Fordonsdynamik

Fordonsdynamik avser de krafter, rörelser och förändringar av rörelser som påverkar fordon. Denna artikel gäller främst personbilar, lastbilar och bussar. I artikeln aerodynamik behandlas krafter som verkar på bland andra flygfarkoster, raketer och projektiler.

Fordonsdynamik bygger i första hand på klassisk mekanik, men kan också innebära kemi, fasta tillståndets fysik, elektroteknik, kommunikation, psykologi, reglerteknik och vägteknik.

Kontrollsystem

Exempel på fordonsdynamiska kontrollsystem är:

Antispinnsystem (TCS)
Elektronisk krängningskontroll (ERC)
Elektronisk stabilitetskontroll (Antisladd, ESP)
Fjädringssystem
Styrning
System för reglering av däcktryck (Tyre Pressure Control System, TPCS) även känt via varumärket Central Tire Inflation (CTI) system

Aerodynamiska aspekter

Porsche 956 utformad för stor nedkraft, anno 1983

Vissa attribut eller aspekter av fordonsdynamik är rent aerodynamiska. Dessa inkluderar:

Luftmotstånd
Aerodynamik
Tryckcentrum
Nedkraft - Downforce
Markeffekt - Ground effect (hos bilar)

Geometriska aspekter

Till de geometriska egenskaper som har stor fordonsdynamisk påverkan hör:

Vägspecifika aspekter

Fordonets dynamik påverkas i hög grad av vägfaktorer såsom:

Risken för vattenplaning påverkas av däckets mönster, mönsterdjup samt en rad vägfaktorer, såsom snedlutning och textur (vägar).

Tunga fordons rullmotstånd påverkas dessutom av vägytans deflektion (svikt) och därmed av brister i vägens bärighet.

Masspecifika aspekter

Vissa egenskaper handlar om massa och dess fördelning, så som framgår av ordspråket "Liten tuva stjälper ofta stort lass". Exempel på sådana egenskaper är:

Rörelseaspekter

Vissa rörelseaspekter är rent dynamiska. Dessa inkluderar:

Karosseriflex
Guppstyrning (se Fjädringssystem)
Kritisk hastighet
Lastöverföring (se Fjädringssystem)
Buller
Vibration
Komfort
Överstyrning
Understyrning

Överstyrning kan förebyggas med hjälp av "antisladdsystem" (Elektronisk stabilitetskontroll).

Däckegenskaper

Vissa aspekter av fordonsdynamik kan direkt hänföras till däcken. Dessa inkluderar bland annat:

Kontaktyta/"Fotavtryck"
Sidofriktion vid kurvtagning
Marktryck
Rullmotstånd
Slipvinkel
Styrutväxling

Friktion och rullmotstånd beror även av vägytans egenskaper. Rullmotståndet är direkt proportionellt mot däckets deformation respektive underlagets deformation, samt omvänt proportionellt mot däckets radie. Även faktorer som påverkar däckets deformation, påverkar via deformationen även rullmotståndet. Detta gäller exempelvis fordonets massa, hastighet samt kurvtagning. Smala däck har lägre rullmotstånd än breda däck.

Körteknik

Körteknik som påverkar fordonets stabilitet inkluderar:

Tröskelvärde bromsning
Dubbeltramp vid frikoppling
Sladdning (drifting, motorsport)
Handbromssladd
Häl-och-tå
Vänsterfotsbromsning
Motstyrning (för tvåhjuliga fordon)

I svensk körkortsutbildning ingår halkkörning som ett utbildningsmoment.

Analys och simulering

Fordonets dynamiska beteende kan analyseras på flera olika sätt.^[1] Modellen kan vara en enkel kvartsfordonsmodell, med en enkel fjädrad massa (karosserihörn av 4-hjulig bil), via ett fjäder- och dämparsystem samt en ofjädrad massa (hjulet) med viss styvhet, som kan lösas för hand av en angelägen matematiker eller simuleras på en dator. Vanliga programvaror är MatLab, Modelica, MSC ADAMS och en rad andra. Många av dessa använder mellan tjugo och flera hundra frihetsgrader (Degree Of Freedom, DOF), med ständigt ökande övre gräns/antal. Däcket är oftast en av de största svårigheterna att simulera på ett relevant sätt. Däcket är normalt modellerat utifrån Pacejkas magiska formel^[2] eller ett liknande koncept.

Racingspel är också en form av fordonsdynamisk simulering, även om många förenklingar är nödvändiga för att få realtidsprestanda med rimlig grafik. Det är viktigt att modellerna stämmer överens med resultat från verkliga test. Därför sker många provningar som har korrelerats mot resultat från instrumenterade provfordon.

Exempel på tester är:

Metkrok
Frekvensomfång
Körfältsbyte
Älgtest
Sinusformad styrning

Se även

Blixthalka
Centrifugalkraft
Centripetalkraft
Chaufför
Fjädringssystem, inklusive avsnitt Lastöverföring.
Rörelseenergi
Sidkraft
Tyngdkraft

Referenser

Noter

^ Elkady, Mustafa; Elmarakbi, Ahmed (26 September 2012). ”Modelling and analysis of vehicle crash system integrated with different VDCS under high speed impacts”. Central European Journal of Engineering 2 (4): sid. 585–602. doi:10.2478/s13531-012-0035-z. Bibcode: 2012CEJE....2..585E. http://nrl.northumbria.ac.uk/37363/1/Elkady%2C%20Elmarakbi%20-%20Modelling%20and%20analysis%20of%20vehicle%20crash%20system%20integrated%20with%20different%20VDCS%20under%20high%20speed%20impacts%20OA.pdf.
^ Pacejka, Hans B. Tire and Vehicle Dynamics (2nd). Society of Automotive Engineers. sid. 3. ISBN 0 7680 1702 5

Källor

Roadex III: Health Issues Raised by Poorly Maintained Road Networks, Chapter 3.2 An overview of Heavy Trucks Dynamics
"Fundamentals of Vehicle Dynamics", Thomas D Gillespie, Society of Automotive Engineers, ISBN 1-56091-199-9
"Handbook of Vehicle-Road Interaction", David Cebon, Swets & Zeitlingers Publishers, ISBN 90-265-1554-5
"Heavy Vehicle Ride and Endurance - Modelling and Model Validation", Anders Forsén, Kungliga Tekniska Högskolan, Doktorsavhandling TRITA-FKT 1999:33
Internationell standard ISO 13674-1 (2010) "Road vehicles -- Test method for the quantification of on-centre handling -- Part 1: Weave test". International Organization for Standardization, Geneva.
"Heavy Vehicle Ride and Endurance - Modelling and Model Validation", Anders Forsén, Kungliga Tekniska Högskolan, Doktorsavhandling TRITA-FKT 1999:33
Internationell standard ISO 11012 (2009) "Heavy commercial vehicles and buses -- Open-loop test methods for the quantification of on-centre handling -- Weave test and transition test". International Organization for Standardization, Geneva.
Internationell standard ISO 11026 (2010) "Heavy commercial vehicles and buses -- Test method for roll stability -- Closing-curve test". International Organization for Standardization, Geneva.
Internationell standard ISO 13674-1 (2010) "Road vehicles -- Test method for the quantification of on-centre handling -- Part 1: Weave test". International Organization for Standardization, Geneva.
Internationell standard ISO 3888-1 (1999) "Passenger cars -- Test track for a severe lane-change manoeuvre -- Part 1: Double lane-change". International Organization for Standardization, Geneva.
Internationell standard ISO 9815 (2010) "Road vehicles -- Passenger-car and trailer combinations -- Lateral stability test". International Organization for Standardization, Geneva.

Externa länkar

Forebyggande program mot vältning med tunge fordon

[1] Elkady, Mustafa; Elmarakbi, Ahmed (26 September 2012). ”Modelling and analysis of vehicle crash system integrated with different VDCS under high speed impacts”. Central European Journal of Engineering 2 (4): sid. 585–602. doi:10.2478/s13531-012-0035-z. Bibcode: 2012CEJE....2..585E. http://nrl.northumbria.ac.uk/37363/1/Elkady%2C%20Elmarakbi%20-%20Modelling%20and%20analysis%20of%20vehicle%20crash%20system%20integrated%20with%20different%20VDCS%20under%20high%20speed%20impacts%20OA.pdf.

[Pacejka-2] Pacejka, Hans B. Tire and Vehicle Dynamics (2nd). Society of Automotive Engineers. sid. 3. ISBN 0 7680 1702 5

[1]

[2]