Джерела вібрацій, Системи безпеки та комфорту

Вимушальні сили, що викликають коливання (вібрацію) окремих частин автомобіля, розрізняються за природою, характером дії та напрямком. За характером вони можуть бути поодинокі та безперервно діючі, а за природою виникнення – внутрішні та зовнішні.

До зовнішніх джерел вібрації відносяться:

дорожні нерівності;
дії, викликані водієм через органи управління: при рушанні з місця, перемиканні передач, при «кидку» педалі зчеплення, гальмуванні гальмівною системою та ін.

До внутрішніх джерел вібрації ставляться:

нерівномірність роботи двигуна, яка залежить від особливостей його конструкції та робочого процесу;
конструктивно-технологічні особливості вузлів і деталей трансмісії, що викликають нерівномірність обертання зубчастих коліс, карданної передачі, коліс автомобіля та інших мас, що обертаються.

Основними джерелами вібрації в автомобілі є дорожні нерівності та двигун.

Під час руху автомобіля дорогами його кузов відчуває вертикальні та горизонтальні коливання. Ці коливання, крім того, призводять до змін деяких параметрів: змін радіусів кочення і площі контакту шин з дорогою, а також зміни положення ведучого мосту щодо кузова. У свою чергу ці зміни викликають виникнення нових коливань, а саме зміни площі контакту шин провідних коліс з дорогою, внаслідок різної тангенціальної жорсткості шин, призводять до параметричних коливань; зміни положення провідного моста щодо кузова призводять до виникнення знакозмінних змін моменту, що крутить, зі значними амплітудами.

Коливання від роботи двигуна, в основному крутильні тазгинальні, викликані такими основними причинами: непостійністю крутного моменту двигуна і неврівноваженістю сил інерції рухомих рухів кривошипно-шатунного механізму. Сумарні силові впливи цих факторів можуть бути дуже суттєвими. Двигун також є джерелом значних вертикальних вібрацій.

Приблизні діапазони частот власних коливань окремих частин автомобіля наступні, Гц: пасажир на сидінні - 1 ... 5, двигун на опорах, а також безпідресеоренні маси - 5 ... 20, кузов - 10 ... 50, ресори і шини - 20 ... 200, вібрації з- за роботи двигуна, а також карданна передача - 10 ... 200. Істотне посилення вібрацій спостерігається при збігу частот власних коливань кількох окремих частин автомобіля. Помстимо особливості вібрації окремих частин автомобіля.

Силовий агрегат

Поршневий двигун є потужним джерелом вібрації, особливо при малій швидкості руху та високій частоті обертання колінчастого валу. Зазвичай двотактний бензиновий двигун має більш високий рівень вібрації, ніж чотиритактний, але все ж таки набагато менший, ніж дизель. Великий вплив має число та розташування циліндрів. Так, найменшу віброактивність мають двигуни Р6 (шість циліндрів, розташованих у ряд) і V8-9 (T, найбільшою — з неврівноваженими силами інерції першого (двигуни Р2) і другого (двигуни Р4 і V4-900) порядку і моментами сил інерції першого ( двигуни Р5) і другого (двигуни Р5 і V6-900) порядків.Застосування врівноважувальних механізмів (як на двигуні Р2 автомобіля «Ока») істотно знижує віброактивність і шум неврівноважених двигунів. інтенсивні - в діапазоні 8 ... 10 Гц, що близько до своєї частотивертикальних коливань силового агрегату і передніх безпружинних мас автомобіля.

Трансмісія

Для трансмісії автомобіля характерні інтенсивні коливання з кількома резонансними режимами, що передаються на підвіску та кузов. Так, для однієї моделі легкового автомобіля із задніми провідними колесами було виявлено у діапазоні частот до 800 Гц 14 резонансних форм. Для зниження вібрацій за цих резонансів застосовують відбудову за власними частотами. В даний час всі автомобілі мають демпфер крутильних коливань, встановлений у диску зчеплення. Крім того, багато легкових автомобілів мають пружну муфту в карданній передачі, а іноді ще й у провідному мосту або кінцях півосей. Значно знижуються крутильні коливання під час використання гідротрансформатора. Не менш небезпечні в трансмісії згинальні та згинально-крутильні коливання, які в діапазоні частот до 1000 Гц мають кілька резонансних форм. Для їх зниження застосовують зміну власних частот силового агрегату, жорсткіші картери та їх стики, зниження згинальної жорсткості з'єднання маховика з колінчастим валом і т.д.

На низьких частотах (до 20 Гц) через підвіску передаються коливання, що відповідають частотам власних коливань підресорених (1...2 Гц) та безпружинних (6...12 Гц) мас. На високих частотах амортизатор і пружні елементи поводяться інакше, ніж низьких, і виконують своїх функцій. Вібраційні характеристики підвіски та щини мають бути узгоджені. Часто для їх поліпшення застосовують установку гумових віброізоляторів між деталями підвіски і кузовом, але це може призвести і до збільшення вібрації, що передається через підвіску.

У шині в основному спостерігається два види коливань: середньої частоти, коли шина поводиться як маса на пружині, івисокої частоти, коли шину доводиться розглядати як систему з розподіленими параметрами, так як розподілені уздовж кола коливання протектора та боковин шини визначають коливання осі колеса. У цьому зазвичай радіальні шини мають меншу (60… 100 Гц) першу власну частоту коливань проти діагональними (130… 200 Гц) шинами. Радіальні шини викликають помітне збільшення вібрацій та внутрішнього шуму в діапазоні частот 60…100 Гц. Проте створюються радіальні шини, що не поступаються за вібраційними характеристиками кращим діагональним шинам.

На високих швидкостях руху вібрація та шум шин можуть суттєво збільшитись через їх дисбаланс. Так, збільшення дисбалансу шин легкового автомобіля до 0,1 Нм призводить до збільшення рівня їхнього шуму при 100 км/год на 2 дБ. На шину діють також бічні коливання, а на керовані колеса також «шиммі» (коливання щодо вертикальної осі) та «трампінг» (коливання щодо поздовжньої осі автомобіля).

Існують відмінності у формах коливання для різних кузовів легкових автомобілів (відкриті або закриті, седан, купе, універсал тощо). Однак зазвичай можна виділити п'ять форм коливань:

коливання жорсткого кузова щодо підвіски (5...10 Гц);
вимушене коливання жорсткого кузова, викликане вібрацією двигуна (11...17 Гц);
згинальні і крутильні коливання кузова в цілому (25 ... 40 Гц);
кільцева форма коливання пасажирського салону та згинальні коливання карданного валу (50… 150 Гц);
звуковий резонанс, що у пасажирському салоні (90 чи 150 Гц).

Крім того, окремі панелі кузова мають велику кількість частот власних коливань у діапазоні 50...200 Гц і вище.

Гальмівні механізми

У дискових і особливо в барабаннихгальмівних механізмах при певних тисках у гальмівній системі можуть виникати високочастотні (1000...4000 Гц) вібрації, які можна усунути установкою віброгасника біля механізму розтискання колодок та іншими заходами.