автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Основы теории рабочего процесса и расчета управляющих колесных модулей

Украинский транспортный университет

д

~ ^ •>■■! Па правах рукописи

СОЛТУС Анатолий Петрович

ОСПОШ ТКОРНИ РАБОЧЕГО ПРО^ССА К РАСЧЕТА У11РАа'№ц11Х КОЛЕСНыл ШдУЛЬЙ

Специальность ub.ub.u3 -Автомобили, и тракторы

на соискание учондГ с л доктора технпчезк;!:-: паук

диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Кременчугском филиале ларькопсксго рос дарственного политехнического университета

Научный консультант: доктор технических наук, профосс

Кошарный ¡школан Федорович

ифкци&яьнне ошоксцтж - заслуженный деятель науки и

Украины, доктор чехнических не йессор Лебедев Анатолии Тихоню

- доктор технических наук, про . чл.-кор. Я.л.Украины

Кальченко Борис Иванович

- доктор технических наук, про Сахно Владимир' Прохорович

Ведущая организация: Кременчугский автомобильный заЕод

Защита состоится " " '. ¿л^ОМ?_1995 года в

¡Р. . часов на заседании специализированного совета Д C68.09.ij2 при Украинском транспортном университете по адресу: 2132010,Киев 10, ул. Суворова, 1.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке униве] Автореферат разослан. ЛМ^И^Я

Ученый секретарь специализированного

профессор ¿¡¿И".Дмитрие]

СНМН ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТм

Актуальность проблемы. Тенденция проектирования автомобилей которая наметилась в мировой практике, - проектирование комплексных систем, объединенных общей функционально» целью.

Свойства таких систем, которые будем в дальнейшем называть . функциональными модулями, должны зависеть как от свойств отдельных его элементов, так и их связей. В этом случае весьма эффективным инструментом модульного проектирования автомобиля становится ' САПР.

Одной из важнейших систем автомобиля является комплекс, объединяющий механизмы и устройства рулевого управления и управляемые мосты с колесами. Поскольку такой комплекс является механизмом, преобразующим управляющий сигнал в управляющий фактор, то назовем рассматриваемую систему управляющим колесным модулем.

В настоящее время конструкции управляющих модулей автомобилей ещё далеки от совершенства. Основные недостатки это: энергоемкость рулевого управления, недостаточная стабилизация управляемых колее, низкочастотные и высокочастотные колебания управляемых колес, ос-лазливавшие повышенный износ наш и др.

К настоящему времен;;; многие вопросы теории и расчета отдельных элементов системы нашш освещение в трудах отечественных к < >.-рубежных исследователей. Большая часть работ относится к'рулевому управлению, з частности работы Льюоза Li.И., Литвинова A.C., Чайговс-_ кого Й.Л., -йларионова В.А. , Фаробина fi.li., Гинцбурга Л Ji., л.Табтрека и др.

Многие вопросы раыены полуэмпиричеекп в koiютрукторских б;о: d заводов и НИИ.

Однако накопленный научный и' практическим опыт ещё не обоб'.: ■ и не развит в такой мере, чтобы можно было бы считать, что осноь.•

теории рабочего процесса и.расчета рулевых управлений созданы. Таким образом, это ещё остается проблемой.

Наиболее слабо развита теория рабочего процесса комплексно системы - управляющего колесного модуля.

Эту проблему монно отнести к числу особо актуальных, поско ку от совершенства системы вцелом зависят такие важнейшие свойс ва автомобиля как управляемость, устойчивость, безопасность дви ния, топливная экономичность.

Целью настоящей работы является разработка основ теории ра чего процесса и расчета конструктивных параметров управляющих к лесных модулей.

В качестве объекта исследования выбраны управляющие модули массовых двух, трех и четырехосных автомобилей. Их выб,ор обусло

ч . *

общностью рабочих процессов с точки зрения механики и перспекти вой создания на их основе теории управляющих модулей, ''обладают!-: заданными свойствами. •

Анализ литературных ■источников показывает, что' существуют теории и методы расчета параметров как управляемых мостов, так рулевых управлений не отвечает требованиям,практики, поскольку проектирование ведется раздельно, б.ез комплексного учета всех ч бовакий, которые должна вцелом система выполнять. г.1ног'ие napai.it ры системы выбираются экспериментально. При этом невозможно 01 делить, насколько они приближаются к оптимальны»!. В конечном и: ге свойства спроектированной системы выявляются только на стад; экспериментальных исследований, а отсутствие теории управляйте! колесного модуля не позволяет вести проектирование системы с п]

I

нозируемыми свойствам/..

Предметом исследования являются закономерности кинематики динамики рабочего' процесса механизмов, входящих в комплексную

систему - управляющий колесный модуль, критерии их конструкции л пути оптимизации конструктивны/: параметров на стадии проектирог ■>-ния автомобилей.' - '

Работа базируется на исследованиях, выполненных автором в 1974 -г 1978 г.г. на Кременчугском автомобильном заводе и Камском объединении по производству большегрузных автомобилей в 1981 ~ 1990 г.г.-

0бшая_ што^ологая исследования.

В исследовании принят системный подход, который предусматривает выделение целостной системы - управляющего колесного модуля • из общей системы "водитель-автомобиль-дорога", выявление основных ее свойств и внутренних связей, создание математической модели 'ее рабочего процесса критериев эффективности и на их основе разработка методики расчета оптимальных параметров системы на базе современной вычислительно!! техники.

Научная_нош!зка рабскгы.

1. Впервые теория рулевого управления автомобиля создавалась на основе^ анализа функционирования комплексной системы - управляющего колесного модуля.

2. Сформированы методологические основы системного подхода исследованию рабочего процесса управляющих -колесных модулей.

3. Разработана теория и математическая модель рабочего процесса управляющего колесного модуля, включающая классификацию, критерии эффективности, выражения усилия на рулевом колесе, передаточные функции рулевого привода, параметры устойчивости управляемых колес против колебаний и их стабилизацию и др., как функции конструктивные параметров системы, а также зависимости, опреде-

ляющие динамику и кинематику элементов рассматриваемой системы.

4. На основе математической модели рабочего процесса системы разработана методика оптимизации параметров управляющего модуля, позволившая не только количественно оценить влияние упругих и дем фирующих характеристик шин, параметров управляемого моста, рулево го управления,, базы автомобиля и конструктивных особенностей задней тележки на функциональные свойства системы, но и определить такое'их сочетание,, при котором предъявляемые к ней требования будут выполняться.

5. Создан комплекс экспериментального оборудования для иссле дования 'управляющих модулей.

6. Получен комплекс новых теоретическо-экспериментальных даь

ных о характеристиках рабочего процесса управляющих колесных мо-■ * *

дулей. . ■■.;.,

7. Сформулированы и .реализованы общие принципы оптимизации

конструктивных параметров управляющих колесных модулей.

* " '

Достоверность результатов подтверждена сравнением результатов расчетов основных показателей рабочего процесса управляющих модулей с экспериментальными данными, полученными в идентичных у< ловиях. Экспериментальные исследования проведены с применением современного ~измерительного оборудования. Отличие расчетных-теоретических величин параметров от экспериментальных не превышает ;

: I

Практическая ценность.. Результаты исследования позволяют:

- на стадии проектирования научно-обоснованно определять оптимал] ные конструктивные параметры управляющих колесных модулей; .

- совершенствовать параметры существующих рулевых управлений.с учетом различных модификаций базовой модели, типа ходовой части : особенностей эксплуатации;

- -прогнозировать функциональные свойства систем управления автомобилей '

*

-Ь-

- оценивать совершенство существующих управляющих колесных модулой и определить оптимальное направление ,повышения их функциональных свойств.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в -проиЕ-водство в ходе выполнения научно-исследовательских тем согласно хоздоговорам с КамАЗ в период с 1982 - 1990 г.г. Они нашли применение при совершенстве конструкции управляющих модулей серийных автомобилей КамАЗ, в бюро расчетов УГК КрАЗа, касающихся определения параметров рулевых управлений, оптимального угла развала управляемых колес автомобилей КрАЗ колесной формулы бхб, маневренности трехосных автомобилей, разработке перспективных управляющих колесных модулей семейства четырехосных автомобилей КамАЗ, обеспечив уког

номи.ю средств и сокращение сроков на доводку и постановку • их на,

/

производство. ' • -

Апробация работы. Отдельные этапы и основные результаты работы систематически докладывались на НТС КамАЗ - 1983,- 1984, 198й, 1986, 1967, 1989, 1990 г.г. на XI научно-техническом семинаре "Кл-чение эластичного колеса" 28 сентября 1985 г. в г. Горьком, на заседаниях кафедры "Автомобили" КДДИ з 198?, 1989, 1992 г.г., на НТС Кременчугского филиала ХПК 1984, 198о, 1988, 1990 г.г.,;на заседаниях кафедры "Автомобили и тракторы" Кременчугского филиала ХПИ в 1983, 1985, 1988, 1990, 1992 г.г.

Публикации работы. Основные результаты экспериментальных исследований, тёории и методов расчета управляющих колесных модуле:' опубликованы в 22 научных работах,, включая депонированную монографию 10 п.л. Список работ, опубликованных в изданиях союзного у республиканского значения, приведен в автореферате.

■ 0бъем__ра_б£ты. Диссертация включает введение, семь глав, бызо-

ды, библиографию Содержит 46£ __ страниц, из которы

основного машинописного текста 2вЗ __ страниц, иллюстрированного _Ц.9_ рисунками и _дх __ таблицами. Б списке основной использован ной литературы приведены 315 наименования, б том числе 116 иност ранных авторов.

Содержание диссертации

'■" ^ Первая глава "Состояние вопроса и задачи исследования" поев щена рассмотрению объекта и предмета исследования.

Объектом исследования принята комплексная система, .включающ рулевое управление, управляемый мост с эластичными колесами. По зано, что рулевое управление автомобиля, состоящее с рулевого ме ханизма, рулевого привода и усилителя, необходимо рассматривать совместно с' управляемым мостом и колесами, поскольку только така 'система способна выполнить функциональную задачу - преобразовать 'управляющий момент, подведенный к рулевому колесу, в поворачивав: щий фактор, создающийся в контакте колесо - опорная поверхность. Поскольку основным звеном реализации этого фактора являются упра ляемые колеса, поэтому система получила название "управляющий кс лесный модуль".

Сформулированы основные требования к управляющему модулю, специфические "с точки зрения прежде всего управляемости автомобр Все требования, предъявляемые к управляющему модулю, подразделен на функциональные и ограничительные. При этом к функциональным требованиям относятся легкость управления, стабилизация и устой' вость управляемых колес против колебаний, долговечность шин, ма( ренность и кинематическая чувствительность управления. В свою с редь ограничительные разделяются на параметрические (ограничена размеров, формы, объема и т.д.), декретизирующиё (ограничения, I

ладцваемые ГОСТ, ОСТ, правилами ЕоК 00:;, физической сущностью явлений протекания, процесса и т.д.) к эксплуатационные (выполнение условий прочности, надежности, долговечности, себестоимости и т.д.). ■ '

Что не касается рулевого управления, то оно является связующим звеном ыезду водителем и осями шкворней .управляемых колес. Однако ясно, что само по себе рулевое управление пе в -состояние, в!

полнить сформулированные вьпае Функциональные требования.

»' * *

Разработанные классификация управляющих модулей и структурная схема, вьщеленные свойства и связи элементов системы позволили определить общие для систем элементы, а в итоге - конкретизировать предмет исследования. . ; '

На рис. I приведена структурная схема унифицированного управляющего колесного модуля. Из анализа рис. I видно, что на управляющий модуль оказывает непосредственное воздействие водитель.дорога, ходовая часть автомобиля, действия водителя формируются конкретной задаче;!, связанной с обеспечением движения автомобиля пз определяемой водителем траектории Vканал I); дорогой, информирующей о состоянии покрытия, ¡¿яркие проезде;: Части, осезщенности, дорожной ситуации ц т.д. (канал ходовой частью автомобиля, определяющей динамику и кинематику ого'движения (канал 4); кон - -руктивнимн параметрами управляющего ;.;о.:;уля (.крнзл 3).

входным звеном модуля является рулевое колесо, а входным;-: параметрами - усилие, прикидываемое водителем к рулевому колес/ угол @р угловая скорость и ускорение @р(£) поворот ■ последнего, величина-усилия является мерой силового эзанмодейст: ля водителя и управляющего модуля, а угол поворот'1, рулевого колзел , скорость и ускорение характеризую? управляющее воздействие водителя на модуль, ¿ходнне нуржлетрн, задаваемые вод^;тп:;ем,формиру>"-ся его профессиональными навыками, уоро/лнон ситуацией, конетрук--

Структурная схема управляющего колесного модуля -23.

Н

УПРАВЛЯЮЩИЙ КОЛЕСНЫЙ МОДУЛЬ

JL

ХОДОВАЯ ЧАСТЬ

Выходное звено

УПРАВЛЯЕМЫЕ КОЛЕСА

тм

т,вш} Щ щ

м Р Р Р

'у г

"Дорога

диноккческое (силовое) воздействие; кинематическое воздействие, информационное воздействие.

Рис Л. •

тивпыми параметрами модуля и автомобил я вцелом. ~

Выходным звеном модуля являются управляемые колеса, а выходными параметрами - углы B(tJ , угловые скорости н ускорения e(t) поворота колес относительно осей шкворней, углы увод;. 8(tJ, скорость S(i j , ускорение <$'(£) двикения управляемых колос, »моменты сопротивления повороту их шин , равнодействующие /У) Ру ^ Р^ сил в контакте шин с опорной поверхностью.

Проведен анализ влияния диаметра рулевого колеса и угла ого установки на скорость вращения и усилие, развиваемое водителем г.а колесе, передаточных чисел и к.п.д., применяемых рулевых механизмов, конструктивных особенностей шкворневых узлов автомобилей и зависимостей определения моментов трения в подлинниках шкворневых узлов автомобилей.

Поскольку каэдая из подсистем, входящая в управляющий модуль, характеризуется свои,ми породят очными функциями, поэтому .результирующая функция, которая описывает свойства модуля, является сложной функцией параметров рабочих процессов подсистем и связен,

j

объединяющих эти подсистемы в модуль.

В главе дан анализ известных работ, посвященных исследован::.;; рабочих процессов подсистем модуля, уделяется особое внимание таким требованиям как легкость управления, стабилизация и устойчивость' колос- против колебаний, долговечность мин. ■ ■

итыччено, что как правило исследуется раздельно каждое из требований, Ьредъязляемое к системе, и не учитывается взаимное влияние параметров модуля на все требования.

Наибольшее развитие получили исследования таких элементов рабочего процесса, как составляющих момента сопротивления поворот/ управляемых колес на мосте, несмотря на то, что общим случаем является их поворот во время движения, а работе; поворот управляемых

-колес на месте рассматривается как частный случай движения при скорости движения автомобиля, равной нулю. На основании анализа сделан вывод, что к настоящему времени отсутствуют зависимости, позволяющие определить этот момент как функцию конструктивных параметров колес и управляемого моста, скорости и траектории движения' автомобиля.

Рассмотрены работы, посвященные исследованию стабилизации управляемых колес. Анализ проведенных исследований показал, что существуют две точки зрения на стабилизацию колес: первая - стабилизацией считать свойство управляемых колес сохранять нейтральное положение и автоматически возвращаться к нему при снятом усил! с рулезого'колеса, и вторая - только свойство управляемых колес

возвращаться в нейтральное положение при снятом усилии с рулевого * ' »

колеса.

Если учесть, что свойство колес сохранять нейтральное положение - это ^устойчивость против колебаний, тогда очевидно, что в первом случае в понятие стабилизации включаются, с нашей точки зрения, 'два противоречивые свойства: устойчивость колес против колебаний и самовозврат колес к нейтральному положению (собственна стабилизация в нашем понимании).

Отсутствует методика, позволяющая определить показатели стабилизации управляемых колес на стадии проектирования автомобиля, а'принятое известное разделение всех моментов, действующих в системе управляющего модуля на стабилизирующие и дестабилизирующие, не позволяет рассчитать величину угла иедоворота колес к нейтральному положению.

Особое внимание в работе уделяется анализу работ, посвящении исследованию устойчивости управляемых колее против колебаний, кап' наиболее сложному и малоизученному вопросу.Среди исследова-

телей вьщелены работы 1.1.13. Келдыша, И.С. Колесникова, Л.И.Гродно, Д.Ф. "Ьортункова, И.В. Ьалабина, и. Кнор'оза, 13.А. Перегона, А.11. Гречко, Г.Беккера, Г. Фромма, А. Контровича,!'. Иасежки и др.

Анализ работ показывает, что к настоящему времени существу»'" две концепции,- объясняющие появление колебаний. Сторонники первой г.з них-считают, что колебания колес обусловлены гигроскопическим . эффектом, имеющим место между угловыми колебаниями управляемого моста относительно продольной оси автомобиля и управляемыми коле--сами относительно осей шкворней, а представители другой --динамическими и кинематическими факторами эластичной шины. К настоящему времени не раскрыт механизм подвода энергии, к управляемым колесе:: при их колебании, невозможно определить влияние конструктивных параметров управляющего модуля на устойчивость движения. --.

13 данной главе проведен также анализ работ, посвященных -исследованию, влияния наклонов шкворней, углов развала и схождения., радиуса кривизны траектории движения на износ шип управляемых колес, из которого делается вывод о том, что перечисленные выше требования исследуются раздельно без учета ззанмюго влияния-параметров системы.

'Что 7-:.е касается работ, в которых бы рулевое управление,уа -равляемыь ¡/ост с колеса:.:;: рассматривались как целостная система, то к настоящему времени, насколько нам известно, таковых не имеется, окесте с тс;.;, как еле,дует из проведенного в данной глав, анализа, оптимизировать параметры рулевого управления возможно только в составе управляющего модуля, ¡тк атом недостаточно изуч: ¡¡ь»:и являются вопросы определения сопротивления повороту шин уро ляемих колес в движении, передаточных чисел трапеции и привода с учетом гесткостп подвески, углов подо воротя управляемых колес к нейтральному п:и;а;;-;;;;;ю, устойчивое:'!; ун^озльемых колес против баи:-;:;, .¡.ополнитсльного влияния колес неуправляемых мостов на раб--

чий пр'оцесс системы.

Для достижения поставленной в работе цели намечено решение следующих задач: • г

- разработать математическую модель эластичной шины управляемого колеса, позволяющую учесть ее влияние на легкость управления, стабилизацию и устойчивость колес против колебаний, долговечность шин, маневренность' и кинематическую чувствительность управления;

- получить'аналитические зависимости,составляющих момента сопротивления повороту управляемых колес, обусловленные равнодействующими реакций опорной поверхности;

- создать методику определения параметров кинематики рулевого' привода с учетом жесткости подвески; -

- определить влияние характеристик шин неуправляемых колес,' баз автомобиля и задней тележки на рабочий процесс колесного..модуля;

.. - разработать-математическую'модель рабочего процесса управляющего колесного модуля;

- создать экспериментальную установку и получить экспериментальные данные для проверки адекватности разработанной математической модели рабочего процесса реальным процессам;

- разработать методикучоптимизации конструктивных параметров управляющего колесного модуля.

I :

Вторая глава "Физические основы механики эластичного управляемого колеса" посвящена исследованию взаимодействия'эластичного управляемого колеса с опорной поверхностью. Основными частными задачами аналитического, исследования явились: определение- кинематических и силовых параметров процесса взаимодействия шины с недеформи-руемой .опорной поверхностью; установление закономерностей,- описыва: щих влияние смещения центра поворота относительно геометрческого центра отпечатка,- скорости и траектории движения на величину момен та сопротивления повороту шины управляемого колеса.

Для решения этих задач управляемое колесо моделируется множеством элементарных эластичных колес (см. рис. 2), каждое из которых пмее'г свою элементарную контактную площадку .жестки,

обод и эластичные боковины. Элементарные колеса одного ряда связаны- валом. Валы соединены передачей; обеспечивающей поворот все валов,-о следовательно и элементарных колос на одинаковый угол.

ьели центр поворота будет находиться в Пределах контактного отпечатка, то при повороте эластичного колеса на мосте предельны по сцеплению момент сопротивления повороту мины в общем виде оир деляется по формуле

Модель эластичного колеса

( I )

У.ч-

- предельны * по сцеплению уоиент сопротш ления

повороту

Р - давление ;,ани на опорную поверхность;

ч - кооф;;ицнс 1т оцепления;

М) - радиус от пентра попорота до центра плг щадкп

;щ'о колоса.

Для получения универсальной зависимости опоеделения момента

М ■

Утах отп-ечатки гаин» имеквдие в* общем случае форму эллипса, овала, круга, приводятся.к равновеликому по моменту сопротивления повороту прямоугольнику. Такая замена позволила в результате нахождения ,. интеграла (I) получить зависимость для расчета предельного момента', которая по сравнению с существующими уточняет расчетный аппарат..

2ч,

г

■/*

п -и 2 •> .

'2 о

где - равнодействующая нормальных реакций опорной поверхности; 0) 8 - большая к малая оси равновеликого отпечатку шины прямоугольника; . . У - расстояние от центра поворота до малой оси отпечатка шины;

- плечо обкатки. о

-1Ь-

Ксследованиями установлено, что поворот управляемого 'колеса вокруг шкворня во время движения вызывает закручивание тела шины, находящегося между элементами шины, контактирующими с опорной поверхностью и относительно жесткий ободом. При этом угол закручи- ■ вания тола шины, при прохождении' центром колеса элементарного пути о!5 , будет определяться по формуле

где с№3 - угол закручивания тела шины при прохождении элементарного пути

dS ■

89 .

-^г- - градиент закручивания тела шины.

Задача расчета угла, закручивания тела шины сводилась к определению протяженности пути,'.на которой происходит это закручивании.

Установлено, что протяженность пути, который обуславливает уг.чг. закручизания тела шины, составляет -5- +у , а непосредственно его

"величина определяется следующей зависимостью

' ' ■

где В(£) - угловая скорость поворота цаиуы относительно оси шкворня;"

■5 ("к) - скорость движения центра колеса.

й результате анализа поовзденкых исследований в работе дела-1 '

е?сл вывод, что при повороте управляемого колеса на месте и во время движения происходит закручивание тела шины между жестким ободом и элементами шины, контактирующими с опорной поверхностью. Однако при повороте ка месте,.учитывая, что центр поворота лежит в пределах контактного отпечатке*, этот угол закручивания будет углом по- ' ворота колеса, а, во время-движения угол закручивания будет являться функцией размеров контактного отпечатка, смещения центра поворота. относительно мало*', ос к, угловое скорое?:* поворота колеса отно-

сительно оси шкворня и скорости его движения.

В таком случае полученные в работе зависимости для определения момента сопротивления повороту управляемых колес на месте используются для расчета момента сопротивления повороту во время движения при подстановке в них вместо угла поворота колеса на месте величину угла закручивания шины, определяемого зависимостью- (4)

В данной главе рассматриваются также моменты, обусловленные равнодействующими реакций опорной поверхности относительно оси шкворня. При движении эластичного управляемого колеса по криволинейной траектории переменной кривизны его силовое взаимодействие с опорной поверхностью в общем случае характеризуется тремя реакциями"/^. , , , направленными вдоль осей ^ , У . , 2 системы координат, начало которой'совпадает с центром отпечатка и четырьмя' моментами М , Ми , М , /V , три из которых действуют относительно осей_координат, а последний - относительно центра поворота' отпечатка.

В отличие от неуправляемого в отпечатке пины управляемого колеса относительно центра поворота появляется дополнительный момент

М , вызванный угловой скоростью цапфы. и) . '

Что касается момента относительно вертикальной оси, проходя-■щей через центр-отпечатка к обусловленного смещением равнодействующих боковых и продольны:-: реакций, действующих на эластичное ком -

ле'со, то его принято называть стабилизирующим мбектом ¡айны.

Последний

30 В р С М .4 Д ВИ'т'.О н ия обусловлен качением колеса с уводом, вызванным боковой силой, углом схождения, качением гю криволинейной траектории и качением с развалом, погрешностями рулевой трапеции, рассогласованностью кинематик рулевого привода и подвески. Выведены следующие зависимости для определения стабилизирующего момента ¿.инь; при качении нопеса в ведомом режиме с углом уво-

да

Щ - rf\ при ос (5,

д- Щь,тах Ш^утаЛ2} б

где Сш ' - коэффициент угловой жесткости акны относительно вертикальной осп;

Кщ - коэффициент пропорциональности-стабилизирующего момента шины, который находится в пределах 1 -г 1,36;

6

угол увода управляемого колеса; $ , - угол увода, вызывающий максимальный стабилизирующий

„ /я ^ п а

момент шины, который при с/ О ,Ь находится в пределах (б 4- и зависит от типа и конструкции шины; Sß - наименьший угол поворота колеса на месте, при котором момент сопротивления повороту достигает предельного по сцеплению значения, йри коэффициенте- сцепления У > в& = (13 - 2)°. ь третьей главе "Механика элементов- управляющего колесного модуля" рассмотрена уже механика элементов модуля.

В данной главе решались задачи разработки методики расчета параметров кинематики управляемых колес, передаточных чисел рулевого привода в зависимости от конструктивных параметров управляющего колесного модуля; установление закономерностей, описывающих моменты равнодействующих реакции опорной поверхности относительно оси шкворня и гироскопического эффекта, дополнительной силы, действующей на управляемые колоса и вызванной неуправляемыми колесам, при движении автомобиля по криволинейной траектории. ■ '

Параметры рулевой трапеции и рулевого привода, которые в общем случае являются пространственными механизмами, задаются координатами качала и конца звеньев при'фиксированном независимом параметре (угле поворота цапфы левого управляемого колеса) в основной системе координат, начало которой совпадает с точкой пересечения осей шкворня и цапфы левого управляемого колеса, ось 2. - перпендикулярна опорной поверхности, а ось У - параллельная продольно! оси автомобиля. _ , ■

Примениз известные зависимости аналитической геометрии, были

получены методики определения передаточных чисел рулевого привода

/

к кинематики поворота управляемых колес с учетом жесткости подвески и кинематики ее направляющего аппарата.

В зтой главе были-также разработаны зависимости для определения параметров динамики управляемых колес, в частности моментов относительно осей шкворней, вызванных равнодействующими нормальных, боковых и продольных реакций опорной поверхности, рассмотрены гироскопические моменты, действующие на управляемые колеса и вызванные угловыми скоростями поворота управляемых колес вокруг осей шкворней и относительно продольной оси автомобиля. Однако, как показал анализ результатов расчетных данных, по своей абсолютной величине эти моменты незначительны и существенного влияния на функциональные свойства управляющего модуля не оказываю^.

В данной главе уделено внимание особенностям качения эластичные неуправляемых колес задней балансирной тележки трехосных автомобилей по криволинейной траектории. Получена зависимость для определения дополнительной силы,' действующей на управляемые колеса и вызванной движущимися по криволинейной траектории неуправляемыми колесами,

где Р - дополнительная сила от неуправляемых колес, при движении по. криволинейной траектории;

{. - база задней тележки; т

Ь - база автомобиля ;'

С[, О. - большие оси контактных отпечатков шин, соответственно Н> В

наружного и внутреннего к центру поворота колес теле;. ::и; КунКу - коэффициенты сопротивления боковому уводу пин соответственно нар.ужного и внутреннего к центру поворота, колес тележки; ' -

Ви Во " Углы поворота соответственно наружного и внутреннего "/о

управляемых колес; К - количество колес на ступице неуправляемого моста. Установлено, что влияние эластичных неуправляемых колес на рабочий процесс управляющего модуля существенно только для авто;.' .■-билей, имеющих два и более неуправляемых, моста. При этом установка шин с высоким коэффициентом сопротивления боковому уводу являете : нежелательной для колес тележки трехосных автомобилей с малой базой и со сдвоенными колесами на ступице, так как это кокет привести к ухудшению управляемости автомобилей при движении по криволг -нейной траектории.

На рис. 3 приведены зависимости кооффициента бокового увода К радиальной шины мод. И-К142Б от угла увода при давлениях зс ч-духа 0,47; 0,6; 0,7 г.Ша.

Для этой шины зависимость коэффициента бокового увода Ку от угла увода 6 алроксимируется функцией к- а

где - коэффициенты, которые зависят От давления и нагрузи:

на шину.

Ьависимость коэффициента бокового увода, от угла увода & шины мод. И-Ы42Ь 9.00-20Р при ¿7 = 20,6 к!:

нН грЖ

К,

о

г

ч ^ч 1 / 2 3

г /

¿¡-

О,72 мна

,1-0,47 ¡.¡Па; 2-0,0 ¡.¡¡¡а;

Рис. 3

Так, при постоянной для данной шины нагрузке = 2и,6 к.Н и давлении воздуха 0,72 1.1Па О = Ь,2о; 6 - 3,52; С =. .1. При этой не нагрузке, но при пониженном давлении 0,6 ыПа, коэффициенты принимают значения й = 9,о7; 6 - 3,Ь7; С = I. Понижение давления" в это:; же мине до.0,47 мПа вызвало изменение коэффициентов # - И,43; $ = 3,94; С = 1.

Влияние давления воздуха в минах колес задней тележки и угла поворота управляемых .колес из величину дополнительной силы автомобиля КамАЬ-оо11 представлено на рис. 4. .. -

'/з анализа онсм 4 еле,дует,. что дополнительная сила от неуправляемых колос зад:¡эй телемки пои угла поворота колос Зи° достп гаот более о ки и зависит!от давления воздуха и минах задней тележки. С повышением давления величина дополнительной силы уменьшается.

Установлено, что для двухосных автомобилей влияние шин неуп равляемых колес па величину дополнительной силы настолько незначительно, что с достаточной для практики точностью их влиянием можно пренебречь.

оаиисимость дополнительной силы от угла '• поворота управляемых колес КамАо-ЬЫ! при

поминальной нагрузке и скорости движения О,В м/с.

Р

9

кИ

3

о

2

1 J

-

10

в-

град..

30

I - 0,47 мПа; 2 - 0,6 М11а; 3 - 0,72 Ш1а Рис. 4

Таким образом, полученные выше результаты позволили перейти непосредственно к разработке основ теории рабочего процесса управляющего модуля.

Четвертая глаза "Основы теории рабочего процесса управляющего колесного модуля" посвящена исследованию непосредственно легкости управления, стабилизации и устойчивости управляемых колес протки колебаний, долговечности шин, разработке критериев качеств по каждому из требований, предъявляемых к управляющему модулю, методики гаечетл их кээ&5>::ш:ентов значимости, а'затем г-этой основе - созданию математической модели рабочего процесса управляющего колесного кодуля.

легкость рулевого управления оценивается по величине усилия прикладываемого водителем к рулевому колосу при повороте управляемых колос. При это:,; величина усилия является функцией момента сопротивления повороту колес и конструктивных параметров 'рудого!

управления.

В общем случае момент сопротивления повороту управляемого колеса автомобиля во время движения определяется по формуле

(7

где - момент сопротивления повороту управляемого колеса

во время движения;

ЩШЩ^Щ^ШЩЧ^8) - ™

момента сопротивления повороту управляемого колеса во время дви

жения, обусловленные соответственно угловой скоростью поворота

цапфы, стабилизирующим моментом шины, возникающим при качении у

равляемого колеса с уводом; весовым стабилизирующим моментом; м

ментами, вызванными равнодействующими боковых и продольных реак

ций опорной поверхности; гироскопическим и инерционным эффектаг;

)

трением в шкворневом узле. "

•......При'по'воро'те 'управляемого'колеса.'на месте, учитывая, что д

существующих конструкций центр поворота (точка встречи оси шквс с опорной поверхностью) лежит в пределах контакта ш'ины с опорнс поверхностью, формула ( 7) значительно упрощается, принимая вщ

. (В

где - момент сопротивления повороту шины на .месте.

Полученные в работе аналитические зависимости позволяют р считать каждую из составляющих момента, сопротивления повороту равляемого эластичного колеса. Проведен анализ составляющих ыо та сопротивления повороту эластичного управляемого колеса на м Установлено, что момент сопротивления повороту колес на ы . значительно превышает этот момент во время движения. Такое пре шение- обусловлена значимостью составляющей/^,/^, на которую г повороте на месте приходится 70 4- общего момента сопротивх

повороту, но время движения эта -составляивдал уменьшается обратне пропорционально скорости движения колеса.

Особое внимание в данной плаве уделяется исследованию .устойчивости управляемых колее против колебаний, поскольку к на^тояще :у времени ото явление не изучено в такой мере, которая позволила бы конструктору.на стадии проектирования, учесть'влияние конструктивных и кинематических параметров автомобиля на устойчивость'движения управляемых колес против колебаний.

'6 результате проведенных исследований разработана математическая модель колебаний управляемого колеса, схема для.получения которой представлена на рис. Ь.

Схема для разработки математической модели колебаний управляемого колеса

•Л разработанной модели мина описывается демпфирующими и упругими свойств."».«!. Упругко свойства мины обусловлены стабилизирую:: : моментом мины, ¡мторый возникает при их колебании и учитываются коэффициентом стабилизирующего момента юппы Сщ .

оакручипапке тела шины, имеющее место при колебании, !?ыз1.::;а<- ' момент сопротивлении повороту колоса относительно осп шкворня. ;.'т: .

момент и обуславливает демпфирующие свойства шины, которые учитываются безразмерным коэффициентом демпфирования шины:

^ щщ^г^ (9} ■.

гДе ~ безразмерный коэффициент демпфирования шины;'

- угловая скорсоть вращения колеса;

- коэффициент приведенной жесткости управляемого колеса;

Ь " '

~ момент инерции управляемого колеса относительно оси шкворня.

■ ■ ■ . Что касается коэффициента приведенной жесткости управляемого то он определяется

С„т *с„+сл ±АС

колеса СПр , то он определяется по 'формуле -

где.- коэффициент жесткости рулевого управления, приведенный к оси левого шкворня;

- АС - коэффициент дополнительной жесткости управляемого, коле-

са, на величину которого особое влкя ние оказывает угол продольного наклона шкворня. При положительном наклоне шкворня коэффициент АС принимает знак "плюс", в протиЕ ном случае - берется со знаком "минус". • Препятствует колебаниям управляемых колес момент трения в системе и в особенности в подшипниках шкворневых узлов. Влияние трения в системе на колебате—льный процесс управляемых колес учитывается безразмерным коэффициентом трения,' который определяется по формуле

-- ТР) с ' ( 10 }

где Юг - безразмерный коэффициент трения;

- амплитуда колебаний; /77С7Х *

М - момент трения колебательной системы.

- "тр

Пр ш р ;

Наличие дисбаланса управляемого колеса, неоднородности упругих характеристик шины, которые в общем -случае приводятся к эквивалентной массеД/77, расположенной на расстояниях^ от оси вращения управляемого колеса и Л {, от оси шкворня, вызывает возмущающий момент относительно'оси шкворня

М,-АтЯ-А{и)1СО$и)Л. (1Г)

а д /с *

Для частного случая, когда отсутствуют возмущающий момент и трение в системе, текущее значение угла колебаний будет

где - круговая частота собственных колебаний, равная . ,

Дифференциальное уравнение колебаний для общего случая, когда з колебательной системе имеются трение и возмуяащкй момент за--пишется так

е'+г^щ^в'Ъ^юрт, (I ъ)

где - амплитуда возмущения;

Частное решение дифференциального уравнения определялось

( 14 )

\/у - коэффициент усиления по амплитуде;

У - фазовлй угол.

3 результате соответствующей подстановки частного решения в дифференциальное уравнение и решения полученного таким образом выражения имеем ,

7-^Г—> • ( 1ь )

-¿о-

к

' <16)

В работе определено значение предельного по устойчивости пр: тив колебаний момента трения системы, исходя из условия, что кол< бания будут отсутствовать, если их коэффициент усиления будет ра: нулю. -Если в уравнение (16) подставить вместо коэффициента соответсвующее 'вьфзжению (10) значение, а левую часть уравнения (16) приравнять к нулю и решить'полученное таким образом уравнен: относительно момента Мта , получим

Где~ пРеАельны^ по устойчивости против колебаний момент трения.

Для частного случая,- когда частоты возмущающего момента и с стаенных колебаний совпадают, предельный против колебаний момент трения определяется так .

- Г ут I _ <ЗГагпЯв& (Спр. ' (18)

Г У ' •

• Проведены исследования стабилизации управляемых колес. При это;«'под стабилизацией управляемых колес понимается их свойство возвращаться во время двжения в нейтральное положение после пре ращения действия управляющей силы на рулевое колесо.

Предлагается оценивать стабилизацию величиной угла недоворо управляемых колес к нейтральному положению при выходе автомобиля круга. Для сопоставления результатов испытаний разнотипных автом билей в практике радиус круга принимается.равным 15 м, а скорост движения поддерживается 4,2 м/с.

Для определения угла недоворота управляемых колес к нейтрал

ному полой'.епна нее действующе в управляющем модуле моменты, при отсутствии усилия па рулевом колесе, предлагается разделить па восстанавливающие моменты и моменты трения.

При выходе автомобиля с криволинейной траектории и таком ус-лозной разделении всех моментов самовозврат управляемых колес к нейтральному положение будет продолжаться до того, момента, когда I восстанавливающие моменты 1; моменты трения, приведенные к оси левого мхвория, будут равны по абсолютно;'! величине.

и этом случае условие движения автомобиля по криволинейной траектории постоянной кривизны при снято:.; усилии с рулевого колес;-запишется так

Щ(е)-щр(в)=0, ( :У')

где Т.М ($)- приведенные к осп левого шкворня соответ-

.- - ст;всппо восстанавливающие моменты и, ;.;о-

I

менты трения. '

•ьели учесть, что шментк Ц/^ (в) :: (О) являются функциями угло поворота управляемых колес, то подставив соответствую-щпа выромонил, опксыся^мио эти моменты, в формулу ЯУ) получим уравнение с однким. неизвестным - углом недезорота. управляемых колос и нейтральному по ломе; ;им. Немая данное уравнение на бЬ.,: с использованием численных методог, определялся этот угол недовсро-та управляемых колес.

¡5 роботе исследованы факторы, спредоляащпс долговечность инк. При ото;.; установлено, ч;о на долговечность мин влияют в основном три фактора: - несоответствие силовых и кинематических параметров три качении эластичных управляемых колес по криволинейной траектории, вызванное углами наклонов шкворне::, параметрами колос, бо-ч;ык автомобиля и цаднок толики; - ¡¡огромности кинематики управ-;немых колес, обусловленные конструкцией сулсрой трапеции; - пче-

(20 )■

согласованность кинематических параметров рулевого привода и .подвески. Рассмотрено влияние каждого из факторов на параметры качения управляемых колес, формирующих д'олговечность шип, получены соответствующие зависимости; учитывающие это влияние.

Б результате пвоведенных исследований разработаны критерии качества по каждому из требовании, предъявляемых к управляющему модулю, которые определяются по следующим зависимостям

Гвг Вг

К -ИМ.

•у™'"?*'.

к ■ К- 2ЧО'1Л0Ве . .

где ^А^С^стЛь^мон¡^В - кР;1те'Р?и качества

соответственно легкости .управления, стабилизации управляемых колес, устойчивости пвоткв колебаний, долговечности шин: управляемых колес, маневренности, кинематической чувствительности управ. ления;

, - усилия на рулевом колесе при повороте управляемых колес соответственно влево и вправо;

Р^ - усилие на рулевом колесе, ограниченное 1'0СТ; ®СТ ~ Углы недоворота управляемых колес к центральному по-

ложения; соответственно фактически!: и оптимальный; Пг [/1 ] - моменты трения в шкворневом узле соответственно фак-тичсскик конкретной конструкции шкворневого узла и предельный по устойчивости поотив колебаний;

/7 - количество шагов интегрирован::«";

д^Ад^,- погрешности кинематики управляемых колес, обусловленные несоответствием силовых и кинематических параметров колёса при

движении по криволинейном траектории, рулевой, трапецией и рас*

согласованностью,рулевого привода к по,двески; ^тСп) ~ К!31;шалы1ые радиусы поворотов .соответственно трехосного . (четырехосного и т.д.) автомобиля и двухосного с базой, равной базе трехосного (четырехосного и т.д.) автомобиля при максимально;-; угле поворота цапфы внутреннего колеса двухосного автомобиля 40

- база автомобиля; ¿о - передаточное число рулевого механизма; 9 - углы поворота соответственно сошки к управляемых колес; ^Р(^) ~ сЬ'Н1П*':к плотности вероятности распределения С - того угла поворота цалфы левого управляемого колеса.

Коэффициенты значимости каждого ;;з критериев качеств (определялись , исходя из весомости их влияния на легкость управления, безопасность дяглонил, топя::ннуз экономичность и устойчивость дпименив.

Рскачен чуемые значения коэффициентов значимости приведен« в та (:■::. 1.

Таблица 1.

.■.*'Сф;'и::,'йп"Т.;; значимости критериев качеств

иД, ! магованно требования ■ Рекомендуемые значения ! коэффициентов значимости

1. ЛЗГК0С1 ь управления 0, ^^ —

Стзбил: зацп;; колее ■ 0, иЬ -г 0,1

о. Уетопч: гость против колебаний И4 т> : 0,27 лриД'^^ принимать 10

чностъ мин ■¿С -г 1

ю. Дане;;;.;; нпоств е, 1 7- ( , 10

о. нипема; ни. а я чувствительность 0, 0,1,7

.;;; г ыбосп коочОнциоптов знача мости необ о учитывать, ИТ'

их сумма должна равняться единице. А это будет в том случае, если при увеличении какого-нибудь из них значение остальных будет умень шено на эту величину.'

Разработана функция цели оптимального проектирования (математическая модель' рабочего процесса управляющего колесного модуля),

б

которая представляет обожающий критерий качества системы и записывается так

■ (н)

где С}(Х} ~ функция цели оптимального проектирования;

. <Ш)А,йЩх^МЯцМх^М^ -,функции цели

соответственно легкости управления, стабилизации и устойчивости управляемых колес, долговечности шин, маневренности и кинематической' чувствительности управления.

В пятой, главе "Экспериментальные исследования" представлена экспериментальная установка, включающая натурные трехосные и четырехосный автомобили, комплекты датчиков и приспособлений, измерительную аппаратуру, опытные управляемые мосты, программа ;; методика проведения испытаний.

В'качестве объектов исследования были выбраны: автомобиль-са мосвал КакАЗ-5511, колесной формулы 6x4, оборудованный радиальными шинаш размера 250-506? код. Н-Н142Б; автомобиль повышенной проходимости КрАЗ-255В,-колесной формулы 6x6, оборудованный широкопрофильными шинами 1300 х 530-533 мод.ВИ-3; автомобиль КамАЗ-бс колесной формулы 8x8, оборудованный шинами размера 1220x400-531

мод. >1—11104.

хЗ процессе проведения экспериментальных работ регистрировались ь определенных режимах работы следующие параметры: путь и время движения, '.углы поворотов управляемых колес и рулевого, усилия на рулевом колесе и рулевых тягах, стабилизирующие моменты

шин правых управляемых колес, давление масла в усилителе рулевого управления, дополнительные силы, вызванные неуправляемыми колесами., боковая -сила, обусловленная качением правого управляемого колеса с уводом. ' •

Такой комплекс параметров позволил определить коэффициенты угловой'жесткости и бокового увода шин, жесткость рулевого приводе. углы недоворота управляемых колес к нейтральному положению, частоту и амплитуду колебаний, моменты сопротивления повороту управляемых колес, усилия на рулевом колесе, что в итоге позволило сравнить расчетные параметры по полученным зависимостям с экспериментальными данными, -а значит сравнить соответствие разработанной математической модели рабочего процесса реальным процессам, протекающим в модуле.

3 шестой главе ".Анализ и синтез результатов, исследований" приведены результаты исследования характеристик шин мод. И-Н142В размера 9.00-20Р, мод.И-П1о-1 .размера 122С'х4и0-533 и мод.БИ-3 размера 13С0Х533-Ь3с1.

Па рис. о приведены зависимости коэффициента угловой жесткости С , определенного при. угле поворота колеса 1°, от давления шо

воздуха в шинах.

Из анализа графиков следует, что понижение давления воздуха ' ! з шине, независимо от ее. конструкции и типа вызывает увеличение

коэффициента С^ .-При этом более чувствительны к изменению коэффициента С^ широкопрофильные шины." о

Особое внимание уделяется исследованию составляющих момента, сопротивления повороту управляемы-/, колес, как функции конструктивных параметров управляющего модуля, скорости и траектории двике-. шя колесной машины, устойчивости управляемых колес против коле-¡аний, которая оценивается амплитудой и частотой колебании управ-яемых колес.

Зависимость коэффициента угловой жесткости С^ от давления воздуха Р .

0,8

кН-м град.

. С

н

0,2

О

/

„ 2

4 1 - J * У

0,2

ол

0,6

МП о

I

1,2,3 - шина мод. ВИ-3 1300 х"530 - 533 при(7 = 35 к!1, <?, - 30 к

Л "

- 25 кН; 4 - шина мод. 11 - 11164 1220 х 400 - 533 при = 26 кН; 5 - шика мод. И - Н142В У.00 - 20 В при в =22,5

Рис. б ,

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что К( бания управляемых колее происходят с частотой вращения управляв мых колес относительно осей цапф. Л это подтверждает, что исто ником колебания являете« дисбаланс управляемых колес. На часто колебаний существенное влияние оказывает коэффициент стабилизи щего момента шины Сш , мокен? инерции колеса относительно с шкворня I коэффициент жесткости рулевого управления С^ -. Увеличение^ понижает, частоту собственных колебаний управл? мых колес, что в итоге увеличивает устойчивость колре против ! лебаний. . '

Наиболее склонно-к колебаниям управляемое колесо, имеюще наибольшую приведенную- жесткость, к таким является левое упра мое колесо.

Сравнение результатов проведенных экспериментальных иссл

-оо-

ний стабилизации управляемых колес, которая оценивается углом ■недоворота колес к нейтральному положению, с данными расчетов показало их совпадение, что подтверждает достоверность разработанной математической модели, описывающей стабилизацию управляемых колес.

Седьмая глава "Методика оптимизации параметров управляющего колесного модуля"' посвящена вопросам разработки методики расчета оптимальных параметров управляющего модуля.

Приведена структурная схема оптимизации. В качестве метода исследования математической модели рабочего процесса управляющего модуля, учитывая, что функция цели многокритериальна, был использован метод Нелдера и Мида. Анализ расчетных параметров, проведенных исследований показал, что этот метод обеспечивает при относительно небольших затратах машинного времени расчет оптимальных параметров системы. . .

Что же касается расчета функции цели оптимального проектирования, то в общем случае-она сводится к решения таких задач, как зыбор исходных данных, расчет критериев качеств по каждому из требований, предъявляемых к управляющему модула, формирование коэффициентов значимости каждого из требований, а затем непосредственно -ч

к раСбту этой функции.

I

Апробация разработанной методики оптимизации параметров управляющего колесного модуля была проведена на автомобилях марки ЛамАЗ. В качестве примера, в работе проводятся результаты оптимизации параметров рулевой трапеции, которая з общем случае задавалась координатами центра левого шарового пальца поперечной тяги

'С > У А > ^а ' - поперечным сС и продольным й наклонами шкзор-А^ Аф- пр Си СЦ

1'ей, углом развала управляемых колес в нейтральном положении ^^ I расстоянием М между точками пересечения осей цапф с осями

*

шквдрней левого и правого управляемых колес. Приведены получении

варианты оптимизации и их анализ. Результаты анализа подтвердили

.. с высокой точностью достоверность разработанной методики оптимиз

ции параметров управляющего колесного модуля.'

В работе делается вывод о том, что при оптимизации параметр

управляющего модуля необходимо рулевую трапецию вьделкть в самос

■ тельный элемент оптимизации и определять вначале ее. параметры, и

ходя из условия долговечности шин управляемых колес. Для чего пр

нять коэффициент Л,„ = I, а остальные -Л. =Л =Я =Л =Д, в = 4 1ЛЗ ' л С ¿от; тч' Уу/

Дальнейшую оптимизацию параметров системы проводить использовав с

варительно расйитанныз оптимальные параметры рулевой трапеции. # '

ОБЩИЕ ВЫВОДА ПО РАБОТЕ • .

I-.'' Системный подход к исследованию, использованный -.в- работе позволил рулевое управление, управляемый мост, управляемые-колес в соответствии с общими функциональными требованиями выделить в единую систему - управляющий колесный модуль и послужил основой разработки теории рабочего процесса и методики оптимизации его 1 раметров. ' ■

2. Разработаны теоретические основы рабочего процесса упра ядшего колесного модуля, которые включают как известные зависи

I

тн сопротивления повороту управляемых колес на месте, так и нов К последним относятся: 1 - математические зависимости момента, сопротивления повороту'шин управляемых колес от коэффициентов угловых жесткостей и размеро контактных отпечатков шин с опорной поверхностью-, смещений цент поворотов (точек встречи осей шкворней с опорной поверхностью) ыосительно их геометрических центров,■скоростей и радиусов крин траектории движения управляемых колес;

~Зо~

- методики расчета передаточных чисел рулевой трапеции И' привода с учетом жесткости упругих элементов подвески;

- зависимость по определению предельного против колебаний момента трения в шкворневых сочленениях, который зависит от упругих и демпфирующих свойств эластичных шин, жесткости рулевого привода, момента инерции колеса относительно оси шкворня, продольного наклона шкворня, величины приведенной массы дисбаланса, длины поворотной цапфы. При этом упругие свойства шины формируются--стабилизирующим моментом шины эластичного колеса, которое при колебании катится с переменны« углом увода, разным амплитуде колебаний и учитываются, коэффициентом стабилизирующего момента шины. Демпфирующие СБ ойства шины обусловлены ее моментом сопротивлением повороту, возникающим во время колебаний;

- зависимости для определения моментов относительно осей шкворне-,;, вызванных равнодействующими нормальных, боковых и продольных реакций опорной поверхности, приведенных к геометрическому центру отпечатка шины и стабилизирующих моментов шин, катящихся с уводом управляемых"колес;

- зависимость для определения угла недоворота управляемых колес при выходе колесной машины с криволинейной траектории и-снятом усилии с рулевого колеса от параметров шкворневых узлов, моментог-тр-ения в руле'в ом механизме и усилителе, характеристик шин, баз автомобиля и задней тележки, длины поворотной цапфы, параметров рулевой трапеции и др.

3. Разработаны критерии качества по легкости управления, стабилизации и устойчивости колес против колебаний, долговечности шин, маневренности и кинематической чувствительности'управления:

- в качестве критерия легкости управления предложено отношение усилия на рулевом колесе при повороте управляемых колес на месте на спорной поверхности с высоким коэффициентом сцепления и при

входе в круг радиусом 12 м со скоростью 2,8 м/с на пути II м к «максимальным усилиям, предусмотренным ГОСТ;

- критерий стабилизации управляемых колес определяется отношением угла.их недоворота к нейтральному положению при выходе колесной машины с круга радиусом 15 м со скоростью движения 4,2 м/с после прекращения действия управляющей силы"на рулевое колесо с фактическим моментом трения в управляющем колесном модуле, к углу их недоворота, когда момент трения модуля равен предельному по устой- чизости противч колебаний;

- устойчивость управляемых колес против колебаний оценивается критерием устойчивости, представляющим отношение предельного по устойчивости против колебаний момента трения при.частоте.собственных колебаний к фактическому моменту трения в шкворневом узле;,

- критерий по .долговечности шик численно равен средневзвешенному значению угла узода управляемых колес, обусловленному погрешностя* рулевой трапеции,. рассогласованностью кинематики рулевого привода и подвески при.вертикальных перемещениях колес и несогласованност) кинематических и динамических параметров управляемых колес при качении по криволинейной траектории'с учетам вероятности распреде ления углов поворотов управляемых колас в эксплуатации;

- критерием кинематической чувствительности управления является 'отношение максимальной чувствительности, равной для грузовых авт. мобилей 2.10" м-1, к кинематической чувствительности управления, определяемой углами поворотов управляемых колес и рулевого, базой автомобиля; "

- за .критерий маневренности' принято отношение минимального радиус поворота данной колесной машины и двухосного автомобиля с одинаковыми базами и максимальным углом поворота управляемых колес ■двухосного автомобиля, равным 40°.

4. Разработана методика расчета коэффициентов значимости критериев качеств каждого из требований, согласно которой численные значения каждого из.коэффициентов значимости определяются, исходя весомостей их влияния на безопасность движения, топливную экономичность, управляемость к устойчивость движения. При этом общая сумма всех коэффициентов значимости должна разняться единице.

5. В результате проведенных исследований разработана математическая модель рабочего процесса управляющего колесного модуля, а на ее основе - функция цели оптимизации параметров управляющего колесного модуля, позволяющая конструктору на стадии проектирования определить такое сочетание характеристик шин, управляемого мое- ч та, рулевого привода, рулевого механизма? подвески, усилителя,

при которых предъявляемые к нему требования будут выполняться на наивысшем уровне.

о. Синтез аналитических и экспериментальных исследований позволил сформулировать методологические-принципы оптимизации параметров управляющего модуля. Рекомендуется оптимизацию параметров модуля проводить, выделив рулевую трапецию в самостоятельный элемент оптимизации. Ьри этом параметры трапеции определяются из условия обеспечения долговечности шин управляемых колес. Для чего принимается в разработанной методику коэффициент, значимости по долговечности шин равным единице, а остальные коэффициенты значимости критериев качеств приравниваются к, нулю, для компенсации зазоров в шаровых пальцах рулевых тяг, упругой деформации деталей параметры трапеции рассчитываются таким образом, чтобы при максимально;/; угле поворота колес наружное колесо было повернуто сверх теоретического на угол до 1°.

7. Разработана математическая модель колебаний управляемого колеса, согласно которой источником колебаний является-приведенная

( - С*

масса дисбаланса, вызванная дисбалансом колеса, тормозного бар неоднородностью упругих характеристик шины. "Шимми" управляемы лес наступают в том случае, если момент трения в подшипниках ш ней управляемых колес окажется меньше предельного по устойчиво против колебаний.

Что же касается гироскопического эффекта, имеющего место ] колебании колес, то он является следствием колебаний, вызванны: дисбалансом колес, но никак не источником, а'его влияние на ко. ния сказывается з увеличении коэффициента приведенной жесткост) системы. Последний увеличивает незначительную частоту собствен) . колебаний и величину предельного против колебаний момента трен> системы.

Способствуют колебаниям управляемых колес увеличение: -стабилизирующего момента шины и жесткости рулевого привода от шкворня левого управляемого колеса до рулевого; ' - величины приведенной массы дисбаланса;

- положительного угла продольного наклона шкворня;

- длины поворотной цапфы.

Способствуют устойчивости колес против колебаний увеличен

- момента трения в подшипниках шкворней управляемых >колес;

- момента инерции управляемого колеса относительно оси шкворня

- жесткости рулевой трапеции; ;

• - отрицательного угла продольного наклона шкцорня;

- размеров контактного отпечатка шины;

-'кесткостК упругих элементов передней подвески.

Наличие низкочастотного резонанса при колебании управляем колес зависит от демпфирующих свойств шин управляемых колес, чины момента трения в подшипниках шкворней и оценивается безрэ размерным коэффициентом демпфирования.

Установлено, что резонанс колебаний управляемьк колес будет

в том случае, если безразмерный коэффициент демпфирования управляю-

\

щего модуля, рассчитанный согласно полученных в работе зависимостей, окажется меньше 0,707. В противном случае при достаточном дисбалансе колебания колес не будут иметь резонанса.

В.. Для экспериментальных исследований разработаны методики и комплекс экспериментального оборудования, включающий натурные ав о— побили, экспериментальный мост, установку для определения момента инерции управляемого колеса относительно оси шкворня, комплект приспособлений для определения стабилизирующего момента шины, боковой силы при качении колеса с уводом, дополнительной силы, обусловленный движением неуправляемых•колес_по криволинейной траектории, измерительную аппаратуру, комплект датчиков для исследования параметров управляющего модуля, созданные автором в содружестве с УГК КамАЗ, которые позволяют исследовать основные показатели работоспособности управляющего,модуля. Данная установка в дальнейшем может послужить основой для проведения экспериментальных исследовании при создан'"/, и доводке конструкций управляющих модулей'перспективных автомобилей.

9. Таким образом, полученные математическая модель рабочего процесса управляющего модуля и методика оптимизации его параметров могут быть классифицированы как научные основы рабочих процессов и расчета оптимальных параметров этой сложной системы.

Внедрение результатов данной работы в учебный процесс повысило качество изложения материала по конструированию и расчету управляемого моста и рулевого-управления, а в практике качество проектирования, и принесло экономический эффект за. счет уменьшения средств и времени на доводку существующих и проектирование новых управляющих колесных модулей.

Содержаниё основных положений диссертации опубликовано в

.следующих работах:

1. Солтус А.И., Редчиц В. В. Экспериментальное определение весовь стабилизирующих моментов. Экспресс - информация "Конструкции автомобилей", 1976, S 4.

2. Солтус A.ÍI., Редчиц Б.В. О стабилизирующем моменте шины."Автс мобильная'промышленность", IS76, Р В.

.3"." Солтус A.Ii. , Кошарный Н.&. К вопросу о весовых стабилизирует-моментах. "Автомобильная промышленность", 1976, № Ü. .

4. Солтус A.ÍI. Рубцов U.A., .Марков О.Д. Влияние - колес неуправляе мых мостов' на дополнительные нагрузки в рулевом управлении. "Автомобильная промышленность", 1977, № I.

5. Солтус А.П., Тимонин В.В., Алексеев В.В. О радиусах поворота трехосных автомобилей. Экспресс-информация "Конструкции автог. билей", 1977, 3. " '

6. Солтус A.ÍÍ. и др. Исследование устойчивости движения автомоб! ля против опрокидывания. Экспресс-информация "Конструкции

', автомобилей", 1977, № II.

7. Солтус A.il., Ыалов С.С., Захаров d.h. К вопросу об устойчивое ти движения управляемых колос. "Автомобильная промышленность' 1978, !¿ 2. '

Ü. Солтус A.il., малов С.С.-Исследование составляющих момента coi ротивления повороту управляемых колес автомобиля во время дв! жения. "Автомобильная промышленность:, 197b, .г II.

•9. Солтус А.П., Павленко В.В. Определение момента сопротивления повороту управляемых колес на месте. [Межвузовский сб. науч. трудов "Безопасность и надежность автомобиля",. И.:. ¡'.¡АЫИ, IУ<

10. Солтус, А.П. Исследование резонансных частот колебаний управляемых колес, межвузовский сб. науч.,трудов "Активная и пассивная безопасность и надежность автомобиля", - к.: ыАмИ, 19;

11. Солтус /1.11. Определение оптимальных параметров управляемого моста по обеспеченна минимального износа шин. Деп.в УкрНИйНТИ ;3 1570 - У к 64. ВИНИТИ "Деп. науч. труды", 1965, >г> I (159), б/о.Ь97.

12. Солтус Л.П., Ъарун 13.11,, Лзаматов Р.А. Влияние характеристик элементов рулевого управления на "шимми" управляемых колес автомобиля. "Автомобильная промышленность", 1965, I,'- 2.

13. Солтус ЛЛ1. , Вар.ун ii.il. , Азаматов Р.А. Влияние задней тележки на маневренность и поворэчиваемость трехосных автомобилей. "Автомобильная промышленность", 1985, ¡"-б.

14. Солтус А.П..Колебания управляемых колес при наличии1возмущающей силы. Межвузовский сб. науч. трудов "Надежность и активная безопасность автомобиля". Ы.: МАШ!, 1985.

15. Солтус А.11. Критерии, стабилизации управляемых колес автомобиля. Деп. -в УкрНШЮТЙ ]■> 1897 - УК Сб. й'Ш.Тй "Деп.науч.труды,"

.1966, Р 12/162/, б/о 1322..

±6. Солтус п.А. Кинематический расчет параметров рулевого управления с зависимой подвеской, деп. в /кр'лИШТЯ 2-1/1 - Ук 66 1Н1ЫП ".цеп. науч. '.'йудь:", 19о7, а /Ю4 /,. б/о 1133.

Г/. Солтус А.Л.', Ьарун и.В. , лзаматов ?.л. шкворневые узлы автомобилей большой грузоподъемности. "А;;томобильна.я промышленность". [9ои, :?Ч1. ' - ~

ш. Солтус А.К. момента равнодействующих реакций опорной поверхности относительно осп шкворня. Деп. в Укр НИШТИ 29и ,-УК 6?. 1Ш1ТИ "деп. науч. труды", 1УЬ7, у 4 /1Ы/, б/о 1224.

19. Солтус А.¡К моменты трения в шкворневых узлах автомобилей с зависимой .подвеской.' Деп. в Укр НйШТн I5 291 - Ук о7 "Деп. науч. труды", 1967, У 4 /167 , б/о 122а.

2и. Азпматов Р.Л., Валабин С.Р., (Солтус: А.В. лправляемке мосты

псрспективных КамАзов. "Автомобильная промышленность", 19bb,ifS 4.

21. Солтус А.II. Коварный Н.Ф., Лзаматов Р.А., Сазанов И.В.

Основы оптимизации конструктивных параметров рулевого управ ления колесных мамин, межвузовский сб. науч. трудов "Совершенствование эксплуатационных свойств автомобиля", -I.U: 1ЙАЫИ, 1990.

;_22*.„Солтус А.П. Основы теории рабочего процесса и расчета колесных управляющих модулей./монография/ Дел. в Укр НИШТИ

» 501 - Ук 90. ВИНИТИ "Деп. науч. труды", 1990, № 7 /225/, ' б/о 203. -- .

и