Rozprawy Nr 152

UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY IM. JANA I JÊDRZEJA ŒNIADECKICH W BYDGOSZCZY

ROZPRAWY NR 152

Przemys³aw Simiñski

METODYKA OKREŒLANIA WP£YWU WYBRANYCH ZMIAN KONSTRUKCYJNYCH NA BEZPIECZEÑSTWO RUCHU WOJSKOWYCH POJAZDÓW KO£OWYCH

BYDGOSZCZ – 2011 REDAKTOR NACZELNY prof. dr hab. in¿. Janusz Prusiñski

REDAKTOR DZIA£OWY Prof. dr hab. in¿. Henryk Tylicki

OPINIODAWCY Prof. dr hab. in¿. Oleh Klyus, dr h.c. Prof. dr hab. in¿. Henryk Tylicki

OPRACOWANIE REDAKCYJNE I TECHNICZNE mgr Micha³ Górecki, mgr in¿. Daniel Morzyñski

Praca powsta³a przy wsparciu projektu „Realizacja II etapu Regionalnego Centrum Innowacyjnoœci” wspó³finansowanego ze œrodków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Kujawsko-Pomorskiego na lata 2007-2013

ISSN 0209-0597

Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego ul. Ks. A. Kordeckiego 20, 85-225 Bydgoszcz, tel. 52 3749482, 3749426 e-mail: [email protected] http://www.wu.utp.edu.pl

Wyd. I. Nak³ad 120 egz. Ark. aut. 10,25. Ark. druk. 10,0. Zamówienie nr 8/2011 Oddano do druku i druk ukoñczono w sierpniu 2011 r. Uczelniany Zak³ad Ma³ej Poligrafii UTP Bydgoszcz, ul. Ks. A. Kordeckiego 20 Spis treĞci

1. WstĊp ...... 5

2. Cel i zakres pracy ...... 6

3. BezpieczeĔstwo wojskowych pojazdów koáowych ...... 8 3.1. Wojskowe pojazdy mechaniczne ...... 8 3.2. BezpieczeĔstwo pojazdów ...... 11 3.3. Koáowe pojazdy opancerzone ...... 14 3.4. Przyczyny zagroĪeĔ bezpieczeĔstwa ruchu wojskowych pojazdów koáowych ...... 17 3.4.1. Specyfika konstrukcji wojskowych pojazdów koáowych ...... 17 3.4.2. Procedura pozyskiwania konstrukcji wojskowych pojazdów koáowych ...... 17 3.4.3. Rodzaje i przyczyny wypadków z udziaáem koáowych pojazdów opancerzonych ...... 18 3.4.4. Rodzaje i przyczyny wypadków z udziaáem koáowych pojazdów czáonowych ...... 19 3.5. MoĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa ...... 20 3.5.1. Badania eksperymentalne pojazdów koáowych ...... 20 3.5.2. Badania symulacyjne pojazdów koáowych ...... 20 3.5.3. Badania statecznoĞci pojazdów czáonowych ...... 22 3.5.4. Inne moĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa ...... 23 3.6. Podsumowanie rozdziaáu ...... 23

4. Propozycja organizacji postĊpowania badawczego pozwalającego okreĞlaü wpáyw wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáowych ...... 25 4.1. Zebranie danych do modelu ...... 25 4.2. Wybór modelu symulacyjnego ...... 25 4.3. Badania eksperymentalne...... 25 4.4. Program badaĔ symulacyjnych ...... 26 4.5. Badania symulacyjne ...... 26 4.6. Porównanie wyników z kryteriami oceny ...... 26 4.7. Podsumowanie rozdziaáu ...... 27

5. Badania dwuosiowych lekkich pojazdów opancerzonych ...... 28 5.1. Badania eksperymentalne ...... 28 5.2. Badania symulacyjne ...... 30 5.2.1. Model fizyczny ...... 30 5.2.2. Model matematyczny ...... 30 5.2.3. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego ...... 35 5.2.4. Parametry modelu symulacyjnego ...... 42 5.2.5. Badania wpáywu poáoĪenia wybranych zmian konstrukcyjnych na zachowanie pojazdu w ruchu krzywoliniowym ...... 49 5.3. Podsumowanie rozdziaáu ...... 77 4

6. Badania czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych...... 78 6.1. Badania eksperymentalne ...... 78 6.2. Badania symulacyjne ...... 79 6.2.1. Model fizyczny ...... 79 6.2.2. Model matematyczny ...... 83 6.2.3. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego ...... 84 6.2.4. Badania ogumienia ...... 87 6.2.5. Przebieg badaĔ symulacyjnych ...... 93 6.2.6. Badania wpáywu wybranych parametrów konstrukcyjnych na zachowanie pojazdu w ruchu krzywoliniowym ...... 94 6.3. Podsumowanie rozdziaáu ...... 105

7. Model zawieszenia hydropneumatycznego ...... 106 7.1. WáaĞciwoĞci zawieszenia hydropneumatycznego ...... 106 7.2. Model fizyczny ...... 109 7.3. Model matematyczny ...... 113 7.4. Badania czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych z wykorzystaniem modelu zawieszenia hydropneumatycznego ...... 124

7.4.1. Badania symulacyjne ...... 124 7.4.2. Ocena wpáywu poáoĪenia Ğrodka masy oraz parametrów inercyjnych w ruchu krzywoliniowym ...... 127 7.4.3. Ocena wpáywu poáoĪenia Ğrodka masy oraz parametrów inercyjnych w ruchu prostoliniowym ...... 130 7.5. Podsumowanie rozdziaáu ...... 135

8. Podsumowanie i wnioski koĔcowe ...... 136 8.1. Rezultaty pracy ...... 136 8.2. Przesáanki do dalszych badaĔ ...... 137

9. Zaáącznik. Badania wojskowych pojazdów czáonowych ...... 139 Z1. Pojazdy czáonowe w wojsku ...... 139 Z2. Badania dynamiki w ruchu prostoliniowym ...... 140 Z3. Badania dynamiki w ruchu krzywoliniowym ...... 146

Literatura ...... 151

Streszczenia...... 161 5

1. WSTĉP

Obecnie rozwój siá zbrojnych w krajach czáonkowskich NATO oraz w Europie i związany z nim rodzaj uĪywanego sprzĊtu i jego wáaĞciwoĞci trakcyjne uzaleĪnione są gáównie od rodzaju konfliktu, w którym angaĪują siĊ poszczególne armie. Aktualnie, wiĊkszoĞü dziaáaĔ o charakterze militarnym stanowią misje stabilizacyjne oraz przeciw- dziaáania róĪnorodnym formom terroryzmu. Formacje terrorystyczne nie zwaĪają na prawo wojenne i stosują wszystkie dostĊpne Ğrodki i metody. Obecnie gáównym Ĩródáem konfliktów jest nierównomierny rozwój Ğwiatowej go- spodarki. RóĪnice rozwojowe powodują nierówny rozkáad siá we wspóáczesnych dziaáa- niach wojennych, stąd bierze siĊ pojĊcie konfliktu asymetrycznego. Charakterystyczne ze strony konfliktów asymetrycznych jest pojawianie siĊ nowych zagroĪeĔ, wĞród których najpowaĪniejszym są improwizowane áadunki wybu- chowe (IED). àadunki, których celem są gáównie pojazdy, umieszczane przy drogach powodują wprawdzie niewielkie, jednak uciąĪliwe straty w szeregach oddziaáów wojsk NATO. Wymusza to rozwój pojazdów ukierunkowany na poprawĊ bezpieczeĔstwa Īoánierzy. Budowanie róĪnych wersji specjalnych pojazdów, nie tylko wojskowych, na wcze- Ğniej zbudowanym i wdroĪonym podwoziu bazowym jest powszechnie stosowaną prak- tyką. Opracowywanie przez producentów nowych konstrukcji pojazdów koáowych wiąĪe siĊ takĪe z koniecznoĞcią badaĔ nad bezpieczeĔstwem ruchu. Zazwyczaj wykonuje siĊ zarówno bardzo kosztowne, jak i niebezpieczne dla ludzi badania eksperymentalne na pojazdach prototypowych oraz niekiedy symulacyjne. Prowadzenie badaĔ symulacyjnych pozwala zazwyczaj na wiĊkszą efektywnoĞü dziĊki moĪliwoĞci uzyskania informacji o wpáywie zmian konstrukcyjnych i eksploatacyjnych wraz ze skutkami ich przeprowadzenia, w szczególnoĞci na kierowalnoĞü i statecznoĞü, jeszcze na etapie projektowania. Zwáaszcza, Īe szczególne niebezpieczeĔstwo dla zaáogi pojazdu w ruchu wiąĪe siĊ z przewróceniem samochodu na bok. Pojazdy o nietypowej konstrukcji, o wysoko poáoĪonym Ğrodku masy (np. pojazdy wojskowe zapewniające ochronĊ przed áadunkami improwizowanymi tzw. IED), są szczególnie podatne na takie wypadki. Tworzenie nowych konstrukcji pojazdów, w tym na bazie wdroĪonych juĪ podwozi, nie powinno wiązaü siĊ z pogorszeniem ich bezpieczeĔstwa. Tymczasem podczas budowania wersji odmiennych od bazowych lub modernizacji pojazdów, wprowadzane są zmiany konstrukcyjne i eksploatacyjne wpáywające na bezpieczeĔstwo, a zwáaszcza kierowalnoĞü i statecznoĞü. NaleĪy takĪe wspomnieü, Īe potrzeby wojskowych dziaáaĔ operacyjnych wymuszają niekiedy budowĊ nowych pojazdów pod presją czasu. DuĪy poĞpiech ogranicza moĪliwoĞci dopracowania elementów konstrukcji wpáywających na bezpieczeĔstwo ruchu. Z tego wzglĊdu konieczne jest podjĊcie dziaáaĔ w kierunku ograniczenia zagroĪeĔ i podniesienia bezpieczeĔstwa zaáóg pojazdów wojskowych. Stąd sugestia, aby zastosowanie w procesie wdraĪania pojazdów odpowiedniej metodyki ograniczyáo zagroĪenia i wpáynĊáo na podniesienie bezpieczeĔstwa zaáogi. 6

2. CEL I ZAKRES PRACY

Praca dotyczy zagadnieĔ związanych z bezpieczeĔstwem wojskowych pojazdów koáowych. Gáównym jej celem jest opracowanie metodyki okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáo- wych. Inne cele naukowe to: opracowanie róĪnorodnych modeli symulacyjnych, ich weryfikacja eksperymentalna, a nastĊpnie wykonanie badaĔ pozwalających oceniü przydatnoĞü metodyki oraz okreĞlenie moĪliwych i uzasadnionych problemów dalszych badaĔ. Oprócz celu naukowego moĪna wskazaü cel utylitarny pracy. Jest nim budowa oprogramowania oraz przedstawienie wyników badaĔ wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na kierowalnoĞü i statecznoĞü pojazdów wojskowych, co znacząco moĪe wzbogaciü narzĊdzia pracy konstruktorów koáowych pojazdów wojskowych. OsiągniĊcie celów pracy wymaga okreĞlenia specyfiki koáowych pojazdów wojskowych i zagadnieĔ związanych z ich bezpieczeĔstwem. W szczególnoĞci niezbĊdna jest analiza ruchu koáowych pojazdów wojskowych i towarzyszących im zjawisk dynamicznych, w aspekcie przyczyn zagroĪeĔ bezpieczeĔstwa ruchu wojskowych pojazdów koáowych oraz moĪliwoĞci jego poprawy. Podstawą do prowadzonych analiz są wyniki badaĔ eksperymentalnych i symulacyjnych. Istotne jest okreĞlenie procedury pozyskiwania nowych pojazdów wojskowych, która ma znaczący wpáyw na ich bezpieczeĔ- stwo. Poruszane zagadnienia mająĞcisáy związek z bezpieczeĔstwem pojazdu. Rezulta- ty pracy mogą byü przydatne w siáach zbrojnych i przemyĞle zbrojeniowym. Efekty wymierne obejmują zwiĊkszenie bezpieczeĔstwa pojazdu i związane z tym obniĪenie ryzyka wypadków drogowych, kosztów budowy aplikacji wojskowych pojazdów koáo- wych, obniĪenie kosztów wykonywania ewentualnych zmian w pojazdach seryjnych oraz pozyskanie dla potrzeb Wojska Polskiego konstrukcji zapewniających optymalne bezpieczeĔstwo ruchu. DąĪąc do osiągniĊcia zaáoĪonego celu pracy, w rozdziale 3 przedstawiono proble- matykĊ aktualnego procesu pozyskiwania pojazdów koáowych do siá zbrojnych i moĪ- liwych do pojawiania siĊ z tego tytuáu zagroĪeĔ dla konstrukcji. W tym samym rozdziale, w oparciu o znane autorowi pracy publikacje, przedstawiono przyczyny zagroĪeĔ w ruchu koáowych pojazdów wojskowych. Wskazano gáówne przyczyny oraz skutki zdarzeĔ drogowych w aspekcie iloĞciowym. Ponadto skupiono siĊ na wskazaniu, na podstawie dostĊpnych publikacji, sposobów poprawy bezpieczeĔstwa ruchu koáowych pojazdów wojskowych. WiĊkszoĞü z nich opiera siĊ na analizie dostĊpnych wyników badaĔ, które uzyskuje siĊ analitycznie, symulacyjnie oraz eksperymentalnie. OkreĞlono zasób informacji o metodach badawczych, pozwalających na opracowanie metodyki okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wybranych zmian konstrukcyjnych. W dalszej czĊĞci pracy weryfikowano postĊpowanie badawcze záoĪone z badaĔ eksperymentalnych oraz symulacyjnych, za pomocą opracowanych, zweryfikowanych eksperymentalnie modeli symulacyjnych. OkreĞlone postĊpowanie przeprowadzono dla róĪnych obiektów: dwuosiowych lekkich pojazdów opancerzonych (rozdz. 5), czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych (rozdz. 6). Ze wzglĊdu na obserwowane tendencje rozwojowe w konstrukcji zawieszeĔ wojskowych pojazdów koáowych, zwáaszcza opancerzonych, okreĞlone postĊpowanie badawcze przeprowadzono dla opracowanego modelu pojazdu z zawieszeniem hydropneumatycznym (rozdz. 7). 7

PrzyjĊta w pracy nomenklatura wynika z opracowanej klasyfikacji pojazdów (podrozdz. 3.3) uwzglĊdniającej aktualne tendencje rozwojowe. Przy opracowaniu przed- miotowej metodyki wykorzystano prace badawcze, w których obiektami badaĔ byáy: pojazdy lekkie, wieloosiowe czy teĪ zestawy ciągnik – naczepa. CaáoĞü zamyka wykaz Ĩródeá literaturowych, do których odwoáuje siĊ autor. Praca jest w znacznej czĊĞci efektem czynnego udziaáu autora jako kierownika bądĨ wykonawcy w projektach: celowych [100, 104, 108, 111, 133, 148, 158, 160], rozwojowych [156, 163] oraz wspóápracy z przemysáem [ 101, 102, 103, 105, 107, 109, 110, 112, 113, 115, 116, 117, 134, 136, 139, 143]. 8

3. BEZPIECZEēSTWO WOJSKOWYCH POJAZDÓW KOàOWYCH

3.1. Wojskowe pojazdy mechaniczne

W systemie maszyn transportowych, biorąc pod uwagĊ przeznaczenie, pojazd me- chaniczny jest maszyną sáuĪącą do przetwarzania energii lub wykonywania okreĞlonej pracy mechanicznej [ 88]. Szczególnie istotną grupĊ maszyn transportowych stanowią pojazdy lądowe, których klasyfikacjĊ przedstawiono na rysunku 3.1. WĞród nich szcze- gólną grupĊ stanowią pojazdy wojskowe.

Rys. 3.1. Klasyfikacja pojazdów lądowych [88] 9

Poszczególne grupy wymienione jako pojazdy lądowe wojskowe moĪna równieĪ podzieliü. Przykáadowo klasyfikacja wozów bojowych wedáug traktatu o Ograniczeniu Konwencjonalnych ZbrojeĔ w Europie (CFE), którą przedstawiono na rysunku 3.2 [91], uwzglĊdnia przeznaczenie pojazdów. W zaleĪnoĞci od wykonywanych zadaĔ pojazdy naraĪone są na róĪnorodne zagroĪenia. Dlatego teĪ wymagane jest zachowanie okreĞlo- nego poziomu bezpieczeĔstwa.

Rys. 3.2. Klasyfikacja wozów bojowych wg CFE [91]

ZagroĪenia dla wozów bojowych przyjĊto klasyfikowaü w nastĊpujący sposób: - ochrona przed wykryciem i identyfikacją, - ochrona przeciwminowa, - ochrona balistyczna, - ochrona przed bronią masowego raĪenia. 10

Rys. 3.3. Struktura parku samochodowego WP [11] 11

Szczegóáowy podziaá pojazdów wojskowych zostaá zawarty w strukturze parku samochodowego. Wedáug [ 11, 50] struktura parku samochodowego siá zbrojnych WP (rys. 3.3) powinna byü związana z: - zadaniami transportowymi, - potrzebną mobilnoĞcią, - potrzebnąáadownoĞcią, - odrĊbnoĞcią konstrukcyjną podwozia kaĪdej grupy. Szczególnie istotna dla pojazdów wojskowych jest mobilnoĞü. W paĔstwach NATO pojĊcie to definiuje siĊ jako: - wáasnoĞü samochodu wynikającą z przystosowania do wykonywania zadania trans- portowego w róĪnych warunkach terenowych, - zdolnoĞü do pracy w róĪnych warunkach klimatycznych i zapylenia, - odpornoĞü na ostrzaá oraz dziaáanie min i odáamków, - przystosowanie do transportu lotniczego i morskiego, - przystosowanie do samodzielnego dziaáania w nieznanym terenie, - zdolnoĞü samozaáadowczą.

3.2. BezpieczeĔstwo pojazdów Kwestie bezpieczeĔstwa pojazdów wojskowych są niezwykle istotne. Parafrazu- jąc, bezpieczni Īoánierze to bezpieczne spoáeczeĔstwo. Rozpatrując kwestie bezpieczeĔ- stwa pojazdów wojskowych nie moĪna pominąü charakterystyki obiektów, jakimi są wojskowe pojazdy koáowe. Wprawdzie wiĊkszoĞü z nich moĪna uznaü za pojazdy specjalne, jednak czĊĞü z nich jest specyficzna i charakteryzuje siĊ rozwiązaniami tech- nicznymi niespotykanymi na rynku pojazdów komercyjnych. W grupach pojazdów koáowych wystarczy wymieniü: lekkie pojazdy opancerzone, pojazdy minoodporne (rys. 3.4), wozy bojowe i transportery piechoty oraz wozy specjalne (rys. 3.5), zestawy drogowe do transportu ciĊĪkiej techniki bojowej (rys. 3.6) czy teĪ wozy ewakuacji technicznej (rys. 3.7). NiepowtarzalnoĞü tych obiektów moĪna zauwaĪyü analizując ich parametry techniczne. Nawet z pobieĪnego przeglądu moĪna dostrzec, w zaleĪnoĞci od typu pojazdu: ponadprzeciĊtne wymiary gabarytowe, duĪą masĊ caákowitą, duĪe momenty bezwáadnoĞci. Szczególne teĪ pozostają warunki pracy kierowców, czĊsto z silnie ograniczoną widocznoĞcią oraz systemami zabezpieczeĔ antyminowych, jak specyficzne siedziska czy teĪ systemy pasów bezpieczeĔstwa.

Rys. 3.4. Pojazd minoodporny 12

Rys. 3.5. Specjalny wóz áącznoĞci

Rys. 3.6. Ciągnik ewakuacji technicznej z opancerzoną kabiną

Rys. 3.7. Zestaw do transportu ciĊĪkiej techniki bojowej z opancerzoną kabiną

Na ogóá rozpatrując pojazdy koáowe, w zakresie bezpieczeĔstwa, mówi siĊ o dwóch jego obszarach: czynnym oraz biernym [ 193]. W aspekcie pojazdów samocho- 13 dowych wyróĪnia siĊ dwa podstawowe rodzaje bezpieczeĔstwa: czynne i bierne. Jako bezpieczeĔstwo czynne rozumie siĊ zespóá takich cech pojazdu, które umoĪliwiają kierowcy zmniejszenie lub unikniĊcie ryzyka, czyli zmniejszenie prawdopodobieĔstwa powstania kolizji drogowej. Istotą jest zapobieganie wypadkom drogowym. W przypadku bezpieczeĔstwa biernego mówi siĊ o przeciwdziaáaniu obraĪeniom w trakcie kolizji drogowej. W przypadkach bezpieczeĔstwa pojazdów wojskowych naleĪy wspomnieü o ko- niecznoĞci przeciwdziaáania zagroĪeniom bojowym i związaną z tym ochroną zaáóg. Zapewnienie optymalnej ochrony zaáodze umoĪliwia wysoki poziom zespoáu cech pojazdu, do których naleĪą: siáa ognia (moĪliwoĞü raĪenia przeciwnika odpowiednio sku- tecznymi Ğrodkami ogniowymi), odpornoĞü balistyczna i antyminowa (wyraĪana jako- Ğcią opancerzenia), wysoka mobilnoĞü (dynamika jazdy, pokonywanie przeszkód terenowych, zwrotnoĞü). Dopiero kompleksowy rozwój wspomnianych cech pozwala na osiągniĊcie zadowalającego poziomu bezpieczeĔstwa. Wszelkie dysproporcje, jak np. silne opancerzenie przy niskiej dynamice ruchu, są niepoĪądane i nie gwarantują bez- pieczeĔstwa pojazdów wojskowych, zwáaszcza opancerzonych. BezpieczeĔstwo pojaz- dów wojskowych naleĪy rozpatrywaü w szerszym aspekcie, np.: odpornoĞci balistycznej, transportowalnoĞci, urządzeĔ specjalnych, moĪliwoĞci pokonywania przeszkód wodnych. W procesie konstruowania pojazdów wojskowych, czĊsto na bazie podwozia czy teĪ platformy, dokonuje siĊ modyfikacji i modernizacji. W efekcie budowane są praktycznie nowe pojazdy, speániające aktualne wymagania taktyczno-techniczne, dopaso- wane do bieĪących potrzeb. Potrzeba osiągania i speániania przez pojazd nowych wy- magaĔ bardzo czĊsto wiąĪe siĊ z wyczerpaniem technicznych moĪliwoĞci podwozi bazowych. Wobec tego celem nadrzĊdnym staje siĊ konstruowanie nowych typów po- jazdów bez pogorszenia dotychczasowego poziomu bezpieczeĔstwa. Dotyczy to zwáaszcza ruchu pojazdu, w szczególnoĞci jego dynamiki, czyli zachowania siĊ podczas zmiany prĊdkoĞci i toru jazdy. O jakoĞci pojazdu wojskowego (zwáaszcza bojowego) decydują jego gáówne cechy, tzn.: siáa ognia, ruchliwoĞü i opancerzenie, które w myĞl zasady áaĔcucha powinny byü ogniwami o takiej samej wytrzymaáoĞci. Pod pojĊciem ruchliwoĞci rozumie siĊ zespóá cech charakteryzujących zdolnoĞü do dynamicznej jazdy i manewrowania wozu na polu walki. NaleĪą do nich: parametry charakteryzujące ruch prostoliniowy, zwrot- noĞü, zdolnoĞü pokonywania terenu. Potwierdzają to informacje z obszaru analizy litera- turowej oraz badania prowadzone m.in. przez autora pracy [109, 110, 137, 140, 163, 157]. Autor w dalszej czĊĞci pracy skupiá siĊ na rozwaĪaniach nad bezpieczeĔstwem pojazdów wojskowych rozumianym jako poáączenie bezpieczeĔstwa czynnego oraz zapewnienia jak najwyĪszej dynamiki ruchu jako cechy pojazdu zapewniającej ochronĊ zaáodze przed zagroĪeniem bojowym. Na tak zdefiniowane bezpieczeĔstwo w duĪej mierze bĊdzie rzutowaü statecznoĞü pojazdu. StatecznoĞcią podczas ruchu pojazdu okreĞla siĊ zdolnoĞü do zachowania toru jazdy zadanego przez kierowcĊ [193]. W przypadku poĞlizgu w ruchu prostoliniowym mamy do czynienia z utratą statecznoĞci po- dáuĪnej. Najbardziej powszechna i niosącą najwiĊcej zagroĪeĔ jest utrata statecznoĞci w ruchu krzywoliniowym, czyli poprzeczna. W przypadku utraty przyczepnoĞci poprzecznej moĪe nastąpiü zarzucenie pojazdu bądĨ, jeĞli nawierzchnia ma wysoki wspóá- czynnik przyczepnoĞci lub Ğrodek masy pojazdu jest poáoĪony wysoko, wywrócenie pojazdu, co jest najgroĨniejszym wypadkiem [94]. 14

3.3. Koáowe pojazdy opancerzone W podrozdziale zostaną przedstawione rodzaje pojazdów opancerzonych aktualnie wykorzystywanych w siáach zbrojnych. RóĪnorodne zagroĪenia oraz zmiana zasad prowadzenia konfliktów powodują, Īe wojskowym pojazdom koáowym stawiane są nowe, odmienne od dotychczasowych wymagania. Dotyczą one wysokiej mobilnoĞci, ale przede wszystkim, podwyĪszonej ochrony zaáogi. Przykáadowo park pojazdów ko- áowych w polskiej armii jest aktualnie mocno zróĪnicowany. Oprócz obecnych koáo- wych wozów bojowych Rosomak, uznawanych za nowoczesne w innych grupach sprzĊ- towych, opisywanych w systematyce parku pojazdów w WP [96], jest teĪ sprzĊt po wieloletniej eksploatacji. Ze wzglĊdu na dziaáania polskich kontyngentów wojskowych, koniecznoĞcią staáo siĊ wprowadzenie do siá zbrojnych nowych pojazdów opancerzonych. W tym celu wdroĪono niewielkie iloĞci pojazdów okreĞlanych jako SPI (samochód patrolowo- -interwencyjny), czyli wysoce mobilnych, lekko opancerzonych i uzbrojonych pojaz- dów, przeznaczonych do prowadzenia walki z grupami zbrojnymi o charakterze terrory- stycznym. Planowane jest wprowadzenie pojazdów typu OSP (Opancerzone Samochody Pa- trolowe). OSP to grupa pojazdów adekwatnych do potrzeb operacji poza granicami kraju (w Afganistanie, Iraku). Pojazdy te w odróĪnieniu od grupy SPI ma charaktery- zowaü wyĪszy poziom ochrony balistycznej i przeciwminowej. Obok pojazdów opancerzonych, niezbĊdne jest wprowadzenie nowych jednostek sprzĊtu w grupach samocho- dów ciĊĪarowo-terenowych oraz zestawów transportowych ciągnik- naczepa. Na tle tych potrzeb uzasadniona jest dbaáoĞü o utrzymanie wysokiego poziomu bezpieczeĔ- stwa ruchu. Rozwój pojazdów SPI, OSP, MRAP czy teĪ zestawów transportowych oraz wersji specjalnych Rosomaka przebiega niezwykle dynamicznie, gdyĪ powstaje szereg nowych wersji. Uwarunkowaniem do szybkiego rozwoju staáy siĊ misje wojskowe poza granicami kraju i udziaá w nich wojsk polskich. PoniĪej scharakteryzowano typy koáo- wych pojazdów opancerzonych. Samochody przeznaczone do realizacji zadaĔ patrolowych oraz interwencyjnych stanowią wyodrĊbnioną, nową kategoriĊ pojazdów wojskowych i policyjnych, okreĞlo- ną jako samochody patrolowo-interwencyjne (SPI). Charakterystyczne cechy pojazdów SPI wynikają z ich przeznaczenia, a mianowicie: a) zazwyczaj mieszczą 6-10 Īoánierzy lub funkcjonariuszy z indywidualnym uzbrojeniem i wyposaĪeniem, co uznano za optymalne dla sprawnego wykonania zadaĔ pa- trolowania i ewentualnej interwencji, b) uzbrojeniem pokáadowym jest karabin maszynowy (kalibru 7,62 mm, rzadziej 12,7 mm), ewentualnie lekki moĨdzierz, a ostatnio automatyczny granatnik 40 mm; w niektórych pojazdach Īoánierze mogą prowadziü przez otwory strzelnicze ogieĔ z wnĊtrza wozu, na boki i do tyáu, c) ochrona przed pociskami zazwyczaj odpowiada 1, a ostatnio 2 poziomowi wg Sta- nag 4569, d) ochrona przed minami jest zróĪnicowana, najczĊĞciej speánia wymagania poziomu l wg Stanag 4569 (granaty rĊczne, odáamki pocisków haubicy oraz maáe áadunki wy- buchowe eksplodujące pod pojazdem), e) powszechnie są stosowane szyby kuloodporne, 15 f) bardzo czĊsto stosowane są koáa wyposaĪone w specjalne wkáadki umoĪliwiające dalszą jazdĊ w przypadku uszkodzenia ogumienia przez pociski lub minĊ, g) wszystkie samochody są zbudowane na podwoziach terenowych 4x4 lub 6x6. Gáówną wadą samochodów z tej kategorii jest stosunkowo sáaba i czĊsto niewy- starczająca ochrona zaáogi przed ostrzaáem z broni kalibru 12,7 mm i wyĪszych, a takĪe przed minami i improwizowanymi áadunkami wybuchowymi, które stają siĊ najwiĊk- szym zagroĪeniem Īoánierzy biorących udziaá w bojowych patrolach. Wspomnianych wad, typowych dla SPI, mają byü pozbawione OSP-y (opancerzone samochody patrolowe). Takie okreĞlenie przyjĊto na potrzeby pozyskania pojazdów do operacji poza granicami kraju (w Afganistanie, Iraku) przez Dowództwo Wojsk Lądowych. Pojazdy te w odróĪnieniu od poprzedniej grupy SPI mają diametralnie wyĪ- szy poziom ochrony balistycznej – poziom 3 wg STANAG 4569. Powoduje to wyĪszą masĊ caákowitą dochodzącą do 16 t. Na wysokim poziomie (2a wg wspomnianego do- kumentu standaryzacyjnego, czyli 6 kg ekwiwalentu TNT wybuchającego pod koáem) ksztaátuje siĊ odpornoĞü przeciwminowa pojazdów naleĪących do kategorii OSP, rzadziej jest to 2b (6 kg TNT, ale pod kadáubem). OdpornoĞü na áadunki improwizowane IED jest wystarczająca dla speánienia poziomu IV. W stosunku do SPI w OSP ograni- czono liczbĊ czáonków zaáogi do 5, wzmocniono takĪe uzbrojenie – wykorzystywane są obrotnice km kalibru 7,62 lub 12,7 mm oraz granatnik 40 mm. Pojazdy te wyposaĪane są w Ğrodki áącznoĞci wewnĊtrznej oraz zewnĊtrznej z bardziej rozbudowanym i zinte- growanym systemem informatycznym. Przykáadem zapewnienia ochrony zaáodze jest amerykaĔski program MRAP (Mine Resistant Ambush Protected). Dotychczasowe doĞwiadczenia z udziaáu Īoánierzy ame- rykaĔskich w dziaáaniach w Iraku oraz Afganistanie wykazują jako priorytet osiągniĊcie jak najwyĪszej ochrony przeciwminowej w celu ograniczenia strat ludzkich. Struktura amerykaĔskiego programu rozwojowego pojazdów MRAP obejmuje budowĊ 3 kategorii tych samochodów. KategoriĊ 1 stanowią samochody MRUV (Mine Resistant Utility Vehicles), które mają byü wykorzystywane do wykonywania zadaĔ w terenie zurbani- zowanym. Uzbrojone w system obrotnicy z karabinem maszynowym mają zabieraü 6 osób zaáogi. Pierwotnie planowano zakup 1416 pojazdów. Do kategorii 2 naleĪą pojazdy JERRV (Joint Explosive Ordnance Disposal Rapid Response Vehicle). Są one przeznaczone do konwojowania, transportowania Īoánierzy oraz zadaĔ inĪynieryjnych. Do tych zadaĔ przeznaczono pojazdy Cougar w wariantach 4x4 oraz 6x6. KategoriĊ 3 stanowią samochody do transportowania do 12 Īoánierzy, o wysokiej odpornoĞci przeciwminowej, wykorzystywane do zadaĔ EOD (Explosive Ordnance Disposal). Do tych zadaĔ planowano wykorzystywaü 64 pojazdów BUFFALO. Liczba przewoĪonych Īoá- nierzy jest mniejsza niĪ 10 (najczĊĞciej 6). Inaczej jednak niĪ w przypadku HMMWV czy przypominających go podstawowymi zaáoĪeniami konstrukcyjnymi pojazdów takich jak: LMV, Eagle IV, RG-32 czy AMZ Tur, MRAP to pojazdy ciĊĪsze i wiĊksze. Zabierają wiĊcej pasaĪerów, czĊsto mają tylne drzwi przedziaáu pasaĪerskiego. Są teĪ znacznie bezpieczniejsze dla podróĪnych. Nie moĪna ich zatem bezpoĞrednio porów- nywaü ze wspomnianymi konstrukcjami. MRAP-y nie są jednak pozbawione wad. WaĪące od 15 do 28 ton pojazdy opancerzone mają niewielki zasiĊg, a ich masa czĊsto przekracza noĞnoĞü wiĊkszoĞci mostów na da- nym terenie. DziĊki swojej masie są trudne w transporcie powietrznym (MRAP nie mieĞci siĊ w áadowniach samolotów C-130 i wymaga kosztownego transportu na pokáadzie C-17). Kolejnym problemem, związanym z obniĪeniem bezpieczeĔstwa ruchu, są duĪe naciski jednostkowe na podáoĪe, przez co pojazdy dosyüáatwo zakopują siĊ poza szlakami drogo- 16 wymi. Zaletą wynikającą z duĪych gabarytów jest bardzo dobra widocznoĞü, przestronnoĞü wnĊtrza. Znaczną wadą, róĪniącą MRAP od OSP, jest niska mobilnoĞü w terenie oraz obni- Īona statecznoĞü jazdy, przez co istnieje moĪliwoĞü przewrócenia na bok. Ponadto utrudniona jest ewakuacja i poruszanie siĊ w pobliĪu linii wysokiego napiĊcia [20]. Kolejną grupą opancerzonych pojazdów są koáowe transportery. W wielu krajach są inicjowane lub siĊ rozpoczĊáy prace nad róĪnymi systemami i ukáadami, które mają siĊ znaleĨü w przyszáym wozie bojowym (AFV). W armiach krajów europejskich wy- stĊpują dwie gáówne odmiany bojowych wozów opancerzonych: koáowe i gąsienicowe. Odmiana koáowa jest najszybciej rozwijanym segmentem pojazdów okreĞlanych jako bwo (bojowe wozy opancerzone). Przykáadem na intensywny rozwój są programy: VBCI we Francji, Boxer w Niemczech, AMV z firmy Patria w Finlandii oraz Rosomak w Polsce, ponadto FRES z firmy General Dynamic Land Systems. Wymienione programy rozwojowe są prowadzone jako narodowe lub/i przez koncerny zbrojeniowe – znajdują siĊ na róĪnych etapach rozwoju. Ich gáównym celem jest opracowanie nowo- czesnego czteroosiowego pojazdu opancerzonego Ğredniego bądĨ ciĊĪkiego. Koáowe transportery opancerzone to rodzaj bojowych wozów piechoty. W Wojsku Polskim przyjąá siĊ podziaá koáowych transporterów opancerzonych (KTO) na trzy grupy pojazdów w zaleĪnoĞci od przeznaczenia [42]: liniowe – do transportu pododdziaáów piechoty, rozpoznawcze, transportery opancerzone –ze specjalnym wyposaĪeniem. W celu speánienia wymagaĔ przemieszczeĔ operacyjnych niezbĊdne jest, aby transportery miaáy jak najwyĪsze wymienione parametry i wáaĞciwoĞci [ 88]: - zasiĊg autonomicznego marszu 1000 km, - wyposaĪenie umoĪliwiające prowadzenie walki i wykonywanie marszu w skáadzie pododdziaáu przez co najmniej 3 doby, - odpowiednią pojemnoĞü wnĊtrza np. dla 10-osobowej druĪyny, wraz z uzbrojeniem i sprzĊtem, - dostatecznąáadownoĞü, - odpowiednie wáaĞciwoĞci ergonomiczne, tzn. takie, które umoĪliwią zachowanie wáaĞciwoĞci psychofizycznych zaáodze i przewoĪonym Īoánierzom, przez okres walki i marszu (w tym ochrona ABC, klimatyzacja, táumienie drgaĔ, widocznoĞü), - zapewnienie ochrony przed bronią maszynową i strzelecką, - wyposaĪenie dowódcze (Ğrodki obserwacji i rozpoznania, áącznoĞci, nawigacji), - wysokie zdolnoĞci ruchowe: prĊdkoĞü jazdy po drogach 100÷120 km/h, moĪliwoĞci przekraczania przeszkód terenowych, wykonywanie objazdów itd. Analiza przytoczonych klasyfikacji pojazdów wojskowych, w zetkniĊciu z aktual- nym tendencjami konstruowania koáowych pojazdów opancerzonych, wykazuje pewną ich dezaktualizacjĊ. Granica pomiĊdzy poszczególnymi grupami koáowych pojazdów opancerzonych jest coraz mniej czytelna. Ponadto powstaáo szereg nowych grup pojaz- dów opancerzonych przedstawionych powyĪej. Jeszcze na etapie wdroĪenia dokonywanych jest szereg modyfikacji mających wpáynąü na lepsze dostosowanie konstrukcji do aktualnych potrzeb. Szczególnie traci na czytelnoĞci pojĊcie lekki pojazd opancerzony, bowiem nie jest okreĞlone do jakiej masy naleĪy uwaĪaü pojazd za lekki. Biorąc pod uwagĊ róĪnego rozdaje konstrukcje wydaje siĊ to zdecydowanie niejednoznaczne. Kla- syfikacja, jaką jest podziaá na pojazdy koáowe lekkie, Ğrednie i ciĊĪkie, moĪe byü po- mocna przy prowadzeniu zakupów sprzĊtu czy kwalifikowaniu go do odpowiedniego rodzaju pododdziaáów (komponenty lekkie lub ciĊĪkie) i zadaĔ. Najczytelniejsza i zarazem najprostsza, zdaniem autora tej pracy, bĊdzie klasyfikacja wynikająca z nacisków na poszczególne osie: 17

- pojazd dwuosiowy – do 12 t lekki; do 16 t Ğredni, powyĪej 16 t ciĊĪki, - pojazd trzyosiowy – do 15 t lekki; do 18 t Ğredni, powyĪej 18 t ciĊĪki, - pojazd czteroosiowy – do 20 t lekki; do 28 t Ğredni, powyĪej 28 t ciĊĪki. Innym dylematem, trudnym do rozstrzygniĊcia, jest granica, do której, w celu zapewniania ochrony Īoánierzom, naleĪy stosowaü opancerzenie kadáuba pojazdu, a w konsekwencji zwiĊkszaü jego masĊ, pogarszając przy tym wáasnoĞci trakcyjne, oraz kiedy opáaca siĊ zastosowaü koáowe transportery opancerzone zamiast innych pojaz- dów. Po to aby rozwiązaü ten problem, naleĪy zwróciü uwagĊ na takie parametry taktyczno-techniczne, jak: objĊtoĞü uĪytkowa wnĊtrza, moĪliwoĞü montowania okreĞlone- go wyposaĪenia i uzbrojenia, áadownoĞü. PoniewaĪ pojazdy są bardziej „wraĪliwe” na masĊ stosowanych pancerzy, wymienione powyĪej parametry mają niĪsze wartoĞci w porównaniu z koáowymi transporterami opancerzonymi. Mając na uwadze powyĪsze wáaĞciwoĞci najbardziej zasadne wydajĊ siĊ wdraĪanie pojazdów dwuosiowych i trzyosiowych lekkich oraz Ğrednich, a w przypadku pojazdów czteroosiowych oraz ciĊĪkich dwu- i trzyosiowych zastĊpowanie ich transporterami opancerzonymi.

3.4. Przyczyny zagroĪeĔ bezpieczeĔstwa ruchu wojskowych pojazdów koáowych 3.4.1. Specyfika konstrukcji wojskowych pojazdów koáowych W porównaniu z pojazdami komercyjnymi w konstrukcji koáowych pojazdów wojskowych moĪna wskazaü kilka zasadniczych róĪnic, które mają wpáyw na bezpie- czeĔstwo ruchu. Są to przede wszystkim: wysoko poáoĪony Ğrodek masy, duĪa masa wáasna bliska dopuszczalnej masy caákowitej, wiĊksze momenty bezwáadnoĞci bryáy nadwozia, ogumienie zazwyczaj o terenowym bieĪniku, czĊsto brak systemów wspo- magania bezpieczeĔstwa biernego i aktywnego, dodatkowy osprzĊt montowany na zewnątrz bryáy nadwozia, mniejsza powierzchnia okien. NaleĪy przy tym wspomnieü, Īe czĊĞciowo pewne róĪnice pojawiają siĊ ze wzglĊdu na koniecznoĞü zapewniania moĪliwie wysokiej ochrony zaáogi (balistycznej, przeciwminowej) lub/i wysokich pa- rametrów technicznych związanych z pokonywaniem terenu. Dokonując porównania podwozi bazowych wojskowych pojazdów koáowych i wykonanych z ich wykorzystaniem wersji specjalnych moĪna dostrzec kierunki zmian w postaci: dodatkowego opancerzenia, dodatkowego urządzenia pozwalającego na wykonanie zadaĔ funkcjonalnych, czy liczniejszego osprzĊtu, w tym mocowanego na zewnątrz [ 6, 109, 114, 116, 143]. Budowa wersji specjalnych powoduje wiĊc przesuniĊcie poáoĪenia Ğrodka masy oraz masowych momentów bezwáadnoĞci, wpáywając na ogóá, negatywnie na bezpieczeĔ- stwo ruchu.

3.4.2. Procedura pozyskiwania konstrukcji wojskowych pojazdów koáowych Rozwój techniki samochodowej związany z potrzebami narodowych siá zbrojnych przebiega w sposób zaplanowany. Prowadzone są zakupy, prace rozwojowe oraz wdro- Īeniowe zgodnie z odpowiednimi procedurami [19]. Istotny wpáyw na poziom bezpie- czeĔstwa wojskowych pojazdów koáowych ma procedura ich wdraĪania, oparta na do- kumentach takich jak Decyzje MON nr 57/2008 oraz 13/2010. Aktualnie w procedurze wdraĪania naleĪy wyróĪniü: instytucjĊ generującą potrzebĊ wdroĪenia pojazdu – gestora, organ koordynująco-decyzyjny – Sztab Generalny WP, instytucjĊ realizującą – IU 18

(Inspektorat Uzbrojenia). W instytucji realizującej, w razie potrzeb, opracowywane są wymagania taktyczno-techniczne oraz program badaĔ (testów). NaleĪy stwierdziü, Īe przy duĪej indywidualnoĞci i specyfice obiektów mogą pojawiü siĊ trudnoĞci w wyczer- pującym potraktowaniu w ramach testów problematyki bezpieczeĔstwa ruchu. Dodat- kowo w procesie pozyskiwania sprzĊtu pojawiają siĊ determinanty: czas oraz koszty. W procesie tym nie ma miejsca na poprawĊ i doskonalenie konstrukcji, a badania w zakresie bezpieczeĔstwa ruchu pojazdów koáowych mogą byü ograniczone. Procedu- ra wdraĪania i weryfikacji sprzĊtu káadzie nacisk na optymalizacjĊ konstrukcji juĪ na etapie projektowania oraz budowy prototypu. Procedura to jedna z gáównych przesáanek przemawiających za opracowaniem metodyki z wykorzystaniem badaĔ symulacyjnych.

3.4.3. Rodzaje i przyczyny wypadków z udziaáem koáowych pojazdów opancerzonych Do czynników, które mogą wpáywaü negatywnie na bezpieczeĔstwo ruchu moĪna zaliczyü czas realizacji projektów od koncepcji pojazdu do jego wdroĪenia, który ulega w przypadku wojskowych pojazdów koáowych znacznemu skróceniu ze wzglĊdu na pilne potrzeby operacyjne [19]. W ostatnich latach znaczącemu skróceniu ulegá proces badawczo-rozwojowy [6]. Przykáadem moĪe byü program rozwojowy pojazdów MRAP [6], który zostaá podzielony na trzy fazy obejmujące okres 9 miesiĊcy. W trakcie prac badawczych kwestie bezpieczeĔstwa ruchu zostaáy ograniczone do niezbĊdnych badaĔ eksperymentalnych. Faza pierwsza obejmowaáa testy okreĞlone jako rozwojowe, zorien- towane w 90% na odpornoĞü pojazdu, a w 10% na weryfikacjĊ parametrów trakcyjnych. Rezultaty staáy siĊ podstawą do wprowadzenia pierwszych poprawek do konstrukcji pojazdów. Na tym etapie rozwoju, z szeregu badaĔ trakcyjnych zorientowanych na bezpieczeĔstwo ruchu, wykonywano manewr ominiĊcia przeszkody (zmiana pasa ruchu) oraz sprawdzano skutecznoĞü hamowania. Podczas drugiego etapu badaĔ testowych káadziono wiĊkszy nacisk na testy drogowe związane z funkcjonalnoĞcią poszcze- gólnych systemów oraz na pojazd jako caáoĞü. Nie prowadzono prób ĞciĞle związanych z bezpieczeĔstwem ruchu. W etapie trzecim z tego rodzaju testów wykonano próbĊ wywracania na bok (roll over), której celem byáa ocena wytrzymaáoĞci kadáuba i wypo- saĪenia wewnĊtrznego, a nie sama podatnoĞü na utratĊ statecznoĞci. Wskazywano ponadto, Īe takie etapowe podejĞcie do badaĔ i weryfikacja speánienia wymagaĔ na pojazdy MRAP stanowi unikalne i kompletne podejĞcie do zagadnienia. PodejĞcie do kwestii bezpieczeĔstwa, jedynie na etapie wdraĪania, wydaje siĊ byü niewystarczające. MoĪe ono skutkowaü wywróceniem pojazdu na bok lub jego zarzu- ceniem, zwáaszcza dotyczy to pojazdów opancerzonych róĪnych kategorii, przede wszystkim OSP oraz MRAP [ 6, 12, 13, 20, 52,]. W koĔcu problem ten zostaá dostrze- Īony, poniewaĪ w 2002 r. odnotowano zastraszającą liczbĊ wypadków i bezpieczeĔstwo czáonków zaáóg pojazdów bojowych oficjalnie okreĞlone zostaáo jako niewystarczające [ 20]. Pojazdy te bardzo czĊsto są modyfikowane. Montuje siĊ specjalne wyposaĪenie dobierane na potrzeby konkretnych misji, czĊsto bez zwracania dostatecznej uwagi na poziom bezpieczeĔstwa. W przytoczonej pracy [20] podaje siĊ 83 wypadków drogowych, do jakich doszáo w 2002 r. z uĪyciem pojazdów HMMWV. Zdecydowaną wiĊk- szoĞü z nich stanowiáy uderzenie czoáowe – 39 incydentów oraz przewrócenie na bok (roll over) – 44 zdarzenia. DostrzeĪono takĪe, Īe im wiĊcej wyposaĪenia zostaje roz- mieszczonego we wnĊtrzu pojazdu, tym wiĊksze ryzyko obraĪeĔ ciaáa w przypadku zdarzenia drogowego. WyróĪnione zostaáy trzy zmienne mające wpáyw na bezpieczeĔ- 19 stwo, są to: rodzaj zadania (misji), wyposaĪenie, operator. DostrzeĪono takĪe brak uwzglĊdnienia w wymaganiach dla pojazdów moĪliwoĞci korekty wyposaĪenia, w związku z jego rozwojem i potrzebami modernizacji w kolejnych latach. Znaczny wzrost zdarzeĔ drogowych z udziaáem koáowych pojazdów wojskowych potwierdzają rezultaty badaĔ zagadnieĔ bezpieczeĔstwa zamieszczone w pracy [6]. W latach 2005- -2006 obserwowano znaczny wzrost liczby wypadków drogowych, których przyczyną byáo wywrócenie pojazdu na bok. Dotyczyáy one w gáównej mierze samochodów HMMWV w wersjach z dodatkowym opancerzeniem. W 2007 r., kiedy wprowadzono pojazdy klasy MRAP, doszáo do drugiej fali incydentów związanych z wywracaniem siĊ pojazdów. Do wypadków dochodziáo zarówno na podáoĪu sztywnym, jak i podatnym. W pierwszym przypadku: podczas gwaátownych zmian pasa ruchu, w drugim – przy pochyleniu poprzecznym drogi lub teĪ nadmiernym zagáĊbianiu siĊ kóá w gruncie. Jed- nak gáówną przyczyną wspomnianych zdarzeĔ jest wysoko poáoĪony Ğrodek masy. Inne przyczyny to zbyt duĪa korekta toru jazdy, dokonywana przez kierowców podczas jazdy po szosie podczas zmiany pasa ruchu (najczĊĞciej na skutek paniki), záe ciĞnienie w ogumieniu lub nieodpowiedni jego stan techniczny. W okresie od paĨdziernika 2007 do paĨdziernika 2008 r. zarejestrowano 186 wywróceĔ, z czego 14 zakoĔczyáo siĊ Ğmiertelnie, 58 dotyczyáo MRAP, 52 HMMWV, natomiast w pozostaáych uczestniczyáy inne pojazdy. W raporcie z 2001 r. zamieszczonym w opracowaniu [ 18] oraz pracy [ 7] dotyczącej moĪliwoĞci poprawienia statecznoĞci, wskazywane są gáówne przyczyny wypadków drogowych spowodowanych przez ciĊĪkie pojazdy koáowe, wĞród których wymieniono utratĊ stabilnoĞci bocznej. Trzy najpowaĪniejsze czynniki, które doprowa- dzają do przewrócenia pojazdu to: boczne porywy wiatru, nagáe manewry kierownicą i raptowne hamowanie. Na szerszą skalĊ wypadki związane z wywróceniem pojazdów na bok analizowano w pracy [ 31]. Szczególną uwagĊ zwrócono w niej na, oprócz ujĊcia iloĞciowego (w skali USA), wyjątkowo niebezpieczne w skutkach – wywrócenia samo- chodów ciĊĪarowych, które byáy przyczyną 52% obraĪeĔĞmiertelnych. Jak widaü wymagania stawiane pojazdom koáowym w zakresie dynamiki jazdy natrafiają na ograniczenia trakcyjne ze wzglĊdu na moĪliwoĞü utraty statecznoĞci ruchu.

3.4.4. Rodzaje i przyczyny wypadków z udziaáem koáowych pojazdów czáonowych Dokonując przeglądu metod poprawy stabilnoĞci zestawów drogowych ciągnik siodáowy – naczepa, warto wskazaü na gáówne zagroĪenia dla utraty stabilnoĞci zestawu drogowego, czyli niewielki margines zachowywania stabilnoĞci, zwáaszcza przy wyĪ- szych prĊdkoĞciach, w porównaniu z pojedynczym pojazdem. Na podkreĞlenie zasáugu- je fakt, Īe zachowanie siĊ pojazdów czáonowych ciągników z naczepami jest silnie uzaleĪnione od konfiguracji ukáadu jezdnego, áadunku oraz stanu nawierzchni [45]. Kolejną przyczyną wypadków jest skáadanie siĊ naczepy (ang. jackknifing) na skutek nierównomiernoĞci siá poprzecznych bądĨ ich zaniku w obszarze styku kóá ogumionych tylnych osi ciągnika oraz/lub kóá naczepy, podczas intensywnego hamowania. Innym powodem utraty stabilnoĞci jest ruch wĊĪykowaty naczepy na skutek poprzecznych oscylacji, spowodowanych oporem powietrza bądĨ ruchami kierownicy. Znaczenie dla bezpieczeĔstwa ma równieĪ czas odpowiedzi naczepy na sygnaá wymuszający powstaáy w ukáadzie kierowniczym ciągnika, co związane jest z odlegáoĞcią pomiĊdzy ciągnikiem a naczepą. Istotna jest teĪ interakcja w postaci sygnaáów zwrotnych otrzymywanych przez kierowcĊ, których Ĩródáem są ukáady naczepy (hamulcowy, sterowania, jezdny) [ 45]. 20

Negatywnym czynnikiem wpáywającym na liczbĊ wypadków pojazdów czáono- wych jest róĪnica maksymalnej wartoĞci przyspieszenia poprzecznego wystĊpująca pomiĊdzy ciągnikiem a naczepą w trakcie wykonywania manewru zmiany pasa ruchu. OkreĞlana jest ona wspóáczynnikiem RWA (ang. reaward amplification).

3.5. MoĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa

3.5.1. Badania eksperymentalne pojazdów koáowych Ogólnie stosowaną praktyką jest budowanie róĪnych wersji pojazdu na podwoziu bazowym. Jednak budowanie nowych konstrukcji nie powinno wpáywaü na pogorszenie ich bezpieczeĔstwa. Szczególne niebezpieczeĔstwo wiąĪe siĊ z przewróceniem samochodu na bok, które jest przyczyną groĨnych w skutkach wypadków drogowych. Samo- chody o nietypowej konstrukcji, o wysoko poáoĪonym Ğrodku masy, są szczególnie podatne na tego typu zagroĪenia. Przy budowaniu wersji odmiennych od bazowej lub modernizacji wprowadzane są zmiany konstrukcyjne i eksploatacyjne. Wpáywają one na zmianĊ charakterystyki kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu. MoĪliwoĞci poprawy ich charakterystyk są utrudnione, zwáaszcza jeĞli dotyczy to duĪych partii juĪ wdroĪonych pojazdów. Zakres niezbĊdnych zmian konstrukcyjnych moĪe zostaü okreĞlony na podstawie wyników eksperymentalnych badaĔ drogowych z naciskiem na testy kierowalno- Ğci i statecznoĞci ruchu [ 66, 134, 136, 143, 149, 150, 154, 175]. W pracy [ 86] wskazano na potrzebĊ wykonywania testów rozwojowych zawierających ĞciĞle okreĞlone etapy: przygotowanie aparatury pomiarowej oraz obiektów i placów üwiczeĔ o odpowiednich warunkach okreĞlonych w wymaganiach, przygotowanie prób przez inĪynierów i tech- ników, nastĊpnie wykonanie badaĔ i w koĔcu walidacja i obróbka statystyczna wyni- ków. Ponadto testy powinny byü, jak siĊ wskazuje, przeprowadzone w róĪnorodnych warunkach klimatycznych i dla róĪnych nawierzchni. Do tego celu opracowywane są specjalne wojskowe procedury badawcze [186], odbiegające kryteriami oceny od unor- mowaĔ miĊdzynarodowych. Prowadzenie badaĔ eksperymentalnych związanych z wykonywaniem manewrów prowadzących do wywrócenia pojazdu na bok [ 187, 197] stanowi doskonaáy materiaá do analizy skutków kolizji i ewentualnych zniszczeĔ. Jed- nakĪe takie badania mają charakter niepowtarzalny, są kosztowne oraz niebezpieczne. Podobnie jak badania eksperymentalne o charakterze prewencyjnym w zakresie bezpie- czeĔstwa [ 30, 168, 185] dotyczące okreĞlania momentu interwencji systemu stabilizacji toru jazdy oraz bezpieczeĔstwa w pojazdach ponadnormatywnych.

3.5.2. Badania symulacyjne pojazdów koáowych Ze wzglĊdu na koszty oraz ryzyko przedsiĊwziĊcia jakim jest wdroĪenie nowego pojazdu, wskazuje siĊ na potrzeby badania wpáywu okreĞlonych zmian konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na róĪnych etapach rozwojowych projektów [87]. W pracy [25] zwró- cono uwagĊ na znaczenie ograniczania zagroĪenia w ruchu juĪ na etapie projektu konstrukcji, podkreĞlając przy tym znaczącą rolĊ badaĔ symulacyjnych. Ich przeprowadzenie umoĪliwia uzyskanie zadowalających rezultatów pozwalających na rozwiązywanie pro- blemów doskonalenia konstrukcji i związanej z tym poprawy bezpieczeĔstwa ruchu. Za- gadnieniom tym poĞwiĊcono prace [66, 67, 68, 154, 175, 178]. OcenĊ wpáywu poszcze- gólnych zmian konstrukcyjnych na poprawĊ bezpieczeĔstwa za pomocą badaĔ symulacyjnych umoĪliwia budowanie odpowiednich modeli symulacyjnych z wykorzystaniem 21 pakietów MBS bądĨ oprogramowania wáasnego [33, 58, 81, 146,]. Istotne rezultaty osiąga siĊ stosując poáączenie badaĔ eksperymentalnych z symulacyjnymi [ 33]. Wykorzystywanie badaĔ symulacyjnych pozwala na ocenĊ wpáywu parametrów, które w badaniach eksperymentalnych byáyby trudne lub niemoĪliwe do oceny. Są to m.in. parametry zawieszenia czy teĪ podatnoĞü podwozia [ 190, 194]. W zapobieganiu gáównemu zagroĪeniu bezpieczeĔstwa wojskowych pojazdów koáowych, jakim jest wywrócenie pojazdu na bok, dostrzeĪono wpáyw parametrów ogumienia [38]. Wspóá- praca koáa ogumionego z podáoĪem sztywnym ma istotny wpáyw na zachowanie pojazdu oraz komfort jazdy, szczególnie podczas ruchu pojazdu w kierunku poprzecznym. OkreĞlenie siá poprzecznych pozwala oszacowaü ryzyko wystąpienia przewrócenia na bok. Jednym z powszechnych kierunków prac nad poprawą bezpieczeĔstwa jest rozwój urządzeĔ stabilizacji toru jazdy [5, 7, 8, 32, 69, 90, 130]. W celu poprawy panowania nad pojazdem i zachowania stabilnoĞci proponowane są róĪnorodne strategie aktywnej kontroli jazdy. Podaje siĊ konkretne algorytmy dziaáania oraz metody obliczeniowe dla elektronicznych systemów kontroli stabilnoĞci pojazdu, rozbudowane o kontrolĊ poáo- Īenia wysokoĞci Ğrodka masy i wyznaczania Ğrodka obrotu bryáy nadwozia w stosunku do dotychczasowych systemów stabilizacji toru jazdy [ 5, 36, 90]. NastĊpuje rozwój metod kontrolowania zachowania statecznoĞci pojazdu, bazujących na pomiarze kąta znoszenia pojazdu oraz uwzglĊdnieniu warunków jazdy [130]. Systemy kontroli stabilnoĞci zazwyczaj badane są z szerokim wykorzystaniem symulacji [ 21, 43, 130, 132, 183], a ich rezultaty weryfikowane są eksperymentalnie [33]. WiĊkszoĞü uĪywanych metod opiera siĊ na modyfikacji ukáadu zawieszenia, pole- gającej na wprowadzaniu aktywnych zawieszeĔ [ 8, 15, 16, 29, 43, 97, 123], pozwalają- cych ksztaátowaü charakterystykĊ sprĊĪystoĞci zawieszenia w kierunku pionowym oraz regulowaü przeĞwit, a co za tym idzie wysokoĞü Ğrodka masy. Prace te prowadzi siĊ zazwyczaj opierając siĊ o modele matematyczne [10, 47, 76, 83, 192], co umoĪliwia m.in. prowadzenie badaĔ porównawczych z wariantem zawieszenia pasywnego. Wska- zuje siĊ jednoczeĞnie na zasadnoĞü stosowania tego typu zawieszenia zwáaszcza w pojazdach wojskowych, gdzie stawiany jest wymóg wysokiej zdolnoĞci do pokonywania terenu oraz stabilizowania uzbrojenia. ProblematykĊ zawieszeĔ w pojazdach szeroko opisano w pracy [44]. Jako istotną, wskazuje siĊ metodĊ okreĞlania tendencji do utraty statecznoĞci poprzecznej opierając siĊ o Load Transfer Ratio (wskaĨnik rozmieszczenia áadunku) poj- mowany jako Roll Safety Factor, tj. wspóáczynnik bezpieczeĔstwa na wywracanie [54]. W metodzie celem jest wyznaczenie parametrów krytycznych i sygnalizacja tego stanu z odpowiednim (min. 0,5 s) uprzedzeniem kierowcy. Badania tego typu prowadzone są opierając siĊ na oprogramowaniu symulacyjnym wykorzystującym sieci neuronowe oraz pakiety MBS. OkreĞlenie manewrów sprzyjających moĪliwoĞci wywrócenia siĊ pojazdu na bok moĪna sprowadziü bezpoĞrednio do dynamiki pojazdu do chwili, kiedy kierowca ma kontrolĊ nad pojazdem, a jego reakcje i percepcja mają jeszcze bezpoĞred- ni wpáyw na bezpieczeĔstwo [ 35]. Idea ostrzegania o stanie zagroĪenia zakáada powia- domienie o nim z takim wyprzedzeniem, aby moĪliwa byáa reakcja kierowcy. Pomiary dynamiki, za pomocą szeregu sensorów, zakáadają eksperymentalne okreĞlenie wspóá- czynników sáuĪących do wyznaczenia statecznoĞci poprzecznej związanej z pomiarami: przyspieszenia poprzecznego, kątów znoszenia kóá jezdnych i rozmieszczenia áadunku. W konsekwencji moĪliwa jest do okreĞlenia strategia ostrzegania kierowcy [37]. 22

Badania symulacyjne wywracania na bok na pojazdach uĪytkowanych w wojsku prowadzone są takĪe wykorzystując programy do analizy rekonstrukcji wypadków [ 35]. UmoĪliwiają one porównanie uzyskanych rezultatów z dostĊpnymi danymi na temat prĊdkoĞci kątowej obracania bryáy nadwozia, energii, przyspieszeĔ prĊdkoĞci i trajektorii Ğrodka masy pojazdu [ 35], przy czym wiĊkszoĞü modeli umoĪliwia wykonywanie typowych manewrów pojazdem [ 4, 188, 196]. Ponadto zwrócono uwagĊ [ 30], Īe modele opisujące ciĊĪkie pojazdy są kompleksowe, czyli o duĪym stopniu záoĪonoĞci, co niekiedy powoduje spore trudnoĞci z okreĞleniem wáaĞciwych parametrów i danych. CzĊĞü prac [4, 137, 191] ukierunkowana jest na znalezienie optymalnej strategii sterowania pojazdem wieloosiowym, co pozwala ograniczyü kąty znoszenia i obniĪyü ryzyko zarzucenia bądĨ wywrócenia pojazdu. W tym celu wykonuje siĊ badania symulacyjne w oparciu o nieliniowe modele pojazdów wojskowych. Badania modelowe ukierunkowane na poprawĊ bezpieczeĔstwa mają doskonaliü ukáady hamulcowe oraz ABS i EBD [ 165, 185, 189, 190]. Celem jest nie tylko poprawa skutecznoĞci hamowania, ale takĪe dobór momentów hamujących dziaáających na koáa i zapewniających stabilnoĞü. Samochody o nietypowej konstrukcji, o wysoko poáoĪonym Ğrodku masy, są szczególnie podatne na zagroĪenia utraty statecznoĞci. Ocena skáonnoĞci do przewróce- nia samochodu na bok moĪe byü prowadzona takĪe metodami analitycznymi. Stany graniczne ruchu moĪna oceniaü na dwa sposoby [ 57, 84]. NaleĪy wyznaczyü maksymalne moĪliwe do osiągniĊcia przyspieszenie poprzeczne oraz okreĞliü warunki, w których nastąpi przewrócenie pojazdu na bok (oderwanie dwóch wewnĊtrznych kóá od nawierzchni drogi). W przypadku metod analitycznych jest to równoznaczne z osią- gniĊciem ekstremalnej wartoĞci przyspieszenia poprzecznego. Zastosowanie záoĪonych modeli samochodu wskazuje [55], Īe maksymalne przyspieszenie poprzeczne wystĊpuje po oderwaniu pierwszego, a przed oderwaniem drugiego koáa, co wynika ze zmiany toru ruchu pojazdu. W tym przypadku miarą stanu granicznego jest nie tylko przyspieszenie poprzeczne, ale takĪe kąt obrotu kierownicy i kąt przechyáu bocznego, dla któ- rych odrywane jest pierwsze, a potem drugie koáo. W wiĊkszoĞci analizowano przypad- ki ruchu po nawierzchni poziomej, a wiĊc dla zerowej przechyáki bocznej i zerowego pochylenia podáuĪnego drogi. Jest to bardzo istotna uwaga, gdyĪ dla rzeczywistych dróg wielkoĞci te mogą przyjmowaü róĪne wartoĞci, wpáywające w istotny sposób na warto- Ğci analizowanych parametrów ruchu.

3.5.3. Badania statecznoĞci pojazdów czáonowych ZáoĪonym zagadnieniem jest poprawa bezpieczeĔstwa ruchu zestawów drogowych ciągnik-naczepa, które znajdują siĊ na wyposaĪeniu polskiej armii. Dla tego typu pojaz- dów czáonowych prowadzi siĊ równieĪ analizy [ 128, 129] przewracania siĊ na bok naczepy oraz wyznacza graniczną bezpieczną wysokoĞü poáoĪenia Ğrodka masy. Wyniki obliczeĔ są niekiedy podparte badaniami numerycznymi oraz eksperymentalnymi [ 128]. Badania dynamiki zestawów ciągnik-naczepa oraz ich statecznoĞci skupiają siĊ za- równo na analizie klasycznych modeli liniowych, najczĊĞciej o trzech stopniach swobody, jak równieĪ na badaniach symulacyjnych wykonywanych opierając siĊ na modelach nieliniowych uwzglĊdniających dynamikĊ ogumienia oraz zawieszenia. Jako metodĊ kontroli statecznoĞci zestawu ciągnik-naczepa proponuje siĊ kontrolĊ kąta znoszenia przez ograniczanie momentu obracającego powstającego pomiĊdzy ciągnikiem a naczepą poprzez odpowiednią dystrybucjĊ siá hamujących pomiĊdzy koáami na po- 23 szczególnych stronach naczepy. Prowadzony jest rozwój systemów kontroli stabilnoĞci zestawu ciągnika z naczepą [ 51, 123], bazujący m.in. na aktywnym zawieszeniu. Szeroki przegląd metod poprawy statecznoĞci zestawów ciągnik-naczepa przedstawiono w pracy [ 45]. NaleĪy do nich kontrola kąta odchylania (Direct Yaw Control – DYC), która polega na monitorowaniu kąta odchylania i w razie potrzeby generowaniu momentu stabilizującego poprzez przyhamowywanie odpowiednich kóá zestawu z udziaáem ABS. CzĊĞü metod opiera siĊ na sterowaniu kóá tylnych (Rear Wheel Steer- ing – RWS). Celem sterowania kóá tylnych naczepy jest minimalizowanie róĪnicy przyspieszenia porzecznego miĊdzy ciągnikiem a naczepą i w efekcie wywracania siĊ naczep. Realizacja algorytmu sterowania kóá naczepy moĪe odbywaü siĊ na zasadzie otwartej pĊtli, kiedy to kąt skrĊtu zaleĪy od skrĊtu kóá ciągnika oraz prĊdkoĞci jazdy. W celu optymalnej kontroli RWS uwzglĊdnia siĊ takĪe poĞlizg kóá oraz poáoĪenie sprzĊgu wzglĊdem osi wzdáuĪnej naczepy.

3.5.4. Inne moĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa Niezwykle waĪne dla bezpieczeĔstwa koáowych pojazdów wojskowych jest wy- szkolenie operatora [ 80], który oprócz prowadzenia pojazdu wykonuje czynnoĞci obserwacji przedpola (w tym oceny sytuacji bojowej) oraz obsáugĊ dodatkowych urządzeĔ áącznoĞci, nawigacji, przeciwchemicznych itp. Szkolenie kierowców naleĪy prowadziü przez trening praktyczny [ 6] lub z wykorzystaniem symulatorów [ 60]. Analiza wypadków drogowych z udziaáem pojazdów wojskowych pod kątem uĪywania przez zaáogĊ pasów bezpieczeĔstwa [ 182] w poszczególnych kategoriach pojazdów wykorzystywanych w armii amerykaĔskiej (w tym czoágów i ciĊĪkich pojaz- dów koáowych) wskazuje na bezwzglĊdną potrzebĊ ich stosowania. Powinny to byü pasy z wieloma punktami mocowania (minimum 4). Takie spostrzeĪenia zostaáy po- twierdzone niedawnymi badaniami symulacyjnymi [127]. MoĪe to w sposób bezpo- Ğredni przyczyniü siĊ do zredukowania skutków wypadków z udziaáem koáowych po- jazdów wojskowych.

3.6. Podsumowanie rozdziaáu

Z przedstawionych informacji na temat zagroĪeĔ w ruchu koáowych pojazdów wojskowych oraz sposobów poprawy bezpieczeĔstwa wynika sposób postĊpowania badawczego. Rozwiązanie postawionego problemu poprawy bezpieczeĔstwa ruchu koáowych pojazdów wojskowych powinno polegaü na ocenie wpáywu zmian konstrukcyjnych wprowadzanych do tych pojazdów na ich bezpieczeĔstwo ruchu. Podstawą do okreĞlenia zmiany poziomu bezpieczeĔstwa ruchu powinna byü przede wszystkim ocena rezultatów badaĔ dla reprezentatywnych manewrów, a nastĊpnie wprowadzenie na tej podstawie modyfikacji do konstrukcji pojazdu. Potwierdza to sáusznoĞü przyjĊtego celu naukowego, którym jest opracowanie metodyki okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáowych. PodstawĊ do realizacji zakresu badaĔ symulacyjnych moĪe stanowiü wáasne lub komercyjne oprogramowanie komputerowe zbudowane na bazie opracowanych i zweryfikowanych eksperymentalnie modeli matematycznych ruchu i dynamiki pojazdów dwu- i wieloosiowych. Istotne jest odpowiednie zaplecze pomiarowe oraz wykwalifi- kowany personel do przeprowadzenia badaĔ eksperymentalnych. Dotychczas powstaáo niewiele opracowaĔ traktujących o problematyce dynamiki ruchu wojskowych pojazdów koáowych w aspekcie ich bezpieczeĔstwa. W gáównej 24 mierze dotyczyáy one wpáywu wybranej pojedynczej modyfikacji lub odnosiáy siĊ do pojazdów ogólnego przeznaczenia (bardzo niewiele opracowaĔ dotyczy pojazdów opancerzonych). Szczególnie maáo informacji dostĊpnych jest w literaturze krajowej. Dlatego celem rozprawy jest m.in. uzupeánienie tego obszaru w zakresie tematyki badaĔ dynamiki ruchu wojskowych pojazdów koáowych w aspekcie ich bezpieczeĔstwa. Przeglądając dostĊpne publikacje na temat badaĔ, elementem utrudniającym ocenĊ wyników w kwestii jakoĞciowej jest brak jednolitej nomenklatury w zakresie podziaáu opancerzonych pojazdów koáowych. Zasadne wydaje siĊ wprowadzenie takiej klasyfikacji jak w podrozdziale 3.3. 25

4. PROPOZYCJA ORGANIZACJI POSTĉPOWANIA BADAWCZEGO POZWALAJĄCEGO OKREĝLAû WPàYW WYBRANYCH ZMIAN KONSTRUKCYJNYCH NA BEZPIECZEēSTWO RUCHU WOJSKOWYCH POJAZDÓW KOàOWYCH

4.1. Zebranie danych do modelu

Uruchomienie procesu symulacji wymaga zgromadzenia odpowiedniej iloĞci danych. JeĞli prowadzone badania symulacyjne bĊdą wykorzystywane do weryfikacji eksperymentalnej, do ich pozyskania niezbĊdne jest przeprowadzenie szeregu ekspery- mentów oraz szczegóáowej analizy dokumentacji konstrukcyjnej. Niezwykle istotny na kaĪdym etapie pozyskiwania danych do modelu jest, co naleĪy podkreĞliü, dostĊp do dokumentacji konstrukcyjnej, gdyĪ ogranicza ona liczbĊ niezbĊdnych eksperymentów, moĪe stanowiü element kontrolny oraz jest Ĩródáem informacji. Proces pozyskiwania danych do modelu powinien obejmowaü pomiary wielkoĞci liniowych i masowych, w tym wyznaczenie momentów bezwáadnoĞci (istnieje moĪliwoĞü wykorzystania pro- gramów CAD/CAE). Ponadto za kluczowe uznaje siĊ okreĞlenie charakterystyk elemen- tów sprĊĪysto-táumiących w ukáadzie zawieszenia oraz parametrów koáa ogumionego [71, 157]. Pakiet danych do modelu powinien zostaü uzupeániony o charakterystyki ukáadu kierowniczego i zwrotniczego. Ponadto istotne dla wykorzystania w modelach symulacyjnych dynamiki ruchu pojazdu jest okreĞlenie oporów ruchu pojazdu.

4.2. Wybór modelu symulacyjnego Na tym etapie naleĪy dobraü model symulacyjny, ewentualnie zmodyfikowaü, stosownie do charakterystyki obiektu badaĔ, posiadany model uniwersalny. Dobór modelu adekwatnego do obiektu badaĔ powinien zostaü przeprowadzony opierając siĊ na jego strukturze: bryle nadwozia, ukáadzie jezdnym, ukáadzie zawieszenia oraz liczbie kóá ogumionych. Dla róĪnych pojazdów opancerzonych zakáada siĊ wykorzystanie modeli symulacyjnych o zbliĪonym stopniu záoĪonoĞci. Co istotne, bazuje siĊ na rodzinie wczeĞniej zbudowanych i zweryfikowanych modeli symulacyjnych.

4.3. Badania eksperymentalne Badania eksperymentalne mogą byü prowadzone niezaleĪnie (równolegle) od realizacji programu badaĔ symulacyjnych. Ponadto mogą byü prowadzone na etapie badaĔ testowych, od których uzaleĪnione jest wprowadzenie pojazdu do siá zbrojnych. Biorąc pod uwagĊ wspomniane determinanty wprowadzania nowego uzbrojenia, czyli czas oraz koszty, a takĪe umoĪliwienie weryfikacji rozwaĪaĔ teoretycznych, badaĔ symulacyjnych oraz ocenĊ z uwzglĊdnieniem stawianych kryteriów, program badaĔ eksperymentalnych powinien zawieraü nastĊpujące testy: – hamowania prostoliniowego, –intensywnoĞü rozpĊdzania, –prĊdkoĞci maksymalnej, 26

– podwójnej zmiany pasa ruchu, – pokonywanie typowych przeszkód terenowych o okreĞlonych parametrach. Proponowany zakres badaĔ pozwala na ich realizacje w ograniczonym zakresie czasu, czyli w tzw. trybie przyspieszonym. Tryb przyspieszony nie zostaá dotychczas nigdzie zdefiniowany. Z doĞwiadczeĔ autora definicja tego trybu postĊpowania w badaniach wynika bezpoĞrednio z obowiązujących procedur wdraĪania sprzĊtu wojskowego, a zwáaszcza pilnej potrzeby operacyjnej [ 19]. Ze wzglĊdu na potrzebĊ operacyjną istotny jest czas od zdefiniowania potrzeby do wdroĪenia pojazdu i powinien on byü jak najkrótszy. Zdaniem autora specyfika wdraĪania sprzĊtu wojskowego w ramach pilnej potrzeby upowaĪnia do maksymalnego skrócenia czasu badaĔ.

4.4. Program badaĔ symulacyjnych

Zastosowanie zweryfikowanych modeli symulacyjnych umoĪliwia wydatne skró- cenia czasu badaĔ oraz wykonanie testów trudnych do realizacji eksperymentalnie ze wzglĊdu na bezpieczeĔstwo zaáogi oraz niezbĊdny stopieĔ ingerencji w konstrukcjĊ pojazdu w celu instalacji aparatury pomiarowej. Stosownie do zakresu wprowadzonych, w odniesieniu do podwozia bazowego, zmian konstrukcyjnych lub wymagaĔ uĪytkow- nika naleĪy okreĞliü program badaĔ symulacyjnych. Powinny byü one zasadniczo prowadzone opierając siĊ na znormalizowanych testach otwartych lub zamkniĊtych, nie wyklucza siĊ doboru testów ĞciĞle do potrzeb specyficznych zmian konstrukcyjnych, np. najazdu na przeszkodĊ w celu okreĞlenia zmian jakoĞciowych w ukáadzie zawieszenia, przy czym zakres testów powinien byü moĪliwie szeroki. W badaniach symulacyjnych, o ile to konieczne, naleĪy uwzglĊdniü specyfikĊ pór roku, w odniesieniu do nawierzchni oraz oporów ruchu (toczenia, powietrza). Zaleca siĊ uwzglĊdnienie zakresu zmian konstrukcyjnych wybranych parametrów, w celu szerszego okreĞlenia ich wpáywu na bez- pieczeĔstwo (nieliniowy wpáyw), w stosunku do ich rzeczywistych wartoĞci.

4.5. Badania symulacyjne

Etap ten polega na realizacji zaáoĪonego programu badaĔ oraz konfiguracji i gro- madzeniu danych wyjĞciowych. Na tym etapie rezultaty badaĔ mogą byü przedstawiane w postaci zbiorów liczb, arkuszy, wykresów i animacji.

4.6. Porównanie wyników z kryteriami oceny

Wyniki badaĔ symulacyjnych naleĪy porównaü z adekwatnymi rezultatami uzyskanymi dla pojazdu bez modyfikacji (bazowego). NaleĪy je, w obu przypadkach, od- nieĞü do istniejących unormowaĔ miĊdzynarodowych (ISO, AVTP itp.). Innymi kryteriami mogą byü wymagania okreĞlone przez przyszáego uĪytkownika (gestora) – wymagania taktyczno-techniczne (wtt). PoniĪej na rysunku 4.1 przedstawiono schemat postĊpowania w trakcie realizacji metodyki. 27

Rys. 4.1. Schemat postĊpowania w metodyce okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáowych

4.7. Podsumowanie rozdziaáu

Opracowana metodyka jest postĊpowaniem realizowanym opierając siĊ na nie- zbĊdnych, ze wzglĊdów przyszáego bezpiecznego uĪytkowania pojazdów, badaniach eksperymentalnych oraz tych realizowanych na podstawie modeli symulacyjnych. Wa- runkiem koniecznym do postĊpowania zgodnie z przedmiotową metodyką jest dostĊp do wczeĞniej zweryfikowanych eksperymentalnie modeli symulacyjnych. W dalszej czĊĞci pracy zostanie przeprowadzone postĊpowanie mające na celu sprawdzenie moĪliwoĞci realizacji zaáoĪonej metodyki. Dokonano je przy wykorzystaniu modeli o róĪnym stopniu záoĪonoĞci, opracowanych przy wykorzystaniu róĪnych narzĊdzi, jak oprogramowanie wáasne, programy MBS. PoniewaĪ istotna ze wzglĊdu na przyszáe postĊpowania wdroĪeniowe koáowych pojazdów wojskowych do armii jest moĪliwoĞü oceny róĪnych typów pojazdów, badania zostaną zrealizowane dla dwóch mocno zróĪnicowanych obiektów. W opisie obiektów przyjĊto opracowaną przez autora klasyfikacjĊ w podrozdziale 3.3. 28

5. BADANIA DWUOSIOWYCH LEKKICH POJAZDÓW OPANCERZONYCH

5.1. Badania eksperymentalne

Jak wspomniano w rozdziale 3, wprowadzanie zmian konstrukcyjnych wymuszane jest róĪnorodnymi potrzebami siá zbrojnych. Zachodzi wówczas potrzeba prowadzenia badaĔ, które w sposób przyspieszony, ale jednoznaczny okreĞlą zakres wprowadzonych zmian wpáywających na bezpieczeĔstwo ruchu. Badania wykonane przez autora, których wyniki zaprezentowano w pracach [149, 154], przeprowadzono wyáącznie na podstawie badaĔ eksperymentalnych. Ich obiektem byá dwuosiowy lekki pojazd opancerzony (rys. 5.1). Pojazd ten zostaá zmodernizowany dziĊki dodatkowym osáonom balistycznym. Zmieniony kadáub wpáywaá bezsprzecznie na: masĊ pojazdu i jej rozkáad na koáa, masowe momenty bezwáadnoĞci oraz poáoĪenie Ğrodka masy, a w konsekwencji na dynamikĊ oraz bezpieczeĔstwo ruchu.

Rys. 5.1. Lekki dwuosiowy pojazd opancerzony HMMWV 1043A ze zmodernizowanym kadáubem

Dlatego teĪ celem badaĔ byáa ocena wpáywu przeprowadzonej modernizacji na wáasnoĞci dynamiczne oraz bezpieczeĔstwo ruchu. Przeprowadzono je na podstawie prób porównawczych, przy czym rozpatrywano trzy warianty obciąĪenia pojazdu: - pojazd bez áadunku, gotowy do drogi – masa bojowa, - pojazd obciąĪony do dmc (dopuszczalna masa caákowita), - pojazd po modernizacji – masa po modernizacji. Skutkiem przeprowadzonej modernizacji mogáa okazaü siĊ takĪe zmiana parame- trów trakcyjnych poniĪej poziomu akceptowalnego ze wzglĊdu na bezpieczeĔstwo, dlatego przeprowadzono badania eksperymentalne opisane w pracy [154]. 29

W badaniach dynamiki porównywano intensywnoĞü rozpĊdzania i hamowania na nawierzchni sztywnej dla pojazdu w wariancie 2 i 3. Badania bezpieczeĔstwa ruchu polegaáy na porównaniu wpáywu modernizacji nadwozia pojazdu na zachowanie siĊ podczas jazdy po okrĊgu o staáym promieniu oraz manewru podwójnej zmiany pasa ruchu (wg unormowaĔ ISO 4138 oraz ISO TR 3888). Na rysunkach 5.2 i 5.3 przedstawiono przykáadowe przebiegi czasowe uzyskane w trakcie wspomnianych badaĔ. Wskazują one na wpáyw wprowadzonych modyfikacji na statecznoĞü poprzeczną poprzez obniĪenie wartoĞci przyspieszenia poprzecznego oraz zwiĊkszenie kąta przechyáu nadwozia.

Rys. 5.2. Manewr podwójnej zmiany pasa ruchu – porównanie dla prĊdkoĞci 90 km/h. Czasowy przebieg przyspieszenia poprzecznego: linią czerwoną oznaczono wariant nr 2, linią niebieską wariant nr 3

Rys. 5.3. Manewr podwójnej zmiany pasa ruchu – porównanie dla prĊdkoĞci 90 km/h. Czasowy przebieg kąta poprzecznego przechyáu nadwozia: linią czerwoną oznaczono wariant nr 2, linią niebieską wariant nr 3 30

Gáównym celem modyfikacji pojazdu byáa poprawa ochrony balistycznej zaáogi, a celem badaĔ okreĞlenie, czy modyfikacja wpáynĊáa negatywnie na bezpieczeĔstwo ruchu. Uzyskane wyniki w postaci charakterystyk pozwoliáy na pozytywną ocenĊ bez- pieczeĔstwa w ruchu krzywoliniowym. Wyniki mogáy byü równieĪ podstawą do oceny uzyskanych parametrów dynamiki jazdy przez uĪytkowników pojazdu, czyli Īoánierzy. Weryfikacja tego stanu rzeczy staje siĊ sprawą niezwykle waĪną ze wzglĊdu na powszechny charakter tego typu zmian konstrukcyjnych i modyfikacji. Ustalony i na- stĊpnie zrealizowany tok prowadzenia badaĔ eksperymentalnych pozwoliá na ocenĊ wpáywu zmiany masy pojazdu, masowych momentów bezwáadnoĞci, poáoĪenia Ğrodka masy pojazdu na jego dynamikĊ oraz zachowanie w ruchu krzywoliniowym. Przedstawione postĊpowanie pozwala na stosunkowo szybką, mimo eksperymentalnego charakteru badaĔ, ocenĊ wpáywu niektórych zmian konstrukcyjnych na dynami- kĊ oraz bezpieczeĔstwo pojazdów wojskowych, co naleĪy traktowaü jako zaletĊ. Zapro- ponowane badania eksperymentalne wymagają przygotowania okreĞlonej aparatury badawczej oraz infrastruktury, ich realizacja bywa utrudniona. OsiągniĊcie zysku cza- sowego nawet przy zawĊĪonych zakresach testów nie zawsze jest moĪliwe. Powodzenie badaĔ eksperymentalnych zaleĪy takĪe w duĪej mierze od warunków pogodowych. Przeprowadzenie oceny wpáywu wielu niewielkich zmian konstrukcyjnych zastosowanych wybiórczo do poszczególnych ukáadów pojazdu jest na ogóá niemoĪliwe, ewentualnie wymagaáoby znacznych nakáadów czasowych oraz finansowych. Wielu ograniczeĔ, wspomnianych powyĪej, pozbawione jest postĊpowanie polega- jące na przeprowadzeniu badaĔ symulacyjnych za pomocą zweryfikowanych eksperymentalnie modeli matematycznych. PostĊpowanie takie zastosowano przy realizacji projektu polegającego na ocenie wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na kiero- walnoĞü i statecznoĞü samochodu patrolowo-interwencyjnego. PracĊ tĊ realizowano w ramach projektu kierowanego przez autora [ 156]. Prezentowane wyniki publikowano w pracach [ 64, 65, 66, 154, 159].

5.2. Badania symulacyjne

5.2.1. Model fizyczny BudowĊ modelu fizycznego samochodu patrolowo-interwencyjnego Dzik przedstawiono na rysunku 5.4. Zaznaczono na nim takĪe Ğrodki mas bryá modelu oraz przyjĊ- te ukáady wspóárzĊdnych. NiezaleĪnymi wspóárzĊdnymi opisującymi ruch modelu są: przemieszczenia translacyjne xO1, yO1, zO1 okreĞlające poáoĪenie Ğrodka O1 masy bryáy nadwozia w inercjalnym ukáadzie odniesienia Oxyz; kąty y1, j1, J1 opisujące ruch kulisty bryáy nadwozia wzglĊdem jej Ğrodka masy O1, są to – kąt odchylenia, przechyáu wzdáuĪnego i bocznego, z1O4 – wspóárzĊdna opisująca ruch Ğrodka O4 masy bryáy tylnego mostu wzglĊdem bryáy nadwozia, odbywa siĊ on w kierunku O1z1 ukáadu O1x1h1z1; J4 – kąt przechyáu bocznego bryáy tylnego mostu wzglĊdem bryáy nadwozia, z1O9 – wspóárzĊdna opisująca ruch Ğrodka O9 masy bryáy przedniego mostu wzglĊdem bryáy nadwozia, odbywa siĊ on w kierunku O1z1 ukáadu O1x1h1z1; J9 – kąt przechyáu bocznego bryáy przedniego mostu wzglĊdem bryáy nadwozia; j5, j6, j7, j8 – kąty obrotu kóá jezdnych: tylnych (lewego i prawego), przednich (lewego i prawego). 31

Rys. 5.4. Model fizyczny samochodu patrolowo-interwencyjnego Dzik oraz przyjĊte ukáady wspóárzĊdnych [59]

Charakterystyki sprĊĪysto-táumiące zawieszenia, ukáadu kierowniczego i kóá ogumionych odpowiadają rzeczywistym wáasnoĞciom pojazdu. Są one nieliniowe. W opisie oddziaáywaĔ zewnĊtrznych i wewnĊtrznych miĊdzy bryáami modelu posáuĪono siĊ, z praktycznego punktu widzenia, siáami i momentami wystĊpującymi w elementach konstrukcyjnych pojazdu. Wynika to ze sposobu wprowadzania danych (odzwierciedla- jących wáasnoĞci elementów pojazdu) oraz áatwoĞci interpretacji rezultatów obliczeĔ, ich interpretacji fizycznej. Znając punkty przyáoĪenia oraz wartoĞci zredukowanego do nich wektora i momentu gáównego obciąĪeĔ dziaáających na daną bryáĊ modelu moĪna (pamiĊtając o siáach bezwáadnoĞci) rozpatrywaü bezwzglĊdny lub wzglĊdny ruch tej bryáy w oderwaniu od pozostaáej czĊĞci modelu. Na rysunku 5.5 przedstawiono schemat obciąĪeĔ zewnĊtrznych dziaáających na pojazd. Uwidoczniono stan dla kóá prawej strony; dla lewej jest analogiczny. Rezultatem dziaáania siá i momentów aerodynamicznych jest wektor i moment gáówny zredukowany do Ğrodka masy O bryáy nadwozia ( P , R ). Wektor i moment gáówny 1 AO1 AO1 siá w kontakcie koáa jezdnego, zredukowany do Ğrodka Ğladu Ui, Pi i R ni (i = 5, 6, 7, 8), jest skutkiem dziaáania wymuszeĔ wewnĊtrznych (momentu napĊdowego i hamowania, skrĊtu koáa jezdnego, wymuszeĔ geometrycznych wynikających z báĊdów ksztaátu ogumienia, wymuszeĔ bezwáadnoĞciowych pochodzących od niewywaĪenia kóá jezdnych) oraz zewnĊtrznych (oporów toczenia, wymuszenia kinematycznego od nierównej nawierzchni drogi). Na rysunku 5.5 zaznaczono masĊ bryáy nadwozia m1 oraz jej trzy gáów- ne centralne momenty bezwáadnoĞci I1x, I1h, I1z wzglĊdem osi ukáadu O1x1h1z1 traktowane jako gáówne centralne osie bezwáadnoĞci tej bryáy. 32

Usytuowanie przestrzenne osi sworznia zwrotnicy (osi zataczania) jest opisane

(rys. 5.6) w ukáadzie O1x1h1z1 sztywno związanym z bryáą nadwozia kątami: pochylenia (ßp3) i wyprzedzenia (gp3); ponadto páaszczyzna koáa jest odchylona od osi sworznia o kąt pp3 oraz o kąt jp3 od pionu i jc8 od kierunku normalnej do powierzchni kontaktu. W tym przypadku páaszczyzna p8 jest pozioma (jc8 = jc3), a kąt skrĊtu koáa jest równy zeru. Na rysunku 5.5 nie uwzglĊdniono odksztaáceĔ sprĊĪystych ukáadu kierowniczego.

Oddziaáywanie kierowcy na pojazd opisuje, m.in., kąt obrotu kierownicy ak. Ra- miĊ przekáadni kierownicy jest obracane o kąt aw bĊdący funkcją ak , przeáoĪenia prze- káadni kierowniczej ik oraz momentów stabilizujących R2c2, R3c3 lewego i prawego koáa jezdnego (zredukowanych do osi O2’c2 , O3’c3). UwzglĊdniona jest zatem podatnoĞü kolumny i przekáadni kierowniczej. Kąt skrĊtu koáa wokóá osi sworznia zwrotnicy ap3 jest funkcją ak, zbieĪnoĞci koáa az3 oraz odksztaácenia sprĊĪystego ukáadu zwrotniczego, bĊdącego funkcją momentów stabilizujących R2c2 i R3c3. Funkcje wystĊpujące we wspomnianych zaleĪnoĞciach są okreĞlane eksperymentalnie lub wynikają z analizy wáasnoĞci geometrycznych i kinematycznych zawieszenia.

Rys. 5.5. Schemat obciąĪeĔ zewnĊtrznych dziaáających na pojazd (uwidoczniono obciąĪenia dla kóá prawej strony; dla lewej są analogiczne) [ 59] 33

Rys. 5.6. Usytuowanie osi sworznia zwrotnicy O’3O’3p w ukáadzie O1x1h1 związanym z bryáą nadwozia oraz koáa ogumionego wzglĊdem páaszczyzny p8 stycznej do nawierzchni drogi w punkcie kontaktu U8. (na przykáad koáa prawego przedniego) [59]

Na rysunku 5.7 przedstawiono schemat obciąĪeĔ dziaáających na koáo jezdne (na przykáadzie koáa tylnego prawego) i bryáĊ tylnego mostu zawieszenia zaleĪnego.

Na koáo w ruchu obrotowym (tu kąt obrotu j6, moment bezwáadnoĞci I6h) dziaáają wektor i moment gáówny siá w kontakcie opony z drogą (P6 , R n6 ), moment napĊdowy

( Mn6 ) i hamowania ( Mh6 ). Do Ğrodka koáa O6 zredukowano wektor i moment gáówny k siá niewywaĪenia ( Pw 6 , Rw6 ). Na bryáĊ tylnego mostu dziaáają w punktach C ij: siáa sprĊĪysta S6 , táumienia wiskotycznego Tw6 , tarcia suchego Ts6 , stabilizatora Ss6 .

Zaznaczono takĪe siáĊ ciĊĪkoĞci m4·g i moment napĊdowy M.n4 34

Rys. 5.7. Schemat obciąĪeĔ dziaáających na koáo jezdne i bryáĊ osi jezdnej zawieszenia zaleĪnego (na przykáadzie koáa tylnego prawego) [59]

5.2.2. Model matematyczny Model matematyczny ruchu badanego pojazdu jest ukáadem równaĔ róĪniczkowych zwyczajnych, wyprowadzonych zgodnie z formalizmem Lagrange’a II rodzaju [ 34]. Ich postaü wyjĞciową przedstawia równanie (5.1):

d ïEk ïEk ïEp ( ) - + = Qqi , i =1, 2,...., n (5.1) dt ïq i ïqi ïqi gdzie: Ek – energia kinetyczna ukáadu, Ep – energia potencjalna ukáadu, qi – i-ta wspóárzĊdna uogólniona, Qqi – siáa uogólniona, odpowiadająca i-tej wspóárzĊdnej uogólnionej, n – liczba stopni swobody ukáadu. Siáy potencjalne (ciĊĪkoĞci, sprĊĪyste) potraktowano jako siáy zewnĊtrzne. Staáy siĊ zatem elementami skáadowymi siá uogólnionych. Podobnie z siáami táumienia (tarcia wiskotycznego i suchego). Równania ruchu degenerują siĊ do postaci:

d ïEk ïEk ( ) - = Qqi , i = 1, 2,...., n (5.2) dt ïq i ïqi Siáy bezwáadnoĞci wynikają z lewej strony równaĔ ruchu. Siáy uogólnione są obliczane jako efekt wpáywu siá zewnĊtrznych dziaáających na daną bryáĊ na przesuniĊciach 35 przygotowanych. Dla bryá, których ruch opisuje siĊ wzglĊdem bryáy nadwozia, czĊĞü siá wewnĊtrznych ukáadu traktowana jest jako siáy zewnĊtrzne, co ma istotne konsekwencje w postaci zaleĪnoĞci opisujących siáy uogólnione. UáoĪenie równaĔ ruchu wymaga zatem, dla opisanych wczeĞniej modeli, popraw- nego zdefiniowania energii kinetycznej i siá uogólnionych oraz wyraĪenia ich jako funkcji wektora wspóárzĊdnych i prĊdkoĞci uogólnionych

q = col[q1, q2, ..., qn] (5.3)

q = col[q1, q1, ..., q n ] (5.4) Elementy wektora q wymieniono w opisie – rys. 5.7. Równania ruchu (5.1, 5.2) moĪna przedstawiü w zwartej formie w zapisie macierzowym, M(q)∂= q s(t,q,q) + u(t,q,q) = p(t,q,q) (5.5) gdzie: M(q) – funkcyjna symetryczna macierz bezwáadnoĞci nìn, q, q – wektory wspóárzĊdnych i prĊdkoĞci uogólnionych (5.3), (5.4),

q = col[q12 , q , ... , q n ] – wektor przyspieszeĔ uogólnionych (5.6) s = col[s1, s2, ... , sn] – wektor siá bezwáadnoĞci nie bĊdących (5.7) funkcjami przyspieszeĔ uogólnionych u = col[Qq1, Qq2, ..., Qqn] – wektor siá uogólnionych (5.8) p = col[p1, p2, ..., pn] – wektor prawych stron (5.9) Jest to ukáad n silnie nieliniowych równaĔ róĪniczkowych zwyczajnych drugiego rzĊdu. Prowadzenie badaĔ na podstawie zbudowanego modelu wymaga okreĞlenia jego wiarygodnoĞci poprzez weryfikacjĊ eksperymentalną.

5.2.3. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego Obiektem badaĔ eksperymentalnych byá lekki pojazd opancerzony Dzik. Dane tego pojazdu okreĞlono na podstawie dokumentacji producenta podwozia oraz wykonawcy zabudowy uĪytkowej [93, 120]. CzĊĞü parametrów wyznaczono drogą pomiarów w AMZ-Kutno oraz w laborato- riach WITPiS i Wojskowej Akademii Technicznej. Niektóre dane byáy szacowane z wykorzystaniem modeli geometrycznych zapisanych w pakietach CAx [ 157]. W trakcie weryfikacji eksperymentalnej modelu symulacyjnego wykorzystano aparaturĊ pomiarową znajdującą siĊ na wyposaĪeniu WITPiS. Ukáad pomiarowo- -rejestrujący przedstawiono w pracy [157]. Wykonano test ruchu ustalonego po okrĊgu oraz wymuszenia skokowego na kole kierownicy z liniowym okresem narastania. Próby przeprowadzono na suchym podáoĪu asfaltowym. W przypadku ruchu ustalonego po okrĊgu moduá kąta obrotu koáa kierownicy byá staáy i wynosiá okoáo 223º, prĊdkoĞü pojazdu zwiĊkszano od 10 km/h do 30 km/h. W teĞcie z wymuszeniem skokowym prĊdkoĞü pojazdu byáa staáa i miaáa war- toĞü 40 km/h oraz 45 km/h, odpowiednio dla skrĊtu w lewo i w prawo, a moduá kąta obrotu koáa kierownicy narastaá liniowo od 0 do okoáo 150º. W trakcie badaĔ symulacyjnych odtwarzano warunki badaĔ eksperymentalnych, wprowadzając tĊ samą wartoĞü kąta obrotu kierownicy i utrzymując prĊdkoĞü pojazdu na zbliĪonym poziomie. 36

Na rysunkach 5.8 i 5.9 przedstawiono porównanie wyników badaĔ eksperymentalnych i symulacyjnych dla ruchu po okrĊgu, przy skrĊcie w prawą i lewą stronĊ. Na rysunku 5.8 zaprezentowano porównanie zalecanych przez normĊ ISO 4138 [39] charakterystyk: róĪnicy kąta obrotu kierownicy badanego samochodu i odpowiadającego mu pojazdu Ackermanna w funkcji przyspieszenia poprzecznego w ukáadzie spozio- mowanym. Wyniki badaĔ eksperymentalnych mieszczą siĊ w obszarze zaznaczonym szarym kolorem. ZauwaĪalna jest dobra zgodnoĞü jakoĞciowa i iloĞciowa wyników symulacji i eksperymentu. PoáoĪenie ekstremów jest bardzo zbliĪone, jest teĪ wyraĨna asymetria charakterystyk dla skrĊtu w prawo i w lewo. Zarówno pojazd rzeczywisty, jak i jego model wskazują na niepokojącą dla bezpieczeĔstwa ruchu postaü prezentowanej charakterystyki, a mianowicie jej zmiennoĞü i wyraĨną nadsterownoĞü pojazdu dla przyspieszeĔ poprzecznych o module wiĊkszym od 3 m/s2.

Rys. 5.8. RóĪnica kąta obrotu kierownicy Įk i kąta obrotu koáa kierownicy ĮkA pojazdu Acker- manna w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh

Na rysunkach 5.9 i 5.10 przedstawiono, odpowiednio, zmiany kąta bocznego znoszenia pojazdu i kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego. ZgodnoĞü wyników symulacji z eksperymentem jest zadowalająca, zwáaszcza w przypadku kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia. Zmia- ny kąta bocznego znoszenia pojazdu są podobne jak w przypadku symulacji i eksperymentu, ale widoczne są róĪnice jego wartoĞci. Na rysunku 5.11 przedstawiono porównanie trajektorii ruchu Ğrodka masy pojazdu na páaszczyĨnie drogi. Widoczna jest zadowalająca zgodnoĞü jakoĞciowa i iloĞciowa. NaleĪy w tym miejscu przypomnieü, Īe áatwiej jest uzyskaü zgodnoĞü symulacji i eksperymentu dla charakterystyk pochodnych analizowanych wielkoĞci (prĊdkoĞci, przy- spieszeĔ) niĪ obliczanych wartoĞci funkcji pierwotnych [58, 59]. Na rysunku 5.12 przedstawiono wymuszenia w postaci przebiegów czasowych ką- ta obrotu kierownicy w trakcie testu wymuszenia skokowego na kole kierownicy z liniowym okresem narastania (test zbliĪony do zalecanego w normie ISO 7401 [ 40]). 37

Rys. 5.9. Kąt bocznego znoszenia ȕ w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh

Rys. 5.10. Kąt przechyáu bocznego bryáy nadwozia J w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh a) b)

Rys. 5.11. Trajektorie ruchu Ğrodka masy pojazdu O1 dla ruchu w stronĊ prawą (a) oraz dla ruchu w stronĊ lewą (b) 38

a) b)

Rys. 5.12. Przebieg czasowy wymuszenia – kąta obrotu kierownicy Įk dla ruchu w stronĊ lewą (a) oraz dla ruchu w stronĊ prawą (b)

Na rysunkach 5.13÷5.18 przedstawiono porównanie wyników eksperymentu i symulacji, otrzymanych dla wymuszeĔ na kole kierownicy, takich jak na rysunku 5.12. Rysunki 5.13 i 5.15 przedstawiają przebiegi czasowe spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego, rysunku 5.13 i 5.16 – prĊdkoĞci kątowej odchylania, a rysunki 5.15 i 5.17 – kąta bocznego znoszenia Ğrodka masy pojazdu. CzĊĞü „a” kaĪdego z tych rysunków ilustruje porównanie wymienionych wielkoĞci dla tych samych chwil wymuszeĔ (rys.5.16). Widoczne jest wyraĨne przesuniĊcie fazowe prezentowanych wyników. Rezultaty symulacji wyprzedzają w czasie t wyniki eksperymentu o wartoĞü Ĳ ze stosownym indeksem identyfikującym prezentowaną wiel- koĞü. Takie przesuniĊcie fazowe wynika z trzech przyczyn: stanów nieustalonych ogumienia (tzw. zjawisko nabiegania opony), dynamiki ukáadu kierowniczego oraz charakterystyki fazowej wspomaganej przekáadni kierowniczej (wyodrĊbnionej z wáasnoĞci dynamicznych ukáadu kierowniczego). Wszystkie z wymienionych zjawisk nie są uwzglĊdniane w pierwotnej postaci modelu symulacyjnego. JeĪeli jednak zostaną wprowadzone funkcje opóĨniające zmiany kątów skrĊtu kóá (lewego Į2 i prawego Į3) wzglĊdem kąta obrotu koáa kierownicy Įk o Ĳ2 i Ĳ3 w postaci:

Į22k= Į (Į ,t – Ĳ 2) (5.10)

Į33k= Į (Į ,t – Ĳ 3) (5.11) to wyniki symulacji na tle eksperymentu bĊdą miaáy postaü zbliĪoną do przedstawionej w czĊĞci „b” (rys. 5.12÷5.17). TrudnoĞü wykonania tego typu operacji wynika z faktu zaleĪnoĞci wspomnianych przesuniĊü fazowych Ĳ2 i Ĳ3 od prĊdkoĞci pojazdu i czĊstotli- woĞci zmian kąta obrotu kierownicy Įk. Jednak efekt koĔcowy jest bardzo zachĊcający: zgodnoĞü wyników symulacji z eksperymentem (poza przebiegiem kąta bocznego znoszenia pojazdu – rys. 5.15) jest bardzo dobra. 39

a) b)

Rys. 5.13. Przebieg czasowy spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh bez korekcji (a) oraz z korekcją (b) a) b)

Rys. 5.14. Przebieg czasowy prĊdkoĞci kątowej odchylania ȥ1’ bez korekcji (a) oraz z korekcją (b) a) b)

Rys. 5.15. Przebieg czasowy kąta bocznego znoszenia ȕ bez korekcji (a) oraz z korekcją (b) 40

a) b)

Rys. 5.16. Przebieg czasowy spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh bez korekcji (a) oraz z korekcją (b) a) b)

Rys. 5.17. Przebieg czasowy prĊdkoĞci kątowej odchylania ȥ1’ bez korekcji (a) oraz z korekcją (b) a) b)

Rys. 5.18. Przebieg czasowy kąta bocznego znoszenia ȕ bez korekcji (a) oraz z korekcją (b)

Przedstawione wyniki weryfikacji eksperymentalnej modelu symulacyjnego ruchu dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego dla dwóch typowych manewrów (ruchu po okrĊgu i wymuszenia skokowego na kole kierownicy z liniowym okresem narasta- 41 nia) uznano za zadowalające. Zaprezentowany model moĪe byü zatem stosowany w trakcie obliczeĔ wspomagających konstrukcjĊ lub modernizacjĊ badanego pojazdu rzeczywistego. Kolejnym krokiem byáo wykonanie badaĔ symulacyjnych z wykorzystaniem opracowanego i zweryfikowanego modelu, w celu oceny wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych pojazdu na jego wybrane wáasnoĞci w ruchu krzywoliniowym. MnogoĞü przewidzianych wersji wiąĪe siĊ z szerokim zakresem zmiennoĞci para- metrów inercyjnych pojazdu (masy oraz momentów bezwáadnoĞci). To samo dotyczy poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci samochodu. Jedynym ograniczeniem moĪe byü w tym wy- padku dopuszczalna asymetria obciąĪenia kóá strony lewej i prawej. WartoĞci dwóch pozostaáych parametrów (wysokoĞci Ğrodka masy i jego odlegáoĞci od osi przedniej) mogą siĊ natomiast zmieniaü w znacznie wiĊkszym stopniu. Ze wzglĊdu na specyficzne przeznaczenie pojazdu, moĪe wystąpiü potrzeba chwi- lowego jego przeciąĪenia. Warunkom bojowym mogą równieĪ towarzyszyü okoliczno- Ğci, w których niemoĪliwe bĊdzie prawidáowe rozmieszczenie przewoĪonego áadunku. W sytuacjach wyjątkowych nie naleĪy takĪe wykluczaü doraĨnej zmiany przeznaczenia pojazdu. Szczególnie groĨne moĪe byü duĪe przesuniĊcie Ğrodka masy samochodu wzglĊdem jego wzdáuĪnej páaszczyzny symetrii. Wykonywanie gwaátownych manew- rów na niejednorodnym podáoĪu w poáączeniu ze znaczną prĊdkoĞcią pojazdu, moĪe byü w tym przypadku bardzo niebezpieczne. Parametry ogumienia mają bowiem znaczny wpáyw na charakterystykĊ kierowalnoĞci. Opony wspóáczesnych samochodów cha- rakteryzują siĊ korzystnymi wartoĞciami wspóáczynnika odpornoĞci na boczne znoszenie, nawet w przypadku zastosowania opon niskociĞnieniowych. WáaĞciwy dobór ci- Ğnienia w ogumieniu kóá tylnych i przednich umoĪliwia osiągniĊcie odpowiedniej pod- sterownoĞci pojazdu. Na wáasnoĞci samochodu w ruchu krzywoliniowym mają takĪe wpáyw stabilizatory. Zmniejszają one przechyáy boczne bryáy nadwozia, powodując jednoczeĞnie wiĊksze zróĪnicowanie reakcji normalnych podáoĪa po stronie lewej i prawej w warunkach dynamicznych. DziĊki wáaĞciwemu doborowi sztywnoĞci stabilizatora osi przedniej i tylnej wprowadza siĊ odpowiednie relacje miĊdzy obciąĪeniem poszczególnych pneumatyków. Od siá pionowych w obszarze kontaktu zaleĪą z kolei kąty bocznego znoszenia kóá jezdnych, które decydują o kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu. W przypadku pojazdów opancerzonych naleĪy zadbaü o bardzo dobre wáaĞciwoĞci w ruchu krzywoliniowym. MnogoĞü przewidzianych wersji pojazdu [141, 153, 159] wiąĪe siĊ z szerokim zakresem zmiennoĞci masy caákowitej oraz poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci. Negatywny wpáyw obydwu cech moĪna zredukowaü dziĊki wáaĞciwemu doborowi sztywnoĞci stabilizatorów oraz wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie ogumienia kóá przednich i tylnych. Drugi z zabiegów polega na odpowiednim dopasowaniu wartoĞci ciĞnienia w poszczególnych oponach. Ze wzglĊdu na charakterystyczne przeznaczenie tego pojazdu, moĪe wystąpiü potrzeba dostosowania jego wáaĞciwoĞci do specyficznych nawierzchni (szuter, podáoĪe piaszczyste). Nie naleĪy takĪe wykluczaü doraĨnego zwiĊkszenia mobilnoĞci samochodu poprzez zmniejszenie ciĞnienia w oponach. Warunkom bojowym mogą równieĪ towarzyszyü okolicznoĞci, w których konieczna bĊdzie eksploatacja z uszkodzonym ogumieniem. Wykonywanie gwaátownych manewrów na niejednorodnym podáoĪu w poáączeniu ze znaczną prĊdkoĞcią pojazdu moĪe byü w tym przypadku bardzo niebezpieczne. W pojeĨdzie tym zastosowano dwa stabilizatory przechyáu bocznego oraz bezdĊtkowe ogumienie z wkáadką typu run-flat. 42

W celu okreĞlenia wartoĞci parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci, wykonano szereg symulacji dla róĪnych wariantów obciąĪenia samochodu. Badania prowadzono w warunkach odpowiadających zarówno stanom ustalonym, jak i nieustalonym.

5.2.4. Parametry modelu symulacyjnego Nominalne wartoĞci parametrów modelu odpowiadające pojazdowi LTV Dzik w wersji medycznej przedstawiono w pracach [ 64, 157]. Podczas analiz przyjĊto takĪe inne wartoĞci parametrów modelu w postaci katalogu zmian, który obejmowaá: gáówny centralny moment bezwáadnoĞci bryáy nadwozia (z áadunkiem) wzglĊdem osi pojazdu, odlegáoĞü Ğrodka masy pojazdu od osi tylnej, odlegáoĞü Ğrodka masy pojazdu od wzdáuĪnej páaszczyzny symetrii, wysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) nad podáoĪem. Ze wzglĊdu na znaczącą rolĊ para- metrów ogumienia w ksztaátowaniu wáasnoĞci w ruchu krzywoliniowym pojazdu zmieniano takĪe parametry opisujące opony – wspóáczynnik odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych. Ponadto zmieniano takĪe sztywnoĞü stabilizatorów przedniego oraz tylnego. Wszystkie parametry dobierano tak, aby moĪliwa byáa ocena wpáywu masy i poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci samochodu LTV Dzik na jego wybrane wáasnoĞci w ruchu krzywoliniowym. WáasnoĞci badanego pojazdu w ruchu krzywoliniowym oceniano na podstawie wyników badaĔ modelowych, przeprowadzonych zgodnie z testami: - ruchu ustalonego po okrĊgu [39], - wymuszenia skokowego na kole kierownicy [ 40]. W pierwszym teĞcie symulowano ruch samochodu z prĊdkoĞcią 80 km/h, wprowa- dzając liniowy przyrost kąta obrotu kierownicy [58, 65]. Ze wzglĊdu na koniecznoĞü zachowania warunków quasi-statycznych gradient zmian ostatniej wielkoĞci nie przekra- czaá 0,035 rad/s (2°/s). Próby wykonywano dla obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy. JeĞli obiekt wykazywaá tendencje do przewracania siĊ na bok, badania przerywano w chwili oderwania siĊ dwóch wewnĊtrznych kóá pojazdu od podáoĪa. W przypadku gdy do tego nie dochodziáo, testy trwaáy dopóki duĪe opory skrĊtu nie doprowadziáy do „zdáawienia silnika”, uniemoĪliwiając dalszą symulacjĊ ruchu ze staáą prĊdkoĞcią. Jako podstawowe kryterium oceny pojazdu przyjĊto charakterystykĊ jego sterow- noĞci [ 65]. Analizowano równieĪ zmiany moduáów spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego oraz kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia, przy których nastĊpowaáo oderwanie pierwszego i drugiego wewnĊtrznego koáa pojazdu. Porównywano takĪe minimalne wartoĞci bezwzglĊdne promienia toru ruchu Ğrodka masy bryáy nadwozia w granicznych stanach ruchu. Drugi test byá zbliĪony do badania opisanego w normie ISO 7401 [ 40]. Zastoso- wano jednak odmienne parametry ruchu samochodu oraz inne wymuszenie. Podczas próby okreĞlano najwyĪszą prĊdkoĞü w ruchu prostoliniowym, dla której istnieje moĪ- liwoĞü wykonania gwaátownego (w czasie 0,3 s) obrotu kierownicą o 90°, bez wywró- cenia pojazdu. Analizowano zmiany maksymalnych wartoĞci bezwzglĊdnych spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego oraz kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia przed wywróceniem samochodu, symulując jego ruch w stronĊ lewą i prawą. W obydwu testach prowadzono obliczenia dla pojazdu o parametrach nominalnych, a nastĊpnie zmieniając kolejno: 43

–masĊ caákowitą samochodu o 525 kg i o 1025 kg uzyskując wartoĞü 6500 kg i 7000 kg (razem z masą pojazdu zwiĊkszano takĪe proporcjonalnie wartoĞci momentów bez- wáadnoĞci bryáy nadwozia z áadunkiem), – odlegáoĞü Ğrodka ciĊĪkoĞci od osi przedniej o ±0,1 m i o ±0,2 m, uzyskując jego przesuniĊcie do przodu (wartoĞci dodatnie) i do tyáu (wartoĞci ujemne), – odlegáoĞü Ğrodka masy od wzdáuĪnej páaszczyzny symetrii o ±0,05 m i o ±0,1 m uzy- skując jego przesuniĊcie na stronĊ lewą (wartoĞci dodatnie) i prawą (wartoĞci ujemne), –wysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem), tak aby uzyskaü wartoĞci mniejsze i wiĊksze od nominalnej, –wspóáczynniki odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych w sposób równoczesny o ±10% i o ±20% (áącznie 4 warianty), – relacjĊ wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych wprowadzając zestawy odchyleĔ od wartoĞci nominalnych (przód i tyá): (+20% i -20%), (+10% i -10%), (-10% i +10%), (-20% i +20%), –wspóáczynnik sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego w sposób równoczesny o ±50% i o ±100%, uzyskując w jednym z wariantów przypadek samochodu pozba- wionego takich elementów sprĊĪystych, – relacjĊ wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego wprowadza- jąc zestawy odchyleĔ od wartoĞci nominalnych (przód i tyá): (-100% i +100%), (-50% i +50%), (+50% i -50%), (+100% i -100%). Wyniki badaĔ odpowiadające pojazdowi nominalnemu przedstawiono na rysunkach 5.18, 5.22, 5.25 i 5.27 oraz w tabelach 5.1 i 5.2. CharakterystykĊ sterownoĞci w postaci przebiegu róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk oraz kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA jako funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh (na przykáad rys. 5.19) sporządzono na podstawie rezulta- tów uzyskanych w teĞcie pierwszym. Stanowi ona efekt dwóch symulacji – „w lewo” i „w prawo”. Ustalone warunki ruchu dotyczą przyspieszenia poprzecznego w zakresie od –4,3 m/s2 do +4,3 m/s2. Niewielkim zmianom ulega wówczas prĊdkoĞü kątowa odchylania oraz kąt przechyáu bocznego bryáy nadwozia. Taki quasi-ustalony stan ruchu osiągniĊto dziĊki wprowadzeniu bardzo wolnego przyrostu kąta obrotu kierownicy oraz utrzymywania staáej prĊdkoĞci samochodu, mimo rosnących oporów skrĊtu. W tej fazie 2 ruchu pojazd jest neutralny (aȘh < 2,5 m/s ) lub lekko podsterowny dla manewru w lewo oraz silnie podsterowny podczas ruchu w prawo. Asymetria charakterystyki wynika z niezgodnoĞci kinematycznej ruchu roboczego zawieszenia i ukáadu kierowniczego (zwáaszcza drąĪka wzdáuĪnego). Ta niekorzystna wáasnoĞü samochodu ujawnia siĊ 2 silnie podczas manewru w lewo. Oznaką stanu nieustalonego (|aȘh| > 4,3 m/s ) jest nagáa zmiana zachowania pojazdu. Początkowo staje siĊ on bardzo podsterowny, a nastĊpnie równie mocno nadsterowny. Towarzyszy temu duĪy przechyá boczny bryáy nadwozia, oderwanie siĊ początkowo jednego, a nastĊpnie drugiego wewnĊtrznego koáa jezdnego i w konsekwencji wywrócenie samochodu. WartoĞci bezwzglĊdne przyspieszenia poprzecznego, kąta obrotu kierownicy i kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia odpo- wiadające tym stanom zamieszczono w tabeli 5.1. Cechą charakterystyczną jest fakt, Īe podczas ruchu w lewo oderwanie dwóch kóá nastĊpuje niemal jednoczeĞnie. Symulacja manewru w drugą stronĊ wskazuje na duĪą wartoĞü moduáu kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia, która odpowiada oderwaniu drugiego koáa (|J1| = 0,22585 rad § 13°). Dla stanu nieustalonego widoczne jest duĪe zróĪnicowanie wartoĞci bezwzglĊdnych promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu, obliczanych na podstawie przyspieszenia 44 poprzecznego w pierwszym przypadku i prĊdkoĞci kątowej odchylania w drugim (tab. 5.2).

Tabela 5.1. Wyniki dla pojazdu nominalnego uzyskane podczas testu pierwszego [72] WartoĞü bezwzglĊdna odpowiadająca oderwaniu jednego koáa dwóch kóá WielkoĞü oceniana Jednostka ruch ruch ruch ruch w lewo w prawo w lewo w prawo Przyspieszenie poprzeczne [m/s2] 5,61 5,26 5,61 5,69 Kąt obrotu kierownicy [rad] 1,365 1,640 1,365 1,650 Kąt przechyáu bocznego [rad] 0,16571 0,14735 0,16571 0,22585

Tabela 5.2. Minimalne wartoĞci bezwzglĊdne promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu uzyskane podczas testu pierwszego [66] Minimalna wartoĞü bezwzglĊdna WielkoĞü oceniana Jednostka w caáej próbie ruch w lewo ruch w prawo PromieĔ toru ruchu Ğrodka masy pojazdu obliczany z przyspieszenia [m] 79,15 77,12 poprzecznego PromieĔ toru ruchu Ğrodka masy pojazdu obliczany z prĊdkoĞci [m] 57,65 52,24 kątowej odchylania

Rezultaty odpowiadające drugiemu testowi przedstawiono w tabeli 5.3. PrĊdkoĞü ruchu samochodu, przy której wykonanie manewru jest niemoĪliwe, wynosi 54 km/h i 63,5 km/h odpowiednio dla ruchu w lewo i w prawo. DuĪe zróĪnicowanie prĊdkoĞci (18%) potwierdza specyficzne wáasnoĞci pojazdu zaobserwowane w teĞcie pierwszym. Moduáy przyspieszenia poprzecznego oraz kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia przyjmują zbliĪone wartoĞci dla obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy.

Tabela 5.3. Wyniki dla pojazdu o parametrach nominalnych uzyskane podczas testu drugiego [ 66] WartoĞü bezwzglĊdna odpowiadająca WielkoĞü oceniana Jednostka wywróceniu pojazdu ruch w lewo ruch w prawo PrĊdkoĞü [km/h] 54,0 63,5 Przyspieszenie poprzeczne [m/s2] 5,27 5,34 Kąt przechyáu bocznego [rad] 0,15644 0,15536

Test pierwszy odwzorowano w 6 symulacjach, uzyskując charakterystyki sterow- noĞci przedstawione na rysunku 5.19. MasĊ pojazdu zwiĊkszano do wartoĞci okreĞlo- nych wczeĞniej w pracach [64, 157], nie zmieniając przy tym poáoĪenia Ğrodka ciĊĪko- Ğci i innych parametrów obiektu badaĔ. W ustalonych warunkach ruchu, wraz ze wzrostem obciąĪenia samochodu, zwiĊksza siĊ jego podsterownoĞü. PrzejĞcie w stan nieustalony nastĊpuje przy coraz to mniejszych przyspieszeniach poprzecznych i staje siĊ mniej wyraĨne. Z rysunku 5.20 wynika, Īe oderwanie pierwszego i drugiego koáa jezdnego nastĊpuje przy mniejszych wartoĞciach bezwzglĊdnych tej wielkoĞci (zmiana od – 4% do –9% dla ruchu w lewo i od okoáo –0,5% do okoáo –9,5% dla ruchu w prawo). 45

W wiĊkszoĞci analizowanych przypadków zwiĊkszeniu masy pojazdu towarzyszy wzrost moduáów kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia, przy których poszczególne pneumatyki zaczynają traciü kontakt z podáoĪem (zmiana od okoáo –3% do okoáo +50% dla ruchu w lewo oraz od –26% do +27% dla ruchu w przeciwną stronĊ). Odwrotna relacja ma miejsce podczas manewru w prawo i dotyczy oderwania dwóch kóá jezdnych. Przy obciąĪeniu wiĊkszym od nominalnego maleją moduáy minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu obliczane na podstawie prĊdkoĞci kątowej odchylania, jednak tylko podczas manewru w lewo. W pozostaáych przypadkach wystĊpuje zaleĪnoĞü przeciwna (wzrost od 2% do okoáo 20%). Wyniki uzyskane w drugim teĞcie przedstawiono na rysunku 5.21. ZwiĊkszenie masy samochodu w bardzo niewielkim stopniu powoduje zmiany prĊdkoĞci pojazdu, przy której nastĊpuje jego wywrócenie (ǻV < 0,8%). Wraz ze wzrostem obciąĪenia samochodu maleją jednak wartoĞci bezwzglĊdne przyspieszenia poprzecznego towarzy- szące oderwaniu siĊ dwóch kóá jezdnych od podáoĪa (zmiana od okoáo –3% przy masie 6500 kg do okoáo –6,5% przy masie 7000 kg). Bardziej znacząco rosną moduáy kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia (od 11% do 15% przy obciąĪeniu zwiĊkszonym o 525 kg i o okoáo 26% przy wiĊkszej zmianie obciąĪenia). 46

Rys. 5.19. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą zmian masy caákowitej samochodu 47

4 a oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 2 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) | [%] h 0 h |a D -2 u przyspieszeni á -4 -6

poprzecznego poprzecznego -8 Zmiana modu Zmiana -10 6500 7000 Masa pojazdu m [kg]

60 u á oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 45 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) | [%]

1 30 ta przechy ta J ą | D u k

á 15

0 bocznego bocznego -15 Zmiana moduZmiana -30 6500 7000 Masa pojazdu m [kg]

40 z przyspieszenia poprzecznego (w lewo) | [%] 30 z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w lewo) min z przyspieszenia poprzecznego (w prawo) |R z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w prawo) D 20 u minimalnego u minimalnego á 10

-10 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -20 6500 7000 Masa pojazdu m [kg] Rys. 5.20. Wpáyw masy pojazdu na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i stateczno- Ğci podczas testu pierwszego 48

1,0 ruch w lewo ruch w prawo 0,8

0,6 ci maksymalnej Ğ V [%] D

dko 0,4 Ċ

0,2 Zmiana pr Zmiana 0,0 6500 7000 Masa pojazdu m [kg]

4 a ruch w lewo 2 ruch w prawo | [%] h h

|a 0 D u przyspieszeni

á -2

-4

poprzecznego poprzecznego -6 Zmiana modu Zmiana -8 6500 7000 Masa pojazdu m [kg]

30 u

á ruch w lewo 25 ruch w prawo | [%]

1 20 ta przechy ta J ą | D u k

á 15

10 bocznego bocznego 5 Zmiana modu Zmiana 0 6500 7000 Masa pojazdu m [kg] Rys. 5.21. Wpáyw masy pojazdu na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i stateczno- Ğci podczas testu drugiego 49

5.2.5. Badania wpáywu poáoĪenia wybranych zmian konstrukcyjnych na zachowanie pojazdu w ruchu krzywoliniowym Ocena wpáywu poáoĪenia Ğrodka masy oraz parametrów inercyjnych Na rysunku 5.22 przedstawiono charakterystyki sterownoĞci, stanowiące rezultat 10 symulacji odwzorowujących pierwszy test. Obliczenia dotyczą obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy i 5 róĪnych poáoĪeĔ wzdáuĪnych Ğrodka masy pojazdu, przy niezmienionych pozostaáych parametrach obiektu. Przesuwanie Ğrodka ciĊĪkoĞci samochodu do przodu zwiĊksza jego tendencjĊ do podsterownoĞci. W wiĊkszoĞci analizowanych przypadków ruchu ustalonego po okrĊgu obiekt wykazuje wáasnoĞci pojazdu silne podsterownego. NadsterownoĞü jest widoczna w przypadku samochodu z przesuniĊtym Ğrodkiem masy do tyáu i dotyczy niewielkich warto- 2 Ğci przyspieszenia poprzecznego (|aȘh| < 2,5 m/s ). Podczas manewru w prawo wystĊpuje ona tylko dla wiĊkszej zmiany ocenianego parametru. Wraz ze zmniejszeniem odlegáoĞci Ğrodka masy od osi tylnej maleje przedziaá przyspieszeĔ poprzecznych charakteryzujący stan ustalony ruchu pojazdu. PrzesuniĊcie wzdáuĪne Ğrodka masy samochodu, w wiĊkszoĞci analizowanych przypadków (rys. 5.23), zmniejsza wartoĞci bezwzglĊdne przyspieszenia poprzecznego przy których nastĊpuje utrata kontaktu pierwszego i drugiego pneumatyka z podáoĪem (zmiana od 1% do 21% dla ruchu w lewo i od 6% do 25% dla ruchu w prawo). Maleją równieĪ moduáy kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia towarzyszące oderwaniu pierwszego koáa jezdnego podczas ruchu w lewo (zmiana do –17%). Odmienna zaleĪnoĞü dotyczy utraty kontaktu z podáoĪem przez drugie koáo (wzrost od 2,5% do 39%). Dla manewru w prawo trudno wskazaü jakiekolwiek prawidáowoĞci ze wzglĊdu na niewielkie zmiany wartoĞci bezwzglĊdnych kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia. Moduáy minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu rosną w przypadku zwiĊkszenia odlegáo- Ğci Ğrodka masy od osi tylnej (zmiana od 1% do 38%). Z rezultatów uzyskanych podczas testu drugiego (rys. 5.24) wynika, Īe przesuwanie Ğrodka masy samochodu do tyáu powoduje zmniejszanie prĊdkoĞci pojazdu, przy której nastĊpuje jego wywrócenie (zmiana od 10% do 21% dla ruchu w lewo oraz od 19% do 35% dla ruchu w prawo). W wiĊkszoĞci analizowanych przypadków zmiana poáoĪenia Ğrodka masy samochodu prowadzi do niewielkiego zmniejszania wartoĞci bezwzglĊdnych przyspieszenia poprzecznego, którym towarzyszy oderwanie dwóch kóá jezdnych od podáoĪa (zmiany do okoáo 4%). Odwrotna zaleĪnoĞü dotyczy moduáów kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia (wzrost do okoáo 40%). 50

Rys. 5.22. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą zmian poáoĪenia Ğrodka masy samochodu w kierunku wzdáuĪnym 51

15 a oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 10 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo)

| [%] 5 h h |a 0 D u przyspieszeni

á -5 -10 -15 poprzecznego -20 Zmiana modu Zmiana -25 -0,2 -0,1 0,1 0,2 PrzesuniĊcie wzdáuĪne Ğrodka masy pojazdu DxO1 [m]

40 u á oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 30 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) | [%]

1 20 ta przechy J ą | D u k

á 10

0 bocznego bocznego -10 Zmiana modu Zmiana -20 -0,2 -0,1 0,1 0,2

PrzesuniĊcie wzdáuĪne Ğrodka masy pojazdu DxO1 [m]

-10 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -20 -0,2 -0,1 0,1 0,2 PrzesuniĊcie wzdáuĪne Ğrodka masy pojazdu DxO1 [m]

Rys. 5.23. Wpáyw poáoĪenia wzdáuĪnego Ğrodka masy pojazdu na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci podczas testu pierwszego 52

40 ruch w lewo 30 ruch w prawo

20 ci maksymalnej ci Ğ 10 V [%] D dko Ċ 0

-10 Zmiana pr Zmiana -20 -0,2 -0,1 0,1 0,2 PrzesuniĊcie wzdáuĪne Ğrodka masy pojazdu DxO1 [m]

2 a ruch w lewo 1 ruch w prawo | [%] h h

|a 0 D u przyspieszeni

á -1

-2

poprzecznego poprzecznego -3 Zmiana modu Zmiana -4 -0,2 -0,1 0,1 0,2 PrzesuniĊcie wzdáuĪne Ğrodka masy pojazdu DxO1 [m]

40 u

á ruch w lewo 35 ruch w prawo 30 | [%] 1 ta przechy

J 25 ą | D u k

á 20 15

bocznego 10 5 Zmiana modu Zmiana 0 -0,2 -0,1 0,1 0,2 Przesuniecie wzdáuĪne Ğrodka masy pojazdu DxO1 [m]

Rys. 5.24. Wpáyw poáoĪenia wzdáuĪnego Ğrodka masy pojazdu na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci podczas testu drugiego 53

Ocena wpáywu poáoĪenia poprzecznego Ğrodka masy na wybrane wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym Dokonując analizy z wykorzystaniem testu pierwszego przeprowadzono áącznie 10 symulacji dla obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy. Obliczenia wykonano dla 5 róĪnych poáoĪeĔ poprzecznych Ğrodka masy pojazdu, przy niezmienionych pozosta- áych parametrach obiektu. Na rysunku 5.25 widoczna jest wyraĨna granica miĊdzy sta- nem ustalonym a nieustalonym. Przemieszczanie Ğrodka masy w tĊ samą stronĊ, w którą odbywa siĊ manewr, zwiĊksza zakres wystĊpowania warunków ustalonych. Charaktery- styka sterownoĞci przesuwa siĊ w prawo i do doáu oraz w lewo i do góry, dla Ğrodka masy przemieszczanego odpowiednio w lewo i w prawo. Zachowanie zerowego przyspieszenia poprzecznego wiąĪe siĊ z koniecznoĞcią utrzymywania odpowiedniej (nieze- rowej) wartoĞci kąta obrotu kierownicy. Wraz ze zmianą poáoĪenia poprzecznego Ğrod- ka masy pojazdu nastĊpuje silne zróĪnicowanie wartoĞci bezwzglĊdnych przyspieszenia poprzecznego i kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia, przy których odrywane jest pierwsze i drugie koáo jezdne dla ruchu w lewą oraz prawą stronĊ (rys. 5.26). Podobny efekt ma miejsce w przypadku obliczeĔ moduáów minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu. Z rezultatów testu drugiego (rys. 5.27) wynika, Īe przesuniĊcie Ğrodka masy w tĊ samą stronĊ, w którą odbywa siĊ manewr, powoduje zwiĊkszenie prĊdkoĞci wywrócenia pojazdu (zmiana od 7,5% do +16% dla ruchu w lewo i od –9% do +12% dla ruchu w prawo). Podobna zaleĪnoĞü wystĊpuje w przypadku poszczególnych wartoĞci bez- wzglĊdnych przyspieszenia poprzecznego. Odmienna relacja dotyczy moduáów kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia (zmiany od okoáo 8% do 5,5% dla ruchu w lewo i od 7% do 10% dla ruchu w prawo). 54

Rys. 5.25. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą zmian poáoĪenia Ğrodka masy samochodu w kierunku poprzecznym 55

25 a oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 20 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo)

| [%] 15 h h |a 10 D u przyspieszeni

á 5 0 -5 poprzecznego poprzecznego -10 Zmiana modu Zmiana -15 -0,1 -0,05 0,05 0,1 PrzesuniĊcie poprzeczne Ğrodka masy pojazdu DhO1 [m]

40 u

á oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo) 20 oderwanie 2 kóá (w prawo) | [%] 1 ta przechy ta J ą | D u k

á 0

bocznego bocznego -20 Zmiana moduZmiana -40 -0,1 -0,05 0,05 0,1 PrzesuniĊcie poprzeczne Ğrodka masy pojazdu DhO1 [m]

30 z przyspieszenia poprzecznego (w lewo)

| [%] z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w lewo)

min 20 z przyspieszenia poprzecznego (w prawo) |R z pr dko ci k towej odchylania (w prawo)

D Ċ Ğ ą 10 u minimalnego u minimalnego á 0

-10 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -20 -0,1 -0,05 0,05 0,1 PrzesuniĊcie poprzeczne Ğrodka masy pojazdu DhO1 [m]

Rys. 5.26. Wpáyw poáoĪenia poprzecznego Ğrodka masy pojazdu na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci podczas testu pierwszego 56

20 ruch w lewo 15 ruch w prawo

10 ci maksymalnej ci Ğ 5 V [%] D dko Ċ 0

-5 Zmiana pr Zmiana -10 -0,1 -0,05 0,05 0,1 PrzesuniĊcie poprzeczne Ğrodka masy pojazdu DhO1 [m]

15 a ruch w lewo 10 ruch w prawo | [%] h h

|a 5 D u przyspieszeni

á 0

-5

poprzecznego poprzecznego -10 Zmiana modu Zmiana -15 -0,1 -0,05 0,05 0,1 PrzesuniĊcie poprzeczne Ğrodka masy pojazdu DhO1 [m]

10 u

á ruch w lewo 8 ruch w prawo 6 4 | [%] 1 ta przechy ta J ą | 2 D u k

á 0 -2 -4 bocznego bocznego -6 -8 Zmiana modu Zmiana -10 -0,1 -0,05 0,05 0,1 PrzesuniĊcie poprzeczne Ğrodka masy pojazdu DhO1 [m]

Rys. 5.27. Wpáyw poáoĪenia poprzecznego Ğrodka masy pojazdu na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci podczas testu drugiego 57

Ocena wpáywu wysokoĞci Ğrodka masy bryáy nadwozia na wybrane wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym Na rysunku 5.28 przedstawiono wyniki 12 symulacji stanowiących rezultaty testu pierwszego. Obliczenia wykonano dla 6 róĪnych wartoĞci ocenianego parametru i obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy. Wpáyw wysokoĞci Ğrodka masy bryáy nadwozia na wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym oceniano przy niezmienionych pozostaáych parametrach obiektu. ObniĪanie Ğrodka masy zmniejsza tendencjĊ samochodu do podsterownoĞci. ZwiĊksza siĊ za to przedziaá przyspieszeĔ poprzecznych, charakteryzujący warunki ustalone ruchu, przy czym przejĞcie w stan nieustalony jest wyraĨnie widoczne we wszystkich analizowanych przypadkach. Podczas ruchu w lewo z przyspieszeniem poprzecznym do 2,5 m/s2 pojazd nie jest nadsterowny tylko przy dwóch najwyĪszych poáoĪeniach Ğrodka masy bryáy nadwozia. Z rysunku 5.29 wynika, Īe wraz ze zmniejszaniem wysokoĞci Ğrodka ciĊĪkoĞci ro- sną wartoĞci bezwzglĊdne przyspieszenia poprzecznego, odpowiadające oderwaniu pierwszego i drugiego koáa jezdnego od podáoĪa (zmiana od –22% do +28%). Odwrotna zaleĪnoĞü cechuje moduáy kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia oraz wartoĞci bez- wzglĊdne minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu. W przypadku tego drugiego wystĊpują zmiany w zakresie od –75% do +50%. Pojazd nie przewraca siĊ, jeĪeli wysokoĞü Ğrodka ciĊĪkoĞci bryáy nadwozia (z áadunkiem) wynosi 0,8 m i 0,9 m, przy czym wiĊksza wartoĞci dotyczy wyáącznie ruchu w lewo. Wyniki symulacji testu drugiego zamieszczono na rysunku 5.30. Wraz ze zwiĊk- szaniem wysokoĞci Ğrodka masy maleje prĊdkoĞü oraz wartoĞci bezwzglĊdne przyspieszenia poprzecznego, od których wykonanie manewru bez przewrócenia pojazdu nie jest moĪliwe (zmiany odpowiednio od +18% do –12% oraz od +18% do –22%). Odmienna relacja wystĊpuje w przypadku moduáów kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia (zmiany od –12% do +17%). Przy najniĪszym poáoĪeniu Ğrodka ciĊĪkoĞci bryáy nadwozia (z áadunkiem) samochód nie wywraca siĊ, uzyskując w teĞcie prĊdkoĞü 120 km/h. Uzyskane metodą symulacyjną rezultaty wskazują na bardzo istotne znaczenie pa- rametrów inercyjnych oraz poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego ze wzglĊdu na jego wáasnoĞci w ruchu krzywoliniowym. Masa przewo- Īonego áadunku oraz jego rozmieszczenie wpáywają znacząco na wartoĞci parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci tego pojazdu. Otrzymane wyniki mogą byü wykorzystane podczas wszelkich prac modernizacyjnych oraz opracowywania ogólnych zaleceĔ, w zakresie prawidáowego rozáoĪenia urządzeĔ dodatkowych i elementów wy- posaĪenia samochodu. Rezultaty badaĔ symulacyjnych moĪna takĪe uwzglĊdniü na etapie szkolenia zaáóg pojazdu dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego, infor- mując kierowców o maksymalnych prĊdkoĞciach w róĪnych warunkach ruchu. 58

Rys. 5.28. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą zmian wysokoĞci Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) 59

30 a oderwanie 1 koáa (w lewo) 20 oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo)

| [%] Koáa siĊ h

h oderwanie 2 kóá (w prawo)

|a 10 nie odrywają:

D ……………….…………….…….. u przyspieszeni

á 0

-10 = 5% | = 1% | | = -7% h h h poprzecznego poprzecznego

-20 h h h |a |a |a Zmiana modu Zmiana D D ………………….………. D -30 0,8 0,9 1 1,2 1,3 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) hO1 [m]

30 u

á oderwanie 1 koáa (w lewo) 20 oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo) Koáa siĊ oderwanie 2 kóá (w prawo) | [%]

1 10 nie odrywają: ta przechy ta J ą | ……………………….……….….. D u k

á 0

-10 | 50% - bocznego bocznego = | = -44% | | = -36%

-20 1 1 1 J J J | | | Zmiana moduZmiana D D …………….……..…...... D -30 0,8 0,9 1 1,2 1,3 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) hO1 [m]

60 | [%]

min 30 |R D 0 u minimalnego u minimalnego á -30 z przyspieszenia poprzecznego (w lewo) -60 z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w lewo) z przyspieszenia poprzecznego (w prawo) Zmiana modu Zmiana

promienia toru ruchu ruchu toru promienia z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w prawo) -90 0,8 0,9 1 1,2 1,3 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) hO1 [m]

Rys. 5.29. Wpáyw wysokoĞci Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu pierwszego 60

20 ruch w lewo 15 ruch w prawo Pojazd siĊ 10 nie wywraca: 5 ………….…...……... ci maksymalnej ci Ğ V [%] .

D 0 dko .

Ċ | -5

-10 124% = V 91% = V D D Zmiana pr Zmiana -15 0,8 0,9 1 1,2 1,3 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) hO1 [m]

20 a ruch w lewo 15 ruch w prawo 10 | [%] Pojazd siĊ h h

|a 5 nie wywraca: D 0 ………….…...……... u przyspieszeni á -5 -10 | = 28% =

-15 27% = | | h h poprzecznego poprzecznego h h |a -20 |a Zmiana modu Zmiana D D -25 0,8 0,9 1 1,2 1,3 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) hO1 [m]

20 u

á ruch w lewo 15 ruch w prawo 10 Pojazd siĊ | [%]

1 nie wywraca: ta przechy J ą | ………….…...……...

D 5 u k á 0 | % 21

-5 - bocznego = | = -22% = | | 1 1 J -10 J | | Zmiana modu Zmiana D D -15 0,8 0,9 1 1,2 1,3 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) hO1 [m] Rys. 5.30. Wpáyw wysokoĞci Ğrodka masy bryáy nadwozia (z áadunkiem) na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu drugiego 61

Ocena wpáywu wybranych parametrów ogumienia Przeprowadzono ocenĊ wpáywu równoczesnej zmiany wspóáczynników odporno- Ğci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych na wybrane wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym. Test pierwszy odwzorowano w 10 symulacjach, uzyskując charakterystyki sterownoĞci przedstawione na rysunku 5.31. Wspóáczynniki odpornoĞci opon na boczne znoszenie zmieniano równoczeĞnie, przyjmując za kaĪdym razem iden- tyczne wartoĞci dla kóá osi przedniej i tylnej. Pozostaáe parametry obiektu badaĔ odpo- wiadaáy pojazdowi nominalnemu. W ustalonych warunkach ruchu, wraz ze zmniejszaniem wspóáczynnika odpornoĞci opon na boczne znoszenie, maleje tendencja samochodu do podsterownoĞci. Przy wartoĞciach tego parametru mniejszych od nominalnej, podczas ruchu w lewo z przyspieszeniem poprzecznym do 2,5 m/s2, pojazd staje siĊ wyraĨnie nadsterowny. PrzejĞcie w stan nieustalony nastĊpuje nieco wczeĞniej i staje siĊ mniej wyraĨne. Z rysunku 5.32 wynika, Īe najmniejsze zmiany moduáów analizowanych wielkoĞci odpowiadają symulacji ruchu samochodu z ogumieniem o najwiĊkszej odpornoĞci na boczne znoszenie. Podobna sytuacja wystĊpuje przy zmniejszeniu ocenianego parametru o 10% wzglĊdem wartoĞci nominalnej. Ostatnie spostrzeĪenie dotyczy jednak wyáącznie manewru w lewo. W pozostaáych przypadkach trudno wskazaü jakiekolwiek prawidáowoĞci. ZróĪnicowanie wartoĞci bezwzglĊdnych minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu oraz kąta przechyáu bocznego i przyspieszenia poprzecznego, przy których nastĊpuje oderwanie pierwszego i drugiego koáa jezdnego, jest natomiast znacznie wiĊksze (zmiany odpowiednio od –14% do +11%, od –30% do +27% oraz od –12% do +5%). Wyniki uzyskane w drugim teĞcie przedstawiono na rysunku 5.33. W wiĊkszoĞci analizowanych przypadków wraz ze wzrostem wspóáczynnika odpornoĞci opon na boczne znoszenie roĞnie nieznacznie prĊdkoĞü samochodu, przy której nastĊpuje jego wywrócenie (zmiany od –3% do +7,5%). Wpáyw ocenianego parametru na zmiany wartoĞci bezwzglĊdnych dwóch pozostaáych wielkoĞci jest jeszcze mniejszy. Szczegól- nie maáe róĪnice dotyczą spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego. 62

Rys. 5.31. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą równoczesnej zmiany wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych 63

10 a oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) 5 | [%] h h |a

D 0 u przyspieszeni á -5

-10 poprzecznego poprzecznego Zmiana modu Zmiana -15 P:-20%; T:-20% P:-10%; T:-10% P:+10%; T:+10% P:+20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

40 u

á oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo) 20 oderwanie 2 kóá (w prawo) |[%] 1 ta przechy ta ą J | D u k

á 0

bocznego bocznego -20 Zmiana modu Zmiana -40 P:-20%; T:-20% P:-10%; T:-10% P:+10%; T:+10% P:+20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

30 z przyspieszenia poprzecznego (w lewo)

| [%] z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w lewo)

min 20 z przyspieszenia poprzecznego (w prawo) |R z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w prawo) D 10 u minimalnego u minimalnego á 0

-10 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -20 P:-20%; T:-20% P:-10%; T:-10% P:+10%; T:+10% P:+20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

Rys. 5.32. Wpáyw równoczesnej zmiany wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu pierwszego 64

8 ruch w lewo 6 ruch w prawo

4 ci maksymalnej Ğ 2 V [%] D dko Ċ 0

-2 Zmiana pr Zmiana -4 P:-20%; T:-20% P:-10%; T:-10% P:+10%; T:+10% P:+20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

0,8 a ruch w lewo ruch w prawo

| [%] 0,4 h h |a D u przyspieszeni

á 0,0

-0,4 poprzecznego poprzecznego Zmiana modu Zmiana -0,8 P:-20%; T:-20% P:-10%; T:-10% P:+10%; T:+10% P:+20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

2 u

á ruch w lewo ruch w prawo 1 | [%] 1 ta przechy ta J ą | 0 D u k á -1

bocznego bocznego -2 Zmiana modu Zmiana -3 P:-20%; T:-20% P:-10%; T:-10% P:+10%; T:+10% P:+20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

Rys. 5.33. Wpáyw równoczesnej zmiany wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu drugiego 65

Ocena zmian relacji wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych na wybrane wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym Na rysunku 5.34 przedstawiono charakterystyki sterownoĞci, stanowiące rezultat 10 symulacji odwzorowujących test pierwszy. Obliczenia dotyczą obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy i 5 róĪnych wariantów zróĪnicowania odpornoĞci na boczne znoszenie pneumatyków przednich i tylnych, przy niezmienionych pozostaáych parametrach obiektu. Zmniejszanie wspóáczynnika charakteryzującego koáa osi przedniej, przy odwrotnej zmianie jego wartoĞci dla kóá osi tylnej, powoduje zwiĊkszenie tendencji pojazdu do podsterownoĞci. Wpáyw na charakterystykĊ sterownoĞci jest bardzo silny. Nie zmienia siĊ przy tym zakres przyspieszeĔ charakteryzujący stan ustalony ruchu samochodu. W przypadkach, gdy odpornoĞü na boczne znoszenie opon przednich jest mniejsza niĪ tylnych, pojazd jest podsterowny. Odwrotnej relacji towarzyszy z kolei zdecydowana nadsterownoĞü. Jedynie przy mniejszym zróĪnicowaniu wartoĞci ocenianego parametru w zakresie przyspieszenia poprzecznego od –3 m/s2 do 0 (manewr w prawo) samochód jest lekko podsterowny. W wiĊkszoĞci analizowanych przypadków (rys. 5.35) wraz ze zmniejszaniem wartoĞci wspóáczynnika charakteryzującego koáa osi przedniej i jednoczesnym jej zwiĊkszaniem dla kóá osi tylnej wystĊpuje tendencja wzrostowa moduáów minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu (zmiany od –18% do +22%). Podobna za- leĪnoĞü dotyczy wartoĞci bezwzglĊdnych przyspieszenia poprzecznego, towarzyszących oderwaniu pierwszego i drugiego pneumatyka od podáoĪa podczas ruchu w prawo (zmiany od –9% do +7%). Odmienna sytuacja wystĊpuje w trakcie odwrotnego manewru. W przypadku zmian moduáów kąta przechyáu bryáy nadwozia trudno wskazaü jakiekolwiek prawidáowoĞci, natomiast róĪnice są znaczące (zmiany od –30% do +33%). Z rezultatów uzyskanych w teĞcie drugim (rys. 5.36) wynika, Īe zmniejszanie wspóáczynnika charakteryzującego koáa osi przedniej, przy odwrotnej zmianie jego wartoĞci dla kóá osi tylnej, powoduje znaczny wzrost prĊdkoĞci (od –28% do +35%), przy których nastĊpuje wywrócenie pojazdu. Wpáyw ocenianego parametru na zmiany wartoĞci bezwzglĊdnych dwóch pozostaáych wielkoĞci jest zdecydowanie mniejszy. Szczególnie maáe róĪnice dotyczą spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego. Samochód najbardziej podsterowny nie wywraca siĊ uzyskując w teĞcie prĊdkoĞü 120 km/h. 66

Rys. 5.34. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą zmian relacji wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych 67

10 a oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo)

| [%] 5 h h |a D u przyspieszeni

á 0

-5 poprzecznego poprzecznego Zmiana modu Zmiana -10 P:+20%; T:-20% P:+10%; T:-10% P:-10%; T:+10% P:-20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

60 u

á oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 40 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) |[%] 1 ta przechy J | ą 20 D u k á 0

bocznego bocznego -20 Zmiana modu Zmiana -40 P:+20%; T:-20% P:+10%; T:-10% P:-10%; T:+10% P:-20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

-10 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -20 P:+20%; T:-20% P:+10%; T:-10% P:-10%; T:+10% P:-20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

Rys. 5.35. Wpáyw zmian relacji wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu pierwszego 68

40 ruch w lewo a a 30 ruch w prawo 20 10 ci maksymalnej ci Ğ bez wywróceni bez wywróceni V [%]

D 0 dko Ċ -10 -20 Zmiana pr Zmiana -30 P:+20%; T:-20% P:+10%; T:-10% P:-10%; T:+10% P:-20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

1,6 a ruch w lewo ruch w prawo 1,2 | [%] h h a a |a

D 0,8 u przyspieszeni á 0,4

0,0 bez wywróceni bez wywróceni poprzecznego poprzecznego Zmiana modu Zmiana -0,4 P:+20%; T:-20% P:+10%; T:-10% P:-10%; T:+10% P:-20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad]

4 u

á ruch w lewo ruch w prawo 3 a a | [%] 1 ta przechy J ą | 2 D u k á 1 bez wywróceni bez wywróceni bocznego bocznego 0 Zmiana modu Zmiana -1 P:+20%; T:-20% P:+10%; T:-10% P:-10%; T:+10% P:-20%; T:+20% Zmiana wspóá. bocznego znoszenia kóá przednich/tylnych (P/T) DcpP/T [N/rad] Rys. 5.36. Wpáyw zmian relacji wspóáczynników odpornoĞci na boczne znoszenie opon przednich i tylnych na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu drugiego 69

Ocena wpáywu równoczesnej zmiany wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego na wybrane wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym. Dokonując analizy z wykorzystaniem testu pierwszego przeprowadzono áącznie 10 symulacji dla dwóch kierunków obrotu koáa kierownicy. Obliczenia wykonano dla 5 róĪnych wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego. WartoĞci tego parametru zmieniano równoczeĞnie dla obydwu elementów sprĊĪystych, rozpatrując przypadek samochodu bez stabilizatorów. Pozostaáe parametry obiektu odpowiadaáy pojazdowi nominalnemu. Na rysunku 5.37 widoczna jest wyraĨna granica miĊdzy sta- nem ustalonym i nieustalonym. Wraz ze wzrostem sztywnoĞci stabilizatorów zwiĊksza siĊ zakres wystĊpowania warunków ustalonych. Maleje jednak tendencja samochodu do podsterownoĞci. W przypadku pojazdu bez stabilizatorów wystĊpuje wyraĨne zakáócenie stanu 2 ustalonego juĪ przy |aȘh| § 2 m/s . Ze wzglĊdu na duĪe przechyáy boczne bryáy nadwozia zaczynają pracowaü ograniczniki skoku zawieszenia. Pojawiają siĊ wówczas nagáe zmiany reakcji normalnych podáoĪa, od których zaleĪą kąty bocznego znoszenia po- szczególnych pneumatyków, a w konsekwencji postaü charakterystyki sterownoĞci samochodu. Nie dochodzi natomiast do oderwania drugiego wewnĊtrznego koáa jezdnego (rys. 5.38) Wraz ze zwiĊkszaniem sztywnoĞci stabilizatorów wzrastają wartoĞci bezwzglĊdne przyspieszenia poprzecznego, przy których nastĊpuje utrata kontaktu pneumatyków z podáoĪem (zmiany od –27% do +14%). Odmienne zaleĪnoĞci dotyczą zmian moduáów kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia i minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu (zmiany odpowiednio od +65% do –35% oraz od +75% do –13%). Rezultaty testu drugiego (rys. 5.39) potwierdzają spostrzeĪenia zaobserwowane w taĞcie pierwszym. Zmniejszaniu sztywnoĞci stabilizatorów towarzyszy tendencja wzrostowa maksymalnej prĊdkoĞci w próbie (zmiany od –2% do +42%). Podobna relacja wystĊpuje przy zmianach wartoĞci bezwzglĊdnych kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia (zmiany od okoáo –30% do +155%). W przypadku zmian moduáów przyspieszenia poprzecznego ma miejsce odwrotna zaleĪnoĞü (zmiany od +5% do –31%). 70

Rys. 5.37. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą równoczesnej zmiany wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego 71

20 a

10 | [%] h h |a

0 a a á á D u przyspieszeni

á -10

-20 oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) poprzecznego poprzecznego -30 oderwanie 1 koáa (w prawo) Zmiana modu Zmiana

bez oderwania 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez oderwanie 2 kóá (w prawo) -40 P:-100%; T:-100% P:-50%; T:-50% P:+50%; T:+50% P:+100%; T:+100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

80 a a u á á á oderwanie 1 koáa (w lewo) 60 oderwanie 2 kóá (w lewo) oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) |[%]

1 40 ta przechy J | ą D u k

á 20

0 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez bocznego bocznego -20 Zmiana modu Zmiana -40 P:-100%; T:-100% P:-50%; T:-50% P:+50%; T:+50% P:+100%; T:+100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

80 z przyspieszenia poprzecznego (w lewo)

| [%]| z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w lewo)

min 60 z przyspieszenia poprzecznego (w prawo) |R z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w prawo) D 40 u minimalnego u minimalnego á 20

0 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -20 P:-100%; T:-100% P:-50%; T:-50% P:+50%; T:+50% P:+100%; T:+100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

Rys. 5.38. Wpáyw równoczesnej zmiany wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu pierwszego 72

50 ruch w lewo 40 ruch w prawo

30 ci maksymalnej ci Ğ 20 V [%] D dko Ċ 10

0 Zmiana pr Zmiana -10 P:-100%; T:-100% P:-50%; T:-50% P:+50%; T:+50% P:+100%; T:+100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

20 a ruch w lewo 10 ruch w prawo | [%] h h

|a 0 D u przyspieszeni

á -10

-20

poprzecznego poprzecznego -30 Zmiana modu Zmiana -40 P:-100%; T:-100% P:-50%; T:-50% P:+50%; T:+50% P:+100%; T:+100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

160 u

á ruch w lewo ruch w prawo 120 | [%]| 1 ta przechy ta J ą | 80 D u k á 40

bocznego bocznego 0 Zmiana modu Zmiana -40 P:-100%; T:-100% P:-50%; T:-50% P:+50%; T:+50% P:+100%; T:+100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

Rys. 5.39. Wpáyw równoczesnej zmiany wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu drugiego 73

Ocena zmian relacji wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego na wybrane wáasnoĞci pojazdu w ruchu krzywoliniowym Na rysunku 5.40 przedstawiono wyniki 10 symulacji stanowiących rezultaty testu pierwszego. Obliczenia wykonano dla 5 róĪnych wariantów zróĪnicowania wspóáczyn- ników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego oraz obydwu kierunków obrotu koáa kierownicy. Podczas badaĔ nie zmieniano pozostaáych parametrów obiektu. Jaka- kolwiek zmiana relacji wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego powoduje zdecydowane zmniejszenie przedziaáu przyspieszeĔ, dla którego wystĊpują ustalone warunki ruchu pojazdu. PrzejĞcie w stan nieustalony staje siĊ takĪe mniej wy- raĨne. Charakterystyka sterownoĞci samochodu w warunkach quasi-ustalonych ma podobny przebieg we wszystkich rozwaĪanych przypadkach. Z rysunku 5.41 wynika, Īe wraz z odstrajaniem sztywnoĞci stabilizatorów od wartoĞci nominalnej zmniejszają siĊ moduáy przyspieszenia poprzecznego, przy których pierwsze koáo jezdne traci kontakt z podáoĪem (zmiana od –9% do –35%). W wiĊkszoĞci przypadków rosną wartoĞci bez- wzglĊdne przyspieszenia poprzecznego, odpowiadające oderwaniu drugiego koáa jezdnego lub nie odrywa siĊ ono wcale. Moduáy kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia zmieniają siĊ w zakresie od –19% do +103%. Wraz ze wzrostem sztywnoĞci stabilizatora przedniego, przy spadku sztywnoĞci stabilizatora tylnego rosną wartoĞci bezwzglĊdne minimalnego promienia toru ruchu Ğrodka masy pojazdu. Tylko w trzech spoĞród dzie- siĊciu analizowanych przypadków nastąpiáo oderwanie drugiego wewnĊtrznego koáa samochodu. Wyniki symulacji testu drugiego zamieszczono na rysunku 5.42. Wraz ze zmianą zróĪnicowania wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatorów (zwiĊkszaniem dla przedniego i zmniejszaniem dla tylnego) wzrasta prĊdkoĞü samochodu, powyĪej której wykonanie manewru staje siĊ niemoĪliwe (zmiany od –23% do +39%). W przypadku przyspieszenia poprzecznego jakakolwiek zmiana relacji sztywnoĞci stabilizatorów powoduje zmniejszenie wartoĞci bezwzglĊdnych tej wielkoĞci od 5% do 28%. Wzrastają natomiast moduáy kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia (zmiany od 40% do 140%). Uzyskane metodą symulacyjną rezultaty, wskazują na bardzo istotne znaczenie ocenianego parametru opon ze wzglĊdu na wáasnoĞci samochodu dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego w ruchu krzywoliniowym. SztywnoĞü stabilizatorów wpáy- wa znacząco na wartoĞci parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci tego pojazdu. Otrzymane wyniki mogą byü wykorzystane podczas wszelkich prac modernizacyjnych oraz opracowywania ogólnych zaleceĔ w zakresie eksploatacji samochodu przy obniĪonym ciĞnieniu w ogumieniu. Rezultaty badaĔ symulacyjnych moĪna takĪe uwzglĊdniü na etapie szkolenia zaáóg pojazdu dwuosiowego lekkiego pojazdu opancerzonego, informując kierowców o maksymalnych prĊdkoĞciach w róĪnych sytuacjach drogowych. 74

Rys. 5.40. Przebieg róĪnicy kąta obrotu kierownicy samochodu rzeczywistego Įk i kąta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna ĮkA w funkcji spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego aȘh. Wyniki dotyczą zmian relacji wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego 75

20 a oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 10 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) | [%] h h a |a 0 a a a a á á á á á D u przyspieszeni

á -10

-20

poprzecznego poprzecznego -30 Zmiana modu Zmiana bez oderwania 2 ko oderwania bez -40 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez P:-100%; T:+100% P:-50%; T:+50% P:+50%; T:-50% P:+100%; T:-100%

Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

140 u

á oderwanie 1 koáa (w lewo) oderwanie 2 kóá (w lewo) 120 oderwanie 1 koáa (w prawo) oderwanie 2 kóá (w prawo) a a a a a

100 á á á á á |[%] 1 ta przechy

J 80 ą | D u k

á 60 40

bocznego bocznego 20 0 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez 2 ko oderwania bez Zmiana modu Zmiana -20 P:-100%; T:+100% P:-50%; T:+50% P:+50%; T:-50% P:+100%; T:-100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

120 z przyspieszenia poprzecznego (w lewo)

| [%] z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w lewo)

min z przyspieszenia poprzecznego (w prawo) |R 80 z prĊdkoĞci kątowej odchylania (w prawo) D u minimalnego u minimalnego á 40

0 Zmiana modu Zmiana promienia toru ruchu ruchu toru promienia -40 P:-100%; T:+100% P:-50%; T:+50% P:+50%; T:-50% P:+100%; T:-100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

Rys. 5.41. Wpáyw zmian relacji wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu pierwszego 76

40 ruch w lewo 30 ruch w prawo 20 10 ci maksymalnej ci Ğ V [%]

D 0 dko Ċ -10 -20 Zmiana pr Zmiana -30 P:-100%; T:+100% P:-50%; T:+50% P:+50%; T:-50% P:+100%; T:-100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

10 a ruch w lewo ruch w prawo

| [%] 0 h h |a D u przyspieszeni

á -10

-20 poprzecznego poprzecznego Zmiana modu Zmiana -30 P:-100%; T:+100% P:-50%; T:+50% P:+50%; T:-50% P:+100%; T:-100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

160 u

á ruch w lewo ruch w prawo 120 | [%] 1 ta przechy J ą | D u k

á 80

bocznego 40 Zmiana modu Zmiana 0 P:-100%; T:+100% P:-50%; T:+50% P:+50%; T:-50% P:+100%; T:-100% Zmiana sztywnoĞci stabilizatora przedniego/tylnego (P/T) DkstP/T [N/m]

Rys. 5.42. Wpáyw zmian relacji wspóáczynników sztywnoĞci stabilizatora przedniego i tylnego na wartoĞü parametrów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci pojazdu podczas testu drugiego 77

5.3. Podsumowanie rozdziaáu

Przedstawione w rozdziale 5 badania eksperymentalne oraz symulacyjne wyka- zaáy moĪliwoĞü prowadzenia oceny wpáywu zmian konstrukcyjnych (zgodnie z meto- dyką prezentowaną w rozdz. 4) w przypadku dwuosiowych lekkich pojazdów opancerzonych. Mankamentem podczas wykonywania badaĔ eksperymentalnych realizowanych w ograniczonym czasie jest niewielka liczba analizowanych parametrów pojazdu, uzaleĪniona od posiadanej aparatury oraz moĪliwoĞci ingerencji w konstrukcjĊ pojazdu przy jej instalowaniu (podrozdz. 5.1). Ograniczeniem są kwestie organizacyjne oraz związane z bezpieczeĔstwem. Wspomniane mankamenty nie wystĊpują w badaniach symulacyjnych, które umoĪliwiáy doĞü szeroką ocenĊ wpáywu róĪnych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo badanego pojazdu wojskowego (podrozdz. 5.2). 78

6. BADANIA CZTEROOSIOWYCH ĝREDNICH POJAZDÓW OPANCERZONYCH

6.1. Badania eksperymentalne

Podobne postĊpowanie do prezentowanego w rozdziale 5 przeprowadzono dla innego pojazdu wojskowego. Obiektem badaĔ eksperymentalnych byá koáowy transporter opancerzony Rosomak w wersji medycznej przedstawiony na rysunku 6.1.

Rys. 6.1. Pojazd AMV 8x8 Rosomak w wersji WEM MED

Opis badaĔ, a takĪe ich rezultaty przedstawiono w pracy [ 177]. W rezultacie prowadzonych badaĔ eksperymentalnych uzyskano charakterystyki okreĞlające zachowanie pojazdu w testach jazdy po okrĊgu oraz podwójnej zmianie pasa ruchu. Pozwoliáy one okreĞliü charakterystykĊ kierowalnoĞci, statecznoĞü dynamiczną oraz ocenĊ wpáywu umiejĊtnoĞci indywidualnych kierowcy na wspomniane wáasnoĞci ruchowe pojazdu. Przeprowadzone badania pozwoliáy na porównanie wpáywu wyboru osi pojazdu na charakterystykĊ kierowalnoĞci pojazdu Ackermanna. PodejĞcie do zagadnienia badaĔ eksperymentalnych kierowalnoĞci i statecznoĞci záoĪonego obiektu jakim jest wojskowy pojazd koáowy w postaci 4-osiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego, wykazaáo szereg trudnoĞci związanych przede wszystkim z dostĊpnoĞcią do poszczególnych systemów obiektu oraz ograniczoną moĪliwoĞü ingerencji w jego strukturĊ. Ponadto wspomniane badania eksperymentalne nie pozwalaáy na ocenĊ skutecznoĞci w celu poprawy bezpieczeĔstwa ruchu zastosowania systemów ABS oraz EBS, a takĪe hydropneumatycznego zawieszenia. Badania eksperymentalne okazaáy siĊ drogie, czasocháonne i niekiedy niebezpieczne, szczególnie w zakresie uzyskiwanych granicznych parametrów bezpieczeĔstwa ruchu pojazdu, wykonywanych przy stanach nieustalonych. Ich zakres moĪe byü ograniczony, jeĪeli prowadzący dys- ponuje modelem matematycznym ruchu i dynamiki pojazdu oraz programem symula- 79 cyjnym umoĪliwiającym prowadzenie badaĔ w „przestrzeni wirtualnej”. Uruchomienie procesu symulacji wymaga zgromadzenia odpowiedniej wymaganej liczby danych. JeĞli prowadzone badania symulacyjne bĊdą wykorzystywane do weryfikacji eksperymentalnej, do ich pozyskania niezbĊdne jest przeprowadzenie „pakietu” szeregu eksperymen- tów oraz szczegóáowej analizy dokumentacji konstrukcyjnej.

6.2. Badania symulacyjne

6.2.1. Model fizyczny Model teoretyczny dowolnej struktury skáada siĊ z reguáy z modelu fizycznego, matematycznego oraz symulacyjnego. Opis matematyczny w postaci równaĔ róĪnicz- kowych dla kaĪdej zmiennej stanu umoĪliwia jednoczeĞnie bardzo áatwe przejĞcie do modelu symulacyjnego. Model taki to wspóáczeĞnie odpowiedni program komputero- wy, pozwalający na numeryczne caákowanie równaĔ róĪniczkowych modelu matematycznego z moĪliwoĞcią obserwacji i rejestrowania w funkcji czasu wartoĞci poszcze- gólnych zmiennych stanu i wielkoĞci wyjĞciowych. Podczas modelowania pojazdu typu koáowy transporter opancerzony posáuĪono siĊ ogólnymi charakterystykami wyznaczonymi na pojeĨdzie rzeczywistym, którym byá wóz ewakuacji medycznej opracowany na podwoziu transportera opancerzonego bĊdą- cego na wyposaĪeniu polskiej armii. Podstawowe elementy samochodu jako ukáadu mechanicznego to: sztywny kadáub posadowiony na ramie, silnik z ukáadem napĊdowym oraz ukáad jezdny w postaci 8 kóá jezdnych z niezaleĪnym zawieszeniem w postaci wahaczy: górnego i dolnego oraz amortyzatora gazowo-hydraulicznego. W procesie budowy modelu fizycznego uwzglĊdniono te cechy pojazdu, które ma- ją decydujący wpáyw na przebieg procesów dynamicznych i przenoszenie obciąĪeĔ pomiĊdzy elementami pojazdu [26]. Na tym etapie pojazd zastąpiono równowaĪnym ukáadem bryá i punktów materialnych, uproszczono jego ksztaáty, pominiĊto maáo istotne oddziaáywania, zaáoĪono jednorodnoĞü materiaáu oraz pominiĊto odksztaácalnoĞci (mas) elementów [ 49, 184]. Opracowując model fizyczny pojazdu bojowego przyjĊto nastĊpujące zaáoĪenia: - skáada siĊ on z kadáuba, oĞmiu kóá jezdnych (z których kaĪde ma moĪliwoĞü wykonywania skrĊtów), wahaczy górnych i dolnych, - zmiany masy poszczególnych bryá, wynikające np. ze zuĪycia paliwa, są niewielkie, co pozwala przyjąü masy jako staáe, - nadwozie jest bryáą sztywną o znanej masie i masowych momentach bezwáadnoĞci, - elementy sprĊĪyste oraz táumiące są elementami bezmasowymi, - pojazd wykonuje maáe drgania wokóá poáoĪenia równowagi statycznej, - naáoĪone na ukáad wiĊzy są holonomiczne, skleronomiczne i obustronne, - prĊdkoĞü przemieszczania pojazdu jest staáa. Podczas modelowania przyjĊto ukáad wspóárzĊdny związany ze Ğrodkiem ciĊĪko- Ğci caáego pojazdu (rys. 6.2). 80

Rys. 6.2. Model fizyczny pojazdu wraz z przyjĊtymi ukáadami wspóárzĊdnych

W modelu wyróĪniono áącznie 9 bryá, w tym; –kadáub: posiadający moĪliwoĞü przesuniĊü wzdáuĪ 3 osi oraz obrotów wokóá nich, –4 koáa skrĊtne (pierwszej i drugiej osi), posiadające moĪliwoĞü przesuniĊü pionowych oraz przemieszczeĔ kątowych wzglĊdem kadáuba, –4 koáa trzeciej i czwartej osi posiadające moĪliwoĞü przesuniĊü pionowych z jedno- czesną moĪliwoĞcią wykonywania skrĊtów; podczas dalszej wstĊpnej weryfikacji ww. koáa nie bĊdą wykonywaáy przemieszczeĔ kątowych wzglĊdem kadáuba. W modelu zostaáy uwzglĊdnione wymuszenia: – w postaci momentu obrotowego przykáadanego do osi przedniej mającego na celu poruszanie siĊ pojazdu z zadaną prĊdkoĞcią, – w postaci przemieszczenia kątowego kóá osi pierwszej i drugiej wzglĊdem kadáuba mające na celu wywoáanie manewru skrĊtu. Model utworzony w programie DADS jest zapisany w pliku *.def, w którym prze- chowywane są cztery typy podstawowych informacji (rys. 6.3): – elementy modelu DADS, takie jak ukáady wspóárzĊdnych, bryáy, wiĊzy, siáy i ograniczenia, – informacje o wyglądzie i otoczeniu – kolor otoczenia, punkt i kąt obserwacji modelu, itp., – informacje o hierarchii animacji – które elementy geometrii przypisane są do któ- rych bryá, – gabaryty figur geometrycznych. Rezultaty modelowania mogą byü przedstawiane w postaci przebiegów czasowych wybranych wielkoĞci, bądĨ za pomocą animacji komputerowej przedstawiającej zachowanie siĊ caáego ukáadu z punktu widzenia „obserwatora”. 81

Deklaracja Zapisanie pliku danych:bryá, Szkic modelu *.def i uruchomienie wiĊzów, siá i symulacji geometrii

Sprawdzenie Graficzna informacji o ew. Animacja wyników prezentacja báĊdach w plikach modelowania wyników *.inf i *out modelowania

Edycja danych modelu i ponowne uruchomienie

Rys. 6.3. Etapy modelowania w programie DADS

Na rysunku 6.4 przedstawiono model zawieszenia koáa (wraz z widocznymi waha- czami górnym i dolnym) stworzonego w programie DADS wraz z zaznaczonymi cha- rakterystycznymi ukáadami wspóárzĊdnych, natomiast na rysunkach 6.5 i 6.6 przedstawiono zamodelowany ukáad jezdny wraz z pomocniczymi ukáadami wspóárzĊdnych oraz pojazdu AFV zamodelowanego w programie DADS.

Rys. 6.4. Widok zawieszenia koáa AFV zamodelowanego w programie DADS 82

Rys. 6.5. Podwozie pojazdu wraz z ukáadami pomocniczymi

Rys. 6.6. Pojazd zamodelowany w programie DADS 83

6.2.2. Model matematyczny Opracowanie modelu komputerowego 4-osiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego umoĪliwia symulacjĊ ruchu dla dokonywanych zmian konstrukcyjnych, jak rów- nieĪ sáuĪy do oceny wybranych parametrów dynamicznych przy okreĞlonych wymusze- niach. Z caáego szeregu dostĊpnych obecnie profesjonalnych programów do analizy dynamicznej i kinematycznej ukáadów wielorasowych, takich jak np. DADS, ADAMS, SIMPACK, MEDYNA czy NEWEUL, do zamodelowania pojazdu koáowego uĪyto programu DADS. Podczas pierwszego etapu dane modelu (m.in. poáoĪenie gáównego i lokalnych ukáadów wspóárzĊdnych, wymiary geometryczne, parametry bezwáadnoĞciowe i masowe, a takĪe charakterystyki táumiące i sprĊĪyste) są wprowadzane i przedstawiane w postaci grupy elementów za pomocą graficznego interfejsu DADS Model. W nastĊpnej kolejnoĞci generowany jest, przy wykorzystaniu równania Lagrange`a drugiego rodzaju, ukáad równaĔ róĪniczkowych opisujących ruch modelu. NastĊpnie wyznaczane są poáoĪenie, prĊdkoĞü i przyspieszenia poszczególnych elementów ukáadu, a takĪe wzajemne ich oddziaáywanie (siáy, momenty). Elementami sprĊĪysto-táumiącymi uwzglĊdnionymi w modelu pojazdu byáy amor- tyzatory gazowo-hydrauliczne o staáym wspóáczynniku sprĊĪystoĞci oraz o charaktery- styce táumienia przedstawionej na rysunku 6.7. W modelu uwzglĊdniono przeáoĪenie ukáadu kierowniczego, bez uwzglĊdniania luzów ukáadu kierowniczego (rys. 6.8). Charakterystyki ww. elementów zostaáy wyznaczone w sposób doĞwiadczalny przez autora i zespóá badawczy Wojskowego Instytutu Techniki Pancernej i Samochodowej.

10000

[N*s/m]

8000

6000

4000

2000

V [m/s]

0 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

-2000

Rys. 6.7. Charakterystyka táumienia amortyzatora gazowo-hydraulicznego 84

40 kąt skrĊtu koáa 30 [o]

10 kąt kierownicy [o] 0 -600 -400 -200 0 200 400 600 -10

-20 1_lewe 2_lewe -30 1_prawe 2_prawe

-40

Rys. 6.8. PrzyjĊta charakterystyka ukáadu kierowniczego

6.2.3. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego Na etapie weryfikacji modelu posáugiwano siĊ wynikami uzyskanymi podczas testu podwójnej zmiany pasa ruchu oraz ruchu po okrĊgu przy róĪnych prĊdkoĞciach przejazdu w ramach badaĔ przytoczonych w podrozdziale 6.1. Do modelu wprowadzano uzyskane podczas rzeczywistych pomiarów prĊdkoĞci oraz poáoĪenia kątowe kierownicy. Podczas weryfikacji dokonywano oceny wartoĞci uzyskiwanych przyspieszeĔ poprzecznych zmie- rzonych na siedzisku kierowcy z wartoĞciami otrzymywanymi z modelu. Przebiegi czasowe wymuszeĔ na kole kierownicy podczas badaĔ eksperymentalnych zostaáy wykorzystane w badaniach symulacyjnych, a nastĊpnie ze sobą porównane [177]. Na rysunkach 6.9 i 6.10 przedstawiono uzyskane wartoĞci z pomiarów oraz z ba- daĔ symulacyjnych dla testu podwójnej zmiany pasa ruchu wykonywanych przy prĊd- koĞci 85 km/h. 6 Przyspieszenie poprzeczne w funkcji czasu

] 2 2

Czas [s]

0 012345678910

-2

Przyspieszenie poprzeczne [m/s -4 kierowca 1 kierowca 2 kierowca 3 -6

-8

Rys. 6.9. Przebieg przyspieszeĔ poprzecznych uzyskanych podczas poszczególnych najazdów podczas testu podwójnej zmiany pasa ruchu 85

Rys. 6.10. Przebieg czasowy przyspieszeĔ poprzecznych uzyskanych w wyniku symulacji

Mając na celu uzyskanie pewnoĞci co do wiarygodnoĞci opracowanego modelu, na kolejnym etapie weryfikacji porównywano przyspieszenia poprzeczne uzyskane podczas jazdy po okrĊgu ze staáą prĊdkoĞcią. Wyniki przedstawiono na rysunkach 6.11 oraz 6.12. Uzyskane przebiegi przyspieszeĔ mogą stanowiü podstawĊ do stwierdzenia, iĪ model funkcjonuje poprawnie i odzwierciedla obiekt rzeczywisty z zadowalającą do- káadnoĞcią. Weryfikując model autor rozprawy uwzglĊdniaá caáoĞciowo wyniki badaĔ symulacyjnych oraz poligonowych. Analizując wyniki uzyskane na etapie weryfikacji stwierdzono, Īe na pewien rozrzut wyników moĪe mieü wpáyw wystĊpowanie luzów kierow- niczych w obiekcie rzeczywistym, co nie jest uwzglĊdniane w modelu komputerowym. 86

Rys. 6.11. Przykáadowe przebiegi czasowe dla manewru skrĊtu w prawo v = 30 km/h: a) eksperyment, b) symulacja 87

Rys. 6.12. Przykáadowe przebiegi czasowe dla manewru skrĊt w lewo v = 30 km/h: a) eksperyment, b) symulacja

6.2.4. Badania ogumienia Badania symulacyjne zostaáy poprzedzone zebraniem danych do modelu. Autor wraz z zespoáem realizowaá ten etap w przewaĪającej czĊĞci na podstawie badaĔ eksperymentalnych, w mniejszej czĊĞci przy wspóáudziale oprogramowania CAD/CAM. Szczególnie istotne dla odzwierciedlenia wáasnoĞci jezdnych byáo wyznaczenie parame- trów do modelu koáa ogumionego. Dane do modelowania przygotowano na podstawie wyników badaĔ eksperymentalnych ogumienia. Badania eksperymentalne wykonano w warunkach laboratoryjnych. Ich efektem są charakterystyki sprĊĪystoĞci promieniowej oraz odpornoĞci ogumienia na znoszenie boczne. Szczególnym osiągniĊciem, ze wzglĊdu na unikalny charakter badaĔ, jest wykonanie pomiarów dla róĪnych wartoĞci 88 ciĞnienia powietrza w koáach oraz dla charakterystycznych dla koáowych pojazdów wojskowych wkáadek run flat, umoĪliwiających kontynuowanie jazdy z przebitym ko- áem. Wyniki badaĔ eksperymentalnych stanowiáy podstawĊ do wyznaczenia wartoĞci wspóáczynników: – wielomianów opisujących przebieg charakterystyk promieniowych opony, – modelu Dugoffa, który umoĪliwia wyznaczanie wartoĞci siáy bocznej przenoszonej przez koáo w ustalonych warunkach ruchu, – modelu IPG-Tire, który umoĪliwia uwzglĊdnienie zjawiska nabiegania ogumienia, w modelu wspóápracy koáa z podáoĪem. Model Dugoffa umoĪliwia wyznaczenie wartoĞci reakcji stycznych przenoszonych przez koáo w záoĪonym stanie poĞlizgu wzdáuĪnego i bocznego. Jest opisany za pomocą nastĊpujących zaleĪnoĞci:

csxx∂ Fx = 1- sx

dla sw Ç 0,5 (6.1)

csyy∂ Fy = 1- sx

cs∂∂-≈÷41 s F = xx∆◊ w x 1 s ∆◊2 - x «ÿ4∂ sw

dla sw í 0,5 (6.2)

csyy∂ ≈÷41∂-s F = ∆◊w y 1 s ∆◊2 - x «ÿ4∂ sw

Dodatkowo obliczeniu podlegają wartoĞci:

22 2 2 csx ∂+∂xyy cs sw = (6.3) m ∂∂-Fzx(1s )

m =∂-∂m0 (1kvsd ) (6.4) 22 vvsssd =∂xxy + (6.5)

W wyraĪeniach zastosowano oznaczenia, które moĪna zestawiü w trzech grupach: a) wielkoĞci opisujące warunki ruchu koáa: Fz – obciąĪenie normalne koáa, d – kąt znoszenia koáa,

sy – poĞlizg boczny koáa ( s y = tgį ),

sx – poĞlizg wzdáuĪny koáa, vx – prĊdkoĞü wzdáuĪna Ğrodka koáa wzglĊdem podáoĪa, vsd –prĊdkoĞü poĞlizgu koáa, 89 b) wspóáczynniki modelu, charakteryzując wáaĞciwoĞci opony: cx – wspóáczynnik wzdáuĪnej sztywnoĞci poĞlizgowej opony, cy – wspóáczynnik poprzecznej sztywnoĞci poĞlizgowej opony, m0 – wspóáczynnik przyczepnoĞci przylgowej wycinka elementarnego gumy bieĪnika do podáoĪa, k – wspóáczynnik wpáywu prĊdkoĞci poĞlizgu na przyczepnoĞü gumy bieĪnika do podáoĪa, c) reakcje przenoszone przez koáo: Fx – reakcja wzdáuĪna przenoszona przez koáo, Fy – reakcja boczna przenoszona przez koáo.

Wspóáczynniki modelu, które są charakterystyczne dla poszczególnych typów ogumienia, moĪna okreĞliü na podstawie wyników badaĔ eksperymentalnych. Mają one sens fizyczny, dlatego mogą byü wykorzystane równieĪ do oceny i porównania wáaĞci- woĞci badanych opon. Znaczenie poszczególnych wspóáczynników modelu w ksztaáto- waniu charakterystyki odpornoĞci koáa na znoszenie boczne, przy ustalonej wartoĞci obciąĪenia normalnego Fz i prĊdkoĞci Ğrodka koáa wzglĊdem podáoĪa vk, przedstawiono na rysunku 6.13. Wspóáczynnik bocznej sztywnoĞci poĞlizgowej cy wpáywa na kąt nachylenia charakterystyki odpornoĞci koáa ogumionego oraz na znoszenie boczne w zakresie niskich wartoĞci kąta znoszenia (rys. 6.13a). W ustalonych warunkach ruchu koáa jego wartoĞü zaleĪy przede wszystkim od konstrukcji powáoki opony. W zakresie wartoĞci kąta znoszenia bliskich zeru jego wartoĞü jest praktycznie taka sama jak wspóáczynnik odporno- Ğci opony na znoszenie boczne Kz. Wspóáczynnik przyczepnoĞci przylgowej elementarnego wycinka gumy bieĪnika do podáoĪa µ0 wpáywa na maksymalną wartoĞü reakcji bocznej przenoszonej przez koáo (rys. 6.13b). WartoĞü wspóáczynnika jest praktycznie zawsze wiĊksza od wspóáczynnika przyczepnoĞci opony do podáoĪa. Charakteryzuje on wáaĞciwoĞci tribologiczne skoja- rzenia bieĪnik-podáoĪe, które zaleĪą zarówno od wáaĞciwoĞci gumy bieĪnika, jak i jego konstrukcji. Wspóáczynnik wpáywu prĊdkoĞci poĞlizgu koáa na przyczepnoĞü gumy bieĪnika do podáoĪa k wyraĪa wraĪliwoĞü opony na zmiany przyczepnoĞci gumy bieĪnika do podáo- Īa w zaleĪnoĞci od zmian prĊdkoĞci Ğrodka koáa vk oraz poĞlizgu wzdáuĪnego i bocznego koáa. Wpáywa on na przebieg charakterystyki w zakresie wysokich wartoĞci kąta znoszenia (rys. 6.13c). UmoĪliwia uwzglĊdnienie wpáywu prĊdkoĞci toczenia koáa vk na wartoĞci przenoszonych siá stycznych w zakresie wysokich wartoĞci poĞlizgu. a) b) c)

Fy Fy m0 Fy

d d d Rys. 6. 13. Wpáyw wspóáczynników modelu Dugoffa na przebieg charakterystyki odpornoĞci koáa na znoszenie boczne 90

Zastosowanie modelu Dugoffa wymaga przygotowania danych w postaci wartoĞci wspóáczynników cx, cy, m0 i k. MoĪna je uzyskaü dopasowując rezultaty obliczeĔ modelowych do charakterystyk rzeczywistego koáa poprzez dobór wartoĞci jego wspóáczyn- ników. UwzglĊdniając cel pracy potrzebne są charakterystyki poszczególnych typów opon wyznaczone w szerokim zakresie zmian wartoĞci kąta znoszenia, obciąĪenia normalnego koáa oraz prĊdkoĞci Ğrodka koáa wzglĊdem podáoĪa w warunkach czystego znoszenia bocznego. Wyznaczone wartoĞci wspóáczynników modelu umoĪliwiają nie tylko odtworzenie charakterystyk ogumienia, ale równieĪ sparametryzowanie ich wáa- ĞciwoĞci. Pozwalają one na wzajemne porównanie wáaĞciwoĞci róĪnych typów ogumienia okreĞlonych dla podobnych warunków ruchu.

Opis modelu IPG-TIRE

Model IPG-TIRE w wersji podstawowej jest opisany nastĊpującym równaniem: Fyyny()tFtFt=-∂ () (6.6)

W równaniu zastosowano nastĊpujące oznaczenia: Fy – reakcja boczna przenoszona przez koáo w ustalonych warunkach ruchu, Fy(t) – chwilowa wartoĞü reakcji bocznej przenoszonej przez koáo, podczas procesu jego nabiegania, Fy ()t – pochodna wzglĊdem czasu funkcji opisującej przebieg zmian wartoĞci reakcji

bocznej Fy przenoszonej przez koáo w czasie, tn – czas nabiegania (staáa czasowa procesu nabiegania).

W zasadzie jest to model opisujący wáaĞciwoĞci dynamiczne typowego elementu inercyjnego, stosowanego w ukáadach automatyki. Czas nabiegania tn jest to wáaĞciwie staáa czasowa, która charakteryzuje tempo przyrostu wartoĞci reakcji bocznej Fy(t), aĪ do jej ustalenia na poziomie wartoĞci Fy, jaką koáo przenosi w ustalonych warunkach ruchu (rys. 6.14).

Fy(t)

t tn

Rys. 6. 14. Krzywa nabiegania koáa ogumionego podczas skokowej zmiany wartoĞci kąta znoszenia – interpretacja wspóáczynników równania IPG-TIRE 91

W przygotowywanym modelu wspóápracy koáa z podáoĪem zastosowano zmienio- ną postaü formuáy. Dokonano nastĊpującego podstawienia:

Ln tn = (6.7) vk wobec czego uzyskano nową postaü formuáy IPG-TIRE:

Ln Fyy()tF=-∂ Ft y () (6.8) vk gdzie: Ln – droga nabiegania, vk – prĊdkoĞü Ğrodka koáa wzglĊdem podáoĪa.

Otrzymana postaü równania IPG-Tire jest korzystniejsza, poniewaĪ zaleĪy od prĊdkoĞci Ğrodka koáa vk. Natomiast interpretacja wprowadzonego parametru Ln jest analogiczna do czasu nabiegania tn. Jednak wartoĞü drogi nabiegania Ln jest staáa i jed- noczeĞnie charakterystyczna dla poszczególnych typów ogumienia i warunków ruchu koáa. Przy znanych przebiegach charakterystyk odpornoĞci opon na znoszenie boczne, wykorzystanie formuáy IPG-TIRE w modelu wspóápracy koáa z podáoĪem wymaga pozyskania wartoĞci drogi nabiegania Ln. Konieczne jest jednak wyznaczenie jej warto- Ğci w szerokim zakresie zmian wartoĞci kąta znoszenia oraz obciąĪenia normalnego koáa. Przykáadowe wyniki badaĔ eksperymentalnych dla opony 14.00 R20 z wkáadką „run flat”, przedstawiono na rysunku 6.15 w postaci charakterystyk sprĊĪystoĞci promieniowej uzyskanych przy kolejno zmniejszających siĊ wartoĞciach ciĞnienia powietrza w kole. Pokazano równieĪ linie oraz wyrazy wielomianów aproksymujących przebiegi poszczególnych charakterystyk. Jak widaü, w szerokim zakresie zmian wartoĞci ciĞnienia powietrza i obciąĪenia normalnego koáa, gdy wkáadka „run-flat” nie bierze udziaáu w przenoszeniu obciąĪenia normalnego koáa, charakterystykĊ sprĊĪystoĞci promieniowej opony moĪna opisaü, w zadowalający sposób, za pomocą wielomianu czwartego stopnia. 92

a) b)

y = 0,0002x4 - 0,0357x3 + 2,3425x2 + 6,1505x 4 3 2 Fz [daN] y = 7E-05x - 0,0151x + 1,3372x + 7,66x Fz [daN] 4400 4400

4000 4000

3600 3600 Fzmax Fzmax 3200 3200

2800 2800 0,75Fzm pomiar 0,75Fz 2400 2400 aproksymacja

2000 2000 0,5Fzmax 0,5Fzm 1600 1600

1200 1200 0,25Fzmax 0,25Fz 800 800

400 400

0 0 uz [mm] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 uz [mm] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 c) d)

F [daN] y = 0,0069x4 - 4,4539x3 + 1074,6x2 - 115380x + 5E+06 4 3 2 z Fz [daN] y = 2E-05x - 0,0055x + 0,5924x + 7,682x

4400 4400

4000 4000

3600 3600 Fzmax Granica zakresu stosowania wielomianów aproksymujących 3200 3200 uz=145mm

2800 0,75Fzmax 2800

2400 2400

2000 0,5Fzmax 2000

1600 1600

1200 0,25Fzmax 1200 y = 4E-06x4 - 0,001x3 + 0,0821x2 + 3,29x 800 800

400 400

0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180uz [mm] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 uz [mm]

Rys. 6. 15. Charakterystyki sprĊĪystoĞci promieniowej opony 14.00R20 z wkáadką „run-flat” wyznaczone przy róĪnych wartoĞciach ciĞnienia powietrza w kole pk: a) pk = 500 kPa; b) pk = 333 kPa; c) pk = 166 kPa; d) pk = 0 kPa 93

6.2.5. Przebieg badaĔ symulacyjnych W trakcie badaĔ symulacyjnych przyjĊto nastĊpujący zakres zmiany poszczegól- nych parametrów: a) zmiana poáoĪenia Ğrodka masy pojazdu: - wzdáuĪ osi Z: 200 mm (do góry) – 200 mm (do doáu), - wzdáuĪ osi X: 400 mm (do przodu) – 400 m (do tyáu), b) zmiana masy pojazdu oraz wynikająca z tego zmiana wartoĞci momentów bezwáad- noĞci bryáy kadáuba: 2 2 - 18000 kg ( I X _ kad = 16786 [kg ∂ m ] , IY _ kad = 78320 [kg ∂m ], I = 80525 [kg ∂ m2 ] Z _ kad . 2 2 - 22000 kg ( I X _ kad = 20500 [kg ∂ m ] , IY _ kad = 95670 [kg ∂ m ], I = 98365 [kg ∂ m2 ] Z _ kad . - zwiĊkszenie wspóáczynnika sztywnoĞci zawieszenia o 30%, - zmniejszenie wspóáczynnika sztywnoĞci zawieszenia o 30%. Dla kaĪdego z powyĪszych przypadków starano siĊ wykonaü poniĪsze próby: - jazda ze staáą prĊdkoĞcią v = 80 km/h z narastającym kątem skrĊtu kierownicy wg charakterystyki podanej na rysunku 6.16 – zwana dalej w pracy „skrĊtem”, - symulacja szarpniĊcia kierownicą wg charakterystyki podanej na rysunku 6.17 – zwana dalej w tekĞcie „szarpniĊciem”, - symulacja manewru podwójnej zmiany pasa ruchu z prĊdkoĞcią v = 100 km/h z funkcją obrotu kierownicy przedstawionej na rysunku 6.18 – zwana dla uproszczenia dalej w tekĞcie „slalomem”.

k t skr tu 200 ą Ċ kierownicy [o] 180 160 140

120 100 80

60 40 20

0 0 20406080100czas [s]

Rys. 6.16. Kąt skrĊtu kierownicy w funkcji czasu dla manewru áagodnego skrĊcania ze staáą prĊdkoĞcią 94

k t skr tu 100 ą Ċ kierownicy [o] 80

20 czas [s] 0 01234567891011 -20

-40

-60

-80

-100

Rys. 6.17. Kąt skrĊtu kierownicy w funkcji czasu dla manewru szarpniĊcia kierownicą

kąt skrĊtu 60 kierownicy 50 [o] 40 30 20 10 0 -10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 -20 -30 -40 -50

-60 t [s]

Rys. 6. 18. Kąt skrĊtu kierownicy w funkcji czasu dla manewru podwójnej zmiany pasa ruchu (slalomu)

6.2.6. Badania wpáywu wybranych parametrów konstrukcyjnych na zachowanie pojazdu w ruchu krzywoliniowym W wyniku przeprowadzonych badaĔ symulacyjnych uzyskano zbiór danych doty- czących dynamiki badanego pojazdu zaprezentowanych na rysunkach 6.19÷6.36. W dalszej czĊĞci pracy skupiono siĊ gáównie na okreĞleniu wpáywu zmienianych para- metrów na stabilnoĞü jazdy podczas okreĞlonych powyĪej manewrów, wyraĪaną poprzez wartoĞü siáy promieniowej w ogumieniu, przyspieszenie poprzeczne zdefiniowane w Ğrodku masy pojazdu oraz poáoĪenie pojazdu na páaszczyĨnie X-Y. 95

Ocena wpáywu poáoĪenia Ğrodka masy oraz parametrów inercyjnych Na rysunku 6.19 przedstawiono wartoĞci siá pionowych dziaáających na poszcze- gólne koáa pojazdu w wariantach przesuniĊcia Ğrodka masy pojazdu. Momenty, w któ- rych wartoĞü siáy maleje do zera, oznaczają brak kontaktu opony z podáoĪem – czyli „oderwanie siĊ” koáa od podáoĪa.

40000

35000

CG_standard 30000 CG_dól CG_przód CG_góra 25000 CG_tyá

20000

15000

10000

5000

0 5 7 9 111315171921

Rys. 6. 19. WartoĞü siáy pionowej w czwartym lewym kole podczas skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią dla róĪnych wariantów poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci

30000 F[N]

kolo3_CG_standard 25000 kolo3_CG_dól kolo3_CG_przód kolo3_CG_góra 20000 kolo3_CG_tyá

15000

10000

5000 t[s]

0 5 10152025303540

Rys. 6. 20. WartoĞü siáy pionowej w trzecim lewym kole podczas skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią dla róĪnych wariantów poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci 96

Utrata stabilno- Ğci

Rys. 6.21. WartoĞü przyspieszenia poprzecznego dla standardowego KTO oraz z róĪnymi poáoĪe- niami Ğrodka ciĊĪkoĞci (CG) podczas skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią

Rys. 6.22. Wpáyw zmiany poáoĪenia CG na tor ruchu pojazdu podczas manewru áagodnego skrĊcania ze staáą prĊdkoĞcią 97

Rys. 6.23. WartoĞü przyspieszenia poprzecznego podczas manewru slalomu dla róĪnego poáoĪe- nia Ğrodka ciĊĪkoĞci

5000 F[N]

4500 koáo_1lewe koáo_2lewe 4000 koáo_3lewe ko o_4lewe 3500 á

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 5 10152025303540t[s]

Rys. 6.24. WartoĞü siá pionowych w poszczególnych koáach lewej strony pojazdu dla standardowego KTO podczas manewru skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią 98

Wpáyw zmiany masy pojazdu

5000 F[N] 4500

4000

3500 koáo_1lewe 3000 koáo_2lewe koáo_3lewe 2500 koáo4_lewe 2000

1500

1000

500

0 5 10152025303540t[s]

Rys. 6.25. WartoĞü siá pionowych w poszczególnych koáach lewej strony pojazdu dla KTO ze zmniejszoną masą podczas manewru skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią

5000 F[N]

4500

4000 koáo_1lewe 3500 kolo_2 lewe koáo_3lewe 3000 koáo_4lewe

2500

2000

1500

1000

500

0 5 10152025303540t[s]

Rys. 6.26. WartoĞü siá pionowych w poszczególnych koáach lewej strony pojazdu dla KTO ze zwiĊkszoną masą podczas manewru skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią 99

Y[m] 200

180

160

140

120

100

40 masa_normal 20 zwiĊkszona_masa zmniejszona_masa 0 100 150 200 250X[m] 300

Rys. 6. 27. Wpáyw zmiany masy pojazdu na jego tor ruchu pojazdu podczas manewru áagodnego skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią

Rys. 6.28. Wpáyw zmiany masy pojazdu na wartoĞü przyspieszenia poprzecznego podczas manewru skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią 100

Rys. 6.29. Wpáyw zmiany masy pojazdu na wartoĞü przyspieszenia poprzecznego podczas manewru „slalomu”

Na podstawie wyników przeprowadzonych badaĔ symulacyjnych moĪna m.in. stwierdziü, Īe: - przemieszczenie Ğrodka ciĊĪkoĞci pojazdu wzdáuĪ osi Z o 200 mm spowodowaáo pogorszenie parametrów dynamicznych pojazdu poprzez utratĊ jego stabilnoĞci podczas manewru skrĊtu juĪ w 20. sekundzie symulacji (wszystkie koáa utraciáy kontakt z podáoĪem), - najkorzystniejszym wariantem poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci byáo przemieszczenie go w dóá o 200 mm (podczas manewru skrĊtu koáa 3 i 4 lewej strony utraciáy kontakt, ale pojazd nie przewróciá siĊ), - przemieszczanie Ğrodka ciĊĪkoĞci pojazdu wzdáuĪ osi podáuĪnej wpáynĊáo na zmianĊ promienia skrĊtu pojazdu: przemieszczenie do przodu – zwiĊkszyáo promieĔ skrĊtu, przemieszczenie do tyáu – zmniejszyáo go (rys. 6.22), - zmiana poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci pojazdu nie miaáa praktycznie Īadnego wpáywu na wartoĞü przyspieszenia poprzecznego podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu (rys. 6.23), - wzrost masy pojazdu oraz wynikająca z tego zmiana charakterystyk bezwáadnoĞci spowodowaáa wczeĞniejszą utratĊ stabilnoĞci podczas manewru skrĊtu – zmniejszenie masy spowodowaáo tendencjĊ odwrotną (rys. 6.28). Zmiana masy nie wpáynĊáa praktycznie na wartoĞü przyspieszeĔ poprzecznych podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu (rys. 6.29). 101

Wpáyw zmiany wspóáczynnika sztywnoĞci zawieszenia

Rys. 6. 30. Wpáyw zmiany wspóáczynnika sztywnoĞci zawieszenia na tor ruchu pojazdu

Rys. 6. 31. Wpáyw zmiany wspóáczynnika sztywnoĞci zawieszenia na wartoĞü przyspieszenia bocznego podczas manewru skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią 102

5000 F[N] 4500

4000

3500

3000 3kolo_normal_sztywn 2500 3kolo_zmniejsz_sztywn 3kolo_zwiĊksz_sztywn 2000

1500

1000

500

0 5 15253545t[s]

Rys. 6. 32. WartoĞü obciąĪeĔ pionowych trzeciego koáa jezdnego lewej strony dla róĪnych warto- Ğci wspóáczynnika sztywnoĞci podczas skrĊtu ze staáa prĊdkoĞcią

5000 Y[m] 4500

4000 4kolo_normal_sztyw n 3500 4kolo_zmnijesz_sztyw n 4kolo_zw iĊkszona_sztyw n 3000

2500

2000

1500

1000

500

0 X[m] 5 101520253035

Rys. 6.33. WartoĞü obciąĪeĔ pionowych czwartego koáa jezdnego lewej strony dla róĪnych wartoĞci wspóáczynnika sztywnoĞci podczas skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią

Dodatkowo, z uwagi na fakt, iĪ z analizy animacji komputerowej wynikaáo, Īe pojazd ze zmniejszonym wspóáczynnikiem sztywnoĞci nie utraciá stabilnoĞci (jak to miaáo miejsce dla standardowej oraz zwiĊkszonej sztywnoĞci) dokonano prezentacji siá pionowych we wszystkich koáach lewej (odciąĪanej podczas manewru skrĊtu) strony pojazdu. 103

Na podstawie danych zamieszczonych na rysunku 6.34 moĪna stwierdziü, Īe lewe koáa 3 i 4 utraciáy kontakt z podáoĪem (odpowiednio w 38 sekundzie i 21 sekundzie symulacji), natomiast lewe 1 i 2 byáy caáy czas w kontakcie z podáoĪem.

30000 F[N]

25000

1kolo_lewe 20000 2kolo_lewe 3kolo_lewe 4kolo_lewe 15000

10000

5000

0 t[s] 5 15253545556575

Rys. 6. 34. WartoĞü obciąĪeĔ pionowych wszystkich kóá lewej strony dla KTO ze zmniejszonym wspóáczynnikiem sztywnoĞci podczas skrĊtu ze staáą prĊdkoĞcią

Z danych zamieszczonych na rysunku 6.31 wynika, Īe zmniejszenie wspóáczynni- ka sztywnoĞci zawieszenia zdecydowanie poprawiáo moĪliwoĞü wykonania manewru skrĊtu ze stalą prĊdkoĞcią. Pojazd, pomimo utraty kontaktu kóá 3 i 4 z podáoĪem, poru- szaá siĊ po okrĊgu ze staáą wartoĞcią przyspieszenia poprzecznego. Pojazd ze standar- dowym oraz ze zwiĊkszonym wspóáczynnikiem sztywnoĞci utraciá stabilnoĞü odpowiednio w 67 i 59 sekundzie symulacji.

Wpáyw zmiany prĊdkoĞci pojazdu

Podczas badaĔ symulacyjnych przyjĊto równieĪ wariant wykonywania manewru podwójnej zmiany pasa ruchu przez pojazd poruszający siĊ z prĊdkoĞcią 100, 120 oraz 140 km/h. WartoĞü przyspieszenia poprzecznego Ğrodka ciĊĪkoĞci pojazdu przedstawiono na rysunkach 6.35 i 6.36. Podczas symulowania wykonywania manewru podwójnej zmiany pasa ruchu z prĊdkoĞciami 100, 120 oraz 140 km/h stwierdzono, Īe pojazd zachowuje siĊ stabilnie. WartoĞci obciąĪeĔ pionowych kóá jezdnych wskazują, Īe Īadne z nich nie utraciáo kontaktu z podáoĪem. Biorąc pod uwagĊ prĊdkoĞü maksymalną pojazdu (~110 km/h) moĪna stwierdziü, Īe ma on moĪliwoĞü zwiĊkszenia prĊdkoĞci maksymalnej, przy której wykonywanie manewrów jest bezpieczne. 104

Rys. 6.35. WartoĞü przyspieszenia poprzecznego podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu z prĊdkoĞcią przejazdu 100, 120 i 140 km/h

Rys. 6. 36. WartoĞü obciąĪeĔ pionowych 4 kóá podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu przy róĪnych prĊdkoĞciach przejazdu 105

6.3. Podsumowanie rozdziaáu Wyniki badaĔ symulacyjnych dla przyjĊtych wymuszeĔ wykazaáy pewien wpáyw zmian poszczególnych parametrów na bezpieczeĔstwo ruchu pojazdu, lecz nie są one bardzo spektakularne. Wyniki wskazują raczej na to, Īe badana konstrukcja pojazdu jest na tyle dopracowana, iĪ okreĞlony zakres zmian wybranych charakterystyk (mogący zaistnieü podczas normalnej eksploatacji), np. zmiana obciąĪenia i wynikająca z tego zmiana poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci lub regulacja sztywnoĞci zawieszenia hydropneumatycznego, jest w peáni dopuszczalny bez pogorszenia parametrów trakcyjnych oraz warunków bezpieczeĔstwa. Przedstawione w rozdziale 6 badania eksperymentalne oraz symulacyjne wykazaáy moĪliwoĞü dokonania oceny wpáywu zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu, zgodnie z metodyką prezentowaną w rozdziale 4, w przypadku czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych. Realizacja etapu badaĔ symulacyjnych, za pomocą modelu opracowanego z wykorzystaniem oprogramowania do dynamiki ukáadów wielomasowych (MBS), potwierdziáa swoją przydatnoĞü adekwatnie jak w przypadku realizacji w oparciu o programy wáasne (rozdz. 5). Na potrzeby etapu polegającego na zebraniu danych do modelu uzyskano wyniki badaĔ dla opisu parametrów koáa ogumionego z wkáadką run flat nie wystĊpujące dotychczas w literaturze. 106

7. MODEL ZAWIESZENIA HYDROPNEUMATYCZNEGO

Przedstawiana wczeĞniej metodyka polegająca na wykorzystaniu opracowanego, zweryfikowanego modelu oraz wykonaniu za jego pomocą badaĔ symulacyjnych, umoĪliwia w szerszym zakresie ocenĊ wpáywu wprowadzonych zmian konstrukcyjnych niĪ prowadzenie wyáącznie badaĔ eksperymentalnych kierowalnoĞci i statecznoĞci. Badania opisywane w rozdziale 6 nie uwzglĊdniaáy, w sposób szczegóáowy, zastosowania zawieszenia hydropneumatycznego. Jest to bardzo aktualna tendencja rozwojowa w konstrukcji zawieszeĔ pojazdów opancerzonych, zwáaszcza czteroosiowych Ğrednich i ciĊĪkich, naleĪy wiĊc uwzglĊdniü w badaniach modeli tego typu zawieszenia.

7.1. WáaĞciwoĞci zawieszenia hydropneumatycznego

Zawieszenia hydropneumatyczne w pojazdach wojskowych mają nastĊpujące zalety: - progresywną charakterystykĊ sprĊĪystoĞci zapewniającą duĪy komfort jazdy z ma- áym obciąĪeniem, a takĪe moĪliwoĞü znacznego obciąĪania pojazdu áadunkiem (w klasycznym zawieszeniu te wymagania siĊ wykluczają). - moĪliwoĞü obniĪenia wysokoĞci pojazdu poprzez zmianĊ przeĞwitu, co zapewnia np. wiĊkszą podatnoĞü na transport lotniczy, - moĪliwoĞü zwiĊkszenia przeĞwitu, co powoduje wiĊkszą zdolnoĞü pokonywania terenu, - istnieje moĪliwoĞü zapewnienia samopoziomowania (ang. self-leveling) zawieszenia, - zwartą zabudowĊ, - obsáuga zawieszenia jest wzglĊdnie prosta (ale wymagająca przeszkolenia zaáóg obsáugowych), - stosunkowo niski koszt przy produkcji masowej, - w wielu przypadkach niĪszą masĊ nieresorowaną pojazdu, - wáaĞciwoĞci zawieszenia decydują o lepszej odpornoĞci pojazdu na wywrócenie podczas ruchu krzywoliniowego (wiĊkszą odpornoĞü na wywrócenie), jest to szcze- gólnie waĪne w przypadku ciĊĪkich pojazdów, - moĪliwoĞü poziomego usytuowania kolumny hydropneumatycznej w zawieszeniu tylnym pojazdu (oszczĊdnoĞü miejsca, które moĪe byü przeznaczone na zabudowĊ innego wyposaĪenia specjalnego, bądĨ moĪe powiĊkszyü przestrzeĔáadunkową czy desantową). Wady zawieszenia hydropneumatycznego: - wymaga specjalistycznego zaplecza obsáugowo-naprawczego oraz przeszkolonego personelu, - naprawa zawieszenia hydropneumatycznego jest kosztowna, zwáaszcza gdy zachodzi koniecznoĞü wymiany czĊĞci jego elementów na skutek zaniedbaĔ eksploatacyjnych, - uszkodzenie ukáadu hydraulicznego moĪe uniemoĪliwiü jazdĊ bądĨ znacznie ograni- czyü (zmniejszyü) przeĞwit pojazdu. Na rysunku 7.1 przedstawiono schemat ukáadu zawieszenia hydropneumatycznego z wyszczególnieniem istotnych elementów odpowiedzialnych za przenoszenie dynamicznych obciąĪeĔ pionowych z kóá osi jezdnych, poprzez kolumnĊ hydrauliczną, na nadwozie czteroosiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego. 107

Rys. 7. 1. Stany pracy zaworu sterowania wysokoĞcią w trzech charakterystycznych poáoĪe- niach nadwozia wzglĊdem osi pojazdu H2 < H < H1, oznaczenie: 1 – obudowa, 2 – táoczek sterujący, 3 – táoczysko, 4 – dĨwignia zaworu, A – króciec zasilający z akumulatora ciĞnienia, B – króciec odpáywu do zbiornika cieczy, C – króciec zasila- jący cylinder hydrauliczny 108

Zawory sterowania wysokoĞcią zawieszenia są zasilane z akumulatora ciĞnienia (skáadającego siĊ z kuli gazowej wypeánionej azotem i oddzielonej od membrany cieczą roboczą). Fazy dziaáania zaworu sterowania wysokoĞcią są nastĊpujące: A – poáoĪenie normalne (brak przepáywu/odpáywu cieczy do/z kolumny), B – poáoĪenie nadwozia „obniĪone”, tzn. wysokoĞü nadwozia mniejsza niĪ zamie- rzona (na skutek wzrostu np. obciąĪenia, a nie regulacji dĨwignią przez kierow- cĊ) – przepáyw cieczy do kolumny, C – poáoĪenia nadwozia „zawyĪone”, tzn. wysokoĞü nadwozia wiĊksza niĪ zamie- rzona – odpáyw cieczy z kolumny do zbiornika. Zawór sterowania wysokoĞcią nie byá obiektem modelowania. Z uwagi na przyjĊte zaáoĪenia, m.in. brak wycieków páynu z kolumny hydraulicznej, a takĪe brak funkcji samopoziomowania nadwozia pojazdu wzglĊdem podáoĪa, zdecydowano zamodelowaü obiekt kolumny zawieszenia hydropneumatycznego ze staáą objĊtoĞcią páynu hydraulicznego. Jednak przed przygotowaniem równaĔ modelu kolumny zawieszenia hydropneumatycznego zdecydowano przeanalizowaü dziaáanie caáego ukáadu, w tym ukáadów peániących rolĊ pomocniczą. Takie podejĞcie umoĪliwi w przyszáoĞci stosunkowąáatwą rozbudowĊ czy modernizacjĊ istniejącego modelu. NajwaĪniejszy element zawieszenia hydropneumatycznego stanowi kolumna zawieszenia (rys. 7.2).

Rys. 7.2. Szczegóáy budowy kolumny hydropneumatycznej: a) obiekt rzeczywisty, b) model, oznaczenia: 4 – pneumatyczny element sprĊĪysty, 5 – membrana, 7 – element táumią- cy, 8 – cylinder hydrauliczny, 9 – táok, 16 – táoczysko oraz A – zasilanie (takĪe po- wrót do zaworu ZSW) cieczą roboczą , B – odpáyw przecieków páynu do zbiornika, C – odpowietrznik osáony gumowej (osáona jest wzglĊdnie szczelna i praca táoczyska wymaga odpowietrzania)

Podczas modelowania zwrócono uwagĊ na te elementy, które decydują o warto- Ğciach sprĊĪystych i táumiących siá dynamicznych przenoszonych w kierunku pionowym z kóá osi jezdnych na nadwozie pojazdu. 109

Pneumatyczny element sprĊĪysty skáada siĊ ze zbiornika, w którym elastyczna membrana oddziela czĊĞü hydrauliczną od pneumatycznej (rys. 7.3).

Rys. 7.3. Pneumatyczny element sprĊĪysty (kula): A – przestrzeĔ wypeániona gazem (azotem), B – króciec dopáywu cieczy z kolumny

Element táumiący drgania jest zabudowany wewnątrz kolumny hydropneumatycznej pomiĊdzy przestrzenią hydrauliczną cylindra a przestrzenią hydrauliczną w pneumatycznym elemencie sprĊĪystym. Táumienie jest uzyskiwane dziĊki przepáywowi lami- narnemu przez kalibrowane zawory táumiące i zawór Ğrodkowy. Przepáyw przez zawór Ğrodkowy odbywa siĊ z prĊdkoĞcią nieprzekraczającą 20 cm/s. W tym przypadku zawory táumiące nie pracują, a przepáyw przez zawór Ğrodkowy powoduje tylko niewielki opór dla cieczy. Element táumiący jest typu podwójnego dziaáania. Zadaniem pompy hydraulicznej jest wytworzenie ciĞnienia páynu hydraulicznego zasilającego elementy wykonawcze zawieszenia hydropneumatycznego. Z uwagi na przyjĊte w dalszej czĊĞci pracy zaáoĪenia, pompa hydrauliczna nie byáa przedmiotem modelowania. Zadaniem regulatora jest utrzymanie ciĞnienia páynu zasilającego w okreĞlonym przedziale ciĞnienia roboczego. Regulator steruje dziaáaniem pompy hydraulicznej. Ze wzglĊdu na przyjĊte zaáoĪenia regulator ciĞnienia nie byá przedmiotem modelowania.

7.2. Model fizyczny

Dla modelu pojazdu zaproponowano zawieszenie hydropneumatyczne bazujące na komponentach stosowanych we wspóáczesnych samochodach ciĊĪarowych i osobowych. Na rysunkach 7.4 i 7.5 przedstawiono schemat ukáadu zawieszenia hydropneumatycznego z wyszczególnieniem istotnych elementów odpowiedzialnych za przenoszenie dynamicznych obciąĪeĔ pionowych z kóá osi jezdnych, poprzez kolumnĊ hydrau- liczną, na nadwozie pojazdu. Do gáównych podzespoáów ukáadu wykonawczego odpowiedzialnego za realiza- cjĊ podstawowych funkcji zawieszenia zaliczono: a) kolumnĊ hydropneumatyczną, b) cylinder hydrauliczny, 110 c) pneumatyczny element sprĊĪysty, d) element táumiący, e) zbiornik páynu, f) pompĊ zasilającą, g) regulator wysokoĞci nadwozia, h) zawór sterowania wysokoĞcią nadwozia, i) przewody hydrauliczne (wysokiego i niskiego ciĞnienia).

Rys. 7.4. Schemat ukáadu zawieszenia hydropneumatycznego na tle pojazdu: 1 – obudowa, 2 – táoczek sterujący

Rys. 7.5. Schemat ukáadu zawieszenia hydropneumatycznego

Przed rozpoczĊciem opracowywania modelu przyjĊto kilka zaáoĪeĔ. Zdecydowano siĊ rozwaĪaü wyáącznie procesy zachodzące podczas pracy zawieszenia w kierunku pionowym. 111

Elementy prowadzące koáo (tzn. wahacze) zamodelowano jako nieodksztaácalne, bezmasowe i poáączone wiĊzami z nadwoziem i kolumną hydropneumatyczną. Wymuszeniem dziaáającym na ukáad zawieszenia pojazdu jest przebieg wysokoĞci nierównoĞci podáuĪnych drogi bądĨ inne zewnĊtrzne (np. podmuch wiatru) lub we- wnĊtrzne, pochodzące np. od siáy reakcji nadwozia na wystrzaá pocisku z armaty itp. Na rysunkach 7.6 oraz 7.7 przestawiono strukturĊ zbudowanego modelu. Odpowiedzią modelu są przebiegi czasowe wartoĞci wybranych wielkoĞci fizycznych charakteryzujących ruch modelu pojazdu (w tym pracĊ elementów zawieszenia).

Rys. 7.6. Model symulacyjny – struktura bloków gáównych: uP – przemieszczenie pedaáu hamulca, q1234 – profil podáuĪny drogi pod koáami osi 1, 2, 3, 4

Rys. 7.7. Struktura modelu pojazdu i ukáadu hamulcowego 112

Istotne elementy podlegające zamodelowaniu, a mające wpáyw na wáaĞciwoĞci zawieszenia hydropneumatycznego to: –siáownik (ang. actuator) skáadający siĊ z táoka związanego z osią jezdną (o masie m) oraz cylinder hydrauliczny związany z nadwoziem (o masie M), –elementy táumiące (ang. damper orfice), –element sprĊĪysty skáadający siĊ ze zbiornika, w którym gaz roboczy - azot (nitro- gen) zostaá oddzielony od cieczy roboczej (oleju mineralnego) elastyczną membra- ną; dziĊki swojej elastycznoĞci membrana moĪe wyrównywaü ciĞnienie pomiĊdzy dwiema komorami. W modelu uwzglĊdniono: - wáaĞciwoĞci sprĊĪyste zawieszenia hydropneumatycznego, - wáaĞciwoĞci táumiące zawieszenia hydropneumatycznego, - moĪliwoĞü dalszej jego rozbudowy w kierunku wspóápracy kolumny hydropneumatycznej z zaworem (ang. high control valve) sterującym wysokoĞcią poáoĪenia nadwozia pojazdu oraz algorytmem sterownika zawieszenia (moĪliwoĞü pracy w trybie póáautomatycznym). Podczas budowy modelu przyjĊto nastĊpujące zaáoĪenia: - akumulator ciĞnienia zamodelowano jako Ĩródáo nieskoĔczenie duĪej energii páynu hydraulicznego pod staáym ciĞnieniem pZASIL, - nie uwzglĊdniano tarcia wywoáanego ruchem táoka w cylindrze hydraulicznym, - nie uwzglĊdniano mas: táoka, táoczyska oraz membrany, - nie uwzglĊdniano dynamiki pracy zaworów decydujących o wáaĞciwoĞciach táumią- cych (pominiĊto ich bezwáadnoĞü podczas ich zamykania i otwierania), - przewody hydrauliczne zastąpiono odpowiednimi oporami hydraulicznymi, - wspóáczynniki przepustowoĞci przewodów hydraulicznych przyjĊto jako staáe, - pominiĊto wymianĊ ciepáa z otoczeniem zakáadając staáą temperaturĊ páynu hydraulicznego. W modelu pominiĊto: - zjawisko odpáywu cieczy roboczej z kolumny zawieszenia na skutek przecieków pomiĊdzy táokiem a cylindrem kolumny zakáadając, Īe poáączenie jest idealnie szczelne, - zjawisko ubytku gazu roboczego na skutek jego przenikania do cieczy roboczej bądĨ ubytku przez nieszczelnoĞü w króücu zapewniającym napeánianie gazu do kulistego elementu sprĊĪystego.

Model kolumny zawieszenia hydropneumatycznego

Przy formuáowaniu równaĔ matematycznych [ 23, 53] modelu kolumny zawieszenia hydropneumatycznego, której schemat obliczeniowy przedstawiono na rysunku 7.8 przyjĊto nastĊpujące zaáoĪenia i uproszczenia: - lepkoĞü, gĊstoĞü i temperatura cieczy nie ulegają zmianom podczas trwania procesu przejĞciowego, - siáy lepkoĞciowego tarcia táoka w cylindrze są pomijane z uwagi na ich maáą war- toĞü, - ciecz jest nieĞciĞliwa, a elementy przenoszące ciĞnienie cieczy roboczej są sztywne i nie odksztaácają siĊ pod wpáywem ruchu lub zmiany tego ciĞnienia, - strumieĔ cieczy jest ciągáy. 113

Rys. 7.8. Schemat obliczeniowy kolumny zawieszenia hydropneumatycznego: 4 – pneumatyczny element sprĊĪysty, 5 – membrana, 7 – element táumiący, 8 – cylinder hydrauliczny, 9 – táok, 16 – táoczysko

7.3. Model matematyczny

Opis matematyczny modelu polega na uáoĪeniu równaĔ matematycznych opisują- cych: - dziaáanie elementów ruchomych, - straty ciĞnienia przepáywu cieczy w elementach hydraulicznych, - bilans chwilowych masowych strumieni cieczy (równania wĊzáów lub równania obwodów).

Wyznaczanie warunków początkowych W pneumatycznym elemencie sprĊĪystym w warunkach obciąĪenia statycznego zachodzi równoĞü:

Zi pNi = (7.1) SMB Zatem moĪna zapisaü: b 1 pMgNN1 =∂∂∂ (7.2) L SMB 114 oraz korzystając z równania przemiany adiabatycznej:

p01 VVN101=∂k (7.3) pN1 i analogicznie: a 1 pMgNN2 =∂∂∂ (7.4) L SMB

p02 VVN 202=∂k (7.5) pN 2 gdzie: p ∂ d 2 S = MB (7.6) MB 4

Równania bilansu ciĞnienia cieczy w ukáadzie hydraulicznym Schemat dziaáania siá reakcji zawieszenia hydropneumatycznego na nadwozie pojazdu przedstawiono na rysunku 7.9.

0.5*FHP

0.5*FHP 0.5*FHP 0.5*FHP

Rys. 7.9. Schemat dziaáania siáy reakcji kolumny zawieszenia hydropneumatycznego na nadwozie pojazdu

Ogólne równanie bilansu ciĞnienia cieczy przedstawia siĊ nastĊpująco:

pppHHHM54=ê 45- (7.7) – przy sprĊĪaniu

pppHHHM54=- 45- (7.8) – przy rozprĊĪaniu

pppHHHM54=+ 45- (7.9) 115 gdzie:

FHP pH 4 = (7.10) SCL

p ∂ d 2 S = CL (7.11) CL 4 Korzystając z zasady równowagi ciĞnienia (cieczy pod membraną i azotu nad membraną) w stanie ustalonym moĪna zapisaü:

k ≈÷V ppptp== =∂ N1 (7.12) HHN545() N 1∆◊ «ÿVVtN1 -D ()

D=∂Vt() SCL x H4 i (7.13)

xzazH 41=- +J ∂ + 1 (7.14)

xzbzH 42=- -J ∂ + 2 (7.15)

2 r ≈÷dy45- pHM 45--=∂∂x 45 ∆◊ (7.16) 2 «ÿdt dy dx 45- ∂=SSHi 4 ∂ (7.17) dtCE- dt CL dy dx S 45- =∂Hi 4 CL (7.18) dt dt SCE-

2 r ≈÷dxHi4 S CL pHM 45--=∂∂x 45 ∆◊ ∂ (7.19) 2 «ÿdt SCE- – dla sprĊĪania

2 r ≈÷dxHi4 S CL pHM 45--=∂∂x 45 ∆◊ ∂ (7.20) 2 «ÿdt SC – dla rozprĊĪania

2 r ≈÷dxHi4 S CL pHM 45--=∂∂x 45 ∆◊ ∂ (7.21) 2 «ÿdt SE gdzie:

22 p ∂+()ddCCE S = (7.22) C 4 116

22 p ∂+()ddECE S = (7.23) E 4 i podstawiając za:

k 2 ≈÷VdxSr ≈÷ pp=∂Ni êx ∂∂ Hi ∂ CL (7.24) Hi445 Ni ∆◊- ∆◊ «ÿVVtNi-D () 2 «ÿ dtS C- E a po podstawieniu:

k 2 ≈÷≈÷VdxSNir Hi CL ppHi445=∂ Ni ∆◊∆◊ êx - ∂∂ ∂ (7.25) «ÿ«ÿVSxNi-∂ CL H4 i2 dtS C- E

W szczególnoĞci dla przedniego zawieszenia: – ruch táoka do góry (faza Ğciskania):

k 2 ≈÷≈÷VSNCL1 r dxH 41 ppHN41=∂ 1∆◊∆◊ +∂∂x 4- 5 ∂ (7.26) «ÿ«ÿVSxNCLH141-∂ 2 dtS C

k 2 ≈÷≈÷VSNCL1 r dxH 41 ppHN51=∂ 1∆◊∆◊ -∂∂x 4- 5 ∂ (7.27) «ÿ«ÿVSxNCLH141-∂ 2 dtS C – ruch táoka do doáu (faza rozciągania):

k 2 ≈÷VSNCL1 r ≈÷dxH 41 ppHN41=∂ 1∆◊ -∂∂x 4- 5 ∆◊ ∂ (7.28) «ÿVSxNCLH141-∂ 2 «ÿ dtS E

k 2 ≈÷VSNCL1 r ≈÷dxH 41 ppHN51=∂ 1∆◊ +∂∂x 4- 5 ∆◊ ∂ (7.29) «ÿVSxNCLH141-∂ 2 «ÿ dtS E Dla tylnego zawieszenia: – ruch táoka do góry (faza Ğciskania):

k 2 ≈÷≈÷VSNCL2 r dxH 42 ppHN42=∂ 2∆◊∆◊ +∂∂x 4- 5 ∂ (7.30) «ÿ«ÿVSxNCLH242-∂ 2 dtS C

k 2 ≈VSNCL2 ÷≈÷r dxH 42 ppHN52=∂ 2∆ ◊∆◊ -∂∂x 4- 5 ∂ (7.31) «VSxNCLH242-∂ ÿ«ÿ2 dtS C

– ruch táoka do doáu (faza rozciągania):

k 2 ≈÷VSNCL2 r ≈÷dxH 42 ppHN42=∂ 2∆◊ -∂∂x 4- 5 ∆◊ ∂ (7.32) «ÿVSxNCLH242-∂ 2 «ÿ dtS E 117

k 2 ≈÷VSNCL2 r ≈÷dxH 42 ppHN52=∂ 2∆◊ +∂∂x 4- 5 ∆◊ ∂ (7.33) «ÿVSxNCLH242-∂ 2 «ÿ dtS E Siáa oddziaáująca na nadwozie pojazdu wynosi zatem:

FHP141=∂pS H CL (7.34)

FHP242=∂pS H CL (7.35)

Równanie funkcjonowania zaworu sterowania wysokoĞcią przeĞwitu

Równanie kinematyki ruchu táoczyska xTi:

lzR41- tg ()aR = (7.36) lR3 gdzie w szczególnym przypadku, podstawiając z1 = 0, otrzymano wyraĪenie na wartoĞü kąta statycznego:

lR4 tg ()aRSTAT = (7.37) lR3 Dodatkowo moĪna zapisaü:

eR1 tg ()aRSTAT = (7.38) eR2 zatem:

xTi=∂ e R2 À€»Ÿ tg()aa RSTAT - tg () R (7.39) Po podstawieniu:

≈÷llzRR441- xeTi=∂ R2 ∆◊ - (7.40) «ÿllRR33 co po uproszczeniu prowadzi do:

eR2 xzTi =∂1 (7.41) lR3 Pole powierzchni przekroju zaworów:

2 p ∂-()dx23 Ti S = dla xd≠ 0, (7.42) 23 4 Ti 23

S23 = 0 dla xdTi > 23 (7.43)

S03 = 0 dla xcdTi <-103 (7.44)

2 p ∂-+()xcdTi 103 S = dla xcdc≠-, (7.45) 03 4 Ti 1031

2 p ∂()d03 S = dla xd> (7.46) 03 4 Ti 03 118

Dobór parametrów sztywnoĞci sprĊĪyny gazowej RolĊ elementu sprĊĪystego w zawieszeniu hydropneumatycznym peáni sprĊĪyna gazowa (pneumatyczny element sprĊĪysty). Obliczenia tej sprĊĪyny polegają na wyzna- czeniu jej wspóáczynnika sztywnoĞci: dF k = HPi (7.47) dx4i gdzie:

FHPi=∂pS H4 i CL – siáa dziaáająca na nadwozie (7.48)

V x4i = – przemieszczenie táoczyska (7.49) SCL zatem

dFHPi=∂ dp H4 i S CL (7.50) dV dx4i = (7.51) SCL

dFHPi dp H44 i∂ S CL2 dp H i kS== =∂CL (7.52) dx4i dV dV SCL Zmiana objĊtoĞci w komorze gazowej wynosi:

VVV10=- (7.53) ZaáoĪono, Īe w trakcie pracy sprĊĪyny gazowej zachodzi przemiana adiabatyczna, w której zmieniają siĊ wszystkie parametry stanu gazu, m.in. ciĞnienie, objĊtoĞü wáa- Ğciwa, temperatura, energia wewnĊtrzna, entalpia, entropia i inne. PoniewaĪ nie ma wymiany ciepáa z otoczeniem podczas sprĊĪania, roĞnie temperatura gazu, a podczas rozprĊĪania temperatura maleje. Ponadto, podobnie jak w przypadku sprĊĪania izoter- micznego, maleje objĊtoĞü, a roĞnie ciĞnienie.

Przebieg przemiany adiabatycznej okreĞla siĊ prawem Poissona:

kk p11∂=∂VpV 0 0 (7.54) gdzie: p – ciĞnienie gazu, V – objĊtoĞü zajmowana przez gaz, po przeksztaáceniu (7.54):

V k pp=∂0 (7.55) 10k V1 119 i po podstawieniu (7.53):

V k pp=∂ 0 (7.56) 10 k ()VV0 - pp p ==00 (7.57) 1 kk ()VV0 - ≈÷V 1- V k ∆◊ 0 «ÿV0

Po zróĪniczkowaniu p1 wzglĊdem V otrzymano dp k ∂ p 1 1 =∂0 (7.58) k +1 dV V0 ≈÷V ∆◊1- «ÿV0 a po podstawieniu do (7.52) otrzymano koĔcową postaü wyraĪenia:

Sp2 ∂∂k 1 k =∂CL 0 (7.59) k +1 V0 ≈÷V ∆◊1- «ÿV0 oraz podstawiając za V wyraĪenie (7.49) otrzymano:

Sp2 ∂∂k 1 k =∂CL 0 (7.60) V k +1 0 ≈÷xS4iCL∂ ∆◊1- «ÿV0 Przykáadową charakterystykĊ siáy sprĊĪystoĞci pneumatycznego elementu sprĊĪy- stego na tle charakterystyki sprĊĪystoĞci resoru piórowego przedstawiono na rysunku 7.10. WartoĞü liczbową wspóáczynnika oporu hydraulicznego dla przypadku nagáego zmniejszenia przekroju przepáywowego okreĞlono na podstawie tabeli zaleĪnoĞci wspóáczynnika od stosunku Ğrednic d1/d2 zamieszczonej w [82]. Wykáadnik adiabaty ț równy stosunkowi ciepáa wáaĞciwego przy staáej objĊtoĞci i przy staáym ciĞnieniu. Wspóáczynniki Į zaleĪą od liczby stopni swobody cząsteczek gazu i przyjmują wartoĞci: 3/2 – dla gazów jednoatomowych, 5/2 – dla gazów dwuato- mowych i 3 dla gazów wieloatomowych. Azot jest gazem dwuatomowym, dlatego wspóáczynnik Į = 5/2, a ț = 1.4. 120

F [kN]

100.0

80.0

60.0

40.0 zawieszenie hydropneumatyczne 20.0 resor piórowy

0.0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 x4i [m] Rys. 7.10. Przebieg wartoĞci siáy sprĊĪystoĞci pojedynczego elementu hydropneumatycznego (na jedno koáo) w funkcji przemieszczenia táoczyska w cylindrze hydraulicznym (lub ugiĊcia zawieszenia). Linią niebieską oznaczono wartoĞü ugiĊcia i siáĊ statycznego obciąĪenia zawieszenia.

Dobór parametrów táumiących kolumny hydropneumatycznej

WzglĊdny wspóáczynnik táumienia okreĞla siĊ jako iloraz wspóáczynnika táumienia i krytycznego wspóáczynnika táumienia: c dTà = (7.61) cKR WartoĞü tego wspóáczynnika dla typowych zawieszeĔ pojazdów mechanicznych wynosi od 0,2 do 0,3. Do obliczeĔ w modelu przyjĊto wartoĞü dTà = 0, 25 . Zatem na podstawie zaleĪnoĞci (7.61) moĪna zapisaü, Īe:

cc=∂dTà KR (7.62) ZaleĪnoĞü opisującą wartoĞü táumienia krytycznego przedstawiono poniĪej:

ckmKR =∂2 ∂ (7.63) Po podstawieniu (7.63) do (7.62) otrzymano:

ckm=∂2 dTà ∂ ∂ (7.64) Do obliczeĔ wspóáczynnika táumienia przyjĊto wartoĞü wspóáczynnika sztyw- noĞci zawieszenia w punkcie odpowiadającym ugiĊciu statycznemu oraz wartoĞü masy przypadającą na jedną kolumnĊ zawieszenia. Po podstawieniach wartoĞü wspóáczynnika táumienia przedstawia równanie (7.65): 121

Sp2 ∂∂k 1 b cMg=∂2 d ∂CL 0 ∂ ∂ ∂∂ (7.65) Tà VLk +1 N 4∂ 0 ≈÷xS4iSTAT∂ CL ∆◊1- «ÿV0

W celu doboru parametrów (dC, dE) decydujących o wspóáczynniku táumienia kolumny hydropneumatycznej zbudowano jej dodatkowy model (rys. 7.11), obejmujący elementy: masowy, sprĊĪysty i táumiący (o zmiennym wspóáczynniku táumienia). Po- sáuĪyá on do wyznaczenia przebiegów przemieszczenia masy nadwozia wywoáanych wymuszeniem skokowym. Jako wymuszenie skokowe przyjĊto wymuszenie kinema- tyczne polegające na upuszczeniu pojazdu z wysokoĞci 7 cm na páaskie podáoĪe. W celu wyeliminowania drgaĔ kątowych nadwozia zmieniono parametry rozkáadu masy pojazdu tak, aby jego Ğrodek masy znajdowaá siĊ w Ğrodku symetrii pojazdu. Przebiegi przemieszczenia Ğrodka masy nadwozia wywoáane takim wymuszeniem i dla róĪnych war- toĞci parametrów modelu decydujących o efektywnoĞci táumienia przedstawiono na rysunku 7.12.

Rys. 7.11. Model symulacyjny do wzorcowania wspóáczynnika táumienia kolumny hydropneumatycznej 122

z 0.08 [m] 0.06

0.04

0.02

0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 -0.02

-0.04

-0.06

-0.08 t [s]

Rys. 7.12. Przebieg przemieszczeĔ masy nadwozia dla róĪnych wartoĞci parametrów (dC, dE) decydujących o wartoĞci táumienia kolumny hydropneumatycznej

Przebiegi te zostaáy wykorzystane od wzorcowania (doboru) wielkoĞci fizycznych odpowiadających za táumienie w kolumnie hydropneumatycznej. Do nich zaliczymy: dC – ĞrednicĊ zaworu táumiącego „compression”, dE – ĞrednicĊ zaworu táumiącego „rebound”.

Do dalszych badaĔ symulacyjnych przyjĊto dC = 0,005 m i dE = 0,0025 m. Takie wartoĞci Ğrednic zaworów elementu táumiącego zapewniają przebiegi przedstawione na rysunku 7.13, a te są z kolei zbliĪone (co do jakoĞci) do przebiegu uzyskanego na wzor- cowym modelu kolumny hydropneumatycznej z zadanym wspóáczynnikiem táumienia o wartoĞci jak podano w równaniu (7.65). Porównanie przebiegów przemieszczeĔ wskazuje, Īe zbudowany model dobrze odzwierciedla wáasnoĞci táumiące obiektu rzeczywistego. 123

z 0.08 [m] przebieg wg wybranych parametrów dE, dC 0.06 przebieg wzorcowy 0.04

0.02

0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 -0.02

-0.04

-0.06

-0.08 t [s] Rys. 7.13. Porównanie charakterystyk táumienia wzorcowej i uzyskanej dla wybranych parametrów

Model matematyczny pojazdu czteroosiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego z uwzglĊdnieniem modelu zawieszenia hydropneumatycznego Równania ruchu modelu pojazdu zapisano w trzech prostokątnych, prawoskrĊt- nych ukáadach wspóárzĊdnych Oxyz, O1x1y1z1, O2x2y2z2. PoniĪej przedstawiono podstawowe równania decydujące o wartoĞci dynamicznych siá pionowych dziaáających na nadwozie pojazdu. Równanie ruchu pionowego nadwozia (w ukáadzie Oxyz): – zawieszenie mechaniczne: 1 z =∂()FF + + FFmg + -∂ (7.66) m zz1234 zz m∂z+ k R1 ∂(z -J ∂a - z1 ) + k R2 ∂(z +J ∂b - z2 ) + c A1 ∂(z -J ∂a - z1 ) + (7.67) + cA2 ∂(z +J ∂b - z2 ) = 0 – zawieszenie hydropneumatyczne:

mz∂+ FHP12 + F HP =0 (7.68) gdzie: FfzzzzHP111= (),, , ,JJ , (7.69) FHP222= f() zzz,, , z ,,JJ (7.70)

Równanie ruchu pionowego wózka przedniej osi (w ukáadzie O1x1y1z1): 124

– zawieszenie mechaniczne: m11∂- z 1 kRAKK 1 ∂-∂-()() zJJ az 1 - c 1 ∂-∂-z az 1 + k 1 ∂+ z 1 c 1 ∂=z 1 0 (7.71) – zawieszenie hydropneumatyczne:

mzF111∂-HP 1 + k K 11 ∂+ zc K 11 ∂= z 0 (7.72)

Równanie ruchu pionowego wózka tylnej osi (w ukáadzie O2x2y2z2): – zawieszenie mechaniczne: m12∂- z 2 kRAKK 2 ∂+∂--()() zJJ bz 2 c 2 ∂+∂-+ z bz 2 k 2 ∂+ z 2 c 2 ∂=z 2 0 (7.73) – zawieszenie hydropneumatyczne:

mz122∂- FHP 2 + k K 22 ∂+ zc K 22 ∂=z 0 (7.74) Równanie ruchu obrotowego nadwozia (w ukáadzie Oxyz wzglĊdem osi y): – zawieszenie mechaniczne:

I ∂+JJkazazkbzbzcazaz ∂∂()()() -∂- - ∂∂+∂- J + ∂∂ -∂- J YR112211 R A (7.75) -∂+∂-+czAHHWW22121122()J bzM + M +∂ XhXh +∂ = 0 2.zawieszenie hydropneumatyczne: IFaFbMMXhXhYHPHPHH∂+J 12121122 ∂- ∂+ + + ∂ W + ∂ W =0 (7.76)

7.4. Badania czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych z wykorzystaniem modelu zawieszenia hydropneumatycznego

7.4.1. Badania symulacyjne Opracowany model pojazdu z zawieszeniem hydropneumatycznym i ukáadem hamulcowym EBS/ABS umoĪliwia przeprowadzenie obliczeĔ symulacyjnych wg róĪ- nych wariantów konfiguracji modelu. W trakcie badaĔ okreĞlano wpáyw wybranych zmian konstrukcyjnych na zachowanie pojazdu w ruchu: - prĊdkoĞci początkowej jazdy (dowolna wartoĞü z przedziaáu <0,100> [km/h], do- myĞlna wartoĞü 60 km/h), - rodzaju zawieszenia: 9 hydropneumatyczne (ustawienie domyĞlne), 9 mechaniczne (na resorach piórowych) - czasu narastania wymuszenia pochodzącego od ukáadu sterowania hamulcami: 9 szybko – czas narastania 0,2 s (ustawienie domyĞlne), 9 umiarkowanie – czas narastania 0,5 s, 9 wolno – czas narastania 0,8 s, - amplitudy wymuszenia pochodzącego od ukáadu sterowania hamulcami (przemieszczenie pedaáu hamulca): 9 7 cm (ustawienie domyĞlne), 9 6 cm, 125

9 5 cm, 9 4 cm, 9 3 cm, 9 2 cm, - wspóáczynnika przyczepnoĞci kóá do nawierzchni: 9 0,9 (ustawienie domyĞlne), 9 0,77, 9 0,5, 9 0,1, - ciĞnienia powietrza w zbiorniku: 9 850 kPa (ustawienie domyĞlne), 9 765 kPa, 9 700 kPa, 9 500 kPa, 9 300 kPa, 9 200 kPa, - wymuszenia pochodzącego od nierównoĞci drogi: 9 bez nierównoĞci (ustawienie domyĞlne), 9 z nierównoĞciami, 9 przejazd przez pryzmĊ, - wymuszenia pochodzącego od skrĊtu kóá kierowanych: 9 koáa ustawione do jazdy na wprost (ustawienie domyĞlne), 9 skokowe, 9 narastająco (liniowe), - konfiguracji ukáadu ABS 9 z modulatorem ABS (ustawienie domyĞlne), - z wáączonym ukáadem sterowaniem ABS (ustawienie domyĞlne), - z wyáączonym ukáadem sterowaniem ABS, - z wyáączonym ukáadem sterowania ABS dla poszczególnych kóá: o koáa przednie – oĞ 1 i 2, o koáa tylne – oĞ 3 i 4, 9 z pominiĊciem modulatora ABS, - liczby hamowanych kóá, 9 wszystkie koáa (ustawienie domyĞlne), 9 koáa przednie prawe – oĞ 1 i 2, 9 koáa przednie lewe – oĞ 1 i 2, 9 koáa tylne prawe – oĞ 3 i 4, 9 koáa tylne lewe – oĞ 3 i 4. W celu pozyskania informacji na temat wáasnoĞci czteroosiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego w ruchu krzywoliniowym przeprowadzono badania symulacyjne wedáug trzech znormalizowanych testów: - ruchu ustalonego po okrĊgu, - hamowania awaryjnego w ruchu krzywoliniowym, - wymuszenia skokowego na kole kierownicy. Podczas pierwszego testu symulowano ruch pojazdu z prĊdkoĞcią 80 km/h, wpro- wadzając liniowy przyrost kąta obrotu kierownicy (ze staáą prĊdkoĞcią 0,1 rad/s) do wartoĞci przy której nastĊpowaáo odrywanie siĊ od drogi jednego z kóá. Z uwagi na 126 symetriĊ pojazdu oraz symetryczny ukáad kierowniczy próby wykonywano dla jednego kierunków obrotu koáa kierownicy (w lewo). W momencie gdy obiekt wykazywaá ten- dencjĊ do przewracania siĊ na bok (tzn. reakcja pionowa pod dowolnym koáem osiągaáa wartoĞü równą 0), badania symulacyjne przerywano. W trakcie drugiego testu symulowano przebieg procesu hamowania awaryjnego od prĊdkoĞci początkowej 80 km/h na: betonie (µ0 = 0,9), mokrym asfalcie (µ0 = 0,5) i lodzie (µ0 = 0,2), odpowiednio w drugim teĞcie przy jeĨdzie na wprost, a w trzecim w ruchu krzywoliniowym. Przebieg hamowania rozwaĪano dla ukáadu hamulcowego z wáączonym (On ABS) lub wyáączonym ABS (Off ABS) i EBS oraz bez tych urzą- dzeĔ, a takĪe dla dwóch stanów sprawnoĞci ukáadu hamulcowego: ñ sprawny, tj. 8 kóá hamowanych, ñ czĊĞciowo niesprawny, tj. 4 koáa tylne hamowane (ukáad hamulcowy kóá pierwszej i drugiej osi jezdnej niesprawny, ukáad hamulcowy kóá trzeciej i czwartej osi jezdnej sprawny). Celem trzeciego testu byáo okreĞlenie najwyĪszej prĊdkoĞci w ruchu prostoliniowym, dla której istnieje moĪliwoĞü wykonania gwaátownego (w czasie 0,3 s) obrotu koáem kierownicy do wartoĞci 90°, bez wywrócenia pojazdu (tzn. do chwili, w której reakcja pionowa pod koáem osiągnie wartoĞü wiĊkszą niĪ 0). Symulując skrĊt pojazdu w lewą stronĊ analizowano zmiany maksymalnych wartoĞci bezwzglĊdnych spoziomowanego przyspieszenia poprzecznego oraz kąta przechyáu bocznego bryáy nadwozia przed wywróceniem samochodu. Wymuszenie skrĊtu koáa kierownicy przedstawiono na rysunku 7.14.

Rys. 7.14. Wyniki zasadniczych badaĔ symulacyjnych czteroosiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego

Nominalne wartoĞci parametrów modelu odpowiadają pojazdowi Rosomak i zo- staáy przedstawione w tabeli 7.1. Zakres wprowadzanych zmian konstrukcyjnych za- warto w katalogu zmian wartoĞci parametrów modelu (tab. 7.2). 127

Tabela 7.1. Nominalne wartoĞci wybranych parametrów modelu symulacyjnego pojazdu WartoĞü Nazwa parametru Jednostka parametru Masa caákowita pojazdu kg 26000 Gáówny centralny moment bezwáadnoĞci bryáy nadwozia kg·m2 16049 (z áadunkiem) wzglĊdem osi wzdáuĪnej Gáówny centralny moment bezwáadnoĞci bryáy nadwozia kg·m2 63414 (z áadunkiem) wzglĊdem osi poprzecznej Gáówny centralny moment bezwáadnoĞci bryáy nadwozia kg·m2 67010 (z áadunkiem) wzglĊdem osi pionowej OdlegáoĞü Ğrodka masy pojazdu od osi przedniej m 2,225 OdlegáoĞü Ğrodka masy pojazdu od wzdáuĪnej páaszczyzny symetrii m 0,000 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia nad podáoĪem m 1,456

Tabela 7.2. Katalog zmian wartoĞci parametrów modelu WartoĞü Zmiana wzglĊdem Nazwa parametru Jednostka parametru wartoĞci nominalnej 28000 +2000 Masa caákowita pojazdu kg 31000 +5000

wzglĊdem osi 2 17172 +1123 Jx kg·m wzdáuĪnej 19135 +3086 Gáówny centralny moment bezwáadnoĞci wzglĊdem osi 2 64940 +1526 Jy kg·m bryáy nadwozia poprzecznej 66416 +3002 (z áadunkiem) wzglĊdem osi 2 68661 +1651 Jz kg·m pionowej 70234 +3224 2,025 -0,2 OdlegáoĞü Ğrodka masy pojazdu 2,125 -0,1 a [m] od osi przedniej 2,325 +0,1 2,425 +0,2 0,956 –0,5 WysokoĞü Ğrodka masy bryáy nadwozia 1,156 –0,3 h [m] nad podáoĪem S 1,756 +0,3 1,956 +0,5

7.4.2. Ocena wpáywu poáoĪenia Ğrodka masy oraz parametrów inercyjnych w ruchu krzywoliniowym W wyniku przeprowadzonych badaĔ symulacyjnych oceniono wpáyw ponad 30 wielkoĞci fizycznych opisujących ruch krzywoliniowy czteroosiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego. Prace badawcze posáuĪyáy do oceny wpáywu na bezpieczeĔstwo wykonywania opisanych powyĪej manewrów: zwiĊkszenia masy caákowitej pojazdu, poáoĪenia Ğrodka ciĊĪkoĞci oraz sprawnego ukáadu hamulcowego przy dziaáającym lub nie dziaáającym systemie ABS. Do analizy wyników wybrano charakterystyki przed- stawiające: - tor ruchu, - przebieg wartoĞci przyspieszenia wzdáuĪnego i bocznego Ğrodka masy pojazdu, 128

- przebieg wartoĞci prĊdkoĞci obwodowych kóá jezdnych (istotne przy hamowaniu), - przebieg wartoĞci prĊdkoĞci pojazdu zarejestrowany w Ğrodku masy pojazdu oraz w miejscach odpowiadających poáoĪeniu kóá jezdnych, - przebieg wartoĞci siá reakcji pionowej pod koáami jezdnymi. PoniĪej przedstawiono wyniki dla testu wymuszenia skokowego na kierownicy, ob- razującego typową sytuacjĊ drogową ominiĊcia przeszkody pojawiającej siĊ nagle na torze jazdy. Na rysunku 7.15 przedstawiono charakterystykĊ czasową przyspieszenia poprzecznego dla róĪnych wariantów masy caákowitej: wynik 46 – 26000 kg, wynik 47 – 28000 kg, wynik 48 – 31000 kg, bez zmiany pozostaáych parametrów pojazdu. Uzyska- ne wartoĞci przyĞpieszenia poprzecznego, dla poszczególnych wariantów, pozwalają stwierdziü, Īe najbezpieczniejsze wykonanie manewru (moĪliwoĞü osiągniĊcia najwiĊk- szego przyspieszenia poprzecznego = 5,55 m/s2) jest moĪliwe dla wariantu 48 (rys. 7.15). Oznacza to, Īe wiĊkszy moment bezwáadnoĞci bryáy powoduje utrudnione odrywanie kóá jezdnych po stronie wewnĊtrznej.

Rys. 7.15. Charakterystyka czasowa przyspieszenia poprzecznego dla róĪnych wariantów masy caákowitej: wynik 46 – 26000 kg, wynik 47 – 28000 kg, wynik 48 – 31000 kg

Na rysunku 7.16 zostaáa przedstawiona charakterystyka czasowa przyspieszenia poprzecznego dla róĪnych wariantów poáoĪenia wzdáuĪnego Ğrodka masy pojazdu od osi przedniej: wynik 49 – 2,03 m, wynik 50 – 2,13 m, wynik 51 – 2,33 m, wynik 52 – 2,43 m. NajwiĊkszą wartoĞü przyspieszenia poprzecznego osiągniĊto dla „tylnego” poáoĪenia Ğrodka masy w stosunku do osi pierwszej (warianty 51 oraz 52), co związane jest z przejĞciem do podsterownej charakterystyki kierowalnoĞci wraz ze zmianą wzdáuĪnego poáoĪenia Ğrodka masy. NajwiĊksza osiągniĊta wartoĞü przyspieszania poprzecznego wyniosáa 5,25 m/s2, natomiast najmniejsza 4,76 m/s2. 129

Rys. 7.16. Charakterystyka czasowa przyspieszenia poprzecznego dla róĪnych wariantów poáo- Īenia wzdáuĪnego Ğrodka masy pojazdu od osi przedniej: wynik 49 – 2,03 m, wynik 50 – 2,13 m, wynik 51 – 2,33 m, wynik 52 – 2,43 m

Na rysunku 7.17 zostaáa przedstawiono charakterystykĊ czasową przyspieszenia poprzecznego dla róĪnych wariantów poáoĪenia wysokoĞci Ğrodka masy pojazdu od podáoĪa: wynik 53 – 0,96 m, wynik 54 – 1,16 m, wynik 55 – 1,76 m, wynik 56 – 1,96 m. Otrzymane wyniki są zgodne z oczekiwaniami, to znaczy, Īe im wyĪej poáoĪony Ğrodek masy, tym wiĊksza skáonnoĞü pojazdu do przewrócenia na bok. Interesująca ze wzglĊdu na konstruowanie nowych wersji specjalnych jest informacja, Īe przy wysoko- Ğciach na poziomie 2 m, czyli czĊsto spotykanych dla pojazdów tej grupy wyposaĪo- nych w ciĊĪkiej systemy wieĪowe (np. kalibru powyĪej 100 mm), oderwanie kóá jezdnych zachodzi dosyü szybko przy wartoĞciach przyspieszenia poprzecznego znacznie poniĪej 4 m/s2 (warianty 55 i 56, odpowiednio 3,97 m/s2 i 3,34 m/s2), czyli wartoĞci przyjmowanej na ogóá za bezpieczną.

Rys. 7.17. Charakterystyka czasowa przyspieszenia poprzecznego dla róĪnych wariantów poáo- Īenia wysokoĞci Ğrodka masy pojazdu od podáoĪa: wynik 53 – 0,96 m, wynik 54 – 1,16 m, wynik 55 – 1,76 m, wynik 56 – 1,96 m 130

Na rysunku 7.18 przedstawiono charakterystyki czasowe, które obrazują z jaką maksymalną prĊdkoĞcią byáo moĪliwe wykonanie manewru ominiĊcia przeszkody dla poszczególnych wariantów. Jak wynika z obliczeĔ najwyĪsza prĊdkoĞü, przy której nie nastąpiáo oderwania Īadnego z kóá, a zarazem umoĪliwiająca ominiĊcie przeszkody wynosiáa 96 km/h i zachodziáa w przypadku wariantów 53 oraz 54, czyli dla pojazdu z najniĪej poáoĪonym Ğrodkiem masy przy zachowaniu nominalnej masy caákowitej wynoszącej 26000 kg. NajniĪsza bezpieczna prĊdkoĞü wystąpiáa dla wariantu 56, kiedy to Ğrodek masy poáoĪony byá najwyĪej, a masa caákowita zostaáa zachowana jak dla pojazdu nominalnego.

Rys. 7.18. Charakterystyka czasowa prĊdkoĞci, obrazująca z jaką maksymalną prĊdkoĞcią byáo moĪliwe wykonanie manewru ominiĊcia przeszkody dla poszczególnych wariantów, numery wariantów zostaáy zapisane od najwiĊkszej osiąganej prĊdkoĞci do najmniej- szej od góry do doáu

Wybrane do prezentacji wyniki jednego z testów – wymuszenie skokowe- symulu- jącego manewr ominiĊcie przeszkody na torze jazdy, pozwoliáy okreĞliü bezpieczna prĊdkoĞü dla tego manewru w zaleĪnoĞci od masy pojazdu oraz poáoĪenia Ğrodka masy. Wyniki badaĔ uzyskane za pomocą zbudowanego modelu mogą przyczyniü siĊ do poprawy bezpieczeĔstwa pojazdów opancerzonych wyposaĪonych w zawieszenie hydropneumatyczne.

7.4.3. Ocena wpáywu poáoĪenia Ğrodka masy oraz parametrów inercyjnych w ruchu prostoliniowym W celu okreĞlenia bezpieczeĔstwa ruchu czteroosiowego Ğredniego pojazdu opancerzonego z zawieszeniem hydropneumatycznym przeprowadzono takĪe badania w ruchu prostoliniowym. Ich wyniki bĊdą pomocne w ocenie wáaĞciwoĞci jezdnych 131 pojazdu. Jednym z testów, wg którego prowadzono badania byáo hamowanie awaryjne na wprost. Badania prowadzono na róĪnorodnej nawierzchni, co opisano wspóáczynni- kiem przyczepnoĞci spoczynkowej przy wáączonym lub wyáączonym ukáadzie ABS oraz przy czĊĞciowo niesprawnym ukáadzie hamulcowym. Wybrane warianty danych zestawiono w tabeli 7.3.

Tabela 7.3. Wybrane warianty pracy ukáadu hamulcowego

DMC a hS Wáączony Sprawny Vp uP nazwa mi0 J J J W1 [kg] [m] [m] x y z ABS UN [km/h] [dcm] pliku 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 26000 2,23 1,46 0,90 16049 63414 67010 1 1 80 0,7 2 wynik28 26000 2,23 1,46 0,90 16049 63414 67010 0 1 80 0,7 2 wynik29 26000 2,23 1,46 0,90 16049 63414 67010 0 0 80 0,7 2 wynik30 26000 2,23 1,46 0,50 16049 63414 67010 1 1 80 0,7 2 wynik31 26000 2,23 1,46 0,50 16049 63414 67010 0 1 80 0,7 2 wynik32 26000 2,23 1,46 0,50 16049 63414 67010 0 0 80 0,7 2 wynik33 26000 2,23 1,46 0,20 16049 63414 67010 1 1 80 0,7 2 wynik34 26000 2,23 1,46 0,20 16049 63414 67010 0 1 80 0,7 2 wynik35 26000 2,23 1,46 0,20 16049 63414 67010 0 0 80 0,7 2 wynik36 26000 2,23 1,46 0,90 16049 63414 67010 1 1 80 0,7 40 wynik37 26000 2,23 1,46 0,90 16049 63414 67010 0 1 80 0,7 40 wynik38 26000 2,23 1,46 0,90 16049 63414 67010 0 0 80 0,7 40 wynik39 26000 2,23 1,46 0,50 16049 63414 67010 1 1 80 0,7 40 wynik40 26000 2,23 1,46 0,50 16049 63414 67010 0 1 80 0,7 40 wynik41 26000 2,23 1,46 0,50 16049 63414 67010 0 0 80 0,7 40 wynik42 26000 2,23 1,46 0,20 16049 63414 67010 1 1 80 0,7 40 wynik43 26000 2,23 1,46 0,20 16049 63414 67010 0 1 80 0,7 40 wynik44 26000 2,23 1,46 0,40 16049 63414 67010 0 0 80 0,7 40 wynik45

PoniĪej przedstawiono przykáadowe wyniki w postaci wykresów dla dwóch wa- riantów róĪniących siĊ od siebie dziaáaniem ukáadu ABS (wáączony/wyáączony) (rys. 7.20÷7.28). Wynik badaĔ wg testu hamowania awaryjnego na wprost pozwalają na analizĊ zachowania pojazdu znacznie bardziej szczegóáową niĪ w przypadku badaĔ eksperymentalnych, co Ğwiadczy o przydatnoĞci modelu do tego typu zastosowaĔ.

x [m]60

0 012345 t [s]

Rys. 7.19. Tor ruchu pojazdu, dane wg wariantu nr 28 132

Rys. 7.20. Przebieg wartoĞci przyspieszenia wzdáuĪnego ax, przyspieszenia bocznego ay, oraz kąt skrĊtu kóá kierowanych, dane wg wariantu nr 28

Zk1,2,3,4 160 [daN] 140

120

100

0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 t [s]

Rys. 7.21. Przebieg wartoĞci pionowej siáy nacisku kóá pojazdu na drogĊ, dane wg wariantu nr 28

V1,2,3,4 [km/h] 80

0 0.01.02.03.04.05.0 t [s]

Rys. 7.22. Przebieg wartoĞci prĊdkoĞci wzdáuĪnej pojazdu i prĊdkoĞci obwodowej jego kóá, dane wg wariantu nr 28 133

Mh1,2,3,4 30 [kNm] 25

0 0.01.02.03.04.05.0 t [s] Rys. 7.23. Przebieg wartoĞci momentu hamującego koáa pojazdu, dane wg wariantu nr 28

x [m]50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 011223344 t [s] Rys. 7.24. Tor ruchu pojazdu, dane wg wariantu nr 29

Rys. 7. 25. Przebieg wartoĞci przyspieszenia wzdáuĪnego ax, przyspieszenia bocznego ay, oraz kąt skrĊtu kóá kierowanych, dane wg wariantu nr 29 134

Zk1,2,3,4 160 [daN] 140

120

100

0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 t [s] Rys. 7. 26. Przebieg wartoĞci pionowej siáy nacisku kóá pojazdu na drogĊ, dane wg wariantu nr 29

V1,2,3,4 [km/h] 80

0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 t [s] Rys. 7.27. Przebieg wartoĞci prĊdkoĞci wzdáuĪnej pojazdu i prĊdkoĞci obwodowej jego kóá, dane wg wariantu nr 29

Mh1,2,3,4 45 [kNm] 40

0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 t [s] Rys. 7.28. Przebieg wartoĞci momentu hamującego koáa pojazdu, dane wg wariantu nr 29 135

7.5. Podsumowanie rozdziaáu

W badaniach czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych, ze wzglĊdu na czĊste wykonywanie wersji specjalnych, istnieje potrzeba weryfikowania oraz niekiedy poprawy bezpieczeĔstwa ruchu. w wojskowych pojazdach koáowych moĪna wykorzy- staü nowoczesne ukáady hydropneumatyczne. Wykonano badania eksperymentalne, których duĪą zaletą jest empirycznoĞü, jednak zasadniczą wadą brak moĪliwoĞci oceny wpáywu wielu wariantów parametrów pojazdu. Takie moĪliwoĞci poznawcze uzyskano za pomocą zbudowanego modelu wyposaĪonego w ukáady: ABS, EBS oraz zawieszenie hydropneumatyczne. Rezultaty badaĔ symulacyjnych pozwalają na ocenĊ róĪnorodnych wariantów parametrów adekwatnych zarówno dla wprowadzonego wyposaĪenia, jak i jego rozmieszczania w pojeĨdzie oraz róĪnorodnych warunków drogowych (rodzaju nawierzchni) i sprawnoĞci ukáadu ABS oraz ukáadu hamulcowego. Uzyskiwane przebiegi pozwalają w sposób bardziej dokáadny analizowaü proces hamowania w tym wpáyw na skutecznoĞü ukáadu, takich czynników, jak: zastosowanie hydropneumatycznego zawieszenia, sprawnoĞü ukáadu hamulcowego, zastosowanie EBS lub ABS, czy rodzaj nawierzchni, niĪ podczas badaĔ eksperymentalnych. Zbudowany model symulacyjny posiada strukturĊ moduáową, umoĪliwiając dowolne jego konfigurowanie w za- leĪnoĞci od celu i zakresu przeprowadzanych badaĔ. 136

8. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOēCOWE

W pracy przedstawiono opracowaną przez autora metodykĊ okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáowych. W procesie pozyskiwania nowych pojazdów dla siá zbrojnych, istotne znaczenie ma czas, dlatego zmian konstrukcyjnych dokonuje siĊ na wdroĪonych wczeĞniej podwoziach. Prowadzenie badaĔ z wykorzystaniem opracowanej metodyki pozwala unikaü moĪliwych do pojawiania siĊ zagroĪeĔ w ruchu. Pozwala ona wiĊc wydajnie wspomagaü aktualny procesu pozyskiwania pojazdów koáowych do siá zbrojnych. W dalszej czĊĞci pracy weryfikowano, przyjĊte w metodyce, postĊpowanie badawcze oparte na niezbĊdnych badaniach eksperymentalnych i symulacyjnych przeprowadzonych za pomocą zweryfikowanych modeli. W tym celu wykorzystywano zbudowane modele symulacyjne o róĪnym stopniu záoĪonoĞci, opracowane przy wykorzystaniu wáasnego oprogramowania oraz programów MBS. Warunkiem koniecznym do postĊpowania zgodnie z przedmiotową metodyką jest dostĊp do wczeĞniej zweryfikowanych eksperymentalnie modeli symulacyjnych, dlatego teĪ przedstawiane modele zostaáy zweryfikowane eksperymentalnie. OkreĞloną me- todykĊ postĊpowania przeprowadzono dla róĪnych obiektów: dwuosiowych lekkich pojazdów opancerzonych (rozdz. 5) oraz czteroosiowych Ğrednich pojazdów opancerzonych (rozdz. 6). Ze wzglĊdu na obserwowane tendencje rozwojowe w konstrukcji zawieszeĔ wojskowych pojazdów koáowych, zwáaszcza opancerzonych, okreĞlone postĊpowanie badawcze przeprowadzono takĪe dla opracowanego modelu zawieszenia hydropneumatycznego (rozdz. 7). Przedstawione w rozdziaáach 5 i 6 badania eksperymentalne oraz symulacyjne wykazaáy moĪliwoĞü prowadzenia, w przypadku zróĪnicowanych pojazdów opancerzonych, oceny wpáywu zmian konstrukcyjnych, zgodnie z metodyką prezentowaną w rozdziale 4. Mankamentem w trakcie realizacji badaĔ eksperymentalnych realizowanych w ograniczonych ramach czasowych jest nieduĪa liczba analizowanych parame- trów pojazdu, uzaleĪniona od posiadanej aparatury oraz moĪliwoĞci ingerencji w kon- strukcjĊ pojazdu przy jej instalowaniu. Ograniczeniem są kwestie organizacyjne oraz związane z bezpieczeĔstwem. Wspomniane mankamenty nie wystĊpują w badaniach symulacyjnych, które umoĪliwiáy szeroką ocenĊ wpáywu róĪnych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo badanego pojazdu wojskowego.

8.1. Rezultaty pracy – poznawcze: 1. Przedstawienie odmiennych modeli symulacyjnych opancerzonych pojazdów koáowych. 2. Opracowanie modelu zawieszenia hydropneumatycznego. 3. Na potrzeby etapu zebrania danych do modelu uzyskano wyniki badaĔ do opisu parametrów koáa ogumionego z wkáadką run flat, nie wystĊpujące dotychczas w literaturze. 137

– uĪytkowe: 1. Opracowanie klasyfikacji pojazdów koáowych przydatnej w wojsku. 2. Rezultaty analizy przyczyn zagroĪeĔ bezpieczeĔstwa ruchu wojskowych pojaz- dów koáowych. 3. Rezultaty analizy moĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa ruchu wojskowych po- jazdów koáowych. 4. Rezultaty badaĔ eksperymentalnych opancerzonych pojazdów koáowych w zakresie wpáywu na bezpieczeĔstwo ruchu wybranych zmian konstrukcyjnych. 5. Rezultaty badaĔ symulacyjnych opancerzonych pojazdów koáowych w zakresie wpáywu na bezpieczeĔstwo ruchu wybranych zmian konstrukcyjnych. 6. Rezultaty badaĔ symulacyjnych pojazdu z zawieszeniem hydropneumatycznym. 7. Rezultaty badaĔ eksperymentalnych w aspekcie bezpieczeĔstwa ruchu pojazdów czáonowych.

8.2. Przesáanki do dalszych badaĔ

Planuje siĊ kontynuowanie prac gáównie w zakresie rozbudowy pakietu zweryfikowanych modeli symulacyjnych pojazdów wojskowych. Dalsze prace badawcze proponuje siĊ prowadziü w nastĊpujących dziedzinach: – budowy modeli symulacyjnych do badaĔ wojskowych pojazdów czáonowych, co czĊĞciowo uzasadniają badania eksperymentalne wykonane przez autora i prezentowane w zaáączniku, – budowa modeli symulacyjnych do badaĔ wojskowych pojazdów gąsienicowych, – budowa modeli symulacyjnych umoĪliwiających ocenĊ parametrów páywalnoĞci, –uwzglĊdnienie w badaniach czáonka zaáogi w aspekcie ergonomii i organizacji wnĊ- trza.

8.3. Wnioski koĔcowe

1. OsiągniĊto cel pracy: opracowano metodykĊ okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáowych. Meto- dykĊ zweryfikowano w postĊpowaniu badawczym obejmującym: badania eksperymentalne, symulacyjne, odmienne modele i obiekty badaĔ. 2. Gáówną przyczyną wypadków drogowych pojazdów wojskowych jest wywrócenie siĊ pojazdu na bok, związane z wprowadzanymi na potrzeby zadaĔ militarnych zmianami konstrukcyjnymi. 3. Opracowana metodyka badawcza pozwala na ocenĊ wpáywu róĪnorodnych zmian konstrukcyjnych w sposób bardziej wydajny niĪ wyáącznie przy realizacji badaĔ eksperymentalnych. 4. Opracowane modele symulacyjne posiadają moĪliwoĞü szczegóáowej oceny wpáywu na bezpieczeĔstwo ruchu szerokiego zakresu zmian konstrukcyjnych, dokonywanych w gáównych ukáadach pojazdów, o czym Ğwiadczą uzyskiwane wyniki badaĔ. 5. Kluczowa ze wzglĊdu na bezpieczeĔstwo ruchu jest kwestia poáoĪenia wysokoĞci Ğrodka masy pojazdu, na co najwiĊkszy wpáyw ma konstrukcja opancerzonych ka- dáubów i dodatkowego osprzĊtu mocowanego na zewnątrz. 138

6. DuĪy wpáyw na dokáadnoĞü opracowanych modeli ma przyjĊty model koáa ogumionego, w przypadku pojazdów wojskowych niezbĊdne jest uwzglĊdnienie powszechnie stosowanych wkáadek run flat. 7. Podobną przydatnoĞü dla opracowanej metodyki wykazują modele, w których rów- nania ruchu wyprowadzono w sposób tradycyjny, modele, przeksztaácanie odbywa siĊ w sposób symboliczny, a takĪe modele wykorzystujące formalizmy ukáadów wielomasowych (MBS) generujące kod. 139

9. ZAàĄCZNIK BADANIA WOJSKOWYCH POJAZDÓW CZàONOWYCH

Z1. Pojazdy czáonowe w wojsku

W wiĊkszoĞci nowoczesnych armii przewóz czoágów, gąsienicowych bojowych wozów piechoty (bwp), samobieĪnych armatohaubic na podwoziach gąsienicowych i innego ciĊĪkiego sprzĊtu odbywa siĊ za pomocą koáowych zestawów transportowych. Skáadają siĊ one: rzadziej – z ciągnika balastowego i przyczepy, bądĨ (najczĊĞciej) z naczepy i ciągnika siodáowo-balastowego, przewaĪnie o ukáadzie napĊdowym 6x6, choü zdarzają siĊ i konstrukcje 8x8 czy 6x4. Obecnie na wyposaĪeniu WP znajduje siĊ kilkadziesiąt zestawów ciągnik-naczepa [ 3]. Zestawy niskopodwoziowe wykonują rocznie okoáo 400 kursów. ĝrednie dáugoĞci tras wynoszą 200-400 km, z czego okoáo 20-30% stanowią przebiegi na pusto. Praktyka eksploatacyjna wykazuje, Īe zestawy uĪywane są do przewozu: czoágów, bwp, samo- chodów oraz innych elementów uzbrojenia wojskowego [3]. Pomimo bardzo dobrych wáasnoĞci trakcyjnych nowoczesnych zestawów, káopotliwą procedurą jest ich uĪycie ze wzglĊdu na ponadgabarytowe wymiary (wymagane zezwolenia). W Ğwietle obowiązu- jącego prawa są to pojazdy nienormatywne [126]. Pojazdy czáonowe, do których są zaliczane zestawy ciągnik-naczepa, w siáach zbrojnych sáuĪą do przewozu tzw. techniki bojowej. Problemy związane z transportem sprzĊtu wojskowego zostaáy przedstawione m.in. w pracach [3, 161]. Wynikają one przede wszystkim ze znacznych wymiarów liniowych oraz duĪych mas, jakimi charak- teryzują siĊ zestawy ciągnik-naczepa. Inne, dodatkowe problemy mające wpáyw na bezpieczeĔstwo ruchu związane są z rodzajem áadunku i sposobem jego mocowania [ 118]. W przypadku wojskowych pojazdów czáonowych realizowane są transporty pojaz- dów gąsienicowych lub koáowych, czyli áadunku doĞü specyficznego, trudnego w mocowania do platform i naczep. Caáa grupa opisywanych pojazdów powinna mieü jak najniĪej poáoĪoną podáogĊáadunkową, bowiem w przeciwnym przypadku áączna wyso- koĞü pojazdu i przewoĪonego áadunku bĊdzie kolidowaü z infrastrukturą drogową (tune- le, wiadukty, trakcja elektryczna nad jezdnią itp.), a wysoko poáoĪony Ğrodek masy niekorzystnie wpáywa na statecznoĞü ruchu [ 118]. Rodzaje i przyczyny wypadków oraz moĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa ruchu zostaáy okreĞlone w rozdziale 3. Z przedstawionych badaĔ wynika, Īe prace prowadzone z tymi obiektami mają charakter niepowtarzalny ze wzglĊdu na rodzaj pojazdów, jak i róĪnorodnoĞü áadunków. Gáównym problemem jest zapewnienie bezpieczeĔstwa, warunkowanego zachowaniem statecznoĞü wzdáuĪnej i przede wszystkim poprzecznej, dotyczy to takĪe áadunku na platformie áadunkowej. Tego typu zagadnienia byáy rozwiązywane podczas badaĔ eksperymentalnych prowadzonych przez autora wraz z zespoáem [148, 158]. 140

Z2. Badania dynamiki w ruchu prostoliniowym Badania polegaáy na okreĞleniu intensywnoĞci opóĨnienia, obserwacji zachowania prostoliniowego kierunku jazdy oraz stabilnoĞci áadunku. Istotnym elementem podwozia jest ukáad hamulcowy. Podstawowe krajowe akty normatywne, które ww. pojazdy muszą speániaü zostaáy okreĞlone w [ 3, 161, 169]. W ujĊciu miĊdzynarodowym kwestie techniczne dotyczące wymagaĔ stawianych ukáadom hamulcowym i ich elementom regulują jednolite przepisy dotyczące homologacji pojazdów ustanowione przez Euro- pejską KomisjĊ Gospodarczą Organizacji Narodów Zjednoczonych [ 121].

Obiekt badaĔ Badania prowadzono dla rodziny naczep [158] sprzĊĪonych z ciągnikiem siodáowym Iveco Trakker MP720, przeznaczonym do zastosowaĔ militarnych. Naczepa NS500Z (rys. 9.1) jest pojazdem dostosowanym do transportu 155 mm armatohaubicy Krab, PZA Loara oraz opancerzonych pojazdów gąsienicowych i transporterów koáowych o masie nie prze- kraczających jej áadownoĞci, tj. 52 500 kg. Naczepa NR600W (rys. 9.2) przeznaczona jest do transportu gąsienicowych pojazdów koáowych, maszyn budowlanych, kontenerów oraz wszelkiego rodzaju konstrukcji i áadunków o masie nie przekraczającej áadownoĞci 60 000 kg. Naczepa NS700W (rys. 9.3) przeznaczona jest do transportu gąsienicowych pojazdów koáowych, maszyn budowlanych, kontenerów oraz wszelkiego rodzaju konstrukcji i áa- dunków o masie nie przekraczającej áadownoĞci 70 000 kg. Ukáad hamulcowy wymienionych naczep stanowi instalacja dwuprzewodowa nad- ciĞnieniowa o ciĞnieniu roboczym 0,62-0,72 MPa, dostosowana do ciągnika wyposaĪo- nego w instalacjĊ pneumatyczną dwuprzewodową. Zasadniczym elementem w ukáadzie hamulcowym jest umieszczony w Ğrodkowej czĊĞci platformy áadunkowej automatyczny regulator siáy hamowania. Dostosowuje on siáy hamowania do stanu zaáadowania naczepy poprzez regulowanie ciĞnienia doprowadzanego do siáowników hamulcowych. Siáowniki membranowo-sprĊĪynowe, oprócz podstawowej funkcji hamowania naczepy podczas jazdy, speániają dodatkową rolĊ hamulca postojowego po odpowietrzeniu ko- mory sprĊĪynowej siáownika. KaĪda z badanych naczep byáa wyposaĪona w ukáad ABS, którego dziaáaniem miaáo byü zapobieganie blokowania kóá naczepy, zwáaszcza na Ğliskiej nawierzchni, przy zachowaniu peánej siáy hamowania oraz przyczepnoĞci kóá. Ze wzglĊdu na swoją specyfikĊ oraz konstrukcjĊ zostaáy one zakwalifikowane do kategorii pojazdów O (przyczepy z wáączeniem naczep) do grupy O4 [ 121].

Rys. 9.1. Ciągnik siodáowy Iveco Trakker MP720 z naczepą niskopodwoziową NS500Z 141

Rys. 9.2. Ciągnik siodáowy Iveco Trakker MP720 z naczepą niskopodwoziową NR600W

Rys. 9.3. Ciągnik siodáowy Iveco Trakker MP720 z naczepą niskopodwoziową NS700W

MetodykĊ badaĔ oraz zastosowany tor pomiarowo-rejestrujący przedstawiono szczegóáowo w pracy [85]. Zastosowanie w badaniach rejestratora RT 3002 umoĪliwiáa rejestracjĊ dodatkowo kąta odchylenia y oraz kąt przechyáu wzdáuĪnegoq ciągnika. Przeprowadzono wielokrotnie nastĊpujące próby: - nr 1 – hamowanie zestawu niskopodwoziowego NS 700W z áadunkiem czoág T-72 (hamowanie hamulcem roboczym), - nr 2 – hamowanie zestawu niskopodwoziowego NS 700W z áadunkiem czoág T-72 (hamowanie hamulcem awaryjnym), - nr 3 – hamowanie zestawu niskopodwoziowego NS 500Z z áadunkiem KTO Roso- mak (hamowanie hamulcem roboczym na suchej nawierzchni asfaltowej), - nr 4 – hamowanie zestawu niskopodwoziowego NS 500Z z áadunkiem KTO Roso- mak (hamowanie hamulcem roboczym na ubitym Ğniegu), - nr 5 – hamowanie zestawu niskopodwoziowego NR 600W z áadunkiem czoág T-72 (hamowanie hamulcem roboczy), - nr 6 – hamowanie zestawu niskopodwoziowego NR 600W z áadunkiem czoág T-72 (hamowanie hamulcem awaryjny). Na rysunkach 9.4 i 9.5 przedstawiono zestaw z naczepą NS700W podczas testów. 142

Rys. 9.4. Zestaw hamujący, zastosowanie ukáadu ABS nie wykluczyáo moĪliwoĞci zablokowania kóá ostatniej osi

Rys. 9. 5 Zestaw niskopodwoziowy NS700W podczas hamowania, widoczne Ğlady ogumienia na nawierzchni

Na rysunkach 9.6÷9.9 przedstawiono przebiegi czasowe prĊdkoĞci oraz opóĨnienia dla poszczególnych prób 1-4. Natomiast w tabeli 9.1 umieszczono rezultaty badaĔ dla prób 5-6: dáugoĞü drogi hamowania, wartoĞü Ğredniego w peáni rozwiniĊtego opóĨnienia oraz wskaĨnik skutecznoĞci hamowania. 143

Hamulec roboczy NS 700W (suchy asfalt)

18 1 PrĊdkoĞü Vo

OpóĨnienie dm 16 0

14 -1 ] 12 2 -2 [m/s m 10

[m/s] -3 o

V 8 Ğü -4 dko Ċ 6 Pr nienie hamowania d hamowania nienie -5 Ĩ 4 Opó

-6 2

0 -7 00,511,522,533,5

-2 -8 Czas [s]

Rys. 9.6. Przebieg czasowy prĊdkoĞci [m/s] oraz opóĨnienia [m/s2] zestawu niskopodwoziowego NS 700W – próba nr 1

Hamulec awaryjny NS 700W (suchy asfalt)

18 1 PrĊdkoĞü Vo

OpóĨnienie dm 16 0

14 -1

12 -2 [m/s2] m 10 -3 [m/s] o

V 8 Ğü -4 dko Ċ 6 Pr nienie hamowania d hamowania nienie -5 Ĩ 4 Opó

-6 2

0 -7 567891011

-2 -8 Czas [s] Rys. 9.7. Przebieg czasowy prĊdkoĞci [m/s] oraz opóĨnienia [m/s2] zestawu niskopodwoziowego NS 700W – próba nr 2 144

Hamulec roboczy NS 500Z (suchy asfalt)

18 1 PrĊdkoĞü Vo

OpóĨnienie hamowania dm 16 0

14 -1 ] 12 2 -2 [m/s m 10

[m/s] -3 o

V 8 Ğü -4 dko Ċ 6 Pr nienie hamowania d hamowania nienie -5 Ĩ 4 Opó

-6 2

0 -7 00,511,522,533,5

-2 -8 Czas [s]

Rys. 9.8. Przebieg czasowy prĊdkoĞci [m/s] oraz opóĨnienia [m/s2] zestawu niskopodwoziowego NS 500Z – próba nr 3

Hamulec roboczy NS 500Z (Ğnieg)

18 1 PrĊdkoĞü Vo

OpóĨnienie hamowania dm 16 0

14 -1 ] 12 2 -2 [m/s m 10

[m/s] -3 o

V 8 Ğü -4 dko Ċ 6 Pr nienie hamowania d hamowania nienie -5 Ĩ 4 Opó

-6 2

0 -7 012345

-2 -8 Czas [s] Rys. 9.9. Przebieg czasowy prĊdkoĞci [m/s] oraz opóĨnienia [m/s2] zestawu niskopodwoziowego NS 500Z – próba nr 4 145

Tabela 9.1. Zestawienie wyników pomiarów Początkowa Wynik pomiaru ĝrednie w peáni WskaĨnik prĊdkoĞü drogi hamowania rozwiniĊte skutecznoĞci Nr Próba hamowania z niepewnoĞcią opóĨnienie hamowania próby Vo S dm z [km/h] [m] [m/s2] [%] NS 700W + T-72 1 60,00 ±0,05 31,97 0,02 6,21 0,01 62 (hamulec roboczy) ê ê NS 700W + T-72 2 60,88 ±0,05 92,19 0,02 3,74 0,01 37 (hamulec awaryjny) ê ê NS 500Z + KTO 3 (hamulec roboczy) 58,88 ±0,05 29,62 ê 0,02 5,81 ê 0,01 58 suchy asfalt NS 500Z + KTO 4 (hamulec roboczy) 59,78 ±0,05 49,32 ê 0,02 3,13 ê 0,01 31 Ğnieg NR 600W + T-72 5 60,40 ±0,05 33,00 0,02 6,04 0,01 60 (hamulec roboczy) ê ê NR 600W + T-72 6 60,55 ±0,05 83,76 0,02 3,20 0,01 32 (hamulec awaryjny) ê ê

Analizując wyniki badaĔ dla zestawu z naczepą NS700W moĪna zauwaĪyü, Īe wartoĞü Ğredniego w peáni rozwiniĊtego opóĨnienia osiągana przy uĪyciu hamulca awaryjnego (rys. 9.4) jest o okoáo 60% niĪsza w porównaniu z uĪyciem hamulca roboczego, natomiast droga hamowania wydáuĪa siĊ o okoáo 290%. W naczepie NR 600W wartoĞü Ğredniego w peáni rozwiniĊtego opóĨnienia osiąga- na przy uĪyciu hamulca awaryjnego naczepy jest o okoáo 53% niĪsza w porównaniu z uĪyciem hamulca roboczego, droga hamowania wydáuĪa siĊ o okoáo 250%. Porówna- nie wyników badaĔ dla obu tych naczep badanych z áadunkiem o identycznej masie (okoáo 45 000 kg) pozwala stwierdziü, Īe wiĊksza liczba osi przekáada siĊ na wiĊkszą intensywnoĞü hamowania wyraĪaną osiąganym opóĨnieniem. Uzyskane wartoĞci drogi hamowania zestawu niskopodwoziowego o masie 70 000 kg powinny uzmysáowiü innym uĪytkownikom dróg trudnoĞci zatrzymania takiego pojazdu na jezdni oĞnieĪonej. W przypadku uszkodzenia ukáadu hamulca roboczego kierują- cy pojazdem potrzebuje prawie trzykrotnie dáuĪszej drogi do zatrzymania zestawu.

Podsumowanie Wykonywanie prób dynamiki pojazdów czáonowych w ruchu prostoliniowym z áadunkami wymagającymi wykorzystania peánej áadownoĞci, chociaĪ trudne organi- zacyjnie i obarczone sporym ryzykiem, ma ogromne znaczenie dla przyszáej eksploatacji – pozwala na okreĞlenie poziomu bezpieczeĔstwa w ruchu prostoliniowym dla zestawu wraz z áadunkiem. W przypadku problemów ze speánieniem wymagaĔ, konieczna jest ingerencja w konstrukcjĊ pojazdów bądĨ wydanie decyzji o braku moĪliwoĞci wdroĪenia. NaleĪy nadmieniü, Īe zmierzone opóĨnienie hamowania jest nie mniejsze od wy- maganego, okreĞlonego na podstawie wskaĨnika skutecznoĞci hamowania, oraz nie nastąpiáa zmiana poáoĪenia osi kierunku poruszania siĊ pojazdu podczas hamowania o wiĊcej niĪ 0,5 m wzglĊdem kierunku początkowego (przy niekorygowanym kierowni- cą kierunku jazdy). 146

W trakcie prowadzonych badaĔ eksperymentalnych otrzymano wyniki pozwalają- ce na ocenĊ ukáadu hamulcowego zestawów niskopodwoziowych stosowanych w siáach zbrojnych. Uzyskane wyniki pozwalają na oszacowanie drogi hamowania zestawów niskopodwoziowych w odniesieniu do warunków atmosferycznych panujących na dro- dze i tym samym wykazują przydatnoĞü prowadzenia tego typu prób. CzĊĞü z uzyskanego materiaáu badawczego moĪe zostaü wykorzystana w badaniach symulacyjnych np. weryfikacji zgodnoĞci modelu symulacyjnego. W badaniach naleĪy zwróciü uwagĊ takĪe na zastosowanie maksymalnych áadunków (pod wzglĊdem wymiarów oraz masy) z podatnym zawieszeniem w postaci innych pojazdów, które powodowaáy, Īe obiekty badaĔ stawaáy siĊ pojazdami nienormatywnymi. Ponadto badania prowadzono na na- wierzchniach o róĪnym wspóáczynniku przyczepnoĞci, co dotychczas nie byáo prezentowane w dostĊpnej literaturze.

Z3. Badania dynamiki w ruchu krzywoliniowym

Obiekt badaĔ Obiektem badaĔ eksperymentalnych byáa naczepa NS500Z [100] (rys. 9.10), sprzĊĪona z ciągnikiem Iveco Trakker MP720. Jako áadunek posáuĪyá opancerzony transporter koáowy o masie 26 000 kg, co powodowaáo, Īe badany obiekt byá pojazdem nienormatywnym.

Rys. 9.10. Ciągnik siodáowy Iveco Trakker MP720z naczepą niskopodwoziową NS500Z

W ramach badaĔ wykonywano wielokrotnie manewr podwójnej zmiany pasa ruchu. PróbĊ przeprowadzono opierając siĊ na torze pomiarowym zgodnym z AVTP 03- 160W. Zgodnie z procedurą, kryterium oceny byáa liczba strąconych pachoáków wyzna- czających odcinek toru badawczego. Do wykonania próby wytypowano trzech do- Ğwiadczonych kierowców. Badania prowadzono dla dwóch wariantów, z wykorzystaniem identycznego toru po- miarowego jak w badaniach opisanych w podrozdziale 6.2: - wariant 1 – ciągnik siodáowy wraz z naczepą obciąĪonąáadunkiem (pomiary realizowane w Ğrodku masy naczepy), - wariant 2 – ciągnik siodáowy wraz z naczepą bez áadunku (pomiar parametrów w kabinie kierowcy). Wyniki badaĔ przedstawiono w tabelach 9.2 i 9.3. 147

Tabela 9.2. PrĊdkoĞü, liczba strąconych pachoáków oraz uwagi podczas przejazdów zestawem niskopodwoziowym w czasie próby podwójnej zmiany pasa ruchu (wariant nr 1) PrĊdkoĞü Kierunek Nr strąconych pachoáków przejazdu przesuniĊcia KIEROWCA KIEROWCA KIEROWCA Uwagi [km /h] pasa nr 1 nr 2 nr 3 50 Prawy - - - Brak 50 Lewy - - - Brak 60 Prawy - - - Brak 60 Lewy - - - Brak 70 Prawy - 7,8,9 7,8a,4a Brak 70 Lewy 1 3 - Brak 75 Prawy 9 7,8,9,5a,6a - Brak 75 Lewy 1 Rezygnacja - Brak

Tabela 9.3. PrĊdkoĞü, liczba strąconych pachoáków oraz uwagi podczas przejazdów zestawem niskopodwoziowym w czasie próby podwójnej zmiany pasa ruchu (wariant nr 2) Nr strąconych PrĊdkoĞü Kierunek pachoáków przejazdu przesuniĊcia Uwagi KIEROWCA [km/h] pasa nr 1 50 Lewy 7a Brak 50 Prawy - Brak 60 Lewy - Brak 60 Prawy - Brak 70 Lewy - Brak 70 Prawy - Brak

Na rysunku 9.11 przedstawiono obiekt badaĔ w trakcie wykonywania manewru podwójnej zmiany pasa ruchu.

Rys. 9.11. Zestaw niskopodwoziowy podczas przejazdu próby pokonania toru badawczego 148

Podczas analizy danych (tab. 9.1 i 9.2) moĪna zauwaĪyü, Īe pierwsze potrącenia pachoáków zaczynaáy siĊ przy prĊdkoĞci 70 km/h. Trzeba jednak wyraĨnie podkreĞliü dwa istotne aspekty, charakterystyczne dla wykonywania próby podwójnej zmiany pasa ruchu zestawem niskopodwoziowym. Po pierwsze, tory badawcze wedáug normy ISO 3888 czy AVTP 03-160W ustalają staáą wartoĞü dodaną do szerokoĞci korytarza sekcji na 0,25 m. Jest to istotne dla samochodów osobowych, np. Smart (szerokoĞü 1,515 m), poniewaĪ stanowi to 16,5% szerokoĞci auta. W przypadku samochodów o duĪych gaba- rytach jest to marginalna wartoĞü (ok. 8% szerokoĞci pojazdu). Po drugie, podczas pokonywania toru badawczego przez zestaw niskopodwoziowy nie wszystkie pachoáki zostaáy strącone poprzez najechanie, uderzenie czy zahaczenie naczepą, lecz równieĪ przez podmuch powietrza wytworzony przejazdem tak duĪego obiektu. Ustalenie, czy wedáug przyjĊtych norm (kryteriów) badany obiekt speánia narzu- cone wymagania (formuáowane bardzo ogólnie) nastrĊcza zespoáom badawczym problemy. Dlatego podczas dokonywania badaĔ bardziej istotną rolĊ ma nadal subiektywna ocena kierowców prowadzących pojazd niĪ liczba strąconych pachoáków. Z tego powo- du badania prowadzone w ten sposób mogą okazywaü siĊ maáo transparentne dla nie- których uĪytkowników instytucjonalnych. EliminacjĊ moĪliwoĞci formuáowania, takich – skądinąd niesáusznych zarzutów – próbowano ograniczaü rejestrując m.in. prĊdkoĞü, przyspieszenie oraz kąt przechyáu, w kierunku poprzecznym w celu oceny statecznoĞci pojazdu. Przykáadowe wykresy przedstawiające przebieg prĊdkoĞci poprzecznej, przyspieszenia poprzecznego, kąta przechyáu poprzecznego dziaáającego na pojazd podczas próby przejazdu z prĊdkoĞcią początkową 50 km/h oraz 70 km/h przedstawiono na rysunkach 9.12÷9.15.

Wariant nr 1 – prĊdkoĞü początkowa 50 km/h

Rys. 9.12. Przebieg prĊdkoĞci poprzecznej, przyspieszenia poprzecznego, kąta przechyáu poprzecznego podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu 149

Wariant nr 2 – prĊdkoĞü początkowa 50 km/h

Rys. 9.13. Przebieg zarejestrowanej prĊdkoĞci poprzecznej, przyspieszenia poprzecznego, kąta przechyáu poprzecznego podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu zestawem niskopodwoziowym

Wariant nr 1 – prĊdkoĞü początkowa - 70km/h

Rys. 9.14. Przebieg zarejestrowanej prĊdkoĞci poprzecznej, przyspieszenia poprzecznego, kąta przechyáu poprzecznego podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu zestawem niskopodwoziowym 150

Wariant nr 2 – prĊdkoĞü początkowa - 70 km/h

Rys. 9.15. Przebieg zarejestrowanej prĊdkoĞci poprzecznej, przyspieszenia poprzecznego, kąta przechyáu poprzecznego podczas manewru podwójnej zmiany pasa ruchu zestawem niskopodwoziowym

Z analizy wyników badaĔ wynika, Īe przyspieszenie poprzeczne ciągnika, nieza- leĪnie od prĊdkoĞci jazdy, jest wyĪsze od naczepy. Oznacza to, Īe kierowca bĊdzie odczuwaá wiĊksze wartoĞci przeciąĪenia w kierunku poprzecznym, co moĪe przyczy- niaü siĊ do obniĪenia prĊdkoĞci wykonywania manewru. ZauwaĪono ponadto, Īe kabina kierowcy ma mniejszy przechyá poprzeczny w stosunku do platformy áadunkowej, nie- zaleĪny od prĊdkoĞci pokonywania odcinka toru badawczego, wobec przechyáu naczepy zwiĊkszającego siĊ wraz ze wzrostem prĊdkoĞci. MoĪe to wynikaü z oddziaáywania stabilizującego naczepy na ciągnik poprzez sprzĊg. W rezultacie prowadzonych badaĔ eksperymentalnych uzyskano charakterystyki okreĞlające zachowanie pojazdu podczas podwójnej zmiany pasa ruchu. Pozwoliáy one okreĞliü statecznoĞü dynamiczną. 151

Literatura

1. Antal J., 2007. MRAP – Mine Resistant Ambush Protected Vehicle Programme. Military Technology 5, 42-50. 2. Anthony R., Gibbs J., 2008. Study of the Mine Resistant Ambush Protected (MRAP) Vehicle Program as a Model for Rapid Defense Acquisitions Seth. Na- val Postgraduate School Monterey. 3. Barnat W., SimiĔski P., 2006. Transport ciĊĪkiej techniki bojowej. MyĞl Woj- skowa 4, 233-245. 4. Bayar K., Unlusoy S., 2008. Steering strategies for multi-axle vehicle. Int. J. Heavy Vehicle Systems 15 (2-4), 208-237. 5. Bedner E., Fulk D., Hac A., 2007. Exploring the Trade-Off of Handling Stability and Responsiveness with Advanced Control Systems. SAE Papers 01-0812. 6. Blakeman T., 2008. The Issue of the Safety Korner Highlights Best Practices for Preventing/Mitigating Vehicle Rollovers. Raport The Safertt Korner. 7. Boada M.J.L., 2009. Active roll control using reinforcement learning for a single unit heavy vehicle. Int. J. Heavy Vehicle Systems 16(4), 412-430. 8. Boon P., Reybrouck K., Schel S., Vandersmissen B., Raemdonck S., 2009. In- tegration des Antiroll-System Kinetic: mit semiaktiver Dampfer. ATZ 9, 32-38. 9. Borkowski W., Konopka S., Prochowski L., 1996. Dynamika maszyn. WNT Warszawa. 10. Buckner G.D., Schuetze K.T., Beno J.H., 2001. Inteligent feedback linearization for active vehicle suspension control. J. Dynamics Systems Measurement and Control 123(4), 727-733. 11. BurdziĔski Z., Kruk Z., Szymaniak K., 1999. Koncepcja przyszáoĞciowej struktury parku samochodowego Wojska Polskiego. Zesz. Nauk. WITPiS 4(51), Sule- jówek. 12. Buslik M., 2008. MRAP-y przeciwko fugasom. Armia 7/8, 72. 13. Buslik M., 2008. MRAP-y przeciwko fugasom. Armia 11, 65. 14. Cannon R.H., 1973. Dynamika ukáadów fizycznych. WNT Warszawa. 15. Cao D., Rakheja S., 2007. Roll plane analysis of a hydro-pneumatic suspension with twin-gas-chamber struts. Int. J. Heavy Vehicle Systems 14(4), 355-375. 16. Cebon D., 1993. Interaction between heavy vehicles and Road. SAE 930001, SP-951, 81. 17. Chodkowski A.W., 1982. Badania modelowe pojazdów gąsienicowych i koáo- wych. WKà Warszawa. 18. Consumer Reports 08/2001. 19. Decyzja nr 101/MON z dnia 3 kwietnia 2009. 20. Deylami K., 2003. A Lessom from the Past for Safer Future Tactical Vehicles. Raport US TACOM 13871. 21. Du H., Hang N., Dong G., 2007. Robust Active Roll Controller Design for Vehi- cles Considering Speed and Actuator Delay. SAE Papers 01-0825. 22. Duym S., Steins R., Reybrouck K., 1997. Evaluation of Shock Absorber Models. Vehicle System Dynamics 27, 109-137. 23. Elbeheiry E., 1995. Advanced Ground Suspension Systems – A Classified Bibli- ography. Vehicle System Dynamics 24, 231-258. 152

24. Franklin A., Lavende J., Seaver D., 1991. New Vehicle Accident Study. Final Report. www.ajpm-online.net 25. French M.A., Lewis M.J., 2001. Demonstrating the Potential Use of Virtual Pro- totype Modelling Techniques for Future AFVs. Defense Technical Information Center Compilation Part Notice ADP014153, www.dtic.mil 26. Gardulski J., Konieczny à., 2006. Wpáyw obciąĪenia statycznego na táumienie kolumny hydropneumatycznej. Diagnostyka 4(40), 33-37. 27. Gardulski J., Warczek J., 2003. Diagnostics of shock absorber built in a vehicle based on vibration energy analysis. Machine Dynamics Problems 27(3), 69-78. 28. Gardulski J., Warczek J., 2009. Identification of damping characteristic example suspension of car the hydropneumatic construction. Diagnostyka 3(51), 41-44. 29. Gaspar P., Szadzi I., Bokor J., 2006. Rollover stability control in steer-by-wire vehicles based on a LPV method. Int. J. Heavy Vehicle Systems 13(1/2), 125- -143. 30. Gillespie T.D., Karmihas S.M., 1993. Characterising trucks for dynamic load prediction. Int. J. Vehicle Design 1(1), 3-19. 31. Goldman R., El-Gindy M., Kulakowski B., 2005. Development of a software- based rollover warning device, Int. J. Heavy Vehicle Systems 12(4), 282-306. 32. Goáaszewski A., SmoczyĔski M., SumiĔski K., Szosland K., 2006. Rozwój koncepcji urządzeĔ stabilizacji toru jazdy. Zesz. Nauk. Politechniki ĝwiĊtokrzyskiej Mechanika 84, 27-48. 33. Gunawan S., Papalambros P., Chan K.Y., Brudna M., Vand den Bergh G., 2007. Software Integration for Simulation-Based Analysis and Robust Design Automa- tion of HMMWV Rollover Behavior. Military Vehicles SAE International SP-2110, 43-55. 34. Gutowski R., 1971. Mechanika analityczna. PWN Warszawa. 35. Hoskins M., El-Gindy M., 2006. Virtual rollover tests. Int. J. Heavy Vehicle Sys- tems 13(1/2), 107-124. 36. Huh K., Lim S., Hong D., Han S., Han K., Jo H., Yun J., 2007. Vehicle Mass Es- timator for Adaptive Roll Stability Control. SAE Papers 01-0820. 37. Imine H., 2007. Rollover risk prediction of heavy vehicle in interaction with in- frastructure. Int. J. Heavy Vehicle Systems 14(3), 295-307. 38. Imine H., Dolcemascolo V., 2008. Sliding mode observers to heavy vehicle ver- tical forces estimation. Int. J. Heavy Vehicle Systems 15(1), 53-64. 39. ISO 4138: Road Vehicles – Steady State Circular Test Procedure. 40. ISO 7401: Road Vehicles – Lateral Transient Response Test Method. 41. ISO TR 3888: Road Vehicles – Test Procedure for a Severe Lane-Change Manoeuvre. 42. Kaáwa H., Siejda Z., 1996. Niektóre rezultaty badaĔ porównawczych koáowych transporterów opancerzonych. Informator WITPiS 45, 65-82. 43. Kamal M., Shim T., 2007. Development of Active Suspension Control for Com- bined Handling and Rollover Propensity Enhancement. SAE Papers 01-0826. 44. KamiĔski E., Pokorski J., 1983. Dynamika zawieszeĔ i ukáadów napĊdowych po- jazdów samochodowych. WKià Warszawa. 45. Kang X., Deng W., 2007. Vehicle – Trailer Handling Dynamics and Stability Control – an Engineering Review. SAE Papers 01-0822. 153

46. Kar S., Rakheja S., Achmed A.K.W., 2006. A normalized measure of relative roll instability for open-loop rollover warning. Int. J. Heavy Vehicle Systems 13(1-2), 74-97. 47. Khisbullah H., Hishamuddin J., Pakharuddin M.S., 2008. Disturbance rejection control of a light armoured vehicle using stability augmentation based active suspension systems. Int. J. of Heavy Vehicle Systems 15(2-4), 152-164. 48. Klier W., Kieren M., Schroeder W., 2007. Integrated Safety Concept and Design of a Vehicle Dynamics Management System. SAE Papers 01-0842. 49. Klyus O., 2004. OkreĞlenie iloĞciowego zuĪycia elementów maszyn. Mechanika 101(7-M), 325-330. 50. Koncepcja nowej struktury transportu samochodowego w SZ RP. Sztab Gene- ralny WP 28.12.1999 r., decyzja 49/MON z 6.01.2008r., Dz. U. MON z dnia 12.03. 2008 r., Nr 3. 51. Krishna R., 2007. Effect of multi-axle steering on off-tracking and dynamic lateral response of arcitulated tractor-trailer combinations. Int. J. Heavy Vehicle Systems 14(4), 376-401. 52. Kupidura P., 2009. Polskie Cougary. Armia 7/8, 27. 53. Lanzendorfer J., Szczepaniak C., 1980. Teoria ruchu samochodu. WKià War- szawa. 54. Liu P.J., Rakheja S., Achmed A.K.W., 1997. Detection of dynamic roll instability of heavy vehicles for open loop rollover control. SAE Papers, 97-3263. 55. Lozia Z., 1995. Obszar dopuszczalnych warunków ruchu samochodu ciĊĪarowe- go z nadwoziem furgonowym na torze krzywoliniowym. Zesz. Nauk. Politech- niki Warszawskiej, SiMR 3(15), 161-179. 56. Lozia Z., 1995. Ocena charakterystyk kierowalnoĞci i statecznoĞci samochodu ciĊĪarowego metodą symulacyjną. Zesz. Nauk. Politechniki Warszawskiej, SiMR 3(15),145-160. 57. Lozia Z., 1998. Analiza ruchu samochodu dwuosiowego na tle modelowania jego dynamiki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. 58. Lozia Z., 1998. Zestaw modeli dynamiki do badania ruchu samochodu. Mat. Konf. AUTPROGRESS’98, tom I, 23-32. 59. Lozia Z., 2008. Model symulacyjny dynamiki i ruchu pojazdu patrolowo- -interwencyjnego. Zesz. Nauk. Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 3, 17-24. 60. Lozia Z., 2008. Symulator jazdy samochodem. WKià Warszawa. 61. Lozia Z., SimiĔski P., 2006. Experimental verification of three-axle vehicle simulation model. J. Kones Powertrain and Transport 1(13), 119-126. 62. Lozia Z., SimiĔski P., 2006. Possibilities increasing of manoeuvrability of heavy commercial vehicle. Archives of Transport, 3, 57-66. 63. Lozia Z., SimiĔski P., 2008. Zastosowanie metody symulacyjnej w badaniach zwrotnoĞci pojazdu trzyosiowego. Zesz. Nauk. Politechniki ĝwiĊtokrzyskiej Mechanika 84, 241-248. 64. Lozia Z., SimiĔski P., Zdanowicz P., 2008. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego dynamiki i ruchu pojazdu patrolowo-interwencyjnego. Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie, Zeszyt 33/34, 207-214. 65. Lozia Z., SimiĔski P. Zdanowicz P., 2008. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego ruchu samochodu LTV Dzik. Zesz. Nauk. Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 3, 37-46. 154

66. Lozia Z., SimiĔski P., Zdanowicz P., 2008. Wpáyw poáoĪenia Ğrodka masy na zachowanie siĊ pojazdu LTV w ruchu krzywoliniowym. Mechanika 6-M(10), 65-83. 67. Lozia Z., Zdanowicz P., 2008. Wyniki symulacyjnej oceny wpáywu masy i poáo- Īenia Ğrodka masy samochodu LTV Dzik na jego wybrane wáasnoĞci w ruchu krzywoliniowe. Zesz. Nauk. Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 3, 47-66. 68. Lozia Z., Zdanowicz P., 2008. Wyniki symulacyjnej oceny wpáywu odpornoĞci na boczne znoszenie ogumienia i sztywnoĞci stabilizatorów przechyáu samochodu LTV Dzik na jego wybrane wáasnoĞci w ruchu krzywoliniowym. Zesz. Nauk. Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 3, 67-86. 69. Lu J., Salib A., Harmison D., 2007. An Enhancement an Electronic Stability Control System to Include a Rollover Control Function. SAE Papers 01-0809. 70. Luty W., SimiĔski P., 2007. An analysis of cornering stiffness of 14.0R20 tire with run flat insert. J. Kones Powertrain and Transport 15(3), 295-304. 71. Luty W., SimiĔski P., 2007. An analysis of run-flat tire radial flexibility. J. of Kones Powertrain and Transport 2(14), 283-240. 72. Luty W., SimiĔski P., 2008. Analiza i modelowanie wybranych wáaĞciwoĞci ogumienia samochodu opancerzonego z wkáadką typu „RUN FLAT”. Zesz. Na- uk. Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 3, 25-36. 73. Luty W., SimiĔski P., 2008. Analiza sprĊĪystoĞci promieniowej ogumienia 14.00R20 z wkáadką typu run flat. Mechanika 6-M(10), 131-138. 74. àaba K., Oráowski L., 2000. Nowa struktura Ğrodków transportu SZ RP. Raport 10. 75. àomako D., StaĔczyk T., Grzyb J., 2002. Pneumatyczne ukáady hamulcowe w pojazdach samochodowych. Politechnika ĝwiĊtokrzyska. 76. Maclaurin B., 1983. Progress in British Tracked Vehicle Suspension Systems. SAE Technical Paper Series Paper 830442. 77. Matyjewski M., 2009. Analiza i ocena technicznych sposobów zmniejszania skutków wypadków drogowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszaw- skiej. 78. Matyjewski M., 2010. Opracowanie metodyk badaĔ i oceny skutecznoĞci urządzeĔ bezpieczeĔstwa biernego w samochodach posiadających sztywną ramĊ przy wykorzystaniu symulacji komputerowej. Projekt badawczy nr NN509403436. 79. Materiaáy informacyjne producentów pojazdów opancerzonych (z archiwum autora). 80. Medsker G., Burnifeld J., Knapp D., Legree P., 1999. Two Studies of Military Vehicles Operator Selcetions and Safety. United States Army Research Institute for the Behavioral and Social Scientes. 81. Meldrum W., Hoogterp F., Kovnat A., 1999. Modelling and simulation of a dif- ferential torque sterring wheeled vehicle. TARDEC Technical Report nr 13777. 82. Miatluk M., KamiĔski Z., 2005. Ukáady hamulcowe pojazdów – obliczenia. Wyd. Politechniki Biaáostockiej. 83. Miller L.R, Nobles C.M., 1988. The Design and Development of a Semi-Active Suspension for a Military Tank. SAE Papers 88-1133. 84. Mitschke M., 1975. Low Speed Lateral Stability of Motor-Vehicles with Guide- way Control. Vehicle System Dynamics 4(1), 43-54. 155

85. Motrycz G., SimiĔski P., Stryjek P., 2010. Ocena skutecznoĞci ukáadów hamulcowych zestawów do przewozu ciĊĪkiej techniki wojskowej. Archiwum Motory- zacji 1, 99-110. 86. Nett D.M.. Safety Test Director us army test and evaluation command – mate- riaáy z prezentacji army test and evaluation command. Army Developmental and Operational Test Plan Review Process. 87. NiziĔski S., 2002. Eksploatacja obiektów technicznych. Wyd. ITE Warszawa- Sulejówek-Olsztyn-Radom. 88. NiziĔski S., Kupicz W., Mikoáajczyk P., Rychlik A., Szczyglak P., Wierzbicki S., 2011. Systemy diagnostyczne wojskowych pojazdów mechanicznych. Wyd. ITE Radom. 89. Norma Stanag 4569 90. Oraby W.A.H., 2007. Improvement of Vehicle Lateral Stability During Overtak- ing Process by Active Front Steering System. SAE Papers 01-0809. 91. Oráowski L., 1996 Transportery piechoty (elementy rodziny koáowych wozów opancerzonych) dla Wojska Polskiego. Informator WITPiS 45, 21-38. 92. Oráowski L., 2004. Analiza celowoĞci i moĪliwoĞci technicznych opracowania samochodu patrolowo-interwencyjnego na podwoziu terenowym dla grupy anty- terrorystycznej, Sulejówek, materiaá niepublikowany. 93. Oráowski L., 2006. Samochód patrolowo-interwencyjny Dzik. Dom Wydawni- czy Bellona, Warszawa. 94. Oráowski K.F., Bundorf R.T, Moffat E.A., 1985. Rollover crash tests: the influence of roof strength on injury mechanics. 29th Stapp Car Crash Conference SAE, 181-204. 95. Oráowski L., SimiĔski P., Zienowicz Z., 2008. Nowa generacja pojazdów o hybry- dowym, hydrostatycznym ukáadzie napĊdowym. Mechanika 6-M(10), 181-189. 96. Parczewski K., 2008. Analiza ruchu pojazdu pod kątem stosowania ukáadów stabilizacji toru jazdy. Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie. Zeszyt 33/34, 195-304. 97. Patterson M.R., Reidy J.J., Rudolph R.C., 1984. Guidance and Actuation Sys- tems for an Adaptive-Suspension Vehicle Battlle. Columbus, Ohio. 98. Pilbeam C., Sharp R., 1996. Performance Potential and Power Consumption of Slow-Active Suspension Systems with Preview. Vehicle System Dynamics 25, 169-183. 99. Praca zbiorowa, 1981. CITROEN, Les problemes de la suspension et la solution hydropneumatique. 100. Praca zbiorowa, 2001. Badania kwalifikacyjne taktycznego, wielozadaniowego, lekko opancerzonego samochodu osobowo-terenowego. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego, Sulejówek. 101. Praca zbiorowa, 2002. Badania koáowego transportera AMV PATRIA. Materiaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP, Sulejówek. 102. Praca zbiorowa, 2002. Badania koáowego transportera PANDUR II 8x8. Mate- riaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP, Sulejówek. 103. Praca zbiorowa, 2002. Badania koáowego transportera PIRANHA III H. Materia- áy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP, Sulejówek. 104. Praca zbiorowa, 2002. Badania kwalifikacyjne opancerzonego samochodu rozpoznawczego BRDM-2A – wersja dowódczo-rozpoznawcza. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego, Sulejówek. 156

105. Praca zbiorowa, 2003. Badania koáowego transportera PANDUR II 6x6. Mate- riaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP, Sulejówek. 106. Praca zbiorowa, 2003. Badania partii próbnej samochodu rozpoznawczego BRDM 2A. Materiaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP, Sulejówek. 107. Praca zbiorowa, 2004. Badania zdawczo-odbiorcze Koáowego Transportera Opancerzonego AMV 8x8. Materiaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP, Sulejówek. 108. Praca zbiorowa, 2005. Lekki Wielozadaniowy Pojazd Ratowniczy. Niepubliko- wane sprawozdanie z projektu celowego. Sulejówek. 109. Praca zbiorowa, 2007. Badania Wozu Ewakuacji Medycznej na podwoziu KTO Rosomak. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 110. Praca zbiorowa, 2007. Badanie przydatnoĞci samochodu Jeep Wranglem TJL do zastosowania jako Ğrodek transportowy dla patrolów saperskich w Wojsku Pol- skim. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 111. Praca zbiorowa, 2008. Badania prototypu samochodu opancerzonego w III klasie kuloodpornoĞci wg STANAG 4569 (zadanie nr 11 projektu celowego nr 334/BO/B). Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 112. Praca zbiorowa, 2008. Badania samochodu ogólnego przeznaczenia Ğredniej áa- downoĞci EUROCARGO IVECO ML 160E25. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 113. Praca zbiorowa, 2008. Badania testowe koáowego transportera opancerzonego do przewozu przenoĞnych przeciwpancernych zestawów PPK „SPIKE” pod krypto- nimem „ROSOMAK-S”. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 114. Praca zbiorowa, 2009. Analiza wyników badaĔ trakcyjnych koáowych transpor- terów RYĝ zastosowanych w modelu taktycznym zestawu KAKTUS w zakresie moĪliwoĞci poprawy bezpieczeĔstwa ich uĪytkowników. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 115. Praca zbiorowa, 2009. Badania parametrów statycznych samochodu opancerzonego STAR 266 M z zabudową typu HIBNERYT z 23 mm podwójną armatą plot. ZU-23-Z. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 116. Praca zbiorowa, 2009. Badania samochodu ciĊĪarowego Star 944 z moduáowym opancerzeniem kabiny. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 117. Praca zbiorowa, 2009. Badania testowe dodatkowego opancerzenia nadbudówki przedziaáu medycznego KTO WEM. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 118. Prochowski L., ĩuchowski A. 2009. Technika transportu áadunków, WKià War- szawa, 116-122. 119. Program Executive Office for Simulation, Training and Instrumentation ATTN, 2006. Project Manager for Combined Arms Tactical Trainers. 120. Prospekt: Dzik. Pojazd patrolowo-interwencyjny. AMZ-Kutno Sp. z o.o. 121. Regulamin nr 13 EKG ONZ. 122. Riggins D., 2006. The Direction of Virtual Vehicle Simulations for Military Training United States Army. NATO RTO-MP-HFM-136. 123. Roebuck R.L, Cebon D., 2005. A systems approach to controlled heavy vehicle suspensions. Int. J. of Heavy Vehicle Systems 12(3), 169-192. 124. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 16 grudnia 2003 r. w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badaĔ technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach (Dz. U. 227 poz. 2250). 157

125. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 26 lipca 2004 r. zmieniające roz- porządzenie w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich nie- zbĊdnego wyposaĪenia (Dz. U. 169 poz. 1773 z dnia 30 lipca 2004 r.). 126. Rozporządzenie Ministrów Obrony Narodowej oraz Spraw WewnĊtrznych i Administracji z dnia 9 czerwca 2005 r w sprawie warunków technicznych po- jazdów specjalnych i pojazdów uĪywanych do celów specjalnych Siá Zbrojnych Rzeczypospolitej Polskiej (Dz. U. 116 poz. 974 z dnia 29 czerwca 2005 r. 127. Rzymkowski C., 2008. Badania eksperymentalne i symulacyjne oraz okreĞlenie moĪliwoĞci zwiĊkszenia bezpieczeĔstwa zaáogi i odpornoĞci samochodu patrolowo-interwencyjnego, w warunkach taranowania przeszkód. Projekt badawczy nr 0T00B02529. Politechnika Warszawska. 128. Salaani K., 2009. The application of understeer gradient in stability analysis of articulated vehicles. Int. J. of Heavy Vehicle Systems 16(1-2), 3-25. 129. Shapley C.G., 1975. The Rolling Motions of Road Vehicles. Vehicle System Dynamics 4(1), 1-8. 130. Shiozawa Y., Yokote M., Nawano M., Mori H., 2007. Development of a Method for Controlling Unstable Vehicle Behavior. SAE Papers 01-0840. 131. Shoop S.A., 2006. Stryker Terreine Impact. Test reports. US Army Corps of En- gineers Engineer Research and Development Center. 132. Shurtz M., Guenther D.A., Heydinger G.J, Zagorski S. B., 2007. Refinements of a Heavy Truck ABS Model. SAE Papers 01-0839. 133. SimiĔski P., 2002. Uniwersalne podwozie o wysokich wáasnoĞciach terenowych – LEWIATAN 5SG. Sulejówek. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego. 134. SimiĔski P., 2003. Rodzina uniwersalnych nadwozi NF-2 (typu kontenerowego do 2 ton) o przeznaczeniu specjalnym. Sulejówek. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego. 135. SimiĔski P., 2005. Badania naczepy do przewozu sprzĊtu o masie do 30 ton w zestawie z ciągnikiem siodáowym. Sulejówek. Materiaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP. 136. SimiĔski P., 2005. Badania naczepy do przewozu sprzĊtu o masie do 60 ton w zestawie z ciągnikiem siodáowym. Sulejówek. Materiaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP. 137. SimiĔski P., 2005. Badania pojazdu sanitarnego MANTRA 4x4. Sulejówek, ma- teriaáy niepublikowane do uĪytku sáuĪbowego w WP. 138. SimiĔski P., 2005. Badania zwrotnoĞci pojazdów koáowych w trakcie ruchu po sztywnym podáoĪu. Politechnika Warszawska. Praca niepublikowana. 139. SimiĔski P., 2006. Badania samochodu sanitarnego IVECO 40E13WM na zgod- noĞü ze Specjalnymi Warunkami Zamówienia. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 140. SimiĔski P., 2006. Experimental tests about manoeuvrability of four-axle vehicle for rigid and flexible road surface. J. Kones Powertrain and Transport 13(1), 159-165. 141. SimiĔski P., 2006. Generacje Koáowych Transporterów Opancerzonych. Zesz. Nauk. WyĪszej Szkoáy Oficerskiej Wojsk Lądowych. Poglądy i DoĞwiadczenia 1, 63-73. 142. SimiĔski P., 2007. Badania modelowe oraz eksperymentalne dotyczące hamowania prostoliniowego Samochodu Patrolowo-Interwencyjnego. Mat. VIII MiĊ- dzynarodowej Konferencji Hamulcowej, àódĨ, 200-209. 158

143. SimiĔski P., 2007. Badania opancerzonej kabiny Jelcz 146 oraz zbiorników paliwa w ukáadzie zasilania silnika. Opracowanie niepublikowane, Sulejówek. 144. SimiĔski P., 2007. Ocena skutecznoĞci wspóáczesnych ukáadów hamulcowych zestawów transportowych. Mat. VIII MiĊdzynarodowej Konferencji Hamulco- wej, àódĨ, 209-216. 145. SimiĔski P., 2007. Problematyka rozwoju konstrukcji samochodu patrolowo- -interwencyjnego Dzik. Transport XXI w., tom 2, 197-204. 146. SimiĔski P., 2007. Programy i systemy komputerowe do symulacji przydatne w rekonstrukcji wypadków drogowych. Biuletyn Rzeczoznawców Stowarzysze- nia Motoryzacji 5, 23-27. 147. SimiĔski P., 2007. Research about possibility of endanger crew of wheeled armoured personal carrier on vibrations. J. Kones Powertrain and Transport 14(1), 349-355. 148. SimiĔski P., 2007. Uniwersalna naczepa do transportu sprzĊtu o masie do 30 ton o regulowanej szerokoĞci platformy i wysokoĞci páyty nasiodáowej - NR 300S. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego, Sulejówek. 149. SimiĔski P., 2007. Wpáyw na bezpieczeĔstwo ruchu modernizacji pojazdu terenowego na potrzeby misji stabilizacyjnej. Transport XXI w., tom 2, 205-211. 150. SimiĔski P., 2008. Aspekty symulacyjnego badania procesu hamowania pojazdu klasy Armoured Fighting Vehicles. Czasopismo Logistyka 2, CD peány tekst. 151. SimiĔski P., 2008. Badania eksperymentalne pojazdu 8x8 w ruchu po okrĊgu oraz dla manewru podwójnej zmiany pasa ruchu. Mechanika 6-M(10), 85-95. 152. SimiĔski P., 2008. Badania symulacyjne poprzedzające wykonanie projektu wstĊpnego samochodu patrolowo-interwencyjnego w wersji medycznej, Zesz. Nauk. Politechniki ĝwiĊtokrzyskiej Nauki techniczne – Budowa i eksploatacja maszyn 8, 353-362. 153. SimiĔski P., 2008. Geneza budowy Samochodów Patrolowo-Interwencyjnych. Zesz. Nauk. WyĪszej Szkoáy Oficerskiej Wojsk Lądowych, Poglądy i DoĞwiad- czenia 2, 235-241. 154. SimiĔski P., 2008. Influence of high gravity of military vehicles weight on road safety – experimental result. SAE Papers 01-1484. 155. SimiĔski P., 2008. Modelowanie platformy lądowej ukierunkowane na budowĊ wozu bojowego AFV. [W:] Problemy eksploatacji techniki bojowej oraz kompe- tencje logistyka, K. Kowalski (red.). Wyd. WyĪszej Szkoáy Wojsk Lądowych we Wrocáawiu. 156. SimiĔski P., 2008. OkreĞlenie wpáywu wybranych parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych Samochodu Patrolowo-Interwencyjnego na wartoĞci parame- trów granicznych kierowalnoĞci i statecznoĞci tego pojazdu. Niepublikowane sprawozdanie z projektu rozwojowego, Sulejówek. 157. SimiĔski P., 2008. Problematyka eksperymentalnego doboru danych do modelu samochodu patrolowo-interwencyjnego. Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie. Zeszyt 33/34, 381-392. 158. SimiĔski P., 2008. Rodzina naczep uniwersalnych do przewozu ciĊĪkich pojaz- dów gąsienicowych. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego 349/BO/2007, Sulejówek. 159. SimiĔski P., 2008. Samochody Patrolowo-Interwencyjne. Zesz. Nauk. Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej 3, 7-16. 159

160. SimiĔski P., 2008. Samochód patrolowo-interwencyjny w wersji medycznej Dzik2A/3A. Niepublikowane sprawozdanie z projektu celowego 355/BO/2007, Sulejówek. 161. SimiĔski P., 2008. SkrĊt pojazdów czáonowych i wieloosiowych. Samochody Specjalne 5, 42-45. 162. SimiĔski P., 2008. Wykonywanie manewru zmiany pasa ruchu zestawem ciągnik – naczepa. Zesz. Nauk. Politechniki ĝwiĊtokrzyskiej, Nauki techniczne – Budo- wa i eksploatacja maszyn 8, 253-262. 163. SimiĔski P., 2009. Modelowanie i symulacja dynamiki platformy lądowej ukierunkowana na budowĊ przyszáego, europejskiego bojowego wozu opancerzonego (Armour Fighting Vehicle). Niepublikowane sprawozdanie z projektu rozwojowego, Sulejówek. 164. SimiĔski P., 2009. Rosomak i jego wersje specjalne 2002-2008. Cz. 1-3, Armia 3-4, 5, 6. 165. SimiĔski P., àawniczak S., 2009. Badania symulacyjne koáowego wozu bojowego z zawieszeniem hydropneumatycznym w trakcie hamowania awaryjnego. Czasopismo Logistyka 3, CD peány tekst. 166. SimiĔski P., àawniczak S., 2009. Hydropneumatic suspension modelling for wheeled armoured fighting vehicle. J. of Kones Powertrain and Transport 16(3), 285-297. 167. SimiĔski P., àawniczak S., 2009. Research on wheeled armoured fighting vehicle in curvilinear motion. J. Kones Powertrain and Transport 16(4), 223-232. 168. SimiĔski P., Stryjek P., 2006. BezpieczeĔstwo w pojazdach ponadnormatywnych. Zesz. Nauk. Politechniki ĝwiĊtokrzyskiej, Mechanika 84, 405-409. 169. SimiĔski P., Stryjek P., 2007. Badania dynamiki pojazdów wojskowych w gó- rach. Samochody Specjalne 7-8, 72-74. 170. SimiĔski P., Stryjek P., 2007. Influence of dynamic load on military vehicles construction. J. Kones Powertrain and Transport 14(1), 340-348. 171. SimiĔski P., Stryjek P., 2009. Research on steering systems of military vehicles “Steer in wire” aspect. [W:] Elementy diagnostyki maszyn roboczych i pojaz- dów. B. ĩóátowski (red.). Wyd. Naukowe ITE, Radom. 172. SimiĔski P., Stryjek P., Zienowicz Z., 2006. Lekki Wielozadaniowy Pojazd Ra- towniczy. Archiwum Motoryzacji 2, 195-203. 173. SimiĔski P., Zając M., 2007. Researches of influence of tires types on military trucks mobility. SAE Papers 01-4192. 174. SimiĔski P., Zając M., 2008. Badania symulacyjne pojazdów wojskowych przy pomocy modeli klasy MBS. Energia w Nauce i Technice, 32-43. 175. SimiĔski P., Zając M., 2008. Influence of choice construction and exploitations parameters of antiterrorism vehicle of steering and stability order parameters. J. Kones Powertrain and Transport 15(4), 517-528. 176. SimiĔski P., Zając M., 2008. Simulation model for testing wheeled armoured fighting vehicle. J. Kones Powertrain and Transport 15(3), 479-486. 177. SimiĔski P., Zając M., 2009. Experimental verification of the model assigned for wheeled aromoured fighting vehicle testing. J. Kones Powertrain and Transport 16(1), 429-436. 178. SimiĔski P., Zając M., 2009. Model research on wheeled armoured fighting vehicle oriented to traffic safety improvement J. Kones Powertrain and Transport 16(1), 437-466. 160

179. SimiĔski P., Zając M., 2009. Simulation Model for Testing Patrol-Intervention Vehicle. Diagnostyka 1(49), 25-28. 180. SimiĔski P., Zienowicz Z., 2007. Construction and tests of swimming vehicle with diesel-hydraulic power transmission feed, assigned for Special Operation Forces (SOF). SAE Papers 01-1424. 181. SimiĔski P., Zienowicz Z., 2008. Badania páywającego pojazdu z napĊdem hydrostatycznym przeznaczonego dla wojskowych siá specjalnych. Hydraulika i Pneumatyka 3, 13-18. 182. Sisk F. G., Ricketson D.F., 1985. USASC Technical Note TN 85-2. Seatbelt Us- age in US. Army Vehicle Accidents. 183. Sorniotti A., D’Alfio N., 2007. Vehicle Dynamics Simulation to Develop an Ac- tive Roll Control System. SAE Papers 01-0828. 184. StudziĔski K., 1956. Podwozia samochodów terenowych. Techniczny poradnik samochodowy. WNT Warszawa. 185. ĝlaski G., Pikosz H., WalerjaĔczyk W., 2008. Modelowanie hamowania z ukáa- dem ABS samochodu osobowego z uwzglĊdnieniem pracy zawieszenia w symulacji ze sprzĊtowym sprzĊĪeniem zwrotnym. Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie. Zeszyt 33/34, 413-420. 186. Test Operations Procedure, 2-2-6 Braking, Wheeled Vehicles. Automotiv Tests Division US Army Aberdeen Test Center, 20.05.2008. 187. Vehicle Collision and Accident and Accident Safety Test Materiel Test Proce- dure 2-2-621 Aberdeen Proving Group 14.05.1968. 188. Wach W., 2005. Model kierowcy PID w programie do symulacji ruchu pojaz- dów, Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie. Zeszyt 29-30, 465-477. 189. Warwas K., Adamiec-Wójcik I., Grzegórzek W., 2008. Dobór momentów hamu- jących w pojazdach wieloczáonowych, Teka Komisji Motoryzacji PAN w Kra- kowie, Zeszyt 33-34, 441-447. 190. Warwas K., Adamiec-Wójcik I., Wojciech S., 2008. Wpáyw podatnoĞci naczepy na ruch pojazdu wieloczáonowego, Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie. Zeszyt 33-34, 449-456. 191. Watanabe K., Yamakawa J., Tanaka M., Sasaki T., 2007. Turning characteristics of multi-axle vehicles. J. of Terramechanics 44, 81-87. 192. Wendel G., Steiber J, Stecklein G.L., 1994. Regenerative Active Suspension on Rough Terrain Vehicles. SAE Papers 94-0984. 193. Wicher J., 2004. BezpieczeĔstwo samochodów i ruchu drogowego. WKià Warszawa. 194. Wideberg J.P., 2004. Simplified method for evaluation of the lateral dynamic behaviour of a heavy vehicle. Int. J. Heavy Vehicle Systems 11(2), 195-207. 195. Wietrzykowski K., 1961. Samochody pancerne i czoági. Samochody od A do Z. WKà Warszawa. 196. WiĊckowski D., 2008. Model samochodu dla symulacyjnego badania wybranych (typowych) manewrów. Teka Komisji Motoryzacji PAN w Krakowie. Zeszyt 33/34, 457-466. 197. Winkler C.B., 2009. Full-Scale Rollover Testing of Commercial Cargo-Tank Vehicles. 1-st Joint ITAI-EVU Conference, Leicestershire, 159-169. 198. ĩóátowski B., 2002. Badania dynamiki maszyn.Wyd. Markar Bydgoszcz. 161

METODYKA OKREĝLANIA WPàYWU WYBRANYCH ZMIAN KONSTRUKCYJNYCH NA BEZPIECZEēSTWO RUCHU WOJSKOWYCH POJAZDÓW KOàOWYCH

Streszczenie

Rozprawa dotyczy zagadnieĔ związanych z bezpieczeĔstwem wojskowych pojaz- dów koáowych. Gáównym jej celem naukowym jest opracowanie metodyki okreĞlania wpáywu wybranych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo ruchu wojskowych pojazdów koáowych. W pracy przedstawiono opracowaną przez autora metodykĊ. W procesie pozyskiwania nowych pojazdów dla siá zbrojnych, istotny wpáyw ma czas oraz wykonywanie szerokiego zakresu zmian konstrukcyjnych na wdroĪonych wczeĞniej podwoziach. NaleĪy stwierdziü, Īe przy specyfice obiektów, mogą pojawiü siĊ trudnoĞci w wyczer- pującym uwzglĊdnieniu problematyki bezpieczeĔstwa ruchu. Dodatkowo w pozyskiwa- niu sprzĊtu pojawiają siĊ determinanty: czas oraz koszty. W procesie tym nie ma miejsca na poprawĊ i doskonalenie konstrukcji, a badania w zakresie bezpieczeĔstwa ruchu pojazdów koáowych mogą byü ograniczone. Procedura wdraĪania i weryfikacji sprzĊtu káadzie nacisk na optymalizacjĊ konstrukcji juĪ na etapie projektowania oraz budowy prototypu. Procedura pozyskiwania nowych pojazdów koáowych dla wojska to jedna z gáównych przesáanek przemawiających za opracowaniem metodyki z wykorzystaniem badaĔ symulacyjnych. Prowadzenie badaĔ na podstawie opracowanej metodykĊ pozwala unikaü moĪli- wych do pojawiania siĊ zagroĪeĔ w ruchu. Metodyka pozwala wiĊc wydajnie wspoma- gaü aktualny procesu pozyskiwania pojazdów koáowych do siá zbrojnych. W pracy weryfikowano, przyjĊte w metodyce, postĊpowanie badawcze záoĪone z niezbĊdnego zakresu badaĔ eksperymentalnych oraz szerokiego zakresu symulacyjnych, za Pomocą opracowanych, zweryfikowanych eksperymentalnie modeli. W tym celu zbudowano dwa modele symulacyjne o róĪnym stopniu záoĪonoĞci, opracowane przy wykorzystaniu róĪnych narzĊdzi w postaci wáasnego oprogramowania jak i programów MBS. Warun- kiem koniecznym do postĊpowania zgodnie z przedmiotową metodyką jest dostĊp do wczeĞniej zweryfikowanych eksperymentalnie modeli symulacyjnych. Dlatego teĪ oba modele zostaáy zweryfikowane eksperymentalnie. OkreĞloną metodykĊ postĊpowania przeprowadzono dla róĪnych obiektów. Ze wzglĊdu na obserwowane tendencje rozwojowe w konstrukcji zawieszeĔ wojskowych pojazdów koáowych, zwáaszcza opancerzonych, okreĞlone postĊpowanie badawcze przeprowadzono takĪe dla opracowanego modelu zawieszenia hydropneumatycznego. Mankamentem w przypadku realizacji badaĔ eksperymentalnych realizowanych w ograniczonym czasie jest nieduĪa liczba analizowanych parametrów pojazdu, uzaleĪ- niona od posiadanej aparatury oraz moĪliwoĞci ingerencji w konstrukcje pojazdu przy jej instalowaniu. Ograniczeniem są kwestie organizacyjne oraz związane z bezpieczeĔ- stwem. Wspomniane mankamenty nie wystĊpują w badaniach symulacyjnych, które umoĪliwiáy szeroką ocenĊ wpáywu róĪnych zmian konstrukcyjnych na bezpieczeĔstwo badanego pojazdu wojskowego. W dalszej czĊĞci pracy zweryfikowano postĊpowanie badawcze, na które záoĪyáy siĊ badania eksperymentalne i symulacyjne. Rezultaty pracy mogą byü szczególnie przydatne dla Siá Zbrojnych RP. 162

METHODOLOGY OF DEFINE SELECTED CONSTRUCTION CHANGES INFLUENCE ON MILITARY WHEELED VEHICLES ROAD SAFETY

Summary

This work pertains to matters related to the security of military wheel vehicles. Its main research aim is to prepare the methodology of defining the influence of chosen structure changes for the safety of military wheel vehicle transport. The work presents the methodology prepared by the author. During the process of acquiring new vehicles for the armed forces time is of the essence in practice of conducting a wide range of structure changes in previously implemented undercarriages. It has to be pointed out that with a high individuality and the very nature of the units, difficulties in scope of comprehensive testing with regard to matters of transport safety. What is more, two determinants are essential in the process of acquiring equipment – time and cost. The process does not allow for improvement and perfecting of the structure, and the research in scope of wheel vehicle movement safety may be limited. The procedure of implementation and verification of equipment stresses the structure opti- mization as early as on the designing and prototype preparation stages. The procedure of acquiring new wheel vehicles for the military is one of the main premises for preparing the methodology with use of simulation research. Conducting research on the basis of the prepared methodology allows for avoiding possible traffic risks. The methodology enables an effective support for the current process of wheel vehicle acquisition for the armed forces. In this work the research procedure consisting of the necessary range of prepared, experimentally verified models, accepted by the methodology, have been verified. In order to do that two simulation models have been built, both of various levels of complexity. They have been prepared with use of various tools such as own software and MBS programs. The condition necessary for proceeding in accordance with the objective methodology is the access to previously experimentally verified simulation models. Thus the two models have been experimentally verified. The given methodology of proceeding has been conducted for various objects. Because of noticed development tendencies of chassis structures of military wheel vehicles, and in particular armored vehicles, the research proceeding has been conducted also for the prepared hydro-pneumatic undercarriage model. In the case of experimental research realized in limited time frames, the drawback is a small number of analyzed vehicle parameters dependent on the possessed applianc- es and possibilities of interference in the vehicle’s structure with its installation. The limitation are the organizational matters and those related to security. The above draw- backs are not present in simulation research which enabled a wide evaluation of the influence of various structural changes for the safety of the examined military vehicle. In the next part of the work the research procedure consisting of experimental and simulation research has been verified. The work results can be especially helpful for the Polish Armed Forces.