Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные понятия, параметры и характеристики количественной оценки управляемости 6
1.1 Определение, законодательное терминология в государственных стандартах и в литературе 6
1.2 Показатели свойств управляемости, устойчивости, их количественная оценка по литературным источникам, прочей информации (интернет, патентная литература и др) и собственным рекомендациям 11
1.3 Тестовое периодического отклонения УК функцией синуса 20
Глава 2. Расчётная оценка свойств управляемости АТС 31
2.1 Общая методика исследования 31
2.2 Геометрические параметры автомобиля, нагруженность автомобиля 32
2.3. Колёсная сила тяги и сопротивление движению (качение колёс, колебания, торможение, аэродинамика) 37
2.4 Боковые силы 40
2.5 Влияние подвески и рулевого привода и шин на управляемость 45
2.6 Влияние несоответствия схождения, развала колес и люфтов в рулевом приводе на управляемость 61
2.7 Расчётный анализ свойств поворачиваемости и чувствительности к повороту автомобиля 68
2.8 Искажение траектории, боковое ускорение 72
2.9 Алгоритм и программа расчетного определения управляемости 81
Глава 3. Расчётное сопоставление управляемости АТС на примерах ChevroletNiva, Renault Megan, Vinaxuki - 2010 93
3.1 Методика расчёта 93
3.2 Расчетное определение управляемости ChevroletNiva, 93
3.3 Расчетное определение управляемости Renault Megan 101
3.4 Расчетное определение управляемости Vinaxuki - 2009 106
3.5 критическая и предельная скорость автомобиля 118
Глава 4. Экспериментальное исследование 126
4.1 Экспериментальное определение угловой поперечной жёсткости Ср кузова на подвески относительно опорных колёс автомобиля 126
4.1.1 Общая методика экспериментального исследования 126
4.1.2 Цель эксперимента 127
4.1.3 Объект исследования 127
4.1.4 Методика эксперимента 127
4.1.5 Результаты оценки боковой жесткости 133
4.2 Экспериментальное видеографическое сопоставление периодических перемещений рулевого колеса и поперечных смещений машины 136
4.2.1 Общая методика экспериментального исследования
4.2.2 Цель эксперимента 136
4.2.3 Объект исследования 136
4.2.4 Методика эксперимента 137
4.2.5 Оценки результаты исследования 141
Глава 5. Пути конструктивного улучшения свойств управляемости ... 143
5.1 Подбор шин 143
5.2 Направление усовершенствования управляемости по схеме и параметрам подвески и рулевого привода 144
Общие выводы и рекомендации 148
Заключение 150
- Показатели свойств управляемости, устойчивости, их количественная оценка по литературным источникам, прочей информации (интернет, патентная литература и др) и собственным рекомендациям
- Колёсная сила тяги и сопротивление движению (качение колёс, колебания, торможение, аэродинамика)
- Расчетное определение управляемости Renault Megan
- Экспериментальное видеографическое сопоставление периодических перемещений рулевого колеса и поперечных смещений машины
Введение к работе
Актуальность темы. Тенденция увеличения автомобильного парка и интенсивности дорожного движения сохраняется. Увеличивается энергонасыщенность автомобиля, для водителя нарастает сложность ориентации в дорожной обстановке, сокращается время принятия решения о востребованном маневре (переставка, обгон, поворот, ускорение, замедление или торможение до полной остановки). В дорожном движении имеет место всё большее присутствие водителей - любителей с недостаточной квалификацией и опытом, что приводит к возрастанию количества ДТП с травмированием и гибелью людей.
Один из важнейших показательней качества автотранспортных средств (АТС) и в частности автомобилей, является их управляемость. Свойства управляемости обусловливают уверенность водителя в реализации задаваемого режима движения, исключают самопроизвольное возникновение опасного отклонения от него и дают возможность быстрой корректировки.
По данным ГИБДД только в России ежегодно более 40 тыс. человек гибнет в ДТП. Большинство ДТП связано с потерей управляемости на прямолинейном участке, в том числе, в процессе маневра "переставка" по причинам состояния водителя, метеоусловий, дорожного покрытия. Но главной (более 80% ДТП) причиной называется «человеческий фактор», степень адаптации водителя к сочетанию технических характеристик конкретного автомобиля, скорости, дорожных условий. И даже если опытный водитель пересаживается на другой автомобиль, то и ему требуется некоторое время, чтобы в разнообразных условиях привыкнуть, «срастись» с техническим средством. Поэтому, чем более точно АТС будет исполнять управляющие действия водителя без искажения задаваемой траектории, обусловленной боковыми ускорениями, тем безопасней будет режим движения.
К сожалению, количественной расчётной комплексной оценки этого важнейшего свойства не существует. Некоторым восполнением этого недостатка можно считать выполненные в последние годы работы в МАМИ, МВТУ, МАДИ, ВолгГТУ и др. Развитием этого направления является и представляемая работа.
Цель исследования - повышение безопасности АТС на основе расчётной методики численной комплексной оценки свойств управляемости с учётом ГОСТ 52302 - 2004, ОСТ 37.001471 - 89 и РД 37.001.005 - 86, ГОСТ Р 52302-2004.
Задачи исследования: 1) выполнить обзор существующих методов численной оценки свойств управляемости; 2) разработать методику расчётной комплексной оценки свойств управляемости с учётом шинного увода, доворо-тов колёс передней и задней осей при взаимодействии подвески с рулевым приводом, несоответствия настройки углов развала и схождения в предусмотренном допуске на установку этих величин, запаздывания реакции АТС на
управляющее действие водителя; 3) выполнить расчёт критической и предельной безопасной технической скорости; 4) уточнить методику оценки чувствительности к повороту с обоснованием необходимости введения усилителя в рулевой привод; 5) выполнить экспериментальное определение угловой жёсткости стабилизаторов поперечной устойчивости с целью рационального назначения этой величины; 6) разработать методику и экспериментально выполнить оценку фактического искажения при реализации тестового режима движения.
Научная новизна: впервые обоснована возможность комплексной оценки качества управляемости АТС по величине и темпу отклонения фактической траектории движения от заданной.
Доказано, что для получения достоверной расчетной оценки качества управляемости АТС необходимо дополнительно учитывать:
смещение из-за среднего угла доворота осей АТС при взаимодействии подвески и рулевого привода;
неодинаковый доворот передней и задней осей от шинного увода и взаимодействия подвески и рулевого привода;
несоответствие настройки углов развала и схождения из-за предусмотренных допусков на установку этих величин.
Уточнена ранее принятая методика определения чувствительности к повороту.
Предложена новая методика экспериментального определения угловой жёсткости стабилизаторов поперечной устойчивости, установленных на АТС.
На защиту выносится: 1) методика расчётной оценки траекторной управляемости автомобиля по относительным боковым смещениям и ускорениям; 2) методика экспериментального определения угловой жёсткости стабилизаторов поперечной устойчивости; 3) методика экспериментальной оценки фактического искажения траектории при реализации тестового режима движения.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Методика
сравнительной оценки свойств управляемости позволяет находить наиболее благоприятное сочетание геометрических параметров АТС, параметров и схем подвески, рулевого привода и востребованной жёсткости стабилизаторов поперечной устойчивости. Это повышает конкурентную способность проектируемой машины по показателям активной безопасности (искажению задаваемой траектории и боковым ускорениям особенно при эксплуатации на повышенных скоростях).
Численная оценка свойств управляемости позволит при постановке на производство импортных зарубежных моделей АТС отдавать предпочтение не только показателям динамических свойств, топливной экономичности и экологической безопасности, но одновременно учитывать и свойство управляемости как первостепенного свойства активной безопасности.
Очевидно, этот показатель управляемости должен быть введён в ГОСТ по всем классам машин Mi2; Ni^. Этот же показатель можно использовать для нормирования предельного состояния АТС, находящихся в эксплуатации при соответствующем изменении параметров жёсткости подвески, увеличения зазоров в подвижных сопряжениях рулевого привода и подвески, изменения фактических углов установки управляемых колёс. Результаты работы реализованы в учебном процессе ВолгГТУ, учтены в ООО «Волжское автобусное предприятие «Волжанин», 000 "Барс" (Автоцентр "Барс-Моторс"), дилер автомобилей VOLVO, HYUNDAI. Предполагается использование на родине автора в республике Вьетнам.
Объект исследования. Двухосные быстроходные АТС классов М^; N^.
Методы исследования и достоверность результатов. Получение аналитических расчётных соотношений и выполненное на их базе вычисление результатов базируются на широко используемых апробированных методах математического анализа, дифференциального и интегрального исчисления, математической статистики. Особо следует заметить, что даже при неполном учёте факторов, оказывающих влияние на количественную величину показателя управляемости, результаты качественного сопоставления сохраняются.
Апробация. Основные научные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на междунар. науч.-техн. конф. ассоциации автомоб. инж. (ААИ), посвящ. 145-летию МГТУ "МАМИ" / Моск. гос. техн. ун-т «МАМИ»; междунар. науч. - практ. конф. /пензен. филиал РГУИТП. - Пенза, 2010; 69-й междунар. науч. - техн. конф. ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) / ГОУ ВПО "Сибирская гос. автомоб.-дор. академия (СибАДИ)" [и др.].- Омск, 2010; междунар. науч.-практ. - конф. (5 -6 октября 2011г.) Проектирование специальных машин для освоения горных территорий. - г. Владикавказ, ГГАУ; 47, 48, 49 - ой внутрив. науч. конф. ВолгГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе получено свидетельство на программный продукт, 4 публикацией из них в изданиях рекомендованных в ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и основных результатов, списка использованной литературы из 120 наименований. Работа содержит 156 страниц текста, 21 таблицу и 26 рисунков.
Показатели свойств управляемости, устойчивости, их количественная оценка по литературным источникам, прочей информации (интернет, патентная литература и др) и собственным рекомендациям
Б.С. Фалькевич [8] характеризуя устойчивость автомобиля как "совокупность его качеств, обеспечивающих движение в требуемом направлении без заноса или опрокидывания", называет управляемость одним из качеств устойчивости, "обеспечивающее движение в направлении, заданном водителем".
В.А. Гудков, Ю.А. Комаров, А.И. Рябчинский, В.Н. Федотов [9] считают что, Управляемость - это соответствие параметров движения автомобиля воздействия водителя на РК. При различных воздействиях степень соответствия может быть различна, что затрудняет выбор единого критерия для комплексной оценки управляемости автомобиля в эксплуатационных условиях. Тут авторы не учитывали влияния внешних усилий на управляемость АТС. В последнее время в интернете появляются некоторые понятия по управлемости.
При открытии [10] читатели могут читать определение: управляемость автомобиля - свойство автомобиля изменять направление движения при воздействии водителя на рулевое управление. Автор также объясняет что, хорошая управляемость обеспечивается, если: рулевой привод обеспечивает такое соотношение углов поворота управляемых колес, при котором они катятся без бокового скольжения. В этом определении автор дал связь между во- дителем и машиной и пропустил ряд факторов как дорожные условия и внешних сил. В этом случаи читатели могут понимать что, если при воздействии водителя на рулевое управление то, автомобиль должен изменить направление движения но может быть, не надо выдерживать заданную траекторию рулевым направлением, а соответствовать курсовому направлению, востребованным направлением дороги?
На адресе [11] дали определение: Под управляемостью мы понимаем что, насколько чётко машина реагирует на движения руля и с какой скоростью она может входить в поворот, не опасаясь срыва колёс. Однако не оговаривается, что машина чётко реагирует на движения руля в какой скорости движения и каком дорожном условии?
На адресе [12] дали определение: управляемость системы «автомобиль-водитель» - это способность автомобиля, управляемого водителем, сохранять заданное направление движения или изменять его по желанию водителя воздействием на рулевое управление в определенных дорожных условиях. Автор также объяснил что, управляемость автомобиля тесно связана с устойчивостью, так как чем выше устойчивость, тем больше приближается фактическая траектория движения автомобиля к траектории, задаваемой водителем.
Под управляемостью в источнике интернета [13] понимают способность автомобиля сохранять или изменять направление движения точно в соответствии с приложенными воздействиями. Тут автор не указали конкретные факторы, которые влияют на управляемость, например ,боковые силы, а в каких условиях автомобиль может точно сохранять или изменять направление движения.
На адресе [14] управляемость — способность точно следовать заданному водителем направлению движения. И тут автор считается, что понятия устойчивости и управляемости тесно переплетаются и их следует рассмотреть совместно. Причинами, вызывающими нарушение устойчивости и управляемости автомобиля, наиболее часто являются воздействующие на автомобиль боковые силы.
Понятие "управляемость" может иметь расширенное толкование, включая вопросы собственно управляемости, устойчивости, стабилизации движения и маневренности машины. Вместе с тем, не соблюдая строгость терминологии, термин устойчивость иногда используется в смысле понятия управляемости и даже в сочетании "устойчивость управляемости". Однако понятия управляемость и устойчивость АТС взаимосвязаны, так как они определяются в основном одними и теми же конструктивными параметрами: компоновкой, особенностями рулевого управления, характеристиками шин, параметрами подвески. В то же время влияние параметров АТС на его управляемость и устойчивость может быть различным. Так, с увеличением момента инерции АТС относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс, улучшается устойчивость АТС при прямолинейном движении и в то же время ухудшает управляемость: для изменения траектории движения к рулевому управлению необходимо приложить большие усилия.
Наиболее соответствующим следует считать определение управляемости данное И.В. Ходесом. В своих работах [15] выполнил анализ управляемости и устойчивости и дал определение что:
" Управляемость - свойство машины выдерживать заданную через рулевой механизм водителем траекторию, включая прямолинейное движение и режим поворота с задаваемым радиусом и определенной предельной скоростью, в том числе, под влиянием внешних сил ".
Показатели свойств управляемости, их количественная оценка по литературным источникам, прочей информации (интернет, патентная литература и др.) и собственным рекомендациям. Как изложен в п. 1.1 А.С.Литвинов [6] в своих работах задал оценочные показатели управляемости. Следует оговорить, что все они являются экспериментальными в соответствии с РД 37.001.005-82 и имеют экспертную оценку в баллах проставляемую водителем-испытателем или сторонним экспертом-наблюдателем:!) устойчивость управления траекторией; 2) устойчивость курсового управления; 3) устойчивость траектории при торможении; 4) устойчивость курсового угла при торможении; 5) предельная скорость выполнения манёвра; 6) скорость начала снижения устойчивости траектории; 7) скорость начала снижения устойчивости курсового направления
Кроме того, имеется ряд дополнительных показателей. Статическая траєкторная управляемость, которая определяется отношением угловой скорости поворота к линейной скорости движения при боковом ускорении jy=4M/c2 в зависимости от угла поворота УК вплоть до 0тах с последующей оценкой предельных значений и ограничением предельных норм. Характеристика "рывок руля" оценивается отношением угловой скорости в переходный период к установившейся угловой скорости по времени и сопоставляется с предельными нормами по минимальным и максимальным значениям. Характеристика "выход из поворота" оценивает стабилизирующее качество. Для этого при скорости до бОкм/ч и jy=4M/c освобождают рулевое колесо и определяют остаточный курсовой угол. Лёгкость рулевого управления оценивается на скорости 40 и бОкм/ч при jy=4M/c2 по величинам: предельная скорость входа в заданную "переставку" (изменение полосы движения) на ограниченном по длине участке дороги, скорость входа в поворот и др. Средняя угловая скорость поворотов рулевого колеса на прямолинейном участке дороги при корректировке направления движения. Здесь дан неполный перечень показателей, но можно отметить, что все они могут быть получены только путём испытаний реальных машин. На этапах проектирования прогнозировать качественные показатели управляемости по ним невозможно. Помимо показателей управляемости рассматриваются показатели устойчивости по заносу и опрокидыванию с формулировкой понятия устойчивости, как "совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положению автотранспортного средства ". Из оценочных показателей называются: критические скорости по боковому скольжению (заносу) и боковому опрокидыванию; соответственно критические углы косогора по скольжению и опрокидыванию; коэффициенты поперечной устойчивости при круговом движении с заданным радиусом и при прямолинейном движении.
Колёсная сила тяги и сопротивление движению (качение колёс, колебания, торможение, аэродинамика)
К сожалению, водитель не может влиять на дорогу кроме выбора другого путепровода или хотя бы полосы движения. Неровности профиля дороги проявляются двояко. Во-первых, движение по ним можно уподобить переменному подъёму и уклону. Если на длине 5 м неровность составляет всего 0,1 м, то периодически сопротивление движению будет меняться в пределах 0,1/5=0,02 или ±0,01. Если учесть, что на твёрдой дороге сопротивление качению составляет 0,005, то будет понятно, что колёса от этих малозаметных неровностей получат амплитуду колебаний продольной нагрузки более, чем в 2 раза большую по сравнению со средним сопротивлением перекатыванию. Во-вторых, движение по «коротким» неровностям на большой скорости (иначе нам и необязательно заботиться об управляемости) вызывает частые и значительные перемещения в подвеске, в том числе, значительные потери энергии в амортизаторе. Это тоже увеличивает сопротивление движению. И если неровности неодинаковы слева и справа или какой то амортизатор утратил свои свойства, то появится неравномерность сопротивлений. На такой «стиральной доске» (так старые водители называют участок дороги с частыми поперечными неровностями) автомобиль может занести с разворотом и даже вызвать опрокидывание.
Торможение одно из опаснейших управляющих действий водителя. Во-первых, интенсивное торможение, является уже реакцией водителя на опасность, во-вторых, последствия торможения могут вызвать дополнительные осложнения. Рассмотрим их.
Интенсивность замедления зависит от величины тормозного момента, задаваемого водителем и воспроизводимого тормозным механизмом на барабане или диске, но затем на колесе, и, в конечном счёте, от возможности реализации этого усилия по связи (сцеплению) колеса с полотном дороги. Причины искажения траектории и нарушения управляемости кроются в неравномерности действия тормозного усилия, по колёсам, неодинаковых вертикальных нагрузках и коэффициентах сцепления (микст) для каждого из колес. Дополнительно от неравномерности усилия торможения на управляемой оси могут возникнуть искажения за счет упругой податливости рулевого привода. Достаточно подробно вопросы устойчивости при торможении, в том числе, при поддержке торможения системой ABS содержатся в исследованиях А. А. Ревина [35]. Попутно заметим, что в последнее время всё большее использование получает система ESP, работающая совместно с ABS, позволяющая существенно стабилизировать курсовую устойчивость за счет дополнительного подтормаживания той стороны, в которую появилась тенденция опрокидывания. По словам очевидцев, автомобиль как бы извлекается, принудительно выходит из аварийной ситуации.
Здесь же следует обратить внимание на особенность продольной силы, действующей в контакте колеса с дорогой и вызывающей сопротивление, торможение или разгон. Сами по себе эти силы не вызывают поперечного смещения. Но их неравномерность вызывает поворачивающий момент с увеличением бокового увода. Это провоцирует срыв сцепления колеса с дорогой, проявление заноса в направлении действующего момента и в результате, потерю устойчивости. Причём, даже небольшая разность продольных сил слева и справа при значительной их величине (торможение или разгон, выезд одной стороной на обочину), могут вызвать боковые силы, достаточные для потери сцепления, особенно при неблагоприятных дорожных условиях.
Аэродинамические сопротивления. Известно, что лобовые сопротивления вызывают перераспределение нормальных нагрузок с увеличением их на колёса задних опор и таким же разгружением на передних. Боковой воздушный поток импульсивного проявления может возникать при встречном разъезде с транспортным средством больших габаритов по высоте или вблизи проезда разрыва лесной полосы. Перевозимые на верхнем багажнике грузы больших габаритов одновременно за счет увеличения продольной площади, увеличивают силовое воздействие и плечо действия силы, вызывая опрокидывающий момент, уменьшают сопротивление уводу из-за перераспределе-ния нормальных и боковых реакций (в пределе, когда происходит отрыв колёс одной стороны от полотна дороги, увод и сопутствующее изменение кривизны траектории увеличивается более, чем в два раза). Вследствие этого на продолжительности действия и особенно в переходные периоды, управляемость автомобиля становится нестабильной вплоть до полной её потери.
Заметное проявление аэродинамических воздействий наступает при скорости воздушного потока более 20 м/с (72 км/ч). В метеосводках, когда информируют об ураганах, называют именно такую скорость ветра. Но ведь современный автомобиль движется со скоростью и вдвое большей, а силовое воздействие растёт в квадратичной зависимости, т.е. при этом сила увеличивается в четыре раза! И не всегда (по разным причинам) сила сопротивления совпадает с продольной осью автомобиля. Причем несимметричность может вызываться направлением ветра, погрешностями в форме кузова (с навешенными по бокам различными устройствами), креплением бамперов, зеркал, фар, агрегатов, расположенных под днищем. Даже открытие одного или нескольких стекол в дверных проёмах может вызвать увеличение сопротивления и его несимметричность.
Анализы в п. 1.3 показали что, боковые силы играют важную роль во вызывании боковых смещений, которые создаются искажение траектории движения, снижение управляемость АТС. Боковые силы, в том числе больше всего влияет на боковые смещения центробежная сила.
Расчетное определение управляемости Renault Megan
В процессе поворота с некоторым радиусом R под действием центробежной силой Р на плече высоты оси крена этой же массы кузова на подвеске каждой опорной оси автомобиля образуется поперечной момент мр. Этот момент от центробежной или иной боковой силы (боковой воздушной поток, геометрическая составляющая от веса кузова при движении по дороге, имеющей поперечной полотна /? ) вызывает угловое перемещение /? , называемое креном кузова. На кузов крепится рулевой механизм. Сошка червячно - роликового или рейка реечного рулевого механизма посредством рулевых тяг со сферическими шарнирами кинематическим связаны с рычагами поворотных цапф управляемых колёс передней опорной оси АТС. Поэтому при крене кузова на угол рк шарниры рулевой тяги изменяют свое положение в вертикальном направлении на величину hn. (см. рис 2.7, 2.8 рычажная и стоечная подвеска), вызывая поперечные смещения рулевых тяг Д/т и рычагов подвески AR. Поперечные смещения шарниров рулевых тяг и соответствующие образуемые при этом угле доворотов колес АТС существенно влияют на его управляемость. Они играют важную роль в искажении задаваемой водителем траектории движении автомобили. В свою очередь, поперечные смещения шарниров рулевых тяг и соответствующие углы доворотов зависят от линейной жесткости передней Сш и задней С31 подвески, образующих угловую поперечную жесткость всей подвески с включением стабилизаторов передней и задней осей. Заключается в определении поперечной угловой жёсткости подвески сд. Расчётное определение этой величины затрудняется тем, что стабилизатор поперечной устойчивости в некоторых моделях машин имеет сложную пространную форму, учитывая координаты крепления на кузове и подвижных элементах рычагов передней подвески (например Vinaxuki 2009 и др). В качестве стабилизатора задней оси используется поперечная балка сложного сечения смещенных в продольном направлении относительно шарниров установки продольных рычагов подвески через сайлент - блоки кузова (например Chevrolet Niva и др) Определение технических параметров подвески для расчета угловой поперечной жесткости CR кузова на подвеске относительно опорных колёс автомобиля с включением стабилизаторов и без стабилизаторов. Объектом экспериментальных испытаний являлся легковой автомобиль ВАЗ - 2106, состояние которого удовлетворяет нормам. Некоторые технические характеристики испытуемого автомобиля Для получения угловой поперечной жёсткости без стабилизаторов ср (угловая поперечная жёсткость с включением стабилизаторов определить по п.5 этой главы ) вначале определяется линейная вертикальная жесткость каждой стороны СС=0,І+СЗ,; где С - линейная жесткость передней подвески каждой опоры (левой и правой), С3, - линейная жесткость задней подвески каждой опоры (левой и правой). В свою очередь для определения линейной жесткости Qt и С3, предварительно определяется продольная угловая жёсткость СрП и с 3 Ниже излагается методика экспериментального определения этих величин жесткостей.
Схема для определения продольной угловой жёсткости от влияния передней подвески СфП: Іт. расстояния от оси переднего колеса до точки приложения силы Fn, 4m - расстояния от оси переднего колеса до вертикали измерения смещения передней оси; /нз - расстояния от оси заднего колеса до вертикали измерения смещения задней оси; Fn, F3 - силовое воз- действие по вертикали; Ъ — расстояние от центра масс до оси задних колёс; (р - угол отклонения автомобили по вертикальной поверхности; h\ - положение отметки измерения перед нагрузкой (при этом показание динамометра Fn = 0); h2 - положение отметки измерения при отрыве колесе; Нп, Н3 - перемещения кузова спереди и сзади. Устанавливаем домкрат с динамометром и фиксируем его позицию по середине поперечной оси для измерения силы Fn (см. рис 4.1). Увеличиваем силу Fn от нуля до максимальной величины, соответствующей моменту отрыва опорных колес передней оси от основания. Результаты измерения величин помещены в таблицу № 4.2
Экспериментальное видеографическое сопоставление периодических перемещений рулевого колеса и поперечных смещений машины
В случае недостаточной чувствительности подвески, когда внутреннее давление повышается относительно немного, шины скоростных автомобилей сохраняют большую чувствительность к неровностям дороги, чем рессорная подвеска, в особенности при наезде на небольшие неровности, которые встречаются на дорогах с усовершенствованным покрытием.
Величина боковой эластичности зависит от конструкции шин, ширины профиля шины и внутреннего давления в ней. Повышение внутреннего давления и увеличение жесткости боковин покрышек уменьшают боковую эластичность шин. Но при движении автомобиля по мягкой дороге (почве) с повышенным давлением воздуха в шине образуется глубина колей глубже, чем по более твердой дороге.
Поэтому для шин скоростных автомобилей боковая эластичность должна быть уменьшена по сравнению с боковой эластичностью шин обычных легковых автомобилей.
Для обеспечения хорошей управляемости автомобиля подвеска должна смягчать толчки и обеспечивать быстрое гашение вызываемых ими колебаний; кроме того, она должна сохранять постоянство ширины колеи как передних, так и задних колес в моменты подъемов и опускания при наезде на неровности дороги.
Уменьшение веса неподрессоренных частей позволяет уменьшить жесткость упругих элементов подвески (рессор, пружин или стержней) и получить мягкую подвеску, почти полностью поглощающую толчки, передаваемые колесами. При значительном увеличении внутреннего давления в шинах скоростных автомобилей толчки от небольших неровностей дороги не полностью поглощаются шинами, а передаются на подвеску, которая должна обеспечить мягкость хода.
Неправильный выбор упругих элементов подвески часто способствует появлению боковых и продольных колебаний, вызывающих соответственно боковую и продольную качки и этим ухудшающих устойчивость автомобиля.
Для ослабления действия колебаний рессоры снабжаются амортизаторами, которые уменьшают амплитуду колебаний рессоры, не сокращая периода этих колебаний. Амортизаторы способствуют улучшению управляемости автомобиля, но они могут уменьшить степень свободы и повысить жесткость рессор. Устранение этих отрицательных последствий зависит от конструкции и регулировки амортизаторов, поэтому амортизаторы, подобранные соответственно параметрам свободных колебаний данной подвески, не должны намного увеличивать ее жесткости.
Описанные выше свойства подвески могут влиять главным образом на устойчивость в продольной плоскости, т. е. на уменьшение продольных колебаний. При рессорной подвеске каждая рессора подвергается скручиванию от боковых усилий, которые могут вызвать большие изменения в способности автомобиля держать дорогу.
Конструкция и способ крепления подвески влияют как на ее жесткость, так и на сохранение постоянства ширины колеи. При независимой подвеске постоянство ширины колеи наилучшим образом обеспечивается при качании колес в продольной плоскости. Сохранение постоянства ширины колеи необходимо для хорошей управляемости автомобиля. В случае изменения ширины колеи колеса скользят, перемещаясь в поперечном направлении, при этом часть силы сцепления оказывается использованной на это перемещение.
Использование сцепления колес в продольном направлении связано с использованием сцепления колес в поперечном направлении. Практически коэффициент сцепления колес с дорогой можно считать одинаковым в продольном и поперечном направлении. Таким образом, использование части силы сцепления на перемещение колес в поперечном направлении уменьшает сцепление колес в продольном направлении. Для ведущих колес автомобиля это уменьшение сцепления колес с дорого в продольном направлении приводит к пробуксовке и скольжению колес, вследствие чего может наступить занос автомобиля. В случае скольжения управляемых (передних) колес становится невозможным повернуть автомобиль и он будет скользить в прежнем направлении с повернутыми колесами; управляемость автомобиля при этом, конечно, теряется. Кроме того, при колебаниях подвески может возникать гироскопический момент, действующий в горизонтальной плоскости. Этот момент стремится повернуть колесо, что также ухудшает управляемость.
Оба указанных явления, происходящих при изменении ширины колеи, ухудшают управляемость и устойчивость автомобиля.
Анализ результатов расчета показал, что улучшение свойств управляемости можно получить путем подбора массо-геометрических параметров АТС и упруго-демпфирующих парамеров подвески, при минимизации суммарного искажения от тестового бокового смещения и ускорения. Для этого желательно предусмотреть: 1. Снижение координаты центра массы по высоте; стремиться к среднему расположению его по длине. 2. Продольная база (L) и колея (В) увеличиваются в приемлемых конструктивных пределах. 3. Уменьшение плеча крена кузова за счет увеличения жесткости стабилизаторов; желательно, по возможности, обеспечить взаимную компенсацию смещения от шин и подвески (дают искажение в одной фазе) и кривизны траектории от тех же факторов, но в другой фазе. Общие результаты, выводы и рекомендации Приведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать результаты работы, выводы и рекомендации. 1. Установлена взаимосвязь между основными геометрическими параметрами автомобиля, режимом движения и дорожными условиями с боковыми смещениями и ускорениями центра масс автомобиля. Качество управляемости автомобиля можно улучшить при следующих изменениях геометрических величин: продольная база (L) и колея (В) увеличиваются в приемлемых конструктивных пределах; координату центра масс следует располагать как можно ближе к середине опорной поверхности, а плечо крена hKH уменьшать.
Похожие диссертации на Методика расчётной оценки траекторной управляемости автомобиля по относительным боковым смещениям и ускорениям
