Is the representation of transient states of tyres a matter of practical importance in the simulations of vehicle motion?

There are quite few publications where the representation of transient states of tyres is taken into account in the examination of the motion of a vehicle as a whole by computer simulation. Most of the researchers who build models of motor vehicle dynamics leave this issue out of account, believing that it is related to the phenomena of little importance in both qualitative and quantitative terms, especially when self-excited vibration of wheels with pneumatic tyres is ignored. The objective of this publication is to present simulations of motor vehicle motion in the situation encountered during the training of drivers at Driver Improvement Centres. The author proves that the taking into account of the representation of transient states of the lateral force and aligning moment on vehicle tyres will strongly affect the calculation results. This is because of the excitation form, the time constants of which are comparable with the relaxation time of the tyres of the vehicle under test. The analysis results have been presented in both quantitative and qualitative form, i.e. in a table and as time histories of selected quantities, respectively. The data shown indicate considerable differences in the calculated effects of disturbance to rectilinear motion of a passenger car, when determined with ignoring the transient states of tyres, in comparison with the corresponding calculation results obtained with the transient states of tyres having been taken into account. The biggest differences in the absolute values recorded during the first second from the beginning of the disturbance to the motion of rear vehicle wheels were observed in yaw (heading) angle, lateral displacement of the centre of vehicle mass, and moment of forces on the steering wheel. The differences were so big (from 19 % to 26 %) that they changed the qualitative and quantitative assessment of vehicle behaviour. Thus, they highlighted the great impact that the representation of transient states of the lateral forces and aligning moments on vehicle tyres exerts on the results of the test being simulated.

Niewiele jest prac, w których uwzględnia się opis stanów nieustalonych ogumienia w badaniach symulacyjnych ruchu całego pojazdu. Większość osób budujących modele dynamiki samochodów pomija ten opis, uznając, że dotyczy zjawisk mało istotnych z jakościowego i ilościowego punktu widzenia, zwłaszcza wtedy, gdy pomijane są drgania samowzbudne kół ogumionych. Celem niniejszej publikacji jest przedstawienie symulacji ruchu samochodu w sytuacji, która jest spotykana w trakcie treningów kierowców w Ośrodku Doskonalenia Techniki Jazdy. Autor udowadnia, że uwzględnienie opisu stanów nieustalonych siły bocznej i momentu stabilizującego ogumienia w bardzo istotny sposób wpływa na wyniki przeprowadzonych obliczeń. Wynika to z postaci wymuszenia, którego stałe czasowe są porównywalne z czasem nabiegania ogumienia badanego pojazdu. Autor przedstawia wyniki ilościowo w formie tabeli oraz jakościowo w postaci przebiegów czasowych wybranych wielkości. Wskazują one na istotne różnice między efektami zaburzenia ruchu prostoliniowego samochodu osobowego, dla przypadku nieuwzględniania stanów nieustalonych ogumienia, odniesionymi do wyników otrzymanych dla przypadku uwzględniania stanów nieustalonych ogumienia. Największe różnice modułów w trakcie pierwszej sekundy od wystąpienia zaburzenia ruchu kół osi tylnej, dotyczą kąta odchylenia (kąta kierunkowego), przemieszczenia poprzecznego środka masy pojazdu oraz momentu na kole kierownicy. Są one na tyle istotne (od 19 do 26%), że zmieniają jakościowo i ilościowo ocenę zachowania pojazdu. Wskazują, zatem, na duży wpływ opisu stanów nieustalonych sił bocznych i momentów stabilizujących kół jezdnych na wyniki symulowanego testu.