автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Методика выбора параметров автомобиля по показателям устойчивости и управляемости при действии возмущений от дороги

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 . Основные направления развития методов анализа курсового движения транспортного средства

1.1. Обзор литературных источников

1.2. Обоснование объекта и методов исследования.

ГЛАВА 2 . Математические модели системы ДОРОГА-ШИНА

АВТОМОБИЛЬ-ВОДИТЕЛЬ

2.1. Теоретические основы построения общего алгоритма составления уравнений движения транспортного агрегата

2.2. Поперечные реакции.

2.3. Сервосвязь от заданной траектории движения.

2.4. Модель курсового движения транспортного агрегата при выполнении маневра.

2.5. Матричная форма дифференциальных уравнений движения транспортного агрегата и структура программных идентификаторов

2.6. Вывод уравнений курсового движения для простейшей плоской расчетной схемы

2.7. Вычислительные алгоритмы

2.8. Моделирование воздействия от неровностей дорожной поверхности

2.9. Характеристики стохастического воздействия от неровностей дорожной поверхности.

2.10. Структура баз данных и программных модулей.

ГЛАВА 3. Экспериментальная апробация имитационной модели.

3.1. Методика проведения натурного эксперимента.

3.2. Методика обработки данных натурного эксперимента.

3.3. Проверка адекватности принятых математических моделей.

ГЛАВА 4. Результаты исследования курсового движения транспортного агрегата при действии дорожных неровностей.

4.1. Базовые объекты исследования.

4.2. Обзор исследований базовых объектов.

4.3. Комплексное тестовое испытание транспортных объектов на устойчивость и управляемость при действии дорожных неровностей.

4.4. Исследование специальных транспортных объектов.

Содержание представляемой диссертации лежит в русле теоретических и экспериментальных исследований проводимых на протяжении многих лет на кафедре теоретической механики МАДИ. Эта научная школа была создана основателем кафедры и её бессменным руководителем до 1990 года заслуженным деятелем науки и техники РСФСР , д.т.н., профессором A.A. Хачатуровым. В 1976 году авторский коллектив кафедры издал фундаментальный труд - монографию "Динамика системы дорога-щина-автомобиль-водитель" [1]. В настоящее время научная работа в этом направлении продолжается на кафедре теоретической механики сотрудниками кафедры под руководством заведующего кафедрой профессора В.П. Жигарева.

Научное направление работ кафедры теоретической механики МАДИ(ТУ) характеризуется:

- системным подходом к изучению единого объекта, который определен как «Дорога-Шина-Автомобиль-Водитель»,

- широким использованием методов аналитического описания и исследования и , в частности, теоретико-вероятностных методов,

- введением в расчет статистических характеристик микропрофиля дорожной поверхности, полученных с помощью разработанного и внедренного на кафедре уникального метода записи микропрофиля , ориентацией на выполнение аналитических расчетов на ЭВМ по разработанным алгоритмам и программам.

В области плавности хода, устойчивости и управляемости автомобиля , нагруженности его конструкции на кафедре подготовлено и защищено около 20 кандидатских диссертаций.

Одной из первых работ по теме диссертации была кандидатская диссертация Б.М. Додонова «Исследование курсовой устойчивости автомобиля при действии случайных возмущений от дорожной поверхности», выполненная в 1970 году.

В диссертации, представляемой к защите, использован накопленный научный потенциал, который развит с учётом современного уровня и новых программных средств. >

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Сформирован структурированный объект, представляющий транспортный агрегат как механическую транспортную систему с введением сервосвязи, имитирующей функции управления. Разработанный объект позволяет рассматривать широкий спектр конструктивных схем транспортных агрегатов.

2. Разработан вычислительный алгоритм, позволяющий проводить имитационное моделирование курсового движения транспортных агрегатов при действии возмущений от неровностей дорожной поверхности, включающих как детерминированную, так и случайную компоненты.

3. Рекомендовано применение разработанных вычислительных алгоритмов для решения задач оптимизации показателей устойчивости и управляемости создаваемых конструкций транспортных агрегатов, а также для уточнения расчетных показателей нагруженное™ элементов подвески и шин поперечными составляющими реакций дорожной поверхности. Возможной областью применения предлагаемых расчетных схем является моделирование развития поведения автомобиля при совершении сложных маневров в нештатных ситуациях (вынужденный обгон, объезд препятствия и др.)

4. Проведенные на принятых базовых объектах исследования позволяют сделать ряд качественных и количественных выводов:

- действие дорожных неровностей имеет небольшую ответную реакцию автомобиля по линейному смещению в поперечном направлении, но при обычном уровне воздействия поперечные ускорения достигают значительных величин порядка 2-3 м/с2,

- большая зависимость расчетных показателей от назначения режима управления в обычных эксплуатационных условиях (прямолинейное движение на магистральной дороге) является основанием для использования в этом случае расчетных схем без введения функции управления,

- для расчетов движения транспортного агрегата в стесненных условиях (плотный транспортный поток, препятствия в виде ограждающих дорожных конструкций и др.) рекомендуется использовать расчетные схемы с введением управляющей сервосвязи,

- для маневров по сложным траекториям с большой кривизной введение управляющей сервосвязи вполне адекватно описывает динамику автомобиля в подобных эксплуатационных режимах,

- среднеквадратические значения поперечных реакций при движении по дорожной поверхности с реальным микропрофилем составляют около 25% от величин нормальных реакций на передней (управляемой) оси при учете управляющей сервосвязи,

- учет влияния поперечных сил на 10. 15% уточняет расчетные величины нормальных реакций.

5. Использованные в диссертации методы натурных испытаний с использованием видеосъёмки и последующей компьютерной обработкой видеоизображения могут использоваться в качестве экспресс-методов для исследовательских целей.

6. На основе анализа качественных характеристик движения транспортного агрегата при взаимодействии транспортного агрегата с единичной неровностью разработано проектное предложение по комплексному тестовому испытанию для включения его в список рекомендованных сертификационных испытаний устойчивости и управляемости объектов автотранспортной техники. В диссертации даны рекомендации по назначению параметров испытательного режима.

7. Эффективность разработанного программного обеспечения подтверждена при выполнении научно-практической исследовательской работы по внедрению резинокордных настилов железнодорожных переездов, в которой получены конкретные рекомендации по выбору параметров жесткости настила и режима движения по переезду Эти рекомендации переданы для практической реализации.

8. Теоретические разработки использованы для включения их в учебный процесс.

1. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель. Под ред. А.А.Хачатурова. М., Машиностроение, 1976.

2. Кольцов В. И. Уравнения первого приближения курсового движения автомобиля по неровной дороге /СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ МАДИ "Методы и средства повышения надежности материалов и сооружений на автодорогах с учетом транспортных воздействий" Москва 1996

3. АсриянцА.А., Хачатуров A.A. , Шестаков И.Н., Яковлев Е.И. Исследование криволинейного движения автопоезда с помощью АВМ /ТРУДЫ МАДИ УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, Выпуск 91, Москва 1974

4. АсриянцА.А. Хачатуров A.A. Шестаков И.Н., Яковлев Е.И.-Аналитический расчёт траекторий криволинейного движения автопоезда/ ТРУДЫ МАДИ УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, Выпуск 91, Москва 1974

5. Асриянц A.A., Хачатуров A.A., Шестаков И.Н., Яковлев Е. И. Приближённый аналитический расчёт коридора прямолинейного движения автопоезда с учётом вертикальных колебаний / ТРУДЫ МАДИ УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, Выпуск 91, Москва 1974

6. Гольдин Г.В., Додонов Б.М. Хачатуров A.A., Юрик B.C. О влиянии боковых сил на поперечные угловые колебания автомобиля/ ТРУДЫ МАДИ УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, Выпуск 91, Москва 1974

7. Гольдин Г.В., Додонов Б.М., Хачатуров A.A. , Юрик B.C. -Кинематический анализ зависимой подвески автомобиля / ТРУДЫ МАДИ УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, Выпуск 91, Москва 1974

8. Гольдин Г.В., Додонов Б.М., Хачатуров A.A., Юрик B.C. К расчёту поперечной угловой жесткости различных типов подвески автомобиля/ ТРУДЫ МАДИ УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, Выпуск 91, Москва 1974

9. В. В. Ванцевич. М.С. Высоцкий, J1. X. Гилелес "Новое направление развития теории движения мобильных машин" /Автомобильная промышленность. 1997, № 8

10. Павлюк А. С. Математическое моделирование движения автотранспортных средств для оценки устойчивости и управляемости: Учеб. пособие. Барнаул: Алт. ПТИ. - 1991. - 92 е.: ил. - На рус.яз. -Российская Федерация. - Библиогр.: с. 88-91 (52 назв.)

11. В.А. Иларионов, И.К. Пчелин, Ю.Г. Огиенко Оценка влияния случайных возмущений на управляемое движение автомобиля МАДИ-СИБАДИ, Омск

12. Л. Л. Гинцбург Модель водителя для исследования движения автомобиля по заданной траектории /Автомобильная промышленность, 1997, № 8

13. Helms Н., Bormann V. Seitenkrafter durch Fahrbahnunebenheighten / Strassenbau und Strassenverkehratechn .- 1979 №272, C.23-48

14. When the whole is less than the sum of parts /Vasilas Gary S.//Autom. Manuf. and Prod. Autom. Manuf. . .-1997. -109, #12.-С.42-43.-Англ.

15. Model of steered tyred wheel, three -dimension problem / Lozia Zbignev//Mech. teor. i stosow.-1997.-35,#4.-C.849-870,- Англ.

16. The car steerability research on the basis of freguency response characteristics to random steering input / Pieniazek Wieslaw // Selec. Prob., Struct. Mech. Mach. Des. Prod. Eng. Motor and Railway Vehicles Org. Chem — Cracow. 1995 — C. 276-285.— Англ.

17. The design of a control coupled observer for the longitudinal control of autonomous vehicles / Choi Seibum Ben // Trans. ASME J. Dyn. Syst., Meas. and Contr — 1998,— 120, № 2. C. 288-289,— Англ.

18. High performance system dynamics simulation of the entire system tire-suspension-steering-vehicle / Ammon Dieter, Cipser Michael, Rauh Jochen, Wimmer Jürgen II Vehicle Syst. Dvn.— 1997,— 27. .V- 5-6 — C. 435-155. -Англ.

19. Вычисляемые параметры математической модели

20. Оператор расчетной величины