Rys. Jacek Kubiś, Wimad

Uproszczony model fizyczny stanowiska badawczego

Reakcja ludzkiego organizmu na drgania o wyższych częstotliwościach może być tylko bierna, natomiast częstotliwości niższe, nazywane wstrząsami, są zwykle niwelowane pracą układu mięśniowo-szkieletowego.

Z fizycznego punktu widzenia przy częstotliwości mniejszej od 2 Hz ciało człowieka zachowuje się jak jednolita masa. Pierwsza częstość rezonansowa wynosi 4 Hz lub 6 Hz dla pozycji siedzącej oraz 5 lub 12 Hz dla pozycji stojącej – zależnie od indywidualnej budowy człowieka. Częstotliwości 3÷4 Hz pobudzają narządy jamy brzusznej do silnych drgań, których maksimum występuje przy 5÷8 Hz. W zakresie 7÷8 Hz pojawia się rezonans klatki piersiowej, a w okolicy 20÷30 Hz – rezonans narządów głowy.

Według normy ISO 2631, zakres drgań od 1÷20 Hz powoduje problemy z samopoczuciem, a przy dłuższym ich oddziaływaniu – nawet ze zdrowiem. Nadwozie samochodu wchodzące w skład tzw. masy resorowanej ma swą częstotliwość rezonansową rzędu 1-3 Hz. Dla masy nieresorowanej, czyli kół, zawieszeń oraz części układów: kierowniczego, napędowego i hamulcowego – częstotliwości rezonansowe pojawiają się przy 12÷20 Hz.

Postęp w konstrukcji zawieszeń powoduje ogólnie korzystną redukcję ich masy, ale ich mniejsza bezwładność oznacza równocześnie mniej skuteczne absorbowanie drgań. Dlatego rosną wymagania w stosunku do parametrów użytkowych i stanu technicznego elementów sprężysto-tłumiących. Badania stanu zawieszeń stanowią ze względu na bezpieczeństwo i komfort jazdy obowiązkową część badań warunkujących dopuszczenie pojazdu do ruchu drogowego. Powinny więc trwać krótko, ale bez szkody dla rzetelności testów.

Obecnie są znane co najmniej trzy podstawowe metody badania stanu zawieszeń, z których najbardziej dziś rozpowszechnioną zaproponował Europejski Związek Producentów Amortyzatorów (EuSAMa).

Opiera się ona na wymuszaniu ze zmienną częstotliwością pionowych drgań kół przy stałej amplitudzie 6 mm. Po uzyskaniu drgań ustalonych o częstotliwości 25 Hz i utrzymaniu ich przez co najmniej 5 sekund układ wymuszający zostaje wyłączony. Następuje tzw. wybieg, czyli stopniowe zanikanie drgań i zmniejszanie ich częstotliwości, zależne w istotnej mierze od bezwładności układu wymuszającego. W czasie obniżania częstotliwości koło z zawieszeniem powinno przejść przez swą częstotliwość rezonansową (zazwyczaj ok. 10÷18 Hz).

Dla przedstawionego tu uproszczonego modelu fizycznego przyjęto jednolity (również w późniejszych rozważaniach) i podany na ilustracji sposób oznaczania wielkości. Został on wykorzystany także do wyprowadzenia układu równań różniczkowych równowagi układu kinematycznego:

W metodzie EuSAMa podstawą oceny stanu zawieszenia jest stosunek minimalnej wartości siły wywieranej przez drgające koło na podstawę wymuszającą drgania do statycznego nacisku koła, wyrażony w procentach. Na podstawie równania [1] zależność ta określana jest następująco:

gdzie: F_STAT – statyczny nacisk koła na podstawę.

^{Drgania i siły istotne dla metody EuSAMa}

Uzyskany wynik to wskaźnik lub współczynnik EuSAMa (akryt). Oscylacje wielkości siły wokół wartości nacisku statycznego nie są symetryczne, przy czym odciążenie koła jest większe niż dociążenie. Jest to wynikiem niesymetrycznej charakterystyki amortyzatora. Przy badaniach prowadzonych tą metodą ważne jest, by w zawieszeniu nie występowało zbyt duże tarcie, powodujące, iż minimalna wartość dynamicznej siły kontaktowej nie występuje podczas rezonansu. Należy też z dokładnością ±5% przestrzegać nominalnego ciśnienia powietrza w ogumieniu, ponieważ sztywność opony (zależna od ciśnienia) ma bardzo duży wpływ na uzyskany wynik testu. Temperatu ra amortyzatorów powinna wynosić 0÷50oC. Podczas prób nie może być włączony hamulec zasadniczy ani pomocniczy, jak również żaden bieg. Koła powinny być ustawione do jazdy na wprost.

Przedstawioną graficznie symulację działania stanowiska pomiarowego dokonano na podstawie modelu opisanego równaniami [1] i [2].

Samo stanowisko testowe musi zapewniać powtarzalność wyniku uzyskanego w tych samych warunkach z odchyleniem ±1% oraz odchylenie wyniku nie większe niż ±2% w przypadku różnej pozycji koła na płycie testera.

Wyniki badań interpretujemy następująco:

• a_kryt >= 61% – bardzo dobry kontakt dynamiczny koła z podłożem,
• a_kryt 41 ÷ 60% – dobry kontakt dynamiczny koła z podłożem,
• a_kryt 21% ÷ 40% – kontakt dynamiczny równoważny (nieokreślony),
• a_kryt 0% ÷ 20% – kontakt zły lub jego brak.

Ze względu na zróżnicowany dla różnych modeli stosunek masy resorowanej do nieresorowanej trzeba do powyższych kryteriów oceny wprowadzać pewne korekty zależne od rodzaju pojazdu (stosunku jego masy resorowanej m1 do nieresorowanej m2) i pokazane na umieszczonej wyżej ilustracji.

Cdn.

Tweet

Zenon Majkut
Wimad Spółka Jawna