Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Technika<br />
ABS A ĎALŠIE OD NEHO ODVODENÉ SYSTÉMY<br />
PRE PODPORU BEZPEČNOSTI JAZDY OSOBNÝCH<br />
AUTOMOBILOV (11. časť)<br />
V predchádzajúcich častiach tohto príspevku sme si popísali<br />
systémy elektronickej regulácie smerovej dynamiky<br />
automobilu, ktoré pracujú na základe automatického<br />
pribrzďovania jednotlivých kolies (ESP) brzdovou<br />
sústavou vybavenou rozšíreným systémom ABS, alebo<br />
na základe cieleného rozdeľovania hnacieho momentu<br />
medzi prednú a zadnú nápravu, prípadne medzi ľavé<br />
a pravé koleso jednej (zadnej) nápravy (Torque Vectoring),<br />
či na základe automatického natáčania predných<br />
kolies bez zásahu vodiča (aktívne riadenie, dynamické<br />
riadenie). Žiadny z týchto systémov sa nezaobíde bez<br />
monitorovania rozhodujúcich pohybových veličín vozidla,<br />
z ktorých je možné sledovať jeho momentálny jazdný<br />
stav a identifikovať možnosť vzniku kritickej situácie.<br />
Jednou z najdôležitejších veličín z uvedeného hľadiska<br />
je uhlová rýchlosť stáčania sa vozidla okolo jeho<br />
zvislej osi. Snímače, ktoré sú schopné monitorovať túto<br />
veličinu, popíšeme v dnešnej záverečnej časti.<br />
Obr. 1 Súradnicový systém x, y, z a Coriolisovo<br />
zrýchlenie: m – hmotný bod (teleso), Ω – uhlová rýchlosť<br />
otáčajúcej sa sústavy (unášavý pohyb – vektor<br />
uhlovej rýchlosti je totožný s osou z), v – posuvná<br />
rýchlosť telesa vzhľadom na otáčajúcu sa sústavu<br />
(relatívny pohyb), a C – Coriolisovo zrýchlenie<br />
V predchádzajúcom čísle nášho časopisu som sa<br />
už zmienil, že snímače uhlovej rýchlosti stáčania sa využívajú<br />
na svoju činnosť tzv. Coriolisov efekt. Tento<br />
efekt je pomenovaný po francúzskom fyzikovi Gaspard–Gustavovi<br />
Coriolisovi, ktorý ho popísal v roku 1835.<br />
Aký je to jav? Na teleso o hmotnosti m, ktoré sa pohybuje<br />
relatívnym translačným (posuvným) pohybom<br />
vzhľadom k inému telesu, ktoré sa otáča (unášavý<br />
pohyb), pôsobí v obecnom prípade sila, ktorá spôsobí<br />
odchýlku tohto telesa od predpokladanej dráhy jeho<br />
pohybu. Táto sila je spôsobená tzv. Coriolisovým<br />
zrýchlením a C , ktorého veľkosť závisí od rýchlosti<br />
50 máj <strong>2009</strong><br />
(relatívneho) pohybu nášho telesa v a od uhlovej rýchlosti<br />
rotačného (unášavého) pohybu otáčajúceho sa telesa<br />
Ω. Toto zrýchlenie sa vypočíta pomocou vzorca<br />
a = 2Ω x v. Všetky veličiny v rovnici, a , Ω , aj v, sú<br />
C C<br />
vektorové veličiny (tzn., že okrem svojej veľkosti majú<br />
aj určitý smer). Operátor násobenia „x“ značí, že ide<br />
o tzv. vektorový súčin, ktorého výsledok, vektor Coriolisovho<br />
zrýchlenia a , je kolmý na smery obidvoch<br />
C<br />
ďalších vektorov, a jeho zmysel sa riadi pravidlom pravej<br />
ruky. Veľkosť Coriolisovho zrýchlenia a je závislá<br />
C<br />
okrem veľkostí vektorov Ω a v aj na veľkosti uhla, ktorý<br />
tieto vektory zvierajú; pri nulovom uhle (vektory Ω<br />
a v sú navzájom rovnobežné) je a nulové, pri uhle 90 C o<br />
Obr. 2 Piezoelektrický snímač uhlovej rýchlosti<br />
stáčania sa v tvare ladičky: a – kmitanie ramien<br />
v ich rovine pri priamej jazde, b – vychýlenie kmitajúcich<br />
ramien z pôvodnej roviny pri stáčaní sa vozidla,<br />
1 – smer vychýlenia ramien, 2 – smer stáčania<br />
sa vozidla, 3 – výsledný smer kmnitania ramien pri<br />
priamej jazde, 4 – Coriolisove sily, 5 – horné piezoelektrické<br />
prvky (snímanie), 6 – dolné piezoelektrické<br />
prvky (budenie), 7 – smer budiaceho kmitania, Ω –<br />
uhlová rýchlosť stáčania vozidla<br />
(vektory navzájom kolmé) je a maximálne. Obr. 1 zná-<br />
C<br />
zorňuje súradnicový systém s označením jednotlivých<br />
uvedených veličín.<br />
Pre nás najznámejšou rotujúcou sústavou je naša<br />
Zem. Vektor jej uhlovej rýchlosti Ω leží v jej osi rotácie.<br />
Na objekty, ktoré sa voľne pohybujú na jej povrchu,<br />
pôsobia Coriolisove sily, ktoré stáčajú ich pohyb<br />
na severnej polguli doprava a na južnej doľava. Masy<br />
vzduchu v atmosfére a masy vody v oceánoch sú toho<br />
pozoruhodnými príkladmi. Namiesto toho, aby tiekli<br />
priamo z oblastí s vysokým tlakom do oblastí s nízkym<br />
tlakom, ako by tomu bolo na nerotujúcej planéte, stáča<br />
sa ich prúdenie doprava od tohto smeru severne od<br />
rovníka a doľava južne od rovníka. Tento efekt je zodpovedný<br />
za rotačný pohyb veľkých cyklónov a tornád.<br />
S výrazným vplyvom Coriolisovho zrýchlenia a z neho<br />
vyplývajúcich síl treba počítať v balistike - napríklad<br />
pri výpočte dráhy balistických rakiet alebo štartujúcich<br />
nosných rakiet kozmických telies. Vráťme sa však k našej<br />
problematike uhlovej rýchlosti stáčania sa automobilu.<br />
V tomto prípade je tou rotujúcou sústavou teleso<br />
vozidla a vektor uhlovej rýchlosti stáčania sa leží v jeho<br />
zvislej osi prechádzajúcej ťažiskom. Ak v tejto sústave<br />
vozidla umiestnime nejaké teleso, ktoré sa bude<br />
vzhľadom k nej priamočiaro pohybovať, bude naň<br />
pri stáčavom pohybe vozidla (napr. pri jazde v zákrute<br />
alebo pri vybočení vozidla z jeho dráhy) pôsobiť Coriolisovo<br />
zrýchlenie, ktoré dráhu tohoto telesa vychýli<br />
z pôvodného smeru. Veľkosť tejto výchylky, pri známej<br />
rýchlosti pohybu telesa, bude úmerná veľkosti uhlovej<br />
rýchlosti stáčania sa vozidla.<br />
Keďže vozidlo nie je zemeguľa, ťažko si je predstaviť,<br />
že by sa v jeho priestore malo voľne pohybovať<br />
nejaké teleso, ktorého pohyb by bolo potrebné ešte<br />
aj merať. V počiatkoch vývoja týchto snímačov, využívajúcich<br />
Coriolisov efekt, bolo navrhnuté riešenie,<br />
pri ktorom bolo pohybujúce sa teleso nahradené tenkým<br />
lúčom ionizovaného plynu. Tento lúč sa účinkom<br />
Coriolisovho zrýchlenia vychýlil zo svojej pôvodne priamej<br />
dráhy a miesto jeho dopadu na protiľahlú stenu prístroja,<br />
registrované pomocou skupiny kontaktov, určovalo<br />
veľkosť uhlovej rýchlosti stáčania sa vozidla. Našťastie,<br />
vývojári dostali lepší nápad. Uvedomili si, že<br />
môžu priamočiary pohyb telesa v sústave vozidla nahradiť<br />
kmitavým pohybom, ktorý sa bude odohrávať<br />
v nepatrnom priestore okolo rovnovážnej polohy. A na<br />
tomto princípe fungujú všetky dnes známe systémy snímačov<br />
uhlovej rýchlosti stáčania sa, ktoré sa používajú<br />
na monitorovanie tejto veličiny pre potreby regulácie<br />
smerovej dynamiky. Pre účely presnejších meraní,<br />
Obr. 3 Piezoelektrický snímač uhlovej rýchlosti<br />
stáčania sa v tvare dutého valca: 1 ... 4 – páry piezoelektrických<br />
prvkov, 5 – kmitajúci valec, 6 – základná<br />
doska, 7 – kontaktné kolíky, Ω – uhlová rýchlosť<br />
stáčania sa vozidla
Change language