Podręcznik

4. Testowanie pojazdów mobilnych załogowych i bezzałogowych lub samych podwozi

4.1. Ocena zdolności koła podwozia zrobotyzowanego do pokonania trudnego terenu

Bez względu na przyjęte poprawnie określone parametry zaprojektowanego podwozia zrobotyzowanego, takie jak właściwy kąt natarcia i zejścia lub właściwa szerokość i średnica opony koła na nic się one zdadzą, jeżeli na koła podwozia nie będzie przenoszona odpowiednia moc napędowa, pochodząca od silnika napędowego odpowiedniego rodzaju. Spełnienie tego warunku zagwarantuje odpowiednie osiągi trakcyjne podwozia do pokonania niezdeterminowanego zazwyczaj terenu, „najeżonego” niespodziewanie rowami czy błotem.
Do nakreślenia zdolności koła podwozia zrobotyzowanego do pokonania trudnego terenu posłużmy się najpierw rysunkiem 86, ilustrującym oddziaływanie składowych sił i reakcji podłoża na napędzane koło podwozia (przyjmujemy, iż tylko takie koła posiadają podwozia zrobotyzowane np. robotów mobilnych).

Rysunek 86: Ilustracja oddziaływania składowych sił i reakcji osi i podłoża na napędzane koło podwozia

Widoczny na rysunku 86 moment napędowy Mk uzyskiwany jest od napędu osi podwozia lub napędu silnika koła. Iloraz tego momentu przez wartość promienia dynamicznego koła rd wyraża tzw. siłę napędową Pn:

$P_n=\dfrac{M_k}{r_d}$

Widoczny na rysunku 86 odcinek e przedstawia odległość osi koła od linii działania prostopadłej składowej reakcji drogi Q i jest tzw. ramieniem momentu oporu toczenia Mt wyrażonego następującą zależnością:

$M_t=Q\cdot e$

Uwzględniając parametry koła oraz siły reakcji podłoża na to koło, równanie momentów dla ruchu jednostajnego koła jest następujące:

$M_k=P\cdot r_d+Q\cdot e$

gdzie:
P – składowa wypadkowej reakcji drogi na koło, nazywana siłą pędzącą, która jest odpowiedzialna za ruch koła po podłożu.
W przypadku niejednostajnego ruchu koła po podłożu obowiązują poniższe zależności:

$M_k=P\cdot r_d+Q\cdot e+I_k\cdot\dfrac{{d\omega}_k}{dt}$

$P_O=P-m_k\cdot\dfrac{dv}{dt}$

gdzie:    I_k    –   moment bezwładności koła względem jego osi obrotu;
m_k    –   masa koła;
$\dfrac{{d\omega}_k}{dt}$    –    przyśpieszenie kątowe koła;
$\dfrac{dv}{dt}$    -   przyspieszenie liniowe osi koła;
Po   -   siła pędząca skierowana w kierunku ruchu pojazdu.
Analizując powyższe zależności natychmiast można dojść do słusznego wniosku, że zarówno dla ruchu jednostajnego jak i niejednostajnego promień dynamiczny koła r_d odgrywa ważną rolę w dynamice koła po podłożu. (Przy braku siły na obwodzie koła jest równy promieniowi tocznemu). Zatem, im większa jego wartość to tym większy i moment napędowy M_k, niezbędny do napędu podwozia. W aspekcie podwozia wyposażonego w system CPK lub CTIS oznacza to, że możliwym się staje kształtowanie wartości promienia dynamicznego koła rd poprzez modyfikowanie wartości ciśnienia w kołach podwozia, bowiem opór toczenia koła po odkształcalnym podłożu zależy również od nacisku tego koła na podłoże. A to, jak wiemy kształtuje m.in. wartość ciśnienia powietrza w kołach podwozia.
Innym parametrem, który jest proponowany do określania własności podwozia do pokonywania terenu jest tzw. wartość funkcji mocy jednostkowej w zależności od prędkości jazdy f(v), pobieranej z napędu pojazdu na pokonanie oporów ruchu mechanizmów jezdnych. Wyraża ją poniższa zależność:

$f\left(v\right)=\dfrac{N}{G}$

gdzie:
N   -   moc oporów ruchu;
G   -   ciężar pojazdu (podwozia).
Moc oporów ruchu N wyraża się iloczynem siły oporów ruchu P_t i prędkości ruchu v.