HCT-ajoneuvoyhdistelmän rengasseuranta ja rengastuksen vaikutus HCT-ajoneuvoyhdistelmän stabiliteettiin

• Main Author: Tuutijärvi, M.-T. (Miro-Tommi)
• Format: Dissertation
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2017
• Subjects: Mechanical Engineering
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201703161375; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201703161375

Tutkimuksessa selvitettiin tutkittavan HCT-ajoneuvoyhdistelmän rengastuksen ja renkaiden kulumisen vaikutusta ajostabiliteettiin. Tutkittava ajoneuvoyhdistelmä on vetoauton, puoliperävaunun ja täysperävaunun yhdistelmä, jonka kokonaispituus on noin 33 metriä ja suurin sallittu kokonaismassa 104 tonnia. Työssä määritettiin simulointimalli tutkittavasta ajoneuvoyhdistelmästä monikappaledynamiikka -ohjelmistolla ja rengasmallit ympärivuotisille sekä talvirenkaille kuivalle asfaltille, märällä asfaltille ja jääpinnalle. Tutkittavaan ajoneuvoyhdistelmään rakennetun ajotilasuureita mittaavan mittausjärjestelmän avulla määritettiin simulointimallin vastaavuus tutkittavaan ajoneuvoyhdistelmään ajokokeilla. Simulointimallilla tarkasteltiin teoreettisesti rengastuksen vaikutusta tutkittavan ajoneuvoyhdistelmän stabiliteettiin. Tutkittavasta ajoneuvoyhdistelmästä määritettiin simulointimalli monikappaledynamiikka -ohjelmistolla. Ajoneuvoyksiköiden rungot ja kuormat mallinnettiin jäykkinä keskitetyn massan kappaleina. Akselien tuenta ja jousitusjärjestelmä mallinnettiin mittauksiin tukeutuen. Rengasmallit määritettiin mittaamalla renkaiden voimantuotto kokeellisin mittauksin. Simulointimallin korrelaatio kokeellisiin mittauksiin oli verraten korkea. Ajoneuvoyhdistelmän stabiliteettiin vaikuttavat mm. ajonopeus, ajoneuvoyhdistelmän rakenneparametrit, ajoneuvoyhdistelmän tyyppi, ajoneuvoyksiköiden lukumäärä, ajoneuvoyhdistelmän mitoitus sekä ajoneuvoyhdistelmän rengastus. Ajoneuvoyhdistelmän sivuttaisvärähtelyt alkavat yleisesti ulkoisten herätteiden tai ohjausherätteen vaikutuksesta. Ulkoisia herätteitä ovat esimerkiksi sivuttaiset tuulenpuuskat ja erinäiset tieherätteet. Ajoneuvoyhdistelmän stabiliteetti on varsinkin kohtalaisen kitkan olosuhteissa yleensä riittävän hyvä ulkoisia herätteitä vastaan. Ohjausheräte on kuitenkin ongelmallisempi, sillä tieliikenteessä käytettävillä nopeuksilla vetoauton liikkeet vahvistuvat sitä seuraavissa perävaunuissa. Tällöin esimerkiksi nopea väistöliike voi johtaa ajoneuvoyhdistelmän stabiliteetin menettämiseen, joka voi ilmetä esimerkiksi perävaunun suurena sivuttaissuuntaisena heilahteluna matalan kitkan olosuhteissa tai perävaunun kaatumisena korkean kitkan olosuhteissa. Tutkitun ajoneuvoyhdistelmän stabiliteetti vaikuttaa haasteelliselta johtuen vetoauton sivuttaisliikkeiden suuresta vahvistumisesta täysperävaunussa. Ajoneuvoyhdistelmän kuljettajan on oltava tietoinen ajoneuvoyhdistelmän ominaisuuksista ja huomiota on kiinnitettävä erityisesti ennakoivaan ajotapaan äkkinäisten ohjausliikkeiden ehkäisemiseksi. Ajoneuvoyhdistelmän stabiliteettia voidaan parantaa matalan kitkan olosuhteissa huomattavasti talvirenkailla verrattuna ympärivuotisiin renkaisiin. Matalan kitkan olosuhteissa renkaiden kuluminen kasvattaa perävaunujen heilahtelua huomattavasti ja madaltaa nopeutta, jolla perävaunu voi ajautua ulos tieltä. Ajoneuvoyhdistelmän stabiliteetin kannalta edullisinta on pyrkiä asentamaan uudet ja olosuhteisiin sopivat renkaat ensisijaisesti täysperävaunun takatelille, jos koko ajoneuvoyhdistelmän rengastaminen olosuhteisiin sopivilla renkailla ei ole mahdollista. === In this study, the effect of tires and tire wear on the stability of a HCT vehicle combination is investigated. The studied vehicle combination consists of a tractor, semitrailer and a full trailer and the total length is about 33 meters and the gross combination weight is 104 tons. A simulation model of the studied vehicle is defined with a multi-body dynamics software and the tire models are defined for all-season and winter tires for dry asphalt, wet asphalt and ice. The studied vehicle combination is equipped with instrumentation to measure values concerning the driving dynamics and with the instrumentation the correlations between the simulation model output and measured values are defined. The simulation model is used to investigate the effect of tires on the stability of the studied vehicle combination. A simulation model of the studied vehicle is defined with multi-body dynamics software. The frames and the loads of the vehicle units are defined as rigid bodies with lumped masses. The axles and the suspension systems are defined based on the measurements of the studied vehicle combination. Tire models are defined based on the experimental measurements of the tire force output. The correlation between the simulation model output and the measured values was comparatively high. Driving speed, structural parameters, the type of the vehicle combination, the number of the vehicle units, the dimensioning of the vehicle combination and tires amongst other things affect the stability of a vehicle combination. The lateral oscillations of a vehicle combination usually originate from external forces or the steering input. External forces include, but are not limited to different road excitations and lateral gusts of wind. The stability of a vehicle combination, especially on high friction conditions, is usually adequate against external forces. Steering input is more problematic, because on the speeds used in the roads the lateral movements of the towing vehicle are amplified in the following vehicle units. This can cause the loss of stability when i.e. an obstacle has to be avoided which can result in huge trailer swing at low friction conditions or in a rollover of the trailer in high friction conditions. The stability of the studied vehicle combination is problematic, since the lateral movements of the towing vehicle are highly amplified on the full trailer. The driver has to be aware about the behavior of the vehicle combination and attention has to be paid to proactive driving style in order to prevent hazardous steering inputs. The stability of the vehicle combination can be improved significantly with winter tires on low friction conditions when compared with all-season tires. In the low friction conditions the tire wear increases trailer swing notably and lowers the speed when the trailer might drift off the road. Regarding the stability of the vehicle combination, installing the new and right tires for the conditions on the rear bogie of the full trailer is desirable, if changing all the tires is not possible.