автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методов оптимизации показателей устойчивости управляемого движения автомобилей относительно заданной траектории

Введение

Глава I. Состояние воцроса и задачи исследования

1.1. Анализ работ по изучению управляемости и устойчи . вости автомобиля относительно заданной траектории

1.2. Анализ существующих методов записи.траектории дви . жения автомобиля.

1.3. Цель и задачи исследования

Глава П. Исследование системы "водитель-автомобиль" по условиям требований инженерной, психологии и безопасности движения

2.1. Инженерно-психологическая оценка системы "води. . тель-автомобиль" на этапе проектирования

2.2. Математичое опние боковогоещения автомобиля на повороте, при движении.егопоянной . скоростью

2.3. Методика теоретического исследования бокового смещения автомобиля относительно заданной.траектории при его управляемом движении.

Глава Ш. Экспериментальное исследование устойчивости управляемого движения автомобиля относительно заданной траектории

3.1. Метод записи действительной траектории движения автомобиля относительно заданной траектории

3.2. Выбор заданной траектории движения и испытательного участка

3.3. Конструктивное решение вопроса варьирования рабочего диапазона угла поворота рулевого колеса

3.4. Методика экспериментальных исследований и измерительная аппаратура.

3.5. Анализ устойчивости управляемого движения автомобиля по опытным данным.

Глава 1У. Результаты теоретических и экспериментальных исследований.

4.1. Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4.2. Технико-экономическая эффективность и реализация результатов работы.

Выводы

Актуальность теш. Продовольственная программа, принятая на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС Д/, в разделе "Транспортное обеспечение" предусматривает обеспечение в XI пятилетке создания мощностей по производству на Кутаисском автомобильном заводе 20 тыс. автопоездов сельскохозяйственного назначения, а также Ю тыс. автомобилей высокой проходимости на Уральском автозаводе. Эффективность работы серийных автомобилей на сельскохозяйственных работах низка из-за несоответствия конструкции условиям эксплуатации. В результате требуется создание специального подвижного состава, эксплуатационные качества которого обеспечивали бы эффективность выполнения необходимого технологического процесса. В комплексе эксплуатационных свойств, определяющих эффективность использования автомобиля, важное место занимает его устойчивость и управляемость, а система их оценки в настоящее время всё ещё имеет ряд недостатков. Поэтому исследования в данном направлении являются весьма актуальными.

Целью работы является разработка методики оценки устойчивости и управляемости автомобиля с позиций инженерной психологии и безопасности движения. Основное внимание уделяется параметрам устойчивости управляемого движения автомобиля относительно заданной траектории.

Объект исследования. В качестве объекта исследования были приняты большегрузные автомобили типа КрАЗ, КамАЗ и опытный образец полноприводного" автомобиля КАЗ-4540 сельскохозяйственного назначения.

Научная новизна.

I. Установлено влияние выходных характеристик рулевого управления на устойчивость управляемого движения автомобиля: относительно заданной траектории в .различных эксплуатационных условиях его движения,

2. Исследованы дифференциальные уравнения движения автомобиля и на основе этого разработана методика и составлены алгоритмы для ЭВМ по расчёту его бокового смещения.

3. Предложена методика оптимизации показателей устойчивости управляемого движения автомобиля относительно заданной траектории и разработаны их регрессионные модели.

4. Разработан фотоэлектрический прибор (ФЭ-46-1) для регистрации действительной траектории движения автомобиля, позволяющий проводить дорожные испытания с большой эффективностью.

Практическая ценность. Подобранное по разработанной методике оптимальное соответствие между выходными характеристиками рулевого управления и функциональными возможностями человека, во многом повышает производительность автомобиля, снижает себестоимость перевозок, улучшает условия работы водителя и повышает безопасность движения.

Разработанная математическая модель определения бокового смещения автомобиля от заданной траектории позволяет установить влияние отдельных конструктивных параметров на устойчивость его управляемого движения в процессе проектирования.

Применение предложенного прибора ФЭ-46-1 обеспечивает снижение трудозатрат при натурных испытаниях автомобиля, обеспечивая достаточную для инженерных расчётов точность.

Реализация работы. Разработанные методические положения и рекомендации, а также результаты экспериментальных исследований, использованы на Кутаисском автомобильном заводе при доводке конструкции автомобиля КАЗ 4540 и в "ГрузгосоргдорБИй" при проектировании и строительстве дорог на территории Грузинской ССР.

Автор защищает: разработанную методику определения устойчивости управляемого движения по параметру отклонений автомобиля от заданной траектории, регистрируемой оригинальным фотооптическим прибором ФЭ-46-1.

108 ВЫВОДЫ

1. Предлагается методика определения устойчивости управляемого движения автомобиля по параметру отклонений от заданной траектории, дающая возможность выбора конструктивных параметров автомобиля, влияющих на его управляемость, как в процессе проектирования, так и при доводке опытных образцов (программа расчёта представлена на алгоритмическом языке Ф0РТРАН-4).

2. Установлено, что на величины оценочных параметров устойчивости управляемого движения автомобиля существенно влияют скорость его движения, величина передаточного числа рулевого управления и радиусы поворота дороги. Так,например, с изменением скорости движения автомобиля от 30 щ/ч до 50 т/ч, при прочих равных условиях, максимальное отклонение автомобиля относительно заданной траектории возрастает примерно в 1,3 раза. С уменьшением передаточного числа рулевого управления от 30 до 10 максимальное отклонение автомобиля снижается в 1,2 раза. С уменьшением радиуса поворота от 50 м до 30 м максимальное отклонение автомобиля увеличивается в 1,2 раза.

3. Предлагается рабочий диапазон угла поворота рулевого колеса в пределах +120°, чем существенно снижается отклонение автомобиля относительно заданной траектории, а при экстремальных режимах его движения исключается необходимость "перехвата рук", что связано с потерей проприоцептивной обратной связи водителя.

При подобном подходе передаточное число рулевого управления автомобиля КАЗ-4540 необходимо снизить от 30 до 10.

4. Разработан фото-электрический прибор ФЭ-46-1, регистрирующий траекторию движения автомобиля относительно заданной, как на полигонных, так и в дорожных условиях его движения.

5. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных данных отклонения автомобиля относительно заданной траектории дает хорошее совпадение, в результате чего можно сделать вывод о возможности качественной оценки устойчивости управляемого движения автомобиля.

Полученные, на основании результатов испытаний, регрессионные модели оценочных параметров устойчивости управляемого движения автомобиля, могут служить в качестве исходных для проведения расчётных исследований и анализа его управляемости и устойчивости.

6. Внедрение разработанных рекомендаций ведет к повышению средней скорости движения автомобиля на 8-10% и снижает вероятность возникновения ДТП. Достигаемое при этом повышение его оборачиваемости даёт экономический эффект свыше 256 руб. на один автомобиль в год. но

1. Продовольственная программа СССР на период до 1990 года и меры по её реализации. Материалы майского Пленума ЦК КПСС 1982 года. М.: Политиздат, 1982 - с.94.

2. Афанасьев Л.Л. и др. Конструктивная безопасность автомобиля. М.: Машиностроение, 1983. 212 с.

3. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. М.: Машиностроение, 1978 216 с.

4. Брянский Ю.А. Управляемость большегрузных автомобилей. М.: Машиностроение, 1983 176 с.

5. Гинцбург Л.Л. Гидравлические усилители рулевого управления автомобилей. М.: Машиностроение, 1972 120 с.

6. Добрин А.С., Гришкевич А.И. Экспериментальное исследование движения автомобиля по заданной траектории. В сб.: Труды семинара по устойчивости и управляемости автомобилей" 3-4 марта 1966 г., вып.2, М., НАМИ, 1968 с.3-65.

7. Иларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобиля. М.: Машиностроение, 1966 280 с.

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

9. Лысов М.И. Рулевые управления автомобилей. М.: Машиностроение, 1972 344 с.

10. Колесников К.С. Автоколебания управляемых колес автомобиля. М.: Гостехиздат. 1955 238 с.

11. Носенков М.А., Бахмутский М.М., Гинцбург Л.Л. Управляемость и устойчивость автомобилей. Испытания и расчёт. М.: НИИАвтопром, 1981 48 с.

12. Майборода О.В., Давыдов А.Д., Носенков М.А. Пути нормирования показателей управляемости автомобиля. ЭН Конструкцииавтомобилей № 10, 1976, с.40-46.

13. Парцхаладзе P.M. Исследование эксплуатационных качеств автомобилей, работающих в горных условиях. Докт.диссертация (по автореферату). Тбилиси, 1970 60 с.

14. Певзнер Я.М. Теория устойчивости автомобиля. М.: Маш-гиз, 1947 154 с.

15. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. М.: Машиностроение, 1981 279 с.

16. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. М.: Машиностроение, 1972 392 с.

17. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1963 -239 с.

18. Фаробин Я.Е. Теория поворота транспортных: машин. М.: Машиностроение, 1970-176 с.

19. Фаробин Я.Е., Шупляков B.C. Оценка эксплуатационных свойств автопоездов для междугородных перевозок. М.: Транспорт, 1983. 200 с,

20. Хачатуров А. А. и др. Динамика системы дорога шина -автомобиль - водитель, М.: Машиностроение, 1976 - 525 с.

21. Иванов В.Н. Влияние ширины проезжей части автомобильных дорог на безопасность и режимы движения транспортных средств. М.: "Высшая школа", 1972 414 с.

22. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1950 -343 с.

23. Гуськов В.В. Тракторы. Теория. Минск: Высшая школа, 1977 - 384 с.

24. Двали P.P. Механика движения автомобиля. Тбилиси: Мецниереба, 1978 127 с.24а. Мариенбах Ю.Л. Исследование управляемости и устойчивости движения автомобиля на прямолинейных участках пути.

25. Канд.диссертация (по автореферату). М.: Мади, 1969 22 с.

26. Морозов Б.И. Динамика управляемого движения автомобиля. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н, (по автореферату). М.: МАМН, 1973 50 с.

27. Ратман А.С. Некоторые вопросы криволинейного движения автомобилей. Канд.диссертация. Тбилиси, 1969 162 с.

28. Добрин А.С. Предельные скорости движения автомобилей на поворотах. Автомобильная промышленность № 10, 1970 с.3-8.

29. Мариенбах Ю.Л., Черейский Е.Е. Исследование устойчивости движения автомобиля по прямолинейной траектории. Автомобильная промышленность, 1973, № 10 с.16-18.

30. Асриянц А.А. и др. Кинематический анализ независимой подвески легкового автомобиля. В сб.: Устойчивость управляемого движения автомобиля. М.: ГЛАДИ, 1971 с.3-14.

31. Гольдин Г.В. и др. Аналитический метод расчёта возмущений от неровностей дорожной поверхности, действующих на автомобиль в горизонтальной плоскости. В сб.: Устойчивость управляемого движения автомобиля. М.: МАДИ, 1971 с. 15-21.

32. Гольдин Г.В. и др. Влияние различных видов горизонтальных возмущений на курсовое движение автомобиля. В сб.: Устойчивость управляемого движения автомобиля. М.: МАДИ, 1971 с. 2233.

33. Гольдин Г.В. и др. Расчётная схема рулевого управления автомобиля при исследовании его устойчивости и управляемости.

34. В сборнике трудов М., МАДИ, 1972-92 с.

35. Гольдин Г.В. и др. Уравнения кинематических связей для общего случая движения эластичного колеса. В сб.: Устойчивость управляемого движения автомобиля, М.: МАДИ, 1971 с.48-55.

36. Гольдин Г.В. и др. Упругая модель эластичного колеса и её применение для расчёта реакций дороги, действующих на колесо. В сб.: Устойчивость управляемого движения автомобиля. М.: МАДИ, 1971 с.56-65.

37. Кравец В.Ф. Исследование управляемости и устойчивости автомобиля относительно заданной траектории. Канд.диссертация (по автореферату), М., 1975 с.35.

38. Морозов Б.Н., Смирнов Н.В. О качественной оценке влияния параметров автомобиля на управляемость. В сб.: Труда семинара по устойчивости и управляемости автомобилей, вып.З, М.: 1969-с.65-76.

39. Еинцбург Л.Л. Устойчивость управляемого движения автомобиля относительно траектории. Автомобильная промышленность1. Ь 9, 1977 с.27-31.

40. Носенков М.А. Исследование влияния некоторых характеристик автомобиля на его управляемость. Канд.диссертация (по автореферату). М.: 1971 22 с.

41. Майборода О.В. Разработка методики испытаний на управляемость. Техн.отчёт JS 68010458, .Ндеитров, 1959 81 с.

42. Майборода О.В. Методика испытаний на управляемость. Техн.отчёт Л 68016458, ДОлитров, 1969 45 с.

43. Котик М.А. Психология и безопасность. Таллин: Валгус, 1981 408 с.

44. Ломов Б.Ф. Человек и техника. М.: Сов.радио, 1966 -464 с.

45. Брянский Ю.Л. Модель управляемого движения колесноймашины. Труды МАДИ, вып.34, М.: 1972 с.27-32.

46. Адамович Н.В. Управляемость машин. М.: Машиностроение,1977 280 с.

47. Юрчевский А.А. Исследование автомобиля как объекта программного управления. Канд. диссертация (по автореферату), М.: МАДИ, 1969 23 с.

48. Литинский С.А. Автоматизация вождения самоходных машин (автоводители). М.-Л.: Энергия, 1966 116 с.

49. Двали P.P. и др. Бесконтактная фотооптическая система автоматического вождения трактора. Тбилиси: Мецниереба, 1971 -77 с.

50. Маргвелашвили О.В. Автовождение трактора с помощью фотооптической системы управления. Тбилиси: Мецниереба, 1975 -125 с.51. flubmoliP leciniAcke ZeiU&AfiH № 9, 1958. с.321360.

51. Замахаев И.М. Назначение.ширины проезжей части автомобильных дорог. М.: Автотрансиздат, 1956 31 с.

52. Юрчевский А.А., Янин В.Н. Регистрация траектории движения автомобиля во время испытаний. Автомобильная промышленность № 7, 1974 с.21-23.

53. Отчёт ЦНИАД НАМИ по теме 230-79, этап 5, № регистрации 79055498. Методика применения траектографа при испытаниях устойчивости управления автомобилем. Дмитров, 1979 19 с.

54. Качество продукции. Общие эргономические показатели. Термины. ГОСТ 16035-70.

55. Котик М.А. Курс инженерной психологии. Таллин: Валгус,1978 358 с.

56. Немцов Ю.М., Майборода О.В. Эксплуатационные качества автомобиля, регламентированные требованиями безопасности движения. М.: Транспорт, 1977 138 с.

57. Справочник по инженерной психологии (под ред.Б.Ф.Ломова) М.: Машиностроение, 1982 - 368 с.

58. Ломов Б.Ф. и др. Принцип активности оператора в инженерной психологии. В. кн.: Инженерная психология. М.: Наука, 1977, с.I19-133.

59. Иващенко И.Н. Автоматическое регулирование, м.: Машгиз, 1962-219 с.

60. Попов Е.А. Автоматическое регулирование и управление. M.: Наука, 1966 256 с.

61. Ведяев Ф.П., Воробьева T.M. Модели и механизмы эмоциональных стресов. Киев: Здоровья, 1983 - 136 с.

62. Лобанов Е.М. Проектирование дорог и организация движения с учётом психофизиологии водителя. М.: Транспорт, 1980 -311 с.

63. Иванов В.Н., Гаврилов А.А. Расчёт ширины проезжей части дороги с помощью цифровой модели системы А Д. В сб.: Методы управления автомобилем. М.: МАДИ, 1971 - с.107 - 124.

64. Трикоз А.А., Гинцбург Л.Л. Насосы гидравлических усилителей рулевого управления автомобилей. М.: НИИАП, 1981 с.57.

65. Бекман В.В. Конструкция и динамика гоночных автомобилей. М.: Машгиз, 1947 268 с.

66. Дарчиашвили Э.Г. Исследование влияния характеристик рулевого управления на управляемость автомобиля. Канд.диссертация (по автореферату). Тбилиси, ГПИ, 1982 23 с.

67. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1970 256 с.

68. Певзнер Я.М. О качении автомобильных шин при быстро меняющихся режимах увода. Автомобильная промышленность № 6, 1968 с.15-19.

69. Добрин А.С. Исследование движения автомобиля по заданной траектории. В сб.: Труда семинара по управляемости и устойчивости автомобилей, вып.1. М.: НАМИ, 1966 с.35-65.

70. Вельбицкий И.В. и др. Технологический комплекс производства программ на машинах ЕС ЭВМ и БЭСМ-6. М.: Статистика, 1980 -214 с.

71. Гинцбург Л.Л. К вопросу об оценке управляемости автомобилей при прямолинейном движении. Автомобильная промышленность, № 8, 1966 с.15-18.

72. Литвинов А.С. и др. О возможности улучшения управляемости легковых автомобилей сочетанием конструктивных факторов. Автомобильная промышленность № 4, 1976 с,13-17.

73. Фалькевич Б.С. и др. Исследование управляемости автомобиля при криволинейном движении. В сб.: Труды семинара по устойчивости и управляемости автомобилей, вып.2, М.: НАМИ, 1966 -с.11-18.

74. Говорушенко Н.Я. Основы теории эксплуатации автомобилей. Киев,: Высшая школа, 1971 232 с.

75. Автомобильный подвижной состав. Требования к параметрам управляемости. СТП 37.052.014-78. Дмитров: ЦНИИАП НАМИ, 1979 -33 с.

76. Азтомобили. Оценочные параметры управляемости. -Методы определения. ОН 025-319-68. М.: Издательство стандартов, 1974 -с.107-170.

77. Джапаридзе Т.Н. Исследования некоторых вопросов криволинейного движения автомобиля. Канд.диссертация (по автореферату) Тбилиси: 1974 23 с.

78. Ратман А.С. Определение безопасной скорости движения автомобиля по переходным кривым автомобильной дороги из условия вписываемости автомобиля в поворот. В кн.: Научная организациятруда на автомобильном транспорте. Ереван: Айастан, 1971 с. 87-95.

79. Асриянц А.А. и др. К вопросу о влиянии параметров шин на устойчивость движения автомобиля. В сб.: Устойчивость управляемого движения автомобиля. М.: ГЛАДИ, 1971 с.66-75.

80. Иванов В.Н. и др. Расчёт скорости движения одиночного автомобиля на кривых в плане с учетом видимости. В сб.: Методы управления автомобилем. М.: МАДИ, 1971 с.21-30.

81. Иванов В.Н., Гаврилов А.А. Исследование различных моделей управляемого автомобиля. В сб.: Методы управления автомобилем. М.: МАДИ, 1971 с.5-20.

82. Дзоценидзе Д.Д. Экспериментальный метод оценки управляемости автомобиля. В кн.: Автомобилизация и обеспечение безопасности дорожного движения. Тбилиси: 1980 с.99-104.

83. Дзоценидзе Д.Д. Исследования влияния курсовой устойчивости автомобиля на ширину "коридора" движения. Тез.док.ХХШ Респ.научно-тех.конф. профессорско-преподавательского состава ГПИ им.В.И.Ленина, Тбилиси, 1981 с.43.

84. Парцхаладзе P.M., Дзоценидзе Д.Д. Методика записи траектории движения автомобиля. В кн.: Пути повышения безопасности дорожного движения. Ташкент, 1981 с.35-36.

85. Мерсон A.M. Радиоизмерительная техника. 3-е изд.Л.: Энергия, 1978 408 с.

86. Карпов Р.Г., Карпов Н.Р. Электрорадиоизмррения. М.; Высшая школа, 1978. 272 с.

87. Гришкевич А.И. и др. Применение ЭВМ при конструировании и расчёте автомобиля. М.: Высшая школа, 1978 264 с.

88. Иларионов В.А. К оценке устойчивости и управляемости автомобиля. Автомобильная промышленность № 2, 1971 с.19-22.

89. Дзоценидзе Д.Д. Методика определения ширины коридорадвижения транспортных средств. В кн.: Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог и искусственных сооружений. Тбилиси. 1983 с.34-35.

90. Парцхаладзе P.M., Дзоценидзе Д.Д., Дарчиашвили Э.Г. Влияние скорости движения автомобиля на его курсовую устойчивость. В кн.: Организация и безопасность дорожного движения. Тбилиси: Сабчота Сакартвело. 1983 с.66-68.

91. Парцхаладзе P.M., Дарчиашвили Э.Г., Дзоценидзе Д.Д.

92. К вопросу оценки устойчивости движения автомобиля на прямолинейном участке. В кн.: Организация и безопасность дорожного движения. Тбилиси.: Сабчота Сакартвело. 1983 с.128 - 131.

93. Зедгенидзе И.Г. Введение в планирование эксперимента. Тбилиси.: ГШ, 1975 179 с.

94. Дустильник Е.й. Статические метода анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968-288 с.

95. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970 100 с.

96. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработка опытных данных. М.: Колос, 1973 199 с.

97. Адлер Ю.П., и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976 279 с.

98. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статические метода планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965 340 с.

99. Финни Л. Введение в теорию планирования экспериментов. М.: Наука, 1970 198 с.

100. Георги Димитров Арнаудов. Медицинская терминология. София.: Медицина и физкультура, 1979 943 с.

101. Парцхаладзе P.M., Папиташвили Г.В. Методика расчёта экономической эффективности на автомобильном транспорте. Тбилиси.: Мецниереба, 1981 64 с.