автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Методика расчёта параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова

На правах рукописи

48531ШО

СЕМЕНОВ Никита Владимирович

МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С УЧЁТОМ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА

Специальность 05.05.03 — колёсные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 5 грн 2011

Санкт-Петербург - 2011

4853003

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук

Шеломов Владимир Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Рождественский Сергей Владимирович

кандидат технических наук, доцент

Панов Николай Александрович

Ведущая организация: ЗАО «ПКБ «Автоматика» - дочернее общество

ОАО «Кировский завод»

Защита состоится «18» октября 2011 г. в 16— часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.24 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, корпус № 1, ауд. 41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан « 22.» а <эгус гд 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Бортяков Д.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В современном автомобилестроении постоянно ужесточаются требования к безопасности, в том числе к устойчивости, управляемости и вибрационной защите водителя, пассажиров и перевозимых грузов. Для выполнения этих требований разработчикам необходимо учитывать перемещения и колебания кузова в различных направлениях. Значительную роль в оценке устойчивости автомобиля и его плавности хода играют углы наклона и колебания кузова в поперечной плоскости.

В настоящий момент расчёт параметров подвески осуществляется исходя из обеспечения требуемой плавности хода при вертикальных колебаниях кузова автомобиля. При этом параметры подвески, обеспечивающие требуемую устойчивость, рассчитываются отдельно от плавности хода. Несмотря на то, что параметры элементов подвески, обеспечивающих устойчивость автомобиля (угловая жёсткость стабилизатора поперечной устойчивости, угловая жёсткость упругого элемента) в малой степени влияют на вертикальные колебания кузова автомобиля, они в значительной степени оказывают влияние на поперечно-угловые колебания. При этом мероприятия, направленные на улучшение устойчивости автомобиля, приводят к росту поперечно-угловых ускорений и, как следствие, снижению плавности хода.

Исследованием поперечно-угловых колебаний при воздействии неровностей дороги на колёса автомобиля занимались: Гришкевич А.И., Жуков A.B., Пархиловский И.Г., Полунгян A.A., Силаев A.A., Смирнов Г.А., Хачату-ров A.A. и др. В трудах Иларионова В.А., Ищенко В.Н., Haies F.D. рассмотрены методики расчёта поперечно-угловых колебаний при воздействии боковой силы (сила ветра, центробежная сила при движении по криволинейной траектории). Методы лабораторных и дорожных экспериментальных исследований колебаний автомобиля и подвески достаточно подробно обобщены в работе Певзне-раЯ.М.

Предложенные методики позволяют оценивать плавность хода и устойчивость автомобиля, однако не позволяют делать это одновременно. Также не да-

ют ответа на вопрос: какие параметры должна иметь система подрессоривания, чтобы одновременно удовлетворялись требования по плавности хода и устойчивости.

Таким, образом, совершенствование методики расчёта параметров подвески легкового автомобиля, одновременно учитывающей заданные требования по плавности хода и устойчивости автомобиля, представляет актуальную задачу. Её решение позволит обоснованно подбирать параметры подвески при проектировочном расчёте, что приведёт к снижению затрат на проведение полигонных испытаний и доводку подвески.

Цель работы - совершенствование методики расчёта параметров подвески автомобиля учётом поперечно-угловых колебаний кузова, обеспечивающей как устойчивость, так и плавность хода.

Задачи исследования:

1. Проанализировать существующие методики расчёта поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля. Обосновать необходимость их совершенствования.

2. Разработать математическую модель системы подрессоривания, позволяющую оценить поперечно-угловые колебания кузова автомобиля при силовом и кинематическом воздействии.

3. Разработать методику экспериментального исследования поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля. Провести стендовые и дорожные испытания для проверки адекватности разработанной математической модели.

4. Исследовать влияние параметров системы подрессоривания на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля при его движении по дорожным неровностям.

5. Уточнить методику проектировочного расчёта жёсткости стабилизатора и упругого элемента подвески учётом поперечно-угловых ускорений кузова автомобиля при его движении по дорожным неровностям.

Методы исследований. Теоретические методы исследования основываются на теории движения и эксплуатационных свойствах транспортных машин,

теории автоматического управления, дифференциальных уравнений и операционного метода вычислений. Экспериментальные исследования выполнены с помощью специализированной стендовой и измерительной аппаратуры в соответствии с разработанной методикой.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. В математической модели системы подрессоривания произведён одновременный учёт как силового, так и кинематического воздействия на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

2. Исследовано влияние жёсткости стабилизатора на параметры поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля.

3. Методика выбора жёсткости стабилизатора и подвески автомобиля при проектировочном расчёте была уточнена учётом поперечно-угловых ускорений кузова автомобиля при его движении по дорожным неровностям.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что её результаты позволяют оценивать угловые перемещения и ускорения кузова в поперечной плоскости в различных режимах движения автомобиля, а также обоснованно выбирать параметры подвески, в том числе жёсткость стабилизатора, на стадии проектирования подвески автомобиля.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXVI, XXXVIII и XXXIX Неделе науки СПбГПУ в 2008, 2009 и 2010 гг.

Публикации. Основной материал диссертации опубликован в шести печатных работах, среди которых три статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук», три тезиса доклада.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и восьми приложений. Она изложена на 124 страницах машинописного текста, включает 61 рисунок, 21 таблицу и список литературы из 81 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулируется цель, приводится постановка задач и краткое содержание работы по разделам, дана оценка новизны и практической ценности полученных результатов, сформулированы защищаемые положения.

В первой главе проведён обзор работ в области исследования плавности хода и устойчивости транспортных средств, сделан вывод о необходимости учёта поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля при анализе и проектировании его подвески.

Плавность хода изучалась Ведемейером Е.А., Певзнером Я.М., Ротенбер-гом Р.В., Силаевым A.A., Цимбалиным В.Б., Хачатуровым A.A., Чудако-вым Е.А., Яценко H.H. и изложена в учебниках Зимелёва Г.В., Фалькевича Б.С. и др.

Несмотря на многочисленность методов расчёта плавности хода, выбор параметров подвески осуществляется исходя из соблюдения установленных норм для вертикальных колебаний кузова автомобиля. Однако документы, регламентирующие нормы плавности хода, предусматривают также учёт горизонтальных продольных и поперечных колебаний. Данные требования отражены в ИСО 2631-74, ГОСТ 12.1.012-90, ОСТ 37.001.275- 84. Проверка соответствия горизонтальных продольных и поперечных ускорений установленным нормам осуществляется, как правило, при проведении полигонных испытаний. Также отмечено, что при выборе параметров стабилизатора, исходя из обеспечения требуемой устойчивости, не учитывается их влияние на плавность хода. Однако известно, что при увеличении жёсткости стабилизатора растёт и угловая жёсткость подвески в целом, что в свою очередь приводит к повышению ускорений при поперечно-угловых колебаниях и, как следствие, к ухудшению плавности хода.

На основании анализа выполненных исследований была сформулирована цель настоящей работы и поставлены задачи исследования.

Вторая глава посвящена совершенствованию математической модели системы подрессоривания автомобиля для расчёта поперечно-угловых колебаний кузова. Математическая модель предназначена для исследования поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля при различных внешних воздействиях и представляет собой совокупность дифференциальных уравнений упругих и демпфирующих сил, а также уравнение моментов, действующих на подрессоренную массу автомобиля. Решение системы этих уравнений осуществляется с помощью операционного метода, целесообразность использования которого обоснована в первой главе.

При разработке математической модели были сделаны следующие допущения:

- рассматривается двухосный автомобиль с независимой подвеской передних и задних колёс;

- рассматриваются малые колебания вблизи статического положения, при этом характеристики упругих и демпфирующих элементов подвески, а также высота центра крена практически не изменяются при перемещении колёс.

Для определения параметров поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля использовалась расчётная схема системы подрессоривания, представленная на рис. 1.

Для данной схемы дифференциальные уравнения упругих, демпфирующих сил 1 и моментов, действующих на подрессоренную массу, имеют следующий вид:

Мп* " X (р+ ) -I л+ ) = 0,

1=1 ы

т 1 +Р + Я -Г - " -Р . = О

1иЪл.1 л./ л./ ш.л.; ш.л.1 1 ст.; >

Л-у/

...............

й. А Т /1 Л"

,........Г ЙИ 1 Г'[и

'И Ц;________Г.................

Рис. 1. Расчётная схема для определения параметров поперечно-угловых колебаний

+ +к. - рш. „J - л,|1Л1, + Рст,=о,

где Мп - подрессоренная масса автомобиля; Зх - момент инерции подрессоренной массы автомобиля относительно оси крена; тл , и тп; - неподрессорен-ные массы левой и правой стороны подвески; рл1 и рп1 - силы, действующие на кузов со стороны упругих элементов подвески; Яп ! и - силы, действующие на кузов со стороны демпфирующих элементов подвески; ршл1 и рша1 - упругие силы шин; яш л , и 7?ш п , - демпфирующие силы шин; рсг1 - усилие, передаваемое на кузов со стороны стабилизатора; В1 - колея; Рб - боковая сила, действующая на кузов автомобиля; /гк - плечо крена; g - ускорение свободного падения; п - число осей; /-номер оси.

Для решения этих уравнений определена передаточная функция системы подрессоривания. Учитывая метод суперпозиций, передаточная функция для поперечно-угловых колебаний была составлена для двух случаев: при воздействии на кузов автомобиля боковой силы (центробежная сила при выполнении маневра «обгон») и неровностей дороги.

Передаточная функция системы подрессоривания при воздействии на кузов автомобиля боковой силы рс,(р) имеет следующий вид:

ЛР) ш

j.

+ а,Р + а2)-2b±\{ktp + С,), [+ ,

В2 „ B2l^i+4^CCTj-MnghK

где я,=—У>„ аг =——-Ь!- b = — , dv = ,

2jxt!" 2 2jx ' 2jx " m, '

, cki + cw bk,, b2cki + 4c_, „ „

а =—-> 8 и =-—, gli --rr-—; CKi, CCTi - жёсткость упругого

mi 2mi 2 Bm,

элемента и стабилизатора, приведённая к колесу; Сш - жёсткость шин; mi - не-

подрессоренная масса; kt - коэффициент демпфирования амортизатора, приве-

дённый к колесу; кт - коэффициент демпфирования шин; В - средняя колея автомобиля;р - оператор дифференцирования.

Если на кузов автомобиля действует боковая гармоническая сила, то амплитуда поперечно-угловых перемещений кузова равна

где Р6 - амплитуда боковой гармонической силы; IVг(_/&>)= IVг{р\р=]ш - амплитудно-фазовая частотная характеристика поперечно-угловых перемещений кузова при силовом воздействии; со - частота воздействия; ] = л/-Т.

Передаточная функция системы подрессоривания при воздействии дорожных неровностей Лд(р) имеет следующий вид

ир) . Мр)

п 1=1 МР 2/

(р1 + ахР + а1)-2Ь'^ /=|

Кп

ОТ,

где пи■= — , л2/= — .

С*

от.

Таким образом, при движении автомобиля по дороге с гармоническим микропрофилем, амплитуда поперечно-угловых ускорений кузова равна

где Л? - разность высот неровностей между левым и правым колесом;

Мг„иа))=1У0(р)1 - амплитудно-частотная характеристика поперечно" " \р=¿со

угловых перемещений кузова при кинематическом воздействии.

Во второй главе также приведён пример расчёта поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля ВАЗ-2115 для последующего сравнения с экспериментальными данными.

В третьей главе представлена методика и результаты экспериментальных исследований поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля. Целью экспе-

риментальных исследований является проверка адекватности разработанной математической модели.

В рамках экспериментального исследования были проведены стендовые и дорожные испытания. Стендовые испытания проводились на платформенном стенде МАНА SA 2 Euro (рис. 2). Дорожные испытания проводились на дороге общего пользования с асфальтобетонным покрытием. В качестве объекта экспериментальных исследований использовался автомобиль ВАЗ-2115.

Рис. 2. Проведение стендовых испытаний: а — размещение автомобиля на стенде; б — пульт управления вибрационным стендом

Стендовые испытания проводились при частичной загрузке (2 человека на передних сиденьях). Задачей стендовых испытаний было получение амплитудно-частотной характеристики поперечно-угловых ускорений кузова при гармоническом воздействии на колесо с заданной амплитудой. Амплитудно-частотная характеристика определялась при фиксированных значениях частоты воздействия. АЧХ была получена в диапазоне 0...50Гц. В ходе стендовых испытаний фиксировались вертикальные ускорения кузова над колёсами передней и задней оси (расположение датчиков в автомобиле представлено на рис. 3).

б)

Рис. 3. Расположение датчиков: а - в моторном отсеке; б - в багажном отделении

Для измерения ускорений использовались акселерометры фирмы Analog Devices ADXL204. Полученный сигнал обрабатывался с помощью контроллера на базе процессорного модуля фирмы Motorola DSP MC56F8323. Полученные данные записывались и обрабатывались на ЭВМ. По полученным данным были построены АЧХ поперечно-угловых ускорений кузова автомобиля при последовательном воздействии на

каждое из четырёх колёс. На 2 4 6 ею

Рис. 4. АЧХ поперечно-угловых ускорений над

рис.4 представлена АЧХ попе- передней осью автомобиля: о - при воздействии

на переднее правое колесо; Л - при воздействии

речно-угловых ускорений кузова на переднее левое колесо;_-теоретические

, значения

над передней осью автомобиля.

Задачей дорожных испытаний было получение зависимости угла крена автомобиля от скорости его движения во время маневра «обгон». Во время дорожных испытаний для различных скоростей движения фиксировались значения бокового ускорения кузова автомобиля. Далее, при известном значении угловой жёсткости передней и задней подвесок, а также подрессоренной массы

Гц

у/, град

Г,

10 15 20 25

Рис. 5. Угол крена кузова автомобиля при выполнении маневра «обгон»: Д - эксперименталь ные значения;_-теоретические значения

автомобиля расчётным путём определялся угол крена ц/ . Результаты дорожных испытаний представлены на рис. 5.

Сравнение величин поперечно-угловых ускорений и перемещений кузова

автомобиля, полученных при воздействии на колёса, а также при выполнении маневра «обгон», с расчётными показывает хорошую сходимость результатов.

В четвёртой главе проведено исследование влияния параметров подвески (жёсткость упругого элемента и стабилизатора, коэффициент демпфирования амортизатора) на поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова автомобиля. В качестве внешних воздействий рассматривались:

- неровности дороги;

- центробежная сила, действующая на кузов автомобиля при выполнении маневра «обгон»;

- резкое приложение боковой силы (маневр «рывок»).

Для сравнения использовались зависимости поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова от относительного изменения жёсткости стабилизатора, упругого элемента, шин и коэффициента демпфирования амортизаторов, приведённых к колесу. АЧХ рассчитывались для автомобиля с частичной загрузкой. Масса передней оси - 656 кг; задней оси - 516 кг. Угол крена кузова при выполнении маневра «обгон» определялся для дороги с радиусом кривизны 20 м. Скорость выполнения маневра - 0...40 км/ч. Угол крена при выполнении маневра «рывок» определялся при действии боковой силы, действующей на кузов, равной 40 % от подрессоренной массы автомобиля. Расчёт АЧХ попереч-

но-угловых ускорений и перемещений кузова автомобиля осуществлялся при движении по дороге с высотой неровностей 20 мм.

Результаты расчёта поперечно-угловых колебаний кузова при изменении жёсткости упругого элемента С, приведённой к колесу, относительно её номинального значения Сн, показаны на рис. 6. Как видно из полученных результатов, изменение жёсткости упругого элемента не повлияло на угол крена при движении по дорожным неровностям (за оценочные показатели взяты амплитуды при резонансной частоте), как при наличии стабилизатора, так и при его отсутствии. При номинальной жёсткости упругого элемента включение стабилизатора привело

к увеличению поперечно-угловых

1 - угол крена в режиме «обгон»; 2 - угол крена

ускорений в два раза при движении при движении по дорожным неровностям;

3 - угловые ускорения при движении по дорож-ИО дорожным неровностям и, как НЫМ неровностям;____- при наличии стабилизатора; _- без стабилизатора

следствие, к ухудшению плавности

хода автомобиля. Также, на поперечно-угловые ускорения значительно влияет жёсткость упругого элемента. Так, например, при наличии стабилизатора увеличение жёсткости упругого элемента на 20 % привело к росту поперечно-угловых ускорений на 19 %, а при отсутствии стабилизатора - на 31 %.

Результаты расчёта колебаний кузова в поперечной плоскости при изменении жёсткости стабилизатора Сст., приведённой к колесу, относительно её номинального значения Сстн показаны на рис. 7. В режиме «обгон» и «рывок», увеличение жёсткости стабилизатора привело к уменьшению угла крена. Увеличение жёсткости стабилизатора на 50 % привело к уменьшению угла крена на 17 % для режима «обгон» и на 14 % при выполнении маневра «рывок». В тоже

Ц1, град

* с2

1 V . ............

1 с"' ч .....• ... К,

\

ч:

''■... ч. --

0.6 0.8 1.0 1.2 С/Сн

Рис. 6. Влияние жёсткости упругого элемента, приведённой к колесу, на поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова автомобиля:

V. град

■< рад время расчёты показали, что измене-6 ние жёсткости стабилизатора практи-5 чески не повлияло на угол крена при движении автомобиля по дорожным неровностям.

Результаты расчёта при изменении коэффициента демпфирования 1 амортизаторов к, приведённого к колесу, относительно его номинального

значения кн, показаны на рис. 8. По Рис. 7. Влияние жёсткости стабилизатора, приведённой к колесу, на поперечно-угловые пе- результатам расчёта было установле-ремещения и ускорения кузова автомобиля:

1 -угол крена в режиме «обгон»; 2-угол кре- 110> что изменение коэффициента

на при выполнении маневра «рывок»; 3 - уг- д. ,

ловые ускорения при движении по дорожным ДемпФ"РОВШШЯ к Ш ПРИВело к замет'

неровностям ному изменению угла крена при дви-

жении в режиме «обгон» как при наличии стабилизатора, так и при его отсутствии. В режиме «рывок» увеличение

рад

сопротивления амортизаторов привело к снижению угла крена в переходном режиме и заметному снижению длительности колебательного процесса.

Аналогично было проведено исследование влияния жёсткости шин и коэффициента демпфирования амортизаторов на АЧХ перемещений

и ускорений кузова. Исследование Рис- 8- Влияние коэффициента демпфирования

амортизаторов, приведённого к колесу, на попе-показало, что жёсткость шин прак- речно-угловые перемещения и ускорения кузова

автомобиля: 1 - угол крена в режиме «рывок»; тически не влияет ни на поперечно- 2 - угол крена при движении по дорожным неугловые перемещения, ни на ускоре- Ровностям;3 - Угловь!е ускорения при движе-

г нни по дорожным неровностям;_- при нали-

ния кузова. чии стабилизатора;___- без стабилизатора

Ч \\: __.___- — '

0.5

1.5

кЛс„

На основании проведённого исследования был сделан вывод о том, что для достижения требуемой устойчивости и плавности хода автомобиля необходимо изменять жёсткость как стабилизатора, так и упругого элемента.

В пятой главе представлена методика и пример проектировочного расчёта подвески легкового автомобиля массой 2400 кг с учётом поперечно-угловых колебаний кузова, по результатам которого установлено, что угловая жёсткость стабилизатора, определённая по уточненной методике, отличается от общепринятой схемы расчёта на 42 %, что подтвердило необходимость учёта ускорений кузова в поперечной плоскости.

Расчёт жёсткости стабилизатора и упругого элемента осуществляется из обеспечения следующих условий:

- поперечно-угловые ускорения кузова, при движении автомобиля по дорожным неровностям, не должны превышать предельно допустимый уровень;

- угол крена кузова автомобиля, при установленном стандартом боковом ускорении (4 м/с2), не должен превышать предельно допустимое значение.

Для обеспечения заданных условий сначала определяется требуемая угловая жёсткость подвески со стабилизатором в зависимости от допустимого угла крена

^ 0,4 Ь М^ —

где [у/] - допустимый угол крена.

Номинальная угловая жёсткость стабилизатора Ссто определяется как разность между требуемой угловой жёсткостью подвески со стабилизатором Су т и номинальной угловой жёсткостью подвески без стабилизатора суо, определённой при ее проектировочном расчёте:

Г = с -с

^ст.о у.т у.о •

Далее, по методике, изложенной в главе 2, определяются поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова при различных видах воздействия: силовое воздействие на кузов и кинематическое воздействие на колёса. В каче-

стве силового воздействия используется V, град .. рад

центробежная сила. Кинематическое I 1 1

воздействие задано разностью высот с

неровностей дороги между левой и пра- И ............

вой стороной автомобиля. Расчёты про-

водятся для различных значений жёст-

кости стабилизатора Сст. По результа- а у.

- — -

там расчёта строится характеристика |

поперечно-угловых перемещений и ус- о /

о 0,5 1 1,5 С„/С„.. Рис. 9. Схема выбора жёсткости стабилизатора: _- поперечно-угловые перемещения; ____- поперечно-угловые ускорения

корении кузова в зависимости от относительной жёсткости стабилизатора Сст/Сст.о- (рис. 9).

При этом на график наносятся уровни предельно допустимых ускорений и перемещений [у/\ кузова. В диссертационной работе рассмотрены 5 схем выбора жёсткости стабилизатора и упругого элемента в зависимости от того, превышают ли поперечно-угловые ускорения и перемещения кузова допустимые значения или нет. Один из возможных вариантов представлен на рис. 9, ко-

V, град

„•; рад

............... ✓

6

1 ............... И

а и

1 ______

■ л у

сус„ .V

0.6

1.2

<ус,.

0,8 1 Рис. 10. Схема выбора жёсткости подвески:

_- поперечно-угловые перемещения;

____- поперечно-угловые ускорения

гда угловые перемещения и ускорения кузова в поперечной плоскости превышают заданные уровни (точки а и Ь, рис. 9). В этом случае необходимо корректировать угловую жёсткость стабилизатора и упругого элемента. Сначала необходимо уменьшить угол крена за счёт увеличения угловой жёсткости стабилизатора до значения С'ст. При этом возрастут ускорения до значения в точке с (рис. 9). Для уменьшения ускорений кузова необходимо снизить угловую

жёсткость подвески. Для выбора угловой жёсткости подвески проводятся расчёты для различных значений Су с учётом скорректированной жёсткости стабилизатора С'ст. По результатам расчёта строится характеристика поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова в зависимости от относительной угловой жёсткости подвески Су/Су.0 (рис. 10). При скорректированной жёсткости стабилизатора С'ст угол крена будет равен предельно допустимому значению (точка а, рис. 10). Для уменьшения поперечно-угловых ускорений кузова до уровня \ц/\ (точка с, рис. 10) необходимо снизить угловую жёсткость подвески до значения С'у. При этом, возрастёт угол крена на величину Ау. Если Ду будет превышать заданное значение, то необходимо повторить расчёт с учётом скорректированного значения угловой жёсткости подвески С'у, увеличить угловую жёсткость стабилизатора до значения, при котором угол крена не будет превышать допустимого значения. Расчёты проводятся то тех пор, пока А\|/ не будет превышать заданного значения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Усовершенствована методика проектировочного расчёта параметров подвески автомобиля учётом поперечно-угловых колебаний его кузова, позволяющая одновременно удовлетворить требования по устойчивости и плавности хода.

2. Разработана математическая модель системы подрессоривания автомобиля, позволяющая с достаточной точностью описывать колебания кузова автомобиля в поперечной плоскости при различных видах силового и кинематического воздействия (резкое и постоянное приложение боковой силы, неровности дороги).

3. Проведены стендовые и дорожные испытания автомобиля, подтвердившие адекватность разработанной модели.

4. Проведено исследование, в результате которого определена степень влияния параметров системы подрессоривания на поперечно-угловые колебания при различных видах воздействия.

5. Применение уточнённой методики позволило снизить поперечно-угловые ускорения (до 36 %), что позволяет снизить затраты на доводку параметров подвески во время полигонных испытаний.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Семенов Н.В. Выбор жёсткости стабилизатора поперечной устойчивости / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле // XXXIX Неделя науки СПбГПУ: Материалы международной научно-практической конференции, 6-11 декабря 2010 г. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - Ч. 3. - С. 48-50.

2. Семенов Н.В. Исследование поперечных колебаний автомобиля / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов II Автомобильная промышленность. -2008.-№ 7.-С. 31-33.

3. Семенов Н.В. Параметры стабилизатора и амортизатора и поперечные колебания кузова автомобиля / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // Автомобильная промышленность. - 2009. - № 12. - С. 20-22.

4. Семенов Н.В. Разработка динамической модели для определения угла поперечного крена автомобиля / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // XXXVI Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов, 26 ноября -1 декабря 2007 г. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. - Ч. 2. - С. 103-105.

5. Семенов Н.В. Расчёт параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011.-№2(123).-С. 156-161.

6. Семенов Н.В. Экспериментальное определение поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: Материалы международной научно-практической конференции, 30 ноября - 5 декабря2009 г. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. - Ч. 3-С. 57-58.

Подписано в печать 30.06.2011. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 7823Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ методов расчёта плавности хода автомобиля.

1.2. Анализ методов расчёта колебаний кузова автомобиля в поперечной плоскости.

1.2.1. Расчёт угловых колебаний кузова автомобиля в поперечной плоскости при криволинейном движении.

1.2.2. Расчёт угловых колебаний кузова автомобиля при движении по неровностям дороги.

1.3. Экспериментальные исследования поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля:.!.

1.4. Выводы. 31;

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ-КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ.

2.1. Передаточные функции системы подрессоривания для расчёта поперечно-угловых колебаний кузова.

2.2. Подготовка исходных данных для примера расчёта.

2.2.1. Массовые и габаритные параметры машины.

2.2.2. Упругие и демпфирующие характеристики передней подвески.

2.2.3. Упругие и демпфирующие характеристики задней подвески.

2.2.4. Упругие и демпфирующие характеристики шин.

2.2.5. Условия движения машины.

2.3. Результаты расчёта контрольного примера.

2.4. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ.

3.1. Задачи эксперимента и объект испытаний.

3.2. Методика проведения испытаний и используемая аппаратура.

3.3. Результаты испытаний.

3.3.1. Результаты стендовых испытаний.

3.3.2. Результаты дорожных испытаний.

3.4. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ.

4.1. Влияние жёсткости подвески на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

4.2. Влияние жёсткости стабилизатора на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

4.3. Влияние демпфирующих свойств подвески на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

4.4. Влияние жёсткости шин на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

4.5. Выводы.

5. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С УЧЁТОМ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА.

5.1. Методика расчёта параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля.

5.2. Пример расчёта параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова.

Возросшие скорости движения современных автотранспортных средств предъявляют более жёсткие требования к их подвеске, от совершенства конструкции которой зависят многие технико-эксплуатационные качества автомобиля: комфортабельность, плавность хода, устойчивость и безопасность движения, долговечность агрегатов, производительность, средняя скорость и др. Движение автомобиля по неровным дорогам сопровождается непрерывными колебаниями кузова, как в продольной, так и в поперечной плоскостях. Однако до недавнего времени* при исследовании плавности хода автомобиля мало внимания уделялось колебаниям подрессоренной массы в поперечной плоскости. Известно, что применение на современных автомобилях подвесок с малолистовыми, пневматическими и гидропневматическими рессорами сопровождается снижением их вертикальной и угловой жёсткости, а необходимая угловая жёсткость подвески обеспечивается за счёт' установки дополнительных стабилизаторов поперечной устойчивости, выбор размеров которых осуществляется по допустимому углу наклона кузова при заданной боковой силе. При этом влияние их на параметры плавности хода, как правило, не рассматривается.

Анализ динамики подвески автомобиля с учётом колебаний кузова в> продольной и поперечной плоскостях предполагает использование новых методов при создании систем подрессоривания, в том числе управляемых, и более полный учёт реальных условий их работы.

В развитие теории эксплуатационных свойств автомобилей существенный-вклад внесли такие отечественные учёные, как: Гришкевич А.И. [1,16], Зимелёв Г.В. [23], Литвинов A.C. [34, 35], Смирнов Г.А. [58], Фалькевич B.C. [63], Чудаков Е.А. [67] и др. Непосредственно изучению колебаний и плавности хода посвящены работы Жукова A.B. [22], Пархиловского И.Г. [41], Ротенберга Р.В. [49,50], Силаева A.A. [57], Хачатурова A.A. [18], ЯценкоН.Н. к*

69] и др. Среди зарубежных авторов следует отметить работы Раймпеля И., [47,48, 80], Янте А. [68], Haies F.D. [74], Jazar N.R. [75], Mitschke М. [78].

В большинстве работ [16, 27, 45, 46, 47,49, 70, 80, 81] углы наклона кузова в поперечной плоскости рассматриваются, прежде всего, при исследовании устойчивости и управляемости автомобиля в процессе криволинейного движения. Здесь даются, такие понятия, как: угловая жёсткость подвески; высота центра крена; ось крена; плечо крена. Приводятся схемы для определения высоты центра крена для различных типов подвески. В результате определяются боковые реакции на колёса, увод шин, условия заноса и опрокидывания автомобиля. Данные схемы используются при проектировочном расчёте параметров подвески автомобиля: угловой жёсткости подвески и стабилизатора поперечной устойчивости. Однако при этом не учитывается влияние угловой жёсткости подвески и стабилизатора на ускорения кузова в поперечной плоскости при движении автомобиля по дорожным неровностям. Среди работ, в которых предлагаются схемы, для расчёта колебаний кузова в поперечной плоскости при движении автомобиля по дорожным неровностям следует отметить [16, 18, 49, 57, 58]. Однако они не позволяют оценить угловые перемещения кузова при силовом воздействии, а также не учитывают наличие стабилизатора поперечной устойчивости. Тем самым выбор параметров подвески автомобиля осуществляется только исходя из обеспечения поперечной устойчивости, не учитывая при этом плавность хода. Проверку соответствия плавности хода установленным нормам готового образца проводят по результатам полигонных испытаний.

Данная диссертационная работа посвящена совершенствованию методики расчёта параметров подвески автомобиля учётом поперечно-угловых колебаний кузова.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать существующие методики расчёта поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля. Обосновать необходимость их совершенствования.

2. Усовершенствовать математическую модель системы подрессоривания, позволяющую оценить поперечно-угловые колебания кузова автомобиля при силовом и кинематическом воздействии.

3. Разработать методику экспериментального исследования поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля. Провести стендовые и дорожные испытания для проверки адекватности разработанной математической модели.

4. Исследовать влияние параметров системы подрессоривания. на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

5. Уточнить методику проектировочного расчёта жёсткости стабилизатора и упругого элемента подвески учётом поперечно-угловых ускорений кузова, автомобиля при его движении по дорожным неровностям.

В первой главе проведён обзор работ в области исследования плавности хода и устойчивости транспортных средств, сделан вывод о необходимости учёта поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля при анализе и проектировании его подвески.

Во второй главе показан вывод основных зависимостей для расчёта показателей плавности хода при колебаниях кузова автомобиля в поперечной плоскости, описание программы и примера расчёта.

В третьей главе представлена методика и результаты экспериментальных исследований поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля.

В четвёртой главе приводятся результаты расчётных исследований влияния параметров подвески (жёсткости упругого элемента, сопротивления амортизаторов, жёсткости стабилизаторов и шин) на поперечно-угловые колебания кузова при различных условиях движения автомобиля: движение по неровностям дороги, движение в режиме «обгон», резкое приложение боковой силы (маневр «рывок»).

В пятой главе представлена методика и пример проектировочного расчёта параметров подвески легкового автомобиля массой 2400 кг с учётом поперечно-угловых колебаний кузова.

Основные результаты диссертационной работы изложены в выводах.

Научную новизну решённых в диссертационной работе задач представляют:

1. В математической модели системы подрессоривания произведён одновременный учёт как силового, так и кинематического воздействия на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

2. Исследовано влияние жёсткости стабилизатора на параметры поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля.

3. Методика выбора жёсткости стабилизатора и подвески автомобиля при проектировочном расчёте была уточнена учётом поперечно-угловых ускорений кузова автомобиля при его движении по дорожным неровностям.

На защиту выносятся: методика расчёта угловых колебаний кузова автомобиля в поперечной, плоскости, учитывающая тип и параметры подвески, наличие стабилизаторов поперечной устойчивости, а также различный характер приложения внешней нагрузки; результаты расчётного исследования влияния жёсткости подвески, стабилизатора, шин и сопротивления амортизаторов на параметры плавности хода легкового автомобиля при его колебаниях в поперечной плоскости; методика экспериментального определения поперечно-угловых колебаний кузова легкового автомобиля при различных видах воздействия; результаты обработки и анализа экспериментальных данных, полученных автором при стендовых и дорожных исследованиях; применимость метода при проектировочных расчётах подвески.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что её результаты позволяют оценивать угловые перемещения и ускорения кузова в поперечной плоскости в различных режимах движения автомобиля, а также обоснованно выбирать параметры подвески, в том числе жёсткость стабилизатора, на стадии проектирования подвески автомобиля.

В целом, разработанный метод повышает точность расчётов угловых колебаний автомобиля, позволяет на стадии проектирования обоснованно выбирать параметры подвески, повышающих качество и надёжность работы системы подрессоривания и, как следствие, улучшение плавности хода и повышение скоростей движения. Таким образом обеспечивается повышение технического уровня разрабатываемых автомобилей, а также снижение времени и затрат на доводку модернизируемых и вновь проектируемых систем подрессоривания.

Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров, инженеров и магистров на кафедре «Колесные и гусеничные машины» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Диссертационная работа в целом, а также её отдельные разделы докладывались на научных семинарах кафедры «Колёсные и гусеничные машины» Санкт-Петербургского политехнического университета в 20082010 гг.

По материалам диссертационной работы опубликовано пять печатных работ [52, 53, 54, 55, 56].

4.5. Выводы

Проведённые исследования влияния параметров подвески автомобиля на поперечно-угловые колебания кузова показали:

1) В наибольшей степени на поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова влияет жёсткость стабилизатора: увеличение его жёсткости на 50 % приводит к уменьшению угла крена на 17 % для режима «обгон» и на 14 % при выполнении маневра «рывок». Однако включение стабилизатора приводит к увеличению ускорений кузова на 28 %. В меньшей степени на поперечно-угловые перемещения оказывает влияние жёсткость подвески: увеличении её жёсткости на 20 % приводит к уменьшению угла крена на 9 % при наличии стабилизатора и на 15 % при его отсутствии. Однако при этом возрастают поперечно-угловые ускорения кузова на 19% и 31% соответственно при наличии и отсутствии стабилизатора.

2) Рост жёсткости стабилизатора приводит не только к уменьшению углов, крена, но и к увеличению длительности колебаний кузова при резком приложении боковой силы (маневр «рывок»), что негативно влияет на управляемость автомобиля.

3) Демпфирующие свойства подвески наибольшее влияние оказывают только в режиме «рывок»: увеличение коэффициента демпфирования на 50 % (при наличии стабилизатора) приводит к уменьшению угла крена на 9 %.

4) Жёсткость шин практически не влияет ни на углы крена, ни на поперечно-угловые ускорения в различных режимах движения: увеличение жёсткости шин на 20 %, при наличии стабилизатора и номинальной жёсткости подвески, приводит к уменьшению угла крена на 2 % в режиме «обгон» и на 4% при движении по дорожным неровностям. Также, жёсткость шин практически не влияет и на угол крена в режиме «рывок» — увеличение жёсткости шин на 20 % приводит к снижению угла крена всего на 3 %.

5) Для выбора жёсткости подвески и стабилизатора предложено использовать зависимости угловых перемещений и ускорений кузова от относительного изменения параметра подвески (жёсткости упругого элемента, стабилизатора поперечной устойчивости) при различных видах воздействий.

5. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С УЧЁТОМ ПОПЕРЕЧНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА

5.1. Методика расчёта параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля

Учитывая не однотипное влияние параметров подвески на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля, необходимо определять их исходя из одновременного выполнения следующих условий:

- обеспечение требуемой поперечной устойчивости автомобиля;

- обеспечение требуемых норм плавности хода для продольных и поперечных колебаний кузова автомобиля при движении по дорожным неровностям.

Принято [45, 61], что для обеспечения требуемой поперечной устойчивости, угол крена кузова автомобиля не должен превышать 3.60 при воздействии удельной боковой силы равной р. = 0,4. Из этих условий обычно определяется требуемая угловая жёсткость подвески Су.т. Угол крена кузова в поперечной плоскости без учёта жёсткости шин равен [45]:

Су~КМп8 где ¡л — относительная боковая сила, действующая на подрессоренную массу автомобиля;

Мп — подрессоренная масса автомобиля;

Ик — плечо крена; g — ускорение свободного падения;

Су-угловая жёсткость подвески (включая стабилизатор). Откуда следует, что требуемая угловая жёсткость подвески Су.т равна:

Ц.Т--ГТ-(5.1) где [///] — допустимый угол крена, \у/\ = 3.60.

Угловая жёсткость стабилизатора определяется как разность между требуемой угловой жёсткостью подвески и угловой жесткостью, полученной при проектировочном расчёте:

Сст=Су.т-Су. (5.2)

Далее, по методике, изложенной во второй* главе, определяются поперечно-угловые перемещения и ускорения кузова при различных видах воздействия: силовое воздействие на кузов и кинематическое воздействие на колёса. Для определения перемещений и ускорений кузова используются формулы (2117) и (2.23). В качестве силового воздействия используется центробежная сила. Кинематическое воздействие задано разностью высот неровностей дороги между левой и правой стороной автомобиля.

Расчёты проводятся для различных значений угловой жёсткости стабилизатора Сст в диапазоне (0.2)-Сст. По» результатам расчёта строится характеристика поперечно-угловых перемещений и- ускорений кузова в зависимости от относительной жёсткости стабилизатора Сст/Сст. 0. За номинальную жёсткость стабилизатора Сст. 0 принимается значение, рассчитанное по формуле 5.2. При этом на графике для данного типа автомобиля наносятся уровни предельно допустимых угловых ускорений и перемещений [(//] кузова. В. случае если полученные значения угловых перемещений и ускорений превышают заданные уровни, то необходимо корректировать угловую жёсткость стабилизатора, либо жёсткость подвески и стабилизатора.

Рассмотрим 5 основных вариантов выбора угловой жёсткости стабилизатора и подвески.

Вариант I (рис. 5.1). В данном варианте перемещения и ускорения кузова при номинальных параметрах подвески не превышают допустимые уровни (точки а и Ь, рис. 5.1). В данном случае жёсткость стабилизатора можно изменять в диапазоне от С'сг до С'"ст. При жёсткости стабилизатора равной С'ст поперечно-угловые перемещения примут предельное значение [t/s] (точка с, рис. 5.1). При жёсткости стабилизатора равной С"'ст поперечно-угловые ускорения примут предельное значение [«//] (точка d, рис. 5.1). Жёсткость стабилизатора выбирается в зависимости от требований к автомобилю: для спортивной езды необходимо выбрать наибольшее значение жёсткости; для максимальной комфортабельности — минимальное значение жёсткости.

Вариант II (рис. 5.1). В представленном варианте поперечно-угловые ускорения, при номинальных параметрах подвески, превышают предельный уровень ускорений \у/\ (точка е, рис. 5.1). Для уменьшения ускорений до допустимого уровня (точка f, рис. 5.1) необходимо снизить угловую жёсткость стабилизатора до значения С"ст- Таким образом жёсткость стабилизатора j следует выбирать в диапазоне от С'ст до С"ст, в зависимости от требований к автомобилю. * е d

Ъ И

СсД 'сто Cji "сто о 0.5 1 1.5 Сст/сет.0

Рис. 5.1. Схема выбора жёсткости стабилизатора: — поперечно-угловые перемещения;— поперечно-угловые ускорения

В варианте II для снижения поперечно-угловых ускорений кузова достаточно изменения жёсткости стабилизатора. Однако возможен случай, когда необходимо корректировать как угловую жёсткость стабилизатора, так и угловую жёсткость подвески автомобиля (см. вариант III).

Вариант III (рис. 5.2). В данном варианте ускорения кузова при номинальных параметрах подвески превышают допустимый уровень (точка Ь, рис. 5.2). Для снижения ускорений необходимо уменьшить угловую жёсткость стабилизатора до значения С'ст. При этом поперечно-угловые перемещения будут равны предельному значению [<//] (точка с1, рис. 5.2), а ускорения снизятся до значения в точке с (рис. 5.2). Дальнейшее снижение поперечно-угловых ускорений (точка е, рис. 5.2) за счёт уменьшения жёсткости стабилизатора приведёт к превышению допустимого уровня поперечного крена (точка /, рис. 5.2). Таким образом, необходимо корректировать угловую жёсткость подвески. рад цг, град Ч/' —

Ь Г

- И г с! И

У а

СЖ* / о о 0.5 1 1,5 С^С„.в

Рис. 5.2. Схема выбора жёсткости стабилизатора: - поперечно-угловые перемещения;— поперечно-угловые ускорения

Для выбора угловой жёсткости подвески проводятся расчёты для различных значений Су в диапазоне (0,6.1,4)-Су с учётом скорректированной жёсткости стабилизатора С'ст. По результатам расчёта строится характеристика поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова в зависимости от относительной угловой жёсткости подвески Су/Су.0 (рис. 5.3). За номинальную жёсткость подвески Суо принимается значение, рассчитанное при проектировочном расчёте.

V, град рад

0.6 0,8 Су/Суо л 12 Су/су.0

Рис. 5.3. Схема выбора угловой жёсткости подвески: - поперечно-угловые перемещения;— поперечно-угловые ускорения

На рис. 5.3 представлена зависимость поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова, рассчитанная с учётом скорректированной жёсткости стабилизатора С'ст. Таким образом, при номинальных параметрах, угол крена будет равен предельному значению (точка а, рис. 5.3). Для уменьшения ускорений необходимо снизить жёсткость подвески до значения С'у. При этом возрастут угловые перемещения на величину Alf/. Как показали исследования (п. 4.1), жёсткость подвески практически не влияет на угол крена при движении автомобиля по дорожным неровностям. Следовательно, искомая жёсткость подвески - С'у.

Вариант IV (рис. 5.4). В данном варианте угол крена кузова при номинальных параметрах подвески превышает допустимый уровень (точка а, рис. 5.4). Для снижения угловых перемещений кузова необходимо увеличить угловую жёсткость стабилизатора до С'ст. При этом поперечно-угловые перемещения будут равны предельному значению \у/\ (точка d, рис. 5.4). Угловую жёсткость стабилизатора можно выбирать в диапазоне от С'ст. до С"ст. При жёсткости стабилизатора равной С"ст поперечно-угловые ускорения будут равны предельному значению (точка с, рис. 5.4). Жёсткость стабилизатора выбирается в зависимости от требований к автомобилю. рад у/, град V. —2~

W с ь г о* ' и а d

Сп Оссто

0 0,5 1 1,5 С„/С„,а

Рис. 5.4. Схема выбора жёсткости стабилизатора: - поперечно-угловые перемещения;- поперечно-угловые ускорения

Вариант V (рис. 5.5). В данном варианте превышены предельные уровни как поперечно-угловых перемещений (точка а, рис. 5.5), так и ускорений (точка Ь, рис. 5.5). Сначала необходимо уменьшить угол крена за счёт увеличения угловой жёсткости стабилизатора до значения С'ст. При этом возрастут ускорения до значения в точке с (рис. 5.5). рад

V. град г - ^í"

Л* ■¿Г с

Ъ . И а d и

ОСао X |

0 0,5 1 1,5 С„/Ссто

Рис. 5.5. Схема выбора жёсткости стабилизатора: — поперечно-угловые перемещения;- поперечно-угловые ускорения

Для уменьшения ускорений кузова необходимо снизить угловую жёсткость подвески. Для выбора угловой жёсткости подвески проводятся расчёты для различных значений Су в диапазоне (0,6.1,4)-Су с учётом скорректированной жёсткости стабилизатора С'ст. По результатам расчёта строится характеристика поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова в зависимости от относительной угловой жёсткости подвески Су/Су.0 (рис. 5.6). За номинальную жёсткость подвески Су0 принимается значение, рассчитанное при проектировочном расчёте. При скорректированной жёсткости стабилизатора С'ст Уг°л крена будет равен предельно допустимому значению [(//] (точка а, рис. 5.6). Для уменьшения поперечно-угловых ускорений кузова до уровня (точка с, рис. 5.4) необходимо снизить угловую жёсткость подвески до значения С'у. При этом, возрастёт угол крена на величину Лц/ . Если Лц/ будет превышать заданное значение, то необходимо повторить расчёт с учётом скорректированного значения угловой жёсткости подвески С'у, увеличить угловую жёсткость стабилизатора до значения, при котором угол крена не будет превышать допустимого значения. Расчёты проводятся то тех пор, пока Лу/ не будет превышать заданного значения. рад ч>, град У' с2

-* у у *

Ь ¿г У *

У с . —^ И а и

Ау/

I сусуо

0.6 0,8 1 1.2 Су/Суо

Рис. 5.6. Схема выбора жёсткости подвески: - поперечно-угловые перемещения;- поперечно-угловые ускорения

5.2. Пример расчёта параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова

Методика расчёта параметров подвески автомобиля с учётом поперечно-угловых колебаний кузова рассмотрена на примере легкового автомобиля среднего класса массой 2400 кг. Цель расчёта - определение угловой жёсткости передней подвески и стабилизатора (параметры для задней подвески рассчитываются аналогично). Исходные данные, необходимые для расчёта, приведены в табл. 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведём основные результаты диссертационной работы:

1. Усовершенствована методика проектировочного расчёта параметров подвески автомобиля учётом поперечно-угловых колебаний его кузова, позволяющая одновременно удовлетворить требования по устойчивости и плавности хода. Для выбора жёсткости подвески и стабилизатора предложено использовать зависимости угловых перемещений и ускорений кузова от относительного изменения параметра подвески (жёсткости упругого элемента, стабилизатора поперечной устойчивости) при различных видах воздействия.

2. Разработана математическая модель системы- подрессоривания, позволяющая с достаточной точностью описывать колебания кузова автомобиля в поперечной плоскости при различных видах силового и кинематического воздействия (резкое и постоянное приложение боковой силы, неровности дороги).

3. Разработана методика экспериментальных исследований колебаний подрессоренной массы автомобиля при различных видах воздействия: кинематическое гармоническое воздействие на колесо; силовое воздействие на кузов боковой гармонической силы. Проведены стендовые и дорожные испытания автомобиля, подтвердившие адекватность разработанной модели.

4. Проведено исследование, в результате которого определена степень влияния параметров системы подрессоривания на поперечно-угловые колебания кузова при различных видах воздействия.

5. Применение уточнённой методики позволило снизить поперечно-угловые ускорения кузова (до 36 %), что позволяет снизить затраты на доводку параметров подвески во время полигонных испытаний. Предложенная методика удобна в инженерном пользовании и позволяет на стадии проектирования обоснованно выбирать параметры подвески. В результате обеспечивается повышение технического уровня разрабатываемых автомобилей, а также снижение времени и затрат на доводку модернизируемых и вновь проектируемых систем подрессоривания.

Научную новизну решённых & диссертационной работе задач представляют:

1. В» математической модели системы подрессоривания произведён одновременный учёт как силового, так и кинематического воздействия на поперечно-угловые колебания кузова автомобиля.

2. Исследовано влияние жёсткости стабилизатора на параметры поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля.

3. Методика выбора жёсткости стабилизатора и подвески автомобиля при проектировочном расчёте была уточненаучётом поперечно-угловых ускорений кузова автомобиля при его движении по дорожным неровностям.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что её результаты позволяют оценивать угловые перемещения и ускорения кузова в поперечной плоскости в различных режимах движения автомобиля, а также обоснованно выбирать параметры подвески, в том числе жёсткость стабилизатора, на стадии проектирования подвески автомобиля.

Перспективы дальнейших исследований. Хотелось бы отметить, что в диссертации изложены общие принципы подбора параметров подвески с учётом поперечно-угловых колебаний кузова автомобиля. Реальная задача представляет собой поиск решения многопараметрической системы, в которую включены не только уравнения, описывающие поперечно-угловые колебания автомобиля, но и продольно-угловые. Решение системы и её оптимизация выходит за рамки данного диссертационного исследования и может быть рассмотрено как перспективное направление в исследовании устойчивости и плавности хода автомобиля.

1. Автомобили: Испытания: Учеб. пособие для вузов / В.М.Беляев, М.С. Высоцкий, JI.X. Гилелес и др.; Под ред. А.И. Гришкевича, М.С. Высоцкого. Мн.: Выш. шк., 1991. - 187 с.

2. Автомобиль Volkswagen Touareg: Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. — АртСтиль, 2007. — 276 с.

3. Автомобиль ВАЗ-2108 «Спутник»: Устройство и ремонт / В.А. Вершигора, А.П. Игнатов, К.В. Новокшонов, К.Б. Пятков. — М.: Транспорт. 1987.-221 с.

4. Автомобильный справочник: Пер. с англ. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЗАО «КЖИ За рулём», 2004. 992 с.

5. Аксенов П.В. Многоосные автомобили. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1989. — 280 с.

6. Ануфриев И.Е. MATLAB 7 / И.Е. Ануфриев, А.Б. Смирнов, E.H. Смирнова. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

7. Батько Б.М. Соискателю учёной степени. Практические рекомендации (от диссертации до аттестационного дела). 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: МОП AHO «НТЦ им. Л.Т. Тучкова», 2008. - 351 с.

8. ВАЗ-2115, ВАЗ-2114, BA3-2113 и их модификации: Каталог узлов, деталей и запасных частей / С.Н. Косарев. — М.: ООО «Издательство ACT»: ООО «Издательство Астрель», 2004. — 383 1. с.

9. ВАЗ-2115,-15i,-14i: Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. — М.: Издательский Дом Третий Рим, 2007. — 140 с.

10. ВахламовВ.К. Автомобили: Эксплуатационные свойства: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.К. Вахламов. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 240 с.

11. Ведемейер Е.А. Колебания автомобиля / Е.А. Ведемейер. — М.: Автотрансиздат, 1959.— 143 с.

12. Вибрация, передаваемая человеческому телу от твердых поверхностей: Руководство для оценки на человека. Международный стандарт. Per. № ИеО 2631-74. -М.: Стандарты, 1978. 17 с.

13. Волков Ю.П. Транспортные гусеничные машины. Ходовая часть: Учеб. пособие / Ю.П. Волков, В.Е. Ролле, А.Д. Самойлов. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009.-266 с.

14. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств: Пер. с англ. — М.Ч Машиностроение, 1982. — 284 с.

15. ГОСТ 12.1.012-2004. Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования безопасности. Взамен ГОСТ 12.1.012-90:,введ. 01.07.2008. -М.: Изд-во стандартов, 2010. 20 с.

16. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов. Ми.: Выш. шк., 1986.-208 с.

17. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. — М.: Машиностроение, 1985.-200 с.

18. Динамика системы дорога шина - автомобиль — водитель / Под ред. A.A. Хачатурова. -М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

19. Ерёмина И.В. Обеспечение плавности хода при проектировании легкового автомобиля с учётом влияния потерь на трение в подвеске: Автореф. дис. канд. тех. наук: 05.05.03 / Ерёмина Ирина Васильевна. Тольятти, 2008. -26 с.

20. Ерофеев A.A. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Политехника, 2003. — 302 с.

21. Жуков A.B. Влияние запаздывания воздействия неровностей дороги на поперечные колебания полуприцепа // Автомобильная промышленность. — 1971. — № 6. — С. 16-19.

22. Жуков A.B. Оценка поперечно-угловых колебаний двухосного прицепа с учётом нелинейности характеристики подвески / A.B. Жуков, Ю.Ю. Беленький // Автомобильная промышленность. — 1971. — № 12. — С. 12-14.

23. Зимелев Г.В. Теория автомобиля. — М.: Машгиз, 1959. — 312 с.

24. Иларионов В.А. Поперечный крен автомобиля «Москвич-408» / В.А. Иларионов, В.К. Вахламов // Автомобильная промьппленность. — 1966. — № 12.-С. 19-20.

25. Иларионов В.А. Поперечный крен кузова и устойчивость автомобиля // Автомобильная промышленность. — 1962. — № 10. — С. 29-32.

26. Испытания автомобилей- / В.Б. Цимбалин, В.Н. Кравец, С.М. Кудрявцев? и др. — М.: Машиностроение, 1978. 199 с.

27. Ищенко В.Н. Углы крена автомобиля с независимой подвеской // Известия вузов СССР: Машиностроение. — 1965. -№ 9. — С. 28-33.

28. Карунин М.А. Устройство, повышающее боковую устойчивость АТС / М.А Карунин, В.С. Устименко, Е.В. Баранова // Автомобильная промышленность. — 2008. № 5. — С. 20-21.

29. Каталог запасных частей автомобилей ВАЗ-2108, ВАЗ-2109 и их модификаций / Сост.: Л.А. Мельникова и др:; Волжский автомоб. з-д им: 50-летия СССР. М.: Машиностроение, 1992 — 160 с.

30. Колебания автомобиля. Испытания и исследования / Под ред. Я.М. Певзнера. -М.: Машиностроение; 1979. — 208 с.

31. Кравец В.Н: Проектирование автомобиля: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Кравец. — 2-е изд, перераб. и доп.; Нижегород. политехи, ин-т. — Н. Новгород, 1992. 230 с.

32. Краткий автомобильный справочник. В 4 т. Т. 3. Легковые автомобили. Ч. 2 / Кисуленко Б.В. и др. — М.: НПСТ «Трансконсалтинг», 2004. 560 с.

33. Кузнецов В.А. Конструирование и расчёт автомобиля. Подвеска автомобиля: Учебное пособие / В А. Кузнецов, И.Ф. Дьяков — Ульяновск: УлГТУ, 2003.-64 с.

34. Литвинов А.С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» / А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин. — М.: Машиностроение, 1989. 240 с.

35. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. — М.: Машиностроение, 1971. — 416 с.

36. Лукин П.П. Конструирование и расчёт автомобиля: Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности «Автомобили и тракторы» / П.П. Лукин, Г.А. Гаспарянц, В.Ф. Родионов. — М.: Машиностроение, 1984. — 376 с.

37. Машиностроение. Энциклопедический справочник. В 15 т. Т.П. Конструирование машин. — М.: Машгиз, 1948. — 456 с.

38. Морозов Б.М. Активная подвеска (сервоподвеска) автомобиля: Обзор / Б.М. Морозов, Р.И Райхлин. М.: НИИНАвтопром, 1967. - 60 с.

39. Пархиловский И.Г. Автомобильные листовые рессоры. — 2-е изд., перераб: и доп. — М^: Машиностроение, 1978. — 232 с.

40. Певзнер В.М. Об уровне продольных и поперечных ускорений при* колебаниях легковых автомобилей / В.М. Певзнер, Г.Г. Гридасов, А.Е. Плетнев //Тр. НАМИ.-1973.-Вып. 141.-С. 14-19.

41. Подригало М.А., Волков В.П. Определение радиусов инерции автомобиля на стадии проектирования / М.А. Подригало, В.П. Волков // Автомобильная промышленность. — 2003. — № 6. — С. 19-22.

42. Поршнев Г.П. Автомобиль: поворот, устойчивость, проходимость: Конспект лекций / Г.П: Поршнев, Р.Ю. Добрецов; СПбГТУ. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. — 55 с.

43. Проектирование полноприводных колёсных машин: В 2 т. Т. 2. Учеб. для вузов / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов и др.; Под общ. ред. А.А. Полунгяна. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.

44. Пройкшат А. Шасси автомобиля: Типы приводов / Под ред. Й. Раймпеля; Пер. с нем. В.И. Губы; Под ред. А.К. Миллера. М.: Машиностроение, 1989. — 232 с.

45. Раймпель Й. Шасси автомобиля / Сокр. пер. 1 тома 4 нем. изд. В.П. Агапова; Под ред. И.Н. Зверева. — М.: Машиностроение, 1983. — 356 с.

46. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Элементы подвески / Пер. с нем. А.Л. Карпухина; Под ред. Г.Г. Гридасова. — М.: Машиностроение, 1987. — 288 с.

47. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. — 3-е изд., перераб. и доп. — М:: Машиностроение, 1972. — 392 с.

48. Ротенберг Р.В., Бурлаченко Н.И. О физиологических критериях плавности хода автомобиля // Автомобильная промышленность. — 1966. — № 21 С. 27-30.

49. Семаков В. Всегда на взводе // За рулем. — 1998. — № 5. — С. 244-245.

50. Семенов Н.В. Исследование поперечных колебаний автомобиля / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // Автомобильная промышленность. —2008.-№ 7.-С. 31-33.

51. Семенов Н.В. Параметры стабилизатора и амортизатора и поперечные колебания кузова автомобиля / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // Автомобильная промышленность. — 2009. — № 12. С. 20-22.

52. Силаев A.A. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1972. — 192 с.

53. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990.-352 с.

54. Солодовников В.В. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. пособие / В.В. Солодовников, В.Н. Плотников, A.B. Яковлев; -М.: Изд-во МГТУ, 1993. 492 с.

55. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С Писаренко,

56. A.П. Яковлев, В.В. Матвеев. 2-е изд., перераб. и доп. — Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

57. ТарасикВ.П. Теория движения автомобиля: Учебник для вузов. — СПб:: БХВ-Петербург, 2006. 478 с.

58. Тракторы: Теория: Учебник для студентов вузов по спец. «Автомобили и. тракторы» / В.В. Гуськов, H.H. Велев, Ю.Е. Атаманов и др:; Под общ. ред.

59. B.В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1988. — 376 с.

60. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машгиз, 1963.-240 с.

61. Хашимов А.Д: Математическая модель управляемости автомобиля при маневрах типа «переставка» / А.Д. Хашимов, И.С. Турсунов, Д.И. Хашимов // Автомобильная промышленность. — 2003. — № 8. — С. 18-20:

62. Ходес И.В. Методология прогнозирования управляемости колесной машины: Автореф. дис. д-ра тех. наук: 05.05.03 / Ходес Иосиф Викторович; ВолгГТУ. Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2007. - 31 с.

63. Ходес И.В. Повышение технического уровня колесной машины на базе расчётно-теоретического обоснования параметров управляемости: монография / ИВ. Ходес. Волгоград: ВолгГТУ, 2005. - 363 с.

64. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. — М.: Машгиз, 1950. — 343 с.

65. Янте А. Механика движения автомобиля / Пер. с нем. Н.И. Владинец, И.А. Левин. М.: Машгиз, 1958. - 263 с.

66. Яценко Н.Н. Плавность хода грузовых автомобилей / Н.Н. Яценко, О.К. Прутчиков. М.: Машиностроение, 1969. — 220 с.

67. Dixon J.C. Suspension geometry and compulation. — Chippenham: Wiley, 2009. -417 p.

68. Garrett Т.К. The Motor Vehicle / T.K Garrett, K. Newton, W. Steeds. 13th ed. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 2004. - 1214 p.

69. Genta G. The Automotive Chassis. In 2 volumes. Vol. 1: Components Design /

70. G. Genta, L. Morello. Torino: Springer, 2009. - 832 p.

71. Gillespie T.D. Fundamentals of Vehicle Dynamics. — Society of Automotive Engineers, 1992.-519 p.

72. Hales F.D. The vertical motion and lateral stability of road vehicle trains. — Loughborough University of Technology, 1972. 78 p.

73. Jazar N.R. Vehicle Dynamics: Theory and Application. — New York: Springer, 2008.-1015 p.

74. Karnopp D. Vehicle Stability. Davis: University of California, 2004. - 313 p.

75. Measured Vehicle Inertial Parameters — NHNSA's Data Through November 1998 / GJ. Heydinger, R.A. Bixel, W. Riley Garrot, M.Pyne, J. Gavin Howe, D.A. Guenther. Society of Automotive Engineers, 1999. - 33 p.

76. Mitschke M. Dynamik der Kraftfahrzeuge / M. Mitschke, H. Wallentowitz. — 4 aufl. Berlin: Springer, 2004. - 779 s.

77. Pacejka H.B. Tire and Vehicle Dynamics. 2nd ed. — Society of Automotive Engineers, 2005. — 642 p.

78. Reimpell J. The Automotive Chassis: Engineering Principles / J. Reimpell,

79. H. Stoll, J.W. Betzler. 2nd ed. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 2001. - 444 p.

80. Rill G. Vehicle Dynamics: Lecture Notes. — Regensburg: University of Applied Sciences, 2009. 193 p.