Содержание к диссертации
Введение
1. Возможности и задачи повышения экологической безопасности, безопасности' движения и совершенствования транспортных систем современных городов применением многоцелевых малогабаритных транспортных средств 11
1.1. Основные причины снижения эффективности применения и экологической безопасности легковых автомобилей в транспортных системах современных городов 11
1.2. Возможности повышения экологической безопасности и совершенствования транспортных систем применением городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств 16
1.3. Область применения и основные требования к эксплуатационным свойствам городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств 20
1.4. Классификация и анализ существующих конструкций городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств с позиций влияния конструктивной схемы и базовых параметров на эффективность применения и экологическую безопасность городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств в транспортных системах современных городов 23
1.4.1 Классификация ГММТС 23
1.4.2 Анализ существующих конструкций миниавтомобилей . 24
1.5. Выводы. Цель и задачи исследования 34
2. Основы анализа и синтеза рациональной конструктивной схемы и базовых параметров ГММТС. 36
2.1. Анализ типовых маршрутов движения городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств и обоснование концептуальных требований к их основным эксплуатационным свойствам и базовым параметрам с позиций-повышения экологической безопасности и эффективности применения в транспортных системах современных городов 36
2.2. Основополагающая роль маневренности в обеспечении экологической безопасности и эффективности применения городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств, ее требуемые характеристики 39
2.3. Анализ и синтез рациональных нетрадиционных конструктивных решений, обеспечивающих на стадии проектирования требуемую маневренность городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств 44
2.3.1 Методы и средства развиваемой концепции ГММТС 44
2.3.2 Влияние конструктивной схемы и габаритных размеров на эффективность поворота ГММТС 47
2.4. Развитие модели движения и стационарного поворота городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства для исследования его маневренности 52
2.5. Кинематика поворота ГММТС 53
2.5.1 Поворот ГММТС без бокового увода 53
2.5.2 Поворот ГММТС с боковым уводом 57
2.5.3 Определение ускорений ГММТС для общего случая криволинейного движения 59
2.5.4 Определение поперечных реакций дороги при криволинейном движении ГММТС 64
2.5.5 Определение нормальных реакций дороги при криволинейном движении ГММТС 69
2.5.6 Занос ГММТС 73
2.5.7 Уравнения криволинейного движения ГММТС 75
2:6 Выводы к главе 78
3. Методика экспериментальных исследований 82
3.1 Цель, программа и задачи экспериментальных исследований . 82
3.2 Условия проведения экспериментальных исследований* 83
3.3 Объект исследования и его параметры 87
3.4 Применение теории моделирования и анализа размерностей для исследования ГММТС 93
3.5 Измерительная аппаратура, методы измерений, обработка и анализ результатов 95
3.6 Методы измерений, обработки и анализа результатов 100
3.7 Оценка погрешностей измерительной аппаратуры, обработка и анализ результатов 101
3.8 Определение минимального количества повторных опытов 103
3.9 Оценка достоверности экспериментальных данных 104
4. Результаты экспериментального исследования 107
4.1. Оценка адекватности математической модели по результатам сравнения экспериментальных и расчетных характеристик движения и стационарного поворота модели ГММТС 107
4.2. Исследование управляемости ГММТС нетрадиционной конструкции 108
4.2.1 Испытания «стабилизация» 108
4.2.2 Испытания «рывок руля» 110
4.3. Исследование маневренности ГММТС нетрадиционной* конструкции 114
4.4. Оптимизация базовых параметров ГММТС 118
4.4.1 Оптимизация параметров с точки зрения обеспечения устойчивости ГММТС против опрокидывания 118
4.4.2 Оптимизация параметров для обеспечения максимальной площади в плане ГММТС 121
4.5 Оценка технического уровня и качества ГММТС 126
4.6. Выводы к главе 129
Заключение 132
Список использованных источников 134
Приложения
- Возможности повышения экологической безопасности и совершенствования транспортных систем применением городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств
- Основополагающая роль маневренности в обеспечении экологической безопасности и эффективности применения городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств, ее требуемые характеристики
- Применение теории моделирования и анализа размерностей для исследования ГММТС
- Исследование управляемости ГММТС нетрадиционной конструкции
Введение к работе
Актуальность проблемы. Вследствие постоянного развития городов происходит увеличение транспортных потоков. В результате возникло требующее разрешения противоречие между возможностью автомобиля обеспечивать свободу передвижения и проблематичностью реализации этой возможности в транспортной системе современного города.
Особенностями использования автомобилей в современных городских транспортных системах является сочетание высокой интенсивности движения на коротких участках при снижении средней скорости до 15-30 км/час с многочисленными парковками. При этом коэффициент использования мощности автомобильных двигателей составляет не более 0,3-0,5 при существенном ухудшении экономичности и повышении токсичности отработавших газов. Более 80% автомобилей имеют суточный пробег до 40-60 км, в 90% случаев в 4-5 местном автомобиле передвигаются 1-2 человека (в среднем 1,6). В результате эффективность как автомобиля, так и транспортной системы в целом резко снижается.
Таким образом, налицо несоответствие между современными требованиями к городскому автомобилю и традиционными схемами легковых автомобилей. Это указывает на необходимость разработки и апробирования нетрадиционной схемы городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства (ГММТС) с оптимальными для городского движения базовыми параметрами, учитывающей его назначение и место в городской транспортной системе с сочетанием высокой интенсивности движения на коротких участках с многочисленными парковками и маневрированием на ограниченных площадках. Ограниченное количество теоретических работ в этой области свидетельствует об актуальности темы исследования.
Цель работы - обеспечение эффективности ГММТС за счет разработки рациональной нетрадиционной конструктивной схемы, определения оптимальных базовых параметров и схемы управления.
Цель достигается постановкой и решением следующих задач:
1. Обосновать концепцию нетрадиционной конструктивной схемы ГММТС, обеспечивающей высокую маневренность и управляемость, экономичное использование площадей для маневрирования и парковки.
2. Развить аналитическую модель стационарного поворота ГММТС разработанной конструктивной схемы, применимую для описания движения с малыми радиусами поворота при скоростях от 10 до 60 км/час, включая поворот на месте.
3. Установить закономерности изменения характеристик поворотливости ГММТС при маневрировании со скоростями от 10 до 60 км/час в функции базовых параметров и схем управления.
4. Установить области допустимого изменения базовых параметров и характеристик схем управления для обеспечения заданных требований и ограничений.
5. На основании полученных расчетных данных разработать и изготовить управляемую действующую масштабную модель ГММТС нетрадиционной конструктивной схемы с изменяемыми базовыми параметрами, обеспечивающую физическое подобие кинематики и динамики движения модели и автомобиля.
6. Оценить управляемость и маневренность обоснованной схемы.
Объект исследования – городское многоцелевое малогабаритное транспортное средство нетрадиционной конструктивной схемы.
Предмет исследования - эксплуатационные свойства ГММТС, обеспечивающие эффективное применение машины в городских условиях.
Методика исследования. Исследования проведены с использованием методов теории автомобилей, теоретической механики, математического и физического моделирования. Методика исследования предусматривала сочетание испытаний модели автомобиля с многофакторным численным экспериментом. Достоверность результатов обосновывается: подтверждением теоретических результатов экспериментальными; применением экспериментальных методов исследования, соответствующих государственным стандартам; сопоставлением результатов с данными других исследователей.
Научная новизна.
1. Обоснована концепция трехопорного ГММТС с бортовым поворотом, мотор-колесами и передней шаровой самоустанавливающейся опорой. Данная конструкция обеспечивает высокую маневренность и управляемость, экономичное использование площадей для маневрирования и парковки.
2. Разработана математическая модель криволинейного движения трехопорного транспортного средства с передней самоустанавливающейся опорой и бортовым поворотом, позволяющая на ранней стадии проектирования определить силовые и кинематические характеристики ГММТС с различными схемными и констуктивными решениями, а также обоснованно выбирать и оптимизировать основные параметры ГММТС и оценить схемные решения. Это сокращает затраты времени и средств на проведение НИОКР и ускоряет постановку на производство новой техники.
3. Установленa область допустимых параметров ГММТС для обеспечения высокой маневренности и устойчивости.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Повышение эффективности городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства предлагаемой конструктивной схемы как объекта городской транспортной системы современного мегаполиса. Новизна технического решения, примененного в данной модели, подтверждена патентом на полезную модель.
2. Возможность исследования управляемости и маневренности городского многоцелевого малогабаритного транспортного средства на базе спроектированной и построенной модели ГММТС и регистрационного комплекса. Комплекс может быть использован для исследования управляемости и маневренности автомобилей с другими схемами управления.
3. Полученные практические результаты используются: при проведении НИОКР по разработке перспективных образцов техники в ООО «ПСА ВИС - АВТО», ЧВВАКИУ, а также используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов и чтении отдельных разделов лекций по дисциплинам: «Автомобильная техника», «Конструкция и расчет автомобилей» в ЧВВАКИУ, ЮУрГУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях «Экологические проблемы в транспортно-дорожном комплексе» (Москва, 2005), «Достижения науки – аграрно-промышленному производству» (Челябинск, 2006, 2007), «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва, 2009), межрегиональной научно-технической конференции АВН «Повышение эффективности колесных и гусеничных машин многоцелевого назначения» (Челябинск, 2010), межвузовских научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2005-2008), Челябинского государственного агроинженерного университета (2006, 2007), научно-технических конференциях Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища (военного института) (2006-2010).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 работах, получен 1 патент на полезную модель.
Объем и содержание работы. Диссертация содержит 123 стр. текста, 75 рисунков и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 100 наименований и приложений.
Возможности повышения экологической безопасности и совершенствования транспортных систем применением городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств
Анализ существующих тенденций в мировом и отечественном автомобилестроении показывает, что, работа по повышению экологической безопасности, безопасности дорожного движения городских транспортных систем должна вестись комплексно по различным направлениям: увеличение количества общественного электротранспорта; упорядочение нормативных требований по экологии, удовлетворяющих нормам Комитета по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН (ЕВРО-2, ЕВРО-3, ЕВРО-4); разработка обоснованных нормативно- " экономических документов и методов изучения, контроля и регулирования состояния экологической? обстановки; планомерный; регулируемый переход на автотранспорт с улучшенными экологическими характеристиками и др.
Решение этой? проблемы во многом зависит от совершенствах и состояния технического уровнясамого источника загрязнения- автомобиля; т.к. любые запретительно-регулирующие, экономические и:другие меры, регулирование загруженности транспортных потоков и т.п. не приведут к значительному улучшению безопасности движения, экологической безопасности воздушного бассейна городов и уменьшению количества эксплуатируемых транспортных средств [4]. Конструкция легковых автомобилей подвергается непрерывной модернизации, поэтому в совершенствовании конструкции и, изменении концептуального подхода к конструированию появляются практические возможности для достаточно оперативного внедрения мероприятий по повышению эффективности и безопасности.
Таким образом, важнейшим направлением совершенствования транспортных систем с целью повышения эффективности, экологической безопасности, безопасности дорожного движения является разработка экологически чистых, безопасных, малогабаритных и маневренных ГММТС [4,1]. В конце XX — начале XXI веков стало понятно, что экологически чистые транспортные средства в будущем займут значительную часть рынка [1]. В настоящее время разработаны десятки опытных моделей городских малогабаритных автомобилей различного типажа и назначения. Накоплен опыт эксплуатации электромобилей, в том числе в крупных регионах (например, демонстрационные проекты внедрения электромобилей в кантоне Мендризио, Швейцария; в Калифорнии, США). В настоящее время активно формируется рынок электромобилей, развиваются инфраструктуры их продажи, сервиса и обслуживания. В Западной Европе в 1998 г. в эксплуатации находилось около 15 000 электромобилей, в 1998 г. их выпуск составлял около 10 000 шт. В Азии ежегодно на рынок попадали по 3-5 тыс. электромобилей. В США ближайшие 10 лет ожидается применение свыше 3 млн. электромобилей [1]. Казалось бы, решение проблемы находится в замене традиционного автомобиля электромобилем, однако, в настоящее время это невозможно по следующим причинам [7]. - снижение уровня шума от транспортного средства на 10—15%; - улучшение условий труда водителей за счет упрощения управления транспортом, а также исключения выбросов вредных газов и паров топлива. в эксплуатации: - сокращение расхода топлива и других энергетических затрат за- счет применения экологически чистой силовой установки или обеспечения работы двигателя на экономичных режимах, снижения массово-габаритных характеристик, сокращения времени на парковку, рекуперация энергии при торможении и движении под уклон; - затраты при стоимости 1 кВт-ч энергии 10 центов на 1 км пробега ГММТС составляют 3,8 цента, а для автомобиля с ДВС — 5,32 цента (при цене бензинового топлива 0,35 долл. США за литр). Используя одинаковую аппроксимацию затрат на обслуживание ГММТС и автомобиля, придем к соотношению стоимости 100 миль в 2,8 долл. США для ГММТС против 4,5 долл. США для автомобиля; - трудозатраты на техническое обслуживание и текущий ремонт ГММТС будут примерно вдвое ниже, чем для автомобиля традиционной конструкции, с учетом замены блоков комплектующего оборудования на месте, без буксировки; - заряд источников тока в ночное время способствует повышению эффективности суточной работы электростанций; - анализ данных по пассивной безопасности показывает, что ГММТС имеют лучшие показатели по пассивной безопасности в сравнении с автомобилем, мопедом и мотоциклом[9]; выявлена социальная актуальность ГММТС в обеспечении безопасности дорожного движения[10]; в части производства: - по зарубежным данным, при изготовлении малых партий автомобилей с КУ грузоподъемностью 0,5—1,5 т их стоимость превышает на 25—50% стоимость автомобилей с ДВС. Однако при массовом производстве стоимость их будет значительно ниже; - технология производства всех групп типажа ГММТС проще, чем аналогтї щ автомобилей, за счет снижения количества деталей и узлов, фебук хщ дорогостоящего оборудования со сложными технологическими линиями; - высокая унификация производства.
Аналитические исследования показывают, что приведенные Aa jjjbIe хорошо корреспондируются с данными зарубежных производи і-Єле электромобилей и свидетельствуют об экологической необходимости энергетической и экономической выгодности ГММТС в качестве внутригородского транспортного средства для перевозки пассажир в „ мелких партий грузов [1].
Основополагающая роль маневренности в обеспечении экологической безопасности и эффективности применения городских многоцелевых малогабаритных транспортных средств, ее требуемые характеристики
Анализ типовых маршрутов движения показывает, что в городских условиях автомобиль должен иметь возможность значительно и быстро изменять направление движения на ограниченном пути. Это необходимо при маневрировании в местах погрузки и выгрузки на небольшой площади, при движении по улицам города, характеризующимся большим количеством (около 70 %) поворотов на 90 [14]. Часто появляется необходимость в движении задним ходом или полном развороте, причем всегда имеющаяся для этого площадь ограничена. Ограничивающее влияние маневренности на среднюю скорость движения (эффективность применения автомобиля) особенно проявляется в городских условиях и в местах, погрузки и разгрузки, обычно отличающихся малыми и неудобными для маневра площадями.
Маневренностью называется группа свойств, характеризующая возможность автомобиля изменять заданным образом свое положение на ограниченной1 площади в.условиях, требующих движения по траекториям большой-кривизны.с резким изменением направления, в том числе и задним ходом [14]. Недостаточная маневренность приводит к резкому снижению производительности и, следовательно, эффективности автомобиля или при несоответствии маневренности ограничениям проездов - невозможности использования автомобиля. Так, для поворота на стоянку в 90 % случаев необходимо совершить поворот на 90 без маневровых операций. Автомобили традиционных конструкций не обладают такой маневренностью, поэтому устанавливаются на стоянку под углом, занимая на стоянках большую, чем необходимо, площадь.
Маневренность - сложное эксплуатационное свойство, включающее в себя более простые свойства, основными из которых являются управляемость, поворотливость, вписываемость [18]. Управляемость — свойство управляемой водителем машины сохранять в определенной дорожно-климатической обстановке заданное направление движения или изменять его в соответствии с воздействием на рулевое управление [16]. Управляемость является характеристикой системы машина — водитель и определяет возможность изменения траектории движения в соответствии с желанием водителя. Поворотливость — свойство машины совершать повороты по кривым возможно меньшего радиуса при минимально возможной площади на опорной поверхности. Поворотливость определяется габаритными размерами машины, ее компоновкой, минимальным радиусом поворота и не зависит от ограничений, налагаемых проездами. Поворотливость тем лучше, чем меньше габаритные размеры машины, чем больше углы поворота управляемых колес, чем лучше управляемость машины. При отсутствии управляемости машины нельзя говорить об ее поворотливости, т.е. понятие поворотливости является более общим, включающим в себя понятие управляемости 18]. Вписываемость.—г свойство машины, обеспечивающее соответствие ее: криволинейной габаритной полосы- движения (ТИЛД) внешним; ограничениям, на, опорной . поверхности. Вписываемость учитывает как конструктивные; параметры машины; так и хараіогеристики;проездов: Вписываемость являетсяхвойствомімашиньїі включающим в себя поворотливость;, так какбез поворотливости шел ЬЗЯІ говорить,-.о вписывании машины в заданный габаритный коридор движения (ЩЦ). Может быть, предложено следующее определение понятия г вписываемостш— это свойство машины, обеспечивающее размещение ее ГИД на всех участках трассы внутри ГКД [13]. Оценочными показателями маневренности являются [13, 14, 18, 17]: - минимальный радиус поворота, - внешний габаритный радиус поворота; - внутренний габаритный радиус поворота; - поворотная ширина автомобиля по следу колес; - габаритная полоса движения; - удельная тяговая сила, необходимая для совершения поворота; - коэффициент использования сцепной силы колес при повороте; - усилие на рулевом колесе при повороте управляемых колес на месте; - сложность осуществления управляемого движения задним ходом. Основными конструктивными факторами, определяющими показатели маневренности автомобиля являются: база и угол поворота управляемых колес (при применении бортового поворота, определяющими параметрами будут база машины- и разность в величинах скоростей вращения ведущих колес); изменение которых существенно влияет на радиус поворота. Расчеты показывают [14], что для автомобиля с передними управляемыми колесами зависимости R = f{L,0) в пределах их практически возможного изменения имеют характер; близкий к линейному. Интенсивность изменения радиуса поворота R в зависимости от базы Z, несколько большая; чемот угла в. Поэтому при-необходимости уменьшения радиуса поворота более эффективно уменьшать базу автомобиля, чем увеличивать в max. Наиболее действенным конструктивным мероприятием для уменьшения радиуса R автомобиля является выполнение всех колес управляемыми. Однако увеличение числа, управляемых колес усложняет привод управления автомобилем, кроме этого управляемые колеса-требуют места для своего поворота; что сокращает полезно,используемый объем кузова. Этих недостатковsлишен бортовой поворот: Его применение выгодно-на»автомобилях с неболыыойгбазой.. [11", 17] и, следовательно, может быть применено на ГММТС.
Для того чтобы определить возможность поворота с заданным радиусом в определенных условиях, необходимо учесть воздействие на машину многих факторов. При повороте на машину действуют боковые силы и дополнительные моменты, которые увеличивают продольные реакции, а также необходимые для движения крутящие моменты колес. Поэтому, чтобы машина поворачивала с заданным радиусом, требуется обеспечить два условия: 1) возможность создания достаточной силы тяги ведущих колес, способной преодолеть возросшую в сравнении с прямолинейным движением силу сопротивления движению; 2) отсутствие скольжения (буксования) колес не менее двух осей машины, из которых хотя бы одна должна быть осью с управляемыми колесами. Последнее условие объясняется тем, что положение машины на плоскости дороги определяется двумя точками. Вместе с тем, если колесо или ось с двумя колесами скользит, то направление его перемещения, а значит, и положение в заданный момент времени не может быть определено однозначно.
Применение теории моделирования и анализа размерностей для исследования ГММТС
Обработка и анализ результатов эксперимента производились в соответствии с известными методиками [28, 33, 46, 49, 55 - 59]. Для приведения экспериментального исследования использовался комплекс информационно-измерительной аппаратуры, разработанный автором. Качественное решение задач при исследовании динамики транспортных машин предполагает автоматизацию трудоемкого процесса сбора и обработки экспериментальной информации на основецеленаправленного повышения основных технических показателей информационно-измерительных систем. В соответствии с этим для- решения- поставленных задач разработан и изготовлен переносной измерительно-регистрирующий комплекс, состоящий из ЮМ PC-компьютера, 5-ти канальной системы регистрации данных. Общий вид комплекса приведен на рисунке 42. Рисунок - 42 Испытательный комплекс для проведения эксперимента: 1 - радиоуправляемая модель ГММТС; 2 - компьютер; 3 - АЦП; 4 - передатчик в корпусе с датчиками; 5 - соединительный кабель. Испытательный комплекс состоит из передатчика 3, радиоуправляемой модели транспортного средства 1, компьютера 2 с программным обеспечением «Power Graph» (рисунок 42). К передатчику подсоединены датчики перемещения рукояток газа и изменения частоты вращения колес, расположенные в специальном корпусе 4. Размещение датчиков на передатчике показано на рисунке 43.
Конструкция и размещение показаны: датчиков частоты вращения колес на рисунке 45; датчика, установленного на самоустанавливающуюся опору - на рисунке 46. Датчик, установленный на самоустанавливаюшуюся опору позволяет измерять курсовой угол модели, а по изменению во времени курсового угла программой «Power Graph» - угловую скорость поворота модели, угловое ускорение.
Метод измерения сопротивления заключается в программном определении длительности импульса, пропорциональной сопротивлению. Схема подключения датчиков ГММТС показана на рисунке 47. Для подключения используется разъем типа DB15 на звуковой карте и на кабеле, идущем к датчикам.
Во время выполнения маневров датчики, установленные на модели регистрируют изменение динамических характеристик модели транспортного средства во время движения. Датчики, установленные на рукоятках передатчика фиксируют величину перемещения рукояток передатчика, позволяя оценить реакцию модели на действия оператора.
Показания всех датчиков в режиме реального времени через аналого-цифровой преобразователь или другое согласующее устройство записываются на жесткий диск компьютера с помощью программы «PowerGraph 3.3 Professional». Кроме этого, результаты эксперимента выводятся на экран монитора в виде сводного графика (рисунок - 48). После испытаний полученные данные можно распечатать на принтере или использовать в расчетах в программах «Math Cad» или «Matlab».
Система регистрации данных позволяет измерять входное напряжение по четырем каналам в диапазоне от 0 до 5В с весовым значением младшего разряда 5В/4096 = 1,22 мВ. При подключении нескольких плат игровых устройств число каналов можно увеличить.
Обмен данными системы регистрации данных и ПЭВМ ведется через USB или игровой порт, что позволяет использовать достаточно длинный кабель для связи размещать измерительную часть комплекса в любом удобном месте. При этом управление системой регистрации данных (выбор каналов, оперативное отображение результатов измерений и их запись на магнитный носитель производится с помощью программного обеспечения «PowerGraph». Система регистрации данных (СРД) выполнена на открытой печатной плате небольших размеров и для повышения надежности помещена в корпус (рисунок 49). Рисунок - 49 Вид печатной платы АЦП Для снижения уровня помех, входные цепи СРД шунтированы резисторами (50 кОм) и защищены диодами от подачи входного напряжения отрицательной полярности. Измерения проводились в режиме реального времени. Время начала и окончания эксперимента фиксировалось с помощью фотоствора.
Для измерения параметров, характеризующих управляемое движение ГММТС комплекс включает датчики, перечень которых приводится.ниже (таблица 3.1). Для цифровой обработки результатов экспериментальных исследований использовались современные пакеты прикладного математическогопро-граммного обеспечения (Statistica 6.0, MathCad 14, MathLab и программа регистрации и обработки экспериментальных данных PowerGraph 3.3 Professional).
Измерение регистрируемых величин дает лишь приближенные значения. Это связано с существованием погрешностей, которые зависят от методики измерений, амплитудно-частотных характеристик измерительной аппаратуры, точности ее калибровки, используемых средств записи исследуемых процессов и способа их расшифровки.
Возникающие при проведении эксперимента погрешности подразделяются на грубые, систематические и случайные [28]. Грубые и систематиче 102 ские погрешности- исключались тщательностью проведения эксперимента, постоянным контролем за исправностью измерительно-регистрирующего комплекса. Случайные погрешности, включающие погрешности, получаемые при обработке осциллограмм, вызваны неточностью замеров-длин- отрезков смещением нулевой линии» гальванометров, неперпендикулярностью изме-ряемых ординат по отношению к оси абсцисс, влиянием толщины и наклона линии записи, погрешностей тарировки» и погрешностей, вносимых датчиками, усилителем, осциллографом и источникомпитания.
Составляющие погрешностей рассматривались как случайные величины, принимающие в каждой реализации различные значения; При оценке результирующей погрешности использовались среднеквадратические отклонения составляющих [28]. При этом предполагалось, что все составляющие погрешности независимы и распределены по равномерному закону, а значение предела допускаемой приведенной погрешности определяет границы этого распределения. Рассматриваемые параметры движения ГММТС записывались на магнитный носитель с помощью программы «PowerGraph» и АЦП. Обработка осциллограмм проводилась в два этапа: 1. Определение количества опытов по анализу предварительных заездов с учетом необходимой точности результатов. 2. Обработка полученных результатов испытаний.
Исследование управляемости ГММТС нетрадиционной конструкции
При- выборе параметров базы и« колеи схемы следует оптимизировать размеры» машины .для обеспечения возможности разворота машины на 180 в» ограниченном пространстве. При прямолинейном движении машины без возмущающих воздействий габаритная полоса движения (ПІД) определяется шириной машины, длина не влияет на ГПД. При повороте на ГПД влияют как ширина, так и,длина машины. В заданный габаритный коридор движения (ГКД) может быть вписано бесконечное множество ГПД, создаваемых машинами с различным соотношением длины и ширины [10]. В связи с этим при проектировании ГММТС возникает задача оптимизации габаритных размеров в плане. В качестве критерия оптимизации целесообразно считать оптимальными такие размеры, при которых ее площадь в плане получается максимальной и вместе с тем обеспечивается вписывание машины в заданный ГКД. Оптимизация габаритных размеров в плане позволит при заданной высоте получить максимальный объем кузова, а также иметь наибольшую площадь для размещения различных частей машины. При этом следует иметь ввиду, что габаритные размеры машины определяются не только условиями вписывания в ГКД, но и скоростью ее движения, проходимостью, устойчивостью и т.д. [10]. Для ГММТС, предназначенных для работы в городе основными условиями являются: вписываемость в ГКД, устойчивость, комфортность экипажа.
Для ГММТС ширина габаритного коридора движения (ГКД) равна ширине колеи плюс зазоры между наиболее выступающими частями машины и краем проезжей части. Зазоры регламентируются» действующими правилами безопасности и должны быть не менее 0,2 м [10]. Габаритная полоса движения (ГПД) определяется габаритными размерами машины и совокупным влиянием возмущающих воздействий внешних сил и управляющих действий водителя. ГКД определяется шириной и формой в плане проездов, а также действующими правилами, касающимися зазоров между ограничивающими проезд сооружениями и движущейся машиной. ГММТС должен преодолевать ГКД с минимальным радиусом и шириной. Рассмотрим движение ГММТС по кольцевому ГКД. Трехопорный ГММТС в плане представляет собой треугольник. Небольшие по площади части машины могут быть добавлены к треугольнику после оптимизации ее габаритных размеров.
С учетом комфортного размещения водителя и пассажира в кузове автомобиля ширина ГММТС может быть в пределах 1,2... 1,5 м. Расчет ГММТС на устойчивость в зависимости от геометрических параметров (13) показывает, что размеры модели ГММТС должны быть в пределах 240...300мм х 240...300мм, а автомобиля соответственно 1,2...1,5мх 1,2...1,5м.
ГММТС таких размеров сможет совершать поворот с минимальным радиусом 1,2...1,5 м. С помощью графиков, показанных на рисунках 64 и 65 можно определить рациональные геометрические базовые параметры ГММТС для обеспечения обеспечения максимальной поперечной и продольной устойчивости, вписы-ваемости в габарит установленного минимального радиуса поворота.
Малые габариты (компактность) ГММТС обеспечат увеличение пропускной способности городских дорог и эффективное использование мест стоянок городского транспорта и, следовательно, снизят напряжение в транспортных системах современных городов. Для расчетов из формул выбираю ту, при которой увеличению относительного показателя q, отвечает улучшение качества продукции. Результаты расчетов указаны в таблицах 4.5 и 4.6. 1. Принудительное изменение соотношения скоростей колес разных бортов для поворота колесных машин с неповоротными колесами дает возможность существенно уменьшить минимальный радиус поворота по сравнению с радиусом поворота машин с управляемыми колесами. Ограничение величины минимального радиуса поворота определяется у ГММТС наличием увода мотор-колес. У автомобилей, выполненных по классической схеме, ограничени-ие минимального радиуса поворота определяется либо конечным диапазоном регулирования передаточного числа механизма поворота, либо располагаемой мощностью двигателя (тяговой характеристикой машины при повороте). 2. Испытания показали, что при существенном улучшении показателей маневренности, показатели-управляемости ГММТЄ соответствуют нормативным показателям: Для повышения надежности.ГММТС и компенсации избыточной поворачиваемости, предложена схема управления, которая показана в приложении Г. Данная схема защищена патентом на полезную модель № 87681 от 5 мая 2009г.(приложение Д) 3. Параметры статической поворотливости рассматриваемой конструкции ГММТС от геометрических и весовых соотношений. Увеличение весовой асимметрии улучшает статическую поворотливость, однако с гораздо меньшей интенсивностью, чем уменьшение колеи. С учетом комфортного размещения водителя и пассажира в кузове автомобиля ширина ГММТС может быть в пределах 1,2... 1,5 м. Расчет ГММТС на устойчивость в зависимости от геометрических параметров (13) показывает, что размеры модели ГММТС должны быть в пределах 240...300мм х 240...300мм, а автомобиля соответственно 1,2... 1,5м х 1,2... 1,5м. Увеличение скорости движения увеличивает интенсивность изменения кривизны и увеличивает степень повьппения ее при увеличении производной задающего параметра, т. е. всегда сказывается положительно на управляемости. Решение дифференциальных уравнений стационарного поворота применительно к конкретным случаям позволяет выявить исходные расчетные данные, необходимые при проектировании колесных машин с неповоротными колесами с учетом требований в отношении поворотливости и управляемости. Применение схемы управления с бортовым поворотом позволит за счет повышенной маневренности повысить эффективность использования ГММТС в 1,6... 1,7 раза по сравнению с автомобилями традиционной конст рукции. 1. Обоснована концепция трехопорного ГММТС, включающая использование бортового (силового) поворота мотор-колес в сочетании с самоустанавливающейся передней опорой, обеспечивающая высокую маневренность и управляемость, экономичное использование площадей для маневрирования и парковки. 2. Развита математическая модель стационарного поворота трехопорного ГММТС с двумя мотор-колесами и самоориентирующейся опорой, применимая для описания движения с малыми радиусами поворота при скоростях от 10 до 60 км/час, включая поворот на месте, позволяющая на ранних стадиях проектирования оценить схемные решения и обоснованно выбирать и оптимизировать основные параметры машины, исходя из заданных требований. 3. Установлены закономерности изменения характеристик поворотливости ГММТС при маневрировании со скоростями от 10 до 60 км/час в функции базовых параметров и схем управления. Экспериментальными исследованиями выявлено, что у ГММТС с бортовым поворотом и передней самоустанавливающейся опорой радиус поворота меньше в 1,7 раза, чем у автомобилей с передними управляемыми колесами, и в 1,2 раза - по сравнению с автомобилями со всеми управляемыми колесами. Кроме этого, схема с бортовым поворотом и самоустанавливающейся опорой создает момент сопротивления повороту в 1,5 раза меньший, чем автомобили с управляемыми колесами. 4. Установлены области допустимого изменения базовых параметров и характеристик схем управления для обеспечения заданных требований и ограничений. Наиболее маневренной из сравниваемых машин является двухместный ГММТС с размером базы 1400... 1600 мм, колеи - 1100... 1250 мм, диаметром колес 400...500мм, бортовым поворотом и передней самоустанавливающейся опорой.
