Innovative method of experimental identification of the deformation of vehicle tyres Part 2: Novel transducer for measuring three vehicle tyre deformation components

• Autorzy: Dzudziński P. , Chołodowski J.

Warianty tytułu

PL

Innowacyjna metoda identyfikacji eksperymentalnej deformacji opon pojazdów Część 2: Nowatorski przetwornik do pomiaru 3 składowych deformacji opon pojazdów

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The state of the art in the field of transducers and tyre deformation measurement methods tells of the high importance of this issue. The “tyre deformation” may be analysed from the point of view of both the global deformation of the tyre structure and the local deformation of single tread lugs. So far, there is no all-purpose transducer that would be capable of identifying simultaneously all the tyre deformation components that would be interesting for researchers in all the above aspects. If it is considered sufficient to define the tyre deformation by the value of displacement of a selected tyre point in relation to the wheel rim, then the deformation can be measured with the use of a device built in accordance with the original concept presented in this article, i.e. a mechanical contacting transducer. The transducer is intended to measure the tyre deformation by separately determining the three principal (tangential, lateral, and radial in relation to the wheel disc) deformation components, which are to be recorded at the same time. The article presents a general mathematical model of the device, with highlighting the diversity of methods of describing the model in a formal way and illustrating them by possible examples. Illustrative different paths of implementing the concept of the device have been shown as well. A measuring device built in accordance with the idea may constitute a tool for identifying the mechanical tyre characteristics, which might be then used inter alia as input data at simulation research on vehicles, e.g. for modelling the vehicle body vibrations or for analysing the energy absorption at vehicle motion.

PL

Stan techniki w dziedzinie przetworników i metod pomiaru deformacji ogumienia wskazuje na szerokie znaczenie rozpatrywanego zagadnienia. Pod pojęciem tym rozpatrywać można zarówno globalną deformację struktury opony, jak i lokalne odkształcenie pojedynczych lamelek bieżnika. Brak jest przetwornika uniwersalnego, zdolnego do jednoczesnej identyfikacji wszystkich interesujących badaczy składowych deformacji opony w podanych wyżej aspektach. Definiując deformację ogumienia jako wartość przemieszczenia wybranego punktu opony względem obręczy koła, jej pomiar jest możliwy z pomocą urządzenia w myśl przedstawionej w niniejszym artykule autorskiej koncepcji mechanicznego przetwornika dotykowego. Przetwornik przeznaczony jest do pomiaru deformacji opony z podziałem na trzy rejestrowane jednocześnie składowe w kierunkach: stycznym, poprzecznym i promieniowym do tarczy koła jezdnego. W artykule przedstawiono opracowany ogólny model matematyczny urządzenia, wskazano na różnorodność sposobów formalnego opisu tego modelu, podając przy tym możliwe przykłady. Zaprezentowano także przykłady ścieżek realizacji koncepcji urządzenia. Urządzenie pomiarowe w myśl idei stanowić może narzędzie do identyfikacji parametrów mechanicznych ogumienia stanowiących m.in. dane wejściowe w badaniach symulacyjnych pojazdów, np. modelowaniu drgań ich nadwozi, czy energochłonności ruchu.

Słowa kluczowe

EN

tire deformation; measurement of tire deformation components; radial/lateral/tangential component of tire deformation; multiple-sensor 3D tire deformation transducer

PL

deformacja opon; pomiar składowych deformacji opony; składowa promieniowa/poprzeczna/styczna deformacji opony; mechaniczny dotykowy przetwornik deformacji opony

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Przemysłowego Instytutu Motoryzacji
• Czasopismo: Archiwum Motoryzacji
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 69, no. 3
• Strony: 3--18, 121--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dzudziński P.

• Wrocław University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Chair of Construction Machinery and Industrial Vehicles Engineering, bud. B-5 ul. Łukasiewicza 7/9, 50-370 Wrocław

autor

Chołodowski J.

• Wrocław University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Chair of Construction Machinery and Industrial Vehicles Engineering, bud. B-5 ul. Łukasiewicza 7/9, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] Adiprawita, W., Ahmad, A.s. and Sembiring, J.: Development of AHRS (Attitude and Heading Reference System) for Autonomous UAV (Unmanned Aerial Vehicle). International Conference on Electrical Engineering and Informatics, Bandung, Indonesia, 17 – 19 June 2007. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2007, pp. 714 - 717.
• [2] Andrzejewski, R.: Dynamika pneumatycznego koła jezdnego. WNT. Warszawa 2010.
• [3] Bekir, E.: Introduction to Modern Navigation Systems. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Singapore 2007.
• [4] Chołodowski, J.: Opracowanie metody pomiaru deformacji opony w procesie jej interakcji z dowolnym podłożem, praca dyplomowa inżynierska, promotor: prof. dr hab. inż. Piotr Dudziński, prof. zw. PWr. Politechnika Wrocławska. Wrocław 2013.
• [5] Chołodowski, J.: Projekt przetwornika nowej generacji do pomiaru deformacji opony, praca dyplomowa magisterska, promotor: prof. dr hab. inż. Piotr Dudziński, prof. zw. PWr. Politechnika Wrocławska. Wrocław 2014.
• [6] Diebel, J.: Representing Attitude: Euler Angles, Unit Quaternions, and Rotation Vectors, Stanford University, Stanford 2006.
• [7] Dudziński, P., Chołodowski, J.: Czujnik do pomiaru przemieszczeń, zwłaszcza elementów ogumienia względem obręczy koła jezdnego, zgłoszenie patentowe: P.409800. Warszawa 2014.
• [8] Dudziński, P., Chołodowski, J.: Czujnik do pomiaru przemieszczeń, zwłaszcza elementów ogumienia względem obręczy koła jezdnego, zgłoszenie patentowe: P.409801. Warszawa 2014.
• [9] Chołodowski, J., Dudziński,P.: Innowacyjna metoda identyfikacji eksperymentalnej deformacji opon pojazdów. Część 1: Systematyka metod pomiaru deformacji opon. Archiwum Motoryzacji, vol. 67, 1/2015.
• [10] Farrell, J.A.: Aided navigation, GPS with High Rate Sensors. The McGraw-Hill Companies. USA 2008, Appendix D, pp. 501 - 513.
• [11] Fresk, E.: Quaternion based Extended Kalman Filter as an Attitude and Heading Reference System. Lulea University of Technology. Luela, Szwecja 2012.
• [12] GREEN, R.W.: A Non-contact Method for Sensing Tire Contact Patch Deformation Using a Monocular Vision System and Speckled Image Tracking, master’s thesis. Auburn, USA 2011.
• [13] Kim, H.s., Choi, H.s., Yoon, J.s. and Ro, P.i.: Study on AHRS Sensor for Unmanned Underwater Vehicle. International Journal of Ocean System Engineering, Korean Society of Ocean Engineers, 3, 1, 2011, pp. 165-170.
• [14] Kuipers, J.B.: Quaternions and rotation sequences. Geometry, Integrability and Quantization, Varna, Bulgaria, 1 – 10 September 1999. Coral Press, Sofia 2000, pp. 127 - 143.
• [15] Madgwick, S.o.h., Harrison, A.j.l. and Vaidyanathan, R.: Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm. 2011 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics Rehab Week Zurich, Zurich, Switzerland, 29 June – 1 July 2011. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2011.
• [16] Martin, P. and Salaun, E.: Generalized Multiplicative Extended Kalman Filter for Aided Attitude and Heading Reference System. 2010 AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, Toronto, Ontario, Canada, 2 – 5 August 2010. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Reston 2010.
• [17] Roan, P., Deshpande, N., Wang, Y. and Pitzer, B.: Manipulator State Estimation with Low Cost Accelerometers and Gyroscopes. 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Vilamoura, Algarve, Portugal, 7 – 12 October 2012. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2012, pp. 4822 - 4827.
• [18] Sun, G., Yong, L., Xie, J., Garratt, M. and Wang, C.: Implementing quaternion based AHRS on a MEMS multisensor hardware platform. IGNSS Symposium 2013, Outrigger Gold Coast, Qld Australia, 16 – 18 July 2013. International Global Navigation Satellite Systems Society, Tweed Heads 2013.
• [19] Tuononen, A.: Optical position detection to measure tire carcass deflections and implementation for vehicle state estimation, doctoral dissertation. Helsinki University of Technology, TKK Dissertations 205. Espoo 2009.
• [20] Madgwick, S.O.H.: An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays: April 2010, online: http://sharenet-wii-motiontrac.googlecode.com/files/An_efficient_orientation_filter_for_inertial_and_inertialmagnetic_ sen-sor_arrays.pdf, accessed: 23.03.2014.
• [21] Sun, M., Cao, X., Song, M., Izadi, S., Benko, H., Guimbretiere, F., Ren, X. and Hinckley, K.: Enhancing Naturalness of Pen-and-Tablet Drawing through Context Sensing. on-line: http://research.microsoft.com/en- us/people/xiangc/ its2011_pentabletcontext.pdf, accessed: 06.01.2014.