8.3.1 Bepalen van de totale rolveerstijfheid
De mate waarin rolstabilisatie wordt toegepast in een auto, wordt onder andere bepaald door de filosofie die een fabrikant op dit onderwerp aanhoudt. Het doel voor het
onderhavige voertuigmodel is een rolhoek van 0,5 graden per m/s2 laterale acceleratie (circa 5 graden per G). Dit is een maat die in de praktijk redelijk strak genoemd mag worden.
Deze rolstabilisatie kan door zowel een stabilisator op de vooras als op de achteras worden bereikt, of door het installeren van stabilisatoren op beide assen, waarbij de totale rolstabilisatie wordt bepaald door een onderlinge verhouding in rolveerstijfheid tussen beide stabilisatoren. Om het effect van de onderlinge verhouding goed in beeld te kunnen brengen, zijn er vijf 'settings' gedefinieerd: 100 procent voor, 75/25, 50/50, 25/75 en 100 procent achter.
In deze paragraaf wordt onderzoek uitgevoerd naar de juiste instellingen van de rolstabilisatoren om aan de gestelde eis te voldoen.
8.3.2 Rolhoek van het standaardvoertuig
Om de rolhoek van het voertuig te meten, wordt in Adams een Step Steer test uitgevoerd, met de volgende settings:
Full Vehicle Analysis: Step Steer Output Prefix = f100r0
End Time = 5
Number Of Steps = 500 Initial Velocity = 80 km/hr Mode of Simulation = interactive
Road Data File mdids://acar_shared/roads.tbl/2d_flat.rdf Gear Position = 5
Final Steer Value = 35 Step Start Time = 1 Duration of Step = 1 Steering Input = Angle Cruise Control = On
Quasi-Static Straight-Line Setup = Off
Het standaard voertuig zonder rolstabilisatie blijkt een rolhoek van 0,81° / (m/s2) oftewel 7,9 °/G (circa 8 graden per G) te hebben.
8.3.3 Bepalen van de stabilisatorstijfheid
Met alleen rolstabilisatie op de vooras is een stabilisatorstijfheid nodig van 15.500 Nmm/graad3 om de rolhoek per g op 5 graden te krijgen.
Voor de achteras is een waarde van 14.500 Nmm/graad voldoende om de rolhoek binnen de bepaalde grenzen te houden.
Wanneer voor allebei de rolstabilisatoren een gelijke waarde ingevuld wordt, is er voor de voorste en achterste stabilisator beide een stabilisatorstijfheid van 5.800 Nm/graad nodig. Voor het bepalen van de veerstijfheid van de stabilisatoren is het echter niet voldoende om een arbitraire waarde te gebruiken. Er zijn namelijk meerdere factoren om rekening mee te houden, zoals de rolveerstijfheid van de ophanging en de banden. Daarom wordt niet alleen naar de stijfheid van de rolstabilisatoren gekeken, maar naar de totale rolveerstijfheid per as. Dit getal wordt als maat aangehouden voor de instelling van beide rolstabilisatoren in de verschillende genoemde verhoudingen.
Om de tussenliggende drie van de vijf stabilisatorsettings te bepalen, zal dus een tweede test moeten worden uitgevoerd, dit keer op de ophangingen van het voertuig. Het doel hiervan is uit te vinden wat de totale rolveerstijfheid per as is en welk aandeel de stabilisatoren in die rolveerstijfheid hebben.
Voor het bepalen van de rolveerstijfheden wordt de ‘Suspension Analysis: Roll & Vertical Force/Length’ simulatie gebruikt. Hieronder staan de instellingen weergegeven:
3
Suspension Analysis: Roll & Vertical Force/Length Output Prefix = f100r0
Number of Steps = 40
Mode of Simulation = interactive Vertical Setup Mode = Wheel Centre Roll Angle Upper = 2
Roll Angle Lower = -2 Vertical Mode = Force
Total Vertical Force = 6948 / 5450*
*Afhankelijk van de ophanging die wordt onderzocht (voor / achter)
Het resultaat van een dergelijke proef is weergegeven in onderstaande figuur. De knik tegen het einde van de in- en uitgaande slag (tussen circa 15 en 20 mm) wordt overigens veroorzaakt door de bumpstops.
Figuur 8.4: Rolveerstijfheid simulatie (total roll rate)
Met 100 procent stabilisatie op de vooras komen de rolveerstijfheden per as uit op: Voor: 942 * 103 Nmm/graad
Achter: 557 * 103 Nmm/graad
Met 100 procent stabilisatie op de achteras komen de rolveerstijfheden uit op: Voor: 437 * 103 Nmm/graad
Achter: 1052 * 103 Nmm/graad
Voor het bepalen van de 50/50, 75/25 en 25/75 cases wordt de volgende methode gebruikt. Voor de 50/50 verhouding is gezocht naar de stabilisatorstijfheid waarbij de rolveerstijfheden van de ophanging op het gemiddelde van bovengenoemde waarden uitkomt. Voor de vooras houdt dit een rolveerstijfheid van 744 Nm/deg in, voor de achteras 811 Nm/graad. Vertaald naar stijfheid van de rolstabilisatoren levert dit voor de vooras 6540 Nmm/graad op, voor de achteras wordt de stabilisatorstijfheid 6000
Op soortgelijke manier zijn de 75/25 en 25/75 verhoudingen bepaald. De diverse stijfheden staan vermeld in tabel4 8.1 (volgende pagina).
verhouding rolveerst. voor rolveerst. achter totale rolveerst. stijfh. stabi voor stijfh. stabi achter rolhoek
100 / 0 942 557 1499 15500 0 5,0
75 / 25 815 681 1496 10250 2445 5,0
50 / 50 689 805 1494 6000 5500 5,0
25 / 75 563 928 1491 2690 9365 5,0
0 / 100 437 1052 1489 0 14500 5,0
Tabel 8.1: Verband tussen rolveerstijfheden en stabilisatorstijfheden
Voor het verder stabiliseren van de vooras en het labiliseren van de achteras zijn de waarden voor rolveerstijfheid in bovenstaande tabel geëxtrapoleerd. Dit heeft geleid tot de volgende waarden.
verhouding rolveerst. voor rolveerst. achter totale rolveerst. stijfh. stabi voor stijfh. stabi achter rolhoek
150/-50 1195 310 1505 33000 -3685 5,0
125/-25 1068 433 1501 22700 -2015 5,0
Tabel 8.2: Rolveerstijfheden en stabilisatorstijfheden bij labiliseren achteras
8.3.4 Variabele stabilisatorstijfheid
In het Adams-model wordt het moment dat de stabilisator opwekt gesimuleerd door een joint-actuator. Deze actuator werkt op een revolute-joint, die geplaatst is op het punt waar de stabilisator in tweeën is gedeeld. Het moment wordt berekend door de
hoekverdraaiing tussen beide helften te vermenigvuldigen met de stabilisatorstijfheid. Het stabilisator-subsysteem is weergegeven in onderstaande figuur.
4
Figuur 8.5: Subsysteem stabilisator
In de figuur is de joint-actuator weergegeven door de rode cirkelvormige pijl.
De stijfheid van de stabilisatoren is parametrisch gemaakt, waardoor deze vanuit de standaard interface van Adams/Car aangepast kan worden.
Om variabele rolstabilisatie mogelijk te maken is de stijfheid van de stabilisatoren gekoppeld aan een toestandsvariabele, waarvan de waarde door de externe regeling bepaald wordt.
9 Bijlage 3: Simulaties voor handling en stabiliteit
9.1 Inleiding
Om de invloed van de verdeling van de rolstabilisatie te meten is er een tweetal tests uitgevoerd. De eerste test is een evaluatie van de handling van het voertuig. Hiervoor is de Four Parameter Evaluation Method gebruikt. De tweede test is een step steer test, gebaseerd op de ISO7401 J-turn manoeuvre. Met deze test is de stabiliteit van het voertuig beoordeeld.
Beide simulaties zijn met twee verschillende beladingen uitgevoerd. De eerste is het voertuig in standaardtoestand, waarbij er een bestuurder en voorpassagier in het voertuig aanwezig zijn (k+2)5. De tweede beladingstoestand is een volledige belading, bestaande uit vier personen van ieder 75 kilogram en bagage met een massa van 150 kilogram.
In deze bijlage wordt inhoudelijk op de beide simulaties ingegaan en aangegeven hoe deze in Adams zijn uitgevoerd.