автореферат диссертации по транспорту, 05.22.02, диссертация на тему:Повышение, устойчивости движения многоосного автомобиля за счет рационального выбора числа колесных осей и схемы рулевого управления

Украинский

ОД

транспортный университет на правах рукописи

Завьялова Людмила Ивановна

Повышение, устойчивости движения многоосного автомобиля за счет рационального выбора числа колесных осей и схемы рулевого управления

Специальность 05.22.02 - Автомобили и

тракторы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев-1997

Работа выполнена в Украинском транспортном университете на кафедре «Автомобиля» а Полтавском техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Сахно Владимир Прохорович

Научный консультант: ' доктор технических наук,

профессор Сердюк Леонид Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Подригало Михаил Абович

кандидат технических нзух, доаснт Сичко Александр Евгеньевич

Ведущая организация: Киевский институт

Сухопутных войск, г. Киев.

Защита состоится «30 » дох 1997г. в часов на заседании специализированного совета Д 01.27.02 при Украинском транспортном университете по адресу: 252010, г. Киев, ул. Суворова, I.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.'

Автореферат разослан « 25 » стрелу 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совей

кандидат технических наук профессор .^Читриев Н. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к туалънесть исследований многоосных автомобилей обусловлена необходимостью решать задачу повышения их качества но стадии проектирования, когда возможно всестороннее рассмотрение конструкции и может быть учтено большое число часто противоречивых тре-бованиД. Сложность и комплексность проблем, требующих решения в процессе создания машин качественно нового уровня, предполагает использование важнейших достижений фундаментальных наук. Распространение классических прииципов механики на системы с нсголономными связями и распределёнными параметрами является на сегодня наиболее результативным. Эти методы широко используются в машиностроении.

Рост числа публикаций по многоосным автомобилям, наблюдающийся в отечественной и зарубежной литературе, вызван, в частности тем, что в настоящее время в машиностроении стоит задача создания большегрузных транспортных средств весом 500-1000 и более тонн, которые должны отличаться особенно большими размерами базы: Среди многих проблем, связанных с их проектированием и эксплуатацией, выделяются списываем ость в поворот и устойчивость движения. Фактор скорости существенен при исследовании устойчивости любых колесных машин. Для многоосных автомобиле» добавляется ещё один фактор -многоопорность ходовой части.

Анализ работ по исследованию разнообразных конструкций миогоос-■ ных автомобилей показал, что одним из путей повышения их устойчивости является усовершенствование конструкции шасси и схемы рулевого управления. Однако, задача оценки схем рулевых управлений по критериям устойчивости всесторонне не исследована и их рациональные конструктивные параметры не определены. Поэтому изучение закономерностей динамического поведения многоосных автомобилей, которое способствует появлению обоснованных конструкторских решений и реализации уже имеющихся рекомендаций, обеспечивающих повышение устойчивости

- и -

за счет оптимальной компоновки шасси и рулевого уппавлених, стся ахтуаяьвоё задачей, имеющей научное и практическое знание. Цель исследовании: повышение устойчивости. движения многоосного автомобш» за счет р&ционглыюго выбора числа колесных осей к схемы рулевого управления.

Методика исследования : Е) работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретическая часть работы включала математическое моделирование прямолинейного движения многоосных автомобилей с различными схемами рулевого управления и аналитический анализ его устойчиьости. Теоретические исследования базировались на законах веголоно-шой механики, теорий матриц и устойчивости по Ляпунову, а также иа некоторых эффективных критериях устойчивости, основанных на аначизе характеристического уравнения системы. Экспериментальные исследования проводились с использованием общепринятых методик к стандартного оборудования. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики и теории вероятностей.

Научная новизна работы: К предложена и разработана методика аналитического решения задачи устойчивости прямолинейного движения многоосного автомобиля, позволяющая дать обоснованные рекомендации при проектировании оптимальных систем шасси и рулевого управления на базе обшей оценки их схемы;

е анализ значимости влияния количества и размещения колесных осей на устойчивость движения автомобиля проведён с использованием теории М. В. Келдыша о качении упругого пневматика, выведены соответствующие формулы; • ..... . • 6 разработаны математичегкие модели движения .автомобиля с произволь-к!; слом осей и различными схемами рулевого увравления прь его

малых отклонениях от прямолинейной траектории, которые позволяют оценить влияние уводов и смещений, возникающих при наложении не-галономиых связей па колёса, и угловых перемещений управляемых осей з вертикальной плоскости; Я теоретически обоснованы и экспериментально доказаны преимущества разработанных математических моделей в рассматриваемой области изменения переменных; Я получила дальнейшее развитие методика исследования систем, имеющих значительную размерность вектора состояния, которая легко алгоритмизируется и допускает эффективную реализацию на ЭВМ. Практическая ценность работы состоит в построении алгоритма для решения задач данного типа и применимости полученных результатов на стадии проектирования или доводки нового образцх Полученная математическая модель позволяет анализировать устойчивость движения многоосных машин, а также решать широкий круг научных и Прикладных вопросов общей динамики объектов этого класса. Формулы, полученные в данной работе, позволяют оценить устойчивость любого автомобиля с различным числом и расположением управляемых и неуправляемых колес, что позволяет определить резерва повышения его качества на основе учёта взаимосвязей многих параметров, влияющих на устойчивость движения.

Да.чы рекомендации по выбору конструктивных элементов шасси и рациональных скоростных режимов эксплуатации многоосных автомобилей.

Реализация результатов р а б а т ы: Материалы диссертации приняты к использованию яа Кременчугском автозаводе при разработке шестиосного автомобиля КрАЗ -6443. Основные научные положения я рекомендации исследования используются в учебном процессе кафедры «Теоретической механики» Полтавского технического университета.

- б -

Апробация р а 5 о т ы: Основные положения работы докла-оывалиеь и обсуждались на Всеет тзном научно-техническом совещании «Совершенствование механосборочного производства к пути развитая технологии» (Вороке>к, 1991 г.), на Международной научно - технической ¡.-епферггщия «Проблема авто.чобшьного транспорту на сучасному етага» (Киот. 1996 г. ), на научных конференциях Полтавского инженерно -строительного института (1990,1991,1992,1993 г.г.), Полтавского технического'университета (1995,1996 г.г.), на международной конференции Ме-iody obiiczeniovve i badawcze w rozwozu systemow pojazdow saraochodowych i maszyn roboczych samojezdnych. Materialy VI Sympogum pod redakciq Kazirr.ierza Lejdy.(Rzeszow, 1996г). Работа также докладывалась на заседании кафедры «Автомобили» Украинского транспортного университета (Киев, 1997 г.).

Публ и нации: По материалам диссертации опубликовано 13 работ.

Структура и объём работ: Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из 190 наимено-. ваний и содержит 131 страницу машинописного текста, 30 рисунков, 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулнрована цель днссерташтеннсй работы, изложены её научная новизна, практическая ценность и краткое содержание по главам.

В первой главе «Анализ дииамических, свойств многоосных автомобилей» рассмотрена структурная схема автомобиля, проведён обзор и анализ работ, посвященных проблеме создания и совершенствования многоосных автомобилей по критериям усто йчивости, а также их математического моделирования.

Анализ основных направлений улучшения конструкций автомобилей по критериям устойчивости показал, что изменение их качества идёт как по

пути разработки новых конструкций, так и за счёт совершенствования имеющихся. Однако, до сих пор отсутствуют аналитические методы оценки устойчивости многоосных автомобилей, в целом и нет единых обобщенных показателей, определяемых экспериментально. Опенка движения носит в основном сравнительный характер, т.е. устанавливает принципиальное преимущество одной системы над другой по отдельным характеристикам и конструктивным особенностям. Из-за отсугствия обшей оценки схемы автомобиля тормозится реализация уже имеющихся обоснопашгых рекомендаций при проектировании оптимальных конструкций н новые транспортные машишл не полностью получают потенциально возможные качества.

Одним из путей повышения устойчивости движения является усовершенствование конструкции шасси и схемы рулевого управления/Этот путь совершенствования конструкций многоосных "автомобилей разработан недостаточно и количественные связи параметров устойчивости с количеством осей, их расположением и схемой рулевого управления в достаточной степени ешф не определены. Вследствие этого не существует единого мнения по вопросам, связанным р конструктивным обеспечением устойчивости автомобилей. Доказательством тому служат принципиально различные схемы шасси, которые распространены на однотипных машинах. Имеющиеся исследования отдельных вопросов устойчивости движения проведены с разных позиций и не в полной мере согласуются друг с другом.

Отмеченное выше делает актуальной задачу определения значимости влияния числа колесных осей и схемы рулевого, управления на устойчивость доижеиия многоосного автомобиля. . .. • .

Для выяснения закономерностей возмущенного движения автомобиля, прежде всего необходимо проанализировать взаимодействие колес с дорогой. Поэтому общим для ?сех аналитических исследований является х-

таяьиое рассмотрение теории упругого колеса и переход от отдельного колеса к анализу всего шасси.

Обсуждены существующие подходы.к описанию увода шин. Рассмотрены их достоинстпа, недостатки в области применения. Анализ показал, чтс наиболее полно я последовательно описывает динамику пневматической шины и учитывает неголономный характер связи её с дорогой теория качения, разработанная М. Б. Кеддышем. Поскольку она построена е предположении малости параметров деформации пневматика и отсутствия про-скалкчывания контактной площадки, то область её применения ограничивается движением по траекториям, максимальная кривизна которых составляет 0,003-0,006 »г'.т.е. по прямолинейным.

Разработке общей теории устойчивости многоосных автомобилей и созданию простых методов их инженерного расчёта посвящены исследования А.С. Литвинова, Д. А. Автонова, П. С. Аксёнова и др. В работах этого направления автомобиль рассматривается как система, подчиненная голо-номиыы связям. Построенные математические модели не учитывают уводы в смешения, возникающие при наложении неголономных связок

Б работах К. И. Мейгелицына, М. В. Келдыша, Ю. И Неймаркг, К. А Фуфаева, А. И. Кухтенко, Л. Г. Лобаса и др. излагаются результаты исследований. путевой устойчивости шасси самолёта к двухосного автомобиля, рассматриваемых как неголономные системы. Исследования динамических явлений, сопровождающих возмущённое движение многоопорного транспортного средства на пневматических шинах, представлены работами Ю. И. Неймарка, Н. А. Фуфаева и Л. Г. Лобаса. В них разработаны неголономные модели систем с качением и развиты метода их исследования.

Проведённый анализ показал, что многоосный автомобиль как система, подчиненная неголономвым связям, изучен недостаточно; вопрос с влиянии общих конструктивных решений на устойчивость его движения всесторонне не исследовав и возможности улучшения конструкции шасси да-

леко не исчерпаны. Б сзязи с этим в работе предусматривалось решение следующих задач:

1} Разработать математическую модель движения автомобиля с произвольным числом и размещением колес по базе при его малых отклонениях от прямолинейной траектории.

2) Разработать методику аналитического решения задачи устойчивости многоосных автомобилей с различными схемами рулевого управления.

3) Установить качественные и количественные связи параметров устойчивости с количеством а размещением управляемых я неуправляемых колес.

4) Дать рекомендации по выбору конструктивных элементов шасси и рациональных режимов движения многоосных автомобилей.

5) Экспериментально проверить достоверность полученных аналитических оценок схем автомобилей.

Во второй главе: «Аналитическое решение задачи устойчивости многоосного автомобиля» разработаны математические модели, описывающие равномерное движение автомобиля при его малых отклонениях от прямолинейной траектории. Рассматривается азгомобиль с закреплённым рулевым управлением, имеющий К осей, с произвольным их размещением по базе и тремя основными схемами рулевого управления: с передней управляем он осью, передней и задней управляемыми осями, со всеми управляемыми осями.

В качестве критерия оценки принята критическая скорость, пра которой теряется устойчивое движение, и исследуется влияние на неё количества колесных осей автомобиля, их размещение по сазе л схемы рулевого управления. При математическом описании малых колебаний автомобиля у ч и т ы а а ю т с я ; случайные возмущения, действующие со-стороны дороги через ходовую часть; кинематические; связи эластичной шины е дорогой; дейстзие гироскопических моментов на управляемых колесах; упру-

гость привода; упругая связь между подвеской с управляемыми колесами и остовом и их инерционные свойства.

Расчётная схема и 4 $ п у щ е н и я. Принимается ряд допущений. которые упрощают анализ и дают возможность выявить влияние схемы рулевого управления на устойчивость движения в чистом виде. Остов жестко скреплен с осями неуправляемых колес, может двигаться лишь плоска параллельно в плоскости ХОУ и не имеет крена. Ось с управляемыми колесами имеет две степени свободы относительно её центра масс: поворот управляемых колес относительно шкворней V и поворот подвески относительно продольной оси автомобиля При таком выборе расчетной схемы не учитывается влияние вертикальных колебаний, продольных и поперечных угловых колебаний подрессоренных масс на значение нормальных нагрузок на колесо.

Уравнения равномерного движения автомобиля при его малых отклонениях от прямолинейной траектории получены на основе уравнений с неопределёнными множителями Лагранжа. Для описания механизма взаимодействия пневматика с дорогой используется теория М. В. Келдыша. Поэтому, кроме указанных на рис.1, обобщенными координатами являются также параметры деформации шины (боковая 4 и скручивания ф ), которые также предполагаются малыми. Для принятой модели обобщенные

силы,действующие на управляемую ось, равны

= -Ц у -Ь, V ,<?„-■=-к-ф-Цф, где к,, к^ - коэффициенты жесткости рулевого устройства и рессор подвески, Ь,,^ -коэффициенты

0)

вязкого трения в рулевом упраале-

Рисунок 1

нии и демпферах.

Полученные уравнения возмущённого движения автомобиля записан!, в новых обобщённых координатах = 6, о ? — + 6 , учитыг.аютю

V

цикличность координаты х и характер поставленной задачи.

Уравнения малых колебаний Кроеного эвтомобндя с передней управляемой осью имеют вид ; • к

М*в - Мм»- - £ - «У,*!*!' 0 ,

I»!

к

¡«1

I, V - 214гоу - + ЬдЧ» к2Ч' + '(я, г + + (е,г + р)К,х|/ = 0,(1)

К этим уравнениям добавляются уравнения неголономных связей :

* * 2 2 2

Здесь м - масса автомобиля; I.- момент инерции автомобиля без передала колёс относительно вертикальной оси, проходящей через его центр масс; ]-- момент инерции передних колёс относительно вертикального диаметра; а 14- их осевой момент инерции; 13- момент инерции передней подвески относительно продольной оси автомобиля; г- свободный радиус колеса; а;,Ь;,сг,,р;г крэ^фипи'ен^' упругости колёса - той оси; ю- угловая скорость колеруа; полоягаггёльййе константы, связанные с линией ка-нения пверматяка; N г воркальн^я нагрузка на колёса управляемых осей. Здесь левое и правое колёса оси заменены рдник колесом, имеющим свойства пары; рзретозда £ от центра масс ртомобим до \ - й оси считаются

отрицательными для осей, расположенных впереди него, к положительными - сзади.

Ось с управляемыми колёсами, в отличие от неуправляемой, имеет дополнительно две степени свободы. Поэтому в расчётную схем}' автомобиля со всеми управляемыми колёсами необходимо ввести обобщённые координаты ^ и для каждой оси. Так как исследуется влияние на устойчивость движения общих конструктивных решений, то характеристики рулевого устройства и рессор подвесок предполагаются одинаковыми.

Уравнения возмущённого движения имеют вид: к

М*й.~Мтчго,^у-,) •= О,

1*1 *

0« +5)1а1)* + 2-(1а1у1 -»»«.^1 -Ь.ф.-с.Ц^.у^-О,

+12|«г + 214<ОЧ'|- * О, -^¡юя'+Ь^ н-к,^ +(в!г+оД)^ ^(о.г+р,)^^ «О

V

УВ + ^-гу. + у+уу.+уф, =0,

ф I ▼ "V

™ + V,—+Р: .....к.) (3).

Уравнения возмущённого движения автомобиля с передней и задйей управляемыми осями являются честным случаем этих уравнений. Высокий порядок дифференциальных уравнений движение автомобиля осложняет ыорук» фазу исследования - получение аналитических соотношений и выяснение свойств такой модели. . . • ! ■ ...

В третьей главе «Устойчивость установившегося движения многоосного автомобиля» разработана методика, позволяющая алгоритма зировагь аналитическое решение задачи.

Согласно теореме Ляпунова, для асимптотической устойчивости систе-мм необходимо и достаточно, чтобы все корки характеристического урав-

неши матрицы А, составленной из коэффициентов уравнений её дзнжеп.ад. »

имели отрицательные действительные части. Главной трудностью при яы-численни определителя матрицы А является её высокий порядок (для 2-х осного автомобиля - 8x5), который будет повышаться по мере увелэте-пия числа осей автомобиля. В работе предлагается алгоритмизировать эгу задачу путём разбиения матрицы А на квадратные блоки второго порядка и приведения её к квазитреугольному виду с помощью обобщённого алгоритма Гаусса. Это позволяет представить её определитель в виде произведения определителей диагональных элементов, а характеристическое уравнение з виде произведения полиномов, имеющих более нш кий порядок-. Для двухосного автомобиля с передней управляемой осью матрица А имеет вид (4). А после приведения её к квазнтреугольному виду - (5).

л =

А =

г 2 " — О 0 0 0 г /1

а ъ.

ч * 0 0 0 О 0 1

0 0 р. г V Т V - гр V / ■■ 1

а , V Э 1

0 а - 2 2 р 7 0 1

0 " »» О 0 - «г ^ , Мр, МЛ»

-ь, - а ,1 - ь, 1,р? Л 0 (I.

9 а К ' 0 - и.вр О а I4о

0 0 О -Ь, 21, «р 0 1,Р

«

9_ ■V 0

2 г 0 0 0 V < ,

а , V 1Ь

2 ¿»и - 2 в 0 в 0 0 1

0 0 р_ 2 V 2 V - «-р V

0 о о , V 1 Р , 2 Р 7 1» 0 1

0 0 • 0 о« О , т, Т,

0 0 0 0 О , Т, т.

0 0 0 0 0 0 к , К ,

0 в о 0 0 а к , К .

(Ч)

(Я

Увеличение числа осей автомобиля па единицу соответствует увеличе* .-.•г ! количества уравнений возмущённого движения на две единицы. Это г.-;;калгнтно присоединению к матрице А дпя двухосного автомобиля дзуч строк блоков 2x2, элементы которых определяются характеристиками добавленной оси. Так как ни одно из присоединённых уравнений не со» _ггр;кит обобщённых координат, относящихся к управляемой оси и деформациям пневматикой предыдущих Осей, то соответствующие блоки, присоединённых строк в матрице А будут нулевыми. Появляется возможность упростить вычисление определителя этой матрицы, представив его ¿пк произведение её диагональных элементов.

Получены характеристические уравнения для автомобилей с различными схемами рулевого управления. Они имеют вид (предполагается, что с^ ■л Р, у всех колёс одинаковые):

1. Автомобиль с передней управляемой осью.

двухосный: (Вр+ОУ2)2*«^ - 02<1)*Ри(р) = О, (7)

К-осный: (Вр+ау2)* «(ОА * ОгО,)»<Р10(р) - Р6(р)) = 0. (8)

2. К - осный автомобиль с передней и задней управляемыми осями.

(Вр + ау1)'*(0104 (рХРиЛр)- Р«(Р)) - (к - 2>Р4] = 0. (9)

* '

3. К - осный автомобиль со всеми управляемыми осями.

(Вр + ау^^д^ -ГЛ)»[Р<«(РХР1,(Р}-П(Р))-(К- 2)Р4] = 0, (Ю)

Анализ условий устойчивости. 1. Вр + ау: = 0 (11).

Поскольку патаном Вр+ау2 = р1 +Рур + сху2 имеет оба корня с отрицательной действительной частью, то устойчивость системы определяется ■ остальными корнями характеристического уравнения.

2 - <*2<Ь = 0 (12).

Полином С^О* - будет гурвицевым, если выполняется неравеи-

И», . 2а,

- 2Ь,

ство: V* , V1 < ,

А, А, - ца,

где А,-

(13>

Это условие позволяет выделить на полуплоскости (уг, А,) область устойчивости, показанную на рис. 2 и сделать заключение о влиянии на её гоа-

АЛМ« . * 1

■«<- нииы коэффициента о,, связанно-

го с деформацией скручивания ■; -■• управляемого колеса. При падении давления в пневматике коэффициент Ь, увеличивается и область ус-

L.J-J ' I

1 тойчнвосги расширяется. С этой

точки зрения применение шин низ-

Рисунпк 2

•кого давления выгодно. Условием сохранения устойчивости является требование, чтобы осевой момент инерции передних колёс 14 был больше определённой комбинации •упругих характеристик передних колёс и их момента инерции I, относи-

тельно вертикальней оси:

4 г 2 х 2а,

3. Р,„(р) = 0 П4)

•а

Так как в данной работе поставлена задача сравнительного аиазиза влияние схем рулевого управления на устойчивость движения, то рассматриваются параметры, связанные со схемой, а все прочие параметры считаются одинаковыми для всех колёс я постоянными. В случае, когда демпфирование пренебрежимо мало, характеристическое уравнение для двухосного автомобиля имеет вид:

Р" + 2рр* + гр' + 2рур7 + (С, + у^Эр' + 2(5у(С, + у'С4}р'+<С; + у2Сь + у'С4 }р4 + н- 2ру(С; + у'С, + у'С^р3 + (С,,+С^1 + у'Сц)?2 + 2Ру(С,4 + угС!51- у4С,, )р + У^ + У4^ =0,(15)

гле /.,Са,С1...С,7,С13 - постоянные *оэффицие!ггы, зависящие от места ус-гаиозки пергой и второй осей, упругих характеристик колёс, рессор и рулевого устройства, инерционных характеристик остова, управляемых колёс я осей Вид этой зависимости в работе найден.

Все коэффициенты С; положительны. Только С„ может принимать отрицательные значения: « .

.Н, 2Ьа I.

См <0 при <|<1'»1н7—^р". ^ Н4 = К а + + 2аг),

(16)

к. дЧ1 I

н, = —(Ц+р1Ч--—)-гг(<^+2аг),К„ = к2 + рЛт+стг1Ч-Ь 2Аг. (17)

к, + Л» а Мг

4. Р„(Р)-Р<(Р) = О,;

(13)

Р4(р) Я (к - 2)аЬ

М1,

р* + рур5 +

г 4 ' Й . . к. +» • кЛ . „ к, К,

(угН + а')»1 - + , Р + + Т

. 'Л • *г Ь ] лг \>

4у» , ("ь, + 3>„ , К, к, + 2Ь. 4а Ц ,1,

09)

где А ! » а,г + 0.5о N . Увеличение числа осей может привести

к неустойчивости системы, т. к. каждая из дополнительно введённых осей уменьшает коэффициенты полинома Р10(р) и они могут изменить знак.

Наиболее значительно изменяются коэффициенты С„ и С14. Их знак оказывает решающее влияние на устойчивость движения. Установлено, при каком количестве осей С„ кС„ изменяют знак: .

С„ £ 0 при К 2 где Ц

—12-+ 2 ,СмЗвпрнК5:—г—+2

8А,(к, + 2Ь)

к,

2«ЬК„ » <2°)

а С|г; и С<» - значения коэффициентов для 2-х осного автомобиля.

Так как для устойчивого движения необходимо, чтобы коэффициенты характеристического уравнения оставались положительными, то параметры автомобиля должны выбираться такими, чтобы выполнялись неравенства; С„ +у3Си >0, С|4+vzGIS + v4CM >0, (21) Они накладывают следующие ограничения на скорость движения :

С„ > 0,С„ > 0 - V — V , С,т >О.Сщ < 0-V' < j^j , С,, <0,0,>0 - v'> ¿pi,'

C„ > 0,C,5 > 0,CM > 0- V - v,c„ < o,clf > 0,CW > 0- V > V1 (ZZ)

Влияние коэффициентов Cj на поведение 1раниц областей устойчивого движения показано на рнс. 3, Ц.

Проанализировано, какими конструктивными мероприятиями можно расширить зону устойчивости. Расположение нерпой оси и её параметры оказывают значительное влияние ira переходные процессы при прямолинейном движении. Найдены формулы позволяющие определить, какое расположение первой и второй оси наиболее рационально для заданных условий. Раслоложгцие остальных осей на устойчивость прямолинейного движения ке влияет. '

Многоосные автомобили также обладают свойством поворачиваемостк: C,f > 0-случай автомобиля с недостаточной поворачиваемостью , С!8 < 0 -с избыточной. У всех автомобилей с избыточной поворачиЕаемостыо существует критическая скорость ПО устойчивости прямолинейного двнже-

.Ния: у1 < Т"2! (23; '

Fi«|

Прворачиваемоетъ машин зависит от места расположения первых двух осей и параметров автомобиля. При увеличении количества осей у автомобилей с избыточной поворачиваемостью критическая скорость вначале уменьшается (С„- убывает). Когда количество осей достигает величин .

ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ С,4, С!7, С!8 НА ГРАНИЦЫ ОБЛАСТЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ

; Т = V- , Ц = \'4

г _ :

Ц« Ц|

рис.3

рис. 4

при которой С„ = О, то движение неустойчиво прн любых скоростях колнчество осей становится таким , что С„ ¿0, то первые две сси "хтс располагать так, чтобы по ним автомобиль обладал недостаточной ловора-чизаемосгью. В этом случае дальнейшее увеличение количества яеупраз-ляемых колёс увеличивает значение максимальной скорости , но дзжкен!';-

|с„| й, .

становится неустойчивым при малых скоростях: у«Р > —. В раооге пс-

лучены формулы, по которым можно посчитать эту скорость и, изменяя конструктивные параметры, сделать минимальной.

Признаки поворачиваемое™, установленные а данной работе, совпадают с известными признаками поворачиваемости для двухосных автомобилей, если рассматриваемую модель превратить з плоскую и учесть только боковую деформацию колес.

Задача сравнения схем компоновок ходовой части решалась также путём сопоставления результатов расчета по различным исходным данным. Рассматривался четырехосный автомобиль с передней управляемой осью, положение которой изменялось так, чтобы проверить результаты аналитического исследования места установки этой оси на устойчивость движения. Проведанные исследования сравниваются с оценками различных схем расположения осей по базе данными Д.А. Антоновым и подтвердили их. Но так как в работе Д.А. Антонова одновременно изменяются три параметра, то выявить удельную роль каждого из них эти исследования не позволяют. Для подтверждения полученных в данной работе выводов проводились дорожные испытания.

При оценке схем рулевого управления в теории устойчивости движения многоосных автомобилей делается ряд важных предположений: 1) не учитывается разница между неголономными и голоиомными связями;

-га-

2) рассматривается плоскостная задача: считается, что угловые движения управляемых осей а вертикальной плоскости относительно продольной оси автомобиля отсутствуют (у = 0).

В расогг рассмотрен вопрос о существенности этих, предположений при изучегми влияния количества осей и схемы рулевого управления на устойчивость прямолинейного движения автомобиля. Для этого рассматриваемая задача решена при ц/ = 0. Решение з этом случае значительно упрощается. В характеристическом уравнении произошли существенные изменения , так как теперь его коэффициенты зависят не только от количества осей, но и от места их установки. При исследовании устойчивости по этому уравнению обнаружены дополнительные условия, ограничивающие. область асимптотической устойчивости.

Анализ выражений (9) и (1.0), проведённый по той же методике, что и для автомобиля с передней управляемой осью, показал, что количество, управляемых осей влияет на устойчивость движения: процесс ухудшения устойчивости и его стабилизация происходят быстрее. Место установка управляемых осей на устойчивость прямолинейного движения ае атаяет (кроме первых двух осей).

Для подтверждения полученных в данной главе выводов проводились дорожные испытания.

В четвертой главе: «Экспериментальные исследования устойчивости движения» представлены цель и задачи, исследований, объект экспериментальных исследований, программа дорожных испытаний автомобиля, оборудование и приборы, методика,проведения испытаний^ методика обработки и анализа результатов.

В задачи экспериментальных исследований входили проверка адекваг-. ности математических моделей реальной картине прямолинейного движения многоосных автомобилей с различными схемами рулевого управления

(! -00-0,1-03-0,1-00-4) и определение влияния места установки управляемых осей на устойчивость этого движения .

Испытания проводились на ровной асфальтированной дороге по методике, установленной Государственным стандартом Украины Ш5960~96.

В результате выполнения первого этапа экспериментальных исследований «Определение угловых и линейных отклонений макетов автомобилей с различными схемами рулевого управления и размещения осей по базе при кх прямолинейном равномерном движении» были получены данные об изменениях курсового утла автомобиля У , угла поворота управляемых колес тягача ОС и задних осей 9 с течением времени. В результате машинной обработки данных испытаний получены вероятностные характеристики распределений угловых отклонений а,у я 6 в на их основании представлена зависимость математического ожидания от схемы шасси и скорости движения (рис. 5).

-ч <-10-0

V, та/г

t$ ю 15 30 НО «5 50

Р»с.5

Из рис. 5 видно, что у схемы 1-00-0 наилучшая устойчивость, а схемы I-03-0 и 1-00-4 отличаются незначительно, Следовательно, место установки

•••л. решающего влияння на устойчивость движения автомобиля.не оказы-..П--Т. Этот ьывол подтверждает и зависимость скорости бокового смещения .^неи оа: автомобиля. представленной на рис. б

Р результате выполнения второго и третьего этшюб программы экспе-:; л;«;г:тальиый исследований «Определение параметров управляемости ав-т.л'оокля при движении с «переставкой» и во «змейке» были получены дайаые о кинематических характеристиках задней оси тедккки и о величине переходного процесса в зависимости от скорости движения автомобилг.

Проведенные экспериментальные иссдедрвадвд подтвердили аналитические опенки различных схем рулевого управления и позволили выявить удельную роль влияния места установки управляемой оси ва устойчивость движения.

.1-00-4

60

Рис. 6

Основные вы а од Ы:

При проведении теоретических и экспериментальных исследований устойчивости движения многоосного автомобиля при его малых отклонениях от прямолинейной траектория получены следующие результаты.

1. Разработаны математические модели автомобилей с произвольных! числом осей и различными схемами рулевого управления, з которых учтены кинематические связи эластичных колес с дорогой я гироскопические моменты на управляемых колесах. Рассмотрены три схемы рулевого управления: с передней управляемой осью, с передней а задней управляемыми осями и со всеми управляемыми осями.

2. Разработана методика аналитического решения задачи устойчивости многоосного автомобиля, позволяющая не только установить принципиальное преимущество одной схемы перед другой, но и дать общую оценку той или иной схеме шасси и рулевого управления, а также установить значимость кх влияния при проектировании оптимальных конструкций. Построенный алгоритм позволяет решать различные задачи оптимизации конструктивных параметров автомобиля для обеспечения асимптотической устойчивости его движения.

3. Аналитически установлены качественные и количественные свят параметров устойчивости с общими конструктивными решениями шасси. Получены соотношения, позволяющие оценить устойчивость любого автомобиля с различным числом управляемых'!!'неуправляемых колес.

4. Установлено, что повсрачяваемость многоосных машин зависит от места расположения первых двух осей, упругих характеристик колес этих осей, подвески и рулевого управления, а также инерционных характеристик остова, осей с управляемыми колесами и нормальной нагрузки на них. Для многоосных автомобилей с избыточной поворачи-ваемостью, как и для двухосных, существует критическая скорость по

устойчивости прямолинейного движения. Структуры формул критической скорости азтомсЗил,'"! с равным количеством осей аналогичны а отражают одинаковую а качественном отношении связь критической скорости с конструктивными параметрам.

5. Расположение первой оси по отношению ко второй и ее параметры оказывают значительное влияние на переходные процессы при прямолинейном движении. Установлено оптимальное расстояние между передними осями. Смещение первой оси вперед на расстояние больше оптимального, отрицательно сказывается на устойчивости. Получены соотношения, которые позволяют выбрать наиболее рациональную для заданных условий компоновку шасси по этому параметру.

6. Установлено, что количество осей автомобиля влияет на устойчивость его прямолинейного движения, а место их установки - нет (кроме первых двух). При увеличении количества осей у автомобилей с избыточной поворгчкваемостью критическая скорость вначале уменьшается, а когда количество осей К достигает найденную в работе величину КГ, то здяжеаке становится неустойчивым при любых скоростях. При К>К" первые дзе оси надо располагать так, чтобы по ним автомобиль обладай недостаточной поворачиваемостью (обязательно С«>0). В этом случае дальнейшее увеличение количества неуправляемых осей арквоэгт к устойчивому движению на боль-

ших скоростях н неустойчиво«;} гри малых (V>V«¿>-j|cl7¡' С„ ). При увеличении числа неуцрашакмых осей автомобилей, у которых расположение первой и аторой оси соответствует случаю избыточной поворачиваемое™, пока К г К'движение устойчиво при любых скоростях, а пра К > К' - при V>V„p. Поведение автомобилей при увеличении чисда неуправляемых осей иное.

7. Утойчквость движения многоосных автомобилей определяется конструктивными параметрами тораьл^емих осей. С увеличением irx ко- ' личеств!1 процесс ухудшения устойчивогти происходит быстрее. Получены оптимальные соотношения констругпшных папамглрои, которое позволяют расширить Гранины области устойчивого движения к снизить недостатки применения управляемых осей, наиболее резке проявляющиеся на двух-, трех-1\ четырехосных автомобилях.

8. Установлено, что место установки управляемых осей, за исключением первых двух. на устойчивость прямолинейного лшягеиня автомобиля не влияет.

9. Учет уводов и смещений, возникающих при наложении неголоно.м-кых. ськзей на колеса автомобиля, и угловых перемещений управляемых осей в вертикальной плоскости повышает точность решения задачи. Используя пространственную модель автомобиля и выбрав надлежащим образом его конструктивные параметры, можно улучшить устойчивость движения в горизонтальной шгоскости. Рациональный выбор параметров оси с управляемыми колесами является одним из методов предотвращения неустойчивости движения автомобиля и необходим, несмотря на математические трудности, возникающие при исследовании такой модели.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: LCíiXHO 8.П., Завьялова Л.И., Барллович Е.Л. Математические модели в

задаче исследования устойчивости прямолинейного движения многоос-• ного автомобиля. Metody obüczeniowe i badawezew rozwozu systemow po-jazdow sarnochodowvch i maszyn roboczych samqiezdnvch. Materiaiy V! Symptejuir. pod tedakciq Kazimierza Lejdy. Rzeszow, 1996. - C.l !'•■>•! Z.Caxna В.П.. Завьялова Л.К. К вопросу исследования устойчивости многоосных автомобилей. Проблеми автомобильного транспорту на сучасному crani: Матер1али мЬкнар. и ay к.-тех. конф.- КиГв, УТУ, 1996.- С.195-196. 3. Сахно В.П., Завьялова Л.И. Влияние количества колесных осей на устойчивость прямолинейного движения многоосного.автомобиля. Сб. Вестник КПИ», серия «Машиностроение», 3997,- Hs32.- С. 41 - ti.

4. Завьялова Л.К. Уравнения движения многоосного экипажа. Сб. «.Механические колебания и устойчивость» (изд-во Киев, госуд. университета). УкрНЙИНТИ. №1757, 29.06.87,- С. 52-60.

5. Горошко O.A., Завьялова Л.И. Математическая алгоритмизация решения задачи о движении многоосного экипажа. Деп. УкрНИННТИ, -М-! 649-Ук89,13.06.89,- 10 с..

6. Завьялова Л.И. Об уравнениях движения многоосного автомобиля. Деп. УкрНИИНТИ, №1650-Ук89,13.06.89,- 6 с.

7. Завьялова Л.И. Состояние исследований по динамике многоосных экипажей. Деп. УкрИНТЭИ, №13, 6.01.93,- 10 с.

8. Завьялова Л.И. Исследование условий стабилизации прямолинейного движения автомобиля на упругих пневматиках. Тез. докл. 42 научн. конф. Полт. ИСК- Полтава, 1990.- С.221.

9. Завьялова Л.И. Исследование колебаний многоосных автомобилей. Совершенствование мех? но сборочного производства к пути развития технологии: Тез. докл. всес. научн.-тех. совещания.- М., 1991.- С. ¡44-145.

10. Завьялова Л.И. О выборе метода исследования устойчивости прямолинейного движения многоосного автомобиля. Тез. докл. 43 научн. конф. Полт. ИСИ,-Полтава, 1991.-С.291.

11. Завьялова Л.И. Исследование устойчивости движения многоосного автомобиля при больших значениях кинематических параметров пневма-

- тиков. Тез. докл. 45 научн. конф. Полт. ИСй.- Полтава. 1993.- С.228.

12. Завьялова ЛЛ. Дослздження впливу киькосп колес на стШксть прямолшшного руху многоосного автомобшя ка дсформованих пневма-тиках. Тез. доп. 47 наук. конф. Полт. тех ун-ту.- Полт., 1995.- С.94.

13. Зав 'ялова ЛЛ. Дослщясення ьпливу проскошчного зв язку мж коливаннями керованих колес навколо шкворН1в i кутошми рухами моста в вертикальнШ площиш ка стпасть руху багатоосного автомобш:. Тез. доп. 48 наук. кокф. Полт. техшчного ун-ту.- Полтава, 1996.- С.96.

Анотацш

Зав'ялова ЛЛ. Щпвищення стйкосп руху багатовюного автомобия за рахунок ращонального вибору ылькост! колюних осей та схеш: рульового керування.- Руколис- Дисертацк на здобуггя наукового ступеня кандидата техшчмих наук за спещальюстю 05.22.02 - автомобин i трактори. Украшський транспортний ун1версш-ет,.Кв1в,1997.

Дослшжусться стШюсть прямолшШногоруху автомобшя з довольною киьюстю осей i рЬними схемами рульового керування. Враховаш проскошчш момента i неголономш зв'язкд сластичних кояк з дорогою.

Аналггачно встановлет яккш тамль^ш зз'язки параметр1в спйкосп з юльшстю та розмлценвям керованих i некерованих колк.

Запропоноваш рекомендацЙ шо до вибору конструктивних елемента maci та рашональних режим1в руху багатасних автомобищ. Ключов) слова: автомобшь, стшюсть, maci, рульове керування.

Summary

Zavyalova L.I. Increasing the multi-axle automobile riding stability due to rational choice of the wheel axles number and a steering scheme.

The Scientific thesis for the master of science degree on speciality 05.22.02 7 «Automobiles and tractors» the Ukrainian University of transport, Kiev, 1997.

The steadiness of uniform and rectilinear motion of the automobile with the arbitary number of axles and various steering schemes is being investigated here. Not golonomnies cohesion of elastic wheels with the road and gyroscopic moments on steered wheels are taken into consideration.

Qualitative and quantitative parameter cohésion steadiness with quantity and placing of dirigible and undirigible wheels were established analytically. The recommendations for the choice of constructive chassis elements and rational regimes of multi-axle automobiles motion are given.

ГПдписсшо до пруку 21.04. 07р. Формат 60x84 L/16. Пяп1р прук^.съ'лй. Друк офсеткнй*. У.моьн. пру к. ирк. 1. Г! а хаз XV181. Тярлж 100. В^лко^тошш. Д1лышия оперативного друку статастичиого }гтрлвд1кня Полтавсъчо! облает 1. м. Полтава, вул. ПушкХна, 103.