Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Классификация работ по исследованию устойчивости и управляемости прицепных автопоездов 10
1.2. Работы по устойчивости автопоезда или одиночного прицепа при прямолинейном движении. ,П
1.3. Работы по исследованию устойчивости автопоезда или одиночного прицепа при повороте управляемых колес по заданному закону 18
1.4. Работы по управляемому движению автопоезда .22
1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследования 29
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИЦЕПА НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ
АВТОМОБИЛЯ-ТЯГАЧА .33
2.1. Теоретический анализ условий движения автопоезда при повороте его управляемых колес по заданному закону . 33
2.1.1. Задачи теоретического анализа .33
2.1.2. Влияние прицепа на поворачиваемость автомобиля-тягача. .33
2.1.3. Влияние прицепа на переходный процесс автомобиля-тягача при повороте его управляемых колес по заданному закону 43
2.1.3.1. Расчетная схема и уравнения движения автопоезда 43
2.1.3.2. Силы и моменты, действующие в системе 47
2.1.3.3. Уравнения кинематических связей 54
2.1.3.4. Безразмерная форма дифференциальных уравнений движения автопоезда .43
2.1.3.5. Результаты расчетного определения параметров движения автомобиля-тягача в составе автопоезда .58
2.1.3.6. Метод взаимного подбора звеньев автопоезда из условия сохранения автомобилем-тягачом курсовой устойчивости .62
2.2. Экспериментальное исследование устойчивости движения автомобиля (одиночного и с прицепом при испытании "рывок руля" 65
2.2.1. Задачи экспериментального исследования .65
2.2.2. Объекты испытаний, водители, аппаратура . .65
2.2.3. Метод испытаний, показатели и характеристики .74
2.2.4. Результаты испытаний устойчивости автомобилей . .79
2.2.4.1. Результаты испытаний при установившемся движении по дуге окружности .79
2.2.4.2. Результаты испытаний при переходном процессе. Проверка адекватности разработанной математической модели эксперименту. .83
2.3. Выводы по главе .88
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИЦЕПА НА УПРАВЛЯШОСТЬ АВТОМОБИЛЯ-ТЯГАЧА ПРИ ДВИЖЕНИЙ ПО ПОЛОСЕ, ОГРАНИЧЕННОЙ ПРЯМЫМИ ЛИНИЯМИ Зі
3.1. Математическая модель управляемого движения автопоезда по заданной траектории .91
3.1.1. Задачи моделирования .91
3.1.2. Расчетная схема управляемого движения автопоезда .91
3.I.3.Передаточные функции автопоезда для определения ширины полосы движения его звеньев и скорости поворота управляемых колес автомобиля-тягача 94
3.1.4. Результаты расчета управляемого движения авто поезда и анализ влияния прицепа на управляемость автомобиля-тягача ИЗ
3.2.Экспериментальное исследование управляемости автомобиля (одиночного и с прицепом) по прямолинейной полосе ограниченной ширины 119
3.2.1. Задачи экспериментального исследования 119
3.2.2. Обоснование метода испытаний. Выбор оценочного показателя управляемости и анализ влияния условий движения на показатель управляемости. 120
3.2.3. Результаты испытаний автомобилей при прямолинейном движении, оценка их значимости. Проверка адекватности разработанной математической модели эксперименту 130
3.3. Выводы по главе 137
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 139
ЛИТЕРАТУРА - 143
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Характеристики поворачиваемости автомобилей 152
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.Характернетики курсовой устойчивости автомобилей и прицепов 155
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Документы о внедрении результатов диссертации МАЗом, ЗиЛом, ПИМот. 163
- Классификация работ по исследованию устойчивости и управляемости прицепных автопоездов
- Теоретический анализ условий движения автопоезда при повороте его управляемых колес по заданному закону .
- Математическая модель управляемого движения автопоезда по заданной траектории
Введение к работе
В решениях ХХУІ съезда КПСС [і] и Ноябрьского (.1982 г.) пленума ЦК КПСС [2] большое внимание уделяется повышению эффективности работы транспорта, в том числе автомобильного. Действенным средством повышения эффективности автотранспорта является применение автопоездов. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года", утвержденных ХХУІ съездом КПСС [і], записано: "В автомобильной промышленности ускоренно развивать производство грузовых автомобилей..., увеличить производство прицепов и полуприцепов для автопоездов..." и далее "... На автомобильном транспорте... совершенствовать структуру парка автомобилей повысить в нем удельный вес машин большой грузоподъемности... Обеспечить дальнейшее увеличение централизованных перевозок, широкое применение автопоездов с набором прицепов и полуприцепов и прежде всего для перевозок в междугороднем сообщении".
Однако из опыта эксплуатации известно, что активная безопасность прицепного автопоезда существенно ниже, чем одиночного автомобиля и, в первую очередь, это относится к его устойчивости и управляемости.
Все проведенные научно-исследовательские работы, посвященные этому аспекту активной безопасности прицепных автопоездов (краткий обзор которых приводится ниже), ставили своей целью повышение устойчивости прицепов в составе автопоездов. В этих работах, наряду с практическими рекомендациями по выбору конструктивных параметров прицепов из условия обеспечения устойчивости их движения, встречаются противоречивые выводы о влиянии двухосного прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля-тягача. Как правило, в теоретических работах делается вывод об отсутствии тако- го влияния, а результаты натурных экспериментов показывают, что между показателями устойчивости и управляемости автомобиля в составе прицепного автопоезда и одиночного автомобиля существуют различия, иногда существенные. Несмотря на это, до настоящего времени не было работ, в которых исследовался бы механизм влияния двухосного прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля и предлагались бы конкретные рекомендации по взаимному подбору звеньев прицепного автопоезда, учитывающие это влияние.
Тем не менее, вопрос о влиянии двухосного прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля-тягача остается весьма актуальным практически для всех заводов, выпускающих грузовые автомобили для работы с прицепами.
На протяжении ряда лет в лаборатории рулевых управлений Центрального ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ) велись совместные работы с Промышленным институтом моторизации (ПЙМот) - ПНР, заводом им.Лихачева (ЗиЛ), Минским автомобильным заводом (МАЗ), связанные с совершенствованием устойчивости и управляемости автомобилей и автопоездов. Исследования велись в соответствии с: рабочим планом научно-технического сотрудничества между НАМИ и ПИМот по теме "Исследования управляемости автомобилей и автопоездов, разработка норм оценки управляемости". Рабочий план сотрудничества был утвержден в марте 1979 г. на 13 заседании Постоянной рабочей группы по научно-техническому сотрудничеству между министерством автомобильной промышленности СССБ и Министерством машиностроительной промышленности ПНР; координационным планом научно-исследовательских работ Министерства автомобильной промышленности на I97I-I975 гг. по проблеме 2: "Исследование путей повышения грузоподъемности автомо- билей и автопоездов для массовых перевозок грузов", п.1.2-6 "Разработка рекомендаций по выбору для автопоезда оптимальных соотношений полных весов тяговых автомобилей и буксируемых прицепов для различных условий движения"; - тематическим планом НАМИ на I97I-I977 гг. по темам: -тема 50-71 "Совершенствование конструкций рулевых управлений и управляемости автомобилей, автобусов и автопоездов" (№ гос.регистрации 71046362); -тема 28-74 "Исследование характеристик устойчивости и процесса управления автомобилей и автопоездов. Разработка конструкции унифицированного рулевого механизма" (№ гос. регистрации 74014471); -тема 2 -77 "Исследование влияния характеристик рулевого управления на управляемость и устойчивость автопоездов и автомобилей. Разработка рулевых механизмов с усилителями и их насосов" 1 гос.регистрации 77039651). Следствием выполненных по этим темам работ применительно к вопросу управляемости и устойчивости прицепных автопоездов и явилась настоящая диссертация.
Она посвящена исследованию влияния двухосного прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля-тягача с колесной формулой 4x2 в составе двухзвенного магистрального автопоезда и, как следствие, разработке метода взаимного подбора звеньев автопоезда из условия сохранения автомобилем-тягачом устойчивости против заноса.
В работе проанализированы условия движения автомобиля (оди-ночгого и с прицепом) и впервые доказано, что прицеп ухудшает устойчивость автомобиля-тягача по сравнению с устойчивостью одиночного автомобиля. Установлено, что причиной ухудшения устойчивости является уменышние коэффициентов сопротивления уводу ве- дущих колес автомобиля из-за увеличения сил тяги, необходимых для преодоления сопротивления движению прицепа.
В работе также впервые показано, что прицеп ухудшает управляемость автомобиля-тягача при прямолинейном движении вследствие того, что полоса движения автопоезда шире, чем одиночного автомобиля. Это является причиной уменьшения зоны нечувствительности водителя при управлении автопоездом и, как следствие, увеличения скорости поворотов управляемых колес.
В диссертации приводятся количественные зависимости между показателями влияния прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля и соотношением масс звеньев автопоезда, позволяющие рассчитывать изменение указанных свойств автомобиля при буксировке прицепов заданной массы.
На защиту выносятся: метод взаимного подбора звеньев автопоезда из условия сохранения автомобилем-тягачом курсовой устойчивости; номограмма для определения предельно допустимой массы прицепа при заданных распределении масс автомобиля по осям, характеристиках увода его шин и дорожных условий; результаты расчета по влиянию прицепа на управляемость автомобиля в составе прицепного автопоезда; результаты экспериментов по влиянию прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля и зависимости показателей влияния прицепа на устойчивость и управляемость автомобиля от соотношения масс звеньев прицепного автопоезда, позволяющие оценивать ухудшение этих эксплуатационных свойств автомобиля при буксировке прицепа заданной массы; метод сравнительных испытаний управляемости автомобиля и автопоезда на ограниченной по ширине прямолинейной полосе, позволяющий наиболее полно выявить и количественно оценить влияние прицепа на управляемость автомобиля. -9-Резулътаты проведенных исследований в виде рекомендаций по выбору соотношений полных масс прицепа и автомобиля-тягача внедрены на прицепах МЗ-8378 и МАЗ-8926, выпускаемых производственным объединением БелавтоМАЗ.
Рекомендации по использованию грузовых автомобилей семейства ЗиЛ-130 в качестве автомобилей-тягачей внедрены на производственном объединении "МосавтоЗиЛ".
Метод сравнительных испытаний управляемости автомобилей и автопоездов при прямолинейном движении используется МАЗом и ПИМот. Терминология, используемая в настоящей работе, находится в соответствии с ОСТ 37.001.051-73 " Автомобили. Управляемость и устойчивость. Термины и определения" и ГОСТ 17697-72 "Автомобили. Качение колеса. Термины и определения".
Классификация работ по исследованию устойчивости и управляемости прицепных автопоездов
Ниже приводится краткий обзор работ, посвященных исследованию устойчивости в горизонтальной плоскости и управляемости при постоянной скорости прицепных автопоездов, которые имеют непосредственное отношение к теме настоящей работы.
Эти исследования можно условно разделить на три группы:
- устойчивость автопоезда или одиночного прицепа при прямолинейном движении;
- устойчивость автопоезда или одиночного прицепа, при повороте управляемых колес по заданному закону;
- управляемое движение автопоезда.
Приведенное деление на группы, надо еще раз подчеркнуть, достаточно условно, и скорее отражает историческую последовательность исследований, нежели их разницу в методическом аспекте. Как правило, авторы поздних работ, посвященных исследованию управляемого движения автопоезда, рассматривали и устойчивость движения прицепа, причем как при прямолинейном движении, так и на траекториях переменной кривизны.
Вместе с тем, такое деление на группы удобнее (или технологичнее) при анализе всей совокупности работ по устойчивости и управляемости автопоездов в горизонтальной плоскости и позволяет делать общие выводы по каждой группе работ.
Методы исследований также можно разделить на:
- экспериментальные исследования на моделях,
- экспериментальные исследования на натурных образцах,
- расчетные исследования с помощью математических моделей.
- II Надо сказать, что и это деление - скорее дань историческому подходу, т.к. в "чистом виде" каждый метод встречается только в ранних работах - например, В.В.Осепчугов исследовал поведение прицепа только на натурных образцах; в работах Я.Х.Закина - только физическое моделирование; в первых работах Б.И.Морозова и др. - использовались только теоретические методы исследования.
В более поздних работах, содержание которых будет подробнее анализироваться ниже, особенно в диссертационных работах, присутствуют и достаточно совершенный расчетный метод исследования и обширный эксперимент.
class2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИЦЕПА НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ
АВТОМОБИЛЯ-ТЯГАЧА class2
Теоретический анализ условий движения автопоезда при повороте его управляемых колес по заданному закону .
В соответствии с общими задачами, сформулированными в первой главе, задачами теоретического анализа являются:
- выбор расчетной схемы автопоезда, учитывающей реально действующие на его звенья силы, и позволяющей количественно оценить влияние прицепа на поворачиваемость автомобиля-тягача при различных условиях движения;
- разработка математической модели автопоезда и расчетное определение на ЭЦВМ характеристик его устойчивости при различных конструктивных параметрах и условиях движения с целью получения конкретных рекомендаций по взаимному подбору звеньев автопоезда из условия сохранения автомобилем-тягачом курсовой устойчивости.
Математическая модель управляемого движения автопоезда по заданной траектории
При теоретическом анализе влияния прицепа на поворачивае-мость автомобиля было показано, что при прямолинейном движении по опорной поверхности с высоким коэффициентом сцепления коэффициент сопротивления уводу ведущей оси автомобиля-тягача изменяется за счет прицепа незначительно. Однако из опыта эксплуатации известно, что управляемость автомобиля в составе автопоезда существенно хуже, чем одиночного автомобиля, поэтому задачами данной главы являются:
- разработка математической модели управляемого движения автопоезда по заданной траектории, с учетом реальных характеристик водителя, на основе существующих моделей управляемого движения одиночного автомобиля и установление причин ухудшения управляемости автомобиля при буксировке прицепа;
- количественная оценка влияния прицепов на управляемость автомобилей при движении по полосе, ограниченной прямыми линиями.
