Katı ön aksta yol pürüzlülüğünün direksiyon sarsıntısına etkisi

Abstract

II KATI ÖN AKSTA YOL PORÖZLOIÖ?ÜNÜN DİREKSİYON SARSINTISINA ETKİSİ ÖZET Direksiyon sarsıntısı sürücüde konfor açısından olumsuz bir etki yapar ve sürücünün kısa zamanda yorulmasına neden olur.Katı aksın direksiyon sarsıntısına karşı `hassasiyeti` fazladır, Bu ça lışmada, ön aksı katı aks olan bir taşıtın direksiyon donar iminin matematik modeli kurulmuş ve ön aks geometrisine ait parametreler ile direksiyon ve tekerlek asılış elastikliğinin direksiyon sar sıntısına olan etkileri incelenmiştir. Bu konuda /Şimdiye kadar yapılmış bulunan çalışmalarda sis temi uvaran unsur olarak, ya tekerlek düzgünsüzlükleri ve denae- sizlikleri veyahut da tekerleklerden birinin yoldaki bir engebe den geçişi alınmıştır.Bu çalışmada, sistemi uyaran yol pürüzlü lüğü rastlantısal bir büyüklük olarak alınmış ve iki izli yol teorisi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatürde mevcut deneysel ve teorik sonuçlar ile karşılaştırılarak yeterli uyum sağladıöı görülmüştür.

Ill EINFLUSS DER FAHRBAHNUNEBENHEITEN AUF DIE LENKUNGSUNRUHE BEI EINER STARRACHSE ZUSAMMENFASSUNG Vielfaeltige Verbesserungen im Autoraobilbau haberi in den let z ten Jahren erheblich zur Erhöhung der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts saemtlicher Kraftfahrzeuge beigetragen. Jedoch hat der gesteigerte Gesamtkomfort auch dazu geführt#dass feinere Störungen,die in früheren Jahren im allgemeinen Schwingungs- Geraeuschpegel untergingen,inzwischen von den Fahrern als atörend empfunden werden.Hierzu gehört auch die sogenannte Lenkungsunruhe, eine Schwingungsform der gesamten Vorderradaufhaengung und des Lenk- systems, die vom Fahrer vornehmlich die Drehschwingungen des Lenkrads wahrgenommen werden. Flatterschwingungen im Lenksystem von Kraf tf ahrzeugen sind seit den Anfaengen des Automobilbaues bekannt.Beim Lenkungsf lattern wirkende Kraefte und Einf lussgrössen wurden in der bekannten Arbeit von Becker, Fromm und Maruhn 1931 dargestellt (1).Entscheidendes Kriterium fiir diese Art der Bewegung ist die Kreiselkoppelung.Eine nicht geradlinig aus- gefiihrte Hubbewegung eines Rades,also eine Drehung um eine Parellele zur Laengsachse des Fahrzeuges,fiihrt zu einem Kreiselmoment um die Hochachse des Rades und umgekehrt.Vorallem Starrachsen weisen eine derartige nicht geradlinige Federungsbewegung unter Koppelung von dem linken und rechten Rad auf,zeigen Flatterempf indiichkeit und sind vornehmlich deshalb als Radaufhaengungssystem für schnelle Strassen- farzeuge verschwunden. Becker, Fromm und Maruhn nennen Unwucht, geometri s che Unrundheit und elastische Ungleichmaessigkeit der Bereifung als Erregungsmöglich- keiten.Soweit es sich um glatte, ebene Strassen handelt, tref fen diese zu. über die Anregung durch Strassenunebenheiten hat erst Bastow berichtet (2).Er bespricht die Einflüsse der Kreiselwirkung,von geomet-rischen Fehlern,von Traegheitswirkungiun und Strassenstössen.Allerdings geht er nicht von e in cm bestimir.ten Kinderms aus,so dass die Wertig- keit der Einzeleinf lüsse nicht klar erkennbar wird. Bei der Arbeit von Dr.-Ing.B.Bauernstein wurde in rechneriscfcer Form untersucht,welche VJirkungen auf die Radrichtung beim Uberfahren eines idealisierten Karialdeckels entstehcn und wie gross sie für ein bestimmtes Datenbeispiel sein können(3). Die beiden gelenkten Vorderraeder sind urn je einen Lenkzapfen drehbar und werden durch ein zum Lenkstcck führendes Gestaenge in ihrer Stellung festgehalten.Da diese Gestaenge in sich elastisch ist,k5nr«en die Raeder auch bei feststehendem Lenkgetriebe Ausschlaege wie beim Lenken ausf ühren.Auch die Spurhebel und Spurstange sind elastisch, so dass beide Raeder auch verschiedengrosse und verschiedenartige Ausschlaege machen können. Diese Ausschlagbewegungen der Raeder urn ihre Lenkzapfen heissen `Flattern`.Aber auch für den Fall, dass r an 4as ganze Lenkgestaenge sehr steif ausfühdt und unnachgiebig am Lenkgetriebe des Lenkstockes anlenkt,entstehen Flatterausschlaege der Raeder, well die Blattfeder wegen der ihr eigenen Laengsf ederung die Achse elastisch am Rahmen anlenkt.Man nennt diese Wirkung der Blattfeder: als Eiger.- lenkung.Alle diese Schwingungen werden von dem Fahrer am Lenkrad als Lenkungsunruhe bemerk t. Die Lenkungsunruhe hat ihre Ursache in einer Schwingung des Rades an seiner elastischen Aufhaengung und dem Reifen.Das Rad wird dabei durch Unwucht,Höhenschlag,Reif enungleıchförmigkeit öder Stçassenun- ebenheiten erregt.Da diese Schwingungen den Fahrkomfort erheblich beeintraechtigen und den Fahrer ermüden,ist der Achskonstrukteur benıüht, schwingungsunempf indliche Achsen zu baue.n. In der vorliegende Arbeit wird in einem Mechanischen Modeli rechnerisch untersucht,welche Einflüsse auf die Lenkungsunruhe beim Fahren auf unebener Strassen die Parameter haben.Als Vorderachse wurde in diesem Modeli eine Starrachse ersetzt.im mechâ-ischen Modeli warden iolgende liauptsysteme berück- sichtigt: - Lenkur.,-syster. mit Spurstanq^r, Cpurstangenelastizitaet, Ler;krad,Ler:kradelastizitaet. - Raeaufhaer.cung unter Berucksichtiqung von Spreizung,Nachlau£, Vorlauf,Ler;krollradius,instationaeres Verhalten von Reifen- Für dieses ruechanische Modeli wurde ein System von 12 gekoppelt- en Dif ferantialgleichungen aufgestellt. Freiheitsgrade sind: be i Lenksystem, - Drehbe«egung des Lenkrades, - Eewegurg des elastisch gelagerten Lenkgetriebes, - Seitlicr.e Bewegung der Spurs tange, bei Radaufhaengung, - Hubbewegung der Achse, - Wa.nkbewegung der Achse, - Querbewgung der Achse, - Horizcntalbewegung der Achse, - Horizontalwinkelbewegung der Achse, -Drehbewegung des linken Rades, - Drebewegung des rechten Rades, Eine weitere Unbekannte,die in den Gleichungen der Querbewegung des Fahrzeuges aüftaucht, ist die Seitenkraft Sp.Sie wird aus der v.Schlippe-Dietriche Gieichung für das Zeitverhalten eines Reifens bestimmt. Die Schraeglaufeigenschaften der Reifen spielen in der Quer- dynamik die Hauptrolle.Wegen seiner Wichtigkeit wurde das Schraeglauf- verhalten von zahlreichen Wissenschaftlern analytisch und experimentell ohne und mit Umfangskraef ten,untersucht.Die meisten der bekannten Arbeiten beschraenken sich das stationaere Schraeglaufverhalten desVI Reifens,d.h seitenkraf tunabhaengig von der Zeit.Aber es ist festgestellt worden,dass das instationaere Verhalten des Reif ens eine entscheidende Rolle beim Ubergangsverhalten der Querdynamik des Fahrzeuges und bei der Abschaetzung der Grenzen des Reifenf latterns spielt. Die Bewegungsgleichungen werden durch zwei Unebenheitsfunktionen angeregt; durch zwei vertikale Anregungen in der linken und rechten Spur. Die hierfür notwendigen Spektren wurden von (12) genommen und errechnet. Berechnet wurden der Vergrösserungsfaktor der Lenkradbeschleuni- gung,spektrale Dichte der Lenkradbeschleunigung und deren efekt iv Werte. Als Ergebnis kann festgehalten werden: -Laengssteif e der Achse hat einen bestimmten Einfluss auf die Lenkungsunruhe. Bei Starrachsen hat die Laengssteif e einen positiven Einfluss, d.h. je weicher sie ist,desto kleiner wird die Lenkungsunruhe. -Die seitliche Steife der Achse hat praktisch keinen Einfluss. -Hohe Lenkungselastizitaeten verringern die Lenkungsunruhe. Auch Lenkungsdaempfer beugt die Lenkungsunruhe vor. -Die Lenkungsunruhe ist vom Lenkrollradius unâbhaengig. -Die Reifen spielen eine wichtige Rolle. Besonders Seitenkraft- Sturzwir.kel-Beiwert x und Seitenkraf tbeiwert <5 haben einen grossen Einfluss. -Eigenlenkungskonstante a senkt die Lenkungsunruhe erheblich. Dies erweckt zunaechst den Anschein,als waere die Horizontalschwingung ein gutes Mittel zur Verminderung der Lenkungsunruhe. Es ist aber zu baachten,dass beim grossen Federweg ein praktischer Fahrbetrieb unmög- lich ist. -Durch Rollradienaenderung am Rad entsteht eine Kraft, die die Radnabe auf den Achszapfen ausübt.Diese Kraft ergibt ein Moment um den Lenkzapten. In der vorliegende Arbeit ist es ganz genau festgestellt worden, dass dieses Moment eine sehr wichtige Rolle spielt. Je mehr dievıı Rollradienaenderung ist,desto grosser wird die Lenkungsunruhe, -Aus den-. Ergebnissen geht hervor,dass die Lenkungsunruhe bei etwa 1 Grad Nachlauf einen Hochstwert erreicht und bei grösseren Vorlauf- und Nachluafwinkeln kleiner wird. - Je grosser die Geschwindigkeit istfdeato grftssere Werte erreicht die Lenkungsunruhe, Die vorliegende Arbeit hatte den Zweck,den Zusammenhang zwischen der Lenkungsunruhe, dem Luftreifen und der Achskinematik zu ermitteln. Flir die Erruittlung des Einflusses der Kinejnatik auf die Lenkungsun ruhe wurde ein Rechenverfahren entwickelt.Mit dem gewaehlten Ersatz- modell kcnnen die Achssufhaengung und die kinematischen Koppelungen zwischen Eır.f ede rung und Radbewegung erfasst werden.Das lineare Gleichungs system von zwolf Freiheitsgraden wurde mit dem Simulations- programm ax. Digital rechner IBM 4341 gelöst. Auf grund der Ergebnisse wurden die Draktische Möglichkeiten zur Reduzierur.g der Lenkungsunruhe diskutiert.Es hat sich gezeigt,dass eine beztiglich Lenkungsunruhe optimale Pestlegung der Achsparameter in der Praxis nicht immer realisierbar ist, Man muss bei der Auslegung einen Kompromiss suchen.Eine zufriedenstellende Lösung ist jedoch mit Hilfe der Rechenmethode und der aus den Messungen gewonnenen Erkenntnisse gut möglich.