Oddziaływania giroskopowe w autobusie z napędem hybrydowym w aspekcie dynamiki poziomej-poprzecznej

W grupie różnych konfiguracji napędu hybrydowego znajduje się taka, gdzie wtórnym źródłem energii jest bezwładnik, który wirując z dużą prędkością obrotową może powodować swoiste problemy określane w dziedzinie bezpieczeństwa biernego i czynnego. Podjęte zagadnienie zbadano za pomocą symulacji komputerowych. Skupiono się na badaniu chwilowych zmian współczynnika znoszenia koła ogumionego. Zmiany wartości tego współczynnika powodowane tylko oddziaływaniami giroskopowymi bezwładnika porównano z typowymi zmianami wartości tego współczynnika normalnie występującymi w eksploatacji konwencjonalnego pojazdu. Odniesiono się do zmienności współczynnika znoszenia koła ogumionego wynikającej z technologicznej niejednorodności opon. W analizie zastosowano uproszczony model pojazdu o dziesięciu stopniach swobody, którego parametry odpowiadają autobusowi miejskiemu z hybrydowym układem napędowym zawierającym bezwładnik. Zastosowano równania Lagrange'a i model ogumienia Fiali. Analizę przeprowadzono dla przypadku pionowej orientacji osi giroskopowej bezwładnika i założenia, iż zawieszenie bezwładnika w ramie pojazdu jest niepodatne. Stwierdzono, że zmiany współczynnika sztywności bocznej opon powodowane oddziaływaniem giroskopowym bezwładnika mogą osiągać wartość kilku procent, co jest porównywalne z technologicznym rozrzutem wartości tego współczynnika.

It seems that the problem of hybrid drives application to the vehicles is still real, although doesn't have any priority today. The profitable parameters of vehicles with hybrid drives, in terms of ecology and economy specially at urban traffic, makes that we shouldn't perceive the hybrid drives only as the passing and unused panacea for fuel hard times. The hybrid drive configurations may be based on flywheel as energy storage device. The active and passive safety of vehicles equipped with a high-speed rotation flywheel is determind by vector of precession velocity, which can be defined as linear combination of pitch, roll and yaw velocities of vehicle spherical motion. We may anticipate that a flux of gyroscopic energy can get from flywheel housing through tire and produce on tire-road contact the periodical changes of tire forces. Therefore, a following problem has appeared; if those changes are strong enough to cause any practically effect on lateral dynamics of the vehicle. In order to solve the problem a numerical simulation was attempted. The main attention was put to temporary changes of tire cornering stiffness. The value of tire cornering stiffness of any vehicle isn't constant. Mainly it depends on variable of vertical forces at tire-road contact. Changes of tire cornering stiffness, generated by gyroscopic effects of flywheel, were determined and compared with changes of stiffness typical for vehicle motion, including non-uniformity of stiffness specific to tire technology. A simplified model with 10 degrees of freedom was chosen to describe a city bus equipped with flywheel hybrid drives. A mathematical model was build using the dynamic equations of Lagrange and Fiala's model of tire. Studies were carried out on the assumptions that gyroscopic axis of the flywheel is vertical fixed and suspension of flywheel housing is rigid. Results of simulations proved limited influence of flywheel on dynamics of vehicle motion. It was found that relative changes of cornering stiffness caused by gyroscopic effect do not exceed several percents. The range of those relative changes in comparable to variation of these resulting from tire technology.