CS215827B1

CS215827B1 - Method of tilting moment balancing

Info

Publication number: CS215827B1
Application number: CS657180A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Brany
Original assignee: Jaroslav Brany
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Vynález se týká způsobu vyvažování klopného momentu, který Je důsledkem odstředivé síly působící na odpružené karosérie motorových vozidel při průjezdu zatáčkami. Účelu se dosahuje tím, že na karosérii působí gyroskopický moment setrvačníku, jehož vektor úhlové rychlostí má opačný smysl než vektor úhlové rychlosti náhonných kol a jehož otáčky jsou úměrné rychlosti vozidla.The invention relates to a method of balancing the tilting moment, which is a consequence of the centrifugal force acting on the sprung bodies of motor vehicles when passing through bends. The purpose is achieved by applying to the body a gyroscopic moment of a flywheel, the angular velocity vector of which has the opposite direction to the angular velocity vector of the drive wheels and the rotation speed of which is proportional to the speed of the vehicle.

Description

(54) Způsob vyvažování klopného momentu(54) Tilting moment balancing method

M,M,

L. L. ω r, ω r, u_v _at Ω ! Oh!

Vynález se týká způsobu vyvažování klopného momentu, který je důsledkem odstředivé síly, působící na odpružené karosérie motorových vozidel při průjezdu zatáčkami.The invention relates to a method of balancing the overturning moment resulting from centrifugal force acting on sprung bodies of motor vehicles when passing through curves.

U běžného motorového vozidla, u kterého je na osách či poloosách pružně zavěšena karosérie, je velikost reakcí působících na kola závis’á na poloměru zatáčky, kterou vozidlo projíždí, na hmotnosti vozidla, výšce těžiště od vozovky, rychlosti vozidla a poloměru zatáčky. Jejich velikost lze vyjádřit jednoduchými vztahy:In a conventional motor vehicle, where the body is flexibly suspended on axles or semi-axles, the magnitude of the reactions acting on the wheels depends on the radius of the curve the vehicle is making, the vehicle weight, the height of the center of gravity from the road, the vehicle speed, and the radius of the curve. Their magnitude can be expressed by simple relations:

kde značí:where means:

R_A ... úhrnnou reakci kol odvrácených od středu křivosti zatáčkyR _A ... the total reaction of the wheels facing away from the center of curvature of the turn

R₀ ... úhrnnou reakci kol přivrácených ke středu křivosti zatáčky m ... hmotnost karosérie včetně nákladu h ... výšku těžiště karosérie od vozovky v ... rychlost vozidla r ... poloměr zatáčkyR ₀ ... total reaction of the wheels facing the center of curvature of the curve m ... mass of the body including the load h ... height of the body's center of gravity from the road v ... vehicle speed r ... radius of the curve

Z uvedených vztahů je zřejmé, že pružiny, na kterých je zavěšena karosérie vozidla, odvrácené od středu křivosti zatáčky jsou při jízdě zav² tíženy více o hmotu mh , zatímco kola prir vrácená ke středu křivosti zatáčky jsou o stejnou hodnotu zatížena méně. Výsledkem rozdílu působících sil je naklonění karosérie od středu křivosti zatáčky, jehož velikost je závislá na koeficientu tuhosti a charakteristice pružin, na vlastnostech pneumatik a na účinku příčného stabilizátoru, který náklon sice zmírňuje, ale nemůže v žádném případě ovlivnit velikost reakcí na kola. Za zvlášť nepříznivého stavu, kdy těžiště vozidla je relativně vysoko vůči rozchodu, může dojít při průjezdu zatáčkou po vozovce s velkým koeficientem tření k překlopení vozidla. Avšak 1 při optimálním poměru výšky těžiště k rozchodu vozidla může dojít pří průjezdu zatáčkou pří určité rychlosti při zrychlování vlivem činnosti diferenciálu k protočení odlehčeného náhonného kola, a tím k následnému smyku.From the above relations it is clear that the springs on which the vehicle body is suspended, turned away from the center of curvature of the curve, are loaded more by the mass mh when driving zav ² , while the wheels prir turned towards the center of curvature of the curve are loaded less by the same value. The result of the difference in the acting forces is the tilt of the body from the center of curvature of the curve, the size of which depends on the stiffness coefficient and characteristic of the springs, on the properties of the tires and on the effect of the transverse stabilizer, which, although it mitigates the tilt, can in no way affect the size of the reactions on the wheels. In a particularly unfavorable condition, when the center of gravity of the vehicle is relatively high in relation to the track, the vehicle may overturn when passing through a curve on a road with a large coefficient of friction. However, at an optimal ratio of the height of the center of gravity to the vehicle's track, when passing through a curve at a certain speed, the operation of the differential can cause the lightened drive wheel to spin, resulting in a subsequent skid.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob vyvažování klopného momentu, působícího na karosérii vozidla projíždějícího zatáčkou, vyznačený tím, že na karosérii působí gyroskopický moment setrvačníku, jehož vektor úhlové' rychlosti má opačný smysl než vektor úhlové rychlosti náhonných kol a jehož otáčky jsou úměrné rychlosti vozidla.The above disadvantages are eliminated by a method of balancing the tilting moment acting on the body of a vehicle traveling through a curve, characterized in that the body is acted upon by a gyroscopic moment of a flywheel, whose angular velocity vector has the opposite direction to the angular velocity vector of the drive wheels and whose revolutions are proportional to the vehicle speed.

Pokrok dosažený vyvážením účinku klopného momentu, který je důsledkem odstředivé síly působící na odpruženou karosérií motorových vozidel, je, že se při průjezdu zatáčkou omezuje nebezpečí překlopení vozidla a smyku v důsledku protočení odlehčeného náhonného kola.The progress achieved by balancing the effect of the tipping moment, which is a consequence of the centrifugal force acting on the sprung body of motor vehicles, is that when passing through a curve, the risk of the vehicle tipping over and skidding due to the spinning of the lightened drive wheel is reduced.

Způsob podle vynálezu je objasněn na výkresu, kde na obr. 1 je schematický pohled na vozidlo s neodpruženou karosérií, na obr. 2 účinek odstředivé síly na odpruženou karosérii vozidla při průjezdu zatáčkou a na obr. 3 vozidlo, u kterého je eliminován účinek momentu působícího na odpruženou karosérii, jehož příčinou je odstředivá síla.The method according to the invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 is a schematic view of a vehicle with an unsprung body, Fig. 2 is the effect of centrifugal force on the sprung body of the vehicle when passing through a bend, and Fig. 3 is a vehicle in which the effect of the moment acting on the sprung body, the cause of which is centrifugal force, is eliminated.

V případě, že karosérie vozidla je pevně spojena s podvozkem, jak je znázorněno na obr. 1, nedojde sice při průjezdu zatáčkou k jejímu naklonění, ale v důsledku výslednice R, síly odstředivé O a hmotnosti vozidla G dojde k rozdílnému působení na kola vnitřní a vnější, v závislosti na jejich orientaci vůči středu křivosti zatáčky. V důsledku toho se příslušná reakce R_A a R„ na vnitřní a vnější kola budou lišit v závislosti na geometrických parametrech vozidla, jeho rychlosti a poloměru zatáčky. Současně bude na vozidlo působit klopný moment v důsledku odstředivé síly. V případě, že karosérie je pružně zavěšena na podvozku, dojde za stejných podmínek průjezdu zatáčkou k jejímu naklonění, a tím i nepříznivému posunu těžiště blíže k vnější — v tomto případě podpěrné — dvojici kol, čímž se stabilita vozidla snižuje a vytváří vhodnější podmínky pro jeho překlopení.If the vehicle body is rigidly connected to the chassis, as shown in Fig. 1, it will not tilt when passing through a curve, but as a result of the resultant R, the centrifugal force O and the vehicle mass G, there will be different effects on the inner and outer wheels, depending on their orientation relative to the center of curvature of the curve. As a result, the respective reactions R _A and R„ on the inner and outer wheels will differ depending on the geometric parameters of the vehicle, its speed and the radius of the curve. At the same time, the vehicle will be subjected to a tipping moment due to the centrifugal force. If the body is flexibly suspended on the chassis, under the same conditions of passing through a curve, it will tilt, and thus an unfavorable shift of the center of gravity closer to the outer — in this case the supporting — pair of wheels, which reduces the stability of the vehicle and creates more suitable conditions for its tipping.

V případě vyvážení klopného momentu (obr. 3) jsou na pružně zavěšené karosérii upevněna ložiska, ve kterých je uložen jeden nebo dva setrvačníky o úhrnném momentu setrvačnosti I, jehož otáčky jsou úměrné otáčkám náhonných kol. Smysl otáčení je volen tak, že vektor úhlové rychlosti setrvačníku ω je orientován opačně než vektor úhlové rychlosti náhonných kol ωκ· Úhlová rychlost vozidla v zatáčce je označena Ω a při pohledu na vozidlo zezadu její vektor v pravotočivé zatáčce směřuje dolů směrem do vozovky. Chování vozidla při průjezdu zatáčkou lze nejlépe objasnit matematickým popisem.In the case of balancing the tilting moment (Fig. 3), bearings are mounted on the elastically suspended body, in which one or two flywheels with a total moment of inertia I are mounted, the speed of which is proportional to the speed of the drive wheels. The direction of rotation is chosen so that the angular velocity vector of the flywheel ω is oriented opposite to the angular velocity vector of the drive wheels ωκ. The angular velocity of the vehicle in a curve is denoted by Ω and, when viewed from behind, its vector in a right-hand curve points downwards towards the road. The behavior of the vehicle when passing through a curve can best be explained by a mathematical description.

Klopný moment vozidla při průjezdu zatáčkou v² Vehicle roll moment when passing through a curve in ²

M_o = m h — r kde m ... hmotnost vozidla h ... výška těžiště karosérie od vozovky v ... rychlost vozidla r ... poloměr zatáčkyM _o = mh — r where m ... vehicle mass h ... height of the body's center of gravity from the road v ... vehicle speed r ... radius of the curve

Gyroskopický moment, jehož vektor je vlivem volby otáček setrvačníku opačný než vektor klopného momentu vGyroscopic moment, whose vector is opposite to the tilting moment vector due to the choice of flywheel speed in

M_g = ΙωΩ = Ιω — r kdeM _g = ΙωΩ = Ιω — r where

I... moment setrvačnosti setrvačníku _ω ... úhlová rychlost setrvačníku Ω ·. · úhlová rychlost vozidla při půjezdu zatáčkouI... moment of inertia of the flywheel _ω ... angular velocity of the flywheel Ω ·. · angular velocity of the vehicle when driving around a curve

Pro rovnováhu obou momentů platí:For the balance of both moments, the following applies:

M_g = M_o v , v^a M _g = M _o v , v ^a

1ω — = m h—a po krácení r r1ω — = m h—and after truncation r r

- Ιω = mhv- Ιω = mhv

Přizpůsobení otáček vyvažovacího setrvačníku rychlosti vozidla je realizováno mechanickou vazbou a některým rotačním elementem, jehož otáčky jsou úměrné rychlosti vozidla. To lze vyjádřit vztahem: = k . v, kde je koeficient úměrnosti vyjadřující velikost vazby. Po dosazení za ω budeThe adjustment of the speed of the balancing flywheel to the vehicle speed is realized by a mechanical coupling and some rotating element, the speed of which is proportional to the vehicle speed. This can be expressed by the relationship: = k . v, where is the proportionality coefficient expressing the size of the coupling. After substituting for ω, we get

I k v = m h v a po krácení Ik = mhI k v = m h v and after truncation Ik = mh

Z posledního vztahu je zřejmé, že rovnost obou momentů je nezávislá nejen na poloměru zatáčky, ale i na rychlosti vozidla. Karosérie vozidla bude ve stálé poloze v průběhu jízdy bez ohledu na tvar projížděné trati a bude vyvozovat stále stejné zatížení na kola jako při přímé jízdě.From the last relation it is clear that the equality of both moments is independent not only of the radius of the curve, but also of the speed of the vehicle. The vehicle body will be in a constant position during the journey regardless of the shape of the route being travelled and will always exert the same load on the wheels as during straight driving.

Volbou koeficientu úměrnosti k, jehož velikost m h pro presne vyvážení je k =---, lze dosáhnout různého účinku. Bude-li např.By choosing the proportionality coefficient k, whose value m h for exact balancing is k =---, different effects can be achieved. For example, if

m h , k < -, nebude účinek klopného momentum h , k < -, there will be no effect of overturning moment

I plně kompenzován a karosérie při průjezdu zatáčkou bude od středu její křivosti mírně odlil h , .I is fully compensated and the body when passing through a curve will be slightly offset from the center of its curvature by h , .

kloněna. Pri volbě k >--, se bude naopak kaI rosérie přiklánět ke středu křivosti zatáčky, čímž se nebezpečí překlopení vozidla ještě sníží, popřípadě zcela znemožní.tilted. When selecting >--, on the contrary, the car will lean towards the center of the curve, which further reduces or completely eliminates the risk of the vehicle tipping over.

Claims

SUBJECT

Method of balancing the heeling moment on the body of a vehicle passing through a curve, characterized in that the body is subjected to a gyro moment of a flywheel whose vector

BACKGROUND OF THE INVENTION The angular velocity has the opposite meaning to the angular velocity vector of the drive wheels and whose speed is proportional to the vehicle speed.