Теоретическое исследование влияния характеристик и состояния рулевого привода на эксплуатационные свойства автомобилей

Рис. 14 Диаграмма значимости влияния эксплуатационных факторов на критерий качества рулевого привода при усилии в нём 100 даН

Таким образом, критерий качества РП в большей степени определяется конструктивными факторами и может быть использован при оценке конструкции рулевого привода на стадии проектирования. Однако совместное влияние эксплуатационных факторов также существенно. Критерий качества РП позволяет оценить как характеристики, так и состояние РП.

4.2 Исследование динамики изменения критерия качества РП

Известно, что большая часть транспортной работы совершается автомобилем в режиме движения по траектории, близкой к прямолинейной [171]. В этом случае основными факторами, определяющими величину критерия качества РП будут усилие в рулевом приводе, упругость и величина зазоров в его подвижных сопряжениях. При этом усилие в РП также является функцией перечисленных ранее конструктивных и эксплуатационных факторов

Учитывая, что экспериментальные зависимости изменения критерия качества РП от перечисленных факторов имеют два экстремума, а также то, что описание этого изменения аналитически представляет значительные трудности [64] алгоритмом моделирования процесса изменения эксплуатационного состояния рулевого привода предусмотрен подбор аппроксимирующего выражения (3.30 и 3.31).

Динамика изменения критерия качества РП исследована при моделировании перебором вариантов совместного действия названных факторов.

4.3 Исследование влияния критерия качества РП на поворачиваемость автомобиля

При моделировании для случая прямолинейного движения коэффициент смещений в РП принимается равным нулю, пренебрегая малыми величинами углов увода в этом режиме движения. Тогда смещения в кинематической цепи РП проявлялись путём непосредственного изменения угла поворота управляемого колеса.

В случае моделирования криволинейного движения коэффициент смещения в РП определялся для каждого конкретного случая или выбирался из задаваемого диапазона при переборе вариантов, после чего определялось изменение величины угла поворота управляемых колёс с учётом также изменения угла увода шины.

При моделировании принято, что величина бокового ускорения при сравнении полученных результатов с допускаемыми величинами ЭС, равна 4 м/с² согласно [90].

Влияние величины и направления смещений в кинематической цепи РП на угол поворота управляемых колёс оценивалось для режимов:

а) вход в поворот:

(56)

б) выход из поворота:

(57)

в) прямолинейное движение:

(58)

г) движение со свободным рулём и фиксированным рулевым колесом оценивалось по усилию в РП по формулам (15.1) и (15.2).

Результаты моделирования отбирались для следующих параметров: углы увода передней оси 5°, задней - 3° (недостаточная поворачиваемость); средняя величина смещений в РП - 3 мм (угол поворота УК-1°); соотношение моментов на колёсах передней оси равно 2; средний угол поворота управляемых колёс - 10° и скорость движения 10 м/с.

На основании теоретического исследования (3.1.) получен ряд зависимостей показателя поворачиваемости и мгновенного радиуса поворота от характеристик РП, выраженных коэффициентом смещений в РП, соотношением моментов на управляемых колёсах и состояния рулевого привода, определяемого средней величиной смещений в кинематической цепи РП, вызванной наличием зазоров в его подвижных сопряжениях.

Зависимость изменения коэффициента смещений в РП от средней величины смещений (рис. 15) показывает, что влияние критерия качества РП значительно во всем исследованном диапазоне смещений. При этом наблюдается два экстремума аналогично зависимости смещения от усилия в РП. Существенное влияние на коэффициент смещения в РП оказывает и соотношение моментов на управляемых колёсах до его величины 2,5, т.е. в диапазоне, где совершается большая часть транспортной работы.

Учитывая принятые ранее допущения о линейности зависимости мгновенного радиуса поворота от коэффициента смещений в РП, его зависимость от средней величины смещений в рулевом приводе принимает вид (рис. 16). Причём зависимости 1,2 и 3 получены для выхода автомобиля из поворота, а 4,5 и 6 - для входа в поворот. Из рисунка 16 следует, что в последнем случае динамические нагрузки в 2-8 раз выше, а влияние коэффициента смещений в РП на мгновенный радиус поворота достигает для входа в поворот 12-15%, а для выхода из поворота - 6-8,5%.

Наиболее значимое влияние на мгновенный радиус поворота оказывает средняя величина смещений в рулевом приводе. Так, из рисунка 17 следует, что для режима прямолинейного движения - 3 степень влияния достигает 25%, для входа в поворот - 1 она достигает 23%. При этом, существенное влияние на изменение мгновенного радиуса поворота наблюдается со средней величины смещений в РП, соответственно, 1,5-2мм. При выходе автомобиля из поворота это влияние не существенно и достигает 2,5-3% при величине смещений в РП 3-4 мм.

Рис. 15. Зависимость изменения коэффициента смещений в РП от средней величины смещений в РП и соотношения моментов на УК

Рис. 16. Зависимость изменения мгновенного радиуса поворота автомобиля от величины коэффициента смещений в РП

Рис. 17. Зависимость изменения мгновенного радиуса поворота

автомобиля от средней величины смещений в рулевом приводе

Значимость влияния на изменение мгновенного радиуса поворота соотношения моментов на колёсах передней оси (рис. 18) также не превышает 3-3,5%. Причём, наибольшее влияние наблюдается при соотношении моментов на УК равном 2, а характер изменения для входа и выхода из поворота аналогичен.

Влияние коэффициента смещений в рулевом приводе на изменение показателя поворачиваемости, зависимость изменения которого с известными допущениями (3.1.) принята линейной, достигает 40% при максимальной, использованной для моделирования величине смещений в РП - 2°, что может изменить степень поворачиваемости исследуемого автомобиля в 1,8 раза, как показано на рисунке 19. При этом в момент входа автомобиля в поворот недостаточная поворачиваемость увеличивается с увеличением коэффициента смещений в рулевом приводе, а в момент выхода из поворота - уменьшается.

Влияние средней величины смещений в РП на изменение показателя поворачиваемости (рис. 20) при выходе из поворота достигает 20-25%, а экстремум зависимости наблюдается в диапазоне смещений в РП около 3-4 мм. Влияние соотношения моментов на управляемых колёсах на изменение степени поворачиваемости существенно только до величины соотношения равной 2, больше которой интенсивность изменения поворачиваемости заметно снижается, однако в заданных условиях достигает 30%.

Рис. 18. Зависимость изменения мгновенного радиуса поворота автомобиля от соотношения моментов на колёсах передней оси

Рис. 19. Зависимость изменения разности углов увода осей автомобиля от величины коэффициента смещений в РП в различных режимах движения

Рис. 20. Зависимость изменения разности углов увода осей от средней величины смещений в РП и соотношения моментов на УК

4.4 Исследование влияния критерия качества РП на курсовую устойчивость автомобиля

Качественное влияние характеристик и состояния рулевого привода на курсовую устойчивость движения автомобиля отмечено многими авторами [3, 4 и др]. Результаты моделирования показали наибольшую тесноту связи критерия качества РП с измерителями курсовой устойчивости в средне эксплуатационных режимах движения автомобиля.

В наибольшей степени смещения в кинематической цепи РП проявляются в режиме торможения в процессе прямолинейного движения, вызывая значительные отклонения от первоначальной траектории движения. Так, из рисунка 21 следует, что в процессе торможения при прямолинейном движении с увеличением смещений в РП до 6 мм курсовой угол увеличивается в 5 раз и характерен линейный тренд этой зависимости - 3.

При торможении в момент входа в поворот - 1 наибольшая интенсивность увеличения курсового угла отмечена при величине смещений в РП более 2 мм. При выходе из поворота с одновременным торможением - 2 изменение курсового угла незначительно (до 0,5°), что объясняется действием стабилизирующего момента и силовым замыканием в рулевом приводе.

Величина соотношения моментов на управляемых колёсах до 2 оказывает существенное влияние на курсовой угол, однако её дальнейший рост не вызывает значимое изменение курсового угла как при входе в поворот-1, так и при выходе из поворота-2 (рис. 22).

Характер влияния коэффициента смещений в РП на курсовой угол не одинаков при торможении с входом в поворот-1 и выходом из него -2, хотя для обеих зависимостей характерен линейный тренд (рис. 23).

Исследование полученной зависимости (52) показало, что величина смещений в РП 6 мм увеличивает курсовой угол в 5 раз по сравнению со смещениями в РП 2 мм, однако выравнивание курсового угла происходит за одинаковый промежуток времени, что следует из рисунка 2

При этом совокупное влияние начальной скорости торможения и критерия качества РП наиболее существенно. Так, из рисунка 25 следует, что при торможении для прямолинейного движения значимое изменение курсового угла происходит уже со скорости 10 м/с, а при скорости 30 м/с достигает 5° даже при величине смещения в РП I мм.

Такие жёсткие требования к критерию качества РП в этом режиме движения объясняются тем, что имеет место резкое увеличение усилия в рулевом приводе, которое с учётом неравномерности действия тормозных механизмов вызывает значительное и неравномерное отклонение УК от заданных углов. В этом режиме движения влияние соотношения моментов на УК и коэффициента величины смещений в кинематической цепи рулевого привода не значимо.

Рис. 21. Зависимость изменения курсового угла при торможении с начальной скорости 10 м/с от средней величины смещений в РП для: I- входа, 2- выхода из поворота и 3- прямолинейного движения автомобиля

Рис. 22. Зависимость изменения курсового угла при торможении с начальной скорости 10 м/с от соотношения моментов на управляемых колёсах при входе в поворот - I и выходе из поворота - 2

Рис. 23. Зависимость изменения курсового угла при торможении с начальной скорости 10 м/с от величины коэффициента смещений в кинематической цепи РП при входе в поворот - I и выходе из поворота - 2

Рис. 24 Зависимость изменения курсового угла при торможении с начальной скорости 10 м/с от времени и средней величины смещений в РП

В режиме движения вход в поворот с одновременным торможением (рис. 26) следует, что влияние средней величины смещений в РП также существенно. Так, при скоростях движения до 40 м/с увеличение курсового угла до 20° наблюдается при величинах смещений в РП более 3 мм. Влияние соотношения моментов на УК на курсовой угол, а также коэффициента смещений на него в этом режиме не превышает 7-8%.

Режим движения выход из поворота с одновременным торможением отличается незначительным влиянием средней величины смещений в РП на изменение курсового угла. Однако, влияние соотношения моментов на УК существенно возрастает с величины соотношения 1,5. Из рисунка 27 следует, что скачкообразное увеличение курсового угла с начальной скорости торможения 40 м/с наблюдается при соотношении моментов на УК 1,5. При величине соотношения 2 и более его влияние существенно уже при торможении с начальной скорости 20 м/с.

Аналогичен характер влияния в этом - режиме движения и коэффициента смещений в РП с его величины 0,2. Однако, как следует из рисунка 28, это влияние более равномерно, но абсолютные величины изменения курсового угла более значимы, чем от соотношения моментов на УК.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

2

Рис. 25. Зависимость изменения курсового угла в процессе торможения автомобиля от начальной скорости торможения и средней величины смещений в РП для прямолинейного движения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

2

Рис. 28. Зависимость изменения курсового угла в процессе торможения автомобиля от начальной скорости торможения и величины коэффициента смещений в РП при выходе из поворота

При этом рассмотренные зависимости отобраны по результатам моделирования для момента времени 1 с после начала торможения.

Таким образом, полученное при теоретическом исследовании уравнение (52) позволяет оценить влияние исследуемых характеристик и состояния рулевого привода на курсовой угол при торможении в зависимости от времени и начальной скорости движения в направлении продольной оси для рассмотренных режимов движения.

Курсовая устойчивость при резком повороте («рывок руля») оценивалась по отношению угловой скорости поворота автомобиля к угловой скорости поворота установившегося движения, определённой без учёта влияния критерия качества РП на радиус поворота. При максимальных использованных при моделировании величинах смещений в РП 6 мм этот показатель изменялся на 15-20%, что может выйти за область допустимых значений зависимости, характеризующей курсовую устойчивость.

Склонность автомобиля к заносу оценивалась по статической траекторией устойчивости посредством угла дрейфа, зависимость которого от средней величины смещений в РП показана на рисунке 29. Наиболее значимо влияние средней величины смещений в РП в режиме прямолинейного движения - 3 и входа в поворот - 4, достигающее 10-12%. Влияние соотношения моментов на УК на угол дрейфа менее существенно и, как показано на рисунке 30, не превышает 2,5-3% в исследуемых режимах движения.

Рис. 29. Зависимость изменения угла дрейфа от средней величины смещений в РП для: входа - 4, выхода - 2 из поворота

Рис. 30. Зависимость изменения угла дрейфа от соотношения моментов на УК передней оси для: входа - 4 и выхода - 2 из поворота

4.5 Исследование влияния критерия качества РП на чувствительность автомобиля к управлению

Характер влияния средней величины смещений в РП на чувствительность к управлению для режимов движения вход в поворот - 1 и выход из поворота - 2 показан на рисунке 31. Режим движения вход в поворот 1 характеризуется некоторым увеличением чувствительности к управлению до величины смещения в РП 4 мм, выше которой она заметно снижается, изменяясь на 4-5%.

Обратный эффект наблюдается при выходе автомобиля из поворота - 2. Это явление объяснимо тем, что при средних величинах смещения в РП, больших 4 мм, резко уменьшаются силы вязкого тремя в подвижных с спряжениях РП и силовое замыкание в кинематической цепи рулевого привода становится нестабильным, неоднозначно влияя на показатели управляемости автомобиля.

Значимость влияния соотношения моментов на управляемых колёсах на чувствительность к управлению в рассмотренных режимах движения достигает 5-7%, причём, наиболее значимое изменение чувствительности характерно для величины соотношения не более 2-2,5 (рис. 32). При входе в поворот - I чувствительность к управлению повышается за счёт более высокой степени силового замыкания и исключения влияния смещений в РП. При выходе из поворота - 2 наблюдается снижение чувствительности к управлению за счёт нестабильности силового замыкания и значимого влияния смещений в кинематической цепи рулевого привода.

Рис..31. Зависимость изменения чувствительности к повороту руля от средней величины смещений в РП для: входа -I и выхода -2 из поворота

Рис. 32. Зависимость изменения чувствительности к повороту руля от соотношения моментов на УК для: входа - I и выхода -2 из поворота

Зависимость чувствительности к управлению от коэффициента смещений в РП носит линейный характер, а значимость достигает 5-6%.

Известно, что наибольшее влияние смещения в кинематической цепи РП оказывают на чувствительность к управлению при движении по траектории, близкой к прямолинейной. Значимость этого влияния достигает 35-40%, что подтвердило моделирование.

Окончательно, полученные по результатам моделирования значения чувствительности к управлению при переборе вариантов сравнивались с результатами экспериментальных исследований авторов работы [4], приведёнными на рисунке 12, после чего определялись показатели управляемости и оценивалось влияние на них характеристик и состояния РП.

Библиографический список

1. Мороз С.М. Диагностирование при государственном техническом обслуживании автомобилей / С.М. Мороз. - М. - Н.Новгород: НГТУ, 2008. - 330 с.

2. Немцов Ю.М. Эксплуатационные качества автомобиля, регламентированные требованиями безопасности движения / Ю.М.Немцов, О.В.Майборода. - М.: Транспорт, 2007. - 144 с.

3. Носенков М.А. Влияние чувствительности автомобиля к повороту руля на управляемость и устойчивость движения / М.А. Носенков, М.М. Бахмутский, В.М. Торно // Автомобильная промышленность. - 2010. - №4. - С. 24-26.

4. Носенков М.А. Метод комплексного исследования управляемости и устойчивости автомобиля / М.А. Носенков, Л.Л. Гинцбург // Автомобильная промышленность. - 2006. - №3. - С. 30.

5. Островцев А.Н. Критерии оценки и управления качеством автотранспортных средств на стадии проектирования, производства и эксплуатации / А.Н. Островцев, Е.С. Кузнецов, С.И. Румянцев. - М.: МАДИ. 2011. С. 108.

6. Павлюк А.С. Математическое моделироывание движения автотранспортных средств для оценки устойчивости и управляемости: Учебное пособие / А.С. Павлюк. - Барнаул: Алт. политехн. ин-т, 2011. - 92 с.

7. Певзнер Я.М. Теория устойчивости движения автомобиля / Я.М. Певзнер. - М.: Машиностроение, 2007. - С. 156.

8. Петрушов В.А. Новый метод определения сопротивления движению автомобилей / В.А. Петрушов // Автомобильный транспорт. - 2009. №11. - С. 13-15.

9. Петряев Р.П. Управление техническим состоянием при государственном техническом осмотре автотранспортных средств. Дис. … канд. тех. Наук. - М., 2011. - 360 с.

10. Прокофьев М.В. Конструкция и эксплуатация автотранспортных средств: Метод. пособие. - 2-е изд., изм. и доп. / М.В. Прокофьев. - М., АСМАП, 2010. - 76с.

11. Пчелин И.К. Динамика процесса торможения автомобиля. Дис. … док. тех. наук. - М., 2006. - 463 с.

12. Ройтман Б.А. Безопасность автомобиля в эксплуатации / Б.А. Ройтман, Ю.Б. Суворов, В.И. Суковицин. - М.: Транспорт, 2007. - 207 с., ил.

13. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля / Р.В. Ротенберг. - М.: Машиностроение, 2008. - С. 212.

14. Рошалъ Л.Я. Организация и процессы управления техническим состоянием автотранспортных средств в Российской Федерации (концепция и практика). - М.: АО Трансконсалтинг, 2009. - 153 с.

15. Русаков В.З. Влияние характеристик и состояния рулевого привода на курсовую устойчивость автомобиля: Сб. научных трудов НГТУ // Исследование проблем совершенствования автомобильного транспорта. - Новочеркасск, 2006.

16. Рябчинский А.И. Безопасность движения автотранспортного средства в темное время суток: Учеб. Пособие / А.И. Рябчинский, В.Н.Иванов. - М.: Высшая школа, 2010. - 100 с.

17. Рябчинский А.И. Динамика автомобиля и безопасность дорожного движения: Учебное пособие / А.И. Рябчинский, А.А. Токарев, В.З. Русаков. - М.: МАДИ (ГТУ), 2008. - 131 с.

18. Рябчинский А.И. Концепция управления в области обеспечения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации / А.И. Рябчинский, В.З. Русаков // Вестник Московского автомобильно-дорожного института: Сб. науч. тр., вып.1. - М.: МАДИ(ГТУ), 2007. - С. - 87- 94.

19. Сергеев А.Г. Точность и достоверность диагностики автомобилей. - М.: Транспорт, 2010. -192 с.

20. Сергеев А.Г. Точность и достоверность диагностики автомобиля / А.Г. Сергеев. - М.: Транспорт, 2010. - С. 187.

21. Суворов Ю.Б. Судебная дорожно-транспортная экспертиза. Технико-юридический анализ причин ДТП и причинно-действующих факторов: Учеб. пособие / Ю.Б. Суворов. - М.: Прибор, 2008. - 112 с.

22. Суковицин В.И. Технический осмотр транспортных средств. - М.: Транспорт, 2007. - 159 с.

23. Тернаи Золтан. Безопасность дорожного движения. - Будапешт: Техническая книга, 2010. - 598 с.

Размещено на http://www.allbest.ru