JKL rendszerek Közúti járművek szerkezeti felépítése Szabó Bálint 1
Közúti járművek szerkezeti felépítése Tartalom Bevezetés Járműdinamika Gépjárművek hajtásrendszerei Gépjármű fékrendszerek 2 2
Bevezetés Jármű kategóriák a 1/1975. (II. 5.) KPM BM együttes rendelet és a 5/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendelet szerint Járművek alrendszerei 3 3
Bevezetés Járműkategóriák 4 4
Bevezetés Járműkategória definíciók Jármű: közúti szállító- vagy vontató eszköz, ideértve az önjáró vagy vontatott munkagépet is. Gépjármű: olyan jármű, amelyet beépített erőgép hajt. A mezőgazdasági vontató, a lassú jármű, a segédmotoros kerékpár és a villamos azonban nem minősül gépjárműnek. Gépkocsi: olyan gépjármű, melynek négy vagy több kereke van; a négy kerekű motorkerékpár azonban nem gépkocsi. Személygépkocsi: személyszállítás céljára készült olyan gépkocsi, amelyben - a vezető ülését is beleértve - legfeljebb 9 állandó ülőhely van. Autóbusz: személyszállítás céljára készült, elektromos felsővezetékhez nem kötött olyan gépkocsi, amelyben - a vezető ülését is beleértve - kilencnél több állandó ülőhely van. Trolibusz: elektromos felsővezetékhez kötött gépkocsi. Vontató: pótkocsi vontatására készült, rakfelület nélküli gépkocsi. Tehergépkocsi: a személygépkocsit, az autóbuszt, a trolibuszt és a vontatót kivéve minden gépkocsi. Pótkocsi: olyan jármű, amely gépjárművel, mezőgazdasági vontatóval vagy lassú járművel történő vontatásra készült. 5 Forrás: 1/1975. (II. 5.) KPM BM együttes rendelet 5
Bevezetés Járműkategóriák A rendelet alkalmazásában a gépkocsik és a pótkocsik a következő járműkategóriák egyikébe sorolhatóak: M kategória: személygépkocsik, autóbuszok és trolibuszok M1 járműkategória: személygépkocsik, M2 járműkategória: legfeljebb 5 t megengedett legnagyobb össztömegű autóbuszok, M3 járműkategória: több, mint 5 t megengedett legnagyobb össztömegű autóbuszok és trolibuszok, N kategória: tehergépkocsik és vontatók N1 járműkategória: legfeljebb 3,5 t megengedett legnagyobb össztömegű tehergépkocsik és vontatók, N2 járműkategória: több, mint 3,5 t, de legfeljebb 12 t megengedett legnagyobb össztömegű tehergépkocsik és vontatók, N3 járműkategória: több, mint 12 t megengedett legnagyobb össztömegű tehergépkocsik és vontatók, O kategória: pótkocsik O1 járműkategória: legfeljebb 0,75 t megengedett legnagyobb össztömegű pótkocsik, O2 járműkategória: több, mint 0,75 t, de legfeljebb 3,5 t megengedett legnagyobb össztömegű pótkocsik (a félpótkocsit is ideértve), O3 járműkategória: több, mint 3,5 t, de legfeljebb 10 t megengedett legnagyobb össztömegű pótkocsik (a félpótkocsit is ide értve), 6 O4 járműkategória: több, mint 10 t megengedett legnagyobb össztömegű pótkocsik. Forrás: 5/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendelet 6
Szerkezeti felépítés A személygépkocsik fő alrendszerei Hajtásrendszer Fékrendszer Futómű Kormányrendszer Kocsitest Villamos rendszer Energiatárolók Fékvezérlők Kerék Kormánymű Alváz Energia tárolás Energia konverterek Erőátviteli rendszer Felfüggesztés Kormánytrapéz Felépítmény Generátor Nyomaték szabályozók Kerékfék szerkezetek Rugózási rendszer Burkolati elemek Világító- és fényjelző berendezések Kerékhajtások Elektronikus vezérlő rendszerek Kommunikációs rendszerek 7 Fedélzeti elektronikus rendszerek 7
Alapok: koordináta rendszerek, mozgásformák Gumiabroncs Gépjárművek hosszirányú dinamikája Kerékátterhelődések Kanyarodás Rugózás 8 8
Alapok: Koordináta-rendszerek Gyakran alkalmazott koordináta rendszer 9 SAE koordináta rendszer 9
Elemi mozgásformák Transzlációs mozgások: x tengely menti: gyorsítás fékezés y tengely menti: oldalazás, oldalkúszás z tengely menti: rugózás, lengés Rotációs mozgások: x tengely körüli: dőlés, billenés y tengely körüli: bólintás z tengely körüli: legyezés A jármű mozgásának azonban vannak kényszerfeltételei: Szigorú kényszer: úttest Feltételes kényszer: kerekek gördülése 10 10
Mozgásformák Hosszirányú dinamika: Hajtás: x tengely menti elmozdulás, bólintás Fékezés: x tengely menti elmozdulás, bólintás Keresztirányú dinamika: Kanyarodás: x és y tengely menti elmozdulások, legyezés, dőlés Vertikális dinamika: 11 Lengések: z tengely menti elmozdulás, bólintás 11
Gumiabroncs - Erők A jármű mozgását a kerék és a talaj között ébredő erőkkel tudjuk szabályozni. Kerék-talaj kapcsolat részletes ismerete szükséges a jármű irányításához. Kerék és a talaj között ébredő erők: Hosszirányú erő Keresztirányú erő Visszatérítő nyomaték Normálerő Járműdinamika szempontjából a hossz- és keresztirányú erők a lényegesek. Azonban ezek az erők korlátozva vannak a tapadás függvényében. Kétféle súrlódási tényezőt ismerünk: μ 0 - tiszta nyugvó súrlódás μ cs - tiszta csúszó súrlódás A gördülő kerékre egyik sem, hanem az ún. φ - tapadási tényező a jellemző. Csúszó súrlódás csak blokkoló 12 keréknél lép fel. F y F x F z M z 12
Gumiabroncs Hosszirányú dinamika A gumiabroncs tangenciális deformációja miatt a jármű sebessége eltér a kerék kerületi sebességétől, amit az ún. szlippel jellemzünk: s = v j rω v j ahol: s: kerékszlip v j : jármű sebessége r: gördülési sugár (nyomatékmentes) ω: kerék szögsebessége 13 13
Gumiabroncs Keresztirányú dinamika Oldalerő hatására a gumiabroncs deformálódik a haladási irány valamint a kerék középsíkja szöget zárnak be: ferdefutás 14 14
Gumiabroncs Tapadási kör A maximális tapadást iránytól függetlenül egy körrel közelíthetjük: Munkapont 15 a körön belül: stabil Munkapont a körön kívül: instabil 15
Súlypont A gépjármű tömegeloszlása befolyásolhatja a gépjármű: dinamikáját, fékezési tulajdonságait, stabilitását, kormányozhatóságát, lengéskényelmét. l 1 = Z 2 G l l 2 = Z 1 G l A gépjármű súlypontjának helyzetét három koordináta határozza meg: hosszirányú, keresztirányú koordináta és a súlypontmagasság B b = Z j G B 16 B j = Z b G B 16
Hosszirányú dinamika Hajtás Vonóerő: F = M mot k ö η mech r Emelkedési ellenállás: G x = mg sin α Légellenállás: F W = 1 2 c waρv 2 Mozgásegyenlet: ma = F G x F W 17 i F fi Gördülési ellenállás: F f,i = fz i 17
Dinamikus kerék-átterhelődések hajtás Gyorsítás, lassítás hatására átterhelődés alakul ki az első és a hátsó tengelyek között mg ΣF=ma h Z 1st = mg L l 2 Z 1st Z 1din l 1 l 2 Z 2st Z 2din Z 2st = mg L l 1 L Z 1din = mg L l 2 mah L Z 2din = mg L l 1 + mah L 18 18
Elsőkerék kontra hátsókerék hajtás A súlypont hosszirányú helyzete és magassága határozza meg, hogy mekkora maximális gyorsulást lehet elméletileg elérni adott tapadási tényező esetén l 2 L 19 19
Járművek kanyarodása - Kinematika A csúszásmentes kanyarodás feltétele, hogy a kerekek egy közös póluspontot határozzanak meg. A négykerekű jármű ugyanis a kanyarosdás szempontjából kinematikailag túlhatározott, mind a ívkülső, mind az ívbelső kerekek meghatároznak egy-egy póluspontot a két első kereket nem azonos szögben kell elkormányozni Ackermann geometria 20 20
Járművek kanyarodása - Kormányzás A járművek irányítása a kerekek kocsitesthez viszonyított szöghelyzetének megváltoztatásával lehetséges Négykerekű jármű esetén mely kerekeket célszerű kormányozni? Az Ackermann geometria teljesüléséhez mindenképpen egy tengelyhez tartozó mindkét kereket kell elkormányozni, azaz nem lehet csak a jobb vagy csak a bal kereket Háromféle kormányzás lehetséges: Elsőkerék kormányzás Hátsókerék kormányzás Összkerék kormányzás 21 21
Járművek kanyarodása - Kormányzás Elsőkerék kormányzás előnyei: Stabilabb Járdaszegély mellőli elindulás Hátsókerék kormányzás előnyei Targoncák, homlokrakodók esetén alkalmazzák, mert könnyebb ráfordulni a rakományra 22 22
Járművek kanyarodása - Kormányzás Összkerék kormányzás előnye: Kisebb fordulási sugár Hátrányai: Két ellentétes koncepció szükséges a különböző sebességtartományokhoz: Nagy sebességeknél azonos első- és hátsókerék elfordulási irányok Kis sebességnél ellentétes kerék elfordulás 23 23
Járművek kanyarodása Állandó sugáron és sebességgel Nagyobb sebességgel kanyarodó járműre centrifugális erő hat A centrifugális erő a kerekeken oldalerőként jelenik meg: ferdefutás alakul ki A ferdefutás következtében a jármű más íven fordul, mint amit a kerekek állásszöge meghatározna oldalkúszás 24 24
Járművek kanyarodása Állandó sugáron és sebességgel 25 25
Járművek kanyarodása Állandó sugáron és sebességgel Alulkormányzott Semleges Túlkormányzott 26 A járművek oldalkúszásából adódik a járművek sajátkormányzása A sajátkormányzás abból adódik, hogy a hátsó és az első kerekek ferdefutása eltérő lehet: Első kerek ferdefutása nagyobb: alulkormányzottság Hátsó kerekek ferdefutása nagyobb: túlkormányzottság Azonos ferdefutás: semleges kormányzás 26