background image

 

Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 13, No. 3 

 

 
 
 

INVESTIGATION OF DYNAMIC PROPERTIES OF A MOTOR CAR  

IN ITS CURVILINEAR MOTION 

 

Andrzej ReĔski, Janusz Pokorski, Marek BieliĔski, Hubert Sar 

 

Warsaw University of Technology. Institute of Vehicles 

ul. Narbutta 84, 02-624 Warszawa 

tel.: +48 22 8490302, fax: +48 22 8490303 

e-mail: arsenki@simr.pw.edu.pl 

 

Abstract 

 

The paper presents the results of investigation of dynamic properties of a motor car in its curvilinear motion. The 

aim of the work was an identification of tires’ characteristics and vehicle’s yaw moment of inertia on the basis of road 
tests. The tyres’ characteristics were determined during steady-state cornering. Lateral velocities of two points of the 
car and a lateral acceleration of its center of gravity were used in the method.  

The method of identification of the vehicle’s yaw moment of inertia consists on comparison of results of the 

computer simulation of the non-steady-state tests, carried on for the different values of vehicle’s yaw moment of 
inertia, with the results of the same road tests. The value of yaw moment of inertia, for which the difference between 
calculation and test results is the smallest, can be chosen as its searched value. 

Other aim of the work was to work out the method of reconstruction of vehicle’s trajectory on the basis of signals 

obtained from the sensors mounted on the vehicle. For reconstruction of vehicle’s trajectory signals of a longitudinal 
velocity and two lateral velocities or signals of a longitudinal velocity and a yaw velocity were used. 
 
Keywords: vehicle dynamic, tyres characteristics, yaw moment of inertia, vehicle trajectory 

 

BADANIE WàASNOĝCI DYNAMICZNYCH SAMOCHODU 

W RUCHU KRZYWOLINIOWYM 

 

Streszczenie 

 

W pracy przedstawione są wyniki badaĔ wybranych wáasnoĞci dynamicznych samochodu, poruszającego siĊ 

ruchem krzywoliniowym. Badania miaáy na celu wyznaczenia charakterystyk bocznego znoszenia opon i centralnego 
momentu bezwáadnoĞci samochodu wzglĊdem jego osi pionowej na podstawie testów drogowych.  

Wyznaczenie charakterystyk bocznego znoszenia opon przeprowadzono na podstawie prĊdkoĞci poprzecznych 

dwóch punktów samochodu oraz przyĞpieszenia poprzecznego Ğrodka masy samochodu. Metoda wyznaczania 
momentu bezwáadnoĞci samochodu polegaáa z kolei na porównywaniu wyników testów drogowych z wynikami 
symulacji komputerowej przeprowadzanej dla róĪnych wartoĞci momentu bezwáadnoĞci. Za poszukiwaną wartoĞü tego 
momentu przyjmowano tĊ jego wartoĞü, dla której róĪnica pomiĊdzy wynikami symulacji komputerowej a wynikami 
testu drogowego byáa najmniejsza. 

Drugim celem pracy byáo sprawdzenie moĪliwoĞci odtworzenia trajektorii ruchu pojazdu na podstawie sygnaáów 

uzyskanych z czujników zamontowanych w pojeĨdzie Do odtwarzania trajektorii ruchu wykorzystywano sygnaáy 
prĊdkoĞci podáuĪnej i dwóch prĊdkoĞci poprzecznych lub prĊdkoĞci podáuĪnej i prĊdkoĞci kątowej samochodu. 

 

Sáowa kluczowe: dynamika ruchu samochodu, charakterystyki opon, moment bezwáadnoĞci, trajektoria ruchu. 

 

1. WstĊp 
 

Zagadnienia bezpieczeĔstwa czynnego samochodu są jednymi z najwaĪniejszych problemów 

dynamiki pojazdu. Komputerowa symulacja ruchu krzywoliniowego oraz sterowania kierunkiem 
jazdy samochodu odgrywają tu bardzo istotną rolĊ jako tania oraz bezpieczna metoda badaĔ 
kierowalnoĞci statecznoĞci.  

background image

 

 A. ReĔski, J. Pokorski, M. BieliĔski, H. Sar

 

Do matematycznego opisu ruchu pojazdu stosowane są róĪne modele: od bardzo prostego 

liniowego o dwóch stopniach swobody do bardzo skomplikowanych modeli nieliniowych (np. 
[3]). StopieĔ komplikacji modelu zaleĪy od obiektu i celu badaĔ. W wielu przypadkach do opisu 
ruchu krzywoliniowego samochodu uĪywany jest najprostszy model, znany pod angielską nazwą 
bicycle model. Ten model pojazdu wykorzystywano takĪe w niniejszej pracy. W praktyce, nawet 
w przypadku najprostszego modelu, jego zastosowanie w obliczeniach zaleĪy od dostĊpnych 
danych. Zazwyczaj najtrudniejszym zagadnieniem jest identyfikacja charakterystyk opon oraz 
masowego momentu bezwáadnoĞci pojazdu. Uzyskanie tych danych tradycyjnymi metodami 
wymaga wykorzystania trudno dostĊpnych stanowisk badawczych. 

Zakáad Samochodów Instytutu Pojazdów od wielu lat prowadzi prace związane z symulacją 

komputerową ruchu samochodu oraz doskonaleniem metod badawczych i pomiarowych. 
Wynikiem tych prac byáa budowa zestawu pomiarowego oraz opracowanie odpowiedniego 
oprogramowania do badania podáuĪnej i poprzecznej dynamiki ruchu samochodu [4]. Zestaw ten 
umoĪliwia pomiar i rejestracjĊ wielu sygnaáów (np.: przyĞpieszenie poprzeczne, prĊdkoĞü kątowa, 
kąty znoszenia kóá, kąt obrotu kierownicy) w czasie wykonywania wybranych manewrów (ruch po 
okrĊgu w stanie ustalonym, podwójna zmiana pasa ruchu, jazda slalomem). W szczególnoĞci na 
podstawie sygnaáów zarejestrowanych w trakcie testów ustalonego ruchu po okrĊgu wyznaczono 
charakterystyki bocznego znoszenia opon przedniej i tylnej osi. Otrzymane w ten sposób 
charakterystyki zostaáy z kolei uĪyte przy wyznaczaniu momentu bezwáadnoĞci samochodu 
wzglĊdem jego centralnej osi pionowej, do czego wykorzystano wyniki testów drogowych, 
przeprowadzanych w stanach nieustalonych (np.: podwójna zmiana pasa ruchu, slalom).  

 

2. Model pojazdu 
 

Do matematycznego opisu krzywoliniowego ruchu pojazdu wybrano jednoĞladowy model 

ruchu pojazdu (bicycle model). Schemat modelu pokazano na rys. 1. Ruch samochodu moĪe byü tu 
opisany przez dwie wspóárzĊdne: przemieszczenie w kierunku osi y (w ruchomym ukáadzie 
wspóárzĊdnych związanym z pojazdem) i kąt obrotu pojazdu ȥ lub przez ich pochodne – prĊdkoĞü 
poprzeczną   i kątową 

y

\



. Na rysunku przyjĊto nastĊpujące oznaczenia: 

(x

C

, y

C

) - nieruchomy ukáad wspóárzĊdnych, 

(x,y) - ruchomy ukáad wspóárzĊdnych związany z pojazdem, 
v - prĊdkoĞü samochodu, 
m – masa,  
J

z

 - masowy moment bezwáadnoĞci pojazdu wzglĊdem osi z

l

12

 - rozstaw osi, 

l

1

 - odlegáoĞü Ğrodka masy S od osi przedniej, 

l

2

 - odlegáoĞü Ğrodka masy S od osi tylnej, 

ȥ – kąt obrotu pojazdu wzglĊdem nieruchomego ukáadu wspóárzĊdnych, 

G

1

 - kąt skrĊtu kóá osi przedniej, 

G

2

 - kąt skrĊtu kóá osi tylnej (zazwyczaj równy zero),  

D

1

 - kąt bocznego znoszenia kóá osi przedniej, 

D

2

 - kąt bocznego znoszenia kóá osi tylnej, 

F

r

 - siáa odĞrodkowa. 

Ponadto wspóáczynniki odpornoĞci na boczne znoszenie kóá osi przedniej i tylnej oznaczono jako 
K

1

 i K

2

Ruch pojazdu moĪna opisaü nastĊpującym ukáadem równaĔ: 

)

K

K

F

(

m

1

mv

v

m

l

K

l

K

y

mv

K

K

y

2

2

1

1

y

2

2

2

1

1

2

1

G

G

\

















 







, (1) 

)

l

K

l

K

M

(

J

y

v

J

l

K

l

K

v

J

l

K

l

K

z

Z

Z

Z

2

2

2

1

1

1

2

2

1

1

2

2

2

2

1

1

1

G

G

\

\















 







. (2) 

 

342

background image

 

 Investigation of Dynamic Properties of a Motor Car in ITS Curvilinear Motion 

 

 

Rys. 1. Model pojazdu o dwóch stopniach swobody („bicycle model”) 

Fig. 1. Vehicle model with two degrees of freedom (“bicycle model”) 

 
WystĊpujące w równaniach prĊdkoĞü samochodu w ruchu postĊpowym  v, kąty skrĊtu kóá 
przednich

G

1

 i ewentualnie tylnych 

G

2

 oraz zaburzenia F

y

 i M

z

 (np. oddziaáywanie bocznego wiatru) 

są sygnaáami wejĞciowymi. PrĊdkoĞü poprzeczna   oraz kątowa 

y

\



 są sygnaáami wyjĞciowymi.  

 

2. Aparatura pomiarowa 

 

Jako obiekt badaĔ wykorzystano samochód Ford Transit. Pojazd ten zostaá wyposaĪony w 

system pomiarowy umoĪliwiający rejestracje caáego szeregu sygnaáów charakteryzujących ruch 
samochodu. Na rys. 1 przedstawiono rozmieszczenia najwaĪniejszych czujników pomiarowych. 
W przedniej czĊĞci nadwozia umieszczono czujniki korelacyjno-optyczne Correvit-L do pomiaru 
prĊdkoĞci wzdáuĪnej pojazdu (1) i Correvit-Q do pomiaru prĊdkoĞci poprzecznej (2). Na waáku 
wejĞciowym przekáadni kierowniczej zamontowano nadajnik kąta obrotu kierownicy (4). W tylnej 

 

343

background image

 

 A. ReĔski, J. Pokorski, M. BieliĔski, H. Sar

 

czĊĞci nadwozia umieszczono drugą gáowicĊ Correvit-Q do pomiarów prĊdkoĞci poprzecznej (3). 
We wnĊtrzu pojazdu zamontowano bezwáadnoĞciowy czujnik przyspieszeĔ poprzecznych (5) oraz 
2 piezoelektryczne czujniki prĊdkoĞci kątowej wzglĊdem pionowej i podáuĪnej osi pojazdu (6). 

Dla prawidáowego wyznaczenia prĊdkoĞci kątowej samochodu na podstawie sygnaáów z 

czujników Correvit-Q konieczna jest znajomoĞü ich poáoĪenia w samochodzie. Rozmieszczenie 
tych czujników prĊdkoĞci przedstawiono na rys. 2b.  

 

  b

1

2

widok z góry

przód 
pojazdu

S

X

Y

d

c

Correvit L

Correvit Q1

Correvit Q2

a

b

l

1

l

2

Z

czujnik przyspieszeĔ poprzecznych

czujnik pr. kąt. 
wzglĊdem osi z

czujnik pr. kąt. wzglĊdem osi x

 

 

Rys. 2. Rozmieszczenie w samochodzie elementów ukáadu pomiarowego: a – widok z boku: gáowica Correvit-L (1), 
gáowica Correvit-Q przednia (2), gáowica Correvit-Q tylna (3), obrotowy nadajnik impulsowy kąta obrotu kierownicy 
(4), czujnik przyspieszeĔ poprzecznych (5), piezoelektryczne czujniki prĊdkoĞci kątowej (6); b – widok z góry 
Fig. 2. Layout of the measurement system in the vehicle: a – side view: Correvit-L sensor (1), front Correvit-Q sensor 
(2), rear Correvit-Q sensor (3), steering wheel angle sensor (4), lateral acceleration sensor (5), yaw velocity sensor 
(6); b – top view 

 
Na podstawie zmierzonych za pomocą czujników Correvit-Q prĊdkoĞci poprzecznych v

Q1

 i 

v

Q2

, moĪliwe jest wyznaczenie prĊdkoĞci kątowej pojazdu wzglĊdem jego osi pionowej 

b

a

l

l

v

v

Q

Q









 

2

1

2

1

\



 (3) 

oraz prĊdkoĞci poprzecznych osi przedniej v

1y

  

)

b

l

l

(

b

l

a

l

v

v

v

v

Q

Q

Q

y















 

2

1

2

1

2

1

2

1

 (4) 

i tylnej v

2y

 

)

b

l

l

(

b

l

a

l

v

v

v

v

Q

Q

Q

y

















 

2

2

2

1

2

1

2

2

, (5)

 

a takĪe prĊdkoĞci poprzecznej Ğrodka masy v

yS

.  

)

b

l

(

b

l

a

l

v

v

v

v

Q

Q

Q

ys













 

2

2

1

2

1

2

. (6) 

 
3. Wyznaczenie charakterystyk opon 
 

Ze wzglĊdu na zastosowanie páaskiego dwuwymiarowego modelu ruchu pojazdu, 

charakterystyki opon są tu zdefiniowane jako zaleĪnoĞü pomiĊdzy siáą boczną dziaáającą na oĞ a 
kątem znoszenia kóá tej osi. Siáy dziaáające na lewe oraz prawe koáo nie są tu rozróĪnione.  

Do wyznaczenia charakterystyk znoszenia opon wykorzystano fragmenty jazdy ruchem 

krzywoliniowym w stanie ustalonym, np. po okrĊgu o staáym promieniu (R = 20 m), z róĪnymi 
staáymi dla danej próby prĊdkoĞciami (zgodnie z normą ISO 4138 [6]).  

 

344

background image

 

 Investigation of Dynamic Properties of a Motor Car in ITS Curvilinear Motion 

Kąty znoszenia kóá osi przedniej oraz tylnej wyznaczono na podstawie otrzymanych ze 

wzorów (4) i (5) prĊdkoĞci poprzecznych v

1y

 i v

2y

  oraz kąta skrĊtu kóá przednich 

G

1

. ZaleĪnoĞci 

pomiĊdzy tymi wielkoĞciami opisane są nastĊpującymi wzorami:  

1

1

1

G

D



 

x

y

v

v

arctg

(7) 

x

y

v

v

arctg

2

2

 

D

. (8) 

Przy wyznaczaniu kąta znoszenia kóá przednich 

D

1

 (wzór (7)) nie zostaá uwzglĊdniony wpáyw 

sztywnoĞci ukáadu kierowniczego. Oznacza to, Īe kąt skrĊtu kóá osi przedniej 

G

obliczono 

bezpoĞrednio jako iloraz kąta obrotu waáka wejĞciowego przekáadni kierowniczej, gdzie 
dokonywano pomiaru, i Ğredniego przeáoĪenia ukáadu kierowniczego i

k

.  

Przy staáej prĊdkoĞci podáuĪnej oraz kątowej, siáĊ poprzeczną  F

0

 dziaáającą w Ğrodku masy 

samochodu moĪna okreĞliü nastĊpująco: 

y

ma

F

 

0

, (9) 

gdzie: a

y

 – zmierzone przyspieszenie poprzeczne, m – masa pojazdu. 

Zakáadając statyczny rozkáad siáy poprzecznej pomiĊdzy osie moĪna obliczyü siáy poprzeczne 

obciąĪające przednią i tylną oĞ w nastĊpujący sposób:  

2

1

2

0

1

l

l

l

F

Y



 

, (10) 

2

1

1

0

2

l

l

l

F

Y



 

, (11) 

gdzie: l

1

 i l

2

 – odlegáoĞci Ğrodka masy od osi przedniej tylnej (rys. 1). 

Otrzymane charakterystyki opon przedstawione są na rys. 3. Z przyjĊtego sposobu 

wyznaczania kątów znoszenia wynika, Īe kąty znoszenia, wystĊpujące tu jako wspóárzĊdne 
wykresów, uwzglĊdniają nie tylko zmianĊ kierunku prĊdkoĞci danej osi, wynikającą z wáasnoĞci 
opon, ale takĪe wpáyw podatnoĞci zawieszeĔ i ukáadu kierowniczego. 

 

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

-12 -10 -8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 12

K

ąt znoszenia [deg]

Si

áa

 bo

c

z

na

 [

N

]

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

-12 -10 -8 -6 -4 -2

0

2

4

6

8

10 12

K

ąt znoszenia [deg]

Si

áa b

o

c

z

n

a

 [

N

]

 

Rys. 3. Charakterystyki opon kóá osi przedniej (z lewej) i tylnej (z prawej), opony 185R14C) 

Fig. 3. Tires characteristics of front axle (left) and rear axle (right), tires 185R14C 

 
 

 

345

background image

 

 A. ReĔski, J. Pokorski, M. BieliĔski, H. Sar

 

4. Wyznaczanie masowego momentu bezwáadnoĞci 
 

Przedstawiona metoda identyfikacji masowego momentu bezwáadnoĞci pojazdu polega na 

porównywaniu wyników badaĔ trakcyjnych z rezultatami obliczeĔ komputerowych 
przeprowadzonych dla wielu wartoĞci masowego momentu bezwáadnoĞci pojazdu wzglĊdem jego 
osi pionowej. Do obliczeĔ uĪyto páaskiego dwuwymiarowego modelu, przedstawionego na rys. 1 
i opisanego  ukáadem równaĔ (1) i (2). W obliczeniach wykorzystano charakterystyki opon 
wyznaczone uprzednio na podstawie badaĔ trakcyjnych samochodu w ruchu po okrĊgu (rys. 3).  

W celu otrzymania moĪliwie najlepszych wyników, wybrano takie próby drogowe, dla których 

moĪna byáo zaobserwowaü najwyĪsze przyspieszenia kątowe i gdzie naleĪaáo siĊ spodziewaü 
najwiĊkszego wpáywu momentu bezwáadnoĞci, np. slalom, podwójna zmiana pasa ruchu. 
NastĊpnie te same próby drogowe zasymulowano na komputerze. W obliczeniach jako sygnaáy 
wejĞciowe wykorzystano kąt skrĊtu kóá przednich oraz prĊdkoĞü podáuĪną pojazdu, zarejestrowane 
podczas odpowiednich prób drogowych. Obliczenia powtarzano dla róĪnych wartoĞci masowego 
momentu bezwáadnoĞci pojazdu. Przykáadowe wyniki próby drogowej i odpowiednich obliczeĔ 
komputerowych przedstawiono na rys. 4 jako przebiegi czasowe prĊdkoĞci kątowej samochodu 
w czasie jazdy slalomem.  
 

 

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

3

4

5

6

7

8

Czas t[s]

Pr

Ċdk

oĞü

 k

ątow

a [

ra

d/s

]

9

przebieg z pomiarów

5000

7000

9000

 

Rys. 4. Zmierzone w badaniach drogowych i obliczone dla róĪnych wartoĞci momentu bezwáadnoĞci (J

z

 = 5000, 7000 i 

9000 kgm

2

) przebiegi prĊdkoĞci kątowej pojazdu 

Fig. 4. Comparison of yaw velocity curve obtained from a road test with curves obtained from calculations for 

different values (J

z

 = 5000, 7000 and 9000 kgm

2

) of yaw moment of inertia 

 

Aby oszacowaü moment bezwáadnoĞci samochodu wzglĊdem osi pionowej poszukiwano 

takiej wartoĞci tego momentu, przyjĊtej do obliczeĔ, dla której róĪnice pomiĊdzy wynikami 
pomiarów a wynikami symulacji komputerowej bĊdą najmniejsze. W tym celu dla kaĪdej zadanej 
w symulacji wartoĞci masowego momentu bezwáadnoĞci J

z

 obliczono wartoĞci Ğrednie z wartoĞci 

bezwzglĊdnych róĪnic ǻȦ pomiĊdzy prĊdkoĞciami kątowymi, wyznaczonymi w pomiarach oraz w 
wyniku obliczeĔ komputerowych, w nastĊpujący sposób:  

n

n

i

i

mod

i

pom

¦

 



 

1

Z

Z

Z

'

, (12) 

 

346

background image

 

 Investigation of Dynamic Properties of a Motor Car in ITS Curvilinear Motion 

gdzie: 

i – bieĪący analizowany punkt pomiarowy,  
n– liczba analizowanych punktów pomiarowych, 
Ȧ

mod i

   bieĪąca wartoĞü symulacyjnej prĊdkoĞci kątowej pojazdu, 

Ȧ

pom i 

– bieĪąca wartoĞü prĊdkoĞci kątowej pojazdu otrzymanej z pomiarów. 

 

Na rys. 5 przedstawiono wykresy Ğrednich róĪnic prĊdkoĞci kątowej otrzymanych w wyniku 

pomiarów i w wyniku symulacji komputerowej w zaleĪnoĞci od przyjĊtej do obliczeĔ wartoĞci 
momentu bezwáadnoĞci  J

z

. WartoĞü momentu bezwáadnoĞci pojazdu, dla której wystĊpuje 

minimalna wartoĞci Ğredniej z róĪnic prĊdkoĞci kątowej pojazdu, moĪe byü uznana za oszacowanie 
momentu J

z

. Na przykáad, jak wynika z rys. 5, szacunkowa wartoĞü momentu bezwáadnoĞci J

z

 jest 

równa okoáo 7300 kgm

2

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

0,100

0,110

0,120

2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500

Masowy moment bezwáadnoĞci pojazdu J

z

 [kgm

2

]

Wa

rt

oĞü

 Ğ

re

dn

ia

 z

 ró

Īni

c pr

Ċdk

ci

 k

ątow

ej 

[ra

d/

s]

= 1949 kg
l

 

= 1,317 m

l

 

= 1,518 m

 

 

Rys. 5. WartoĞci Ğrednie róĪnic prĊdkoĞci kątowej pojazdu w zaleĪnoĞci od momentu bezwáadnoĞci 

Fig. 5. Average values of differences of measured and calculated yaw velocity as a function of yaw moment of inertia  

 
5. Wyznaczanie trajektorii ruchu pojazdu 
 

Przedstawiony w rozdz. 2 system pomiarowy moĪe byü takĪe zastosowany do odtwarzania 

trajektorii ruchu pojazdu na podstawie zarejestrowanych sygnaáów z czujników umieszczonych w 
pojeĨdzie. Szczególną cechą stosowanego ukáadu pomiarowego jest moĪliwoĞü pomiaru, bardzo 
istotnej dla wyznaczania trajektorii ruchu pojazdu, prĊdkoĞci kątowej na dwa sposoby: 
bezpoĞrednio piezoelektrycznym czujnikiem prĊdkoĞci kątowej lub poĞrednio na podstawie 
prĊdkoĞci poprzecznych dwóch punktów samochodu, zmierzonych za pomocą gáowic Correvit-Q, 
z wykorzystaniem wzoru (3).  

Na obecnym etapie prac do rekonstrukcji trajektorii jest wykorzystywany páaski model ruchu 

pojazdu (rys. 1). Zarejestrowane sygnaáy prĊdkoĞci podáuĪnej oraz prĊdkoĞci kątowej są 
caákowane w celu uzyskania odpowiednich przemieszczeĔ liniowych oraz kątowych bryáy 

 

347

background image

 

 A. ReĔski, J. Pokorski, M. BieliĔski, H. Sar

 

nadwozia samochodu w ukáadzie związanym z drogą. W przypadku caákowania prĊdkoĞci 
kątowej, w celu uzyskania wartoĞci kąta obrotu samochodu, zastosowana zostaáa metoda 
Simpsona [5] 

¸

¹

·

¨

©

§







 







1

1

1

4

6

i

.

i

.

i

.

i

i

t

\

\

\

'

\

\

. (13) 

 

Natomiast skáadowe prĊdkoĞci podáuĪnej v

L

 są caákowane metodą prostokątów (indeks i oznacza 

kolejny numer próbki). 

 

t

cos

v

x

x

i

i

L

i

i

'

\



 

1

, (14) 

 

t

sin

v

y

y

i

i

L

i

i

'

\



 

1

. (15) 

 

Caákowanie skáadowych prĊdkoĞci podáuĪnej z uwzglĊdnieniem kąta obrotu bryáy nadwozia 
wzglĊdem osi ukáadu wspóárzĊdnych związanego z drogą pozwala wyznaczyü chwilową wartoĞü 
wspóárzĊdnej podáuĪnej i poprzecznej w tymĪe ukáadzie. 

Na rys. 6 przedstawiono przykáadowe przebiegi czasowe prĊdkoĞci kątowej samochodu 

wyznaczonej bezpoĞrednio za pomocą czujnika prĊdkoĞci kątowej i wyznaczonej na podstawie 
prĊdkoĞci poprzecznych dwóch punktów samochodu, otrzymane w czasie testu podwójnej zmiany 
pasa ruchu [7]. Z porównania wykresów widaü, Īe ogólny przebieg krzywych jest bardzo zbliĪony. 
JednoczeĞnie moĪna stwierdziü,  Īe w przebiegu prĊdkoĞci kątowej otrzymanej na podstawie 
prĊdkoĞci poprzecznych wystĊpują oscylacje o wiĊkszej czĊstotliwoĞci. MoĪna to wyjaĞniü 
wystĊpowaniem zakáóceĔ lub oddziaáywaniem przechyáów poprzecznych, które wpáywają na 
sygnaáy generowane przez gáowice Correvit-Q. 

 

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0

5

10

15

Czas [s]

Pr

Ċdk

oĞü

 k

ąt

ow

a [ra

d/

s]

Fiz(correvit)

Fiz(gyro)

 

Rys. 6. Przebiegi czasowe prĊdkoĞci kątowej samochodu, otrzymane na podstawie sygnaáów z czujników Correvit-Q i 

z czujnika prĊdkoĞci kątowej (gyro). Podwójna zmiana pasa ruchu 

Fig. 6. Time domain curves of yaw velocity obtained on the basis of signals from two Correvit-Q sensors and from a 

yaw velocity sensor (gyro). Double lane change procedure 

 
Wykorzystując wzory (13) do (15), moĪna na podstawie zarejestrowanych sygnaáów 

odtworzyü trajektoriĊ ruchu samochodu. Na rys. przedstawiono trajektorie ruchu samochodu w 
teĞcie podwójnej zmiany pasa ruchu, odtworzone na podstawie sygnaáu z czujnika prĊdkoĞci 
kątowej i na podstawie sygnaáów z gáowic Correvit-Q. Widaü istotne róĪnice w przebiegu tak 
wyznaczonych trajektorii. I choü obie w znacznym stopniu odbiegają od spodziewanego przebiegu 

 

348

background image

 

 Investigation of Dynamic Properties of a Motor Car in ITS Curvilinear Motion 

(odcinek wejĞciowy i wyjĞciowy powinny leĪeü na jednej prostej), to mniejszy báąd (ok. 3 m 
odchylenia na drodze 250 m) wystĊpuje w przypadku trajektorii wyznaczonej na podstawie 
prĊdkoĞci kątowej otrzymanej bezpoĞrednio z czujnika prĊdkoĞci kątowej.  

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220 240 260

Droga [m]

O

dch

yl

en

ie

 p

op

rzecz

ne 

[m

]

CORREVIT

GYRO

 

Rys. 7. Trajektorie ruchu manewru podwójnej zmiany pasa ruchu, wyznaczone na podstawie sygnaáów z czujników 

Correvit-Q i z czujnika prĊdkoĞci kątowej (GYRO) 

Fig. 7. Trajectories of double lane change procedure obtained on the basis of signals from Correvit-Q sensors and 

from yaw velocity sensor (GYRO) 

 
W podobny sposób odtworzone zostaáy trajektorie ruchu po okrĊgu o Ğrednicy 40 m (rys. 8). 

TakĪe i w tym przypadku lepszy wynik otrzymano, obliczając trajektoriĊ ruchu na podstawie 
sygnaáów z czujnika prĊdkoĞci kątowej.  

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

CORREVIT

GYRO

 

 

Rys. 8. Jazda o okrĊgu. Porównanie trajektorii ruchu otrzymanych na podstawie sygnaáów z gáowic Correvit-Q i 

czujnika prĊdkoĞci kątowej (GYRO) 

Fig. 8. Cornering on the circle. Comparison of trajectories obtained on the basis of signals from Correvit-Q sensors 

and from yaw velocity sensor 

 

349

background image

 

 A. ReĔski, J. Pokorski, M. BieliĔski, H. Sar

 

6. Podsumowanie 
 

Przedstawiony w opracowaniu ukáad pomiarowy umoĪliwia na podstawie badaĔ drogowych 

 wyznaczanie charakterystyk opon, 

 oszacowanie masowego momentu bezwáadnoĞci pojazdu wzglĊdem pionowej osi z

 odtworzenie trajektorii ruchu pojazdu. 
Zaprezentowane w pracy metody pomiarowe mają szereg ograniczeĔ:  
 Wyznaczone przedstawioną metodą charakterystyki opon opisują  wáaĞciwoĞci par opon 

odpowiednio osi przedniej oraz tylnej, nie zaĞ kaĪdego z kóá oddzielnie. Nie uwzglĊdniają 
rozdziaáu obciąĪeĔ poprzecznych i pionowych pomiĊdzy koáo lewe i prawe oraz zmian 
kątowego ustawienia kóá wzglĊdem siebie (zmian zbieĪnoĞci) i zmian kąta pochylenia kóá 
wzglĊdem jezdni. Ponadto sposób wyznaczania kątów znoszenia sprawia, Īe charakterystyki 
opisują nie tylko wáasnoĞci samych opon, ale takĪe wpáyw podatnoĞci zawieszeĔ i ukáadu 
kierowniczego.  

 Na báąd szacowania masowego momentu bezwáadnoĞci pojazdu mogą wpáywaü 

nieuwzglĊdniane tu przechyáy poprzeczne nadwozia wzglĊdem osi podáuĪnej, a dokáadniej 
wzglĊdem osi przechyáu, która zwykle nie jest równolegáa do páaszczyzny jezdni, oraz 
wykorzystanie w obliczeniach charakterystyk opon wyznaczonych w warunkach ruchu 
ustalonego zamiast znacznie trudniejszych do uzyskania charakterystyk, opisujacych wáasnoĞci 
opon w stanie nieustalonym. Wyniki wyznaczonego w ten sposób momentu bezwáadnoĞci 
powinny byü zweryfikowane w pomiarach stanowiskowych (np. metodą wahadáa [1]). 

NaleĪy jednoczeĞnie zaznaczyü,  Īe w przypadku wykorzystywania danych samochodu 
wyznaczanych zaprezentowanymi metodami do obliczeĔ prowadzonych z uĪyciem páaskiego 
modelu pojazdu (rys. 1) moĪna zaakceptowaü charakterystyki opon, reprezentujące  áącznie 
wáasnoĞci lewego i prawego koáa kaĪdej z osi, oraz moment bezwáadnoĞci wzglĊdem osi pionowej, 
oszacowany bez uwzglĊdniania przechyáów poprzecznych.  

Lepszą dokáadnoĞü rekonstrukcji trajektorii ruchu pojazdu moĪna by uzyskaü wykorzystując 

do obliczeĔ przestrzenny model pojazdu i pomiar prĊdkoĞci obrotu samochodu wzglĊdach trzech 
osi. Pozwoliáby to na uwzglĊdnienie nie tylko prĊdkoĞci podáuĪnej oraz prĊdkoĞci kątowej wokóá 
pionowej osi pojazdu, ale równieĪ przechyáów poprzecznych i podáuĪnych nadwozia, co wydaje 
siĊ byü kluczowym problemem dla rozpatrywanego zagadnienia [2]. Praktyczne rozwiązanie 
problemu odtwarzania trajektorii ruchu pojazdu na podstawie sygnaáów uzyskanych z prostych 
czujników, umieszczonych w pojeĨdzie, moĪe zostaü wykorzystane w budowie rejestratorów 
parametrów ruchu pojazdu, tzw. „czarnych skrzynek”.  
 
Literatura 
 
[1] Gernet, M. M., Ratobylskij, B. F., Opredelenje momentow inercji. Maszinostrojenje. Moskwa 

1969. 

[2] Guzek, M., Lozia, Z., Rekonstrukcja trajektorii ruchu pojazdu na podstawie zapisów 

„czarnych skrzynek” – badania symulacyjne. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów 
2(57)/2005. 

[3] Lozia, Z., Analiza ruchu samochodu dwuosiowego na tle modelowania jego dynamiki. Oficyna 

Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 1998. 

[4] Pokorski, J., BieliĔski, M., System pomiarowy do badania statecznoĞci pojazdu. Zeszyty 

Naukowe Instytutu Pojazdów, 4(51)/2003. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. 
Warszawa 2003. 

[5] Rosáoniec, S., Wybrane metody numeryczne z przykáadami zastosowaĔ w zadaniach 

inĪynierskich. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2002. 

[6] ISO 4138 „Road Vehicles – Steady State Circular Test Procedure”. 1982. 

 

350

background image

 

 Investigation of Dynamic Properties of a Motor Car in ITS Curvilinear Motion 

[7] ISO TR 3888 „Road Vehicles – Test Procedure for a Severe Lane – Change Manoeuvre”. 

1975. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

351