Jarrutus ja jarrujärjestelmät

Ajodynamiikan koe - Rengasteoria

• Renkaan tärkeimmät ulkoiset voimat ja momentit: Ne vaikuttavat ajoneuvoon renkaan ja tienpinnan välisen voimansiirron aikana. Lisäksi on otettava huomioon myös ajoneuvoon vaikuttavat tuulen voimat.
• Kontakttipinta (jälki): Voima siirtyy renkaan ja tienpinnan välillä kitkan välityksellä kontakttipinnalla.
• Kitkan tyypit: Tärkeimmät kitkat ovat adheesiokitka (molekyylivoima) ja hysteresikissa (vaihteistossa).
• Poikittainen ja pitkittäinen voima: Poikittainen voima (FS) on kohtisuora pyörän keskikohtaa vastaan, ja pitkittäinen voima (FU) kulkee pyörän keskikohdan suuntaisesti.
• Voimat ja momentit kontaktin pisteessä: Voimat eivät yleensä kohdistu tarkasti pyörän kontaktin pisteeseen, vaan ne aiheuttavat momentteja pyörän kontaktin pisteen suhteen (renkaan suuntausmomentti MR).
• Liukumakulma: Poikittainen ja pitkittäinen voima voivat vaikuttaa toisiinsa samanaikaisesti. Tilanne, jossa vain poikittainen ja pitkittäinen voima ovat mukana, tarkastellaan alla.
• Renkaan tartunta (grip): Renkaan on siirrettävä kaikki dynaamiset voimat neljään kontaktin alueeseen (jälki). Tartuntaa luodaan samanaikaisesti useilla ilmiöillä.
• Liiketason viskositeetti: Polymeerien ja elastomerien viskositeetti (viskoelastisuus) on ajasta, lämpötilasta ja taajuudesta riippuvaista. Tämä estää molempia ääripäitä, "täysin joustava" (kuten jousi) ja "erittäin viskoosi" (kuten kiinteä kappale). Materiaalien muodonmuutos ja sen aiheuttavat voimat tapahtuvat eri aikoina.
• Ominaisuuden lukitus: Renkaan ja tienpinnan välinen tiivis kontakti luo kitkan, joka riippuu tienpinnan mikrorakeisuudesta.

Voimansiirto ja liukuma

• Voimansiirto: Neljä renkaan kontaktialuetta (jälki) ovat suora ja ainoa rajapinta tienpinnan ja ajoneuvon välillä.
• Liukumakulma ja liukuma: Vain kulmassa pyörivät renkaat voivat siirtää samanaikaisesti voimia, joita kuljettaja pyytää ohjaamalla, jarruilla tai kiihdyttämällä fyysisillä rajoilla.
• Pitkittäisen ja poikittaisen voiman vaikutus: Jos pitkittäinen (Fx) ja poikittainen (Fy) voima ilmenevät samanaikaisesti (esim jarrutetaan mutkassa), ne voivat vaikuttaa toisiinsa.

Renkaan tartunta

• Tartunnan luominen: Renkaat joutuvat samanaikaisesti siirtämään kaikki dynaamiset voimat vain neljään kontaktin alueeseen. Tarvittava tartunta kontaktin ja tienpinnan välillä syntyy samanaikaisista ilmiöistä. Näitä ovat mm. positiivinen lukitus ja adheesio molekyylivoimien vuorovaikutuksen kautta.

Viskoelastisuus

• Viskoelastisuus: Kuvaa polymeerien ja elastomerien aineiden viskositeetti (viskoelastisuus) sekä aineiden ajan, lämpötilan ja taajuuden riippuvaisuutta. Tämä viskoelastisuus sisältää molekyylilukituksen ja virtausprosessien välttämättömän vaikutuksen vastavuoroisen toiminnan vuoksi. Tämä viskoelastisuus estää täysin joustavaa tai erittäin viskoosia tilaa.

Lukitus

• Mekaninen lukitus: Renkaan ja tienpinnan välinen tiivis kosketus luo tartuntaa, joka riippuu tienpinnan mikrorakeisuudesta.

Rullausvastus

• Rullausvastus: Voimat, jotka estävät ajoneuvon etenemistä. Lisäksi ilmatila/ilmanvastus, voimat siirtymisissä, kiihdytystä/hidastuksia, kitka voimat ja rullausvastus.
• Rullausvastus ja renkaan koko: Kapeammat renkaat ja korkeampi ilmastopaine lisäävät rullausvastusta, koska kontaktin pinta-ala ja työntyminen pienenevät.
• Energian tappiot: Noin 90% rullausvastuksesta johtuu viskoelastisuudesta.

Ajohallinta

• Ajohallinnan periaate: Ajohallinta (ESC) käyttää ajoneuvon jarruja ja voimansiirtoa vaikuttaakseen ajoneuvon pitkittäiseen ja poikittaiseen liikkeeseen kriittisissä tilanteissa. Tällöin jarrujen perustoiminto (hidastus/pysäyttäminen) on toissijainen ajohallinnan tavoitteeseen nähden.
• Ajohallintatoiminnon aktivointi: Käyttäjän ohjausta käyttäen ajohallinta pystyy parantaa ajoneuvon stabiilisuutta ja suuntaisuutta.
• Osa-alueiden ohjaus: Voimansiirto-osien, jarrujen ja ohjausjärjestelmän tarkat toimet mahdollistavat ajoneuvon tarkan kulkemisen ja pysyvyyden.
• Ajohallinnan rakenteet: Ajohallintarakenteet huomioivat mm. ohjauspyörän asennon, jarrujärjestelmän, sekä muut osat.

Jarruteho

• Jarrutusvoiman jakautuminen: Jarrut tehotaan jarruttavien voimien jakautumisen mukaan. Esim etu 60%, taka 40%.
• Jarrutusmatka: Matkan pituus, jonka ajoneuvo kulkee jarrua painamisesta pysähtyen.
• Jarrutustyö: Integroi instantaneen jarrukentän (Ff) ja alkeellisen liikehtimisen (ds).
• Jarrutusteho: Jarrutusvoiman ja ajonopeuden tulo.
• Jarrutusnopeuden hidastuminen: Jarruttamisnopeuden vähentäminen tietyissä ajankohdista.