Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Исследование профильной проходимости автомобиля! состояние вопроса и постановка задач исследования . 14
1.1. Основные факторы, ограничивающие движение автомобиля по пересеченной местности 16
1.2. Классификация профильных препятствий на местности 17
1.3. Оценочные параметры профильнойпроходимости 19
1.4. Развитие конструкции автомобилей-в направлении повышения профильнойпроходимости
1.5. Исследования профильной проходимости автомобиля 30і
1.6. Исследования сопротивления движению автомобиля и нагру-женности его трансмиссии при преодолении препятствий 42
1.7. Исследование распределения мощности в трансмиссии полно-приводных автомобилей и развитие конструкций регулируемых
трансмиссий 47
Выводы к главе 1. Постановка задачисследования 58
ГЛАВА 2. Взаимодействие одиночного колеса с профильным препятствием 61
2.1. Преодоление одиночным колесом порогового препятствия 62
2.1.1. Определение силовых факторов, приложенных к колесу на основном этапе преодоления порога 64
2.1.2. Определение силовых факторов, приложенных к колесу на начальном этапе преодоления порога 69
2.2. Преодоление одиночным колесом рва 71
2.2.1. Определение силовых факторов, приложенных к колесу на начальном этапе преодоления рва 73
2.2.2 Определение силовых факторов, приложенных к колесу на основном этапе преодоления рва 78 з
Выводы к главе 2 80
ГЛАВА 3. Преодоление профильного препятствия полноприводным автомобилем (4x4) 81
3.1. Общая характеристика математической модели преодоления одиночного препятствия полноприводным автомобилем с регулируемой трансмиссией. Принятые допущения 82
3.2. Математическое описание движения автомобиля при преодолении препятствия 83
3.3. Математическое описание регулируемого привода колес 90
Выводы к главе 3 95
ГЛАВА 4. Результаты расчетных исследований. метод автоматического управления регулируемой транс миссией полноприводного автомобиля при движении по пересеченной местности 96
4.1. Определение исходных данных для расчетных исследований... 96
4.2. Расчетные исследования преодоления одиночным колесом порогового препятствия
4.2.1. Преодоление колесом порогового препятствия до отрыва от опорной поверхности при различном сочетании приложенных к колесу силовых факторов 98
4.2.2. Преодоление колесом порогового препятствия при отрыве от опорной поверхности при различном сочетании приложенных к колесу силовых факторов 104
4.2.3. Оценка высоты преодолеваемого одиночным колесом порогового препятствия при различном сочетании приложенных к нему силовых факторов
4.3. Оценка профильной проходимости автомобиля типа 4x4 в зависимости от распределения крутящих моментов по ведущим мостам 110
4.4. Влияние сцепных свойств колес с опорной поверхностью на показатели профильной проходимости полноприводного автомобиля 114
4.5. Выбор критерия регулирования трансмиссии 116
4.6. Алгоритм управления регулируемой трансмиссией при движении автомобиля по пересеченной местности 120
Выводы к главе 4 128
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования по оценке профильной проходимости полноприводного автомобиля с регулируемой трансмиссией ... 130
5.1. Общие положения. 130
5.2. Объект исследования 131
5.3. Методика проведения экспериментальных исследований
5.3.1. Преодоление автомобилемпорогового препятствия 133
5.3.2. Преодоление автомобилемрва 138
5.4. Подготовка5 к проведению экспериментальных исследований... 143
5.4.1. Определение геометрических-параметров объекта испытаний 143
5.4.2. Определение весовых характеристик объекта испытаний 144
5.4.3. Подготовка испытательных сооружений 145
5.4.4. Метрологические исследования 146
5.4.5. Испытательное оборудование и программное обеспечение для проведения экспериментальных исследований 149
5.5. Результатыэксперименталъных-исследований 152
5.5.1. Результаты.испытаний»по преодолению порогового препятствия...: 152
5.5.2. Результаты испытаний по преодолению рва 163
Выводы к главе 5 167
Основные выводы 168
Список литературы
- Исследования сопротивления движению автомобиля и нагру-женности его трансмиссии при преодолении препятствий
- Определение силовых факторов, приложенных к колесу на основном этапе преодоления порога
- Математическое описание движения автомобиля при преодолении препятствия
- Преодоление колесом порогового препятствия до отрыва от опорной поверхности при различном сочетании приложенных к колесу силовых факторов
Введение к работе
Актуальность работы. Полноприводные автомобили высокой проходимости являются важнейшим звеном в системе транспортного обеспечения ключевых отраслей экономики и оборонного комплекса. Необходимость эффективной работы в условиях бездорожья предопределяет особые требования к автомобилям по показателям проходимости, как опорной, так и профильной. Профильная проходимость характеризует способность автомобиля двигаться по местности с преодолением профильных препятствий и определяется как конструктивными (в т. ч. геометрическими) параметрами автомобиля, так и тягово-сцепными свойствами всех ведущих колес.
Максимальное использование тягово-сцепных свойств ведущих колес автомобиля является эффективным путем повышения его проходимости, однако его реализация ограничивается возможностями силового и кинематического регулирования механического колесного привода.
В настоящее время намечена тенденция к применению в конструкциях полноприводных автомобилей так называемых «гибких интеллектуальных» трансмиссий, сочетающих индивидуальный регулируемый силовой привод каждого колеса (электрический или гидрообъемный) с автоматическим электронным управлением, которые обеспечивают рациональное распределение мощности по ведущим колесам в зависимости от условий их взаимодействия с опорной поверхностью, повышая тем самым тяговые свойства автомобиля.
В проведенных к настоящему времени исследованиях, как отечественных, так и зарубежных, обосновывается применение «гибких интеллектуальных» трансмиссий как эффективного средства повышения опорной проходимости полноприводного автомобиля за счет максимального использования тягово-сцепных свойств ведущих колес. При этом вопросы повышения профильной проходимости путем регулирования подводимой к колесу мощности, которая во многом предопределяет возможность движения автомобиля в условиях бездорожья, не рассматривались.
Вышеизложенное определяет актуальность данной работы.
Целью работы является разработка расчетно-экспериментального метода повышения профильной проходимости полноприводного автомобиля за счет рационального распределения мощности по ведущим колесам.
Объектом исследований является полноприводный автомобиль.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования и инженерного эксперимента, которые базируются на основных положениях прикладной механики, теории автомобиля и математического анализа. При проведении экспериментальных исследований применялись методы математической статистики и автоматизированной обработки данных.
Научная новизна данной работы заключается в следующем.
-
Разработана математическая модель преодоления профильного препятствия одиночным колесом на примере порога и рва при одновременном приложении к нему крутящего момента и продольной толкающей силы.
-
Разработана математическая модель движения полноприводного автомобиля (4*4) с преодолением профильных препятствий, учитывающая возможность индивидуального регулируемого подвода мощности к колесам и позволяющая оценивать профильную проходимость автомобиля при различных алгоритмах управления регулируемым силовым приводом колес.
-
Разработан алгоритм управления «гибкой интеллектуальной» трансмиссией полноприводного автомобиля при преодолении профильных препятствий, обеспечивающий максимальные показатели профильной проходимости за счет рационального распределения мощности по ведущим колесам.
-
Разработана и апробирована методика проведения экспериментальных исследований профильной проходимости автомобиля с регулируемым силовым приводом колес (руководящий документ РД 37.083.004-2010).
Эти результаты выносятся на защиту.
Квалификационная формула работы. Диссертационная работа направлена на решение научно-технической задачи, имеющей важное практическое значение — повышение проходимости полноприводных автомобилей. Результаты исследований, полученные автором, могут быть применены при разработке систем автоматического управления регулируемым силовым приводом колес перспективных полноприводных автомобилей, а также положены в основу методик проведения экспериментальных исследований по оценке профильной проходимости таких автомобилей.
Достоверность результатов, представленных в работе, подтверждается объемными расчетно-экспериментальными исследованиями с соблюдением достаточной точности теоретических и экспериментальных результатов. При проведении экспериментальных исследований использовалась аттестованная и поверенная современная электронная контрольно-измерительная, регистри-
5 рующая и обрабатывающая аппаратура с применением стандартных программ автоматизированной обработки данных.
Практическая ценность данной работы заключается в следующем.
-
Разработанная математическая модель преодоления профильных препятствий автомобилем с регулируемым силовым приводом колес позволяет создать расчетный программный комплекс для применения в процессе проектирования систем управления «гибкими интеллектуальными» трансмиссиями перспективных автомобилей высокой проходимости.
-
Разработанный алгоритм управления регулируемым силовым приводом колес полноприводного автомобиля при преодолении профильных препятствий предполагается ввести в виде подпрограммы в состав комплексного программного обеспечения электронного блока управления «гибкой» трансмиссией.
-
Разработанная экспериментальная методика оценки профильной проходимости полноприводных автомобилей предназначена для исследований опытных образцов перспективных автомобилей с регулируемым силовым приводом колес. Результаты испытаний согласно данной методике позволят на этапе доводки конструкции оптимизировать показатели автомобиля, влияющие на профильную проходимость и скорректировать работу системы управления распределением мощности в трансмиссии.
Реализация основных результатов исследования осуществлена:
в конструкции полноприводного автомобиля (6x6) с гидрообъемным силовым приводом колес «Гидроход-49061», созданным ОАО «Инновационная фирма «НАМИ-Сервис» и АМО ЗИЛ;
в техническом проекте системы автоматического управления регулируемым силовым приводом колес полноприводного автомобиля (6x6);
в руководящем документе РД 37.08.004-2010 «Методика экспериментального исследования профильной проходимости полноприводных автомобилей с регулируемым подводом мощности к колесам»;
в учебном процессе кафедры «Автомобили» им. Е.А. Чудакова МГТУ «МАМИ».
Апробация работы. Материалы диссертации были рассмотрены и обсуждены на международной научно-технической конференции «Проектирование колесных машин», посвященной 70-летию кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2006 г.); на 58-й конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда» (НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ», г. Дмитров, 2007 г.); 59-й конференции ААИ «Автомобили, специальные и технологические
машины для Сибири и Крайнего Севера» (СибАДИ, г. Омск, 2007 г.); на III Белорусском конгрессе по теоретической и прикладной механике «Механика-2007» (ОИМ НАН Беларуси, г. Минск, 2007 г.); на международной научно-технической конференции «Инновации в машиностроении» (ОИМ НАН Беларуси, г. Минск, 2008 г.); на научно-технической конференции «Проектирование колесных машин», посвященной 100-летию начала подготовки инженеров по автомобильной специальности в МГТУ им Н.Э. Баумана (г. Москва, 2009 г.); на международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2010 г.), а также на научных семинарах в ОАО «Инновационная фирма «НАМИ-Сервис».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в восьми печатных трудах автора, а также в одном Патенте РФ.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти основных глав, общих выводов к работе, списка использованных источников в количестве 158 трудов и двух приложений. Работа содержит 232 страницы машинописного текста, включая 15 таблиц и 83 рисунка.
Исследования сопротивления движению автомобиля и нагру-женности его трансмиссии при преодолении препятствий
Многообразие форм рельефа затрудняет анализ процесса движения авто-мобиля по местности. В связи с этим в научных исследованиях различные препятствия классифицируются по характерным геометрическим признакам на типовые формы, удобные для математического описания движения автомобиля, а также для организации испытательных участков.
Общепринятой классификации и аналитического описания форм рельефа в настоящее время не существует. Различными исследователями в соответствии с поставленными в работе задачами выбирались различные типовые препятствия и рассматривалось их преодоление [20, 74, 107, 130, 148]. Тем не менее, к настоящему времени получены обширные статистические данные по классификации естественных и искусственных неровностей земной поверхности, которые позволили выделить наиболее обобщенные формы реальных препятствий и их основные размеры.
Среди отечественных исследователей первым предпринял попытку клас сификации препятствий В.М. Буянов [107]. Рассматривая наиболее распростра ненные препятствия и объединяя их по характерным геометрическим парамет рам, автор отмечает, что универсальным типовым препятствием является кю вет. Так, в работе сделан вывод, что если автомобиль преодолеет кювет, то он преодолеет и подавляющее большинство других естественных и искусственных препятствий с аналогичными геометрическими параметрами. Это утверждение следует признать спорным, т. к. в данной работе не дается количественной оценки естественных и искусственных препятствий, а процесс преодоления рассматривается без учета деформируемости шин и грунта.
К другим типовым препятствиям В.М. Буянов относит порог и ров. В работе [107] достаточно подробно рассматривается преодоление этих препятствий двухосным автомобилем. В ряде работ при оценке профильной проходимости автомобиля препятствия классифицируются на уклоны, пороги, рвы и дискретные препятствия [5, 20, 130]. Это наиболее распространенная систематизация, на основе которой разработаны типовые испытательные маршруты для автомобилей высокой проходимости [83].
В работе Б.Н. Белоусова [22] для исследования профильных нагрузок в-ходовой части многоосных сочлененных автомобилей предложено рассматривать преодоление комплекса препятствий в составе насыпи, косогора, выступа и рва с определенными параметрами. В работе отмечается, что совокупность этих препятствий по воздействию на ходовую часть автомобиля охватывает все разновидности естественных и искусственных препятствий.
Согласно ГОСТ РВ 52048-03 к типовым препятствиям преодоление которых осуществляется при испытаниях автомобилей на профильную проходимость, относятся подъем, косогор, ров, эскарп и контрэскарп (рис. 1.1, а, б), вертикальная стенка (рис. 1.1, в). Приведенные на рис. 1.1 препятствия являются разновидностями пороговых (барьерных) препятствий.
В исследованиях кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана, результаты которых приведены в работе [74], предложена наиболее обобщенная классификация одиночных препятствий по расположению профиля относительно нулевой отметки, согласно которой все протяженные барьерные препятствия подразделяются на два типа - «выступ» и «впадина». К первой группе относятся искусственные насыпи и дамбы, а ко второй — кюветы, рвы, овраги, русла рек и т. п. Основанием для выбора данной предельно обобщенной классификации препятствий является основная цель проведенных исследований — аналитическое описание профильных препятствий для применения его при математическом моделировании процесса движения автомобиля по местности с целью оценки нагруженности ходовой части автомобиляї
Подобные препятствия могут быть описаны как линейными, так и нелинейными функциями. Линейная аппроксимация позволяет получить аналитическое описание достаточно сложных профилей, однако весьма громоздка и неудобна для применения при математическом моделировании, т. к. она представляет собой кусочно-заданную функцию с большим числом зависимостей:
Более предпочтительным является описание профиля препятствий непрерывными- функциями, в частности, гармоническими. Данный подход широко применяется в исследованиях плавности хода автомобиля и при расчете подвески на прочность [42, 102, 112], а также при оценке динамической нагруженности трансмиссии [55, 104]. В этих работах для описания единичного выступа используется известная гармоническая функция: h = hn , (2ях\ 1 - cos (1.1) где Ао - амплитуда синусоидальной неровности (половина ее высоты); L длина неровности; х - линейная координата.
Предложенная в работе [74] гармоническая аппроксимация препятствий согласно зависимости (1.1) может быть.использована и при расчетных исследованиях профильной проходимости автомобиля.
В настоящее время оценка профильной проходимости согласно ГОСТ РВ 52048-03 [2] осуществляется рядом параметров, которые можно условно разделить на две группы: 1) параметры, определяющие конструктивную приспособленность автомобиля к преодолению препятствий; 2) характеристики самих препятствий, которые может преодолеть данный автомобиль. Параметры первой группы получили название конструктивных (геометрических), показателей проходимости. Наиболее важными конструктивными показателями проходимости для одиночных автомобилей, в том числе и многоосных, являются: - дорожный просвет; - передний свес (угол переднего свеса); - задний свес (угол заднего свеса); - продольный радиус проходимости. В ряде случаев применяются дополнительные и производные показатели проходимости: - поперечный радиус проходимости; - верхний радиус продольной проходимости; - угол поперечной гибкости (угол перекоса осей); - угол перекоса осей тележки (для автомобилей типа.6x6, 8x8 и т. д. с тележечной схемой расположения осей); - максимальное смещение осей задней тележки в вертикальной плоскости (для автомобилей типа 6x6, 8x8 и др. с тележечной схемой расположения осей). Для автопоездов и сочлененных автомобилей выделяют также следующие дополнительные показатели: - продольный угол гибкости; - поперечный угол гибкости.
Определение силовых факторов, приложенных к колесу на основном этапе преодоления порога
Из зарубежных работ наиболее обширные исследования геометрических препятствий, их систематизации и возможности их преодоления принадлежат MX. Беккеру [20]. Его труды обобщают работы отечественных и зарубежных ученых в области проходимости машин. Беккер отмечал, что исследование геометрических препятствий должно вестись в рамках системы «местность-машина», а не отдельно, т. к. одни и те же неровности оказывают различное влияние на проходимость различных машин в зависимости от соотношений размеров автомобиля и препятствия. Беккер предлагает проводить оценку геометрии поверхности по ряду критериев, которые целесообразно рассмотреть подробно.
Первым критерием является сам факт преодоления препятствия автомобилем, т. е. качественная оценка его профильной проходимости по принципу «препятствие преодолено / не преодолено». В случае успешного преодоления препятствия предлагается переходить к количественной оценке по критериям затрачиваемой на преодоление препятствия мощности или необходимого крутящего момента. Отметим, что для данной диссертационной работы наибольший интерес представляют предложенные М.Г. Беккером параметры количественной оценки профильной проходимости. Вторым критерием является управляемость автомобиля, оцениваемая временем,, в течение которого управляемые колеса находятся в воздухе:и теряют управляемость; Беккер называет это критерием устойчивости управления.
Третьим критерием Беккер считает комфортабельность, которая оценивается вертикальными ускорениями, вызьгоаюпщми колебания и вибрации» прш преодолении препятствий!.
Таким образом; ВІ работе Беккера предлагается; комплексный практический подход к решению поставленной задачи, который учитывает как характеристики автомобиля; так и характеристики опорной поверхности. В; качестве критериев для оценки возможностей колесных машин в преодолении вертит кальных и горизонтальных препятствий M.F. Беккер принимает отношения высоты (/г) или ширины (Jd) препятствия к:диаметру колеса: hldKylJdK. Беккер утверждает, что на преодоление порога или рвапомимо диаметра колеса оказыг вают влияние положение центра тяжести и: база машины и что учитывать их необходимо не в виде нагрузок, определяемых равновесием сил и моментов; а? отдельно. Кроме того, в выражениях для определения- предельной высоты порога Беккер использует одно значение коэффициента сцепления ( ), полагая, что он равен коэффициентусцепления наребре препятствия ) Принятые в рассматриваемой работе допущения, являются достаточно грубыми в рамках поставленной задачш и ставят под сомнение полученные per зультаты. В частности, трудно согласиться с выводом о том, что при р — 0,7 автомобиль типа 4x4 с наихудшими соотношениями конструктивных параметров, обладает возможностями в преодолении порога hldK — ОД8,-в преодолении рва lJdK = 0,77, а с оптимальными соотношениями - hldK = 0,26 и lJdK - 0,9: Зависи- , мости, полученные. В.М. Буяновым, являются более строгими в математичег ском отношении.
Анализируя зависимости М.Г. Беккера, можно увидеть, что при hidK = const для автомобилей типов 4x2, 4x4, 6x4 с разными конструктивными параметрами каждый автомобиль характеризуется оптимальным отношением hidK = 0,4 при (p = 0,8. Однако теоретически отношение hldK — 0,4 в работе [20] не обосновано. Что касается преодоления рва, отношение lJdK — 0;4 является функцией от отношения hfdK.
В вопросах преодоления автомобилем продольных и поперечных уклонов (подъемов и косогоров) среди исследователей наблюдалось значительно меньше разногласий. Принятое в теории автомобиля выражение для определения предельного угла подъема по тяговым возможностям автомобиля выглядит следующим образом [41]: J ar=arcsin м JV ,пак , (1.11) mac 1 + / где Dmax - максимальный динамический фактор;/ - коэффициент сопротивления качению колес. Максимальный угол подъема, преодолеваемый автомобилем по условию сцепления ведущих колес с опорной поверхностью определяется из следующего выражения [39]: г \ \ fb ера а ч т\ ) (1.12) где: р - коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью; Ьт - база автомобиля; а - расстояние от передней оси до центра тяжести автомобиля; hg - высота центра тяжести автомобиля; hhT - высота расположения тягово-сцепного устройства; Gj и G# - соответственно вес автомобиля (тягача) и вес прицепа.
Величина максимального угла подъема с твердой опорной поверхностью по условию сцепления для одиночных полноприводных автомобилей составляет 27...35, для автопоездов с полноприводными тягачами - 15...20. Для грунтовых опорных поверхностей этот показатель снижается, например, для одиночного полноприводного автомобиля максимальный угол подъема на сухом не-задерненном грунте составляет 20...27, а на сухом сыпучем песке - 8...10. Увеличение максимального угла подъема может достигаться увеличением сцепления ведущих колес с опорной поверхностью. Экспериментальными исследованиями [5] установлено, что многоосные автомобили при одинаковых сцепных свойствах контакта «колесо-опорная поверхность» преодолевают больший подъем, чем двухосные; а также незначительного- увеличения предельного угла подъема можно достичь преодолением подъема- под углом 20...40 к оси подъема. В обоих случаях эффект достигается за счет увеличения суммарной силы сцепления в контакте колес с опорной поверхностью.
Отмечается [5], что при преодолении подъема в 30 допустимая по несущей, способности нагрузка на колеса по сравнению с горизонтальным участком снижается в 1,5...2 раза для связных грунтов и в 2...2,5 раза для несвязных (песчаных). Наибольшую опасность при преодолении подъема представляют собой потеря управляемости вследствие отрыва передних колес от опорной поверхности и в предельном случае - опрокидывание автомобиля назад. Выражение для определения максимального угла подъема по условию продольной устойчивости может быть записано следующим образом [39]:
Математическое описание движения автомобиля при преодолении препятствия
Решение уравнений (2.35) - (2.39) классическим способом в данном случае, так же, как и в рассмотренном выше, не является рациональным, т. к. приводит к уравнению 4-й степени, не имеющему решения в общем виде. В связи с этим проведем расчет следующим образом. Пользуясь правилом переноса сил, перенесем реакции Rx и Rz из точки 0\ в точку. О. Тогда данная расчетная схема (см. рис. 2.3) преобразуется в расчетную схему для основного этапа (см. рис. 2.2). Следовательно, можно воспользоваться решениями для рассмотренного выше случая при соответствующей замене в них обозначений GK, РлкМкс учетом выражений (2.38) и (2.39). Заменяем обозначения GKi Рх и Мк соответственно на следующие выражения: (GK-Rz)=GK-crl.(rc-z); (2.40) (Px + Rx)=Px + 9l-crlirc-z); (2.41) (Мк -Rx -z)=MK-(px -crl -(rc -z)-z. (2Л2У Запишем решения предыдущего раздела (2.18), (2.19), (2.29), (2.33) после замены в них обозначений согласно выражениям (2.40) - (2.42) и проведения преобразований:
Выражение (2.43) можно рассматривать как зависимость а = fiz), заданную в неявном виде. Выражения (2.44), (2.43) являются зависимостью MK=J(z), заданной в параметрической форме с параметром о. Аналогично, выражения (2.45), (2.43) и (2.46), (2.43) являются зависимостями Рх =fiz) и JC fiz) соответственно, представленными в параметрическом виде с параметром а. Отметим, что выражение (2.45) справедливо при а v2.
В частном случае - при отсутствии толкающей силы на оси колеса — из выражения (2.45) с учетом Рх = 0 и Rx - О имеем:
Процесс преодоления колесом рва в целом представляет собой последовательность двух основных стадий - «проваливание» колеса в ров и выезд колеса из него. В первом случае колесо движется под действием сил инерции и вертикальной нагрузки, во втором — при приложении крутящего момента и толкающей силы. В связи с тем, что в данной работе исследуется силовое преодо ТІ ление: профильных препятствий; интерес представляет именно процесс;выезда; колесаизрва.
В исходном положении (перед выездом) колесошогружёно вфов на; опре-деленную глубину /г (рис: 2:4); которая? зависит от ряда факторов;- диаметрам колесаи ширины рва;вертикальношнагрузки наколесо;радиальношэластично-сти;шины и?дрі Длягее определения бьиш предложеныфазличные эмпирические зависимости; в частности; формула? p:9)f Как отмечалось в главе Г, глубину погружения колеса в ров І можно рассматривать как- высоту преодолеваемого порогового препятствия; что позволяет исследовать процесс преодоления рваанало-гичнорассмотренному;выше случаю преодоленияколесомпорога.
По аналогии с процессом преодоленияшорога процесс выезда;колеса из рва»можно разделить ,наіначальный т основной этапы; На начальном этапе ко-лесоопираетсянаобе кромки рва; основной этап начинается? с момента отрыва колеса отзадней кромки рва и до выезда колесаша опорную поверхность. Основной этап заключается в преодолении»колесомгпередней стенки рва; что соответствует преодолению порога;
В рассматриваемой задаче примем следующую систему координат: ось X совпадает с горизонтальной опорной поверхностью и направлена по ходу движения колеса; ось Z находится на расстоянии s от центра колеса в начальный,: момент преодоления »рва. 2.2.1. Определение силовых факторов, приложенных к колесу на начальном этапе преодоления рва
На начальном этапе преодоления рва положение колеса определяется двумя угловыми координатами - а\ и аг (рис. 2.5). В соответствии с расчетной схемой уравнения равновесия колеса на данном этапе запишутся в виде: Ral cos ах + RTl sin ах + Ra2 cos a2 - Rr2 sin a2 - GK; (2.51) Ral sin ax - RTl COSax - Ra2 sin a2 - Rr2 cosa2 = Px; (2.52) Zri-rax+Rr2-ra2=MK. (2.53) l X s . а IJSJZ.I N y / /! X G- K XNХ- \ /1 РЖ, К- \s , _.i_ L-4- Г Р J\ Ту N H \ - /(b f \R«Jf 1 vSS. /Кг І К«\Ж/ . x W? ! N J W - 1 У , В-я к- Рис. 2.5. Расчетная схема колеса на начальном этапе преодоления рва (указаны контуры начального и конечного положений колеса на данном этапе) Принимая коэффициент сцепления колеса с обеими кромками рва одинаковым и равным коэффициенту сцепления колеса с ребром порогового препятствия (tp2), запишем: ri= «i9 2 (2-54) При известной величине G уравнение (2.66) является зависимостью (Л ax=f — , заданной в неявном виде. Подставляя полученные значения пара метра а\ в уравнения (2.67) и (2.68), получаем зависимости Мк =Дг) и Рх —J{z) в относительных величинах. Определим диапазон изменения координаты z. Рассмотрим исходное положение колеса, опирающегося на обе кромки рва, на которое действует только вертикальная нагрузка (рис. 2.6).
Преодоление колесом порогового препятствия до отрыва от опорной поверхности при различном сочетании приложенных к колесу силовых факторов
В данной главе представлены результаты расчетов на основе разработанных математических моделей преодоления профильного препятствия оди- , ночным колесом и полноприводным автомобилем типа 4x4.
В соответствии с принятым в главе 2 предположением об идентичности процессов преодоления одиночным колесом порога и выезда колеса из рва, в данную главу включены расчетные материалы, полученные только по модели преодоления колесом порогового препятствия.
Основной целью расчетных исследований являлась оценка влияния приложенных к колесу в различном сочетании силовых факторов на высоту преодолеваемого препятствия, а также влияния «на показатели профильной проходимости полноприводного автомобиля распределения крутящих моментов по его колесам. По результатам исследований выбран критерий регулирования «гибкой интеллектуальной» трансмиссии полноприводного автомобиля при преодолении им препятствий и разработан соответствующий алгоритм управления.
Следует более подробно остановиться на определении величин некоторых параметров, входящих в разработанные математические модели.
В данной работе расчетные исследования преодоления порогового препятствия одиночным колесом по зависимостям, приведенным в главе 2, проводились применительно к колесу с шиной размерности 16.00-20 (модель И-159) при постоянной вертикальной нагрузке GK — 20 кН. К числу параметров, требуемых для расчета, относится радиальная жесткость шины на ребре порогового препятствия (сГ2). Учитывая специфику взаимодействия эластичной шины как тонкостенной оболочки с недеформируемым порогом, исследование которой выходит за рамки данной работы, для определения величины сГ2 целесообразно обратиться к результатам экспериментальных исследований, проведенных А.А. Полунгяном, А.Б. Фоминых и Ю.Ф. Скудновым в МГТУ им. Н.Э. Баумана [105]. Исследования авторов были направлены, на определение упругой характеристики колеса с шиной 1200x508x500 модели И-247 при статическом обжатии на недеформируемом пороговом препятствии в различных положениях колеса относительно ребра порога.
На рис. 4.1 приведены полученные в работе [105] экспериментальные зависимости вертикальной нагрузки наь колесо (GK) от величины прогиба шины (hz) при смещении колеса относительно ребра порогового препятствия, что соответствует основному этапу преодоления5 препятствия (см. рис. 2.2).
Упругая характеристика колеса с шиной 1200x508x500 И-247 при различных положениях относительно порогового препятствия при давлении воздуха в шине 0,2 МПа: экспериментальная характеристика [105]; - линейная аппроксимация экспериментальной характеристики Учитывая близкие размеры шин И-247 и И-159, для решения поставленной задачи можно принять полученную упругую характеристику. Как видно из рис. 4.1, экспериментальная характеристика близка к линейной зависимости. Рассматривая линейную аппроксимацию экспериментальной кривой, можно определить коэффициент пропорциональности, т. е. искомую величину сГ2. Уравнение аппроксимирующей прямой имеет вид: GK = 198,3 -h2-1,533. (4Л)
Принимая hz = 1 м, определяем соответствующую вертикальную нагрузку GK. Таким образом, радиальная жесткость шины на ребре порогового препятствия составляет 196,8 кН/м. Для расчетов принимаемся = 200 кН/м.
Радиальная жесткость, шины И-159 на твердом горизонтальном опорном основании (си) по данным, приведенным в работе [149], при» давлении воздуха в шине 0,2 МПа составляет сг\ = 400 кН/м;
Свободный радиус колеса определяется по эмпирической зависимости, предложенной BiA. Петрушовым [93]. 1 + пА, где гн — радиус шины в исходном состоянии (при pw = 0); pw — давление воздуха в шине, МПа; Vb vn - константы для данной шины [93]. В соответствии с (4.2) свободный радиус колесах шиной 16.00-20 при давлении 0,2 МПа равен гс = 0;697 м. 4.21 Расчетные исследования преодоления одиночным колесом порогового препятствия Для! наглядности рассмотрим полученные зависимости раздельно для начального и основного этапов преодоления порога. , до отрыва от опорной поверхности при различном сочетании приложенных к колесу силовых факторов На рис. 4.2 приведена зависимость Рх =fiz) при фиксированных значениях высоты препятствия и коэффициента сцепления колеса с ним (h/r0 — 0,6, (рг = 0,5) и различных значениях коэффициента сцепления д \, построенная по формулам (2.43) и (2.45). На рис. 4.3 приведены аналогичные зависимости при р\ = 0,5 и различных значениях рг -од
