3-Sõiduki põikidünaamika (0)

Autofüüsika (TAT393) Sõiduki põikidünaamika 05.11.2021



Autofüüsika (TAT393) Sõiduki põikidünaamika 05.11.2021 Margus Villau, MSc www.tktk.ee KLK2021/1


Ajakava Kokku on 7 loengut (2x45 min)
• 23.09. – Loeng 1 ja 2: Sissejuhatus õppeainesse.
• 16.10. – Loeng 3 ja 4: Sõiduki pikidünaamika.
• 05.11. – Loeng 5 ja 6: Sõiduki põikidünaamika.
• 26.11. – Loeng 7: Mõõte- ja katsemetoodika ning  seadmed. E-kursus Moodles
Autofüüsika (TAT393) KLK2021 - M. Villau
VÕTI: AUTO_2021


Mõisted ja ülevaade Põikidünaamika all mõistetakse sõiduki liitliikumist kahes  erinevas suunas üheaegselt, s.o. piki- ja külgsuunas. Pikiliikumine Külgliikumine


Mõisted ja ülevaade Auto teelpüsivus on auto omadus liikuda ilma libisemise  ja ümberpaiskumiseta. Koos pidurdus- ja  juhitavusomadustega, kindlustab teelpüsivus ohutu liikluse.
Püsivust iseloomustatakse:
• külgpüsivusteguriga,
• auto liikumise kriitilise kiirusega.
Teelpüsivus sõltub:
• raskuskeskme asukohast,
• auto baasist ja rataste vahest,
• rehvide külgsuunalisest elastsusest.


Mõisted ja ülevaade Juhitavus on auto omadus säilitada etteantud  liikumissuunda ja alluda rooli abil antavatele korraldustele.  Juhitavusest oleneb suurel määral liiklemise ohutus ja  turvalisus.
Auto juhitavust mõjutavad:
• rooliajami ülekandearv,
• roolitrapetsi kuju,
• rehvide külgsuunaline elastsus,
• auto raskuskeskme asukoht.


Mõisted ja ülevaade — Auto ei tohi oma etteantud liikumissuunast kõrvale 
kalduda juhuslike jõudude (külgtuul, tee-ebatasasused, 
tee põikikalle) toimel. — Auto sõidusuund peab olema juhile kergelt alluv ilma 
juhti sellega väsitamata.


Et mõista sõiduki pööramise dünaamikat, peab esmalt peab arusaama mõningatest lähtekohtadest ja terminitest:
• kui sõiduk pöörab, siis muudab ta oma esialgset liikumise suunda globaalses koordinaadistikus (vt. joonist);
• sõiduki liikumine kurvis on liitliikumine: translatoorne ja pöördliikumine. Sõiduk liigub mööda trajektoori raadiusega R, esialgne suunang
sõidukil on 0 kraadi (kompassi suhtes, punkt 1). Kurvi läbimisel on 
sõiduk muutnud oma suunangut 90 kraadi (punkt 2). Seega, peab 
sõiduki kere ümber oma vertikaaltelje (z-telje) pöördunud olema 
samuti 90 kraadi võrra esialgsest.
Mis põhjustab kere pöördumise ümber oma vertikaaltelje? 1 2 V = 25 m/s
Φ = 90 ° V = 25 m/s
Φ = 0 ° R Miks sõiduk pöörab?


Mis põhjustab kere pöördumise ümber oma vertikaaltelje? 1 2 V = 25 m/s
Φ = 90 ° V = 25 m/s
Φ = 0 ° R Sõiduki pöördumist ümber oma vertikaaltelje iseloomustab 
sõiduki nurkkiirus (ω, °/sek) ümber z-telje (Yaw rate). Nurkkiirus 
iseloomustab sõiduki võimet oma suunangut muuta (ja selle 
kiirust): ay = V2/R = ωV = ω2R kus,  ay – külgkiirendus, m/s2
V – sõiduki kiirus, m/s
R – kurvi raadius, m Miks sõiduk pöörab?


1. Juht pöörab rooliratast mingi nurga 
võrra, millega kaasneb juhtrataste 
pöördumine vastava nurga võrra 
(sõltuvalt rooli ülekandearvust). 2. Juhtrataste pööramisega, tekitatakse 
esimestele rehvidele siirdenurk  α. C.G Siirdenurk (kõrvalejooksu nurk) on nurk ratta veeretasapinna 
suunangu ja tegeliku liikumissuuna vaheline nurk. Ratta veeretasapinna suund Ratta tegelik liikumise suund αS αV Miks sõiduk pöörab?


1. Juhtrataste pööramisega, tekitatakse esimestele 
rehvidele siirdenurk  α. 2. Siirdenurga  α tõttu, tekitatakse esirataste rehvidele  külgjõud F S 3. Külgjõu, F S tõttu, tekitatakse pöördemoment Mp ümber sõiduki raskuskeskme C.G (vertikaaltelje, z-
telje). 4. Seetõttu, hakkab sõiduki kere liikuma paremale kurvi 
suunas. C.G Ratta veeretasapinna suund Ratta tegelik liikumise suund αS αV FS,v FS,s Mp Külgjõu ja 
siirdenurga 
vaheline seos Miks sõiduk pöörab?


1. Seetõttu, hakkab sõiduki kere liikuma paremale 
kurvi suunas. 2. Et kere pöördub ümber oma vertikaaltelje (z-telje). 
Siis tekib ka taga telje rehvidele siirdenurk  α. 3. Kui tekib tagaratastele siirdenurk, tekib ka seal  külgjõud F S. 4. Tagumiste rataste külgjõud põhjustab samuti 
momendi ümber z-telje Mp, aga vastassuunas. 5. See takistab sõiduki kerel liialt pöördumast ja spinni 
tegemast.  C.G Ratta veeretasapinna suund Ratta tegelik liikumise suund αS αV FS,v FS,s Mp FS,s FS,v αS αV Mp Siit ka põhjus miks on tänapäeva sõidukite tagavedrustus
keerulisem kui esivedrustus. Tagavedrustus hoiab ära sõiduki 
ülejuhitavuse. Miks sõiduk pöörab?


1. Kui sõiduk on  kurvi läbinud ja juht 
pöörab rooli algsesse asendisse (otse 
asendisse), siis vähendab ta külgjõu 
esiratastel nullini. 2. Kaob ära siirdenurk juhtratastel ja 
seega ka külg jõud. 3. Kui kaob ära külgjõud, kaob ka sellest 
põhjustatud moment. C.G FS,s FS,v αS αV Mp Miks sõiduk pöörab?


1. Kui kaob ära külgjõud, kaob ka sellest 
põhjustatud moment. 2. Kui pole kere pööravat momenti ümber 
z-telje, siis kaob ka taga rataste 
siirdenurk. 3. Kui tagaratastel kaob siirdenurk, siis  kaob ka tagaratastel külgjõud ja 
sellega seoses moment. 4. Sõiduk saavutab stabiilse olukorra ja 
jätkab sõitu sirgjooneliselt. C.G Miks sõiduk pöörab?


Põiki kaaluümberjaotus (Lateral Weight Transfer)


F = m * g * ay Staatiline kaalujaotus + - Kaalu ümberjaotus Esimene lihtsustatud lähenemine Rööbe CG kõrgus 𝑊𝑇 = 𝐹𝑙𝑎𝑡 ∗ ℎ𝐶𝐺 𝑇 Põiki kaaluümberjaotus (Lateral Weight Transfer)


a b 𝑊𝑇 = 𝐹𝑙𝑎𝑡 ∗ 𝑏 𝑇 F = m * g * ay m = vedrustamata mass teljel, kg
T = rööbe, mm
b = vedrustamata massi raskuskese ehk ratta raadius, mm T Vedrustamata massi WT Põiki kaaluümberjaotus (Lateral Weight Transfer)


a b 𝑊𝑇 = 𝐹𝑙𝑎𝑡 ∗ 𝑎 𝑇 F = m * g * ay m = vedrustatud mass teljel, kg
T = rööbe, mm
a = vedrustatud massi raskuskese, mm T Vedrustatud massi WT Põiki kaaluümberjaotus (Lateral Weight Transfer)


hRC 𝑊𝑇𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑒𝑡𝑟𝑖𝑙𝑖𝑛𝑒 = 𝐹𝑙𝑎𝑡 ∗ ℎ𝑅𝐶 𝑇 F = m * g * ay m = vedrustatud mass teljel, kg
T = rööbe, mm
hRC = külgkaldumis keskme kõrgus, mm T Vedrustatud massi WT Elastne WT Geomeetriline WT RC Põiki kaaluümberjaotus (Lateral Weight Transfer)


hRC 𝑊𝑇𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑛𝑒 = 𝐹𝑙𝑎𝑡 ∗ ℎ𝑅𝐶 𝑇 F = m * g * ay m = vedrustatud mass teljel, kg
T = rööbe, mm
hRC = külgkaldumis keskme kõrgus, mm T Vedrustatud massi WT Elastne WT Geomeetriline WT RC Põiki kaaluümberjaotus (Lateral Weight Transfer)


Tsentrifugaaljõud —Tsentrifugaaljõud ehk kesktõukejõud on üks  inertsijõududest, see tähendab, et tegu on vaid inertsist  tuleneva nähtusega, mitte ringliikumise põhjusega. See  tekib punktmassi või keha kõverjoonelisel liikumisel ja  mõjub liikumissuunaga (trajektoori puutujaga) risti ja  ringliikumise keskpunktist eemale.


Tsentrifugaaljõud —Tsentrifugaaljõu moodul on määratud trajektoori  kõverusraadiusega R, keha liikumiskiirusega v ja massiga  m vastavalt valemile 𝐹 = 𝑚 ∙ 𝑣2 𝑅