Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор работ по теме, постановка целей и задач исследований 12
1.1. Анализ закономерностей изменения качества работы гасящих устройств в эксплуатации 12
1.1.1. Влияние качества работы гасящего устройства подвески автомобиля на безопасность движения и плавность хода 12
1.1.2. Особенности конструкции гасящих устройств современных автомобилей и их влияние на качество работы ... 14
1.1.3. Особенности изменения качества работы гасящих устройств подвески автомобилей в эксплуатации 18
1.2. Существующие методы и средства оценки качества работы гасящих устройств автомобилей 25
1.2.1. Стенды для диагностики амортизаторов с демонтажом амортизатора из подвески транспортного средства 26
1.2.2. Стенды для диагностики амортизаторов без демонтажа амортизатора из подвески автомобиля 27
1.2.2.1. Стенды для диагностики гасящих свойств подвески методом свободных колебаний (сбрасывания) 27
1.2.2.2. Стенды для диагностики гасящих свойств подвески методом вынужденных колебаний 31
A) Стенды с беговыми барабанами 31
Б) Стенды с "беспружинным" (жестким) приводом колебателя 32
B) Стенды с приводом колебателя через упругое звено... 39
1.2.3. Недостатки вышеуказанных стендов 46
1.3. Постановка целей и задач теоретического и экспериментального исследования 47
Глава 2. Теоретические исследования колебаний автомобиля при кинематическом возбуждении 48
2.1. Разработка математической модели колебаний автомобиля на дороге и на стенде, расчетные зависимости 48
2.2. Составление нелинейных уравнений для моделирования на персональном компьютере 50
2.3. Создание упрощенной математической модели для построения амплитудно-частотных характеристик колебаний автомобиля 56
2.4. Выбор параметров математической модели с учетом требований метрологии и реального дорожного возбуждения... 59
Глава 3 Исследование колебаний автомобиля с помощью численного эксперимента 62
3.1. Результаты моделирования 62
3.1.1. Зависимость ускорений колебаний кузова от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 62
3.1.2. Зависимость скоростей колебаний кузова от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 69
3.1.3. Зависимость перемещений кузова от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 73
3.1.4. Зависимость относительных скоростей колебаний в подвеске от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 76
3.1.5. Зависимость относительных перемещений в подвеске от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 80
3.1.6. Зависимость ускорений колес от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 82
3.1.7. Зависимость перемещений колес от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 87
3.1.8. Зависимость колебаний силы в пятне контакта с опорной поверхностью от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 91
3.1.9. Зависимость отношения от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин 93
3.2. Выводы по численному эксперименту 97
Глава 4. Экспериментальная проверка предлагаемого метода 104
4.1. Проверка данных, полученных при моделировании с помощью эксперимента 104
4.2.1. Теоретические предпосылки для выбора методологии критериальной оценки качества работы гасящих устройств в подвеске автомобиля 109
4.2.2. Сравнительные исследования метрологической точности известных методов и предлагаемого метода контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля 112
4.2.3. Выводы по результатам расчетов чувствительности методов контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля 118
4.3. Алгоритм контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля в диагностическом цикле проверки тормозов 119
5. Основные выводы и рекомендации 122
Список литературы 127
Приложения 137
- Особенности конструкции гасящих устройств современных автомобилей и их влияние на качество работы
- Составление нелинейных уравнений для моделирования на персональном компьютере
- Зависимость скоростей колебаний кузова от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин
- Теоретические предпосылки для выбора методологии критериальной оценки качества работы гасящих устройств в подвеске автомобиля
Введение к работе
Качество гашения колебаний в подвеске автомобиля в значительной мере влияет на целый ряд его эксплуатационных свойств.
Снижение затухания в подвеске автомобиля при его эксплуатации напрямую связано с изменением технического состояния амортизатора.
При этом следует отметить, что существуют две концепции качества амортизаторов. Первая, которая была принята в СССР, состояла в том, что амортизатор проектировался и производился так, чтобы обеспечить срок его службы не менее срока службы автомобиля.
По другой концепции, принятой на зарубежных предприятиях, амортизаторы проектируются и производятся на ограниченный срок службы для повышения прибыли за счет снижения его себестоимости в массовом производстве. Поэтому они нуждаются в периодическом контроле работоспособности, что требует развития средств их контроля без демонтажа из подвески.
Неизбежное ухудшение качества работы гасящего устройства автомобиля в процессе эксплуатации приводит к снижению устойчивости и управляемости автомобиля, увеличению тормозного пути, повышенному износу дорожного покрытия, а также шин и элементов шасси (шарниры подвески, пружины и т.д.).
Существующие современные средства контроля гасящих устройств не могут с достаточной достоверностью контролировать качество работы гасящего устройства из-за своей недостаточной точности или высокой трудоемкости проведения контроля.
В связи с вышеизложенным актуальным является исследование, связанное с совершенствованием методов контроля качества работы гасящих устройств автомобиля.
Целью работы является повышение эффективности и безопасности эксплуатации автотранспортных средств за счет разработки метода контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля.
Объектом исследования являются колебательные процессы, происходящие в подвеске автомобиля. Предметом исследования являются методы определения качества работы гасящих устройств.
Методы исследования: в диссертационной работе использованы методы математического моделирования, программирования и экспериментальные методы.
Исследование основных неисправностей гасящих устройств и выявление закономерностей в изменении их технического состояния в эксплуатации выполнялось на Московском карбюраторном заводе (филиал завода им. Лихачева), в том числе с помощью стендов для проведения ресурсных испытаний БМ-392А, а также динамометрических стендов 20А-652А и GMF (фирмы Милетто, Италия).
Для оценки влияния изменения технического состояния гасящих устройств на колебательные процессы и соответственно параметры колебаний автомобиля был использован метод математического моделирования. Разработанные программы расчета позволили провести моделирование колебаний автомобиля с использованием пакета прикладных программ Матлаб с учетом нелинейности сил сопротивления в подвесках и шинах в различных условиях.
Полученные данные были проверены натурным экспериментом, проведенным управлением конструкторских и экспериментальных работ производственного объединение «ЗИЛ». Результаты эксперимента изложены в отчетной записке № 03 37.105.02.163-2004.
Научная новизна работы заключается в том, что:
-предложен экспериментально-расчетный метод контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля по отношению ускорений кузова и колеса, в том числе и в диагностическом цикле
проверки тормозов автомобиля, на который подана заявка на выдачу патента на изобретение № 2005112871/20;
-разработаны математические модели и программы расчета для моделирования вертикальных колебаний автомобиля с учетом нелинейности сил сопротивления в подвеске и шинах;
-разработано и изготовлено испытательное оборудование для проведения экспериментальной проверки эффективности
предлагаемого метода.
Представленный экспериментально-расчетный метод обеспечивает контроль качества работы гасящего устройства подвески автомобиля с учетом помех от неупругих сил сопротивления (трение в подвесках и в шинах).
Научная новизна полученных результатов подтверждается патентами Российской Федерации на изобретение, полученными по результатам диссертационной работы.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования разработанного автором экспериментально-расчетного метода контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля как для стендовых испытаний качества работы гасящих устройств на СТО, в том числе в диагностическом цикле проверки тормозов, так и для создания встроенной в автомобиль бортовой системы контроля работы гасящих устройств. Использование предлагаемого метода позволит повысить безопасность движения и снизить трудоемкость работ ТО и ТР.
Разработанная автором программа расчета позволяет провести моделирование колебаний автомобиля с учетом нелинейности сил сопротивления в подвесках и шинах в различных условиях, что позволяет выбрать для конкретных задач оптимальные характеристики подвески, шин, подрессоренного сиденья и т.д. на стадии проектирования.
Реализация работы: предложенный метод контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля был применен на АМО ЗИЛ («Завод имени И. А. Лихачева»). Кроме того, МЗСА (Московский завод специализированных автомобилей) использует данный метод для выходного контроля системы подвески. Разработанное программное обеспечение применяется для оптимизации характеристик подвески выпускаемых автомобилей и прицепов МЗСА (Московский завод специализированных автомобилей), а также было успешно применено ЗАО «МедСил» для оптимизации характеристик силы упругого и неупругого сопротивления сегментированного колеса, которое выполняет функцию подвески у погрузчиков с бортовым поворотом.
Апробация работы: основные результаты исследований были доложены, обсуждены и одобрены на первой международной научно-методической и научно-исследовательской конференции "Плавность хода экологически чистых автомобилей в различных дорожных условиях и летательных аппаратов при приземлении и торможении", г. Москва, 1997 год; научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ТУ), г. Москва, 1999 год; пятом Международном научно-техническом симпозиуме "Авиационные технологии XXI века", 1999 год; шестом Международном научно-техническом симпозиуме "Авиационные технологии XXI века: новые рубежи авиационной науки", 2001 год.
Кроме того, была выпущена отчетная записка по результатам экспериментальной проверки предлагаемого метода на АМО ЗИЛ.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.
На защиту выносятся:
-результаты исследования современных методов контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобилей и выявленные в них недостатки;
-математические модели свободных и вынужденных вертикальных колебаний автомобиля с учетом постоянного трения, нелинейности
упругого и неупругого сопротивления, несимметричности характеристик амортизатора, а также возможного разрыва связей;
-разработанный экспериментально-расчетный метод контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля в эксплуатации;
-выбранные диагностические параметры и режимы для контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля, а также алгоритм контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля;
-разработанное испытательное оборудование и методики для проведения экспериментального исследования контроля качества работы гасящего устройства подвески автомобиля предлагаемым методом.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и основных результатов и содержит 166 страниц текста, в том числе 13 таблиц, 57 рисунков, список литературы из 119 наименований и 3 приложения.
Основные положения диссертации изложены в следующих работах:
1. Дербаремдикер А.Д., Калачев СМ. Устройства для оценки состояния амортизаторов.// Автомобильная промышленность. №9, 1999. -С. 21-23.
2. Калачев СМ, Шкурко Л.С., Калачев A.M. Экспериментально-расчетный метод контроля состояния амортизаторов.// Автомобильная промышленность. №6, 2005. -С, 26-29.
3. Дербаремдикер А.Д., Калачев СМ. Проблемы инструментального контроля технического состояния подвески автомобиля и пути их решения.// Тезисы докладов первой Международной научно-методической и научно-исследовательской конференции «Плавность хода экологически чистых автомобилей в различных дорожных условиях и летательных аппаратов при приземлении и торможении». Секция 1-2. -М., Ротапринт МАДИ (ТУ), 1997.-С 68.
4. Дербаремдикер А.Д., Кручинин П.А., Калачев СМ. Адаптивное управление подвеской с интеллектуальной системой демпфирования для аэромобиля.//Аннотации докладов 5-го Международного научно-технического симпозиума "Авиационные технологии XXI века". Секция 1-2. 17-19 августа 1999. -С. 41.
5. Калачев СМ. Проблема посадочного удара и комфортабельности аэромобиля.// Тезисы докладов 6-ого Международного научно-технического симпозиума "Авиационные технологии XXI века: новые рубежи авиационной науки". Секция IX. 14-19 августа 2001. -С. 384-385.
6. Патент на изобретение № 2164675. Способ диагностики управляющих устройств и систем автотранспортных средств.// Роспатент. Авт. Дербаремдикер А.Д., Калачев СМ. Заявл. 23.04.1999 г. № 99108694; зарег. в Гос. Реестре полезных моделей 27.03.2001 г.
7. Патент на изобретение № 2239567. Сегментированное колесо для колесных машин с нелинейной характеристикой силы упругого сопротивления. //Роспатент. Авт. Калачев СМ., Горшков А.В. Заявл. 19.07.2002 г. № 2002119145; зарег. в Гос. Реестре полезных моделей
10.11.2004 г.
8. Свидетельство на полезную модель № 28847. Сегментированное колесо для колесных машин с нелинейной характеристикой силы упругого сопротивления.// Роспатент. Авт. Калачев СМ., Горшков А.В. Заявл. 24.07.2002 г. № 2002119378; зарег. в Гос. Реестре полезных моделей 20.04.2003 г.
9. Заявка на выдачу патента на изобретение № 2005112871/11(014850). Способ контроля технического состояния гасящих устройств автотранспортных средств. // Роспатент. Авт. Калачев СМ. Заявл.
28.04.2005 г. (Получено решение о выдаче патента на изобретение).
10. Отчетная записка № ОЗ 37.105.02.163-2004. Экспериментально- расчетный метод контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля. Управление конструкторских и экспериментальных работ. Производственное объединение «ЗИЛ». Москва, 2004 год.
Особенности конструкции гасящих устройств современных автомобилей и их влияние на качество работы
В последнее время в мире, а в России особенно, стало заметно несоответствие между несовершенством и неразвитостью методов инструментального контроля систем подрессоривания автомобиля в сопоставление со сложностью конструкции самой системы подрессоривания.
Усложнение конструкции гасящего элемента вызвано тем, что амортизатор с нерегулируемой характеристикой имеет ряд недостатков. Для того чтобы понять, чем они вызваны, достаточно рассмотреть амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) ускорений подрессоренной и неподрессоренной массы (рис. 1) [32,42].
Следует отметить, что вышеуказанные АЧХ были построены без учета неупругого сопротивления шины, что привело к появлению узловых точек Нз И Нд, которые отсутствуют на АЧХ ускорений кузова, построенной с учетом неупругого сопротивления шины. Соответственно, при наличии неупругого сопротивления шины рост сопротивления амортизатора приводит к увеличению ускорений кузова в межрезонансной, зарезонансной и высокочастотного резонанса зонах.
Из АЧХ видно, что в низкочастотной зоне снижение ускорений подрессоренной массы достигается увеличением сопротивления амортизатора. Но, в тоже время, в межрезонансной и зарезонансной зонах требуется для снижения ускорений кузова уменьшение сопротивления амортизатора, что может быть достигнуто применением эффективных разгрузочных клапанов. Однако, как было показано в работах Дербаремдикера А.Д. [32,42], амортизаторы с эффективной разгрузкой не обеспечивают гашение колебаний колес в области высокочастотного резонанса. Поэтому при их применение возрастает вероятность отрыва колес от дороги, и нарушаются требования устойчивости автомобиля, в том числе при торможении [32,42]. Следовательно, возникает противоречие между требованиями к амортизатору с точки зрения безопасности движения и плавности хода, что приводит к необходимости использования управления демпфированием транспортных средств, что было показано в работах Дербаремдикера А.Д. [29,30,32,42].
Противоречивость требований к характеристикам амортизаторов с точки зрения вибробезопасности и безопасности движения вызвало широкое применение для высокоскоростных автомобилей зарубежного производства автоматических многопараметрических систем управления демпфированием в подвеске автомобиля [26,45,74,118,119]. Например, характеристики амортизаторов меняются при повороте автомобиля, разгоне или торможении, при движении по плохой дороге. Эти технические решения уже используются на серийных автомобилях, например, у многих автомобилей Peugeot и Citroen электронный блок управления осуществляет управление затуханием в подвеске в зависимости от скорости вращения и угла поворота руля, открытия дроссельной заслонки при кренах кузова. У "AUDI-S4" с электронно-управляемой активной подвеской CVD характеристики амортизаторов изменяются автоматически в течение 5мс в зависимости от условий движения. Некоторые фирмы пробуют бороться с недостатками обычных амортизаторов с помощью более простых конструктивных решений. Например, фирма "MONROE" выпускает для многих автомобилей, в том числе и для российских автомобилей, амортизатор "Sensatrak", он имеет переменную по ходу поршня характеристику сопротивления, что достигается благодаря наличию калиброванного паза в стенке рабочего цилиндра длиной 29-54мм в зависимости от модели автомобиля. Благодаря наличию паза амортизатор имеет небольшое сопротивление при колебаниях колес с малой амплитудой за счет дополнительного перетекания жидкости через этот паз. С ростом амплитуды колебаний колес поршень выходит за пределы этого паза, и сопротивление амортизатора возрастает, обеспечивая более эффективное гашение колебаний. Благодаря переменному по ходу поршня сопротивлению, по утверждению фирмы "MONROE", удается повысить плавность хода без ухудшения безопасности движения. Стоит также отметить, что многими производителями давно применяются регулируемые амортизаторы, например фирма KONI (рис. 2), чтобы обеспечить эффективность амортизатора на протяжении всего срока его службы, оснащает амортизаторы устройством для регулировки усилия отбоя. Но и автоматические многопараметрические системы, также как и обычные системы подрессоривания, в том числе с регулируемыми вручную амортизаторами, ігуждаются в периодическом контроле состояния гасящего устройства подвески.
Снижение затухания в подвеске автомобиля при его эксплуатации напрямую связано с изменением технического состояния амортизатора в процессе эксплуатации. В настоящее время подвески легковых и грузовых автомобилей и тракторов оснащаются гидравлическими амортизаторами двухстороннего действия телескопического типа. Сопротивление амортизатора, создаваемое амортизатором, неодинаково при отбое и сжатие. Сопротивление при сжатии обычно составляет 20-40% сопротивления при отбое, так как необходимо, чтобы амортизатор в меньшей мере усиливал толчки от неровностей в форме выступов, а при ходе отбоя не слишком сильно изменял динамическое положение равновесия при вынужденных колебаниях на неровностях дороги [32].
В связи с этим неисправности и отклонения от номинальных условиях проявляются сильнее, когда они изменяют сопротивление отбою, и в меньшей степени - при сжатии [32]. Наиболее полігую оценку технического состояния амортизатора можно выполнить по параметрам рабочих характеристик, что и делается при оценки его работоспособности как отдельного агрегата подвески. Рассмотрим более подробно причинно-следственные связи, ведущие к изменению гасящих свойств автомобильных и тракторных подвесок (рис. 3) [25,57].
В таблице 1 представлены данные по сопротивлению амортизаторов по ТУ завода изготовителя, а в таблицах 2, 3 представлены данные Московского карбюраторного завода по изменению сопротивления гидроамортизаторов автомобиля ЗИЛ 431410 при испытаниях пробегом 15 и 30 т.км и на износном стенде.
Составление нелинейных уравнений для моделирования на персональном компьютере
С помощью прикладной программы Matlab были построены амплитудно-частотные характеристики по частоте вынуждающей силы для ускорений подрессоренной массы при различных параметрах колебательной модели (рис. 25, 26, 27).
При анализе данных амплитудно-частотных характеристик ускорений подрессоренной массы можно сделать следующие выводы: а.) Сопротивление в подвеске (коэффициент апериодичности 4і) оказывает сильное влияние на ускорения подрессоренной массы. Из АЧХ (рис. 25, 26, 27) и построенным по ним зависимостям (рис. 28, 29, 30) видно, что отрицательное воздействие роста коэффициента апериодичности Р на ускореіше подрессоренной массы особенно ярко выражено в межрезонансной и зарезонансной области, в области высокочастотного резонанса это воздействие меньше. При этом следует отметить, что при низкочастотном резонансе увеличение сопротивления амортизатора вызывает снижение ускорений подрессоренной массы, то же происходит при кш=0 в режиме высокочастотного резонанса. Отсюда можно сделать вывод, что для улучшения плавности хода необходимо использование таких гасящих устройств, которые обеспечивали бы значение 4 =0.35...0.5 при низкочастотном резонансе и высокочастотном резонансе, и значение =0.1...0.15 в межрезонансном и зарезонансном режиме, это позволило бы улучшить плавность хода автомобиля. б.) Сухое трение в подвески оказывает сильное влияние на ускорения подрессоренной массы. Из построенного графика АЧХ ускорений подрессоренной массы при значение кш=450 Н с/м, =0.1,0.2,0.5,0.9, Кф=150 Н и амплитуде возбуждения q=0.0lM (рис. 27) видно, что при наличии сопротивления кш и силы трения F практически пропадает низкочастотный резонанс при малых значениях апериодичности в подвеске, и становятся больше значения ускорений при низкочастотном резонансе и в межрезонансном режиме. Из этого можно сделать два вывода: Наличие силы трения затрудняет или даже делает невозможным определение коэффициента апериодичности Р в подвеске при низкочастотном резонансе, так как ее влияние на ускорения подрессоренной массы аналогично действию коэффициента апериодичности. При наличии силы трения происходит увеличение ускорений подрессоренной массы при низкочастотном резонансе и в межрезонансном режиме, что неблагоприятно отражается на плавности хода, так как сила трения вдобавок ко всему вызывает появление резких пиков ускорений подрессоренной и неподрессоренной массы (толчки). Минимальные ускорения кузова при высокочастотном резонансе соответствуют FTP=0 И =0.1., рост силы трения в подвеске или F вызывает увеличение ускорений подрессоренной массы. в.) Сопротивление шины кш оказывает сильное влияние на ускорения подрессоренной массы в области высокочастотного резонанса. Увеличение сопротивления шин снижает ускорение подрессоренной массы при высокочастотном резонансе, что видно из построенного графика АЧХ ускорений подрессоренной массы на рис. 25. Кроме того, следует отметить, что узловые точки при высокочастотном резонансе, описанные в работе Гельфгата Д.Б. [17] и Ден-Гартога Дж. П. [27] есть только на АЧХ с кш=0, при Кщ О есть узловая очка в 0 и после низкочастотного резонанса при wB=1.7rH«w0V2. При кш 0 в области высокочастотного резонанса, как и межрезонансной области рост ц/ ведет к увеличению ускорений подрессоренной массы. Кроме того, из графиков ускорений подрессоренной массы на рис.25 видно, что только при кш=0 максимальные ускорения при высокочастотном резонансе соответствуют iy=0.1, при кш=300 Н с/м и кш=450 Н с/м максимальные ускорения при высокочастотном резонансе соответствуют \}/=0.9. По этому графику мы можем сделать заключение, что при наличии сопротивления кш узловые точки при высокочастотном резонансе на графике отсутствуют. Из построенного графика АЧХ ускорений подрессоренной массы при различном значении кш видно, что при росте кш снижаются ускорения подрессорешюи массы в межрезонансной области, а также в области высокочастотного резонанса, причем положительное воздействие увеличения кш особенно заметно при малых значениях коэффициента апериодичности ц/ в подвеске при высокочастотном резонансе. В дополнение к вышесказанному стоит заметить, что за областью высокочастотного резонанса увеличение кш приводит к незначительному росту ускорений подрессорешюи массы, а при низкочастотном резонансе кш практически не влияет на ускорения подрессоренной массы. г.) Собственные частоты колебаний подрессоренной и неподрессоренной массы влияют на амплитудно-частотные характеристики скоростей подрессоренной массы, поэтому необходимо деление автомобилей по группам при контроле качества работы гасящего устройства подвески автомобиля.
Из построенного графика на рис. 26 видно, что автомобили малого и среднего класса ВАЗ 2106 и ГАЗ 3110 имеют примерно одинаковые частоты возникновения высокочастотного резонанса (11-13 Гц), причем значения ускорений кузова при высокочастотном резонансе и в межрезонансной и зарезонансной практически равны. Автомобиль высшего класса ЗИЛ 4104 имеет значительно более низкие частоты возникновения высокочастотного резонанса (9-11 Гц), причем ускорения кузова при высокочастотном резонансе, в межрезонансной и зарезонансных областях значительно ниже, чем у автомобилей ВАЗ 2106 и ГАЗ 3110, что свидетельствует о том, что в этих областях данный автомобилей имеет лучшую плавность хода.
Следует отметить, что при амплитуде возбуждения 0.01 м и малом значение Ч возникают отрывы колес, причем их возникновение возможно как при низкочастотном, так и при высокочастотном резонансе, а при отрыве возбуждение колебаний прекращается, что также отражается на АЧХ, причем упрощенные уравнения не учитывали отрыва колес и силы трения, вследствие чего возможно расхождение в результатах, что особенно будет заметно при низкочастотном резонансе, где отрывы возникают раньше.
В таблице 7 приведены сравнительные вибрационные характеристики, допустимые по ИСО 2631 и зависимости для оценки качества работы гасящего устройства подвески по ускорениям при низкочастотном резонансе (рис. 28), в межрезонансном режиме (рис. 29), а также при высокочастотном резонансе (рис.30) при различных параметрах колебательной системы и нерегулируемых амортизаторах.
Зависимость скоростей колебаний кузова от неупругого сопротивления и трения в подвеске и сопротивления шин
Исследования на математической модели показали, что на параметры колебаний оказывают схожее влияние неупругое сопротивление в подвеске, неупругое сопротивление шин, сухое трение в подвеске, что затрудняет выявление ухудшения качества работы гасящего устройства в подвеске автомобиля в процессе эксплуатации.
Проведенный анализ влияния неупругого сопротивления в подвеске, обусловленного гасящими устройствами, выявил следующие закономерности: ? в условиях низкочастотного резонанса от неупругого сопротивления в подвеске зависят перемещения подрессоренной массы и соответственно первая и вторая производная перемещения. При снижении неупругого сопротивления в подвеске автомобиля эти величины возрастают; ? в межрезонансном режиме от неупругого сопротивления подвески зависят те же кинематические параметры колебаний, что и при низкочастотном резонансе, причем указанные параметры колебаний нелинейно возрастают с увеличением \\J; ? при высокочастотном резонансе от неупругого сопротивления в подвеске в значительной степени зависят: перемещения, скорости и ускорения неподрессоренной массы ", т.е. колеса - с ростом неупругого сопротивления \/ в подвеске снижаются; относительные скорости перемещений подрессоренных и неподрессоренных масс - с ростом неупругого сопротивления ці в подвеске снижаются; амплитуда колебаний силы в пятне контакта с опорной поверхностью колебателя при увеличении неупругого сопротивления в подвеске снижается. Была выявлена роль силы постоянного трения, которое может изменять структуру колебательной системы, соответствующей подвеске автомобиля, при ее блокировке. Рассчитано, что рост сухого трения в подвеске вызывает ухудшение качества работы подвески автомобиля и снижает точность большинства существующих методов определения качества работы гасящего устройства, что особенно заметно в методах, использующих низкочастотный резонанс (метод свободных колебаний (сбрасывания) и т.д.). При высокочастотном резонансе сила сухого трения также оказывает значительное влияние на колебания неподрессоренной массы. Проведенный анализ влияния неупругого сопротивления шин (кш), обусловленного гасящими свойствами шин, выявил следующие закономерности: при низкочастотном резонансе и в межрезонансном режиме кш практически не влияет на перемещения подрессоренной массы z и соответственно на ее первую и вторую производную (скорости и ускорения); при высокочастотном резонансе кш сильно влияет на следующие параметры колебаний, особенно при малых коэффициентах апериодичности в подвеске ( =0...0.2): -перемещения, скорости и ускорения неподрессоренной массы, которые снижаются с ростом кш; -относительные скорости перемещений подрессоренных и неподрессоренных масс снижаются с ростом кш; -силу в пятне контакта с опорной поверхностью колебателя. При увеличении кш снижается амплитуда колебаний силы в пятне контакта. Было исследовано влияние упругого сопротивления шин сш на параметры колебательной системы. Было установлено, что снижение упругого сопротивления шин уменьшает ускорения неподрессореннои массы при высокочастотном резонансе и увеличивает ускорения неподрессореннои массы при низкочастотном резонансе, при этом частоты возникновения резонансов становятся ниже. В результате исследований на математической модели было установлено, что величина отношения z 7" не зависит от параметров шин кш и сш и достигает своего максимума при низкочастотном резонансе, при снижении ц/ в подвеске значения отношения z 7" при низкочастотном резонансе возрастают, а при высокочастотном резонансе уменьшаются. Стоит отметить, что измерение ускорений кузова и колес и последующее вычисление отношения z 7" просто осуществить технологически. В связи с вышеизложенными результатами предлагается использовать для контроля качества работы гасящих устройств в качестве диагностического параметра И отношение z 7", что позволит исключить помехи, связанные с упругим и неупругим сопротивлением шин. Для контроля качества работы гасящего устройства подвески автомобиля можно использовать следующие режимы: низкочастотный резонанс, межрезонансный режим или высокочастотный резонанс. Использование для контроля качества работы гасящего устройства подвески автомобиля низкочастотного резонанса имеет следующие положительные и отрицательные стороны: (+) на параметры колебаний практически не влияет сопротивление шины кш, что повышает точность оценки качества работы гасящего устройства подвески автомобиля; (-) сила трения оказывает сильное воздействие на ускорения, скорости и перемещения кузова при низкочастотном резонансе, делая невозможным определение коэффициента сопротивления 1/ по этим величинам. Использование для контроля качества работы гасящего устройства подвески автомобиля межрезонансного режима имеет следующие положительные стороны: (+) в межрезонансном режиме сопротивление шины кш практически не влияет на вышеуказанные параметры. Применение для контроля качества работы гасящего устройства межрезонансного режима целесообразно при использовании в качестве диагностического параметра ускорения кузова, так как они в наибольшей степени зависят от коэффициента апериодичности у. При этом необходимо учитывать воздействие помех от силы трения, так как рост силы трения, так же как и рост коэффициента сопротивления \\t вызывает увеличение ускорений подрессоренной массы.
Использование для контроля качества работы гасящего устройства подвески автомобиля режима высокочастотного резонанса имеет следующие положительные и отрицательные стороны:
Теоретические предпосылки для выбора методологии критериальной оценки качества работы гасящих устройств в подвеске автомобиля
В соответствие с современными требованиями безопасности от гасящего элемента требуется обеспечить безотрывное качение колес при движении во всем диапазоне эксплуатационных скоростей по дорогам с различными видами покрытий. При этом гасящий элемент должен обеспечивать отсутствие пробоев до ограничителей в подвеске, в том числе при движении по дорогам с плохим покрытием [32,63,64,84,86,101].
На основании современных представлений о характере психофизиологических реакций человека и специальных экспериментальных исследований можно считать установленным, что для объективной оценки плавности хода необходимо знать не только действительные ускорения, но и частоты, которые испытывают отдельные части и органы человека. Естественно, что человек наиболее чувствителен к тем частотам колебаний, которые совпадают с собственными частотами колебаний его внутренних органов, туловища и головы [32,69,93,94,95,99,108,110].
Контроль качества работы гасящего элемента необходимо производить с учетом требований безопасности движения (отрывы колес) и отсутствием пробоев в подвеске (относительные перемещения в подвеске), а также, как уже говорилось ранее, с учетом особенностей восприятия человеком ускорений колебаний [32,43,44,46].
В качестве критерия подобия для оценки качества работы гасящего устройства подвески автомобиля общепринято использовать коэффициент апериодичности ij; в подвеске, характеризующий гашение колебаний в подвеске автомобиля [25,35,40,41,59,105]. Диагностика основана на выявлении преимущественно количественной зависимости между критерием оценки определяемого свойства и диагностическим параметром [1,12,67,68,97]. Диагностируемость гасящих свойств колебательной системы можно определить возможностью получения диагностической функции: зависимости между диагностическим параметром и критерием рассеивания механической энергии при колебаниях (коэффициент апериодичности \\) в подвеске) [25,27,91,94,110]. В соответствии с приведенными положениями диагностическую функцию гасящих свойств колебательной системы обычно представляют в следующем виде [1,12,25,67,68,97]: где И -диагностический параметр, например амплитуда или коэффициент усиления резонансных колебаний одного из элементов диагностируемой системы; а;,р конструктивные параметры и рабочие характеристики соответственно диагностируемой колебательной системы. Технические критерии эффективности диагностирования делятся на две группы: метрологические и функциональные. К метрологическим относятся простота измерений и точность определения коэффициента апериодичности \\) во всем интервале реальных в эксплуатации значений \/ [1,12,25,67,68,97]. К функциональным критериям эффективности можно отнести в первую очередь чувствительность к нелинейности и несимметричности рабочих характеристик гидроамортизаторов [1,12,25,67,68,97]. Главным условием точности и достоверности определения коэффициента апериодичности \\) в подвеске автомобиля в соответствии с теорией диагностирования [1,12,25,67,68,97] являются относительно «слабые» зависимости И от а и р при «сильной» зависимости от ц/, а также однозначность диагностической функции [15,25,35,98,105]. Отсюда очевидно, что диагностическая функция с ростом (или убыванием) ц/ должна либо равномерно возрастать, либо убывать. Также желательно, чтобы в пределах \/=0.05...0.5 диагностическая функция была линейна [25,67,68]. Отношение приращения диагностического параметра к соответствующему изменению диагностируемой величины является дифференциальной чувствительностью метода измерений [25,67,68]. С учетом вышеизложенного, для определения чувствительности метода к изменению коэффициента апериодичности ц/ можно использовать величину Чі.2, характеризующую чувствительность метода к изменению коэффициента апериодичности на интервале где И- диагностический параметр, тогда дифференциальная чувствительность метода к изменению коэффициента апериодичности определяется по формуле: В данной работе была разработана и проверена математическая модель колебаний автомобиля на стенде, которая позволила оценить метрологическую точность предлагаемого метода и сравнить его с известными ранее методами контроля качества работы гасящих устройств подвески автомобиля. Как уже было отмечено ранее, оценка на диагностическом стенде качества работы амортизатора сопряжено с трудностями из-за воздействия помех, вызванных: 1. упругим и неупругим сопротивлением шин (зависит от давления в шине и от конструкции шин), в предлагаемом методе воздействие помех, вызванных сопротивлением шин, полностью исключено; 2. трением в подвеске (шарниры подвески, при использовании рессор- межлистовое трение); 3. влиянием собственных частот колебаний подрессоренной и неподрессоренной массы автомобиля. Для снижения отрицательного воздействия вышеуказанных факторов возможны следующие мероприятия: 1. Необходимо проводить испытания на частотах, близких к высокочастотному резонансу, что может быть достигнуто использованием стенда с изменяемой в пределах 9-14 Гц частотой колебаний, а также использованием банка данных по собственным частотам колебаний неподрессоренной массы распространенных моделей автомобилей.
