Is the representation of transient states of tyres a matter of practical importance in the simulations of vehicle motion?

• Autorzy: Lozia Z.

Identyfikatory

DOI

10.14669/AM.VOL77.ART5

Warianty tytułu

PL

Czy opis stanów nieustalonych ogumienia w symulacji ruchu pojazdów ma znaczenie praktyczne?

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

There are quite few publications where the representation of transient states of tyres is taken into account in the examination of the motion of a vehicle as a whole by computer simulation. Most of the researchers who build models of motor vehicle dynamics leave this issue out of account, believing that it is related to the phenomena of little importance in both qualitative and quantitative terms, especially when self-excited vibration of wheels with pneumatic tyres is ignored. The objective of this publication is to present simulations of motor vehicle motion in the situation encountered during the training of drivers at Driver Improvement Centres. The author proves that the taking into account of the representation of transient states of the lateral force and aligning moment on vehicle tyres will strongly affect the calculation results. This is because of the excitation form, the time constants of which are comparable with the relaxation time of the tyres of the vehicle under test. The analysis results have been presented in both quantitative and qualitative form, i.e. in a table and as time histories of selected quantities, respectively. The data shown indicate considerable differences in the calculated effects of disturbance to rectilinear motion of a passenger car, when determined with ignoring the transient states of tyres, in comparison with the corresponding calculation results obtained with the transient states of tyres having been taken into account. The biggest differences in the absolute values recorded during the first second from the beginning of the disturbance to the motion of rear vehicle wheels were observed in yaw (heading) angle, lateral displacement of the centre of vehicle mass, and moment of forces on the steering wheel. The differences were so big (from 19 % to 26 %) that they changed the qualitative and quantitative assessment of vehicle behaviour. Thus, they highlighted the great impact that the representation of transient states of the lateral forces and aligning moments on vehicle tyres exerts on the results of the test being simulated.

PL

Niewiele jest prac, w których uwzględnia się opis stanów nieustalonych ogumienia w badaniach symulacyjnych ruchu całego pojazdu. Większość osób budujących modele dynamiki samochodów pomija ten opis, uznając, że dotyczy zjawisk mało istotnych z jakościowego i ilościowego punktu widzenia, zwłaszcza wtedy, gdy pomijane są drgania samowzbudne kół ogumionych. Celem niniejszej publikacji jest przedstawienie symulacji ruchu samochodu w sytuacji, która jest spotykana w trakcie treningów kierowców w Ośrodku Doskonalenia Techniki Jazdy. Autor udowadnia, że uwzględnienie opisu stanów nieustalonych siły bocznej i momentu stabilizującego ogumienia w bardzo istotny sposób wpływa na wyniki przeprowadzonych obliczeń. Wynika to z postaci wymuszenia, którego stałe czasowe są porównywalne z czasem nabiegania ogumienia badanego pojazdu. Autor przedstawia wyniki ilościowo w formie tabeli oraz jakościowo w postaci przebiegów czasowych wybranych wielkości. Wskazują one na istotne różnice między efektami zaburzenia ruchu prostoliniowego samochodu osobowego, dla przypadku nieuwzględniania stanów nieustalonych ogumienia, odniesionymi do wyników otrzymanych dla przypadku uwzględniania stanów nieustalonych ogumienia. Największe różnice modułów w trakcie pierwszej sekundy od wystąpienia zaburzenia ruchu kół osi tylnej, dotyczą kąta odchylenia (kąta kierunkowego), przemieszczenia poprzecznego środka masy pojazdu oraz momentu na kole kierownicy. Są one na tyle istotne (od 19 do 26%), że zmieniają jakościowo i ilościowo ocenę zachowania pojazdu. Wskazują, zatem, na duży wpływ opisu stanów nieustalonych sił bocznych i momentów stabilizujących kół jezdnych na wyniki symulowanego testu.

Słowa kluczowe

EN

wheel with a pneumatic tyre; tyre sideslip; transient state; relaxation; simulation

PL

koło ogumione; znoszenie boczne; stan nieustalony; relaksacja; symulacja

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 77, nr 3
• Strony: 63--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Lozia Z.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Transport, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] Arczyński S. Mechanika ruchu samochodu (Mechanics of motion of a motor vehicle). WNT. Warszawa 1993.
• [2] Dugoff H, Fancher P S, Segel L. An Analysis of Tire Traction Properties and their Influence on Vehicle Dynamic Performance. SAE Paper 700377.
• [3] Fancher P S JR, Bareket Z. Including Roadway and Tread Factors in Semi-empirical Model of Truck Tyres. Supplement to VSD. 1993 (21): 92-107.
• [4] Gutowski R. Mechanika analityczna (Analytic mechanics). PWN. Warszawa 1971.
• [5] Kamiński E, Pokorski J. Teoria samochodu. Dynamika zawieszeń i układów napędowych pojazdów samochodowych (Automobile theory. Dynamics of suspension systems and powertrains of motor vehicles). WKŁ. Warszawa 1983.
• [6] Lozia Z. Analiza ruchu samochodu dwuosiowego na tle modelowania jego dynamiki. Monografia (Analysis of biaxial car motion based upon dynamic models. A monograph). Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej – Transport. Warszawa 1998; 41.
• [7] Lozia Z. Ocena roli stanów nieustalonych ogumienia w badaniach dynamiki poprzecznej samochodu (Evaluation of the role of transient states of tyres in the research on lateral dynamics of the motor vehicle). Proceedings of the 7th International Symposium of the Institute of Motor Vehicles of the Military University of Technology “Improvement on Construction and Methods of Operation of Motor Vehicles”, Part II. Warszawa-Rynia 8 10 Dec. 1999: 358-366.
• [8] Lozia Z. Modele symulacyjne ruchu i dynamiki dwóch pojazdów uprzywilejowanych (Vehicle dynamics simulation models of two emergency vehicles). Czasopismo Techniczne. Mechanika / Technical Transactions. Mechanics. 2012 (109); 3-M: 19-34.
• [9] Lozia Z. Modelling and simulation of a disturbance to the motion of a motor vehicle entering a skid pad as used for tests at Driver Improvement Centres (Modelowanie i symulacja zakłócenia ruchu samochodu w trakcie wjazdu na płytę poślizgową stosowaną w ośrodkach doskonalenia techniki jazdy). The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji. 2015 (69); 3: 87-103 (in English) / 173-188 (in Polish).
• [10] Lozia Z. Simulation testing of two ways of disturbing the motion of a motor vehicle entering a skid pad as used for tests at Driver Improvement Centres (Symulacyjna ocena dwóch sposobów zakłócania ruchu samochodu w trakcie wjazdu na płytę poślizgową stosowaną w ośrodkach doskonalenia techniki jazdy). The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji. 2016 (72); 2: 111-125. Available from: http://dx.doi.org/10.14669/AM.VOL72.ART.6
• [11] Luty W. Analiza właściwości ogumienia samochodu ciężarowego w nieustalonym stanie znoszenia bocznego (Analysis of the properties of motor truck tyres in transient sideslip state). Zeszyty Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej. 2000; 3 (38).
• [12] Luty W. Analiza nabiegania ogumienia nowych konstrukcji podczas toczenia ze znoszeniem bocznym w quasi-statycznych warunkach ruchu. (Analysis of the relaxation of tyres of new construction when rolling with sideslip in quasi-static conditions of motion). In: Analiza wpływu ogumienia nowych konstrukcji na bezpieczeństwo samochodu w ruchu krzywoliniowym (Analysis of the influence of tyres of new construction on the motor vehicle safety in curvilinear motion). Military University of Technology. Warszawa 2009; ISBN978-83-61486-21-3; 19-26.
• [13] Luty W. Nieustalone stany znoszenia bocznego ogumienia kół jezdnych w symulacji ruchu krzywoliniowego pojazdu (Tire transient properties in simulation of vehicle lateral dynamics in curvilinear motion). Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej – Transport. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. 2013; 98: 357-367.
• [14] Luty W. Badania eksperymentalne ogumienia w nieustalonych warunkach znoszenia bocznego (Experimental research on tyres in transient sideslip conditions). The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji. 2014 (66); 4; 23-32 (in English) / 133-141 (in Polish).
• [15] Luty W. Influence of the tire relaxation on the simulation results of the vehicle lateral dynamics in aspect of the vehicle driving safety. Journal of Kones Powertrain and Transport. 2015 (22); 1.
• [16] Maryniak J. Dynamiczna teoria obiektów ruchomych (Dynamic theory of movable objects). Politechnika Warszawska. Prace Naukowe. Mechanika (Warsaw University of Technology. Scientific Works. Mechanics). WPW. 1976; 32.
• [17] Mitschke M. Teoria samochodu. Dynamika samochodu (Automobile theory. Dynamics of motor vehicles). WKŁ Warszawa 1977: 85-88.
• [18] Pacejka H B. Tire and vehicle dynamics. SAE 2002. SAE ISBN 0768011264.
• [19] Rill G. First order tire dynamics. 3rd European Conference on Computational Mechanics Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering C.A. Mota Soares et.al. (ed.) Lisbon, Portugal, 5-8 June 2006.
• [20] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 16 stycznia 2013 r. w sprawie doskonalenia techniki jazdy (Regulation of the Polish Minister of Transport, Construction and Maritime Economy of 16 January 2013 on the improving of driving techniques). Dz. U. of 18 Jan. 2013, item 91.
• [21] Schieschke R. The importance of tire dynamics in vehicle simulation. Paper presented at The Tire Society. 9th Annual Meeting and Conference on Tire Science and Technology. Akron, Ohio, USA. March 20-21, 1990.
• [22] Schieschke R, Hiemenz R. The relevance of tire dynamics in vehicle simulation. XXIII FISITA Congress, Torino, Italy. May 7-11, 1990.
• [23] Segel L. Force and moment response of pneumatic tires to lateral motion inputs. Transactions ASME. J. of Engineering for Industry. 1966; 88B.
• [24] Segel L, Wilson R. Requirements for describing the mechanics of tires used on single-track vehicles. Vehicle System Dynamics. 1975 (4); 2-3.
• [25] Uil R T. Non-lagging effect of motorcycle tyres. An experimental study with the Flat Plank Tyre Tester. Eindhoven University of Technology. Department of Mechanical Engineering. Dynamics and Control Technology Group. Report No. DCT 2006.046. Eindhoven, June 2006.
• [26] Vantsevich V, Gray J P. Relaxation length review and time constant analysis for agile tire dynamics control. Proceedings of the ASME 2015 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference. IDETC/CIE 2015, August 2-5, 2015, Boston, Massachusetts, USA. Conference Paper DOI: 10.1115/DETC2015-46798.
• [27] Von Schlippe B, Dietrich R. Zur Mechanik des Luftreifens Zentrale für Wissenschaftliches. Berichtswesen der Luftfahrtforschung. Berlin 1942.
• [28] Takahashi T, Pacejka H B. Cornering on uneven roads. Supplement to Vehicle System Dynamics., 1988 (17).
• [29] http://www.unimetal.pl/pl/diagnostyka/oferta/andere-gerate/plyta-dynamiczna/ (cited: 09 May 2015)

Uwagi

EN

The simulation model of motion of a passenger car, used for the calculations, was developed within project No. O ROB 0011 01/ID/11/1 Simulator of driving emergency service vehicles during typical and extreme actions, related to the construction of such a simulator by the ETC-PZL AI Company in Warsaw

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).