автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение устойчивости прямолинейного движения трехколесного транспортного средства

болгоградсн;й ор» тгудшого красного сштл

ПОШЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ОГОРОДОВ СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ГОВШШНИЕ УСТОШИБХТИ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДОЕНИЯ ТРЕХКОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Специальность 05.05.03 - Автомобиля и тракторы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград -

<

1991

Работа выполнена в Нижегородском ордена Трудового Красной» Зншени политехническом институте. .

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор физико-математических иву*, профессор Н.А.ЗУФАЕВ

доктор технических наук, профессор Г.А.СЫИНЮВ кандидат технических наук, доцент С.В.КЛЕМЕНТЬЕВ

ведущее предприятие:

- Производственное объединение завод им. Дегтярева

Защита состоится" /99/ ~'г 6 /'/' "на заседании сПйция

лизированного. совета К 063.76.01 Вандеградского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института. ЧСОО&с, оъ&я пр^тхю, 2$ . ■•.■./.•■■.,; с

С диссертацией можно ознакомиться/ в3 библиотеке волгоградского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института.

19?./ г.

Ученый секретаре, -специализированного совету рандадед технических- науд,-

В.А.ОКОГИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В экономической жизни современного общества транспорт выполняет особые задачи, эффективность реиения которых определяется но только совершенствованием организации я применением прогрессивных способов перевозок, ускорением создания и .внедрения нозой техники, но и форкмрованием структуры транспорт; средств, каалучвим образом отвечающей общественным потребностям. Специальные ыототраиспортные средства с трехколесным засси для перевозки пассажиров и небольших грузоэ органично вошли в транспортные систе;.« многих стран. Выбор их конструктивных параметров, обеспечивающих устойчивость движения, управляемость и снижение вибровоздействия на водителя,повышает безопасность эксплуатации, позволяет предотвратить потери от дорогшо-транспортньгс происшествий.

Работа направлена на реализации задач, стоящих перед машиностроением я автомобильным транспортом страны в части повышения качества выпускаемой продукции, сокращения сроков её разработки, повышения эффективности работы и безопасности движения и проводилась по заказу СКО-МОТО машиностроительного завода им. В.М.Ряби-кова г.Тула (договор о содружестве от 28.12.82г. и 9.04.34г.; Г* Г.Р; 0181.4009552). Тема вклпчалась и координационный план на-,учно-исследовательских работ Минвуза СССГ на 1981-1985гг., в котором соисполнителем являлся Горьковский политехнический институт. , Автор работы - ответственный исполнитель темы.

. Целью работы является разработка на основании теоретических и экспериментальных. исследований методики расчета характеристик . прямолинейного■движения СМТС и выбор на её основе конструктивных. ■ параметров и размеров, обеспечивающих повышение устойчивости прямолинейного движения и снижение виброактивности рулевого управления грузового мотороллера Тульского машиностроительного завода.

• Объекта исследования. Грузовые мотороллеры: ГМЗ-5.402 с кузовом я местом для водителя и пассажира грузоподьемностьо 2100 Н; Ti.i3-5.403 с кузовом и местом для водителя грузоподъемностью 2800 Н; 1МЗ-5.403Ф с фургоном и местом для водителя грузоподъемностью 2300 Н.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые: проведены теоретические и экспериментальные исследования по оценке устойчивости прямолинейного движения грузового мотороллера; про-

ведены исследования математических моделей трехколесной транспортной машины с различной степенью идеализации ! свойств колеса и линейности связей; предложена математическая модель и составлены уравнения движения для пространственной схемы трехколесного транспортного средства с учетом воздействия на руль вода-теля, вертикальных и угловых перемещений подрессоренных и нэпод-рессоренных массу нелинейных зависимостей трения в рулевом управлении и :сил сопротивления уводу колес;, экспериментально определены характеристики биомеханической модели водителя, влияющие на дина- • мические характеристики системы; экспериментально определены характеристики бокового увода вин; путем расчета с помощью ЭВМ выполнен анализ влияния конструктивных параметров и размеров ГМ на устойчивость прямолинейного движегахя и виброактивность рулевого привода, разработаны конкретные рекомендации, направленные на повышение безопасности движения исследуемого транспортного средства,

.Практическая ценность. Исследование параметров прямолинейного движения специальных мототранспортных средств представляет научный к практический интерес. Разработанные математические модели СМТС позволяют по заданным конструктивным параметрам определять и оценивать характеристики прямолинейного движения, прогнозировать свойства 01ТС на стадии проектных работ, сокращая время и затраты на создание безопасной, с этой точки зрения, конструкции, транспортного средства. ' / ' ' '

Реализация работы. Результаты работы использованы СК0-М0Т0 Тульского машиностроительного,завода при проектировании образцов новой техники и в учебном процессе кафедры "Автомобили и тракторы" Нижегородского политехнического института. • "

Апробация работы. . Основные положения диссертации докладывались' и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" (1984, Москва, НАМИ), на одиннадцатом Всесоюзном научно-техническом семинаре "Качение эластичного колеса" (1986, Горький), на региональных научно-технических конференциях "Повышение эффективности проектирования и испытаний автонобиля" (1984, 1985, 1986, Горький), на научно-технических конференциях НТО Машпром (1982, 1983, Горький), на научных конференциях молодых ученых Волго-Вятского региона (1983, Горький) и Горьковс-кой области (1981, 1983, Горький).

Публикации. По результатам работы опубликовано 4 статьи и 3

тезяса допладсз, выполнена -2 каучно-технхческих отчета, прог'::~;г государсгаекнуа регистрам«.

'Сбт.оч гэботц. Д:!ссоргах;:я состоя? из ззедеиия» четкр-зх г.--.-;. спаоуд «еполъзозгь-ноЯ литература и- прилохе.тлй. Ра-'сг,а содорг;;т 3 цолс;.; 161 страницу, п тО'Л число 135 страниц мз.'лннс.-:!-снего текста, 43 ркеунтссв, 2 т&с'тода, сгасох литератур! из 1ГЛ исииеноззгай (33 на ккостраш»?;* языке) и 4 приложения.

содзеже работы

Во введения отмочена актуальность, новизна ;; прзктачзск.::; з{:а«-*:ость работа, обоснована со цель, сформулированы основ: положения, которое яиносятся на закату.

3 по р!с Г. глаз е- дан нратт-лй обзор литератугк точгГ.:коз по исследозакаа усгоГлг.'.всгтк дзягепкя автомобилей, цагсяоз, сле;:.::азп>кнх коготрзнгпортньх средств е трехколесном ;':сс:;. Выполнен кратк/.л анализ «гтодов оценка устойч^регтя авто-гра..:::^-икс средстп. Отмечена необходимость .учета занятая на харзктс*~.зти~ тси движения связеЛ, обусяеодяшэе действием на гугь аодятея:;. Сп-редоленм задачи и цель *,;сследсззгая.

Исходдао положения- по оценке -устойчивости прямолишВнсго дшиеняя млглгн с трсхкоясснга сасси разрабатывались И.И.^етуллан-тгл, М.В.Келдагем, О.И.Нейяархом, Н.А.Суфаевш. Исследован;« устойчивости движе.чяя мотодакяоз и проблема:.! ::х консгруирсвснлк :*. эксплуатации посвящены работы Р.Гракмеля, В.А.Ечеистова, Л.Ъ.Зуб-коба, Е.З.Соятиенко, В.А.Укнязккяа, В.Г.Михайлова, О.Б.Козглезой, 0.И.Ткачонко,И , , «У. РасЬеъ пеад ,

И.&со.'-горн, Н.Такэо и др. Дшакяка пряяояинеГяого двяхензя ?:.'.гля • с трехколесным пасеи изучается в работах С.5.0шйко, ¿.СЬеп, т.тсгп ;г др. Исследование механических импеданс шд: характеряст:::: тела человека и согнутой руки (характерной рабочей позы водителя) випояноао з работах Ю.И.Засильеза, З.В.Борясова, В.П.Матвес"?., С.В.Алексеева, Ц.Соеътапп и др.

Обзор работ, относящихся -г; кзучежв прямолинейного движения полесиас мазтя, потозкзаег, что в настоящее время исследования устойчивости спз:з:здыпге моготранспсртьг-к средств с грзхяогес!-л:м сзссп из ведутся таг систематически г в такой сбтс:.'2, гак г.гало-глчниз исследования автомобилей и мотоцнкляз, л поэтс'7 трсбуот дополнительного изучения.

Анализ литературу, посвященной-специальным нототранспортным - ь

средствам, в том числе и с трехколесным сзсси :: оценка реальных условий эксплуатации показали, что применение СМ'Ю для перевозки набольших грузов совершенствует структуру АТС, снижая остроту потребности в транспортных услугах; вопросы безопасного движения СЬПС имеют исключительную важность; оценка устойчивости движения И! до сих пор не проводилась; экспериментальное определение некоторых параметров, необходимых для теоретических расчетов, не выполнялось; используемые критерия устойчивости АТС не эффективны при определении условий устойчивости динамической система на стадии проектирования. В соответствии с этим возникают сладугцие задачи: I.,Разработать математическую модель транспортной кааины с трехколесным шасси для теоретического анадиза характеристик прямолинейного дваяеншг.

2. Оценить возможность идеализации свойств колеса и линейности связей при исследовании характеристик устойчивости СМТС.

3. Исследовать влияние основных конструктивных параметров и размеров, грузового мотороллера, параметров модели водителя на устойчивость прямолинейного движения; определить условия устойчивости и снижения виброактивности рулевого у прав легаш.

4. Провести экспериментальную проверю/ теоретических предпосылок к адекватности математической модели реального объекту исследований. " '

Ъ. Разработать рекомендация по соверпенствованию конструкции гру-зовогЬ мотороллера с цзлью повышения безопасности^движения.

Втор ая глава посвящена 'математическое моделированию СгЛТС при его шлих- отклонениях от прямолинейного движения. Дня-решения поставленных задач разработана математическая модель,- . ' р::с.1. .

При" выводе уравнений движения трехколесного транспортного средства сделаны следующие упрощающие предположения: I) рама и валка управляемого колеса - твердые тела, деформаций изгиба и кручения пренебрежимо малы; 2) моменты инерции задних колес малы по сравнению с моментами инерции подрессоренной массы; 3) неуравнове-пзпности и гироскопические моменты вращающихся ь;асс двигателя » трансмиссии пренебрежимо малы; 4} колебания масс мотороллера- малы; 5) качение происходит без скольжения, математическая модель качения колеса описывается в соответствии с нелинейной теорией увода; 6) невозмущенное да&кенза иаяармяера — прямолинейнее два-пение с постоянной скорость». Иолдайшй шаиш. определяется обой;-. 5 •

Расчетная модель трехколесной транспортной мяшки

¡ценными координатами У, г , ^ , о , £ , * , где У , 2 - декартовы координаты точки Ог ; Л я <£ - углы поперечного и продольного наклона ::уаоза; £> - угол кекду* продольной осьп капшны и ось» и' ; 2С - угол между маятниковым рычагом л перпендикуляром к осп поворота управляемого колеса; ^ - угол поворота руля. Скорости бокового смешения точек К* , Кг, Кз записаны в виде и < - - V V со 1Л X Л'л <9 } Ссг в + 019 ^ ^о о! - с^ ^иг -уъ^О-ОьО^

еде V - скорость движения вдоль оси Он'; 6а ~ константа,определенная через геометрические размеры модели.

"Хотя предполагается,что колеса катятся без скольяения.исполь-юванне гипотезы бокового увода позволяет считать эту систему гс-¡ономной, уравнения движения записывайте;! з виде уравнений Лзгран-:а П-го рода: к

а^к/ ¿л

где SL- - функция Лаграша, ; Т - выражение кинетической

энергии; П - потенциальная энергия; R - функция'Релея; - обоб-ценнкэ силы, определяемые силами взаимодействия колес с дорогой; 1-и - обобщенные координаты систем.

В соответствии с представлениями- о модели качения колеса, в точке контакта возникает сила Ру * <f.w Kya.S , где ¿ К40-

козффщиент сопротивления боковому уводу, определявши для малых значений углов увода S , как тангенс угла наклона касательной из. начала координат к кривой KyS; коэффициент» учнтазакхрга изменение нормальной реакции. Для определения обобщенных- сил, есз-ннкаюдих вследствие взаимодействия колес с дорогой, составлено выражение виртуальной работы этих сил:

$Л- Р^ч (Sy-*aiSe*é0cl-c.s^) + ~сгг$в).

Следовательно % = Ру", й.э -PyiQi -Руг Qi.; Pyi Выражение кинетической энергии расчетной модели имеет вид т- rnVc + i¡t(Ai'+Bjá^ceVШт'/г /ЫрЦ2] - 4sCKf *

где m , я?* - массы, подрессоренной- части СМТС и переднего колеса; A i 3 > С - главные центральное моменты инерция подрессоренной части; 'Xo'ir У о 5 »-¿os - проекции скорости-поступательного движения центра переднего колеса вдоль осей системы координат Ъ ; А*., С к - диаметральный и: осевой моменты инерции управляемого колеса; р , ^ , | - скорости вращательного движения колеса.

Потенциальная энергия системы записана в виде ; ' - -Л -- mgZc+rnxg Zor+ 1¡zCiM +4[г Сгй-г •'í/zCj У* где 2с , Z05- координаты центров масс подрессоренной части и переднего колеса; С<, Сг, Сз - жесткости упругих элементов передней, задней подвесок и упругого элемента модели руки водителя; , Ьг ~ деформация упругих элементов передней и задней подвесок; У -■ угол поворота руля.

Функция Релея имеет вид: ^

О. '

Здось —"сухое" трение в демпфере рулевого управления;; &

коэффициенты демпфирования передней,, задней- подвесок- и. модели: руки водителя. ■ . , -

Уравнения: движения пространственной трехколе-

сной модели мототранспортного средства для горизонтальных колебаний имеют- вид:

ir 1 ■

(глксёг+ тс&г)^-* (т* - гослОгйо - ^кcsin2)Z 4 {С«чё7/х}1 +

с С(т*с.й й + 4*67)^+ (с(Ь + 2сГш -Кт^с

+ сСг-1-Лкб7)о - Вчс ® =о-

* Гткбс(с 6«) * <МА * Ак}-

- (2С1Яг блВчо»ЛсЕ.+ Сс, С-, Сзг.)^ +■ [ткёч (с, йа +5.'^«-

/и (пп+тк)у-г < йМУ ! тк ёв - ло Йй) ¿' /(5 </ */« /м«- а, <9 -

- С3га,/у}0= о

/\f7vSvy +

+ (уд Ск^/лХ /г-С|С/V)+ ]7>?<и)сУц; V дяя вергикашя« (т+ткАз Ан)г 4-[г$г-г8*Ач)2 + гСчг~тка, Аз А»(2#г аг -/ьо, С» ^'-т-гА, А« -ЯгС^ф.) -ГиАчр Сг 2 ЗгА\? /

[Пксг/Аз, 'Ач2 ± (гагЯг-а* Ри'/]«)?- +С,з2 + ГотД,1^- ткМс+ачра + (^»а'Д» + га^Яг.)^'■»■¿Сг/р'+'/пхсгг А% ^ +

'здесь ¿V » Si t.Se. §7 , Аз, А« , , З1/1 , Си, Сл , Сгг. , Сч! -/обозначения вспомогательных констант, -зависящих от параметров СМТС. Независимость колебаний з 'горизонтальной и вертикальной плоскостях позволяет при решении поставленной задачи ограничиться кс-• следованием первых четырех. -

Для исследований устойчивости дзгакеггая динамических систем, решакцях технические проблема, предпочтительно создание методики, позволяющей получить характеристики двкхения в общем виде. Наряда с расчетной схемой (рясД), содержащей в рулевом управлении существенно нелинейный элемент-демпфер'"сухого" трения, используются линеаризованные модели маашга с жесткими и упругими колесам. Ап~ • лрокскмзция нелинейной функции линеаризованной зависимость» выполнена в. соответствии со вторым 'криго^ием эквивалентной статической линеаризации Казакова'.. Физический смысл эквивалентности параметров заключается в равенстве мощностей рассеивания линейгъм и нелинейным демпферам.

Идентификация математической модели и объекта исследования ьмполнкется методом сопоставления характеристик модулей передаточных функций, получении* в результате аналитических экспериментальных исследований. Используя систему дифференциальных уравнений движения модели в.горизонтальной плоскости, в результате представления её в операторной форме и в соответствии с правилом Крамера, получено совместное решение неоднородной системы линейных , уравнений и определен модуль передаточной функи^т динамической системы от воздействия микропрофиля дороги к -угловым колебаниям управляемого колеса в виде: . _ .

»де с^ , Ег » Ез,. Еч > Ез «Л , б/ , Л , А» - констан-

ты, определенные через физические параметры и размеры математической модели. .

Третья г.лава содержи аналитические исследования уравнений движения с поморья ЭВМ. Программа для ЗЗУ -по расчету характеристик устойчивости прямолинейного движения СГ.ГГС описаны в Приложении к диссертационной работе. 'Определены условия устойчивости физических процессов з рулевом управлении к курсового движения, выполнен анализ влияния конструктивных параметров и размеров грузового мотороллера на устойчивость движения. Используя получен-ну» систему дифференциальных уравнений движения в горизонтальной плоскости, и предполагая идеально ровной поверхность дороги

- о ,- при отключенном демпфере руля Игр- = 0 составлено характеристическое уравнение для линеаризованной модели:

р ¿5р ".С учетом известных

теоре» Ляпунова, определяющих необходимые, я достаточные условия устойчивого движения, задача сводится к изучению поведения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости. Возможность снижения степени характеристического уравнения при подстановке у - и , приводящей к уравнению стационарного двикелия Цгч-в и один нулевой корень указывают на многообразие стационарных движений и неустойчивость курсового движения. Используя определитель Гурвииа и алгебраический критерий 1ьенара-Шилара составлены необходимые и достаточные условия для определения знаков вещественных-частей всех корней характеристического уравнения.

Границы области устойчивого движения построены на плоскости

Ю . . ■•-'•■'■".

параметров Сл и V (вынос управляемого колеса к скорость дви-пеняя) с патом - 0,002 и я C.V = 0,5 м/с. За точку границы области устойчивого движения принята точка, предкествусцая смене знаков у критериев устойчивости. Выполнен анализ влияния на устойчивость динамической систем угла наклона сс:: поворота управляемого колеса X , положения центра касс Я о, демпфирования и жесткости подвески $г я С г. , коофЬщиентов сопротивления боковому уводу скн переднего К< и задних колес Кг. . Интервалы значений величин выбраны из практических соображений. Максимальная скорость двинегия ограничена технический! возможностями объекта исследования. Ноьиналькне значения козффииюнтов сопротивления боково!?у уводу пин определены экспериментально: = 4713 Н/рад; Kt. - 14250 Н/рад.

3 уразнениях движения"учтено воздействие на•руль водителя ■ как механической систем, обладзсцей приведенным! к оси поворота руля угловой аестхостьв Съ , демпфированием й» и эффективной массой та . Необходимо отметать, что исследуется устойчивость неуправляемой капины, однако характер анализируемых процессов определяется в одело прочих и параметрами человека-оператора. В диссертационной работе показана зозксгетссть синтеза достаточно простой и 'стабильной модели руки водителя мотороллера для лекальной) вибровоздействия ¡?зкополосного низкочастотного спектра. Пара-татрц такой модели, ссответствущие импедансныи характернотанам '¿укк от полностью расслабленной до .сопротивлявшейся повороту руля с силой 100 И, • изменяйся в сравнительно узком диапазоне.

~ Границы области устойчивости построены для.номинальных значений, параметров и геометрических размеров, соответствующих т:сн~ . струкгрга мотороллера ГЛЗ-5.402'при частичной загрузке, разной •1500'.Н,'рис.2,3. Измейенае угла наклона 'оси поворота управляемого 'колеса X. , демпфирования и жесткости подвеет! $г и С г, положение центра ..шее влиявт на положение границ области устойчивого движения в ггеньией степени чем вынос с< и скорость движения. Учитызая, что механические связи, обуглевлеянкз действием на руль водителя, приводят к существенному уменьшения области устойчивого движения, можно утверждать, что неустойчивость системы проявляется в широком диапазоне эксплуатационных скоростей. Вследствие особенности кинематики направляющего аппарата передней подвески изменение положения колеса а пределзх 0,02 м от статического положения, величины, соответствующей ереднеквадратиче-'■''■'■. ' • 11

е.,"

Граница области устойчивого движения

Сл.«

+ - 4-

1

\ \\ ^ \ v \+ 1

ч у 1 -

лм !\к

в /2 у,«/с Н ч « , . ¡2 У.м/с

I,2-С2-42кН/М, пс=-0,115к,С3=0, 1,2-^=4,7 .К^кН/рад;2,3- '

Я=0.,42рзд;3,4-Л=0,2;0,5рад; , К1=0,4,К2=14иН/рад;3,4-К1=40,

1,5-Со=21кН/н;1,б- Ь» =0,115м; ' К^МкН/род^,6-^=4,7,^=70

1,7- Ьг=0,С3=Ю00Нм/рад;1,8- . кН/рад;5-К1=4,?,К^0,07Й/рад

¿г =25Е\ю/рзд, С3=0; 1,9- Ь^25Ныс/р Рис.3 С3=1С00Нм/рад

—нелинейная модель ЮНм +■ + область устойчивого дешшкия Рис .2 •

Изменение курсовой устойчивости

Ci.ii

и

' ОР'ь

Х7

Л

/1

/ 1

//5 / Ю 7/<г / 1 ] го :

Ы^Нпс (¡чЪ

Рис.4

скоЛ при движении по асфальтобетонной дороге, приводит к уменьшении выноса С< до 0,04 и. Это означает возможность гориодического возникновения автоколебаний переднего колеса относительно оси поворота, тем более частых, чем зксе ординаты неровностей микропро-ф!ля дороги и скорость движения. Влияние коэффициентов сопротивления боковому уводу сиг; з болыией степени проявляется при предельных значениях, соответствующих "проколу" синя К* - '¿г = 70 Н/рад и жесткому колесу К* - Кг = 10х 1 Н/рад. В внорашгах диапазонах изменение параметров в обеих случаях для переднего колеса устойчивое движение невозможно. При малых .значениях Кг область устойчивого движения определяет критическую для номинальных параметров скорость движения V*р > 5 м/с; с жесткими задним колесами система неустойчива.

Для репения нелинейной задачи использован метод Рунге-Кутта. Оценивая характер колебаний управляемого колеса по_ изменения обобщенной координаты У посла единичного воздействия, установлены границы области устойчивого движения (при услозии затухания процесса) и влияние параметров грузового мотороллера на устойчивость курсового движения. Границы области устойчивости практически совпадают с построенными дм линеаризованной модели при номинальных значетаях параметров и моменте трения Мтр. 410 Н-и. При с\т?.7/15 Н-м движение устойчиво во все:* пространстве исследуемых диапазонов парагроз. Оценивая дзидадас в плоскости дороги, отметим, что усто^-явость динамической системы не означает устойчивости курсозо-, го движения. При отсутствии корректирующих управляющих воздействий, мотороллер,после окончания переходного процесса будет перемещаться прямолинейно, но под некоторым углом в. к оси О% . Движение его з этих условиях характеризуется скоростью смецения вдоль оси Оу-ц, а неустойчивость - изменением курсового угла 9 по отнесения х начальному Эо при 6> = 0. Скорость бокового смецения и-У-9 зависит от интенсивности затухания колебательных процессов, определяемой размерами и параметрами динамической системы; В этом случае модуль вектора скорости или угол © могут слутить количественными оценками курсовой устойчивости. Анализ выполненных расчетов показал, что изменение курсового угла и скорости бокового „смещения от генерального направления движения не зависит от момента трения в демпфере'в пределах, горантирувщих от блокирования угловых колебаний руляi Итр.^ 25 Н-м. Увеличение выноса с* позволяет улучшить устойчивость курсового движения, причем это

свойство в большей степени проявляется в условиях, требущих- от водителя значительных энергозатрат - при постоянных возмущениях, рис,4. При этом вязкое трение с коэффн^ентоы демпфирования интерпретируется как эквивалент механической энергии, рассеиваемой в модели руки водителя.

В четвертой главе разработана методака эксперимента, приведены результаты* экспериментальных исследований л выполнена оценка адекватности математической модели и объекта исследования. Экспериментальные исследования грузового мотороллера модели ТМЗ-5.402 проводились на дорогах г. Н.Новгорода. В диссертационной работе установлено, что исследование автоколебаний в рулевом управлении и определение условий их существования на фоне многочисленных помех, обусловленных движением по дороге реального микропрофиля, взаимодействием шины с опорной поверхностью, мотороллера с внешней средой затруднительно и не обеспечивает' статистически достоверных результатов. Кроме того, скорость движения не может поддерживаться долго с точность» достаточной для построения границ области устойчивого движения; шаг изменения скорости должен быть достаточно малым.Поэтому идентификация расчетной ыо-. дели осуществлялась по динамическим характеристикам, полученным на основе частотного представления физических процессов. Выражение модуля передаточной функции, от воздействия шкропро^штя поверхности дороги ж углу поворота руля |^^-»ч-иЧл^ ^ ¿ЧСМ/^«¡Яш;) содеркит все геометрические, кинематические связи и параметры машины, Здесь , - спектральные плотности процессов воздействия кикропрофиля и угловых колебаний руля. В такой постановке, задача экспериментальных исследований была сведена к определению характеристик спектральных плотностей процессов воз-т действия дороги, угловых колебаний руля, изменение силы на руксят--ке руля и недостающих для аналитических расчетов'параметров модели руки водителя к коэффициентов сопротивления боковое уводу шин; Для этих целей разработаны методики экспериментальных исследований, оригинальные измерительные устройства, собраны комплекты ре- ■ гистрирувдей и обрабатывающей аппаратуры.

Спектральная плотность процесса воздействия со стороны дороги, определяемого разностью ординат микропрофиля по правой и левой колеям задних колес, получена с помощью смонтированного на одноосной безподвесочной тележке прибора ЦРВ-4 (гироскопического датчика измерения угла наклона). В процессе движения с постоянной

скоростью за автомобилем-буксировщиком осуществлялось безотрывное качение, колес телеапся. Измерялся угол наклона её оси в плоскости, перпендикулярной поверхности дороги, относительно установленного на начальный момент испытаний, з диапазоне i 0,17 рад с разрешавшей, способностью 0,00035 рад. Прецессия гироскопов компенсировалась автоматической и ручной коррекцией. Скорость движения контролировалась и поддергивалась с точность© -1% с псмощьо прибора ПСЗ, снабженного электронной системой обработки информации, поступающей с механического датчика пройденного пути ("пятого колеса"). Для оценки усилий, действупцих в контакте руки водителя с рычагом руля, использовалась тензсметрпческая балка, ориентированная для измерения сил, действует з плоскости, перпендикулярной оси поворота управляемого колеса. Измерительная система, состоящая из четырех активных датчиков типа I "KTK-I0-2Q0, соединенных по мостовой схеме, усилителя ПА-I, аккумуляторов и регистрирующего прибора обеспечивала запись процесса з диапазоне усилий -100 Н с разрешающей способностью 0,1 Н. В качестве датчика угла поворота использован проволочный резистор датчика угловой скорости ¿У СУ-60, обеспечивающий измерение в диапазоне ¿0,03 рад с разрешающей способностью 0,0004 рад. С учете:,», кинематики перемещения подвижного контакт?, допуск на отклонение от линейности составлял не более 0.3J5. Регистрация процессов осуществлялась с помощь» магнитографа с частот i <лл диапазоном записи 0,5 Гц ;. . 20 кГц. .Динамический диапазон не Mtнее 60 дБ. В работе выполнено определение градуйрозочных ко: эффицрентов■и оценка', допущенных'при. измерении погрешностей, составляющая от 4 до 7%< ■■ '

Стенд для определения .коэффи^ентой. сопротивления боковое .уводу гая икает две подвижные во взаимно перпендикулярных направлен!«« опорные, площадки и устройство для создания нагрузки на колесо. Верхняя площадка перемещается в направлении качения колеса с помощьо специальной лебедки; при установке колеса под некоторым углом к направлении её перемещения, сила сопротивления уводу пере. дается на нижнюю 'площадку и измеряется с помощью динамометра. Длина опорной площадки обеспечивает не менее полутора оборотов колеса.;, фиксировались установившиеся значения боковой силы.

Для определения статистических моментов распределения и характеристик спектральной плотности выполнен частотный анализ за-, писанных процессов. Были получены спектра среднеквадратических зязяений угла наклона поперечного сечения иикропрофиля дороги, уг-

:.о;ц>: колебаний руля и силы на рукоятке руля, построены характеристики спектральной плотности исследуемых процессов по сценкам -средних величин выборок заданных частотных диапазонов. Для спре-,деления параметров г.:оделк руки водителя построена характеристика модуля пзредгточкой функции от силы на рукоятке руля к углу поворота 8 рис.5. Расчеты показали, что созпадеку.о АЧХ, построенных аналитически и экспериментально, получено для эффективной массы руки 2 кг. и сравнительно узкого диапазона параметров: = 3,.. ...12 Н-м.с/рад, Сз = 80...100 Н-м/рад. На рис.6 дано сравнение с .теоретический', экспериментальных зависимостей модулей передаточных функций системы. Необходимо отметить, что эксперимент выполнялся на дороге общего пользования» с дефектам! покрытия и препятствиями дзияенкз. В этих условиях частотный состав пропзссов иска-' чжается в диапазоне 0,5... 1,5 Гц управл^-згими воздействиями."Сухое" трение в рулоне.: управлении, учтенное статистически эквивалентным линеаризованным коэффициентом, проявляется как существенно нелинейная характеристика блокированием угловых колебаний руля при частотах более 20 Гц. Колебания руля с частотой 8...20 Гц приводят к неопределенному поведений система с .чередованием моментов блокировки и срывов, при которых руль обретает 'подеит.ность. .Зксперп-, ментальные зависимости АЧХ.построены по оценкам средних величин выборок, соответствущих среднегеомзтрическим частота;.! 'третьок-тавных диапазонов. Точки аналитических зависимостей лех:ат внутри доверительных" интервалов 'С доверительной вероятностью 90/'. Строгий статистический вывод каг.ет быть сформирован следуем образом: истинное среднее значение амплитуд дакгххчесжкх характерно- • тик исследуемого объекта попадает в •'указьгаыз интервалы с доверительной вероятностью 90^; математическая модель адекватна реальному объекту исследований.

БШОДН И Р2гО:.2НДЛЦШ

1. Для отыскания путей, направленных на повышение устойчпво-сти прямолинейного движения специальных ыэтотранспортных средств о трехколесным сасси, разработана математическая модель пространственной cxei.ii ыаш:ни с учетом угловых и вертикальных перемещений' подрессоренных и неподрессоренных масс. нзвшейиых характеристик трения в рулевом управлении и сил сопротивления уводу колес и воздействия на руль водителя.

2. Разработана методика аналитических исследований» проведены

Модуль передаточной санкции от Модуль передаточной функции от силы на рукоятке руля к углу воздействия,дороги к углу пово-псгорота руля рота руля

I,2;3-при скоростях"движения 5,6; 1,2,3-при скоростях движения

8,3;12,5н/с; 4,5-расчеттот зари- 5,6;8,3;12,5м/с;-расчетная,

сикости 100,80Еч/р ад, ---. экспериментальная зави-

12Нг1рад/с симости

Рис.5 ■ • Рис .6

расуо*« параметров прямолинейного*движения, поручены характеристики к рсовой устойчивости и устойчивости, управляемого колеса к пито колебаниям. •

3. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования, позволившие получить динамические характеристики и необходимые для расчетов параметры. Выполнена оценка адекватности математической модели и реального объекта исследования.

4.. Получены результаты, позволившие сделать принципиальный вывод о наличии многообразия стационарных движений и курсовой неустойчивости мототранспортных средств с симметричной схемой трехколесного шасси, а татае возможности автоколебаний управляемого колеса мавзпш при некоторых сочетаниях конструктивных параметров и размеров. '

5. Выполнен анализ влияния основных факторов на физическую и курсовуа устойчивость грузового мотороллера ТМЗ-о.402.

6. Определены критические по условию устойчивости к автоколебаниям скорости движения грузового мотороллера. Яри движении по дороге с асфальтовым покрытием и среднеквадратической высотой ор-

дина? микропрофиля 0,012...0,15 м максимально допустимая скорость' не должна превышать 10...12 м/с.

'К Даны рекомендации по конструктивным параметрам грузового мотороллера TI.3-o.402, способствующие повышению безопасности движения. Для сохранения физической устойчивости системы при всех режимах эксплуатации необходимо увеличение выноса управляемого колеса до значения Сл = 0,08 м. В этом случае критическая скорость движения увеличивается до технически осуществили пределов, примерно на 25..ч30%. ■ ;

Курсовая устойчивость прямолинейного движения, оцениваемая по скорости бокового смецекия,' мо:хот быть повышена при ограничении момента трения в демпфера рулевого управления 10 Н«м Н'М. Учитывая нелинейный характер-зависимости, рис.4, устойчивость курсового движения с увеличением выноса' до 0,08...0,1 и может , повышена в 3...4 раза. Конструкция пины колеса не оказывает существенного влияния на устойчивость движения. Попытки добиться повышения эксплуатационных свойств в этом направлении неэффективны., Параметры подвески, изменяемые в технически возможных пределах, не влияют на устойчивость движения. Выбор их значений должен .осуществляться из соображений плавности. Снижение положения центра масс представляется'- целесообразным лишь из соображений-устойчивости к опрокидыванию. • .

8. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных . данных дало удовлетворительную сходимость с 90% доверительной вероятностью, что подтверждает достоверность результатов.расчета.

9. Полученные в результате теоретических расчетов и натурных испытаний выводы и рекомендации вне'драны в специальном конструкторском отделе Тульского машиностроительного завода и в учебном процессе на кафедре "Автомобили и тракторы" Нижегорбдского политехнического института. '

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: .

1. фуфаев H.A., Огороднов С.М, Устойчивость прямолинейного дви- -. жения грузрвого мотороллера /Горьк.политехи.ин-т. - Горький, 1985. - 15 с. - Деп. в НИИНавтопроме 7.04.85, № И68ап-85ДЕП.

2. Влияние параметров конструкции грузового мотороллера на устойчивость курсового движения /С.М.Огороднов, Н.А.фуфаев //Надежность и активная безопасность автомобиля: Межвуз.сб.науч.тр. -- И., 1985. - C.6-I0.

3. Огороднов С.Ы., Шишкин В.И., Дуб'ксва В.А. Исследование расчетных моделей колебательной системы транспортного средства / Горьк.политехн.нн-т. - Горький, 1984. - II с. - Деп. в НИИНав-топроме 12.02.83, № 975ап-Д83.

4. Огороднов СД. и др. Аналитическое к экспериментальное исследование виброзащигных свойств подвески грузового мотороллера

; / С.М.Огороднов, В.И.Шиикин, Р.А.Мусарский /Горьк.политехи, ин-т. - Горький, 1984. - 9 с. - Деп. в НИИНавтопроме 15.06.84, № 1048ап-84 Деп.

5. Огороднов С.М., Шишкин В.И. Динамика грузового мотороллера // Повышение эффективности проектирования и испытаний автомобиля: Тез.докл.регион, науч.-техн.конф. - Горький, 1984. - С.13.

6. Фуфаев H.A., Огороднов С.М. Расчетная модель анализа динамики трехколесной транспортной машины //Повышение эффективности

. проектирования и испытаний автомобиля: Тез.докл.регион.науч.--техн.конф. - Горький, 1985. - С.29.

7. Огороднов С.Ы., Фуфаев H.A. Устойчивость прямолинейного движе-. иия грузового мотороллера //Динамика и прочность автомобиля:

Тез.докл.Всес. науч.-техн.сов екания. - М.: 1964. - С.85.

Поап.к печ.20.08.91. Формат 60x84-I/I6. Бумага оберточная. Печать офсетная. Уч.-изп.л.1,0. Тираж 100 экз.Заказ 281.Бесплатно

Лаборатория офсетной печати ШЛИ. 603022,Н.Новгорос,пр.Гагарина,I.