Забезпечення стійкості легкового автомобіля при граничних режимах руху

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.22.02 - автомобілі та трактори

Забезпечення стійкості легкового автомобіля при граничних режимах руху

Доброгорський Максим Васильович

Харків 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Волков Володимир Петрович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри технічної експлуатації і сервісу автомобілів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Гецович Євген Мойсейович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри автомобіле- та тракторобудування;

кандидат технічних наук, доцент Шепеленко Ігор Георгійович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, доцент кафедри автомобілів.

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет імені В. Даля, кафедра “Автомобілі”, Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.С. Наглюк

Анотація

Доброгорський М.В. Забезпечення стійкості легкового автомобіля при граничних режимах руху. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.02 - автомобілі та трактори. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2006.

Дисертація присвячена питанням забезпечення стійкості легкового автомобіля при русі на межі зчіпних властивостей осей за рахунок регулювання дестабілізуючого моменту, що діє в площині дороги.

У роботі запропоновано коефіцієнт стійкості для комплексної оцінки курсової і траєкторної стійкості автомобіля за кутовим прискоренням. Це дозволило визначити граничні за умовами стійкості значення відхиляючих факторів.

Виявлено якісний вплив дестабілізуючого моменту на динаміку курсового кута автомобіля в процесі руху по криволінійній траєкторії. Визначено показники процесу динамічної стабілізації курсового кута автомобіля при заносі в процесі гальмування та при русі по криволінійній траєкторії, що дозволило сформулювати вимоги до системи динамічної стабілізації у першому випадку та у другому.

Результати дослідження впливу дестабілізуючого моменту на параметри курсової та траєкторної стійкості використовуються відділом НДР інституту машин і систем Минпромполітики НАН України, Харківським НДІ судової експертизи імені Бокаріуса, а також Запоріжським автомобільним заводом (ВАТ АвтоЗАЗ) при розробці систем динамічної стабілізації курсового кута автомобіля.

Ключові слова: курсовий кут, курсова стійкість, траєкторна стійкість, дестабілізуючий момент, динамічна стабілізація.

Аннотация

Доброгорский М.В. Обеспечение устойчивости легкового автомобиля при предельных режимах движения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 - автомобили и тракторы. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена вопросам обеспечения устойчивости легкового автомобиля при движении на пределе сцепных свойств осей за счет регулирования дестабилизирующего момента, действующего в плоскости дороги.

В ходе проведенных исследований предложен способ обеспечения устойчивости движения, который позволяет контролировать динамическое состояние автомобиля при ранее не учтенных постоянно действующих возмущающих факторах.

Предложен многофакторный коэффициент устойчивости для комплексной оценки курсовой и траекторной устойчивости автомобиля по угловому ускорению. Численное значение определяется, как отношение дестабилизирующего момента к сумме реактивных моментов передней и задней осей относительно центра масс и стабилизирующего момента (зависит от разности касательных реакций на колесах различных бортов), действующих на автомобиль в плоскости дороги в процессе движения. Из анализа можно сделать следующие выводы: если движение автомобиля происходит при безразличном равновесии, то есть самое малое возмущение приведет к потере устойчивости; в случае движение автомобиля устойчиво, то есть возможно движение в установившемся режиме (); если движение автомобиля неустойчиво, то есть изменение углового ускорения (угловой скорости и курсового угла) происходит под действием дестабилизирующего момента.

Выявлено качественное влияние дестабилизирующего момента на динамику курсового угла автомобиля в процессе движения по криволинейной траектории: при действии боковой силы центр приложения боковых реакций сместится относительно центра масс автомобиля на расстояние. Появится дестабилизирующий момент, создаваемый приведенной силой инерции на плече в плоскости дороги. Это приведет к изменению радиуса поворота, а следовательно и угловой скорости автомобиля . При положительном знаке автомобиль демонстрирует избыточную поворачиваемость, в случае отрицательной величины недостаточную.

Проанализирована зависимость работы дестабилизирующего момента от значения курсового угла для движения автомобиля по криволинейной траектории с постоянным радиусом. Поскольку рассматривается установившийся режим движения (), справедливо утверждение и зависимость от носит линейный характер при условии.

Определены показатели процесса динамической стабилизации курсового угла автомобиля при заносе в процессе торможения и при движении по криволинейной траектории, что позволило сформулировать требования к системе динамической стабилизации в первом случае и во втором.

В работе выполнено обоснование минимальной линейной скорости автомобиля по условиям обеспечения устойчивости движения, при которой возможно регулирование дестабилизирующего момента, служит рекомендацией для начала работы системы динамической стабилизации (для исследуемого автомобиля должно выполняться условие м/с).

Результаты исследований влияния дестабилизирующего момента на параметры курсовой и траекторной устойчивости используются отделом НИР института машин и систем Минпромполитики и НАН Украины при модернизации конструктивных элементов ходовой части автомобилей, находящихся в эксплуатации, с целью повышения их технико-эксплуатационных характеристик; Харьковским НИИ судебной экспертизы имени Бокариуса при анализе причин возникновения дорожно-транспортных происшествий (ДТП); Запорожским автомобильным заводом (ОАО АвтоЗАЗ) при разработке систем динамической стабилизации курсового угла автомобиля.

Ключевые слова: курсовой угол, курсовая устойчивость, траекторная устойчивость, дестабилизирующий момент, динамическая стабилизация.

Abstract

рух автомобіль дестабілізуючий

Dobrogorsky M.V. Provision of passenger-car stability at top speed. - Manuscript.

Dissertation for the academic degree of Candidate of Engineering Sciences in speciality 05.22.02. - Automobiles and Tractors. - Kharkiv National Automobile and Highway University, 2006.

The dissertation is concerned with issues of providing the passenger-car riding stability in motion with top adhesive axial properties at the expense of regulated destabilizing moment that acts in the plane of road.

The paper offers stability factor to estimate the complex of vehicle's course and directional stability by means of angular acceleration. This enabled to determine values of disturbing factors, the former being top by stability conditions.

Qualitative effect exerted by the destabilizing moment on car angular dynamics during curvilinear motion has been revealed. Indices of car course angle dynamic stabilization when skidding during braking as well as in curvilinear motion have been determined. This enabled to verbalize requirements to the dynamic stability system, which in the first case are and in the second case.

The results of investigations into the way the destabilizing moment affects parameters of course and directional stability are utilized by R&D Department of the Machines & Systems Institute of the Ministry of Industrial Policy and National Academy of Sciences of Ukraine as well as by Kharkiv Bokarius Research Institute for Forensic Expertise. These results are also used by R&D Department at Auto-ZAZ when investigating the vehicle dynamic-control system (VDC).

Key words: course angle, course stability, directional stability, destabilizing moment, dynamic stabilization.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У процесі руху автомобіля криволінійною траєкторією в площині дороги з'являється дестабілізуючий момент. Причиною є зсув центра прикладення бічних реакцій щодо центра мас автомобіля. При перевищенні дестабілізуючим моментом граничної величини реактивного моменту з боку дорожнього покриття відбувається втрата стійкості руху автомобіля.

Ефективне вирішення зазначеної проблеми можливе шляхом автоматизації процесу керування величиною дестабілізуючого моменту за рахунок різниці дотичних реакцій на колесах осі. Однак при цьому необхідно контролювати припустиме сполучення динамічних параметрів, що забезпечують стійкість руху.

Таке керування стійкістю автомобіля в різних умовах руху підвищує його активну безпеку та середню швидкість руху, а також знижує кількість ДТП.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася:

відповідно до постанови Національної ради з питань безпеки життєдіяльності населення №3 від 25 грудня 1997 р. “Про відповідність вимогам охорони праці машин, транспортних засобів, устаткування, що виготовляється в Україні”;

відповідно із планами науково-дослідної роботи ХНАДУ по проблемі ”Безпека дорожнього руху” і комплексної теми ”Системне проектування та конструювання транспортних засобів, які забезпечують необхідну активну безпеку дорожнього руху”.

Мета і задачі дослідження.

Мета дослідження - поліпшення динамічних параметрів граничних режимів руху автомобіля за умовами забезпечення стійкості.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

виконати якісну і кількісну оцінку впливу величини дестабілізуючого моменту в площині дороги на зміну показників курсової і траєкторної стійкості автомобіля;

виконати якісну оцінку процесу динамічної стабілізації курсового кута автомобіля за допомогою регулювання дестабілізуючого моменту;

провести експериментальну оцінку забезпечення курсової стійкості автомобіля в процесі гальмування за допомогою регулювання дестабілізуючого моменту;

провести експериментальні дослідження з оцінки параметрів траєкторної стійкості автомобіля при усталеному русі криволінійною траєкторією.

Об'єкт дослідження - процес зміни динамічних параметрів автомобіля при прямолінійному та криволінійному русі.

Предмет дослідження - вплив динамічних параметрів автомобіля на дестабілізуючий момент, що діє в площині дороги.

Методи дослідження. При виконанні роботи використано теоретичні та експериментальні методи дослідження. Теоретичні методи: математичного моделювання, розв'язок систем нелінійних диференціальних рівнянь та аналіз їхньої стійкості. Експериментальні методи: фізичне моделювання та натурні випробування об'єкта.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше встановлено взаємозв'язок величини дестабілізуючого моменту, що діє в площині дороги, і показників стійкості руху автомобіля.

Уперше отримано якісні характеристики процесу стабілізації курсового кута автомобіля в процесі регулювання дестабілізуючого моменту, що дозволило визначити граничні параметри регулювання стійкого руху автомобіля.

Практичне значення одержаних результатів.

Отримані результати використовуються відділом НДР інституту машин і систем Мінпромполітики і НАН України при модернізації конструктивних елементів ходової частини автомобілів, що перебувають в експлуатації, з метою підвищення їхніх техніко-експлуатаційних характеристик; Харківським НДІ судової експертизи імені Бокаріуса при аналізі причин виникнення ДТП; Запоріжським автомобільним заводом (ВАТ АвтоЗАЗ) при розробці систем динамічної стабілізації курсового кута автомобіля.

Особистий внесок здобувача.

Всі отримані результати, що виносяться на захист, отримані автором самостійно й в основному викладені в роботах, опублікованих без співавторів. У спільних роботах здобувач:

виконав огляд способів динамічної стабілізації курсового кута автомобіля при різних режимах руху [9];

розробив математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля при русі у процесі гальмування з різним сполученням заблокованих коліс [1, 5-7];

розробив нелінійну математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля в процесі стабілізації курсового кута при гальмуванні [2, 3].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і обговорювалися на: IX-ій Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки". - Харків, ХИМЕСХ 2003 рік; IX-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Транспорт, екологія - стійкий розвиток”. - Варна, ВТУ, 2003 рік; Міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт у XXI столітті”. Харків: ХНАДУ, 19-20 листопада 2003 року; III-му Міжнародному семінарі “Перспективи розвитку автомобіле-і тракторобудування”. - Харків: ХПИ, 27-28 квітня 2004 року; VII-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт: Проблеми й перспективи”. Севастополь: СевГТУ, 13-18 вересня 2004 року; IV-му Міжнародному семінарі “Перспективи розвитку автомобіле-і тракторобудування”. - Харків: ХПИ, 26-27 квітня 2005 року; Міжнародній науково-технічній конференції “Технічні й економічні перспективи розвитку автотранспортного комплексу й дорожнього будівництва”. Харків:

ХНАДУ, 16-17 травня 2005 року; Наукових семінарах професорсько-викладацького составу ХНАДУ у 2001 - 2004 р.

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 8-и статтях у спеціалізованих наукових журналах, що входять у перелік ВАК України, та 1-у збірнику тез доповідей на міжнародній конференції.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатку. Повний обсяг дисертації складає 161 сторінку, в тому числі 85 рисунків на 43 сторінках, 3 таблиці на 1 сторінці; список використаних джерел з 115 найменувань на 12 сторінках і додаток на 4 сторінках.

2. Основний зміст роботи

У вступній частині обґрунтовано актуальність і практичну цінність досліджуваних завдань, сформульована мета і задачі досліджень, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі розглядаються шляхи підвищення стійкості руху колісних машин та причини її втрати. Наведено аналіз літератури, у якому розглянуто дослідження по вивченню параметрів, критеріїв та способів забезпечення стійкості руху колісних машин.

Стійкість є важливою експлуатаційно-технічною властивістю колісних машин, що визначає ефективність їхнього використання та безпеку руху. У цьому плані треба зазначити роботи: Антонова Д.О., Богомолова В.О., Волкова В.П., Гєцовича Є.М., Гредескула А.Б., Клименко В.І., Литвинова О.С., Певзнера Я.М., Подригало М.А., Смірнова Г.О., Туренка А.М., Чудакова Є.А. та ін.

На цей час у вітчизняній літературі можна визначити два аспекти оцінки параметрів стійкості руху автомобіля. Відповідно до першого як ознака втрати курсової або траєкторної стійкості розглядаються бічні реакції у площині контакту коліс з опорною поверхнею. При перевищенні бічною силою граничної величини бічної реакції за умовами зчеплення настає втрата стійкості. Прихильники другої точки зору вважають, що поняття стійкості автомобіля характеризує його поводження тільки в русі за заданим курсом. Формулювання поняття стійкості руху при цьому дається у повній відповідності з визначеннями, прийнятими в загальній теорії стійкості механічних систем. Проте в цей час за кордоном поширюється застосування автоматизованих систем контролю за стійкістю руху автомобіля за рахунок регулювання моменту, діючого у площині дороги. Проводяться роботи в напрямку вдосконалювання алгоритмів визначення стабілізуючого моменту, надійності вимірів та обробки сигналів джерел первинної інформації. Проте у вітчизняній літературі ця проблема не розкрита й вимагає додаткових досліджень.

У другому розділі описано теоретичні дослідження впливу дестабілізуючого моменту на динамічні характеристики автомобіля під час руху.

Уперше було застосовано гіпотезу про втрату стійкості через дію дестабілізуючого моменту, запропоновано багатофакторний аналітичний коефіцієнт стійкості, що дозволяє оцінити стійкість руху автомобіля та її запас. Застосування розглянуто на прикладі моделювання процесу гальмування автомобіля при випереджаючому блокуванні коліс задньої осі (автомобіль представлено у вигляді просторової одномасової моделі).

Динамічні характеристики автомобіля описуються рішенням системи нелінійних диференціальних рівнянь. Дестабілізуючий момент, обумовлений зсувом центра прикладення бічних реакцій Z щодо центра мас автомобіля при заносі, визначається виразом

, (1)

Величина для цього випадку визначається залежністю

. (2)

Реактивний момент із боку дороги щодо центра мас автомобіля

, (3)

де - запас коефіцієнта зчеплення для коліс передньої осі в поперечній площині

, (4)

де - максимальне значення коефіцієнта зчеплення в поперечній площині для коліс передньої осі.

Чисельне значення визначається як відношення дестабілізуючого моменту до суми реактивних моментів передньої й задньої осей щодо центра мас і стабілізуючого моменту (залежить від різниці дотичних реакцій на колесах різних бортів), що діють на автомобіль у площині дороги в процесі руху

. (5)

З аналізу виразу (5) можна зробити такі висновки:

якщо , рух автомобіля відбувається при байдужій рівновазі, тобто найменше збурювання призведе до втрати стійкості;

якщо , автомобіль рухається стійко, тобто можливий рух у сталому режимі ();

якщо , рух автомобіля нестійкий, тобто під дією дестабілізуючого моменту відбувається зміна кутового прискорення (кутової швидкості й курсового кута).

Визначення “рухається стійко” означає, що автомобіль зберігає курсову та траєкторну стійкість.

Для розглянутого випадку руху автомобіля при випереджальному блокуванні коліс задньої осі становить інтерес визначення коефіцієнтів стійкості для задньої та передньої осей окремо.

Зміни дестабілізуючого моменту та стабілізуючого моменту, що діють на автомобіль у площині дороги, і коефіцієнта стійкості задньої осі в процесі заносу, вирахуваного за формулою (5).

Аналіз цього графіка доводить, що, починаючи з часу , задня вісь не зберігає стійкість, величина становить 2,6…2,7; значення дестабілізуючого момента досягає значних значень за умови збереження власної стійкості передньою віссю автомобіля.

Визначимо гранично припустимий зсув центра прикладення бічних реакцій за умови забезпечення власної стійкості задньої осі автомобіля. Згідно (1) можна записати

. (6)

Визначимо чисельне значення коефіцієнта стійкості за формулою (5)

. (7)

Момент визначається при, що відповідає значенню коефіцієнта відносного поздовжнього ковзання.

Аналіз графіків зміни та доводить, що розвиток заносу досліджуваного автомобіля за відсутності бічного ковзання коліс передньої осі (збереження передньою віссю власної стійкості) можливий при виконанні умови, тобто до момента досягнення величиною момента граничного значення суми моментів за умовами зчеплення, після чого необхідно перейти до іншої розрахункової схеми автомобіля.

Для розглянутого автомобіля максимальна тривалість заносу задньої осі становить с. Дестабілізуючий момент при цьому досягає свого максимального значення 5,2 кН·м.

У третьому розділі наведено параметри процесу динамічної стабілізації курсового кута автомобіля.

Процес динамічної стабілізації при гальмуванні розділено на дві фази:

гасіння заносу задньої осі автомобіля. Тривалість першої фази до моменту виконання умови;

усунення кутового відхилення автомобіля в площині дороги, викликаного заносом. Тривалість другої фази до моменту виконання умови.

Запропоновано розгальмовування із цією метою тільки одного заднього колеса (розташованого на внутрішньому борті стосовно напрямку заносу), що дозволяє забезпечити високі характеристики перехідних процесів обох фаз процесу стабілізації курсового кута за рахунок додаткової складової стабілізуючого момента, обумовленою різницею гальмівних сил на колесах задньої осі.

Схема сил і моментів, що діють на автомобіль, у цьому випадку відрізняється від схеми протилежним напрямком дії реакцій та. Центр прикладення бічних реакцій залишається між центром мас і точкою , дестабілізуючий момент не змінює напрямку своєї дії. За допомогою системи нелінійних диференційних рівнянь (8) описано динаміку автомобіля при відсутності повторного загальмовування заднього колеса.

(8)

У системі рівнянь (8) зміна знака враховується за допомогою множення на функцію.

Момент повторного загальмовування заднього колеса обирається з урахуванням швидкодії привода гальмової системи. Загальмовування виконується при досягненні курсовим кутом автомобіля в процесі стабілізації значення початкового кутового відхилення автомобіля при заносі. Таким чином, умовою забезпечення курсової стійкості автомобіля є виконання умови

. (9)

На рисунку 4 подано графіки динамічних параметрів автомобіля в процесі стабілізації курсового кута при тривалості процесу с та с.

Аналіз цих графіків доводить, що за відсутності повторного загальмування заднього колеса кутова швидкість автомобіля залишається від'ємною до зупинки. У результаті курсовий кут автомобіля продовжує зростати у протилежному напрямку, втрачається курсова стійкість. У випадку тривалості процесу динамічної стабілізації с, з момента виконання рівності (9), кутова швидкість повільно зменшується до нульового значення (автомобіль зберігає курсову стійкість).

Процес динамічної стабілізації автомобіля під час руху криволінійною траєкторією розглянуто при таких припущеннях:

колеса кожної осі замінені одним умовним колесом із центром у середині осі (розглядається “велосипедна схема”);

кут повороту керованих коліс залишається постійним (положення кермового колеса зафіксоване);

коефіцієнти опору бічному зсуву осей у процесі руху не змінюються.

Загальновідомо, що під час руху автомобіля при дії бічної сили кочення його коліс відбувається з бічним зсувом, що пояснюється бічною деформацією шини та частковим проковзуванням її відбитка у контакті з опорною поверхнею. При цьому центр прикладення бічних реакцій зміститься щодо центра мас автомобіля на відстань. З'явиться дестабілізуючий момент, створюваний силою на плечі в площині дороги. Це призведе до зміни радіуса повороту та зміни кутової швидкості автомобіля. При позитивному знаку справедлива нерівність, у випадку від'ємної величини правильно. Тому запропоновано створити стабілізуючий момент, дотримуючись умови, де

. (10)

Визначено роботу дестабілізуючого моменту при русі автомобіля в сталому режимі по криволінійній траєкторії

. (11)

Оскільки розглядається сталий режим руху, тобто, то справедливим є твердження, і залежність від носить лінійний характер. Ця залежність дозволяє проілюструвати вплив роботи дестабілізуючого моменту на ступінь проковзування у контакті шин з опорною поверхнею. Поздовжня вісь автомобіля при цьому не повертається на кут.

Отже, за визначенням траєкторної стійкості динамічна стабілізація курсового кута автомобіля полягає в контролі величини кута, тобто необхідно прагнути до виконання умови , контролюючи при цьому коефіцієнт стійкості і дотримуючись нерівності.

Для визначення величини дестабілізуючого момента, що діє на автомобіль у процесі динамічної стабілізації курсового кута, скористаємося виразом (1). Сумарний реактивний момент із боку дороги щодо центра мас автомобіля, який перешкоджає бічному ковзанню осей, визначається згідно (3).

В процесі динамічної стабілізації досягає нульового значення за проміжок часу с. Величина при цьому зменшується на 37% і становить у сталому режимі кН·м. При цьому автомобіль зберігає власну стійкість, величина при перехідному процесі не перевищує. Зсув центра прикладення бічних реакцій у процесі стабілізації зменшується більш ніж на 0,8 м, але при цьому величина також зменшується на 0,25 м. У підсумку можливе за умовами забезпечення стійкості відхилення центра прикладення бічних реакцій при сталому режимі руху становить 0,6 м.

У роботі отримано мінімальне значення за умовами стійкості лінійної швидкості руху, при якій починається регулювання стабілізуючого момента.

З цією метою за основу взято модель із двома ступенями свободи переміщень кузова по змінним і і збільшено число ступенів свободи на два через урахування деформації шин у бічному напрямку. Запропонована модель описується системою із чотирьох диференціальних рівнянь:

 (12)

де , - сумарні коефіцієнти жорсткості шин передньої та задньої осі.

Наведено аналіз стійкості системи диференціальних рівнянь (12) за теоремою Рауса - Гурвіца, відповідно до якої необхідна умова стійкості виконується, тоді коли позитивні всі головні діагональні мінори матриці Гурвіца, тобто повинна виконуватися умова

. (13)

Для визначення зони стійкого руху автомобіля застосовано проекцію поверхні на нульову площину, їх лінія перетинання дозволить провести границю між стійким і нестійким режимом руху.

На підставі проведеного аналізу; у широкому діапазоні зміни конструктивних та експлуатаційних параметрів для забезпечення стійкості системи автомобіль-дорога при регулюванні дестабілізуючого моменту, що діє в площині дороги, повинна виконуватися нерівність м/с.

У четвертому розділі наведено програму експериментальних досліджень та обробку їхніх результатів. Програма складалася із трьох етапів. Завдання першого етапу експериментальної частини полягало у визначенні динамічних параметрів руху автомобіля, а також максимальної величини дестабілізуючого момента, що діє на автомобіль, при заносі в процесі гальмування.

Завдання другого етапу експериментальної частини полягало у підтвердженні працездатності і ефективності пристрою, що дозволяє регулювати курсовий кут автомобіля при гальмуванні.

Третій етап складався із двох частин. У першій частині експериментальний автомобіль рухався зі швидкістю, близькою до максимально можливої з радіусом повороту м. Тиск повітря в шинах обох осей був однаковим і становив 0,196 МПа, що відповідало експлуатаційним характеристикам шин. Перед проведенням другої частини експериментальних досліджень тиск повітря в шинах передньої осі було знижено до 0,147 МПа. Це призвело до зменшення сумарного коефіцієнта опору відведенню передньої осі. У другій частині експериментальних досліджень автомобіль рухався зі швидкістю близькою до максимальної для цих умов з радіусом повороту м.

У процесі гальмування реєструвалися такі параметри:

- час гальмування t;

- початкова швидкість перед гальмуванням;

- кутова швидкість автомобіля в площині дороги;

- тиск у контурах гальмового приводу й;

- поздовжнє та бокове прискорення у місці розташування давачів та.

Тривалість процесу гальмування при випереджальному блокуванні коліс задньої осі визначалася за характером зміни бічного прискорення автомобіля. Необхідною умовою для розвитку заносу є блокування коліс задньої осі, тобто давач поздовжнього прискорення автомобіля реєструє. При цьому спостерігається збільшення кутової швидкості та величини. Перераховані вище умови виникають у момент часу с.

Для визначення величини дестабілізуючого момента, що діє на автомобіль у процесі гальмування, скористаємося виразом (1). Результати першого етапу експериментальних досліджень, оброблені за наведеною методикою, подано в таблиці 1.

Таблиця 1. Результати експериментальної оцінки стійкості автомобіля ВАЗ-2108 при випереджальному блокуванні коліс задньої осі

№ заїзду	, м/с	, град/с	, с	, МПа	, град	, кН·м	, кН·м
1	15,8	14	0,15	10,7	27,8	4,35	3,9
2	14,5	11	0,37	9,6	25,7	3,65	3,7
3	16,5	12	0,19	10,0	28	3,6	3,9
4	14,5	14	0,18	9,9	23,3	3,9	3,75
5	16,2	12	0,15	8,6	21,2	4,1	3,8
6	16,0	13	0,17	9,7	25,0	4,0	3,85
7	15,5	14	0,16	8,9	20,5	4,25	3,85
8	16,5	11	0,22	9,5	24,0	3,9	3,8

При порівнянні експериментальних значень момента та теоретичних максимальна відносна похибка відзначена у першому заїзді.

Результати другого етапу експериментальних досліджень подано в таблиці 2; теоретична величина курсового кута визначається шляхом підстановки початкових умов й у математичну модель (8).

Таблиця 2. Результати експериментальної оцінки працездатності системи, що забезпечує курсову стійкість автомобіля ВАЗ-2108 при гальмуванні

№ заїзду	, м/с	, град/с	, с	, с	, МПа	, град	, град
1	12,7	20,5	0,08	0,93	8,6	2,8	0,8
2	17,0	16,7	0,1	0,83	7,5	5,7	1,4
3	20,0	17,3	0,09	0,62	6,9	6,2	1,7
4	16,2	19,5	0,11	0,4	8,2	9,8	1,9
5	15,4	17,0	0,09	0,22	8,5	8,6	1,9

За результатами експериментальних досліджень (табл. 2) коефіцієнт кореляції для векторів часу стабілізації та курсового кута становить, що свідчить про наявність зворотного зв'язку між досліджуваними параметрами. Це підтверджує можливість регулювати таким способом курсовий кут автомобіля при заносі в процесі гальмування, зберігаючи його курсову стійкість.

Проаналізовано значення коефіцієнта у двох етапах експериментальних досліджень при русі автомобіля з різними динамічними параметрами по криволінійній траєкторії, побудовано полігони його розподілу, з яких робимо висновок, що перебуває у діапазоні.

Було експериментально порівняно з залежністю (11) значення роботи дестабілізуючого момента по координаті кута при різних динамічних параметрах руху автомобіля криволінійною траєкторією. Максимальне значення відносної похибки отриманих експериментальних залежностей і від на відрізку кута с^-1 відповідає координаті с^-1 і складає , що пояснюється похибкою експерименту.

Висновки

Аналіз існуючих способів забезпечення стійкості автомобіля показав, що:

РГС знижують імовірність випереджального блокування коліс задньої осі, однак вони не виключають можливості втрати стійкості автомобіля, наприклад, через нестабільність параметрів гальмової системи;

АБС знижують імовірність заносу автомобіля, але при постійно діючих збурних факторах не забезпечують контроль над стійкістю;

на відміну від існуючих запропонований у роботі спосіб забезпечення стійкості руху автомобіля дозволяє контролювати динамічний стан автомобіля при раніше не врахованих постійно діючих збурних факторах.

Запропонований коефіцієнт стійкості для комплексної оцінки курсової та траєкторної стійкості автомобіля по кутовому прискоренню дозволяє визначити граничні за умовами стійкості значення збурних факторів (раніше розглядався один динамічний параметр або).

Отримані у ході дослідження показники процесу динамічної стабілізації курсового кута автомобіля при заносі в процесі гальмування дозволяють провести оцінку впливу часу стабілізації на динаміку курсового кута автомобіля. На підставі проведених досліджень вимоги до тривалості процесу стабілізації можуть бути сформульовані умовою.

Виявлений при дослідженнях якісний вплив дестабілізуючого момента на динаміку курсового кута автомобіля в процесі руху по криволінійній траєкторії, дозволяє сформулювати вимоги до системи динамічної стабілізації у вигляді умови.

Виконане обґрунтування мінімальної лінійної швидкості автомобіля за умовами забезпечення стійкості руху, за якої можливе регулювання дестабілізуючого момента, служить рекомендацією для початку роботи системи динамічної стабілізації (для досліджуваного автомобіля повинна виконуватися умова м/с).

Експериментальні дослідження автоматичної системи, що забезпечує курсову стійкість автомобіля при заносі, доводять, що між тривалістю процесу стабілізації й величиною курсового кута автомобіля наприкінці гальмування існує зворотна лінійна залежність (коефіцієнт кореляції).

Експериментальні дослідження при русі автомобіля ВАЗ-2108 по криволінійній траєкторії постійного радіуса показали, що робота дестабілізуючого момента в процесі руху автомобіля - величина постійна для цих дорожніх умов (відносна похибка %). Також встановлено, що значення коефіцієнта стійкості при різних динамічних параметрах автомобіля перебувають у діапазоні.

Основні результати досліджень, проведених у дисертаційній роботі, дозволили інституту машин і систем Мінпромполітики і НАН України, Харківському НДІ судової експертизи імені Бокаріуса встановити вплив дестабілізуючого момента на техніко-експлуатаційні характеристики автомобілів, що важливо при аналізі причин виникнення ДТП.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Волков В.П., Ефимчук В.М., Доброгорский М.В. Анализ амплитудно-частотных характеристик автомобиля с заблокированными задними колёсами при торможении // Автомобильный транспорт. Сб. науч. труд. Вып. 9. - Харьков: ХНАДУ. - 2002. - С. 6-10. (здобувачем розроблено математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля при гальмуванні).

2. Волков В.П., Подригало М.А., Доброгорский М.В. Динамическая стабилизация курсового угла автомобиля растормаживанием одного из задних колёс // Автомобильный транспорт. Сб. науч. труд. Вып. 10. - Харьков: ХНАДУ. - 2002. - С. 31-35. (здобувачем розроблено нелінійну математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля у процесі стабілізації курсового кута при гальмуванні).

3. Волков В.П., Доброгорский М.В. Стабилизация курсового угла автомобиля при заносе в процессе торможения // Вісник ХГТУСГ ім. Петра Василенка. Вип. 41. “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - Харків. - 2005. - С. 139-145. (здобувачем розроблено математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля в процесі стабілізації курсового кута при гальмуванні).

4. Доброгорский М.В. Определение работы внешних сил при движении автомобиля по криволинейной траектории // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Сб. науч. труд. Вып. 30. - Харьков. - 2005. - С. 158-161.

5. Подригало М.А., Волков В.П., Доброгорский М.В. Оценка устойчивости автомобиля при опережающем блокировании передних колес в процессе торможения // Наукове видання Тракторна енергетика в рослинництві. Зб. наук. праць. Вип. 6. ХГТУСГ - Харьков. - 2003. - С. 113-135. (здобувачем розроблено математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля при гальмуванні з випереджающим блокуванням передніх коліс).

6. Подригало М.А., Волков В.П., Доброгорский М.В. Оценка устойчивости автомобиля при опережающем блокировании задних колес в процессе торможения // Вестник НТУ "ХПИ". Сб. науч. труд. Тематический выпуск “Автомобиле - и тракторостроение”. - Харьков: 2004. - № 2. - С. 101-109. (здобувачем розроблено математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля при гальмуванні з випереджающим блокуванням задніх коліс).

7. Подригало М.А., Волков В.П., Доброгорский М.В. Исследование движения автомобиля при заносе в процессе торможения // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - Луганськ - 2004. - № 7(77) частина 1. - С. 36-46. (здобувачем розроблено нелінійну математичну модель для оцінки динамічних параметрів автомобіля при гальмуванні).

8. Доброгорский М.В. К вопросу об улучшении поперечной динамики транспортных средств // Вісник ХДТУСГ. Випуск 15. "Підвищення надійності відновлюємих деталей машин". - Харьков. - 2003. - С. 148-152.

9. Подригало М.А., Волков В.П., Доброгорский М.В. Возможные способы динамической стабилизации курсового угла автомобиля // Сборник докладов IX научно-технической конференции с международным участием "Транспорт, экология - устойчивое развитие". - Варна, Болгария. - 2003. - С. 277-281. (здобувачем виконано огляд способів динамічної стабілізації курсового кута автомобіля при різних режимах руху).

Размещено на Allbest.ru

...