автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методики имитационного моделирования динамики движения и снижения максимальных нагрузок в трансмиссии перспективных грузовых автомобилей

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ И АВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ ' •

НАМИ • . ■ __

На правах рукописи

КСВАЛЬЧУК АНДРЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

.УДК 629; 114.4-585.1.001.57.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИ- . НАМИКИ ДВИЖЕНИЯ И' СНИЖЕНИЯ ШСШШЫШХ НАГРУЗОК * В ТРАНСМИССИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГРУЗОВЫХ. АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.05.03 - "Автомобили и тракторы"

Автореферат. 'диссертации на^сок^канйа'ученой степени ,

, / Ш

/ * / ) (.

Работа выполнена в Центральном ордена Трудоього Красного Знамени на учко -ис с ледо вате яь с к о м автомобильном и автомоторном институте (НАМИ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

СШШВ Н М.,

Научный консультант - кандидат технически;: наук, с. а с.

СОЛЭНЬЕВ Ей

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

БОЧАРОВ Е Ф., '. ';. кандидат технических наук, .доцент СЕШОКСВ. Е Е ' . ";■

■ Бздущза предприятие - Горьковскш автомобильный завод (ПО ГАЗ) ■

Защита диссертации состоится 19Э0 г,

Е-лйГ— часов на заердашга специализированного совета К 161.01. 01 -в'Центральном.ордена Трудового Красного.Знамени научно-исследовательской автомобильной' и'автомоторном институте.(НАШ) по адресу: ' . .125438, ¡Ьсква,'' А-438;^Автошторная ул. дом12.'-.''.' .'{ ■

С диссертацией мржно.ознакомься в'библиотеке.НАШ. .'-'•■*

' Отзыв на авторзфэрат в двух экземплярах, заверенных- гербовой .печатью,просим направлять;'по, указанно!^', выше адресу. .'.;■ /у- !

; • Автореферат разослан 199Р' г; •/ V '

.' ..: Ученый секретарь-специадазнрованного.;.' - л. -. -

.. совета, кандидат технических шук, ' ■

•старший научный''соярэдник:''У,■'■':}•'• '-С (■'■.. Л ■• •А.'П-Зубакин- '.•

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одно из основных требований, предъявляемых к перспективным грузовым автомобилям грузоподъемностью 1-2 т, в которых остро нуждается народное хозяйство, заключается в том, что они должны обладать наименьшей материалоемкостью и одаоврешнно требуемой прочностью и долговечностью. Поэтому весьма актуальной л является задача снижения максимальных нагрузок в их трансмиссии.

В свою очередь, наибольшие нагрузки-в трансмиссии обусловлены колебательными явлениями, происходящими в автомобиле как сложной взаимосвязанной динамической системе, а также управляпцими воздействиями на нее со стороны водителя и внешней среды. При этом чрезвычайно важно сумэть оценить эффективность тех или иных.конструкторских изменений уже на стадий проектирования. В-связи с этим для наиболее эффективного решения указанной задачи необходимо использовать методы имитационного' моделирования с помощью ЭШ процесса движения реального автомобиля в характерных, типизированных- условиях эксплуатации по принципу "водитель - Динамическая система автоюбиля -внешняя среда".

Причем особую важность приобретают методики, позволягацие проводить параллельно расчетньв исследования на ЭВМ по нескольким направлениям (вопросы тяговой дйнашки, топливной экономичности, динамической нагруавнности и т. д.). . ; ' ,

Цель работы. Цзлыо данной работы является разработка универсальной расчетной методики имитационного »»дотирования с помощью ЭВМ динамики движения перспективных грузовых автомобилей в характерных условиях эксплуатации,: позволякщэй проводить комплексный анализ их основных эксплуатащюных показателей, и на этой основе выработка конструкторских мероприятий по сдаванию пиковых нагрузок в трансмиссий на неустановившихся режимах., ,

Объект исследования. Перспективныэ авгошбили-фургоны БАЗ и ЕрАЗ. ■ \ ^

Научная новизна работы заключается в:

- разработка пространствешюй взаиюсвязашой математической модели автомобиля, позволяющей при икйтации: на ЭШ всех встречающихся в зксплуатащга режишв движения- находйгсь рациональные коне-труктивные- параметры основных уз лев.и агрегатов..; Она учитывает осо-. бенности работы двигателя как источника ограниченной ■мощности с • учетом изменения его эффективных Показателей .на неустановивжмся • режиме, а также цикличности его- рабочего .'процесса; 'г.. . '. ,

- разработке.программного обеспечения, позволяющего .имитировать'на ЭВМ движение реального автомобиля по типизированному городскому циклу;

- разработке конструкции составного маховика с целью снряния максимальных динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля на переходных режимах.' Составлены .математические юдоли, описывающие ди-

- намкку различных, конструктивных схем составного маховика .при движении автошбиля,-' на основании которых проведен комплекс расчетов по-.выбору наилучшей конструкции. .;'■'.

!&юды исследования. Основывается на современных -представлениях теорш. ик!та1Шошого штештического " моделирования наЭЩ тео- . рии колебаний и на основных полошниях теории автомобиля. Проверка ...соответствия датештической,модели реальным процессам осуществляй • лась; путем сравнения.результатов расчетных и зксперидантальных ис-..

• следований.'" ;; \ • . .;;.-;'' '",''. '-. ' 1 ■ '.'.-•

'."' Практическая ценность работы, заключается в получении обоснованных, -удобных ■ дая практического использования и подтвержденных '. экспериментально методов и-програш:имитационного моделирования на,'-. ЭЩ. позволяющих)в' короткий срок .на' качественно новом уровне на' лю~.' бой стадаг проектированкя н эксплуатации проводить, поиск рациональных изг.юкзний, вносимых в 'конструкцию основных узлов и. агрегатов; - , автомобиля'с цедью' у^чшайкя. его эксплуатациоиньк- показателей, что' -. позволяет существенно повыспгь эффективность"' и качество .конструк-■ торокпх разработок.: '.''-■' ■"; "' ,, . . , .-' ', ...

... - Результаты -практическое.пртуюнпо при раз-

' 'работке,-шрспекгив$1Ы5с'йптошбилейтфург'оцов rpyuo.no дьекюстыо 1,5 т, ■ ■подготавливаете к'производству на'БДВз.;к.позволили,выработать но-

• ВЩ пути-И |19Шр9Т1Ш>ШюфУктр|Х5ЕИО ¡ЗрОПрИЯТНЯ••ШЧ'.СНИЖШШЮ Ш1С-:.

• симальвдх.дашашчсскк: нагрузр{с„в ;трансшгсии ;зткх автокобилзйлп ноуствкоЕклшхся рэ^ег-жи•';•'.>'„ - - ." ■ ." • •■;'. -

'••• ^ялпагт^гбочй ; 1зяодроию'ккодаш 'п.ирогра?ы расчете на'. ¡315.1, '¿ягово -'дрицтсцш^ топдащо .- ркшокичесик.качости и. дина-шческой' 1ШруЕэвносэд!.'иогсггоктпггшх-юхоротижк груоолк авщю-ртвй''во'.'и^дсг-Зб /ш.з. руб. на одак цикл- V '" расчзтов аа "цатуршс вояиюпнй: В

ра&и^-гщи ръуч-юит .Г Ж "Ш/:.:,.и;>еть зуль-

так: ,*дврй д^о&х ,раагь^охко"црограг{л и кроьо- ".

уияяя \ч*2члиж 4а'й'.Е:Зго;о*1 Ш''1гац1юикого :.;рдалг;ро11'П1Ил на'

14.'.; V" ишог.оорл;! *'■ П1шш;р,>вш:шл ди.:.?"-:': с цаяш

ОПрО). .! ,-и;:,м;.';;)'" *''■.": \ ' чл^цгп'.'^пптагшеди, '.' . ороп;-'

ческие предпосылки, заложеннш в универсальную математическую модель и в программу расчета динамики дтлжешш автокобигат, использовались при проведении ;с/д работ с заводами отрасли : ПО "Болавто-МАЗ", Кашким объединением по производству большегрузных автомобилей, ПО "АвтоВАР" и ГО "АвтоУАЗ".

Апробация работы Основные положения .диссертации доклад?валисъ

па:

- XVII научно - технической конференции голоды: учеш;х и специалистов ГАЗа (Горький, 1200 г.);

- Всесоюзном семинаре "Проблэюг. совершеил^овэлия автомобильной техники" (МВТУ, октябрь 1986 г.); .

- XV конференции молодых ученых и специалистов НАШ (май 1987 г.);

- Региональной конференции "Повышение эффективности проектирования, испытаний, эксплуатации автомобилей и строитель но -дорожных машин" (Горыаш,1988 г.). .

Публикации. По'результатам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ. • , ■ 1

Структура' и объем работы Диссертация,состоит из'введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы; - ,включакшзго 149 наименований. Работа содерхсит. 142 ■ страницы, шшиношюного текста, 67 рисунков, 10 таблиц. . . '•

СОДЕРШМЕ РАБОТЫ

В первой главе дается краткий, обзор работ по исследованию динамических процессов в автонобиле.'.Зто!.г/.посвявд!ш работы Е. А Чуда-кова, ЕЛ Семенова, А К. Фруииша,'' .ЩС.-Лунева,'. ГЦ П.'Лукина, Н. Ф. Бочарова, П. Е Яценко, В С: Йушюкрва, С.'А; Ла'пвшг?,. А-К Г^ииасевича, II С. Цитовича, Е Б. Альгина, Е А. Мисулика,; II I Островерховз, И. Й, Малапко-ва, А. Б. Фоминых,, Я. К Пэкзнзра,: ,Р. В,.Р6тейб(зрга,.?'И Г. !&рхи донского, ' А. А Силаева, ' II Н..'Ус пенс кого, АЖТорвтжа,, :В А! Галашша, ..А Л, Конева . и ряда других авторов. . .. ' • . "' ,■.,'... .-.

Наряда'. '6. описанием-.важно • отразить её •взаишдёйств'иелС 'при .дви-

жении 'в реальных-условиях;.--'Стремительное; развита ¿вычислительных -средств , и теории-автомобиля привело'вя{ас.тоядае.:вр91М к ;>принципи- ' - ально • новому-взгляду.-на. ето-.знешшвд'-й^внутронйш^цйнзььку;'.основан-•ному на 1 имитационном годалироваМи на ЗШ г . ; Типичными-.прврставигелямй этого.'.нрогрессивного-направления,:. ; ' развитого "К И'.Сешновы»г?явяяюгся'"работ&-;Е-ВЛ1акцов8у:"Н' П-Киршина,-';

Е Ф. Волобуева, С. И Конташ;стова.. В этих работах автомобиль представляется кг^гокассопсй' вза;лэсвязашой данакаческой скотсшй и наряду с этим моделируются поведение водителя и некоторое характерные .дорожнш условия и рохима движения.

Особое значение икот математическая модель типизированных дая данного автомобиля маршрутов." Моделированию типизированных маршрутов посещены работы А. Г. Раввина, Е Н Шсковхина, 0. 3. Шура, Я Е. Фа-роблн:,, однако евтомобиль при этой рассматривался либо как твердое тело, либо как-весьма упрощенная динамическая модель с приведенными параметрами.

•Таким образов для успешного решения комплекса задач, связанных с соверввнствованием конструкции основных узлов и агрегатов с целью улучшения эксплуатационных свойств исследуемых автомобилей, необходима .разработка универсально/? пространственной модели, отра-жаюцэй .основньв взаимосвязанные колебательные явления и не требующей больших затрат машинного вроьтш При этом общая математическая шдель дика шеи движения должна подробно описывать логику поведения водителя п взаимодействие динамической системы артомобиля с внешней средой,' а такке. работу двигателя, ■ сцепления, коробки передач и .тор- . шзов при иштаЦии типизированных условий эксплуатации.- ' :

. Болызое внимание уделано анализу работ по снижение динамических нагрузок в трансшссии на неустановившихся режимах движения автомобилей. Основополагащими из них являются работы И. С. Лунева, -Е П. Луккнз, А.К. Фрумкина/.Б И Семэнова, Р. Г. Арыадерова, К Ф..Бочаро- ' • ва; С.Г.'Макарова, II С. Щтовича, ЕЕ Москалева, И. И. Малашкова, ЕЕ. " Иванова, ' Е К Бсеновского и других авторов. Показано, что каждый из способов снижения нагрузок обладаот" как преимуществами, так и'недостатками и икается'необходимость в поиске новых эффективных путей, по снижению пиковьк динамических нагрузок в трансмиссии на неуста-повившихся режимах двкхония автомобиля. • • ■ " • ..

Шосшво проведение» го. анализ а работ и в. соответствии с целью исследований были поставлены .следущиэ' основные задачи; :

1. Разработать,взаимосвязанную пространственную1 математическую. ' 'мэдзль' данаиичаской системы' автомобиля. . '•

2. Разработать ьидзль шаишдействия'дшидачзской системы ав- -.токэбшш с водотелац и - окру&ащей '.срздой„ -с. подробной -имитацией реального процесса.дапэния в реальных условиям, а. также' алгоритм, • ,

-. юшхирунщй' на ЭВМ типизированный городской цикл.'.- >' '.

3.Провести коииокс'расчэгов по оцешсе.скоростньк, экономя-. Ч8.ских свойств, , а гадаю; стагистачесшс 'показателей нагрузочного ро- •*

жима трансмиссии. '

4. Провести тензометрические испытания для проверки адекватности имитационной математической модели реальным процессам, а также для' накопления и обобщения фактических данных по нагрузкенности.

5. Разработать на основе полученных расчетных и. экспериментальных зависимостей конкретные конструкторские мзроприятия по снижению пиковых нагрузок в трансмиссии на переходных режимах.

6. Внедрить разработанный штодический материал и программы расчета на заводах и предприятиях отрасли.

Во второй главе рассматривается иатегатичесхс.я модель "водитель' - динамическая система автошбиля - внешняя среда", необходимая для. выполнения накэчэяшх задач, а такие алгоритм имитации на ЭВМ движения по типизированному городскому циклу, наиболее характерному для малотоннажных автомобилей ЕрАЗ и БАЗ.

Исходя из принципа универсальности, приемлемого вре&вни получения результатов расчетов и с учетом ориентации на широко расп-ространенньв в близкой перспективе вычислительные средства была разработана пространственная многомассовая математическая модель динамической систе:и автомобиля с колесной формулой 4x2 (рис.1). Универсальность заклинается в возможности проводить анализ влияния конструкции основных узлов и агрегатов на динамическую нагружен-кость трансмиссии, тягово-скоростные качества и топливную экономичность исследуемых автомобилей."

Особенностью разработанной годели является учет вертикальных, продольно - угловых, продольных, поперочно.-. угловых колебаний подрессоренных и кегодрессорешай масс, а также крутийышх колебаний в трансмиссии, причем .эти колебания полностью взаимосвязаны Следует отметить, что кузов автошбиля, прэдстазлён не* как твердое тело, он имеет крутильную жесткость и работает на кручение. Основшз уравнения связи крутильных колебаний в трансшссии получены при .рассмотрении динамики реактивных контуров в пространственном представлении. Для исследуемых автомобилей-таковыми являются силовой агрегат и главная передача.1 Силовой агрегат'. йЬздействует-,^ . передано часть кузова упругим динамическим шмвнтом'. Г-.".. - '

мА = (с***- .V •..'-■;

действующим в поперечной плоскости.' Картер, ведущего,' моста взаиж- -действует с. задней'частью Кузова посредством'.упругих^шмзнтов

Мй= с»'(V*->'

действующих соответственна, в продольной' и подарочной плоскостях.. . 0бозкачё1шя параметров, входящих в эти.' выражения,. соответствуют. '■',-

расчетной схеме на рис. I. В свою очередь, перепещэния корпусов агрегатов <РД?К, фЦ;, <рц2 присутствуют в уравнениях, описывающих другие виды колебаний динамической системы

Система дифференциальных уравнений, описгааюцих поведение ди- • намической системы автомобиля, содержит 21. уравнение второго порядка и получена на основе.энергетических уравнений Лагранжа второго рода.

Функционирование динамической систега автомобиля происходит в условиях взаимодействия с внешней средой. Поэтому была разработана адекватная модель этого взаимодействия. Математическая модель взаимосвязанной системы "водитель-автодабиль-среда" включает в себя математическую модель водителя, поскольку именно он формирует все внешние воздействия в процессе движения автотранспортного средства. Согласно разработанной математической юдоли, описывающей логику поведения водителя, формируются управляющие воздействия на динамическую систему автомобиля посредством управления двигателем, сцеплением, коробкой передач и тормозами. При этом изменяется структура системы дифференциальных уравнений. Воздействия, на динамическую систему автомобиля со:стороны внешней среды задается путем моделирования сил сопротивления движению. ■-'..'.

Особое внимание уделено разработке универсальной математической -модели дизельного и бензинового двигателей.с учётом изменения их средне-эффективных показателей на поустановивоихся рёгшах, а также цикличности рабочего процесса. „

Для малотоннажных автошбилей - фургонов'наиболее-типичными и характерными являются городские условия эксплуатации. Поэтому на. основе обобщающих статистических показателей,: ъ также маршрута и . методики, используёыых на автополигоне НАШ при 'имитации режимов . городского движения, была разработана программа; икитируидая движе- , ние малотоннажных грузовых автомобилей по тишгаированнону городскому циклу. Маршрут представляет собой зависимость изменения скорости от пройденного пути, сострит из 15 циклов и содержит все встречающиеся в эксплуатации режимы движения (рис. 2).. ., ;••-,

В третьей главе приводятся результаты расчетных исследований ■; по оценке динамической Нагруженносги трансмиссии, тягово-скоростных. свойств и топливной экономичности перспективных автомобилей-фургонов БАЗ и ЕрАЗ. ' • ■ '-V . V "'.'. ; . V;./;,/. ■.■ Исследование режимов трогания и форсированного разгона с переключением передач автодабиля БАЗ показывает взаимэсвязь колебательных явлений в динамической система автомобиля. . ;; У-у.-

При имитации на ЭВМ режимов движения автомобиля БАЗ по скоростной дороге автополигона НАМИ и типизированному городскому циклу получены статистические показатели динамических нагрузок в трансмиссии (плотности распределения, математическое ожидание и средаек-вадратичное отклонение крутящих моментов), что позволило составить более полную картину нагружения. На этих-режимах получены также плотность распределения скоростей движения, суммарная за заезд работа буксования сцепления и трения тормозных накладок.

Исследование тягово-скоростных свойств и топливной экономичности проводилось на режимах: трогания с места, 'форсированного разгона с переключением передач равномерного движении с постоянными скоростями, а также по скоростной дороге, автополигона и типизированному городскому циклу..

При проведении расчетов в качестве исходного исследовался вариант автомобиля БАЗ с дизельный двигателем НАШ-0267. Расчеты на ЭВМ показали, что использование двигателя ЗШ-2401 позволяет, существенно улучнить тягово-динамические. качества (в среднем, время разгона сокращается на 20%), но приводит к увеличению расхода топлива на 10-28% в зависимости от режима движения. В качестве примера, иллюстрирухщего'возможности разработанных,программ бьи проанализирован также вариант с перспективным'.трехцялиндровым дизельным двигателем производства ФРГ. Для варианта автомобиля-БАЗ с этим двигателем расчетным путем было установлено,, что использование главной передачи с уменьшенным передаточным числом 4,33. вместо'4,55 и односкатных шян новой юдэли с, радиусом качения 0,35 м вместо 0,323 м приводит к снижению' расхода топлива в среднем на' 5% при разгоне до различных скоростей, к "незначительному ухудшению динамики разгона и к снижению па 5 км/ч мзкскшлыюй скорости.

Установка на серийном автомобиле ЕрАЗ. двигателя НАШ - 0267 дает существенное снижение, расхода топлива на 10-25% в,-зависимости ' от режима движения," но при этом и среднем на 22% снижается; динамика разгона и на 6 км/ч максимальная скоро'ть.: Вариант автоюбиля'ЕрАЗ с шинами, главной передачей и аэродинамикой, -идентичными автошбилю БАЗ, дает экономию топлива в среднем 13% и существенно улучшает тя-гово. - скоростные , качества'на скоростях.Ьвьше' 70 ^м/ч', ' но. уданынэн-ное передаточное число главной передачи приводит к снижению динамики разгона в диапазонеэксплуатационных скоростей (до .60 км/ч) и уменьшению на 5% средних скоростей дахения в городских условиях эксплуатации, поэтому уменьшение передаточного', числа Главной пере- . дачи без соответстйунцего вь'бора .передаточных'' чисел КП'.нбцелесооб--

разно. ^

Проведенный анализ показал, что, рассмотренные эксплуатационные качества а вт о ж б и ля 'БАЗ с двигателем НДЖ-0267 соответствуют .предъявляемым на данном этапе требованиям к автомобилям данного класса.

• В четвертой главе для проверки адекватности результатов имитационного моделирования реальным процессам, а также для накопления и обобщения фактических данных по нагруг.знности подсистем малотоннажного автомобиля- - фургона БАЗ грузоподъемностью 1,5 ту; ч позволяющих составить физическую картину ¡югруженая, бьши проведены, тензо-ыетричесиеиспытания на автополигоне'НАМИ.

•В ходе эксперишнтальных -исследований были также определены некоторьв параметры тягово - динамических качеств, такие,' как : время и ускорение .разгона в разных интервалах скоростей, максимальные скорости преодоления подъемов 'различной крутизны и некоторые другие. Величина, характер протекания и частота изменения всех регистрируемых, в ходе испытаний параметров весьма удовлетворительно со'в-. падают с результатами расчетов.на ЭВМ (в пределах 3-1 ГО)..

■ . Максимальный' уровень нагруганности трансмиссии имеет мзсто в случаях переклвязния Ь третьей передачи на четвертую на Л% подъеме (максимальной валичшгэ крутящего момента на первичном валу Мле. соответствует коэффадюнт- динамичности .- )'д = 3, 39) й с четвертой на третьи па подъема (Кд = 3,2); крот-з того, на втором решкз, поьшш цаксюильной'велиадзш крутящего комэдта на первичном валу, 'зарегистрирован -<;ашй большой 'размах его. колебаний дМлэ = 0,8 кЫ'ы). .Щгйохьшю во абсолютной величине т:овш-нагрузки .на 'полуоси зафиксированы при рэзкод 'грогашш автомобиля с места'броском', сцощшяя на трвой передача .на гбрззЬвглаьном асфальтированном "участко дорогу ц начальной частоте 'вргщзиал коленчатого вала 2000 .-' щн'"' Ытя = Д? кН-и От '= 2, 35),йМпм = 5,83 ¡Ш-м. .

:' ' В плтой глава раосштрдш вопросы, соворшнетвования'разработанной кзтодшси икитоцподаого моделирования -динамясц. движения, автомобилей с целью-реализации новых.путей.'сшюши.максимальных нагрузок ..В трансмксснл. . .-' ''■". ', ' .'. . •'.. ■• •'. ■

', ПроЕзден'нъй -в хода расчетные и-Э!ссперш'лнтальйых исследоваша;'.. • аналж характера процесса шгрувзння' трансгпхсни позволь сделать. вывод О 10% ЧТО' ДЛЯ «ШЕИ 'П1:МГЛ1>: Уйтрусрк в трансг-зхсрии необ ходимо уши-лЕгь онертиа -врацмоль'кого! движения ео концевой-массы -ьиховшса'- ¿зитатэля.: ■ , , - "': ■ ■ •■ / 1 •■.'" ■/■ ■''.••' ;. -■ ''••.-. ;

•"'•;' -этогг осносан-расскел-рашармаа. .здось' нршшип- сю^гшя/щвсошг'.

нагрузок за счет использования устройств, .реализующих принцип раздельных гаховых масс, которые были названы составными маховиками (СМ).

Исследования проводились на "режимах резкого трогания с шста путем броска' сцепления и вклтекля третьей низшей, передачи на затяжном подъенз, а также при моделировании кзстких условий переключения передач во время форсированного разгона, поскольку именно на этих режимах. в ходе проведения экспериментальных исследований зарегистрированы наибольшие пиковые нагрузки.

Исследования проводились с обычным стандартным маховиком (СТО), различными'моделями СМ (рис. 3) и облегченным в 2 раза маховиком (ОМ), поскольку его. использование согласно теории вопроса также должно давать эффект.. ,

Конструктивно СМ представляет' собой основной маховик и допол- • нителышй массивный диск (далее по тексту - дополнительная масса), которые совершают относительные угловые' колебания.' С трансмиссией непосредственно взаимодействует-основной маховик.

.В качестве связи мезду основным маховиком и дополнительной массой могут выступать: упругое звено' -. йадоль" н» I, упругое звено с вязким трением - №>2, вязкоо, рабочее тело - №3 (например, силиконовая адкость), элементы соответственно с: сухим трением - №5, сухим треним и упругим звеном4- к»4 или;совместно сухин и вязкшл тронием - N¿.6. (рис. 3). Радону виду связи в штештической модели соответствует -свое' вираиеше для динаш'часког'о моданта кзжду взаи-модойствугацики кассами. СМ. Напришр; для вдели К'6 оно выглядит следующим образок.Мам = ~ Фмл).-

Беи■ проанализирован .такке вариант двойного . СМ с двумя-дополни-.. ;тв'льными массами с .суш« яронием'- модель н=>.7, поскольку это даэт возможность расширить; облает;-.' еозгшого' снижения 'пиковых нагрузок. Для .двойного. СМ имеются- два-.момента» • дейстаукщие .'мэзяу основным на-. •• ховшеом и'первой.'допо'лгаг:;:лыюй шссой .•' Р4?м* • и ,шзду; первой и вто- рой доп'олнительныш'.шссаки '';".-"■. '"■'',

Блокировка ;.*одолзй СИ с'сухим-урониеи происходит- при вьфавни-*' ваши угловых скоростей взашжгайствует« масс. ■ Наприкзр,- для г.:о-1 дели к» ?.ото выражается равенствамФд №Фл*».' •"' -Условием разблокировкт! е'асс С!.! является условие' правышэиия сукаоршл' крутяадш глогзпгон,; возникаащим между взаимодайствуищши кассаш ьол;г;тн статических .шшнгЬн трения.'; Условия. разблокировка дгойног')-С]';."- слпдухвдкз:

Для основного юсошда а • ¡тарной' дополштзж-ной гассм воэгомш

Рис.3., Расчетные схемы.различаых'ыоделей одинарного СМ

два случая: первый случай - первая и вторая дополнительный! массы заблокированы: |<5%,• + ^дмг)\> М трд< > второй случаи - первая и вторая дополнительные массы разблокированы:

IФА*, ■ + Млмз\ > МТРД1.

Для первой и второй дополнительных масс условие их разблокировки выглядит так: I О^дма' ^дмг! >Мтрдг. •'

Каждому из указанных случаев соответствует своя структура дифференциальных уравнений, например, при заблокированном сцеплении . изменение структуры будет следующим:

Разблокированы первая и вторая дополнительные массы, а основной маховик и первая масса между собой заблокированы & = {Мд - Мп» - Ммг)/( &

<РД ; #4ма= Мдмг/^лма.

. Разблокированы основной маховик и первая, дополнительная масса, а первая и вторая массы между-собой' заблокированы:'

. Разблокированы все массы СМ: .'.-.-:

•'.= -(.МА»М-МмЬгУ&м'«; Фт**МАМ4/Л»мг. ..

• -Все массы СМ заблокированы: .'•-'.. .-'■'-.•

, Л -Фа « ;

. Расчеты.-на ЭЕМ показали,. что модели С},', в которых присутствуют,только! элементу трения.(2,5,6, 7)-'.даот существенный эффект как .-на .режиме резкого..трогания ¿-.'.места (рис.'4),-- так и преодоления,с хода затяжного^'цодъеиа. с включением- низшей передачи ('рис.'5), .'который в среднем составляет; приблизительно-.¡20%.'Оббзначёвие Мтяи/Мтрдг на диграммах, снижения пиковых нагрузок- относительно .та уровня. с СТМ . . на фис-.'.Д'.и'б'означает,- что' величина" статического.момента-сухого : . .трения- между', основным маховиком 'и:,перв6й-доголйит6льной,"массой .' соответствует/величине М?рд а .'йзадцг.'йервой -и второй .дополнитель- • •шгз: • массами величине Мтрд'«.'- •'• :• • . -.'' '.."''- -'..-•

. • ' При.' резком тро^аниц с;';места .'ОМ-,даег':даже' большее 'снижение нагрузок, .-'чём наиболее,эффективные;модели одинарных.СМ (N"2,5,6), ус- . . тупая.лишь, двойному СМ (N"7), -поскрльку.моменты/трения тожду взаимодействующими маховыми- шссаш.дополшп,ельно,.'догружают трансмиссию помимо инерционного моюнта "со стсро'нг маховика двигателя.

В силу того, что-процесс переключения передач по сравнению с резким-.т'рогание'м с места носит .более-импульсный характер, то в дан-

60

& I

2,о г>,о

Влн, Мм. с/рал.

И>о$ечь т&ружогчм г» ТРа/гсннсаги а£т ■емо5шн> с; СГМ

- --— 'V

— — _ _ —

Т7-

»»/ымсе»^ «ли трвотмжгеиг а гв*»Кмч С ОМ

-;—1---1— , _____

40

го . ьо

40 50 Мпа, И-м .

60

1 §

о <о 20 30 40

-1 -1 ■■ I- » »огрчхсечнэстн тренениссхх а/гвт^ц/а с СТМ

ш•

-ь

Уро(н —/-: ом

нпгйхясетп 7СТ# ГА?*ГМ#СС»М О8 *ямо$клц С

I I Г 1

30/« . 30/25" 50/45 #7/45"

Мгщ/Мтщ. И-м/Н-м >

Рис.4. Диаграммы относительного снижения пиковых нагрузок на режиме резкого трогания с места:

---— оценка по максимальной амшштуде;

-оценка по максимальна® размаху; . .

а.) ыодели СМ Л 2 и * 6; б-) модель СМ № 5; в.) модель СИ Н 7

а )

2 и

5

О

С

ю

2й

30 40

<¡&e£t*b#á&>pMcem&ctv rJz'vwce.w аЖго^оЬхли с CT M

l'PoSwu нагА^се^юсти -}&ihc#¡Ktm < Swm&HjM с Ott

h_,.______ Mjfâ-

"^•^'мздель СМ д'2

1,0

а,о „ з,о,

отНыс/род

4,0

5.0

¡VffSevi наууменности тракямхин çgmmbuacCm'

Г±ГГ7ГГТ^

Í0 50

J ^

■ \ • "1 Ч нме/ь CM r/l 1

&0

30 40

SO

т

к

SI

ч <SJ I ■л «à Ы

OOAío 39/,25"

• SO/AS Щ'45 , Iruflh; ■-

----.-.V .

' Рао.5; .Ддагргс-я отаоошшиого. сэтаешк шхогкй: aewwacrf

; ^^гсржшоавя о дштаот! ирадата на rav-tib

——*—» оцэшса-.ш лжвнгашюй гг.плпгудо^

............... опэнка пэ 1*л.;о!":алыю''я саакзху: . •• •

а.), пол m г\ А Я a-ß Щ" de) ыодель СП lí ys В,)' коде Л'СМ J; ') V . • •

О

/

ном случае шмэнты трения ькаду взаппс действующим! кассами по отношению к ОМ iirpjur положительную роль, способствуя гашению колебаний.

По тем ю причинам на режима форсированного разгона на горизонтальном участке дороги при моделировании жестких условий переключения передач ОМ мэжет значительно увеличивать пиковые нагрузки относительно СИЛ (до 67%), но их уровень'на стих ретамах в несколько раз меньше шкеишльного. В то:же Еремя модели СМ №2 и N"6 с вязким трение*; if 5 и м°7 - при величинах сухого трения, больших соответственно 15 Н'м и 30Д0 К-ц/Н'М,приводят к ст;жзшш пиковьк нагрузок в среднем на 201

. Максимальный уровень нзгруганностп моделей СМ, содержащих упругий элемент, кокет быть как слегка уызкъшен, так и увеличен. Ко на некоторых режимах эти модели вэгут давать существенный эффект. Это вьввано характером взаимных колебаний основной и дополнительной масс СИ совершавшую в противофазе.

Использование облегченных и составных маховиков южет приводить к недопустимому, увеличению неравномерности вращения коленчатого вала двигателя и ухудшению условий трогания. Поэтому наиболее правильная оценка эффективности различных моделей СМ и непосредственные 'рекомендации по Выбору их .параметров шгут быть получены лишь посла исследовании условий трогания с места и проверка неравномерности вращения коленчатого вала при учете цикличности. работы ДВС. ' - . ...

Наиболее тяжелые условия трогания наблюдаются при использовании Obi, когда частота вращения ушла до 191 мин\20 о1), в то время как при использовании СТО-до 60 с . При установке различных моделей СМ условия трогания заметно облегчаются При использовании моделей СМ, содержащих только сухое трение (Na5 и .7) при определенной величине статических моментов трения швду взаимодействующими массами, процесс трогания практически не отличается от трогания при СТМ То же самое относится и к неравномерности вращения колончатого вала. Так, на режиме трогания наибольшая неравномерность зафиксирована при оборудовании автомобиля ОМ и составляет 0, 067 против 0, 027 для СТМ, а при использовании модели N'5 с величиной статического момента трения 60 Н-м неравномерность равна 0, 03. На номинальном режиме неравномерность вращания коленчатого вала во всех' случаях меньше ее общепринятых величин: Q 02-Q 025.

Проведенные многовариантные расчеты позволили выбрать рацио- , нальные параметры-эффективных моделей СМ и сделать .заключение о

том, что среди ник наиболее предпочтительны модели, содержащие только сухое трение (N"5 и к'7) с точки зрения компромисса мзяду простотой конструкции, уровне» неравноизрности и условий трогания с места. С учетом вышеизложенных-положений был проработан один из возможных конструктивных вариантов на основе да дели одинарного СМ с сухим трением. Однако данная штодика позволяет проводить поиск и других конструктивных вариантов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

I. Разработанная математическая юдейь динамики движения апто-мобиля типа 4x2, учитывающая особенности работы двигателя, сцепления, коробки передач и логику поведения водителя, позволяет мэтода-ми имитационного моделирования на ЭВМ исследбвать как внешнюю, так и внутреннюю динамику его движения. ' ,

. 2. Разработан алгоритм движения автомобиля по типизированному городскому циклу, позволяющий имитировать все встречающиеся • в эксплуатации режимы движения ("троганив, разгон,. ПХХ, переключение передач,. движение накатом, тормокение). Его отличительной особенностью является то, что автомобиль рассматривается как. сложная многомассовая взаимосвязанная пространственная динамическая система.. -

'3. Разработана математическая модель, -иштирущая возмущакщее воздействие со стороны двигателя, как'источника заданной ограниченной мощности, с учетом изменения его эффективных показателей на неустановившемся режиме, а также цикличности его рабочего процесса во. время движения автомобиля, отличающаяся тем, что при. достаточно удовлетворительной точности получаемого результата она не 'требует больших затрат машинного времени.и оперативной аа?.штп.. •

4. Рззулътаты проведенных эксперт витальных тензомэтричес'ких и лабораторно-дсрожнш исследований в части величин,- характера' протекания и частоты изменения всех регистрируемых в-ходе испытаний параметров весьма удовлетворительно совпадают с результатами расчетов на. ЭВМ, что свидетельствует об адасватшсти. математической' модели, динамики движения автомобиля .и справедливости разработанного алгоритма .расчета. . .'■■ . ' ' .' . ',

.5. 'С помощью метода, имитационного, моделирования проанализировано новое направление снижения пиковых нагрузок'в трансмиссии путей установки на автомобиле вместо .стандартного. (СШ) различных т-■ делеи составных иаховикоп (СМ)., . Составлены..математические модели, онис'иваюиие. динамику раилкчяшс конструктивных схем СМ при движении

катошбкля на неустановившихся рва,эх.

С. Гезультаты пт-осоданного ка осиогз разработанной штодики имитационшго шделнровакия динамики движения автомобиля комплекса расчетов по выбору наилучших моделей СМ показывают:

Применение моделей СМ с сухк/, вязким или смешанным трением позволяет существенно снижать пикоььв динамические нагрузки в трансмиссии,

Самый большой эффект по сравнению с максимальным уровнем нагруаенности трансмиссии автомобиля, оборудованного СТМ, дает модель двойного-СМ (№7). На режимах резкого трогааия к переключения с четвертой на третью передачу на В% подъеме, при изменении в заданных пределах соотношения Мтяд</Мтгла эффект, оцениваемый по величине пикового момента на первичном валу,, составляет соогветствен-но 31 - 34& и 30 - 42%.

Элективные модели СИ не-уступая облегченному маховику (ОМ) по снижению максимальных нагрузок, обладают преимуществами СТМ, так как позволяют обеспечить,.требуемые неравномерность вращения коленчатого вала и условия Строгания с кзста. С учетом совместного удовлетворения указанным требованиям рекомендованы следующие числовые значения параьвтров СМ исследуемого автомобиля: модель N'2 с вязким трение^ Вт = 5 Н-м» б/раде модель № 5 с сухим трением Мтрл = 60 Н»м; модель К" 6 со' смешанным трениеп • Мтгд = 10' Н-ы, Вам = 2, 8 Н-м-с/рад модель двойного СМ с сухим трением Мтии/Мтрда. = 60/43 Н-ы ■ -,

Моменты инерции шховиса двигателя (основной массы) и дополнительного диска (дополнительной массы) выбраны равными половине ш-мента инерции СЖ Для двойного СМ шмзнт инерции основной массы 0,12 к Г- м2, первой дополнительной массы - Ц 06 кГ» м2 и второй дополнительной массы - 0,18 кГ-ы*, что'в сушэ соответствует моменту инерции СЖ

7. Разработанные математические шдели-и определенные в ходе расчетов параметры эффективных вариантов СМ используются в Настоящее время при разработке и будут использованы:при доводке конкретных конструкций СМ, устанавливаемых на автомобиль.

8. Проведенные на основе разработанной штодики.расчеты показали ^хорошее соответствие с проведенными ранее в ■ этом.направлении исследованиями, а также с результатами тензоштрических и лабора-торно-дорожных 'испытаний, чем подтверждена адекватность математической модели, методики имитационного моделирования и ее алгоритма реальным'процессам. При'этом установлено, что. проектируемый перс-.

пективый автомобиль БАЗ по уровню динамической нагруженности трансмиссии, тягово -скоростным качествам и топливной.экономичности ' ' вполне соответствует требованиям,' предъявляемым к автомобилям данного'класса.- . . ' ■

В частности, максимальная величина нагрузок, оцениваемая по ' коэффициенту"динамичности, зарегистрированная в ходе■проведения испытаний и моделирования тех же режимов' на ЗВМ, составляет 3,4.

Время, разгона соответственно до 60 и 80 км/ч составляет 16-20 " и 32-40-с в зависимости от типа двигателя. Контрольный расход топ-лива автомобиля, оборудованного дизельным двигателем НАМИ-026?, при скоростях" 40,60,80 км/ч и. при двихении По типизированному городскому циклу" составляет соответственно 6,2v-8,0; 1з,1 и 13,6 л/100 км, а условная 'удельная производительность-¿/городских условиях - 8,3

. Основные положения диссертации-изложены в следующих работах; 1. Ковальчук A.C. Анализ свободных и вынужденных.колебаний динамической' системы автомобиля на 'этапе проектирования" и доводки .'// Всесоюзный семинар "Проблемы, совершенствования' автомобильной техни-"кй";; Тезисы докладов.' - 'МВТУ, 1986.- С. 53 --54.; "'..'■■'.

. 2. 'Альбер-А.Я., Кокальчук'Л.С.., Семенов В,М. О собственных • частотах Колебаний'.задней подвески авго?:обшгя.при учете влияния .' карданной' передэтч- // Изв.' ВУЗов. ^Ийшкостроеиив,.'198?. - N 10.- •.. С.88 - 98. .. .'\. ' ; ... _ -.'Ч' '. '-. "

Семенов- В.'!,!., Ковальчук A.C.., -.АльбЬр, А,Я.. Вынужденные -коле-' бания задней подвески автомобиля'.'при' учете' влияния карданной пере- " дачи // Изв. ВУЗов. Маиш-юстро^'ию, 1987. -j, it 12. :-С.,80 - '91.: _.

'4,. Ковальчук A.C.-, Волобусп'Ё.Ф., Семенов В.!,!.. Исследование' на ЗЕД тягогсй'' динамики к Чдпливной- экопомячнорти автомобилей • в' характер»': - .условиях эксплуатации // Повышение, эффективности проектиро- -¿а:т~, испытаний,' эксплуатации а.повдбйлей-. и строительно .-.дорожных т-тт Материалы. региональной 'нпучпо '-. техническо'г.конфр'рз'нции.' - . Горбат, 23-'- '25' ноября' 1288. р. -С. 15/' : .. /, . ;;

5: Коваль-гук. A.C. ' Удеюврс&шйя, яйнтрпкодазя -ус.т< иатическая подели. двжкення айтомоблл.т с ко." геноп-формутол 4x2 как . .

иеиаит САПр. /7 Сб.- '¡пудов "САПр и' аптомоОплоагрс.-тт" ■ 'М.,:НШ!Тав--тонроп. 1.909,'-.гш:;'. 1-, -I C.,10:2'i. - " '' -.."•" ;