автореферат диссертации по транспорту, 05.22.02, диссертация на тему:Пути повышения устойчивости автомобилей и автопоездов со всеколесным управлением и асимметрично расположенным грузом

I /, Украинский транспортный университет .... На правах рукописи

Барилович Евгений Леонидович

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ И АВТОПОЕЗДОВ СО ВСЕКОЛЕСН ГМ УПРАВЛЕНИЕМ И АСИММЕТРИЧНО РАСПОЛОЖИ г ЫМ ГРУЗОМ

Специальность 05.22.02 - Автом )или и тракторы

/

/

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических л тс

Киев - 1996

- ■ Работа выполнена в Украинском транспортном университете на кафедре "Автомобили"

Научные руководители: доктор технических наук

.профессор Сахно В.П., доктор физико-математических наук профессор Лобас Л.Р. доктор технических наук профессор Акопян P.A. кандидат технических наук доцент Колпаков В.М. Проектно-иэыскатедьский и консгрукторско-технологический институт с опытным производством "КИЕВСКИЙ СТРОЙПРОЕКТ" Государственной строительной корпорации "Укрстрой", г. Киев

Защита состоится "о11 " декабря 1996 г. в '№ часов на заседании специализированного совета Д 01.27.02 при Украинском транспортном университете по адресу: 252010, г. Киев, ул. Суворова, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ноября 1996 г.

Официальные оппоненты;

Ведущая организация;

а У

Ученый секретарь специализированного соаедб

кандидат технических наук npocfeeofc—^^цштриев H.H.

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В многообразии факторов, оказыЕаюп: влияние на показатели технико-эксплуатационных свойств автопоезд важное место занимают система управления прицепными звеньям расположение их центров масс.

Б наиболее общем случае изменение направления движения авт поезда осуществляется поворотом передних колес тягача на угол а задних - нз угол 8 и колес полуприцепа - нз угол т . Поворачив. рулевое колесо на некоторый угол в соответствии с визуальной и формацией о текущей дорожно-транспортной ситуации, водитель т( самым регулирует угол «..определяющий в каждый момент времени ут. складывания авгопсевда через углы поворота задних колес тягача полуприцепа и и т. Управление поворотом колес полуприцепа уыеньш ет угол складывания автопоезда, практически не влияя на радиус ет поворота. Вместе с тем угол складывания автопоезда более чувств! телен к эксцентриситетам центров масс звеньев, чем радиус ловороз автопоезда. Наиболее значительные отличия (не только количествен ные, но и качественные) наблюдаются при повороте передних коле тягача в сторону, противоположную направлению смещений центре масс звеньев. В этом случае область реализуемости круговых движе ний резко сужается, что необходимо учитывать при разработке всекс лесного управления для автопоездов.

Иногда закон управления, пригодный с точки зрения одного ка чес-тва управления, становится малопригодным или вообще неприемле мым с точки зрения другого качества управления. Тем более эт справедливо для сочлененных колесных машин. Поэтому при практической реализации автомобилей и автопоездов со Есеколесным управлением должен быть выбран компромиссный закон на основе всестороннеп анализа различных критериев управления и их влияния на динашчес-

кое поведение автотранспортных средств как в стационарных, так и в неустановившихся режимах движения.

Цель исследования: повышение показателей устойчивости движения автомобилей и автопоездов со всеколесным управлением и эксцентриситетом центров масс ггеньев.

Методика исследования предусматривала математическое моделирование прямолинейного и кругового движений автомобилей и автопоездов со всеколесным управлением и эксцентриситетом центров масс звеньев, многовариантный анализ на ЭВМ исследуем-; объектов, лабораторные испытания тележки полуприцепе и экспериментальные исследования макета автопоезда с управляемым полуприцепом.

Научную новизну результатов исследования составляют:

- математическая модель плоскшарахдельного движения двухэвен-ного автопоезда со всеми управляемыми колесами и с эксцентриситетами центров масс звеньев и закономерности управления поворотом всех его шлее:

- алгоритм решения задачи о круговых движениях двухзвенного автопоезда в нелинейной постановке, позволяющий установить область реализуемости этих движений без отрывз и без полного бокового скольжения колес, а также количество стационарных движений автопоезда и характер их устойчивости;

- механизм потери устойчивости круговых движений автопоезда, основанный на существовании таких значений угла поворота передних колес тягача, при котором возможны бифуркации слияния и бифуркации рождения его стационарных состояний; в случае автопоезда с избыточной поворачиваемостью в многообразии стационарных состояний возможны катастрофы складки, приводящие к тому, что при плавном

изменении угла поворота передних колес тягача происходят скачкообразные переходы от одного устойчивого стационарного состояния к другому;

- закон управления поворотом колес полуприцепа, обеспечивающий отслеживание тележкой траектории автсшобшш-тягзча.

Практическую ценность результатов исследования составляют разработанные математические модели автопоезда со всеколесныы управлением и эксцентриситетами центров масс звеньев, позволяющие по заданным конструктивным параметрам прогнозировать маневренность и устойчивость автопоезда на стадии проектирования, сскралия при этом Бремя и затраты на создание новых и модернизацию существующих автопоездов; закон управления поворотом колес автомобиля и автопоезда, в котором углы поворота колес тягача и полуприцепа определяются в виде некоторых функций приведенного угла поворота управляемых колес тягача, скорости движения автопоезда, его геометрических, компоновочных, инерционных и эксплуатационных параметров. Эти функции определены из условия совпадения радиуса поворота характерной точки полуприцепа с радиусом кривизны траектории точки сцепки и отсутствия боковой составляющей вектора скорости точки сцепки в круговом движении автопоезда.

Предложенные законы управления поворотом задних колес тягача и колес полуприцела позволяют уменьшить радиус поворота автопоезда в среднем нз 25 % (относительная разность в значениях радиусов поворота управляемого и неуправляемого автопоездов при различных значениях угла поворота передних колес тягача колеблется от 20 до 30 Ш.

Реализация результатов работы. Материалы диссертации приняты к. использованию на Запорожском автомобильном заводе в работах по созданию всеколесного управления перс-'

- б -

пективной модели автомобиля малого класса и Проектно-изыскатель-скш и конструкторско-технологнчесга-ш институтом "Киевский строй-проект"- в разработках тележек полуприцепов со всеми управляем,01 колесами.

Основные научные положения и рекомендации исследования используются в учебном процессе кафедры "Автомобили" Украинского транспортного университета.

Апробацияработы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях молодых ученых Института механики АН Укрзинн (Киев 1991,1992гг.), научных конференциях Киевского автомобильно-дорожного института (1989,1892). Украинского транспортного университета (1995, 1995 гг.), на Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование су-шествующих и создание новых ресурсосберегающих технологий и оборудования в .машиностроении, сварочном производстве и строительстве" (Могилев 1591г.); на Всесоюзной научно-технической конференции 'Проблемы применения микропроцессорных контроллеров в системах управления автотракторной техникой" (Шнек 1991г.); нз Республиканской научно-технической конференции "Социально-экономические аспекты и ресурсосбережение на автомобильном транспорте" (Винница, 1992г.), на Второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва,1993г.); нз международной конференции "МЕТООУ ОБЬ 1 (КЕМГОШ I ВАВЖЛЕ И ЖЕЖШ БУ5ТОШ Р01А2ГО№ ЗАМОСНОШУУСН 1 МА52УЫ ЯОВОШСН ЗШЗЕ2Ж1СН" ( 1993,1994,1995.1996гг); на Международной

научно-технической конференции "Проблемы транспорта и пути их решения" (Киев 1994г.); на Украинской конференции "Моделирование и исследование устойчивости систем" (Киев 1994,1995гг.); нз Международной научно-технической конференции "Проблемы автомобильного

транспорту на сучасному етапГЧКиев 1996 г.), на 3 Укра'1нськ1й ко-нференщ! з автоматичного керування "АВТОМАТИКА 96" ( Севастополь, 1996 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований отражены в 15 печатных работах.Результаты исследований защищены 3 авторскими свидетельствами СССР.

Структура и объем работы .Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 198 наименований, и содержит 145 страниц машинописного текста, 94 рисунка, 3 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель диссертационной работы, изложены ее научная новизна и практическая ценность.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследования" проведен анализ конструкций всеколесного рулевого управления автомобилей и автопоездов и показано как изменялся подход к принципам управления. Если первоначально основным критерием являлось сохранение оптимального соотношения в углах поворота передних и задних колес, то в последнее время поворот задних колес обеспечивается по уровню поперечных ускорений кузова или угловой скорости поворота кузова вокруг вертикальной оси. Однако, до настоящего времени продолжается полемика о виде функциональной зависимости и факторах, которые необходимо учитывать при выборе закона управления задними колесами автомобиля и автопоезда. Единственное в чем сходятся все исследователи, так это то, что при малых углах поворота рулевого колеса от среднего положения поворот автомобиля обеспечивается за счет поворота передних и задних колес в одну сторону, а при боль-'

ших углах поворота рулевого колеса - за счет поворота передних и задних колес в разные стороны. Но учет большого количества параметров ведет к усло?кнению и и конечном итоге к невозможности решения задачи. Поэтому необходимо использовать принцип разумной достаточности, особенно при выполнении исследований устойчивости и управляемости автомобилей и автопоездов, компоновочные параметры которых отличаются от традиционных.

Одними из первых работ, ь которых рассматривались вопросы устойчивости автомобиля, явились исследования Е.А.Чудакова, Я.М.Певзнера , Г.В.Зимелева В.С.Фалькевича. К настоящему времени разработаны фундаментальные теории устойчивости и управляемости автомобилей и автопоездов А.С.Антоновым, П.С.Аксеновым.. А.С.Литвиновым, Ю.В.Бирковским, Г.А.Смирновым, Я.Е. Фаробиным и др.

Отдельные вопросы устойчивости седельных автопоездов и полуприцепов рассмотрены Ю.А.Козленко. А.Л.Колпаковым, Э.Н.Ибрагимовым, Л.Н.Гродко, Ю.А.Ечеистовым, Я. Е.Фаробиным, В.П.Сахно и зарубежными исследователями-Bergman W., Elllis l.R., Ervin R.D.,Nisonger R.L., Jonson D.B., Huston F.G., Кале T.R., Wan G.K.. Mac Adam C., Fancber P.S., Mitscbke M., Bisimis E., Pacejka H.B. и др.

Широкий круг задач в области устойчивости движения различных систем рассмотрен Л.Г.Лобасом. В частности, им разработаны более совершенные, чем известные, математические модели систем с качением, даны новые постановки задач, развиты методы их исследования.

Обзор отечественных и зарубежных публикаций по исследованию всеколееных рулевых управлений автомобилей и автопоездов и динамического поведения их звеньев показывает, что в настоящее время нет общепризнанных единообразных подходов ни к разработке математической модели, ни к математическому аппарату для ее анализа.

В связи с этим в работе предусматривалось решение следующих задач:

1. Разработать математическую модель плоскопараалельного движения автомобиля и двухзвенного автопоезда со всеми управляемыми колесами и эксцентриситетами центров масс звеньев.

2. Обосновать стратегию управления поворотом колес автомобиля и автопоезда.

3. Разработать методику решения задачи о круговом движении автомобиля и автопоезда со всеми управляемыми колесами и эксцентриситетом центров масс звеньев.

4. Выполнить компьютерное моделирование движения автомобиля и автопоезда со всеколесным управлением и эксцентриситетами центров масс звеньев и провести анализ влияния конструктивных и эксплуатационных параметров на их вписываемость в поворот.

5. Разработать рекомендации для практического использования результатов исследования по определению параметров всеколесного управления для автомобилей и автопоездов.

Во торой главе "Дифференциальные уравнения плоскопараллельного движения двухзвенного автопоезда со всеми управляемыми колесами и эксцентриситетами центров масс- звеньев" рассмотрено плоскопараллельное движение одноколейной (велосипедной) модели автомобиля и двухзвенного автопоезда, вид которого в плане показан на рис.1. Здесь 8,8' и 01 - углы поворотов колес ведущего и ведомого звеньев, е - эксцентриситет центра масс С ведущего звена, Е1 - эксцентриситет центра масс С* ведомого звена. Подвижная система координат С'х0Уо2о является основной: уравнения движения автопоезда составлены в проекциях именно на ее оси.

После составления дифференциальных уравнений движения отдельных звеньев автопоезда уравнение, оценивающее влияние эксцентриситетов центров масс звеньев, записано в виде

[ I+mis (e-t-disinip-Eicoscp) Du-misv-miE (disimp-- e 1 cosip) ' — mi suoH-mi s (d i cosip+costpE) *

*(u-4>)2+xi (asin8-ECos6) +y3(acos8+esin8)+X2(bsin8' -scos8')-

•-У2 (bcose' +ESin8') -£[X3COS(8+tp)+ip3Sin(8+Ф) ]. (1)

При £-0 уравнения (1) существенно упрощаются Iw-aUisine+yicosBHbfesine'-yacose') (2)

Оба уравнения (1) и (2) выражают теорему об изменении кинетического момента ведущего звена относительно оси 0i Z0.

При движении автомобиля (автопоезда) с постоянной продольной скоростью по произвольной кривой (окружности» клотоиде и т.д.) переменные и и ы определены системой дифференциальных уравнений

ш (v-wu)-Xcos8-Ysin8+Xcos8' +Ysin8',

m(u+wv)-Xsin8+Ycos8-Xsin8'+Ycos0'+mg sin <x, (3)

lu-a(Xsin8+Ycos8)+b(Xsin8' ~Ycos8' )-e(Xcos8-Ysin8+Xcos6' +Ysin8')

Запишем ее в виде [ la) - Fi(u5u,v,8);

| mil - F2(w,u,v,8), (4)

где

Fi(w,u,v,8)-Y(acos8+£Sin8)-Y(bcos8'-£Sin8'),

F2(u,u5v,8)-Ycos8+-Ycos8'-mvu (5)

В (5) будем считать, что 8' выражается через 8 некоторым соотношением, которое будет установлено далее. При круговом движении автомобиля «-const, u-const, причем значения ш и и являются решением системы конечных уравнений:

\ Fiiw(s),ii(s),v,8(s)}=0,

< _ _

I F2<u(s).u(s),v.e(s)>-0 (6)

4

Параметр V будем считать изменявшимся дискретно, 8 - непрерывно изменяющийся параметр. Особенностью системы (6) есть то, что значения параметра 8 заранее неизвестны. Они не могут задаваться произвольно, их значения должны быть такими, чтобы автомобиль, движущийся со скоростью V, смог описать круговую траекторию без' полного бокового скольжения и и отрыва колес. Именно при таких предположениях в работе подучена математическая модель.

Примем в качестве радиуса поворота автомобиля радиус кривизны траектории точки 0 Сем. рис. Л, т.е. длину отрезка Ш. Вектор скорости точки 0 направлен вдоль оси ВА автомобиля:

Таким образом,

У-еи V

й - Ш-----г (?)

и) и)

Второе слагаемое в (?) во многих случаях значительно меньше

V

первого, тогда Я » - .

ш

Бри движении автомобиля по окружностям достаточно больших радиусов решением исходной системы уравнении в линейном приближении есть

к1к2У1(В+8') ~- »

к1к212-ш(к1а-к2Ь) V2

к\ (к2Ы-шау2)б-к2(к1а1+шЬу2)0'

и-----у • (8)

кхкг^-шСкйа-кгЬ)'^

Отсюда для радиуса поворота получено выражение

к1к21-т(к1а-к'2Ь)у2

К----Е (9)

к1кг1С8+8 )

Поскольку углы в и 8' входят в (8) симметрично, то с точки

зрения возможности достичь заданного значения й при данной скорости V по линейной теории безразлично, какие колеса управляемые -передние или задние.

Условие (8) для автопоезда нарушается при где

кхкоЬа!2

72Кр----(10)

(к^ з-кгЬ)+Ш1Ь1[к*(а+с)+кг(с-Ь)] кхкгШ2

(пй-1+пцЬх) (к1а-к2Ь)+Ш1Ь1с(к1+к2) При т-0 оно переходит в выражение КЕЗДрата критической скорости прямолинейного движения одиночного автомобиля: кхкгЬ2

укр--(ц)

ш(к1а-каЬ)

Согласно (8) и-0, если к! коЫ-шу2

8'--- (12)

кг к1а1+кгЬУ2

Обозначим

в ' - пб. (13)

кг k2L.il (с-Ь)+СшаЬх+шаЬ! (а+с)]V2

где Ь---*- .

кг к1111(а+с) + [|пЬЬ1-П1Ь1(с-Ь)]%'2 (14)

После ряда преобразований угол поворота задних колес автомобиля (тележки полуприцепа) записан в виде кна^коЬ2 м

в' —Ьов +- - (15)

кгЬ V

Для автопоезда стратегия управления, предложенная в работе,

определена равенствами

Rei-Roi ;(vo)Yo-o (16)

Угол поворота управляемых колес полуприцепа записан в виде 0i-hi<¡>, (17)

где

i midiv ( 1+h \

hi—1+2(1- j-^— j [1-е — kik2LiDL8j (18)

или пренебрегая отношением s/R получим midi

hi-1-2*-„*v2 (19)

k3L2i

Это выражение использовалось во всех последующих расчетах. В третьей главе "Влияние конструктивных и эксплуатационных параметров на вписываемость в поворот и устойчивость движения автомобиля и двухзвенного автопоезда" содержатся результаты решения исходной системы дифференциальных уравнений и и их анализ.

Решение системы уравнений произведено для легкового автомобиля с параметрами: ш-3860 кг; 1-3,88 м; d-2,07 м; Ь-1,81 м; 1-12300 кг- м2; ki-141300 Н/рад; кг-108300 Н/рад; <¡>i-q>2-0.8; ф-0; s-0, что соответствует избыточной поворачиваемости.

Для такого автомобиля критическая скорость прямолинейного движения, определяемая формулой (11), равна YKp - 24,87 м/с.

Система дифференциальных уравнений интегрировалась методом Кутта-Мерсона с удвоенной точностью и автоматическим шагом интегрирования. Нахождение стационарных состояний выполнено методом продолжения по параметру и реализовано на ПЭВМ IBM 386.

Проведенными расчетами установлено, что количество круговых траекторий, которые при заданном 8 может описать автомобиль, не превышает трех. Число всех стационарных состояний равно одному,

двум или трем. Однако, устойчивых среди них может быть линь одно или нуль. Заслуживает внимания явление скачкообразного изменения стационарных состоянии автомобиля при плавном изменении углз 8 (катастрофа), проявляющееся в окрестности скоростей у-9,92 м/с. Из рис. 2 видно, что при увеличении углз 8 и достижении значения » 0,195125 рад происходит скачкообразный переход от одного устойчивого стационарного состояния к другому. То же самое наблюдается при уменьшении угла в и достижении значения * 0,18375 рад, что приводит к катастрофе складки.

Взяе те же числовые значения параметров, но ломеняг местами значения к^ и к-?, а также а и Ь, получим кэа-кгЬ^О.т.е. автомобиль с недостаточной поворачиваемостыо. Для такого автомобиля существует один устойчивый круговой режим при всех скоростях движения.

Эксцентриситет центра масс автомобиля приводит к тому, что значения переменных в круговом движении изменяются при меньших скоростях движения. Например, для автомобиля с избыточной повора-чиваемостью характерным значением скорости движения есть значение 9,93 м/с при £-0; если же г-0,8 м, то соответствующее значение скорости составляет 5,67 м/с .

Представление о возможности вписывания автопоезда в поворот дают кривые на рис.3. Эффективность предложенной стратегии управления определяется тем, что вписываемость в поворот управляемого автопоезда (кривая 1) лучше, чем неуправляемого автопоезда (кривая 2). , Эта эффективность оценена относительной разностью в процентах значений радиуса поворота в неуправляемом и управляемом движениях и составила от 20 %, до 30 % при среднем значении У8 равном 25°.

Влияние несимметричности нагружения всех или одного из звеньев иллюстрируют кривые на рис. 4. Кривые 1 - 5 на рис.4 соответствуют следующим значениям эксцентриситета £ центра масс тягача и

Катастрофа складки стационарных Зависимость С(д) для состояний автомобиля при управляемого I и неулравляе-

V = 9,92 м/с мого 2 автопоездов

со

0,17

0,1 б

0,15

ол

а,т 0,136 о,19 в,рад. Рис. 2

30

60

30

О 0,05 0,1 9,ред. Рис. 3

Зависимости СО (9) при различных эксцентриситетах,

центров масс звеньев автопоезда

а/ 6/

эксцентриситета £1 центра масс полуприцепа:

1) £-0, £1-0; 2) £-0.8м. £1—0.Зм; 3) Е—0.8м, £1-0.8м; 4) £—О.Вм, £1—0.8м ; 5) е-О.бм, £1-0.8м, т.е. охвачены, таким образом, все случаи односторонних (влево и вправо) и разносторонних (одно влево, другое вправо) смещений центроЕ масс звеньев. Значения остальных варьируемых параметров автопоезда таковы: V - 7 м/с, Ь-П1 - О, с - 2,2 м,Х1 - 8,Х2 - 5,26, ,Чэ - 8.

Сравнение между собой кривых на рис.4 показывает, что к. наихудшим последствиям приводит односторонняя асимметрия: кривая 5 на рис.4. При смещении центров масс обоих звеньев во внешнюю относительно мгновенного центра поворота автопоезда (вправо при повороте автопоезда влево и ьлеЕо при правостороннем повороте автопоезда) область допустимых значений угла 8 резко сужается.

При наличии относительной асимметрии нагружения обоих звеньев автопоезда уменьшается значение V скорости движения, при котором кривые и-(8) и <р-(8) поворачивают в другую сторону. При £ - £1 - 0,8 м; Ь- - 0; ха - 8, Ко - 5,36, хз - 8. зна-яение V** лежит в интервале (6 м/с; 6,5 м/с), тогда как для £ - £1 - О оно лежит е интервале (13,5 м/с; 14 м/с).

В четвертой главе "Экспериментальные исследования автопоезда ; управляемым полуприцепом и ассиметрично расположенным грузом гредставлены цель и задачи исследований, объект экспериментальных ^следований, программа дорожных испытаний макета автопоезда, ме-годикз проведений испытаний, методика обработки и анализа результатов экспериментальных исследований.

В результате выполнения первого этапа экспериментальных исс-[едований "Определение кинематических параметров систем управления [ отклонения траектории звеньев при установившемся круговом движении автопоезда" были получены величины смещений траектории деижэ-

ния тележки относительно траектории тягача при различных скоростях движения, а также углы между звеньями автопоезда. При этом результаты экспериментов имели достаточно хорошее согласование с результатами расчетов, Максимальные отклонения не превысили 5 %.

В результате выполнения второго этапа программы экспериментальных исследований "Определение кинематических параметров системы управления и отклонений траекторий звеньев при поворотах автопоезда на 90°, 180° и "S-образном" было установлено:

- на неустановившихся поворотах автопоезда с управляемым полуприцепом имеет место незначительное смещение траектории движения тележки относительно траектории тягача. Величина смещений зависит от схемы привода /на передние или задние колеса/ и расположения груза. При асимметричном расположении груза смещение увеличивается. Схема привода /на переднюю или заднюю ось тележки/ полуприцепа практически не оказывает влияния на показатели маневренности автопоезда;

- увод колес автопоезда приводит к увеличению смещения на входе в поворот и к уменьшению на выходе из поворота;

- смещение траекторий тележки полуприцепа увеличиваются с увеличением скорости движения автопоезда независимо от схемы привода системы управления;

- эксплуатационные факторы, имеющие место при криволинейном движении автопоезда в реальных дорожных условиях /увод колес, смещение центра масс груза, неустановившийся поворот тягача и др./, не нарушают основные кинематические соотношения привода системы управления, полученные аналитическими методами. Это позволяет рекомендовать для инженерных расчетов разработанные алгоритмы и программы управления поворотом колес тележки, в том числе и для определения показателей маневренности автопоезда.

В результате выполнения третьего этапа программы экспериментальных исследований "Определение параметров управляемости автопоезда при движении с. "переставкой" и по "змейке" были получены данные о величине и характере смещений траекторий тележки полуприцепа с разработанной системой управления, а также о величине времени переходного процесса в зависимости от скорости движения автопоезда.

По результатам третьего этапа экспериментальных исследований был сделан следующий общий вывод. Схема привода управления и смещение центра масс груза окззывают влияние на величину и характер отклонений траектории тележки полуприцепа относительно траектории тягача, причем, эти отклонения идентичны рассматриваемым ранее при неустановившемся повороте автопоезда на 90°,180° и 5-образном.

В результате выполнения четвертого этапа дорожных экспериментальных исследований "Определение угловых и линейных отклонений звеньев автопоезда при его прямолинейном движении" установлено, что при симметричном расположении груза и небольших скоростях движения автопоезда боковые смещения и скорость бокового смещения незначительны и приближаются по своим значениям к неуправляемому полуприцепу. Увеличение скорости движения автопоезда приводит к повышения и бокового смещения, и боковой скорости тележки полуприцепа. В наиболее неблагоприятных условиях находится автопоезд с асимметричным расположением груза, так как он является наиболее чувствительным к изменению внешних условий движения.

. В заключение отметим, что проведенными экспериментальными исследованиями подтверждена адекватность разработанных математических моделей для определения показателей маневренности, устойчивости и управляемости автопоезда с ассиметрично расположенным грузом, произведена оценка влияния системы управления на показатели его технико-эксплуатационных свойств в типичных условиях эксплуатации.

- 20 -

- ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ й ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИЙ

1. Разработана математическая модель плоскопараллельного движения двухзвенного автопоезда со всеми управляемыми колесами и с эксцентриситетами центров масс звеньев. Для произвольных законов поворота колес и любых (как по величине, так и по направлению) эксцентриситетов получены основные кинематические соотношения и найдены з явном виде аналитические выражения продольных, вертикальных и боковых усилий в опорно-сцепном устройстве.

2. Синтезирован закон управления поворотом задних колес тягача и колес полуприцепа в виде некоторых функции приведенного угла поворотз управляемых колес тягзча, скорости движения автопоезда, его геометрических, компоновочных, инерционных и эксплуатационных параметров. Эти функции определены таким образом, чтобы радиус поворота характерной точки полуприцепа совпадал с радиусом кривизны траектории точки сцепки, а боковая составляющая вектора скоростей точки сцепки в круговом движении автопоезда отсутствовала. При этом значения переменных автопоезда в стационарном движении определялись по линейному приближению.

3. Разработан алгоритм решения задачи о круговых движениях двухзвенного автопоезда в нелинейной постановке, позволяющий установить область реализуемости этих движений без отрыва и без полного бокового скольжения колес, а также количество стационарных движений автопоезда и характер их устойчивости.

4. Определен механизм потери устойчивости круговых движений автопоезда, ооноеэнный на существовании биффуркационных значений угла поворота передних колес тягача, причем при изменении последнего как в сторону уменьшения, гак и в сторону возрастания возможны бифуркации слияния и бифуркации рождения стационарных состояний

автопоезда.

5. Установлено, что устойчивое круговое движение автопоезда с недостаточной поворачиваемостью возможно на всех скоростях при значениях угла поворота передних колес тягача, изменяющихся от -я/2 до +51/2, тогда как в случае автопоезда с избыточной поворачи-ваемостью имеются ограничения как по скорости движения, так и по углу поворота управляемых колес тягача. Для такого автопоезда в многообразии стационарных состояний возможны катастрофы складки, приводящие к тому, что при плавном изменении угла поворота передних колес тягача происходят скачкообразные переходы от одного устойчивого стационарного состояния к другому. Область существования катастроф складки по углу поворота передних колес тягача, как правило, невелика.

6. Показано, • что управление поворотом задних колес тягача улучшает вписываемость автопоезда в поворот (уменьшается радиус поворота) и увеличивает угол складывания автопоезда. Управление поворотом колес полуприцепа уменьшает угол складывания автопоезда, практически не влияя на радиус его поворота, т.е. управление поворотом задних колес тягача "двунаправленно", управление поворотом колес полуприцепа "однонаправленное".

7. Угол складывания автопоезда более чувствителен к экцентри-ситетам центров масс звеньев, чем радиус поворота автопоезда. Такой вывод основан на следующих результатах. На значениях радиуса поворота автопоезда как односторонняя (е и родного знака), так и разносторонняя (а и е* разных знаков) асимметрия звеньев проявляется лишь на участках нелинейностей, тогда как на значениях угла складывания величины е и ег заметно влияют и на нелинейном участке зависимости (?(6). Наиболее значительные отличия (не только количественные, но и качественные) наблюдаются при повороте передних

колес"тягача в сторону, противоположную направлению смещения центров масс звеньев. В этом случае область реализуемости круговых движений резко сужается.

8. При сравнительно небольших положительны:-: значениях угла поворота передних колес тягача (не превышающих 0,5 рад), которые представляют наибольший практический интерес, увеличение угла складывания автопоезда наблюдается для следующих пар эксцентриситетов: а<0 и £з/-0; е<0 и £1>0: £-0 и £1-0; е>0 и £1<0. Если же асимметрия односторонняя, го же наблюдается для таких сочетаний: е-0 и £1<0; г<0 и е!<0: е-0 и £1>0; е>0 и £1-0 и наконец £>0 и £1>0.

Такой различный характер изменения угла складывания при различных направлениях эксцентриситета необходимо учитывать в алгоритме управления полуприцепом, особенно если рассматривать не двух-, а многозвенный автопоезд.

9. Установлено, что предложенные законы управления поворотом задних колес тягача и колес полуприцепа позволяют уменьшить радиус поворота автопоезда в среднем на 25% (относительная разность в значениях радиусов поворота управляемого и неуправляемого автопоездов при различных значениях угла поворота передних колес тягача колеблется ог 20 до 30.%%). Их внедрение в конструкциях длиннсбаз-ных полуприцепов может существенно улучшить показатели маневренности, устойчивости и управляемости, а следовательно и производительности автопоездов на перевозках длинномерных строительных грузов.

Разработанная система управления является также уместной и перспективной для агтопоездов с многоосными тележками полуприцепов, но требует проведения дополнительных специальных исследований.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Барилович Е.Л. Связь между точной и линеаризованной математическими моделями автомобиля в задаче о круговом движении. - Рук. деп. в УкрНШНТИ. N 1953 -Ук-93, Киев, 1932. - 5 с.

2. Лобас Л.Г., Сзхно B.IL . Вербицкий В.Г., Барилович Е.Л. Бифуркации и катастрофы в динамических система;-; с симметрией: прило«ения к транспортной механике. //Труды Второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" е 7-и т./под ред. И.Б.Федорова, К. С.Колесникова, А.0.Карпова. Том 2. Часть 1. Симпозиум "Теоретическая и прикладная механика" -М. : Техносфера- йн-форм. 1994 г. - С. А-35...А-38.

3. Лобас Л.Г., Сахно В.П., Еербицкий В.Г., Барилович Е.Л. Мко-гообразие стационарных состояний автомобиля: реализуемость, бифуркации, устойчивость. //Тез. докл. Украинской научно-технической конференции "Моделирование и исследование устойчивости систем. " Киев 16-20 мая 1995 г. - С. 14.

4. Лобас Л.Г., Сахно В.П., Барилович Е.Л. Бифуркации круговых движений автомобиля и автопоезда. /7 Тез. докл. Украинской научно-технической конференции "Моделирование и исследование устойчивости систем." Киев 15-19 мая 1995 г.-С. 29.

5. Сачно В.П., Барилович Е.Л., Зайцев С.И. Пути совершенствования систем управления модульных автопоездов. Metody obiiczeniowe i badawcze т» roasozu systenm pojazdow sarochodowych i maszyn roboczych samojezdnych. /V Materialу 1У Sympozjum pod redakciq Kaziraierza Le.idy. Rzeszow, 24-26 maj 1993. - C. 168-171.

5. Сахно Владимир, Сирота Вадим, Зайцев Сергей, Еарилович Евгений. Экспериментальные исследования автопоезда о микропроцессорной системой управления. Metody obiiczeniowe i badawcze w rozwozu système» pojssdow sarncahodowych i maszyn roboczych samojezdnych.//Materialy IY Sympozjum pod redakciq Kazirnierz3 Lejdy. Rzeszov), 25-27 maj 1994.- C. 179-181.

7. Сахно В.П., Завялова Л.И., Барилович Е.Л. Математические модели в задаче исследования устойчивости прямолинейного движения многоосного автомобиля. Metody obiiczeniowe i badawcze w rozwozu systemow po.jazdow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych.//Materialy YI Syrnpozjum pod redakciq Kazimierza Lejdy. Kzeszow, 25-23 maj 1996. - C. 179-184.

8. Сахно Б.П., Зайцев С.И., Барилович Е.Л. Совершенствование

систем управления дликкобазных автопоездов. /7 Тез. докл. Всесоюзной научно-техническая конференция "Проблемы применения микропроцессорных контроллеров в системах управления автотракторной техникой." Минск, 9-11 октября 1991 г,-С.62.

9. Сахно В.П., Лобас Л.Г., Барилович Е.Л.Исследование устойчивости автопоезда со смещенным центром масс груза. /7 Тез. докл. международной научней конференции "Проблемы транспорта и пути их решения" Киев,3-4 ноября 1994 г. -С. 16-17.

10. Сахно В.П., Зайцеве.И., Барилович Е.Л. Микропроцессорная система управления длиннобазным автопоездом как средство повышения безопасности движения. /7 Тез. докл. республиканской научно-технической конференции "Социально-экономические аспекты и ресурсосбережение на автомобильном транспорте." Винница., 17-18 декабря 1992 г. - С.28.

11. Сахно В.П., Лобас Л.Г. .Барилович Е.Л. Нелинейный анализ круговых движений автомобиля со всеми управляемыми колесами при асимметричном нагружении. /7 Труды IV междунар. конференции "Проектирование, выпуск,эксплуатация транспортных средств." Льеов-Трусканец, октябрь 1995 г., с. 95-98.

12. Сахно В.П.. Барилович Е.Л., Зайцев С.И. Основные направления развития конструкций систем управления длиннобазных автопоездов. Проблем! 1 перспективи развитку кснструкщй 1 орган!зац1: виробшщтва автобусав /троллейбус!в/, звтонава-нтажувач1в, автокран1в 1 агрегат1в./7 Матер1али »лжнародно! науково-практично! конференцП. Льв1в,23-26 червня 1993 р. Бид-во Льв1в. пол1техн. 1н-ту.-Льв1в, Св1т, 1993.- С.78-81.

13. Сэхно В.П., Лобас Л.Г., Барилович Е.Л. Стратегия управления поворотом колес автопоезда. // Тез. докл. научно-технической конференции "Усовершенствование конструкционных и эксплуатационных параметров автомобилей и машин." Киев, 7-9 июня 1995 г, - С. 19.

14. Вакулич А.В..Барилович 6.Л. Всекол1сне рульове керування та перспективи йоге використання на автомоб1лях 1 автопо!здах. //Проблеми автомобильного транспорту на сучасному етат. Матер1али м1жнародно1 науково-техн1чно! конференцП (20...21 червня 1996 р.), Ки1в, УТУ, 1996.- С.184-186.

15. Сахно В.П. , Лобас Л.Г.. Барилович Е.Л. К вопросу использования всеколесного рулевого управления на автомобилях и автопоездах. // Пращ 3-1 Укра!нсько1 конферешц! з автоматики керування ("Автоматика 96"): Севастополь, 9-15 вересня 1996 р.- Т.3-Севастополь: СевДТУ, 1996. - С. 92.

16.-Авторские свидетельства СССР NN 1619322, 1667112, 1716545.

- 2 5"-

Анотащя

Варилович б. Л. Шляхи гпдвицення ст1йкост1 автомоб1л1в 1 авто-по1"зд1в 1з всекол1сним керуванням та асиметрично розташованим ван-тажем. - Рукопис. - Дисертащя на здобугтя наукового ступени кандидата техн1чних наук за спещалыйстю 05.22.02 - автомобШ 1 трактори. Укра1нський транспортний университет, Кшв, 1996.

В робот1 виявлет та. дослдает як!сн1 особливост1 динатчнсЯ поведгнки автомоб1л1в 1 автошлздхв 1з всеюшсним керуванням та ексцентриситетом центров мае ланок. Проанал1зовано вплив конструктивна та експлуатац1йних фактор1в на ст1Йк1сть руху, сп1вставлен1 л1н1йна та нелШйна модел! для стащонарного руху автомобыя 1 двохланкового автопоезда. визначен1 основн! параметри всеколхсного керування для таких транспортних засоб1в.

Запропонован! закони керування поворотом задн!х кол!с автомо-б1ля-тягача та натвпричепа дозволяють зменшити рад!ус повороту автопо!зда в середньому на 251.

Ключов1 слова: автомоб!ль, автопогзд, прив1д керування, ст1й-к1сть, ексцентриситет, центр мае, передаточне в1дношення.

Barilovich Е.L. Directions of riding stability improving of

Thesis for the academic degree of candidate of science on speciality 05.22.02 - automobiles and tractors.

Ukranian Transport University, Kiyv, 1996.

Qualitative peculiaries of dynamic behavior all-wheel steering automobiles and auto-trains with assymetrical loading has been revealed and investigated.

Influence of the design and using factors on riding stability was analised. The linear and unlinear models of automobile and two-links auto-train at stationary moving has been investigated and main parameters of all-wheel steering system were revealed.

The theoretical grounds for steering rear wheel controlling make it possible to decrease the auto-train turn radius for 25%.

Key words: automobile, auto-train, steering, riding stability, eccentrecity, " mass, geer ratio.

Abstract

automobiles and auto-trains with all-wheel steering at assymetric, loading.