás

Első futómű integrált szabályozással.
3.9. ábra - Első futómű integrált szabályozással.


A kerékösszetartás a fékerő és a kormánymechanizmus elmozdulása hatására változik a menetstabilitás igényéből meghatározott célfüggvény szerint. A korszerű első futóműveknél arra törekednek, hogy fékezéskor az összetartás ne változzék vagy kissé a széttartás felé módosuljon (3.9. ábra).

Hátsó futómű integrált szabályozással.
3.10. ábra - Hátsó futómű integrált szabályozással.


A fékerő és a rudak elmozdulása együttesen alakítja ki a kerékösszetartás megfelelő értékét. A hátsó futóműveknél leggyakrabban a változás az összetartás irányába mutat (3.10. ábra).

Vissza     Előre
2. fejezet - Futómű rendszerek szerkezeti tagolása, leírása  Főoldal  4. fejezet - A futóművek jellemzői paraméterei