Журнал Автомобільних Інженерів
Селіфонов В.В., к.т.н., проф. / Котляренко В.І., к.т.н., доц. / Бауліна Є.Є. МДТУ «МАМІ» УДК 629.113
Відомо, що для збереження відтворювальних можливостей дернового покриття ряду районів країни, автомобілі, що експлуатуються в таких районах, повинні як рушій мати колеса з шинами наднизького тиску.
Водночас, як показує досвід експлуатації таких автомобілів, водії таких автомобілів значну частину часу здійснюють рух твердими дорогами загального користування. У цьому випадку особливого значення набуває здатність таких автомобілів виконувати керуючий вплив водія.
Для розрахунків показників стійкості та керованості автомобіля використовувалася плоска одномасова модель автомобіля з урахуванням просторових факторів за допомогою еквівалентних коефіцієнтів опору відведення.
При моделюванні враховувалося: перерозподіл вертикальних реакцій на колесах при повороті автомобіля і зміна дотичних реакцій, що виникає внаслідок цього; збільшення опору коченню колеса при повороті; момент, що розвертає в площині дороги, що виникає через різницю дотичних реакцій, що довантажує або розвантажує будь-яку вісь бічним навантаженням.
При розрахунку еквівалентних коефіцієнтів опору виводу враховувалося, що колесо відчуває суму трьох виводів:
- силовий відведення - відведення колеса під дією бічної сили. Коефіцієнт опору силовому відведення обчислювався за експериментальними даними довжин відбитків і бічної деформації при дії бічного навантаження за відомою формулою, зазначеною в роботах [1], [2]. Оскільки шини мають явно виражену нелінійну характеристику залежностікоефіцієнта опору силового відведення від вертикальної реакції на колесі і дотичної реакції, проводилася корекція коефіцієнта опору силового відведення по вертикальній і дотичній реакціям. Корекція вертикального навантаження проводилася за методикою, викладеною в [3]. Корекція щодо дотичної реакції проводилася за методикою, викладеною в [1];
- кінематичний відведення коліс — відхід, викликаний нахилом площини обертання колеса до опорної поверхні при нахилі кузова. У першому наближенні кут відведення, що викликається нахилом площини колеса до вертикалі, пропорційний лінійно куту нахилу площини обертання колеса. Нахил площини колеса визначається кінематикою підвіски і є лінійною функцією кута крену кузова. При залежній підвісці колеса нахиляються за кінематикою підвіски, а внаслідок різної деформації шин;
- кінематичний відхід осі. Явище такого відведення пояснюється у роботі [4].
Оскільки кожен з кутів відведення є лінійною функцією крену кузова, а крен кузова, у свою чергу, є лінійною функцією бічного навантаження, то кожен з кутів відведення можна представити лінійною функцією бічного навантаження, що припадає на дану вісь і розрахувати еквівалент. запропонованої у роботах [5], [6].
Оцінка керованості та стійкості проводилася під час руху по кривій постійного радіусу з постійними швидкостями.
Критеріями оцінки керованості було обрано:
- Коефіцієнт недостатньої повертаності;
- статична чутливість автомобіля до керування;
- Коефіцієнт запасу по керованості;
- критична (або характерна) за керованістю швидкість автомобіля.
Критеріями оцінки стійкості було обрано:
-критична швидкість занесення однієї з осей;
- коефіцієнт опору боковому навантаженню, що припадає на передню та задню осі відповідно (коефіцієнт стійкості проти бічних сил);
- Коефіцієнт запасу проти занесення задньої осі (бо занесення задньої осі небезпечніше).
Коефіцієнт недостатньої повертаності:
kНП = G1 / kекв1 - G2 / kекв2, рад.
G1, G2 - вага, що припадає на передню і задню осі відповідно (Н).
kекв1 і kекв2 - еквівалентні коефіцієнти опору відведення осей.
Недоліком коефіцієнта недостатньої повертаності є його розмірна величина (рад), тому він не може бути об'єктивним критерієм, що дозволяє порівнювати характеристики різних за ваговими та розмірними параметрами автомобілів.
Перевагою kНП є те, що він у чистому вигляді входить до деяких формул, за допомогою яких визначається ряд показників, що характеризують поведінку автомобіля при криволінійному русі. Наприклад, середній кут повороту керованих коліс іук під час руху кривою заданого радіусу:
Qук = L / R + kНП. (Jy/g), радий.
За допомогою kНП можна визначити характерну та критичну за керованістю швидкості автомобіля. Характерна швидкість властива автомобілю з недостатньою обертальністю. Це швидкість, при якій для руху по кривій заданого радіусу потрібно повернути керовані колеса на подвоєний кут (порівняно з автомобілем, що має нейтральну повертаність, Qук = 2. Qук НП):
Vхар = (vg. L) / kНП - характерна швидкість, м / с.
Qук НП - кут повороту керованих коліс при нейтральній повертаності.
Qук НП = L/R, рад.
L - база автомобіля, м;
R - радіус повороту автомобіля, м.м.
Критична швидкість властиваавтомобілю з надмірною повертальністю. Це швидкість, коли він автомобіль рухається по криволінійної траєкторії при неповернутому рульовому колесі, тобто. автомобіль втрачає стійкість руху. Умовою надмірної повертаності є негативне значення коефіцієнта недостатньої повертаності.
Vкр = (vg. L) / - kНП - критична за керованістю швидкість, м / с.
В якості характеристики, що оцінює керованість автомобіля при криволінійному русі, можна використовувати статичну чутливість автомобіля до управління, що є передатною функцією системи управління траєкторією руху автомобіля, тобто. відношення вихідного сигналу – кутовий швидкості повороту поздовжньої осі автомобіля до вхідного сигналу – куту повороту керованих коліс.
Статична чутливість до управління:
Як безрозмірний, тобто. об'єктивного показника керованості можна прийняти безрозмірний коефіцієнт kз. запасу по керованості - відношення відстані від центру мас до центру бічних реакцій до бази автомобіля:
I - відстань від центру мас до центру бічних реакцій.
Центр бічних реакцій - точка на поздовжній осі автомобіля, характерна тим, що при додатку до неї бічної сили кути відведення передньої та задньої осей будуть однакові.
Зміщення центру бічних реакцій у бік задньої осі приймається позитивним, а бік передньої — негативним.
Координати центру бічних реакцій:
Lg1 = (kекв1. L) / (kекв1 + kекв2) - відстань від центру бічних реакцій до передньої осі,
Lg2 = (kекв2. L) / (kекв1 + kекв2) - відстань від центру бічних реакцій до задньої осі,
Коефіцієнт запасу з керованості:
kз.у. = (L2. kекв2 - L1. kекв1) / (kекв2 + kекв1)
L1 , L2 - відстані від центру мас до передньої та задньої осей відповідно, м.м.
Стійкість автомобіля проти занесення однієї з осей оцінюється критичною швидкістю занесення однієї з осей, коефіцієнтами опору бічній навантаженні, коефіцієнтом опору занесення задньої осі.
Коефіцієнт опору боковому навантаженню, що припадає на передню вісь (коефіцієнт стійкості проти бічних сил):
kу1 = (Ry1 max - Ry1) / Ry1 або kу1 = d Ry1 / Ry1
Коефіцієнт опору боковому навантаженню, що припадає на задню вісь (коефіцієнт стійкості проти бічних сил):
kу2 = (Ry2 max - Ry2) / Ry2 або kу2 = d Ry2 / Ry2
Коефіцієнт стійкості проти занесення задньої осі:
kу = kу2 / kу1 - 1
де Ry1 , Ry2 - сумарні бічні реакції на колесах передньої та задньої осей відповідно Н.
d Ry1, d Ry2 - сумарні запаси бічних реакцій на осях, Н.
Ry1 max , Ry2 max — максимальні зі зчеплення з дорогою сумарні бічні реакції на осях Н.
Для моделювання на ЕОМ усталеного криволінійного руху за пропонованою методикою використовувалася розрахункова програма алгоритмічною мовою QBasic 4.5, розроблена на кафедрі «Автомобілі» МДТУ «МАМІ» Є.Є. Бауліна. Розрахунки можна проводити для руху автомобіля з постійною швидкістю по кривій різних радіусів або для руху автомобіля з різними швидкостями по кривій постійного радіусу. Для проведення випробувань найпростішим є режим руху за постійного радіусу.
Для найбільш повної картини поведінки автомобіля розрахунки проводилися для двох значень радіусів повороту – 20 та 125 м.
Під час створення розрахункової програми на ЕОМ вводяться такі обмеження:
При виконанні одного з цихумов розрахунок припиняється. В результаті визначиться критична швидкість занесення однієї з осей.
Розрахунки виконані стосовно автомобіля «Трикол», технічна характеристика якого представлена в періодичній літературі. Деякі характеристики, необхідні для розрахунку, наведені нижче:
- вертикальна жорсткість шин - 133416 Н/м;
- вертикальна жорсткість пружин (передньої підвіски) – 37 769 Н/м;
- вертикальна жорсткість ресор (задньої підвіски) - 39731 Н/м;
- наведена жорсткість передньої підвіски з урахуванням жорсткості шин - 29436 Н/м;
- наведена жорсткість задньої підвіски з урахуванням жорсткості шин - 30614 Н/м;
- кутова жорсткість передньої підвіски - 50372 Нм/рад;
- кутова жорсткість задньої підвіски - 52388 Нм/рад;
- Коефіцієнт опору силовому відведення шин при тиску 0,06 МПа - 1659 Н / рад.
На рис. 1-4 наведено характеристики деяких розрахованих оціночних параметрів керованості. На наведених характеристиках:
- Лінія «НП» відповідає нейтральній повертаності;
- лінія «хар» відповідає подвоєному куту повороту кермового колеса, що показує характерні швидкості автомобіля;
- "Vхар.мін." - Мінімальне значення характерної швидкості;
- "Vхар.макс." - Максимальне значення характерної швидкості;
- «Vзан» - швидкість, при якій відбувається занесення однієї з осей;
- "Vмакс" - максимальна швидкість автомобіля.
Результати розрахунку під час руху кривою радіуса 20 м (рис. 1, 2).
Рисунок 1. Характеристика статичної чутливості до управління
Рисунок 2. Характеристика кута повороту кермового колеса
Результати розрахунку при русі кривою радіуса 125 м (рис.3, 4)
Рисунок 3. Характеристика статичної чутливості до управління
Рисунок 4. Характеристика кута повороту кермового колеса
Проведені розрахунки показали, що автомобіль на шинах наднизького тиску при русі на дорогах з твердим покриттям має надмірну недостатню повертаність. Так, при русі на повороті радіусом 125 м і тиску в шинах 0,06 МПа коефіцієнт недостатньої повертаності дорівнює 0,255 рад, характерна швидкість становить 35 км/год, коефіцієнт запасу керованості - 0,017.
На цьому радіусі автомобіль не може потрапити в замет, оскільки критична швидкість занесення автомобіля становить 116,5 км/год, що вище максимальної швидкості автомобіля.
При русі автомобіля за меншими радіусами повороту якісна картина обертання зберігається, автомобіль має ті ж характерні швидкості, гранична швидкість занесення при радіусі 20 м становить 46,5 км/год.
Таким чином, дослідження керованості та стійкості автомобіля на шинах наднизького тиску показало, що рух такого автомобіля на дорогах загального користування в принципі можливий, але потребує підвищеної уваги водія та призводить до швидкої його стомлюваності.
Для забезпечення можливості впевненого руху автомобілів на шинах наднизького тиску дорогами загального користування необхідно передбачити систему примусового регулювання тиску повітря в шинах та при виїзді таких автомобілів на дороги загального користування зобов'язати водіїв піднімати тиск повітря в шинах до величин, що забезпечують впевнений рух цих автомобілів такими дорогами. при суттєвому зменшенні їх недостатньої повертаності.
1. Антонов Д.А. Розрахунок стійкості рухубагатовісні автомобілі. М: Машинобудування, 1984 - 165 с.
2. Бойков В.П., Бєлковський В.М. Шини для тракторів та сільськогосподарських машин. - М.: Агропроміздат, 1988. - 240 с.
3. Литвинов О.С. Керованість та стійкість автомобіля. М: Машинобудування, 1971 р.
4. Родіонов В.Ф., Фіттерман Б.М. Проектування легкових автомобілів. - М.: Машинобудування, 1980. - 480 с.
5. Селіфонов В.В., Тітков А.І. Статичні показники керованості. Навчальний посібник із дисципліни «Теорія автомобіля». - М.: МАМІ, 1990 р.
6. Селіфонов В.В. Теорія автомобіля. Навчальний посібник. - М.: ТОВ «Грінлайт», 2009. - 208 с.
МДТУ «МАМІ» - НІЦІАМТУ
…Протягом усього періоду існування центрального автополігону країни пов'язують нас спільні наукові дослідження з перспективних проблем автобудування. Тільки за останні роки виконано низку експериментальних досліджень з розробки та створення гібридних автомобілів. Так у рамках науково-освітнього центру «Автомобілі з гібридними силовими установками» та НТЦ «Спецтехніка» спільними зусиллями проведено повномасштабні стендові та дорожні випробування багатоцільового автомобіля з гібридною силовою установкою на базі УАЗ-3153, а також багатовісного повнопривідного автомобіля з електротрансмісією на базі М6910.
…Більшість співробітників НІЦІАМТу — випускники нашого вишу, і це ще більше зближує наші наукові школи. Нам приємно відзначити, що вчені МДТУ «МАМІ» та НІЦІАМТу активно та плідно співпрацюють у вирішенні багатьох завдань удосконалення автомобільної техніки, тим самим зміцнюючи та розвиваючи традиційні партнерські відносини між нашими організаціями.
…Багато співробітників НІЦІАМТу успішно поєднують нелегку роботу дослідників та випробувачів автомобільної техніки з неменш важкою роботою викладачів у МДТУ «МАМІ».