باد صبا
آشنایی با هندلینگ خودرو

هندلینگ یا خوشفرمانی خودرو برای علاقه مندان به حرفه و ورزش اتوموبیلرانی واژه ای آشناست که نشاندهنده توانایی های یک خودرو در فرمان برداری از دستورات راننده است. اما دانستن این که دقیقا مفاهیم هندلینگ خودرو چیست و وقتی در مقایسه بین دو خودرو گفته می شود که هندلینگ یکی از دیگری بهتر است دقیقا چه کمیت هایی در دو خودرو متفاوتند خالی از لطف نیست.

آشنایی با آزمایشهای هندلینگ

برای بررسی هندلینگ یک خودرو سواری بیش از 10 نوع آزمایش مختلف طبق روش های استاندارد (objective) به کمک حسگر ها انجام می شود. در این آزمایش ها داده های گرفته شده از حسگر ها و تحلیل آنها وضعیت هندلینگ خودرو را نشان می دهد. غیر از این آزمایش ها بیش از 20 نوع آزمایش (subjective) هم به کمک راننده های باتجربه و آموزش دیده و بدون استفاده از حسگر انجام می شود. در آزمایشهای subjective فقط نظرات راننده به عنوان نتیجه آزمایش معرفی می شود.

چند نوع مهم از انواع آزمایش های objective که به طور شفاف کمیتهایی را درباره هندلینگ خودرو نشان می دهند به این شرح اند:

- بررسی خودرو در حال گردش پایدار (Steady State Circular Test)

- بررسی خودرو هنگام وارد شدن ورودی فرمان ناگهانی (Transient Behavior Test)

- ترمزگیری در پیچ

- اثر کاهش سرعت در پیچ

- تغییر مسیر ناگهانی

...

آزمایش هندلینگ در شرایط پایدار: این آزمایش به این شکل انجام می شود که در یک زمین صاف و بدون شیب و با آسفالت یکنواخت مسیری دایره شکل مشخص می شود.

 

 

شکل 1: نمایی از آزمایش حالت پایدار

سپس در سرعتهای مختلف در این مسیر خودرو حرکت می کند و داده های مختلف مثل سرعت خودرو، زاویه فرمان، زاویه غلت، زاویه لغزش، گشتاور فرمان در سامانه داده برداری ثبت می شود. هنگام ثبت داده ها باید خودرو شرایط پایداری داشته باشد. به عنوان مثال سرعت و زاویه فرمان باید ثابت باشند. بعد از ثبت داده ها در هر سرعت، سرعت خودرو افزایش می یابد و باز داده ها در سرعت بالا تر ثبت می شوند. این کار تا جایی حدی تکرار می شود که امکان افزایش سرعت به دلیل خطر واژگونی یا لغزش امکانپذیر نباشد و به این روش حد اکثر شتاب جانب مرکزی که خودرو می تواند تحمل کند به دست می آید. این آزمایش در هر دو جهت (در جهت چرخش عقربه های ساعت و خلاف آن) انجام می شود. بعد از انجام آزمایش کمیتهایی مثل زاویه فرمان، زاویه لغزش، گشتاور فرمان و زاویه غلت بر حسب شتاب جانب مرکز در نودارهایی رسم می شود. این نمودار ها به خوبی رفتار خودرو را (در شرایط پایدار) در پیچ نشان می دهد.

به عنوان مثال در شکل های زیر این نمودار ها برای یک خودروی سواری در آزمایش پایدار دیده می شوند.

 

شکل 2: نتایج آزمایش حالت پایدار یک خودروی سواری

چند کمیت قابل توجه در این نمودار ها:

همانطور که قبلا اشاره شد بیشینه شتاب جانب مرکز توسط این آزمایش قابل دستیابی است که به خوبی نشان می دهد خودرو حد اکثر تا چه حد می تواند شتاب را تحمل کند. به عنوان مثال خودرو آزمایش شده در نمودار های بالا شتاب 0.75 g را بدون سر خوردن یا واژگونی تحمل کرده است. (g شتاب گرانش زمین است برابر با 9.81 m/s² است) این کمیت یکی از معیارهای خوب مقایسه هندلینگ خودرو هاست.

 کمیت دیگری که در این نمودار ها قابل توجه است زاویه غلت خودرو می باشد. طبیعی است که هر چه زاویه غلت خودرو بیشتر باشد راننده احساس نا امنی بیشتری می کند. و خطراتی مثل واژگونی بیشتر است. این کمیت هم برای مقایسه هندلینگ خودرو ها مناسب است. به این شکل که در شتابهای جانب مرکز یکسان خودرویی که زاویه غلت کمتری داشته باشد هندلینگ بهتری دارد.

کمیت دیگر زاویه لغزش خودرو است. این کمیت در شکل زیر مشخص است.

 

شکل 3: زاویه لغزش خودرو در گرانیگاه خودرو

لازم به ذکر است که این زاویه لغزش مربوط به گرانیگاه خودرو است و با زاویه لغزش چرخ متفاوت است. (شکل 4)

 

 

شکل 4: زاویه لغزش چرخ در پیچ برای تامین نیروی عرضی

این زاویه در سرعتهای نزدیک به صفر (شتاب جانب مرکز نزدیک به صفر) بیشینه است. و با افزایش سرعت و افزایش شتاب جانب مرکز خودرو این زاویه کاهش می یابد. در شکل های اغراق آمیز زیر با فرض ثابت بودن شعاع دوران از سمت چپ به راست، زاویه لغزش در سرعتهای نزدیک به صفر تا سرعتهای زیاد رسم شده اند.

  

شکل 5: تغییرات زاویه لغزش در اثر تغییر شتاب جانب مرکز

برای توضیح شکل بالا لازم به ذکر است که در سرعتهای کم و نزدیک به صفر که نیروی جانبی کمی از زمین به چرخها وارد می شود هیچ کدام از چرخهای عقب یا جلو لغزشی ندارند و زاویه لغزشی که برای مرکز گرانش تعریف می شود در مقدار بیشینه خود است. اما با افزایش سرعت، برای تامین نیروی جانبی از زمین به چرخها هم در چرخهای جلو و هم در چرخهای عقب زاویه لغزش به وجود آمده و افزایش می یابد و در نتیجه زاویه لغزش گرانیگاه خودرو کاهش می یابد.

این کمیت هم معیار خوبی برای مقایسه هندلینگ خودروهاست. هر چه در شتابهای جانب مرکز بالا زاویه لغزش مقدار بیشتری داشته و مثبت باشد راننده به خودرو مسلط تر است و همچنین زوایای لغزش منفی موجبات ناامنی سرنشینان را فراهم می آورد. البته در مسابقات فورمول یا رالی پیچ ها را با زاویه لغزش منفی و با سرعت بالا عبور می کنند اما مطالب ذکر شده در بالا برای رانندگی حالت عادی و خودروهای سواری می باشد.

معیار هایی که در بالا گفته شد می توانند به مقایسه هندلینگ کمک کنند اما به تنهایی نمی توانند مشخصات هندلینگ خودرو را نشان دهند. برای بررسی سرعت عمل خودرو نسبت به فرمانهای راننده آزمایشهای دیگری هم انجام می شود.

آزمایش هندلینگ در شرایط گذرا: این آزمایش به این شکل انجام می شود که در یک زمین صاف و بدون شیب و با آسفالت یکنواخت در سرعتهایی حدود 100 کیلومتر بر ساعت ورودی هایی به صورت ناگهانی به خودرو وارد می شود و واکنشی که خودرو به ورودی ها نشان می دهد توسط حسگر ها ثبت می شود. به عنوان مثال تاخیر زمانی بین ورودی فرمان و شتاب جانب مرکز و همچنین تاخیر زمانی بین ورودی فرمان و سرعت چرخش خودرو به مسیر فرمان داده شده از اطلاعات مهمی هستند که با انجام این آزمایش به دست می آیند.

آزمایش تغییر مسیر ناگهانی: این آزمایش به این شکل انجام می شود که در یک زمین صاف و بدون شیب مسیری به شکل زیر با اندازه های استاندارد مشخص می شود.

 

شکل 6: زمین انجام آزمایش تغییر مسیر ناگهانی

راننده تلاش می کند تا با سرعت مسیر مشخص شده را عبور کند به شرطی که خودرو با هیچ کدام از موانع برخورد نکند. این کار بار ها با راننده های مختلف در آزمایش یک خودرو تکرار می شود. در حین آزمایش داده هایی مثل سرعت و زاویه غلت و شتاب عرضی ثبت می شوند. آزمایشی که در آن خودرو به هیچ کدام از موانع برخورد نکند و سرعت میانگین در طی مسیر آزمایش بیشینه باشد به عنوان نتیجه تست معرفی می شود. البته واضح است که این سرعت بیشینه بستگی به مهارت راننده هم دارد. اما اگر برای خودرو های مختلف راننده ها یکسان باشند و از نتیجه به دست آمده از چند راننده ماهر میانگین گرفته شود می توان از نتیجه آزمایش فوق توانایی هندلینگ خودرو را به دست آورد.

 

شکل 7: زمین انجام آزمایش تغییر مسیر ناگهانی

در ادامه برای روشنتر شدن مفاهیم گفته شده در بالا نتایج آزمایش های فوق برای پنج خودروی سواری که با نامهای A تا E مشخص شده اند با هم مقایسه شده است. همچنین میانگین نمراتی را که سه راننده به هندلینگ هر خودرو داده اند هم به عنوان نظرات کلی راننده آورده شده است.

 

هندلینگ به چه عواملی بستگی دارد؟

سوال مهم این است که دلیل این اختلاف در هندلینگ خودرو ها چیست. پاسخ این است که عوامل زیادی تاثیر دارند که می توان به هندلینگ بهتر دست یافت که هر ساله تحقیقات فراوانی توسط خودروسازی ها و مراکز علمی در این زمینه انجام می شود.

به عنوان مثال هندسه سیستم تعلیق و رفتار آن و تغییر زوایای چرخها در هنگام جمع شدن چرخها (چرخهای خارج پیچ) و باز شدن چرخها (چرخهای داخل پیچ)، جنس و رفتار تایر در تحمل نیرو های طولی و عرضی، مکانیسم فرمان و نحوه اعمال نیرو به چرخهای جلو در فرمانگیری همه از عواملی هستند که در رفتار هندلینگ خودرو نقش موثری دارند. همچنین سیستمهایی مثل ESP یا VDC VSC DYC که به بعضی خودرو ها اضافه می شود تا در مانور ها با اعمال نیروی ترمزی مناسب به چرخها رفتار خودرو بهبود یابد.

اما عامل مهمی که در هندلینگ خودرو نقش موثری دارد و کمتر به آن پرداخته می شود توزیع وزن خودرو در محور ها است. در آزمایشهای انجام شده بر روی خودرو های A تا E موتور در هر پنج خودرو در قسمت جلوی خودرو قرار دارد و همچنین در هر پنج خودرو محور جلو محرک است و هیچکدام از پنج خودرو سیستمهای بهبود هندلینگ مثل ESP نداشته اند. اما درسیستمهای تعلیق و مقاومت غلتشی و ... تفاوتهایی با هم داشته اند.

توزیع وزن بر روی محور جلو و عقب در شرایطی که همه سرنشینان در خودرو نشسته باشند و متناسب با سرنشینان بار در صندوق عقب وجود داشته باشد در شکل زیر آمده است.

 

 

شکل 14: درصد توزیع وزن محور جلو در شرایط بارگذاری کامل

پيام هاي ديگران ()        link        چهارشنبه ٧ اسفند ،۱۳۸٧ - سیاوش