Наукові основи поліпшення курсової стійкості руху легкового автомобіля
Розробка наукових основ курсової стійкості руху (КСР) легкового автомобіля та визначення шляхів її покращення на основі аналізу та синтезу жорсткісних характеристик шин. Вплив форми залежності бічної сили від кута відведення на показники КСР автомобіля.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 30.07.2015 |
| Размер файла | 3,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національний транспортний університет
УДК 629.113
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук
Наукові основи поліпшення курсової стійкості руху легкового автомобіля
05.22.02 - автомобілі та трактори
Макаров Володимир Андрійович
Київ - 2011
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі «Автомобілі» Національного транспортного університету Міністерства освіти і науки України
Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Сахно Володимир Прохорович, Національний транспортний університет, завідувач кафедри автомобілів
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, доцент Кравченко Олександр Петрович Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, декан факультету автомобільного транспорту, завідувач кафедри організації перевезень та управління на транспорті
доктор технічних наук, професор Подригало Михайло Абович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри технології машинобудування та ремонту машин
доктор технічних наук, професор Торлін Вадим Миколайович, Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедри автомобільного транспорту
Захист відбудеться «25»березня2011р., о 1000 годині, на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд. 333.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м Київ, вул. Кіквідзе, 42
Автореферат розісланий «24»лютого2011р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.В.Ковбасенко
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Автомобілізація є однією з головних рис сучасного суспільства, її розвиток необхідний для своєчасної та достатньої роботи продуктивних сил й системи розподілу, а також для задовільнення потреб населення в пасажирських перевезеннях. Висока швидкість автомобіля вимагає поліпшення курсової стійкості руху (КСР), що обумовлює належний рівень безпеки переміщення транспортних засобів.
Для докорінного поліпшення КСР сучасного легкового автомобіля (ЛА) необхідно вирішити значну кількість теоретичних і прикладних наукових задач, які умовно можна поділити на такі, що пов'язані з удосконаленням конструкції його систем, а також з аналізом і синтезом жорсткісних характеристик еластичних коліс, що значуще впливають на властивості автомобіля. Це стосується, перш за все, «інтелігентного» автомобіля, оснащеного «розумними» шинами. Тому важливе місце у розв'язанні означеної проблеми займає розробка наукових основ дослідження КСР ЛА з еластичними шинами, що мають нерівномірну й змінну жорсткості, з використанням загальної теорії стійкості О.М. Ляпунова, лінійної і нелінійної теорій відведення, теорій діагностування і прогнозування, теорій ймовірності і математичної статистики, а також різних методів чисельного і біфуркаційного аналізів.
Одними з елементів автомобіля, що найменш охоплені комп'ютерними системами, є еластичні шини, які остаточно формують його динамічну взаємодію з дорогою та докорінно впливають на КСР. Провідні виробники автомобілів і шин, а також науковці вважають, що саме на початку XXI століття повинні бути розроблені «інтелігентні» шини, які обумовлять значне підвищення рівня безпеки під час руху сучасного автомобіля. Однією із основних задач є дослідження впливу на КСР зміни або нерівномірності жорсткісних характеристик шин, з можливістю оперативної корекції останніх під час руху або обслуговування автомобіля. У зв'язку з цим, на стадії перспективного проектування конструкції шини, доцільно синтезувати еластичне колесо з певним видом залежності бічної сили від відведення та прогнозувати прийнятні (раціональні) значення показників курсової стійкості руху автомобіля. Крім того, необхідно дослідити негативний вплив на КСР процесів, які обов'язково відбуваються при експлуатації еластичних коліс та змінюють їх геометрію й жорсткість (обумовлені зношуванням, руйнуванням, зволожуванням тощо).
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до науково-дослідницьких робіт «Розвиток теорії і прогнозування динамічної взаємодії еластичного колеса з дорожнім покриттям» № державної реєстрації 0197U009347 і «Основи аналізу стійкості автомобіля з еластичними пневматичними шинами, що мають жорсткісну неоднорідність» № державної реєстрації 0100U001097, що виконувалися кафедрою «Технічна експлуатація автомобілів» автодорожнього інституту Донецького державного технічного університету; «Прогнозування показників стійкості легкових автомобілів з урахуванням реальних характеристик шин», шифр роботи ОДР 20/07 № 0107U002154, що виконується кафедрою «Технічна експлуатація автомобілів» Донецької академії автомобільного транспорту; «Теорія керованості та стійкості автомобілів і автопоїздів з нетрадиційними системами керування» № РК 0100U002446 і «Дослідження механіки та енергетики автомобілів і автопоїздів» № державної реєстрації 0104U003346, що виконуються кафедрою «Автомобілі» Національного транспортного університету.
Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розробка наукових основ КСР ЛА та визначення шляхів її покращення на основі аналізу та синтезу жорсткісних характеристик шин.
Для досягнення поставленої мети дисертаційної роботи визначені наступні задачі дослідження:
- розробити наукові основи й методологічні принципи поліпшення КСР ЛА, шляхом узагальнення існуючих теорій;
- розробити математичні моделі (ММ) різних ступенів складності: спрощені - для охоплення результатів розрахунків зі стійкості руху автомобіля в більш широкому діапазоні значень характеристик КСР (не тільки локального характеру); ускладнені - для узагальнення оцінки граничних значень КСР (з можливістю корекції результатів, одержаних при використанні відносно простих моделей);
- розробити основні напрямки поліпшення КСР ЛА на еластичних колесах, що характеризується конструктивними і масовими параметрами, з урахуванням значущих збурюючих впливів;
- дослідити вплив форми залежності бічної сили від кута відведення (основної залежності для дослідження) на показники КСР;
- розробити методологічні засади діагностування та прогнозування КСР ЛА на основі аналізу і синтезу жорсткісних характеристик шин;
- провести експериментальні дослідження впливів нерівномірної й змінної жорсткостей еластичних коліс, конструктивних і масових параметрів ЛА на характеристики КСР ЛА.
Об'єктом дослідження є курсова стійкість руху легкового автомобіля.
Предметом дослідження є вплив на КСР ЛА змінних й нерівномірних жорсткісних характеристик шин.
Методи дослідження. Методологічною основою дисертації є використання системного підходу, аналізу КСР з технічної і математичної точок зору. Використані методи загальної теорії стійкості О.М. Ляпунова, лінійної та нелінійної теорій відведення, теорій діагностування та ймовірності, математичної статистики, а також методи біфуркаційного та чисельного аналізів.
Наукова новизна досліджень і одержаних результатів. Основний науковий результат дисертації - узагальнення існуючих теорій КСР ЛА з урахуванням дії нерівномірної й змінної жорсткостей його еластичних шин та значущих конструктивних і збурюючих чинників, а також розробка методологічних принципів поліпшення КСР означеного автомобіля на різних етапах життєвого циклу ЛА і шин (у тому числі, їх перспективного проектування).
Проблема поліпшення КСР ЛА з урахуванням нерівномірної й змінної жорсткостей його еластичних шин представлена у складі задач, при вирішенні яких уперше отримані такі наукові положення та результати:
- розроблені математичні моделі різних ступенів складності для охоплення результатів розрахунків зі стійкості руху в заданих діапазонах з прийнятним урахуванням впливу основних чинників;
- виконано чисельне моделювання складної моделі, що містить основні параметри автомобіля, з урахуванням взаємовпливу поздовжніх і бічних сил в контакті шин з опорною поверхнею;
- сформульовано і реалізовано загальні принципи поліпшення курсової стійкості руху легкового автомобіля;
- проаналізовано вплив на КСР опуклостей і ввігнутостей на різних ділянках графіка залежності бічної сили від кута відведення; встановлені закономірності, що поліпшують КСР за рахунок розширювання діапазонів зміни керованих параметрів при стійкому русі АТЗ, а також створення безпечних границь областей з різним числом стаціонарних режимів руху (СРР) автомобіля;
- розроблено теоретичне забезпечення для діагностування й прогнозування наявності стійких СРР автомобіля;
- розроблено методику діагностування курсової стійкості СРР ЛА, який рухається за колом;
- отримано комплекс нових теоретичних і експериментальних даних на низці обладнання і різних режимах випробовування шин: при дослідженні залежності бічної сили від кута відведення, а також для перевірки адекватності прийнятих математичних моделей експериментальним даним, що відповідають дорожнім умовам.
Практичне значення одержаних результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що розроблені наукові основи КСР стаціонарного руху ЛА з урахуванням нерівномірної або змінної жорсткості його еластичних шин, а також методологічні принципи поліпшення курсової стійкості руху означеного автомобіля можуть бути: реалізовані виробниками шин й автомобілів, що рухаються на еластичних колесах з заданими властивостями; використані при виконанні автотехнічних досліджень після ДТП, а також під час діагностування й прогнозування показників КСР в АТП або СТО; реалізовані для підготовки водіїв на тренажерах з імітуванням порушення КСР.
Результати дисертаційної роботи забезпечили:
- підприємству - виробнику автомобільних шин ЗАТ «РОСАВА», зокрема відділу перспективного проектування, скорочення часу і витрат на розробку нових моделей шин, що підвищує ефективність визначення шляхів удосконалення конструкцій нових шин і дає можливість заздалегідь планувати конструктивні заходи, які направлені на підвищення ступеня безпеки руху АТЗ (довідка від 29.12.2009 р.);
- підприємству - виробнику автомобільних шин ВАТ «Білшина» (Республіка Білорусь) можливості: проводити порівняння результатів при вимірюванні сил тертя в контакті шини з опорною поверхнею різними способами, що обумовлює оцінку працездатності протектора на стадії розробки нових шин; рекомендації щодо зміни форми й властивостей окремих елементів конструкції шин з метою отримання заздалегідь запланованих видів залежностей бічних сил від кутів відведення, що забезпечують суттєве підвищення ефективності розробки конструкцій нових шин, які поліпшують КСР швидкісних ЛА, що буде сприяти рішенню важливої проблеми - підвищенню безпеки руху автомобілів (акт про використання результатів науково-дослідницької роботи від 07.12.2009 р.);
- підприємству - виробнику автомобільних шин ВАТ «Дніпрошина» можливості: розробки нових схем укладки протектора та брекера легкової шини для отримання рекомендованого діапазону зміни кута відведення, з метою підвищення безпеки руху автомобілів; дослідження нових моделей легкових шин, з урахуванням рекомендацій з оцінки впливу характеру залежності бічної сили від кута відведення; вибору перспективних (для розробки моделей) шин, що забезпечують раціональну КСР автомобіля; визначення та аналізу показників КСР ЛА (акт про використання результатів науково-дослідницької роботи від 07.09.2009р.);
- сектору автотехнічних досліджень Науково-дослідницького експертно-криміналістичного центру (НДЕКЦ) при УМВС України в Донецькій області можливість при проведенні автотехнічних експертиз дорожньо-транспортних пригод (установленні і розслідуванні причин виникнення ДТП) використовувати методику діагностування курсової стійкості руху легкового автомобіля (довідка від 30.12.2009 р., методика від 30.12.2009 р.).
Результати дисертаційної роботи використані у навчальному процесі при навчанні спеціалістів і магістрів за спеціальністю «Автомобілі та автомобільне господарство» в Донецькій академії автомобільного транспорту.
Особистий внесок здобувача. Наукові положення, розробки і висновки дисертації є результатом самостійних досліджень автора. Сформульовано науково-практичну проблему, що існує на теоретичному й експериментальному рівнях при поліпшенні курсової стійкості руху легкового автомобіля. Всі теоретичні, методологічні й концептуальні розробки, наведені в розділах «Наукова новизна» й «Практичне значення одержаних результатів», отримані самостійно й опубліковані в одній монографії, 40 наукових статтях та одному авторському свідоцтві. Монографія та роботи [18, 22, 29, 31] написані самостійно. У роботах, виконаних у співавторстві здобувачу належать: [1] - пропозиція вимірювати суму кутів повороту дисків; [2, 3, 4, 5, 6] - постановка задачі та інтерпретація одержаних результатів; [7] - постановка задачі, узагальнення результатів і висновки; [8] - постановка задачі, розробка моделі, виконання аналізу та висновків; [9, 10, 11] - постановка задачі, планування експерименту, інтерпретація результатів і висновки; [12] - постановка задачі та інтерпретація отриманих результатів; [13, 14, 15] - постановка задачі, виконання аналізу та висновки; [16] - постановка задачі, планування експерименту, інтерпретація результатів і висновки; [17] - постановка задачі та висновки; [19, 20] - постановка задачі, узагальнення результатів і висновки; [21] - постановка задачі, аналіз результатів та висновки; [23, 24, 25, 26] - постановка задачі, узагальнення результатів і висновки; [27] - постановка мети дослідження, основні підходи до оцінки впливу неоднорідності та висновки; [28] - постановка задачі, узагальнення результатів і висновки; [30] - постановка задачі, рекомендація основних підходів до оцінки ефективності; [33] - постановка задачі, виконана оцінка зростання працездатності, обумовлена керуванням жорсткісними характеристиками і висновки; [34] - постановка мети дослідження, основні підходи до оцінки впливу неоднорідності та висновки; [35] - постановка задачі, виконання дослідження і висновки; [36] - постановка задачі, розробка методики експериментального визначення характеристик стійкості і висновки; [37] - постановка задачі та інтерпретація отриманих результатів; [38] - постановка задачі про виготовлення обладнання, ідеї з принципів роботи приладів та пристроїв; [39] - постановка задачі, вибір критичної множини керуємих параметрів, запропонований підхід до ідентифікації означеної множини; [40] - постановка задачі, узагальнення результатів і висновки; [41] - постановка задачі про будівництво лабораторії та керівництво розробкою, виготовленням та випробуванням стендів, пристроїв й приладів; [42] - постановка задачі про поліпшення стійкості руху за рахунок асиметрії шин.
Апробація результатів дисертації. У повному обсязі дисертаційна робота обговорена на розширеному засіданні кафедри «Автомобілі» Національного транспортного університету. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень дисертаційної роботи доповідались на щорічних науково-практичних конференціях працівників, аспірантів, студентів та структурних підрозділів Національного транспортного університету м. Київ (1998-2010рр.); республіканській науково-технічній конференції «Системотехніка автомобільного транспорту» м. Харків, ХГА ДТУ (1998 р.); міжнародній науковій конференції «Проблемы безопасности транспортного пространства» м. Липецьк (1998 р.); сьомій міжнародній науковій конференції ім. академіка М. Кравчука, м. Київ (1998 р.); міжнародній науково-практичній конференції «Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития» м. Москва, МАДІ (ТУ), (2000 р.); восьмій міжнародній конференції «Устойчивость, управление и динамика твердого тела» м. Донецьк, 2002 р.; міжнародній науково-технічній конференції «Автомобильный транспорт в ХХІ веке» м. Харків, ХНАДУ, (2003 р.); міжнародній конференції «Механика и трибология транспортных систем» м. Ростов-на-Дону, Рос.гос.унив. путей сообщения (2003 р.); міжнародному науковому сімпозіумі «Автотракторостроение - 2009» м. Москва МДТУ «МАМІ», (2009 р.); міжнародній конференції: «Науково-прикладні аспекти автомобільного транспорту» м. Луцьк, ЛНТУ, (2010 р.); науково-технічній конференції «Автомобільний транспорт: проблеми та перспективи» м. Севастополь, (2008, 2009, 2010 рр.).
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в одній монографії, 40 друкованих працях, у тому числі у 35 роботах, що опубліковані у спеціальних виданнях переліку ВАК України, одному авторському свідоцтві, 7 матеріалах і тезах міжнародних науково-технічних конференцій.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, сімох розділів, висновків, списку використаних джерел з 240 найменувань й додатків на 17 сторінках. Повний обсяг дисертації складає 357 сторінок, у тому числі 184 рисунки та 24 таблиці.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано зв'язок дисертаційного дослідження з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету і задачі роботи. Наведені основні положення, які виносяться на захист і практична цінність роботи, наведено відомості про апробацію результатів дослідження та їх впровадження, визначено особистий внесок здобувача.
У першому розділі дисертації на основі аналізу такої важливої властивості автомобіля, як стійкість руху, та значущості впливу на неї еластичних коліс, що характеризуються, насамперед, відведенням шин та їх нерівномірною й змінною жорсткістю, обґрунтовується вибір напрямку роботи. Курсова стійкість руху докорінно пов'язана з такою важливою експлуатаційною властивістю автомобіля, як керованість. Увага в розділі зосереджена на розвитку технічних питань стійкості руху автомобіля, як властивості його конструкції, на основі загальної теорії стійкості руху О.М. Ляпунова.
У дисертаційній роботі розглядається стійкість руху за розімкненою схемою керування - оцінюється потенційна стійкість переміщення самого автомобіля, що з необхідним запасом забезпечить стійкість руху системи водій-АТЗ. Розімкнена схема дозволяє використовувати сучасні методи моделювання та пошуки рішень для поліпшення КСР за допомогою кількісних оцінок, що обумовлює можливість використання проектних технологій, нових матеріалів та конструкцій, які відповідають експлуатаційним умовам.
Аналіз матеріалів показав, що еластичні властивості їх коліс значуще впливають на курсову стійкість руху легкового автомобіля.
КСР автомобіля - це властивість ЛА зберігати заданий напрямок руху, протидіючи збурюючим впливам, які прагнуть відхилити автомобіль від цього напрямку (КСР забезпечує певну «міцність» заданого водієм режиму руху). При цьому важливо оцінити вплив на стійкість руху автомобіля наявності жорсткісної неоднорідності шин, що проявляється у вигляді додаткових сил, які можна віднести до збурюючих чинників при коченні шини. На сьогодні недостатньо вивчене питання щодо курсової стійкості автомобіля з урахуванням неоднорідної й змінної жорсткості його шин.
Найбільш інформативною характеристикою щодо КСР залишається безперечно бічна сила, яка вимірюється виробниками продукції при контролі технічного стану (ТС) шини і, не тільки не є нульовою при коченні колеса, але змінює свою величину та може перемінити знак зі зміною напрямку його кочення. Розглянуті дослідження дозволяють зробити висновок про те, що показники КСР визначаються лінійними та нелінійними характеристиками бічних сил відведення - динамічними характеристиками кочення еластичних коліс. Причини виникнення силової неоднорідності різні: запроектовані особливості конструкції шин, а також технологічні допуски й дефекти виробництва; старіння, руйнування, знос тощо в експлуатації. Неоднорідність або її зміна проявляються у вигляді додаткових складових бічних сил і стабілізуючих моментів. Експлуатаційною причиною силової неоднорідності шини може бути, наприклад, однобічний знос рисунку протектора, дію якого слід враховувати в математичній моделі, як вплив нахилу площини колеса. У ряді робіт було запропоновано враховувати в рівняннях неоднорідну жорсткість шин обумовлену місцями розміщення еластичних рушіїв на автомобілі.
Таким чином, раціональна (відносно стійкості) конструкція еластичних рушіїв, їх вірний вибір для АТЗ та обґрунтована розстановка шин по осях і бортах, а також урахування зміни жорсткості та жорсткісної неоднорідності еластичних коліс в експлуатації, є областями досліджень, що мають велике практичне значення.
Аналіз робіт, проведений у першому розділі, дозволив остаточно визначити поняття курсової стійкості руху й обґрунтувати його важливість. Для дієвого поліпшення КСР необхідно досліджувати стійкість руху на основі вивчення залежності бічної сили від кута відведення еластичного колеса. Оскільки недостатньо досліджений вплив на КСР такого важливого елемента автомобіля як шина, а окремо її властивості вивчаються й розвиваються, то проблемою є розробка наукових основ покращання КСР легкового автомобіля з урахуванням змінної та нерівномірної жорсткості його шин.
Другий розділ присвячений загальному опису курсової стійкості стаціонарного (усталеного) руху ЛА та визначенню її інформативних показників.
Метою використання означених показників є покращання КСР системи, що містить автомобіль з еластичними колесами, пружні властивості яких визначені науковими методами і змінюються (з урахуванням геометричних та масових характеристик АТЗ, а також дії збурюючих впливів (ЗВ)). Основними показниками КСР є наступні: діаграма біфуркаційної множини (ДБМ) - критерій стійкості за О.М. Ляпуновим (стійкість «в малому»); фазовий портрет (ФП) з визначенням областей притягання й урахуванням перехідних процесів (оцінка стійкості «у великому» - технічна стійкість). Вихідними є залежності Y1=Y1(1), Y2 =Y2(2). Додаткова характеристика - «крива повороткості», яка визначається новою функцією
G(Y)= F2(Y) - F1(Y)
що отримана з використанням зворотних залежностей
1=F1(Y) , 2 = F2(Y).
Приклади наведених показників КСР розглянуті нижче в означеній вище послідовності.
Діаграма біфуркаційної множини має дві числові осі, що характеризують керуючі параметри: лінійну швидкість автомобіля (v) та кут повороту колеса и відносно вертикальної вісі (рис. 1а). ДБМ стаціонарних режимів руху може містити декілька областей з різною кількістю СРР кожна, наприклад: 2 або 4, або 0 (на діаграмі). Різновиди трансформацій поверхні стаціонарних станів, які раціонально аналізувати, розглянуто на рис. 1б.
Рис. 1. Множини стійких і нестійких СРР
В середині зображення розташоване велике коло, виносні лінії з якого спрямовані до малих кіл з цілими числами (0,1,…,5), що символізують можливі кількості стаціонарних режимів руху (згідно досліджень математиків) в окремих областях ДБМ. Області, що містять більш ніж 5 СРР, розглядати нераціонально у зв`язку з тим, що вони є нетиповими у випадку двох керованих параметрів и і v. Можуть аналізуватися: симетричні автомобілі, що містять непарні кількості СРР, або альтернативні - асиметричні. Симетричні системи, що містять більш ніж 3 стаціонарні режими руху, підлягають впливу (окрім двох керованих параметрів и і v) додаткових параметрів, які можуть обумовити зміну форми біфуркаційної поверхні, наприклад: коефіцієнту зчеплення, бічної складової сили опору повітря тощо. Вплив указаних параметрів на реалізацію більш складних особливостей форми на поверхні стаціонарних станів залежить від їх конкретного специфічного співвідношення (на момент дії параметрів), і тому кожний наступний конкретний результат по визначенню фазових змінних (наприклад, щ) є випадковим, з огляду випадковості дії самих керованих параметрів, і реалізується з дуже малою ймовірністю.
На мнемосхемі (рис. 1б) відображені особливості ДБМ: для непарної кількості СРР можуть існувати два варіанти стійких та нестійких множин СРР, але одночасно може діяти (реалізуватися) тільки одна з них; для парної кількості СРР існує тільки один варіант сукупності стійких та нестійких СРР.
Після аналізу означеного вище показника (рис. 1а) стійкості «в малому», можна зробити тільки один остаточний технічний висновок - про існування області керуючих параметрів, що зовсім не містить стаціонарних режимів руху. Для поліпшення стійкості руху легкового автомобіля, який має показник з «нульовою» областю, слід позбавитися її існування, наприклад, шляхом заміни еластичних колісних рушіїв АТЗ на інші - з сприятливими для конкретного автомобіля жорсткісними характеристиками. Щодо інших областей ДБМ, в яких існують 2 або 4 СРР, що можуть бути стійкими або нестійкими, то вони підлягають подальшому докладнішому дослідженню, з використанням другого основного показника, що характеризує стійкість руху «у великому» - це фазовий портрет.
У роботі показана послідовність визначення та аналізу ДБМ й ФП. Спочатку здійснюється побудова діаграми біфуркаційної множини (рис. 1а), а потім фазового портрету. В розглянутій ДБМ наявні 4 або 2 СРР, відповідно, в замкненій фігурі А2А3А4, а також в околі означеної фігури, окрім зони, що розміщена ліворуч точки А2, де зовсім немає СРР. Для отримання більш докладнішої інформації про стійкість СРР, наприклад, у точці А1, для неї побудований фазовий портрет (рис. 2).
Означений ФП містить вузол N1 (стійкий коловий режим) та сідло S1 (нестійкий коловий режим). Область стійкості обмежують сепаратриси, що дозволяють позначити зону притягання стійкого СРР. В околі стійкого вузла N1 можна побудувати коло, що обмежує д-окіл означеної точки N1 і містить фазові траєкторії, які (в якості початкових умов) не можуть покидати д-окіл стійкого вузла N1. Формується область притягання точки N1, що визначає технічну стійкість СРР, з врахуванням перехідних процесів, які обумовлені конкретними технічними характеристиками легкового автомобіля та його еластичних колісних рушіїв. Для поліпшення КСР легкового автомобіля слід змінювати означені характеристики.
Рис. 2. Фазова площина щодо точки А1 БМ
Додаткова характеристика КСР - «крива повороткості» визначається співвідношенням
,(1)
що при лінійній гіпотезі відведення приводить до відомої «прямої повороткості»
(2)
Аналіз показників КСР показав, що ДБМ і фазовий портрет можна використовувати як основні репрезентативні характеристики, а «криву повороткості» - як додаткову, що дозволять виконати аналіз та поліпшення КСР. Поліпшення КСР можна характеризувати наступним чином: підвищенням критичної швидкості прямолінійного руху; зменшенням радіуса стійкого криволінійного руху (згідно «кривій повороткості»); наявністю на ДБМ областей можливого стійкого руху після перевищення критичної швидкості. Розглядаючи фазові портрети, можна перейти до стійкості «у великому»: узгодити консруктивні параметри легкового автомобіля з конкретними еластичними колесами й урахувати перехідні процеси в технічних системах.
У третьому розділі проведений вибір математичної моделі (ММ), що уможливлює процес поліпшення курсової стійкості руху легкового автомобіля. Розглянуті ММ, які враховують впливи на переміщення автомобіля сукупності основних конструктивних та збурюючих чинників. З означених моделей вибрана та, що дозволяє обґрунтовано дослідити, а потім поліпшити курсову стійкість стаціонарних режимів руху легкового автомобіля. Ця математична модель не є занадто складною й дозволяє працювати в широкому діапазоні значень характеристик КСР.
Для моделей, що аналізуються, з використанням методів чисельного і біфуркаційного аналізів, отримані показники КСР, які порівнювалися між собою з метою пошуку раціональної ММ. Показники курсової стійкості визначені для стаціонарних режимів руху. Для кожного з цих СРР розв`язані наступні задачі: визначені рівняння збурюючого руху в околі даного стаціонарного режиму руху; отримані характеристичні рівняння; визначені корені характеристичного рівняння, що характеризують умови курсової стійкості відповідного СРР.
Рішення означених задач дозволяють виявити особливості конструкції автомобіля і шин, які впливають на КСР.
В якості вихідної ММ прийнята велосипедна модель з закріпленим керуючим модулем, в якій дорівнюються нулю значення низки параметрів: колії (2Н), різниці навантажування по бортах (ДN); але існує винос керуючого модуля ().
Другою розглянута модель (рис. 3а), в якій існує пружній зв'язок осі з інерційним корпусом (ІК).
Наступною розглянута просторова ММ легкового автомобіля (рис. 3б), що враховує вплив перерозподілу вертикальних реакцій по бортах АТЗ.
Рис. 3. Схеми математичних моделей: а - з пружнім зв'язком; б - просторової
Означена модель в повній мірі характеризує рух ЛА за колом. Система складається з корпуса і керуючого модуля, з'єднаних за допомогою вертикального циліндричного шарніра.
Нижче наведена площинна модель (рис. 4), яка зберігає основні інерційно-масово-геометричні характеристики просторової моделі, що дозволяє виконати аналіз умов, при яких можна використовувати спрощену модель.
Рис. 4. Площинна модель автомобіля: а - з виносом уперед керуючого модуля; б - з виносом назад керуючого модуля
Фазові змінні u, щ, , розраховуються за формулами
(3)
Наступною наведена модель (рис. 5) для дослідження вертикальної динаміки. Узагальнені наступні координати: z - апліката центру мас та г - кут крену.
Рис. 5. Просторова модель автомобіля: 1 - кузов, що має тільки крен; 2 - кузов, що має крен та вертикальне переміщення z центру мас; 3 - колесо
Спочатку виконаний аналіз ММ, в якій існує пружній зв'язок осі з ІК та перевірені вагомості впливів пружних властивостей еластичних коліс на коливальну нестійкість усієї осі (рис. 3а). Підбираються властивості системи щодо нестійкості, вибираються обмеження, зручні для аналізу ММ.
Система має два ступені вільності: бічне зміщення у та кут «рискання» . Колісна вісь зв'язана з ІК поздовжніми і поперечними пружними зв'язками, що мають коефіцієнти жорсткості, відповідно kх та kу. Якщо автомобіль рухається з лінійною швидкістю , то при виникненні автоколивань визначаються також інтервал швидкостей і його граничні значення (в залежності від пружних властивостей еластичного колеса, кутів установки керованих коліс та моменту інерції). Лінеарізовані рівняння руху моделі автомобіля, що розглядається, в околі незбуреного прямолінійного руху мають вигляд
(4)
де kд - коефіцієнт опору відведенню;
µд - коефіцієнт моменту відведення;
m - маса вісі у зборі (два колеса та вісь);
J - центральний вертикальний момент інерції вісі.
Сила і момент відведення, відповідно, розраховують:
Конструктивні параметри kx, ky можна підібрати так, щоб виконались умови
; ; ; , (5)
де ф, t1, t2 - нові похідні параметри.
Підбираються властивості нестійкості системи за рахунок визначення параметра ф, з його допомогою обумовлюється можливість зміщення моменту настання нестійкості. Крім того, ця обставина сприяє аналізу математичної моделі (сприятливі обмеження).
Побудова характеристичного рівняння наступна
. (6)
Характеристичне рівняння в загальному виді наведене нижче
. (7)
Умови стійкості:
– усі коефіцієнти характеристичного рівняння додатні (необхідна умова), ;
– достатня умова: , , ,
де - діагональні мінори матриці Гурвіца.
Дивергентна втрата стійкості, відповідає одному нульовому кореню характеристичного рівняння ; флатерна - відповідає парі сутьуявних коренів ()
Величини ?1 та ?2 завжди більше нуля. Величина , розрахована за формулою
(8)
стійкість рух автомобіль жорсткісний
може бути меншою за нуль. Тому границя втрати флатерної стійкості визначається виразом
в площині параметрів (х, ф).
Таким чином, значення критичної швидкості для ММ, що розглянута на рис. 3а, може корегуватися за рахунок вибору конструктивного параметру . Тому, з точки зору vкр, велосипедна схема з закріпленим керуючим модулем й виносом () та ММ осі, що пружно зв'язана з інерційним корпусом () можуть бути ототожнені по стійкості, після відповідних конструктивних дій.
В моделі (рис. 5) додається одна ступінь вільності по крену. Вона використовується для уточнення моделі автомобіля, що ураховує два важливих фактори: перерозподіл навантажень по бортах - як наслідок уточнення величини коефіцієнту опору відведення kд(N); взаємодію поздовжніх і поперечних складових сил у плямі контакту на основі поняття еліпсу тертя.
Рівняння еліпсу
(9)
де , - півосі еліпсу тертя, які дорівнюють
; .(10)
Величина поздовжньої сили, що реалізується, вважається сталою
.(11)
Бічна сила, що реалізується, визначається за нелінійною гіпотезою І.Рокара
(12)
де - безрозмірний коефіцієнт опору відведення; задається як функція безрозмірного вертикального навантаження на колесо (залежність є близькою до лінійної відносно безрозмірного вертикального навантаження).
Математична модель, що ураховує дію гіроскопічного моменту, наведена на рис. 6.
В моделі враховується ефект гіроскопічних сил, що діють на колесо, яке повертається через рульове керування (момент гіроскопічних сил наведений нижче)
.(13)
Кінцеві диференціальні рівняння руху моделі автомобіля з трьома ступенями вільності мають вигляд
;
; (14)
сили відведення визначаються за рівнянням
,(15)
де kij - коефіцієнти опору відведенню коліс; гij - коефіцієнт пропорційності, що залежить від конструкції шини, тиску повітря в ній, нормального навантаження і властивостей опорної поверхні, по якій котиться колесо.
Рис. 6. Просторова модель автомобіля з урахуванням непідресореної маси та гіроскопічного моменту
Для виконання наведених у розділі задач, розроблений програмний модуль щодо аналізу характеристик курсової стійкості руху легкового автомобіля. Створені програми дозволяють дослідити вплив характеристик відведення на КСР в площині керованих параметрів; запропоновано метод, що дозволяє оцінити вплив жорсткісної неоднорідності на поведінку керованої осі автомобіля.
Основою для побудування біфуркаційних множин, що характеризують стійкість СРР різних моделей, були характеристики сил бічного відведення, отримані при проведенні експерименту в лабораторії кафедри „Автомобілі і приводи” Технічного університету Дрездена в 2004 році (згідно договору про співробітництво). Означені характеристики залежностей сил від кутів відведення були апроксимовані в параметричній формі.
Зрівняльний аналіз трьох видів ММ виконаний з використанням ДБМ, наведено на рис. 7. Він свідчить про те, що при використанні ВМ (графік 2) її БМ знаходиться в середині графіка 1 БМ 4-х колісної просторової моделі, а їх вершини співпадають. Таким чином, всі висновки про параметри стійкості, отримані для велосипедної моделі будуть вірними також для 4-х колісної просторової ММ. Але у випадку урахування взаємовпливу бічних та поздовжніх сил (графік 3) результат інший: вершина БМ знижується, а її розмах - звужується.
Рис. 7. Графіки біфуркаційних множин, що отримані для різних моделей
Остаточний висновок за розділом - порівняльний аналіз п'яти видів моделей свідчить про те, що для процесів дослідження і поліпшення КСР в цілому, достатньо використовувати велосипедну модель з закріпленим керуючим модулем, але обов'язково слід ураховувати взаємовплив бічних та поздовжніх сил. Для уточненого розв'язання деяких задач слід використовувати окремі ММ, з розглянутих у розділі.
У четвертому розділі з метою аналізу можливих концепцій поліпшення КСР за рахунок змінювання пружних властивостей еластичних шин розроблені узагальнена система (16) та граф-модель, що містить множину факторів, які можуть значуще вплинути на курсову стійкість легкового автомобіля, що рухається сухою чистою дорогою із твердим покриттям.
Основою для аналізу або синтезу КСР, з метою її поліпшення, є узагальнена (повна) система, що дозволяє оцінити вплив на курсову стійкість множини значущих конструктивних та збурюючих чинників
(16)
де , - результуюча бічна сила, що діє в контакті колеса з дорогою, відповідно, на передню або задню вісь;
- поздовжня сила тяги, що діє в контакті з дорогою колеса передньої ведучої вісі;
- база автомобіля, м;
- відстань, відповідно, від передньої та задньої вісі до центру мас, м;
- зовнішнє збурююче навантаження на автомобіль, Н;
- маса автомобіля, кг;
- прискорення вільного падіння, м/;
,- швидкість центру мас, відповідно, лінійна або бічна, м/с;
- кутова швидкість відносно вертикальної вісі, рад/с;
, - результуючий стабілізуючий момент в контакті колеса, відповідно, передньої або задньої вісі;
с, - зміщення центру мас, відповідно, поздовжнє або бічне, м.
Нижче розглянута граф-модель (рис. 8).
Рис. 8. Граф-модель, що містить множину факторів, які можуть значуще впливати на КСР
Канали (позначені в прямокутниках) показують напрямки дії: ВтЗВ - внутрішніх збурюючих впливів, ЗшЗВ - зовнішніх збурюючих впливів, ОКВ - оперативних керуючих впливів, КВ - конструкторських впливів, УМ - удосконалювання матеріалів. Об'єкти (кола виконані лінією основного контуру) означають шини: Ш - звичайна; Бк - з біонічним контактом з опорною поверхнею, Ас - з асиметричним рисунком протектора, Пс - зі структурою "павукова сітка", Шн - непневматична; інші об'єкти: А - автомобіль, Д - дорога. Характеристики позначені: Ж и Р0 - жорсткості (інтегральні), відповідно, шини із внутрішнім тиском повітря й без нього, ТеС - технічний стан, Прп - процеси, впливу яких підлягає шина, дЯ - відведення і-тої осі, дј - відведення ј-тої шини, дк - відведення к-го колеса асиметричної шини, РW - внутрішній тиск повітря в шині, КУ - кути установки керованих коліс, Сі - сили інерції, Оп - опір повітря, ц - коефіцієнт зчеплення, Н - нерівності, У - ухил дороги, v - лінійна поздовжня швидкість автомобіля, и - кут повороту колеса автомобіля, Х - поздовжня сила, Пм - стабілізуючий (п'ятковий) момент, Т0 - температура, Nі - вертикальне навантаження на і-ту вісь (і = 1, 2), - зміщення центру мас АТЗ.
...Подобные документы
Загальна характеристика та особливості конструкції кузова автомобіля ВАЗ 2105. Опис можливих несправностей кузова легкового автомобіля, їх причини та методи усунення. Заміна заднього крила, даху та панелі задка. Лакофарбові покриття даного кузова.
реферат [6,9 M], добавлен 13.09.2010Тепловий розрахунок чотирьохтактного двигуна легкового автомобіля. Визначення параметрів робочого тіла, дійсного циклу. Побудова індикаторної діаграми. Кінематичний і динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму. Аналіз врівноваженості двигуна.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.12.2013Визначення основних масових параметрів автомобіля. Схема загального компонування автомобіля КАМАЗ 43255. Визначення потужності, вибір та обґрунтування типу двигуна, побудова швидкісної зовнішньої характеристики. Визначення типу трансмісії автомобіля.
контрольная работа [356,9 K], добавлен 14.01.2011Тяговий розрахунок і аналіз тягово-швидкісних властивостей автомобіля. Проектування ведучого моста, гальмової системи, модулятора гальмівних сил з електронним керуванням. Алгоритм функціонування ЕРГС, графіки впливу на гальмівні властивості автомобіля.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 28.07.2011Загальна характеристика легкового автомобіля Москвич 2140. Перелік операцій ТО. Технологія технічного обслуговування автомобіля, його двигуна, трансмісії, ходової частини. Будова двигуна 412, принцип його роботи. Причини відмов, несправностей і дефектів.
курсовая работа [6,8 M], добавлен 07.05.2011Визначення повної автомобіля, потужності двигуна та побудова його зовнішньої характеристики, передаточних чисел трансмісії автомобіля. Вибір шин. Тяговий та потужнісний баланс. Час та шлях розгону автомобіля, його паливно-економічна характеристика.
курсовая работа [112,7 K], добавлен 16.04.2013Аналіз вихідних даних та розробка компонувальної схеми автомобіля. Розробка кінематичної схеми силової передачі автомобіля. Визначення потужності двигуна та його вибір. Визначення кількості передач і передаточних чисел. Проектування карданної передачі.
курсовая работа [63,4 K], добавлен 09.12.2008Забезпечення гарантованої працездатності автомобіля до чергового планового ремонту Призначення, будова і принцип роботи кривошипно-шатунного механізму. Обладнання, пристосування, та інструмент і матеріали, що застосовуються при виконанні ремонту.
курсовая работа [215,4 K], добавлен 27.12.2015Характеристика електрообладнання автомобіля Nissan-Micra. Розробка принципової електричної схеми електрообладнання. Розрахунок та вибір елементів схеми. Розрахунок (вибір) монтажних елементів. Розробка структурної, принципової та монтажної схеми.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 23.02.2011Розрахунок середньої швидкості руху одиночного автомобіля та транспортного потоку. Оцінка пропускної здатності і завантаження, виявлення небезпечних ділянок. Розробка заходів по покращенню умов руху. Заходи щодо проектування каналізованого перетинання.
курсовая работа [552,0 K], добавлен 18.01.2012Оцінка впливу компоновочних параметрів автомобіля на безпеку руху. Аналіз геометричних розмірів робочого місця водія та розташування органів керування. Характеристика гальмівної динамічності. Основні типи рисунку протектора шин та їх характеристики.
дипломная работа [5,4 M], добавлен 03.10.2014Аналіз наукових досягнень українських вчених на сучасному етапі розвитку автомобілебудування в Україні. Безперервний процес зміни компонування та форми автомобіля. Поліпшення його експлуатаційних властивостей та конструкції автомобільних двигунів.
статья [21,1 K], добавлен 22.02.2018Стандарти пасивної та активної безпеки на дорогах. Переваги та недоліки передньоприводного автомобіля. Оцінка впливу його компоновочних параметрів на безпеку руху. Характеристика гальмівної динамічності. Типи рисунку протектора шин та їх характеристики.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 31.10.2014Базова лінійна норма на пробіг автомобіля. Норма на виконання транспортної роботи. Додаткові витрати палива при русі автомобіля з вантажем та при зміні спорядженої маси автомобіля, причепа або напів-причепа. Робота автомобіля в гірській місцевості.
контрольная работа [20,3 K], добавлен 01.04.2014Будова та технічне обслуговування передньої підвіски, регулювання підшипників, амортизаторів та стабілізаторів поперечної стійкості для зменшення крену на поворотах. Шарнірні з'єднання задньої підвіски, порядок її розбирання. Склад ресор автомобіля.
реферат [4,7 M], добавлен 22.09.2010Повна технічна характеристика автомобіля ВАЗ 2104. Техніко-економічне обґрунтування, будова та принцип дії зчеплення автомобіля ВАЗ 2104. Технічне обслуговування автомобіля, характеристика основних неполадок та їх ремонт. Вибір технології і матеріалів.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 23.04.2011Будова, призначення та принцип дії гальмівної системи автомобіля ГАЗ-53. Особливості основних несправностей та методів їх усунення. Рекомендації по технічному огляду зчеплення даного автомобіля. Розрахунки й правила техніки безпеки під час ремонту.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 26.04.2011Загальна будова та призначення системи мащення в механізмі автомобіля. Особливості та порядок технічного обслуговування системи мащення автомобіля ГАЗ-24 "Волга". Визначення оптимальної норм витрат оливи при різних періодах роботи автомобільного двигуна.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 15.09.2010Параметри робочого тіла. Процес стиску, згоряння, розширення і випуску. Розрахунок та побудова швидкісної характеристики двигуна, його ефективні показники. Тепловий баланс та динамічний розрахунок двигуна, розробка та конструювання його деталей.
курсовая работа [178,2 K], добавлен 14.12.2010Проектування двоосного автомобіля: визначення положення центра мас по довжині геометричних осей обертання відповідно переднього і заднього мостів; визначення вертикальної координати центру маси; розрахунок навантажень на осі та уточнення їх кількості.
лабораторная работа [232,4 K], добавлен 09.12.2013
