ODBORNÝ DVOJMESAČNÍK ZAMERANÝ NA NAJNOVŠIE POZNATKY O VÝVOJI MOBILNÝCH PRACOVNÝCH STROJOV A O ICH APLIKÁCII V PRAXI

Vibrácie vplývajúce na posádku vozidla


Pri skúmaní šírenia vibrácií a ich vplyvu na okolie si treba uvedomiť, že ide o prepojenie viacerých vedných disciplín, ako je strojárstvo, psychológia, klinická medicína či fyziológia. Všetky tieto disciplíny majú spoločný cieľ, a to optimalizovať prostredie pre osoby, ktoré sú vibráciám vystavené, avšak každá vedná disciplína to dosahuje iným spôsobom.

V prípade inžinierskeho prístupu je cieľ minimalizovať vibrácie technickými riešeniami, v prípade zamerania na ergonómiu je snaha optimalizovať prostredie s dôrazom na človeka. Jazdné pohodlie je veľmi subjektívny a osobný názor jednotlivcov, hoci niektoré sú si veľmi blízke a možno ich zovšeobecňovať. Skúmanie vibrácií prenášajúcich sa do celého tela malo za cieľ vyhodnotiť, aké vibrácie spôsobujú nepohodlie.

Merané vozidlo

Meranie vibrácií sa vykonávalo na vozidle VW e-Up! Vozidlo malo najazdených v čase merania (november 2016) približne 10 000 km. Pred testovacou jazdou boli pneumatiky vozidla nahustené na predpísanú hodnotu, z vozidla sa odstránila prebytočná záťaž a bolo vybavené len povinnou výbavou.

Voľba meracej techniky

Použité boli akcelerometre ktoré majú označenie ADXL325, umožňujú meranie v troch osiach a ich malé rozmery sú vhodné na použitie v limitovanom priestore náprav. Merací rozsah snímača je 10 g, rozmer čipu akcelerometra 4 mm x 4 mm. Napájacie napätie sa môže pohybovať v rozsahu 1,8 V až 3,6 V. Výrobca deklaruje pre akcelerometer vynikajúcu tepelnú stabilitu a odporúča jeho použitie v aplikáciách na mobilných zariadeniach, pri stabilizácii obrazu, pri športe a zdravotných pomôckach. Výstupnou hodnotou zo snímačov je hodnota vo voltoch. V osiach X a Y je merací rozsah od 0,5 Hz po 1600 Hz a v osi Z je merací rozsah 0,5 Hz až 550 Hz. Teplotnú stabilitu snímača výrobca uvádza v rozsahu –55 °C až +125 °C.

Pretože na vozidle bolo použitých 7 snímačov a každý snímač mal 3 výstupy pre každú os samostatne, celkovo teda 21 kanálov, bolo treba všetky snímače orientovať rovnakým spôsobom z dôvodu ľahšieho spracovania údajov.

Elektrické vozidlá sú v rámci štandardizácie vybavené zbernicou CAN a diagnostickým konektorom. Prostredníctvom použitia vhodného prevodníka, ktorý je kompatibilný s CAN 2.0 A/B podľa štandardu ISO 11898, sa cez OBD/OBD II/EOBD konektor prevedie signál zo zbernice CAN na rozhranie USB pre komunikáciu s počítačom. Následne použitím zodpovedajúceho softvérového programu sa načítajú dáta, resp. správy zo zbernice CAN.

Merané prejazdy vozidla

Meranie sa vykonávalo v okolí Bratislavy na vopred vybraných úsekoch. Prvým úsekom bola betónová cesta s miernymi výškovými rozdielmi betónových blokov zaliatych asfaltom. Na tomto úseku sa meralo pri rýchlostiach 40 km/h, 50km/h a 60km/h. Druhým úsekom bola zvlnená plocha parkoviska bez poškodení vozovky, prejazdová rýchlosť bola stanovená na 30 km/h, 40 km/h, 50 km/h. Ďalším meraním bol prejazd cez normovaný prefabrikovaný spomaľovací prah pri rýchlostiach 20 km/h, 30 km/h, 40 km/h a 50 km/h. Posledným úsekom bolo meranie na poškodenej vozovke tvorenej žulovými dlažobnými kockami, tzv. mačacími hlavami. Prejazd po tejto ulici bol vykonaný pri rýchlostiach 40 km/h, 50 km/h a 60 km/h. Uvedené merania trvali približne 4 hodiny, pričom tento čas zahrňoval aj prejazdy z jedného úseku na druhý. Meranie prebiehalo v štandardnej premávke, preto sa niektoré merania museli viackrát opakovať. Vodič aj spolujazdec po takejto sérii meraní subjektívne tvrdili, že pociťujú únavu, ako keby jazda trvala dvojnásobný čas.

Výsledky z meraného prejazdu

Meraný úsek bol tvorený prevažne betónovými panelmi s miernymi dilatáciami, pričom časť úseku tvoril nekvalitný asfaltový povrch. Meraný úsek bol v dĺžke 800 metrov a rýchlosť prejazdu bola stanovená na 40 km/h, 50 km/h a 60 km/h. Rýchlosť bola udržovaná tempomatom.

Pomocou FFT analýzy bolo zistené, ktoré frekvencie najdominantnejšie pôsobia na nápravy, karosériu aj samotného spolujazdca, obr. 5. Z grafu možno vidieť, že najvýznamnejšou je frekvencia v rozsahu 1 – 2 Hz a ďalej sú významnejšie frekvencie v oblasti 6 – 8 Hz. Podľa normy ISO 2631 sú definované obmedzenia pre človeka, ktoré znižujú výkonnosť, pohodlie a obmedzujú zdravie. Frekvencie medzi 2 – 8 Hz sú najvýznamnejšie a vzhľadom na veľkosť zrýchlenia dĺžku pôsobenia je možné určiť, či dochádza k ohrozeniu zdravia, obmedzeniu výkonnosti alebo pohodlia posádky. Grafy na obr. 6 a 7 boli namerané pri rovnakom prejazde, avšak FFT analýzy boli spracované zvlášť pre karosériu a prednú nápravu. Z priebehu možno vidieť, že podvozok vozidla frekvencie znížil, avšak pri porovnaní s FFT v prípade spolujazdca je možné predpokladať, že vhodnými konštrukčnými úpravami sedadla možno dosiahnuť ergonomickejšie frekvenčné spektrum, a teda aj pozitívnejší vplyv na spolujazdca.

Literatúra:

[1] NEWELL, G. S. – MANSFIELD, N. J. 2006, Influence of posture and multi-axisvibration on reactiontimeperformance and perceivedworkload: výskumná správa

[2] GRIFFIN, M. J. 1990, Handbook of humanvibration. Academic press, 1996, ISBN 978-0-12-303041-2

 

Ing. Richard Hasa, Ing. Michal Šlauka

Strojnícka fakulta STU v Bratislave