Fordonsdynamik

Fordonsdynamik avser de krafter, rörelser och förändringar av rörelser som påverkar fordon. Denna artikel gäller främst personbilar, lastbilar och bussar. I artikeln aerodynamik behandlas krafter som verkar på bland andra flygfarkoster, raketer och projektiler.

Fordonsdynamik bygger i första hand på klassisk mekanik, men kan också innebära kemi, fasta tillståndets fysik, elektroteknik, kommunikation, psykologi, reglerteknik och vägteknik.

Kontrollsystem 

Exempel på fordonsdynamiska kontrollsystem är:

 Antispinnsystem (TCS)
 Elektronisk krängningskontroll (ERC)
 Elektronisk stabilitetskontroll (Antisladd, ESP)
 Fjädringssystem
 Styrning
 System för reglering av däcktryck (Tyre Pressure Control System, TPCS) även känt via varumärket Central Tire Inflation (CTI) system

Aerodynamiska aspekter 

Vissa attribut eller aspekter av fordonsdynamik är rent aerodynamiska. Dessa inkluderar:

 Luftmotstånd
 Aerodynamik
 Tryckcentrum
 Nedkraft - Downforce
 Markeffekt - Ground effect (hos bilar)

Geometriska aspekter 

Till de geometriska egenskaper som har stor fordonsdynamisk påverkan hör:

 Ackermann styrgeometri
 Spårvidd
 Cambervinkel
 Castervinkel
 Toevinkel
 Höjd
 Axelavstånd

Vägspecifika aspekter 

Fordonets dynamik påverkas i hög grad av vägfaktorer såsom:

 Kurvradie
 Längslutning/backighet
 Tvärfall
 Vägojämnheter
 Textur (vägar)

Risken för vattenplaning påverkas av däckets mönster, mönsterdjup samt en rad vägfaktorer, såsom snedlutning och textur (vägar).

Tunga fordons rullmotstånd påverkas dessutom av vägytans deflektion (svikt) och därmed av brister i vägens bärighet.

Masspecifika aspekter 

Vissa egenskaper handlar om massa och dess fördelning, så som framgår av ordspråket "Liten tuva stjälper ofta stort lass". Exempel på sådana egenskaper är:

 Masscentrum
 Tröghetsmoment
 Krängningscentrum
 Fjädrad massa
 Ofjädrad massa
 Viktfördelning

Rörelseaspekter 

Vissa rörelseaspekter är rent dynamiska. Dessa inkluderar:

 Karosseriflex
 Guppstyrning (se Fjädringssystem)
 Kritisk hastighet
 Lastöverföring (se Fjädringssystem)
 Buller
 Vibration
 Komfort
 Överstyrning
 Understyrning

Överstyrning kan förebyggas med hjälp av "antisladdsystem" (Elektronisk stabilitetskontroll).

Däckegenskaper 

Vissa aspekter av fordonsdynamik kan direkt hänföras till däcken. Dessa inkluderar bland annat:

 Kontaktyta/"Fotavtryck"
 Sidofriktion vid kurvtagning
 Marktryck
 Rullmotstånd
 Slipvinkel
 Styrutväxling

Friktion och rullmotstånd beror även av vägytans egenskaper. Rullmotståndet är direkt proportionellt mot däckets deformation respektive underlagets deformation, samt omvänt proportionellt mot däckets radie. Även faktorer som påverkar däckets deformation, påverkar via deformationen även rullmotståndet. Detta gäller exempelvis fordonets massa, hastighet samt kurvtagning. Smala däck har lägre rullmotstånd än breda däck.

Körteknik 

Körteknik som påverkar fordonets stabilitet inkluderar:

 Tröskelvärde bromsning
 Dubbeltramp vid frikoppling
 Sladdning (drifting, motorsport)
 Handbromssladd
 Häl-och-tå
 Vänsterfotsbromsning
 Motstyrning (för tvåhjuliga fordon)

I svensk körkortsutbildning ingår halkkörning som ett utbildningsmoment.

Analys och simulering 

Fordonets dynamiska beteende kan analyseras på flera olika sätt. Modellen kan vara en enkel kvartsfordonsmodell, med en enkel fjädrad massa (karosserihörn av 4-hjulig bil), via ett fjäder- och dämparsystem samt en ofjädrad massa (hjulet) med viss styvhet, som kan lösas för hand av en angelägen matematiker eller simuleras på en dator. Vanliga programvaror är MatLab, Modelica, MSC ADAMS och en rad andra. Många av dessa använder mellan tjugo och flera hundra frihetsgrader (Degree Of Freedom, DOF), med ständigt ökande övre gräns/antal. Däcket är oftast en av de största svårigheterna att simulera på ett relevant sätt. Däcket är normalt modellerat utifrån Pacejkas magiska formel eller ett liknande koncept.

Racingspel är också en form av fordonsdynamisk simulering, även om många förenklingar är nödvändiga för att få realtidsprestanda med rimlig grafik. Det är viktigt att modellerna stämmer överens med resultat från verkliga test. Därför sker många provningar som har korrelerats mot resultat från instrumenterade provfordon.

Exempel på tester är:

 Metkrok
 Frekvensomfång
 Körfältsbyte
 Älgtest
 Sinusformad styrning

Se även 
 Blixthalka
 Centrifugalkraft
 Centripetalkraft
 Chaufför
 Fjädringssystem, inklusive avsnitt Lastöverföring.
 Rörelseenergi
 Sidkraft
 Tyngdkraft

Referenser

Noter

Källor 
 Roadex III: Health Issues Raised by Poorly Maintained Road Networks, Chapter 3.2 An overview of Heavy Trucks Dynamics
 "Fundamentals of Vehicle Dynamics", Thomas D Gillespie, Society of Automotive Engineers, 
 "Handbook of Vehicle-Road Interaction", David Cebon, Swets & Zeitlingers Publishers, 
 "Heavy Vehicle Ride and Endurance - Modelling and Model Validation", Anders Forsén, Kungliga Tekniska Högskolan, Doktorsavhandling TRITA-FKT 1999:33
 Internationell standard ISO 13674-1 (2010) "Road vehicles -- Test method for the quantification of on-centre handling -- Part 1: Weave test". International Organization for Standardization, Geneva.
 "Heavy Vehicle Ride and Endurance - Modelling and Model Validation", Anders Forsén, Kungliga Tekniska Högskolan, Doktorsavhandling TRITA-FKT 1999:33
 Internationell standard ISO 11012 (2009) "Heavy commercial vehicles and buses -- Open-loop test methods for the quantification of on-centre handling -- Weave test and transition test". International Organization for Standardization, Geneva.
 Internationell standard ISO 11026 (2010) "Heavy commercial vehicles and buses -- Test method for roll stability -- Closing-curve test". International Organization for Standardization, Geneva.
 Internationell standard ISO 13674-1 (2010) "Road vehicles -- Test method for the quantification of on-centre handling -- Part 1: Weave test". International Organization for Standardization, Geneva.
 Internationell standard ISO 3888-1 (1999) "Passenger cars -- Test track for a severe lane-change manoeuvre -- Part 1: Double lane-change". International Organization for Standardization, Geneva.
 Internationell standard ISO 9815 (2010) "Road vehicles -- Passenger-car and trailer combinations -- Lateral stability test". International Organization for Standardization, Geneva.

Externa länkar 
 Forebyggande program mot vältning med tunge fordon

 
Dynamik
Elektroteknik
Fordonsteknik
Klassisk mekanik
Körteknik
Reglerteknik
Vägteknik