Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 629.017

ВПЛИВ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ ТА ТЕХНІЧНОГО СТАНУ АВТОМОБІЛЯ НА ЙОГО СТІЙКІСТЬ ПРОТИ ЗАНОСУ

Спеціальність 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Клец Дмитро Михайлович

Харків 2009



Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Подригало Михайло Абович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри технології машинобудування і ремонту машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Волонцевич Дмитро Олегович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», завідувач кафедри колісних та гусеничних машин;

кандидат технічних наук, доцент Артьомов Микола Прокопович, Харківський національний технічний університет сільського господарства, доцент кафедри тракторів й автомобілів.

Захист відбудеться “ 16 ” грудня 2009 р. о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д?64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий “ 14 ” листопада 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради І.С.Наглюк



АНОТАЦІЯ

Клец Д.М. Вплив експлуатаційних факторів та технічного стану автомобіля на його стійкість проти заносу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2009.

Дисертація присвячена питанням забезпечення стійкості легкового автомобіля в змінних експлуатаційних умовах шляхом обґрунтування вимог до його конструкції й технічного стану. У роботі досліджено коефіцієнт стійкості К_ст та використано його для комплексного оцінювання курсової стійкості автомобіля в тяговому режимі руху. Це дозволило перейти до визначення зон стійкого руху автомобілів. Виконано оцінювання впливу конструктивних й експлуатаційних факторів на стійкість автомобіля проти заносу. Проведено експериментальну перевірку теоретичних положень із визначення стійкості автомобіля проти заносу.

Отримані результати використовуються Харківським НДІ судової експертизи ім. М. С. Бокаріуса для аналізу причин виникнення ДТП; ХК “АвтоКрАЗ” для проведення науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт з розробки автомобілів; ДП «110 Харківський автомобільно-ремонтний завод» для проведення ремонту з модернізацією; Лабораторією експертизи транспорту ХНАДУ для проведення кваліметричних випробувань автомобілів. автомобіль занос зціплення тяговий

Ключові слова: курсова стійкість, коефіцієнт стійкості, момент опору, занос автомобіля, збурювальний момент.



АННОТАЦИЯ

Клец Д. М. Влияние эксплуатационных факторов и технического состояния автомобиля на его устойчивость против заноса. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2009.

Диссертация посвящена вопросам обеспечения устойчивости легкового автомобиля в изменяющихся эксплуатационных условиях путем обоснования требований к его конструкции и техническому состоянию.

В работе исследован и применен коэффициент устойчивости К_уст для комплексной оценки курсовой устойчивости автомобиля в тяговом режиме движения. C использованием в качестве критерия коэффициента устойчивости определены максимально допустимые по условию сохранения устойчивости линейные скорость движения и ускорение автомобиля. Сравнение указанных величин с действительными величинами скоростей и ускорений автомобиля, получаемыми при тяговом расчете, позволяет определить зону устойчивости автомобилей против заноса. Получена взаимосвязь между тягово-скоростными характеристиками, параметрами взаимодействия колес с опорной поверхностью, геометрическими параметрами автомобилей и показателями их устойчивости против заноса при прямолинейном движении накатом и в тяговом режиме. Предложен общий метод оценки влияния эксплуатационных факторов и изменения технического состояния на устойчивость автомобиля против заноса; в частности, определено влияние бокового смещения центра масс относительно продольной оси автомобиля, бортовой неравномерности коэффициентов сцепления, малых случайных отклонений управляемых колес от нейтрального положения, снижения мощности двигателя, смещений ведущих мостов, а также соотношения динамических радиусов ведущих колес на устойчивость автомобиля против заноса. Определено, что с ростом бортовой неравномерности коэффициентов сцепления колес с дорогой у автомобилей с симметричными коническими дифференциалами происходит увеличение устойчивости против заноса. При малой неравномерности коэффициентов сцепления и высоком значении коэффициента блокировки автомобили неустойчивы. Полученные аналитические выражения позволяют произвести оценку возможности потери автомобилем устойчивости против заноса и бокового увода передней оси, сопровождающихся боковым скольжением задних или передних колес.

Предложенный общий метод определения допустимых угловых и линейных смещений ведущих мостов позволил оценить влияние указанных смещений на устойчивость автомобиля против заноса при движении на низших передачах с высокими значениями линейных ускорений. При малых случайных отклонениях управляемых колес от нейтрального положения углы отклонений могут иметь незначительные величины, однако поворот колес может осуществляться со значительными ускорениями и скоростями, что вызывает потерю курсовой устойчивости. Полученные зависимости позволяют определить максимально допустимые скорости поворота управляемых колес, а также - максимально допустимые скорости и ускорения полноприводных, заднеприводных и переднеприводных автомобилей.

Разработанная теория оценки устойчивости автомобиля против заноса в тяговом режиме движения позволила создать компьютерную программу для определения зон устойчивого движения полноприводных и заднеприводных автомобилей. После проведения расчета возможна корректировка передаточных чисел коробки передач, а также ограничение максимальной мощности двигателя для входа автомобиля в устойчивую зону.

Проведена экспериментальная проверка теоретических положений по определению устойчивости автомобиля, а также влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на устойчивость автомобиля против заноса. Выполнялась регистрация динамических параметров автомобиля, а также угловых ускорений, которые возникают в тяговом режиме его движения. Обработка расчетных и экспериментальных данных показала, что в процессе движения заднеприводных автомобилей могут возникать угловые ускорения в начале интенсивного разгона и при движении на высоких скоростях. Полноприводные автомобили более устойчивы, однако при невысоких значениях коэффициента сцепления колес с дорогой указанные автомобили выходят из зоны устойчивого движения. Исследованные переднеприводные автомобили устойчивы против заноса в тяговом режиме движения.

Полученные результаты используются Харьковским НИИ судебной экспертизы им. М. С. Бокариуса при анализе причин возникновения ДТП; ХК «АвтоКрАЗ» при проведении научно-исследовательских и исследовательско-конструкторских работ по разработке автомобилей; ГП «110 Харьковский автомобильно-ремонтный завод» при проведении ремонта с модернизацией; Лабораторией экспертизы транспорта ХНАДУ при проведении квалиметрических испытаний автомобилей.

Ключевые слова: курсовая устойчивость, коэффициент устойчивости, стабилизирующий момент, занос автомобиля, возмущающий момент.



ABSTRACT

D. Klets. Influence of operational factors and technical condition of the vehicle on its stability against drift. - Manuscript.

Dissertation for competition of the academic degree of candidate of engineering sciences on specialty 05.22.20 - operation and maintenance of vehicles. - Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkiv, - 2009.

The dissertation is concerned with problems regarding vehicles stability by means of requirements' substantiation with respect to its design and technical condition under changing operational conditions. The K_stab factor has been investigated and applied in the given work for complex estimation of vehicle's course stability in traction movement mode. The estimation of constructive and operational factors' influence on the vehicle's stability against drift has been carried out. The experimental monitoring of theoretical positions concerning the termination of the vehicle's stability against drift has been executed.

The results obtained are used by Kharkiv Bokarius Research Institute for Forensic Expertise at analyzing the causes of Road accident occurrence; HC “AvtoKrAZ” at carrying out researches and investigation-design works for vehicles' development; PE “110 Kharkiv Automobile- Repairing Plant” at carrying out maintenance works for the purpose of vehicles' modernization; Transport Examination Laboratory of KHNAHU at carrying out vehicles' qualimetric testing.

Keywords: course stability, stability factor, stabilizing moment, vehicle drift, exciting moment.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збільшення кількості транспортних засобів в Україні призводить до постійного зростання інтенсивності дорожнього руху. Загострюється проблема підвищення безпеки, зростає кількість дорожньо-транспортних пригод і потерпілих при цьому. Щороку в нашу країну потрапляють автомобілі, що були в ужитку за кордоном, тому актуальними є питання кваліметричного оцінювання й сертифікації вказаних транспортних засобів.

Під час розслідування кримінальних справ про ДТП і розгляді їх в судах виникають труднощі, пов'язані з тим, що водії транспортних засобів у випадках втрати останніми стійкості руху посилаються або на неналежні дорожні умови (слизьку дорогу), або на несправність транспортного засобу. Однак на сьогодні в експертній практиці відсутні методичні рекомендації, що виходять з досліджень впливу коефіцієнта зчеплення шин з дорогою, тягово-швидкісних характеристик, геометричних параметрів на стійкість руху автомобілів. У зв'язку з цим вважаємо актуальним розгляд питань стійкості транспортних засобів при різних режимах їхнього руху, різних схемах приводу ведучих коліс і різному технічному стані.

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, обладнання, що виготовляються в Україні». Дослідження проводилися на кафедрі технології машинобудування і ремонту машин Харківського національного автомобільно-дорожнього університету і є складовою частиною вирішення проблеми підвищення безпеки руху транспортних засобів згідно з нормативними документами та актами України про дорожній рух;

- відповідно до наукового напрямку кафедри технології машинобудування і ремонту машин ХНАДУ, плану науково-дослідницьких робіт (ДР № 0109U004907) «Дослідження стійкості легкових автомобілів при русі накатом» на 2008-2009 рр.;

- відповідно до плану спільної науково-дослідної роботи ХНАДУ з Харківським НДІ судової експертизи ім. М.С. Бокаріуса за проблемою «Безпека дорожнього руху», зокрема на тему «Дослідження впливу стану дорожніх покриттів, які мають різні коефіцієнти зчеплення, на стійкість руху транспортних засобів» на 2006-2007 рр.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення стійкості руху автомобіля шляхом обґрунтування вимог до його конструкції й технічного стану у змінних експлуатаційних умовах.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- провести теоретичне дослідження стійкості автомобіля проти заносу з використанням коефіцієнта стійкості;

- оцінити вплив конструктивних й експлуатаційних факторів на стійкість автомобіля проти заносу;

- провести експериментальну перевірку теоретичних положень із визначення стійкості автомобіля проти заносу.

Об'єкт дослідження. Процес руху автомобіля накатом та в тяговому режимі при дії зовнішніх збурень та нестабільності параметрів автомобіля.

Предмет дослідження. Обґрунтування вимог до конструкції й технічного стану автомобіля, що забезпечують стійкість руху автомобіля накатом та в тяговому режимі у змінних експлуатаційних умовах.

Методи дослідження. Під час виконання роботи використано теоретичні й експериментальні методи дослідження. Теоретичні методи: математичне моделювання, теорія подоби, розв'язання рівнянь та їх аналіз. Експериментальні методи: натурні випробування об'єкта, електричний вимір фізичних величин.

Наукова новизна отриманих результатів:

- уперше отримано взаємозв'язок між тягово-швидкісними характеристиками, параметрами взаємодії коліс з опорною поверхнею, геометричними параметрами автомобілів та показниками їх стійкості проти заносу при прямолінійному русі накатом і в тяговому режимі;

- уперше запропоновано метод оцінювання впливу експлуатаційних факторів та зміни технічного стану на стійкість автомобіля проти заносу, а саме: визначено вплив бокового зміщення центру мас відносно повздовжньої осі автомобіля, бортової нерівності коефіцієнтів зчеплення, незначних випадкових відхилень керованих коліс від нейтрального положення, зниження потужності двигуна, зміщення ведучих мостів, а також відношення динамічних радіусів ведучих коліс на стійкість автомобіля проти заносу.

Практичне значення одержаних результатів. Методика, побудована на врахуванні взаємозв'язку коефіцієнта стійкості автомобіля з його геометричними параметрами, використовується на ХК «АвтоКрАЗ» і ДП «110 Харківський автомобільно-ремонтний завод» для оцінювання курсової стійкості на етапі проектування, а також ремонту автомобілів із модернізацією.

Метод оцінки впливу експлуатаційних факторів і зміни технічного стану на стійкість автомобіля в тяговому режимі руху використовується Харківським НДІ судової експертизи ім. М.С. Бокаріуса під час аналізу причин виникнення ДТП, а також Лабораторією експертизи транспорту ХНАДУ у проведенні кваліметричних випробувань автомобілів.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні й експериментальні результати досліджень, що виносяться на захист, отримані автором самостійно і викладені в основному в роботах, опублікованих без співавторів [9, 10]. У співавторстві здобувач:

- написав розділ 4 «Оцінка стійкості автомобіля проти заносу», окрім підрозділу 4.6, і розділ 5 «Стійкість автомобіля проти заносу під час різних збурень» [1];

- отримав залежності для оцінки стійкості автомобілів в тяговому режимі руху [2];

- визначив ідеальний розподіл крутних моментів між осями повнопривідного автомобіля [3];

- визначив дійсний коефіцієнт розподілу крутних моментів між осями повнопривідного автомобіля [4];

- оцінив уплив бортової нерівномірності коефіцієнтів зчеплення коліс з дорогою на стійкість автомобіля [5];

- визначив уплив співвідношення динамічних радіусів ведучих коліс на стійкість автомобіля проти заносу [6];

- отримав граничні значення бічних лінійних зсувів ведучих мостів за умовою забезпечення стійкості автомобілів проти заносу [7];

- отримав залежності для визначення коефіцієнта стійкості вантажних автомобілів у тяговому режимі руху [8];

- отримав залежності для визначення максимально допустимої швидкості повертання керованих коліс, а також максимально допустимої швидкості і прискорення автомобіля [11];

- визначив уплив коефіцієнта блокування диференціала на стійкість автомобіля проти заносу при асиметричному розташуванні центру мас [12];

- визначив появу негативних кутових швидкостей та прискорень, що виникають під час входу транспортних засобів у поворот [13];

- розробив математичну модель для оцінки стійкості автомобіля проти заносу під час руху накатом [14];

- отримав аналітичні залежності, що зв'язують між собою геометричні параметри автомобіля, його лінійну швидкість і кутову швидкість в площині дороги в тяговому режимі руху [15];

- отримав залежності для визначення параметрів руху автомобіля при установці на нього трикоординатних датчиків прискорень [16];

- отримав залежності для визначення зон стійкого руху повнопривідних, а також задньопривідних автомобілів [17].

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та були обговорені на: VI та VII міжнародних семінарах «Перспективы развития автомобиле- и тракторостроения» - Харків: НТУ «ХПІ», 2007, 2008; XIII та XIV міжнародних науково-технічних конференціях «Транспорт, экология - устойчивое развитие» - Варна: Технічний університет, - 2007, 2008; X і XI міжнародних науково-технічних конференціях «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы» - Севастополь: СевНТУ, 2007, 2008; VIII міжнародній науково-технічній конференції «International braking conference» - Lodz: PIM, 2007; I міжнародній науково-технічній конференції «Мехатроника строительных и дорожных машин» - Харків: ХНАДУ, 2007; міжнародних науково-технічних конференціях «Технический прогресс в АПК» - ХНТУСГ, 2007, 2008; V міжнародній науково-технічній конференції «Проблемы автомобильно-дорожного комплекса России» - Пенза: АДІ, 2008; I міжнародній науково-технічній конференції «Проблемы надежности машин и средств механизации сельскохозяйственного производства» - ХНТУСГ, 2008; I міжнародній конференції студентів та молодих вчених ВТУЗів (на іноземних мовах) «Интеграционные процессы и инновационные технологии в мировом и национальном измерении. Достижения и перспективы технических наук» - ХНАДУ, 2008; семінарі «Коммерциализация научных разработок: программы и инициативы УНТЦ» - ХНАДУ, 2008; IV Всеросійській науково-технічній конференції «Политранспортные системы», Бєлгород, 2009; наукових конференціях професорсько-викладацького складу ХНАДУ, 2007-2009.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладені в написаній у співавторстві монографії, 13 статтях у фахових наукових виданнях, що входять в перелік ВАК України, 4 збірниках тез доповідей на міжнародних конференціях та в декларативному патенті України.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, чотирьох додатків та списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації складає 219 сторінок, в тому числі 20 рисунків на 14 сторінках, 2 таблиці на 2 сторінках; список використаних джерел з 145 найменувань на 15 сторінках і додатки на 22 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання досліджень, визначено наукову новизну, практичне значення та цінність отриманих результатів.

У першому розділі здійснено аналітичний огляд виконаних досліджень і обґрунтовано обраний напрямок роботи. Виконано дослідження критеріїв та способів забезпечення стійкості руху колісних машин.

Стійкість є важливою експлуатаційно-технічною властивістю автомобіля, що визначає безпеку його руху. Стійкість розглядається у двох аспектах - проти заносу й під час заносу. У першому випадку розглядаються умови, що призводять до появи заносу, а в другому - обертання автомобіля під час бічного ковзання якоїсь із осей.

Дослідженню питань стійкості колісних машин присвячені роботи Антонова Д.О., Артьомова М.П., Богомолова В.О., Вербицького В.Г., Волкова В.П., Волонцевича Д.О., Генбома Б.Б., Гєцовича Є.М., Гредескула А.Б., Клименка В.І., Косолапова Г.М., Літвінова О.С., Певзнера Я.М., Подригало М.А., Рєвина А.А., Сахно В.П., Смірнова Г.О., Туренка А.М., Федосова О.С., Чудакова Є.О. та ін.

Проведений аналіз стійкості як прояви функціональної й параметричної стабільності автомобіля показав, що на сьогодні відсутні рекомендації щодо оцінювання стійкості прямолінійного руху автомобіля в тяговому режимі. Існуючі методи або розглядають стійкість автомобіля під час заносу, або оцінюють стійкість за запасом бічної сили на задній осі, що недостатньо. Для вибору об'єктивного критерію стійкості руху автомобіля потрібні додаткові дослідження.

У другому розділі проведено теоретичну оцінку стійкості автомобіля проти заносу за допомогою коефіцієнта стійкості.

Кількісно стійкість руху можна оцінювати за максимальною величиною зовнішнього або внутрішнього збурення, при дії якого ще зберігається стійкий рух автомобіля. Одним з оцінюваних параметрів може бути лінійне або кутове прискорення, лінійна чи кутова швидкість автомобіля або його лінійне чи кутове переміщення.

У тяговому режимі на ведучих колесах автомобіля виникають дотичні реакції, спрямовані убік руху, а на ведених колесах - у протилежний бік. На ведучих колесах дотична реакція визначається різницею між тяговою (рушійною) силою й силою опору коченню на ведучих колесах. Зазначена дотична реакція дорівнює сумі сил опору повітряного середовища P_w й опору коченню ведених коліс (рівних дотичним реакціям на ведених колесах). Якщо є запас за зчепленням на ведучих колесах, то виникає можливість утворення надлишкової тягової сили, що йде на розгін автомобіля.

Досліджений коефіцієнт стійкості дозволяє провести оцінювання стійкості автомобілів різного компонування в різних режимах руху та перейти до визначення зони стійкого руху автомобіля. Залежність для визначення максимального прискорення за умовою стійкості повнопривідного автомобіля має вигляд

(1)

де K_R - коефіцієнт розподілу дотичних реакцій;

ц - коефіцієнт зчеплення коліс із дорогою;

L - поздовжня колісна база автомобіля;

a, b - координати проекції центру мас автомобіля на горизонтальну площину;

m_a - загальна маса автомобіля;

k·F - фактор обтічності;

V - лінійна швидкість автомобіля;

g - прискорення вільного падіння;

h - висота центру мас автомобіля.

Для задньопривідного автомобіля вираз (1) буде мати вигляд

(2)

Для передньопривідного автомобіля вираз (1) буде мати вигляд

(3)

Негативний знак підкореневого виразу в залежності (3) свідчить про стійкий рух передньопривідного автомобіля в тяговому режимі.

Аналіз графіків, доводить, що досліджуваний повнопривідний автомобіль Audi A6 1.8T Quattro стійкий, оскільки криві максимального за умовою збереження стійкості прискорення проходять значно вище дійсних графіків прискорень на різних передачах. Однак при низьких значеннях коефіцієнта зчеплення коліс із дорогою зазначений автомобіль виходить із зони стійкого руху. Задньопривідний автомобіль ВMW-730 має схильність до заносу під час руху зі швидкістю 10-35 км/год на 1-й передачі, а також при швидкості більше 120 км/год на 4-й та 5-й передачах. При низьких значеннях коефіцієнта зчеплення коліс із дорогою зазначений автомобіль виходить із зони стійкого руху значно раніше. Під час руху накатом автомобілі стійкі, тому що коефіцієнт стійкості більший одиниці.

У третьому розділі досліджено стійкість автомобіля проти заносу під час різних збурень.

Рух автомобіля в тяговому режимі з раптовою появою різниці коефіцієнтів зчеплення коліс лівого й правого бортів з дорогою може призвести до заносу. За відсутності тертя в диференціалі повертальний момент не виникає, оскільки в цьому випадку тягові сили й дотичні реакції на колесах лівого й правого бортів однакові. У диференціалах підвищеного тертя й самоблокувальних диференціалах виникає додатковий момент (момент тертя), що призводить до збільшення крутного момента на відставальній півосі автомобіля й зменшення крутного момента на забігальній півосі. Різниця крутних моментів на півосях призводить до різниці тягових сил і появи повертального момента.

Умова стійкості автомобіля проти заносу при різниці коефіцієнтів зчеплення буде мати вигляд

(4)

де л_бл - коефіцієнт блокування диференціала.

Нерівномірність дотичних реакцій на бортах може бути спричинена зміщенням центру мас від поздовжньої осі симетрії автомобіля (рис. 3). Зміщення, у свою чергу, може бути викликане асиметричним розташуванням вантажу в кузові чи людей у салоні.

Коефіцієнт стійкості автомобіля при асиметричному розташуванні центру мас визначається з такого виразу

(5)



де е - величина зміщення центру мас щодо поздовжньої осі автомобіля.

Нерівність динамічних радіусів лівих і правих ведучих коліс автомобіля може бути викликана різними причинами: коливаннями діаметрального розміру шин, обумовленими неточністю їх виготовлення, неоднорідністю матеріалу, що спричиняє різницю радіальної жорсткості шин; різним тиском повітря в шинах; різним ступенем зносу протектора шин лівого й правого коліс.

Занос автомобіля виникає внаслідок появи збурювального момента, обумовленого нерівномірністю дотичних реакцій на ведучих колесах протилежних бортів машини. Вираз для обмеження допуску на величину динамічного радіуса колеса за умовою стійкості має такий вигляд

(6)

де А_ц - коефіцієнт, що враховує вплив дотичних реакцій на колесах;

- коефіцієнти опору відведенню передньої й задньої осей.

Зміщення ведучих мостів щодо їхнього номінального положення призводить до відведення, яке супроводжується бічним ковзанням коліс, підвищеним зношенням шин і може викликати порушення стійкості й керованості автомобілів.

Уплив зсуву ведучих мостів на стійкість автомобілів проявляється під час руху на нижчих передачах з високими значеннями прискорень та визначається з таких залежностей

- передній привід; (7)

- задній привід; (8)

- повний привід

де Д₁, Д₂ - бічне лінійне зміщення переднього й заднього ведучих мостів автомобіля;

д - коефіцієнт, що враховує вплив обертових мас трансмісії.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень.

У процесі експериментальних досліджень здійснювалася перевірка теоретичних положень, що відносяться до визначення зони стійкого руху автомобіля, а також впливу конструктивних й експлуатаційних факторів на стійкість автомобіля проти заносу. Виконувалася реєстрація динамічних параметрів автомобіля, а також бічних прискорень, що діють на автомобіль у тяговому режимі руху.

Дорожні випробування проводилися на таких легкових автомобілях у справному стані та стандартному виконанні:

- задній привід: ВАЗ-2105, «Москвич-412», XYJK800, BMW-730;

- повний привід: ВАЗ-2121;

- передній привід: ЗАЗ-1103, ВАЗ-2108.

Для реєстрації даних під час дорожніх випробуваннях автомобілів на кафедрі ТМ і РМ ХНАДУ розроблений мобільний вимірювальний комплекс що складається із двох датчиків прискорень Freescale Semiconductor моделі MMA7260QT, а також ЕОМ для зняття й архівації даних.

У процесі руху реєструвалися такі параметри:

- код АЦП по осі ОХ (для переведення в поздовжні прискорення автомобіля a_X);

- код АЦП по осі ОY (для переведення в бічні прискорення a_Y);

- код АЦП по осі ОZ (для переведення в вертикальні прискорення a_Z);

- час руху автомобіля t;

- швидкість руху V.

При жорстких у бічному напрямку колесах миттєвий центр повороту лежить на продовженні задньої осі автомобіля. Під час руху автомобіля з еластичними в бічному напрямку колесами миттєвий центр повороту переміщується в точку О₂, а полюс повороту - у точку D. Точка D є центром пружності автомобіля в площині, паралельній площині дороги.

Під час проведення експерименту на ЕОМ фіксувалися такі параметри:

- кутові швидкості автомобіля в площині дороги;

- кутові прискорення автомобіля;

- координати миттєвого центра повороту;

- значення миттєвих радіусів повороту автомобіля;

- лінійні швидкості автомобіля в полюсі повороту.

Виконана оцінка похибки вимірювання параметрів руху автомобіля під час динамічних випробувань показує, що відносна похибка виміру зазначених величин дорівнює похибці акселерометру (до 1 % за паспортом) при значеннях е 0,008 c^-2 та 0,08 c^-1.

На базі запропонованої методики оцінки стійкості за допомогою коефіцієнта стійкості створено програму в системі візуального об'єктно-орієнтованого програмування Delphi 7.

У відповідні поля користувач уводить параметри автомобіля, що потребує оцінювання. Після завершення введення даних і натискання користувачем кнопки «Расчет» у діалоговому вікні програма виконує побудову графіків прискорень автомобіля, максимально можливого прискорення, а також зони стійкого руху автомобіля залежно від його компонування. У полі «Результаты оценки устойчивости» відображаються швидкості виходу зі стійкої зони для кожної передачі.

Після виконання розрахунку для обробки отриманих даних у програмі закладені такі можливості:

- зміна відсотку використання потужності двигуна для побудови часткових характеристик;

- вибір 2D або 3D відображення розрахункових графіків;

- штрихування зони стійкого руху для наочності;

- відображення координат курсору у разі переміщення його за графіком;

- збереження результатів у вигляді звіту на жорсткому диску для роздруківки або подальшої обробки за допомогою команд меню «Файл | Сохранить», «Файл | Открыть».

Після проведення розрахунку можливе коректування передаточних чисел коробки передач, а також обмеження максимальної потужності двигуна для входу автомобіля в стійку зону.

Обробка розрахункових й експериментальних даних доводить, що в процесі руху задньопривідних і повнопривідних досліджуваних автомобілів виникають бічні прискорення (автомобіль перебуває в зоні нестійкого руху).

Оцінювання ступеня адекватності розробленої математичної моделі проводилося на підставі порівняння розрахункових й експериментальних даних. Розбіжність експериментальних і розрахункових даних оцінювалася за середнім та максимальним значеннями.

Отримані в ході експерименту значення критичних швидкостей відповідають розрахунковим з похибкою до 11% що свідчить про адекватність математичної моделі, запропонованої в даній роботі.



ВИСНОВКИ

1. Аналіз відомих критеріїв стійкості автомобіля проти заносу довів, що найбільш об'єктивним з них є коефіцієнт стійкості, який дорівнює відношенню граничних за зчепленням моменту опору й збурювального моменту. При Кст 1 рух стійкий, а при Кст < 1 - нестійкий. На прикладі автомобілів різних моделей визначено, що:

– Кст = 1,1 - 3,5 для передньопривідних автомобілів (SEAT Toledo 1,8 і ВАЗ-2110);

– Кст = 1,07 - 1,34 для повнопривідних автомобілів (AUDI A6 1,8 Quattro і ВАЗ-21213);

– для задньопривідних автомобілів Кст мають найменші значення й у певних випадках менші 1, що свідчить про їхню нестійкість.

2. Під час руху автомобіля накатом Кст завжди більший одиниці. На швидкостях, що не перевищують гранично можливих, величина Кст не залежить від коефіцієнта зчеплення коліс із дорогою. На граничній швидкості руху Кст прямо пропорційний коефіцієнту зчеплення коліс із дорогою.

3. Уперше отриманий взаємозв'язок Кст із тягово-швидкісними характеристиками, геометричними параметрами автомобілів і параметрами взаємодії коліс із опорною поверхнею дозволив визначити області лінійних швидкостей і прискорень, у яких зберігається стійкість автомобіля проти заносу. Наприклад, автомобіль «Москвич-412» нестійкий при швидкості руху більше 95 км/год, а автомобіль BMW-730 - при V = 10-35 км/год й V > 110 км/год.

4. Із зростанням бортової нерівномірності коефіцієнтів зчеплення коліс із дорогою в автомобілів із симетричними конічними диференціалами збільшується стійкість проти заносу. При малій нерівномірності коефіцієнтів зчеплення й високому значенні коефіцієнта блокування автомобілі нестійкі. При бортовій нерівномірності коефіцієнтів зчеплення можливе бічне відведення автомобіля, що супроводжується бічним ковзанням передніх коліс. Умовою відсутності бічного заносу задньої осі або бічного відведення передньої осі автомобіля є . При асиметричному розташуванні центра мас для забезпечення стійкості задньопривідних і повнопривідних автомобілів проти заносу необхідно, щоб коефіцієнт блокування диференціала ведучих мостів не перевищував величини . Для передньопривідних автомобілів характерна відсутність небезпеки заносу при асиметричному розташуванні центра мас і при більших значеннях коефіцієнта блокування диференціала.

5. Піднімальна сила впливає на коефіцієнт стійкості автомобіля лише за умови швидкості руху, що перевищує 150 км/год. При малих випадкових відхиленнях керованих коліс від нейтрального положення, кути відхилень можуть мати незначні величини, однак повертання коліс може здійснюватися зі значними прискореннями й швидкостями, що викликає втрату курсової стійкості. Отримані залежності дозволяють визначити максимально припустимі швидкості повороту керованих коліс, а також - максимально припустимі швидкості й прискорення повнопривідних, задньопривідних і передньопривідних автомобілів.

6. Технічний стан автомобіля впливає на коефіцієнт стійкості. При падінні максимальної потужності двигуна на 10 % відбувається збільшення Кст на 4,2 % у задньопривідних автомобілів й зменшення на 20 % і на 1 % відповідно в передньопривідних і повнопривідних автомобілів. Запропонований загальний метод визначення припустимих кутових і лінійних зміщень ведучих мостів дозволив оцінити вплив зазначених зміщень на стійкість автомобіля проти заносу під час руху на нижчих передачах з високими значеннями лінійних прискорень. Зміщення ведучих мостів не впливає на стійкість проти заносу передньопривідних автомобілів. Повнопривідні автомобілі мають більш високу, порівняно із задньопривідними, стійкість проти заносу. Для задньопривідних автомобілів максимально припустимі кутові зсуви мостів становлять від 0,5? до 6? залежно від потужності двигуна. Вперше отримана залежність гранично припустимого співвідношення динамічних радіусів ведучих коліс лівих і правих бортів за умовою стійкості автомобіля дозволила визначити, що зазначена величина, залежно від максимальної швидкості руху, становить 8...15 мм.

7. Виконані за допомогою розробленого в ХНАДУ мобільного вимірювального комплексу експериментальні дослідження стійкості автомобіля проти заносу підтвердили основні теоретичні положення. Отримані в ході експерименту значення критичних швидкостей відповідають розрахунковим з похибкою від 2,5 % до 11 % (залежно від досліджуваної моделі автомобіля).

8. Розроблена комп'ютерна програма дозволяє в автоматичному режимі здійснювати оцінку стійкості задньо- і повнопривідних автомобілів, за необхідності давати рекомендації з коректування передаточних чисел трансмісії й обмеження максимальної потужності двигуна за умовами потрапляння автомобіля в область стійкого руху. Результати дисертаційної роботи використовуються Харківським НДІ судової експертизи ім. М. С. Бокаріуса для аналізу причин виникнення ДТП; ХК “АвтоКрАЗ” для проведення науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт з розробки автомобілів; ДП “110 Харківський автомобільно-ремонтний завод” для проведення ремонту з модернізацією; Лабораторією експертизи транспорту ХНАДУ для проведення кваліметричних випробувань автомобілів, що підтверджує практичну цінність проведеної роботи. Результати дисертаційного дослідження також можуть використовуватися під час оцінювання стійкості проти заносу інших видів колісних машин.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Подригало М. А Динамика автомобиля: [монография] / [Подригало М. А., Волков В. П., Клец Д. М. и др.] ; под ред. М. А. Подригало. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2008. - 424 с.

Подригало М. А. Определение устойчивости автомобиля против заноса при движении в тяговом режиме / М. А. Подригало, Д. М. Клец // Вісник НТУ «ХПІ». Автомобіле- та тракторобудування. -2007. - Вип. 12. - С. 127-136.

Подригало М. А. Оценка распределения крутящих моментов между осями полноприводного автомобиля / М. А. Подригало, В. П. Волков, Д. М. Клец // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка. Тракторна енергетика в рослинництві. -2007. - Вип. 60. - С. 178-184.

Подригало М. А. Идеальный и действительный коэффициенты распределения крутящих моментов между осями полноприводного автомобиля // Вісті Автомобільно-дорожнього інституту : науково-виробничий зб. / М. А. Подригало, Д. М. Клец. - Горлівка: АДІ ДВНЗ «ДонНТУ», 2007. - №1 (4). - С. 97-105.

Подригало М. А. Устойчивость автомобиля при бортовой неравномерности коэффициентов сцепления колес с дорогой // Вестник ХНАДУ : сб. научн. тр. / М. А. Подригало, Н. С. Корчан, Д. М. Клец. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2008. - Вып. 22. - С. 38-42.

Подригало М. А. Влияние соотношения динамических радиусов ведущих колес на устойчивость автомобиля против заноса / М. А. Подригало, Д. М. Клец, А. У. Абдулгазис // Вісник КІПУ. - Вип. 11. - 2008. - С. 10-15.

Подригало М. А. Влияние эксплуатационных характеристик надежности на устойчивость легковых автомобилей против заноса / М. А. Подригало, Д. М. Клец // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка. Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва. - 2008. - Вип. 69. - С. 388-395.

Корсун М. Б. Оценка курсовой устойчивости грузовых автомобилей в тяговом и тормозном режимах движения / М. Б. Корсун, М. А. Подригало, В. П. Волков, М. В. Байцур, Д. М. Клец // Вісник Східно-українського національного університету ім. В. Даля. - Севастополь: СевНУ, 2008. - Вып. №7 (125). - С. 115-121.

Клец Д. М. Вплив схеми трансмісії та колісної формули автомобіля на його стійкість / Д. М. Клец // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка. Механізація сільськогосподарського виробництва. - 2008. - Т. 1, Вип. 75. - С. 480-488.

Клец Д. М. Влияние аэродинамических характеристик автомобиля на его устойчивость против заноса / Д. М. Клец // Вісник НТУ «ХПІ». Автомобіле- та тракторобудування. - 2008. - Вип. 58. - С. 104-108.

Подригало М. А. Устойчивость автомобиля при малых случайных отклонениях управляемых колес от нейтрального положения // Вісті Автомобільно-дорожнього інституту: науково-виробничий зб. / М. А. Подригало, А. А. Бобошко, Ю. В. Тарасов, М. В. Байцур, Д. М. Клец. - Горлівка: АДІ ДВНЗ «ДонНТУ», 2008. - №2 (7). - С. 5-13.

Подригало М. А. Устойчивость автомобиля против заноса при асимметричном расположении центра масс / М. А. Подригало, Д. М. Клец // Вісник ХПІ. - 2008. - Вип. 1. - С. 167-176.

Подригало М. А. Сравнительный анализ надежности в управлении трехосных и двухосных автомобилей КрАЗ / М.А. Подригало, А.А. Бобошко, Д.М. Клец, Р.Ю. Сальников // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка. Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва. - 2009. -Вип. 80. - С. 256-261.

Додаткові публікації

Подригало М. А. Определение устойчивости автомобилей против заноса при движении накатом // Транспорт, экология - устойчивое развитие: сб. докладов XIII научно-технической конференции с международным участием / М. А. Подригало, Д. М. Клец. - Варна, 2007. - С. 600-607.

Klets D. Stability of an automobile in the hauling mode of motion // Integration processes and innovative technologies. Achievements and perspectives of Engineering Sciences : collection of scientific works International Conference / Dmitry Klets - Kharkiv, 2008. - P. 42-44.

Klets D. Accelerometers application in the automobile dynamic testing // Active Processes in Higher Technical Education to Train Specialists for Transportation and Highway Engineering and Automobile Industry : collection of scientific works International Conference / D. Klets, A. Korobko, M. Podrigalo, E. Voronova. - Kharkiv, 2009. - Р. 51-54.

Корчан Н. С. Экспертное исследование устойчивости движения транспортных средств / Н. С. Корчан, М. А. Подригало, В. Н. Павленко, Д. М. Клец // Теорія та практика судової експертизи та криміналістики. - 2007. - № 7. - С. 288-289.

Пат. 40814 Україна, МПК В60Т 1/00 27.04.2009. Спосіб керування поворотом транспортного засобу / Абрамов Д. В., Подригало М. А., Бобошко О. А., Клец Д. М.; заявник та патентовласник Харківський нац. автом.-дорожн. університет. - № u 2008 13743; заява 28.11.08 ; опубл. 27.04.09, Бюл. № 8.

Размещено на Allbest.ru

...