автореферат диссертации по транспорту, 05.22.02, диссертация на тему:Выбор и обоснование конструктивних параметров управляющего колесного модуля двухзвенного автопоезда по критериям устойчивости движения

РГ8 ОН

1 ^ {;КЭ/| 1.99РШНСШ™ ТРАНСПОРТОМ УН1ВЕРСИТЕГ

На правах рукопису

ВАКУЛ1Ч АНАТОЛ1И ВАСИЛЬОВИЧ

УДЕ{. 629.114.3:629.113.073

ВИБ1Р ТА 0ЕГРУНТУВА1Ш КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТР1В КЕРУЮЧОГО ШШСНОГО МОДУЛЯ ДВОХЛАНКОВОГО АВТ0ГО13ДА ЗА КРИГЕР1ЯМИ СТ1ИК0СТ1 РУХУ

05.22.02 - АвтомобШ 1 трактори

Автореферат дисертацН на здобуття наукового стушня кандидата техн!чних наук

КИ1В-1997'

Дисертац!ею с рукопис.

Робота виконана в Укра1нському транспортному ун1ворситет1 та Луцькому автомоб1льному завод1.

Науков1 кер1вники - доктор техн1чних наук, професор, акадам1к ГАУ Сахно Володимир Прохорович доктор ф!зико-математичних наук, професор Лобас Лоон1д Григорович

0ф1ц1ан! опоненти - доктор техн1чних наук, професор Солтус Анатол1й Петрович кандидат техн!чних наук, доцент Ящэнко Микола Михаалович

Пров1даа орган!зац1я - Нац1ональний аграрной ун1верситет

(м. Ки1в)

Зазшст в1д5удаться "Ж" 1997 р. о годин! на

зас!даян1 спец1ал1зовано! вчено! ради Д.01.27.02. при Укра1нсько-му транспортному ун1верситвт1 (252010 Ки1в, вул. Суворова, I).

3 дисертац1ею можна ознааомитися в б1бл!отец1 УкраИнського транспортного ун1верситету.

Автореферат роз!сланий 1997 р.

Вчениа секретар спец!ал!зовано! вчено! ради, //■' . ,

кандидат техн!чних наук, професор " ,;/ М.М. Дм1тр1ев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть теми. При конструюванн! автотранспортних засоеЯв неухильно зростають вимоги до забезпечення !х ст!акого ругу у р1зноман1тних умовах.

Створення науково обгрунтованих методик для б!льш досконалого визначення характеристик рульового керування автомоб1л!в 1 авто-П01зд1в та 1х вшшву на показники ст1йкост! руху складае актуаль-ну проблему. Особливу увагу в ц!й проблем! привертае залежн1сть ст!йкост1 руху автопо!зда в1д сум1сного фушсц!онування двох спо-лучених ланок 1з р1зними функц1оналъыими характеристиками. 1х об'еднання в едину мохан1чду систему, квровану за допсмогою кол!сного модуля, розширюе мошшвост! досл!даення та прагнозуван-ня критерИв ст1йкост1 руху автопо!зда анал1тичними методами.

Враховуючи валику варт!сть експериментальних досл!джень 1 доводе чних роб!т, виготовлення прототип!в, витрати часу для досяг-нення оптимальних характеристик керованост! та ст!йкост! руху, важливо ще на стадИ проектування обгрунтовано вибрати оптимальн1 масово-геометричн! 1 кснструкгтш! параметри автомоб1ля або авто-по1зда. В зв'язку з цим, актуальним е створення методики вибору та оптим!зац!1 конструктивних 1 експлуатац!йних параметр1в модул1в автомоб!ля чи автопо!зда, як! впливають на ст1йк1сть руху в спектр! експлуатац!йних швидкостеа, а також прогнозування повед!лки транспортного засобу при д11 на нього зовн!шн1х динам!чних фактор!в.

Мета роботи - розробка методики для визначення к1лыисного та як!сного впливу параметр!в керуючого кол!сного модуля на ст!йк1сть руху автопо!зда ! 1х виб!р по заданих характеристиках тягача та причепу.

Ослтовн! завдатгня робота:

1.Розробка математично! модел1 автомоб1ля 1 двохланкового автопо!зда (з причепом) з врахуванням геометричних, к1нематичних 1 динам1чних параметр!в рульового керування автомоб!ля, авто-моб1ля в ц1лому 1 причецу.

2.Досл1даоння впливу експлуатац1йних 1 конструктивних параметров керуючого кол!сного модуля автомобиля (ККМ), автомоб1ля-тягача 1 причепа на ст!йк1сть руху транспортного засобу.

3.Розробка методики вибору та оптим1зац11 конструктивних 1 експлуатац!йних параметр!в ККМ автомоб1ля, конструктивних параметров автомоб1ля 1 автопо!зда з точки зору ст!йкост! руху.

4.Перев1рка адекватност! математично! модел! 1 сп1вставлення результатов комп'ютерного моделювання 1 експериментальних досл1д-жень.

Загальна методика досл!даэнь. В робот1 використовуються ана-л!тичн1 та експериментальн! метода досл!даень. Методика базуеться на математичних моделях прямол!н1йного та керованого руху одиночного автомоб1ля 1 автопо!зда, як1 в свою чергу, складають основу пакету ком'ютерних програм. На його баз1 за допомогою ЕОМ зд!й-снювався багатовар!антниа анал!з досл1джуваних об'ект1в. Результата анал!тичних досл1даень сп1вставлялись з результатами експериментальних випробувань, отримашх в ход! дорожи1х тест1в.

Наукова новизна роботи полягае в наступному: - запропонована трьохмасова математична модель двохланкового автопо!зда (тягача з причепом), яка враховуе коливання керуючого колесного модуля. 0стаян1й надае систем1 додаткову степ!нь вол!, в результат! чого порядок системи диференц1альних р1внянь руху стае р!вним семи; врахован! поздовнш!й нахил ос1 шкворня, жорст-к!сть 1 момент в'язкого тертя в рульовому керуванн!;

- проведен! теоретичн! 1 експершентальн! досл1диення по оц1лц1 стШгаст! прямол1н1йного руху автомоб!ля 1 автопохзда та виконана пор1внялъна оц1нка математичних моделей з р!зним ступеней 1деал1-зацИ (врахування нел1н!йно1 г!потези в1дведення, нел1н1йних характеристик жорсткост! 1 в'язкого тертя в ИМ);

- розроблен! методика та алгоритми числово-анал!тичного визна-чення критично! швидкост1 1 порогово! швщцшст! початку коливаль-но1 нест!йкост! автомоб!ля 1 автопо1зда, числово-анал!тичний алгоритм отримання областей астптоттно! сг1йкост1, коливально! I дивергентно! нест1йкост! руху автомоб!ля 1 автопо!зда. Запропоно-вана методика дозволяе п!дбирати або оптим!зувати так1 конструктивы1 та експлуац1йн! параметри керуючого кол1сного модуля автомоб!ля, автомоб!ля 1 причепу, як! забездачують, в межах вкслуатацШних швидаостей та навантажень ст1йк1сть руху ек!пажу.

Практична ц!нн1сть викладених в дисертац!йн!й робот1 досл!д-кень полягае в тому, що розроблен1 математичн! модел! автомоб!ля 1 автопо1зда дозволяють прогяозувати характеристики ст1йкост1 прямол!в1йного руху транспортного засобу при р!зних експлуатац!й-них 1 конструктивна параметрах. Методика 1 розрахунков1 комп'ю-терн! програми, що створен! на основ1 математичних моделей руху транспортного засобу (автомоб1ля або двохланкового автопо!зда), можуть використовуватись в конструкторських бюро сер!йних та дар-спективних автомобШв для оптим!зац1! або вибору конструктивна та експлуатац!йних параметр!в керуючого кол!сного модуля, конст-руктивних параметр!в автомоб!ля 1 причепу. Програми дозволяють швидко, в вигляд! граф!к!в 1 с1чень простору параметр!в отримува-ти облает! ст!йкост! та прогнозувати повед!нку транспортного засобу, що дозволяе уникнути виготовлевня прототип1в, ! приводить до значного скорочення часу досягнення оптимального р1шення 1

- в -

матер1альних затрат.

Взад1зад1я роботи. Розроблена в робот1 методика "Виб1р та об-грунтування конструктивних та експлуатац1йних параметр!в керуючого кол1сного модуля автомоб1ля, конструктивних параметр1в автомоб1ля та автопо!зда по критер!ю ст!йкост1 руху" впровадаена в технолог!чний процес конструювання сер!йних та перспективних автомоб!л1в в конструкторсько-експеримонтальному в!дцШ Луцькото автомскЯльного заводу.

Апробац1я роботи . Гезультати роботи допов!дались 1 обговорю-вались на VI Укра1нськ1й конференцП " Моделювання i дослЩюння ст1йкост1 систем " (Ки1в,1995р), на м!жнародн1й науково-техн1ч-н1й конференцП "Проблеми автомобильного транспорту на сучасному етап!" (IiiiiB, УТУ, I09S р), на 3-й УкрашсыШ конференцП з автоматики керування "Автоматика-96" (Севастополь, СевДТУ, 1996 р.), науков1а конференцП УТУ <Ки1в, I99S р).

Публ1кацИ. OchobhI положения дасертацишо! роботи 1 результата досл!джень висв1тлен! в 6 друковаяих роботах.

Структура 1 обсяг дисертацП. Дисертац1я складаеться 1з вступу, чотирьох розд1л1в, висновк!в; вм1щуе список використаних даерел (155 назв). Робота викладена на 185 стор1нках машинописного тексту, включаючи 95 рисунк1в, 5 таб-лиць. Додаток вм1шу,е акт впровадаення, основн! ком'ютерн1 программ з прикладного пакету 'STABILIT ".

3MICT РОБОТИ

У вступ! обгрунтована актуальн1сть теми дисортац1йно! роботи, сформульован! мета 1 завдання досл1джень, викладен1 II наукова новизна 1 практична ц1нн1сть, проведено короткий огляд i анал1з основних дослздазнь по впливу коруючого кол!сного модуля на

ст!йк!сть руху автомоб1ля та автопо!зда.

Досл1даеннями ст!йкост! займались багато вчених, ала найб1лыл значний вклад внесли А.М.Ляпунов i його посл1довники- Н.Г.Четаев, Н.Д.Мо1сеев, Н.Н.Красовський та 1нш1. В еволюцИ досл1дження Teoplï CTiflKOCTi можна вид!лити два етапи. Перший - 1гнорування досягнень математично! теорИ ст1йкост1, коли автомобШ проектувалиоь т!льки з урахуванням 1х м1вд1стост! 1 динам1чних властивостей. Але в подалыюму, з п1двищенням швидкостей руху бу-ло виявлено таку властив!сть гранспортши засоб1в,як нест1йк1сть. Проведен! при цьому досл!дження розкрили всю склада1сть питания i розпочали другая етал - ор1ентац1ю досл!даень на математичну теор1ю ст1йкост!. Одн!ею з перших в ц1я облает! була монограф1я Я.М.Певзнера, яка започат1сувала строгий математичний п!дх!д до анал!эу ст!йкосг1 руху авгомоб1ля. В подальший пер1од цими питаниями займались А.С.Литвинов, А.А.Хачатуров, Л.В.Гячев, А.А.Мар-тинюк, Л.Г.Лобас, Н.В.Н1к!т1на, В.Г.Вербицькиа, М.М.Бахмутський, Д.А.Антонов, В.П.Сахно, М.А.Носенков, Л.Л.Г1ицЗург та iHini.

Незважаючи на досить широке коло досл1дник!в , як1 займались загальною теор1ею ст1йкост1, питания вшшву параметр!в керушого кол!сного модуля на характер руху автомоб!ля i автопо!зда розгля-нут! т!льки в працях Ароновича Г.В., Певзнера Я.М., Колесникова К.С., 1ллар!онова В.А., Фортункова Д.Ф., Солтуса А.П., Лоба-са Л.Г., Сахно В.П., а також - W.Deinlger, Е.Fiala, I.Segel, A.Silbar, Р.R.Pasley, Satahita, Otoöa.

Жодну з розглянутих вице роб1т не можна назвати вичерпною у план! постановки задач!. Ix математичн! модел! потребують уточнень ! доповнень.

Огляд в!тчизняних ! заруб1жних цубл1кац1й показуе, що на су-часному етап! немае единого теоретичного п!дходу до обгрунтування

конструктивист i експдуатац1яних параметр1в керуючого кол1сного модуля, як1 впливають на ст1йк!сть руху одиночного автомоб!ля 1 автопо!зда.

Перший розд!л присвячениа розробц1 математично! модэл1 двох-ланкового автопо!зда з урахуванвям параметр1в керуючого кол1сного модуля. Розглянуто плоско-паралельний рух автопо!зда як системи, що складаегься з трьох парц1альних п!дсистем - корпусу тягача з цэнтром мае в точц1 С, керуючого кол1сного модуля з цэнтром мае в точц1 С0, 1 причецу, центр мае якого знаходиться в точц1 С± (рис.1). ККМ включае в себе керован! колеса автомоб!ля, кути поворту яких е4 I о^, та рухом! детал1 рульового приводу. Кут м1ж поздовжньою в1ссю тягача i дишлом причецу (кут складання) по-значено як *>, кут повороту руля - а.

При складami! диференц1альних р!внянь руху двохланкового автопо!зда були прийнят1 так1 спрощэння i припущення:

- складов! елементи автопо!зда е абсолютно твердими т1лами;

- вантаж на автопоХзд! розтаиований гак, що цэнтри мае ланок, а також зч1шиа пристр1й знаходяться в вертикальн1й площин1 симетрИ ланки;

- основною траектор1ею е траектор1я руху центра мае тягача;

- рух зд!йснюеться по р!вн1й горизонтально' поверхн1; .

- Г1роскоп1чн1 моменти 1 невр1вноважен1 моменти частин, як1 обер-таються, не враховуються;

- в шарн1рах в1дсутн! люфти;

- взаемод1я кол1с з опорной' площиною в боковому напрям1 описуеть-ся через реакд1ю полотна дороги як функц!я кута вздведення нел1-н!йною Ппотезою; стаб!л1зуюч1 моменти шин також описуються як нел1н!йна залежн!сть в1д кута в1дведення;

- кути повороту л!вого 1 правого кол!с ККМ приймаються р!вними

а)

б)

Рис,1. Розрахулков! схеми автопоезда.

а) вид з боку;

б) вид в план!; .

I •(

м1ж собою ® =01:

- пврврозпод1л нормальних реакц!й м1ж боковими колесами ос! не враховуеться;

- боков1 колеса кожно! ос1 замИшоться одним приведении колесом з центром в середин! ос!.

П!сля визначення геометричних, ! к1нематичних сп1вв!дношень м1ж ланками автопо!зда система диференц1альних р1внянь отримана даома методами - методом квазикоординат та методом с!чень. В розгорнутому вигляд1 система р!внявь записана у вигляд1: -по зм!нн!й V

(т+тд+т^)^ +(тосз!п(а'+е)-т,<1,з1п*>)ш + т0сёз!п(а'+е)+ т,а,рз1п1<> + + тс(<«>+е)2соз(е«,+е)-(т+шо+ш1 )«Д1 +(т й-т в)«1 + т1с!1(и-»>)гсозю =

Х,СОЗ(а'+е) - У131п(а'+0) + Х2 + ХЭС03*> + УаЭ1П»> ; -по зм1нн!й и

(т+то+ш1)(7 + [то(а-ссоз(а*+0))-т, (сЗ+с!,соэ»>)]м - тосвсоз(а'+е) + т,й,рсозр +т0с(о+ё)2з!п(а'ч#) + (т+т0+т,)«У - ш1(11 (ш-р)гз1пр= Х13!п(а'^в) + У,СОЗ(а'40) + - Хз31П*> + УаС03р *, -по зм1нн!й

[I + тоа(а-ссоз(а'+в))+т1й<(1+й1соз»')]<1> - т0асёсЬз(а'чв) -т^^рсозр + (тоа-т1(1)0 + ше>ас(о>+^)гз1п(а,+в) + т,(М,(ь>-р)гз!пр +(тоа-ш1с1)7ш = а(Х1з1п(с«,4в) + 1,003(0'+«)) -Ш2 + Д(ХэЗ1ПР - УзСОЕР)-МСТ2+ Мо; -по зм!нн1й в

(1о+ШоС2 )9+По+тоС(С-аС03 (ос' +в ) ) +Ш0С^31п(а* +0 )-ШосОсОЗ (а' +0 )-- ш с7"соз(а'+е) - т с»(и+аш)з!п(а'+е) = -сУ - М„_ - М •

О О 1 им о

-по зм!нн!й р

(1,+т,с1,2)*> + [11+т,б1(<1,+с1соз»>)]^ + т^^п»» + т,^(Гсозр -т.б Усосозю - т а,ы<и-йь))з1п*> = У Ь+М„ •

11 XI 3 1

с= Ш) (I)

Обнулениям вштовШпяс динам1чних. к1немагичних 1 масово-

геометричних параметр!в одного з модул1в автопо!зда отримаемо

частков! випадки: автомоб1ль з ККМ; автопо!зд без ИМ (в кла-

сичн1й постанова!).

В другому розд1л! досл!дауеться поввд!нка двохланкового

автопо1зда з пост!йною швидк!стю У=сопз1;, при вр!вноважених

поздовжн!х о'ортових силах Х2=Хг=0, Хэ=Хэ=0 в контакт1

кол1с з дорогою. Кути в1дведання записан! у вигляд1:

а-с , с 1 и Ь , ^ и .

«,=*- V - -Г" + V 62=- V - -г- - у + - у** (2>

В'язкопружний момент записаний як Мо= «в+йе . де к - приведений

до ос! шкворня коеф1ц1ент жорсткост! деталей рульового керування;

Ь - приведений до ос1 шюзорня коеф1ц1ент в'язкого тертя м!ж

деталями рульового керування ;

Розгорнута система диференц1альних р!внянь збуреного руху

автопо!зда в сжруз! прямол!н1йного руку мае вигляд:

■ к1+ка+кэ

(инао+т1 +-?-и + (тоа1-т1ао)ы - [ (т+то+т1 )У +-

к, а-к ь-к к с . к,1

—-Ц—-—5- - гаос0 —у—в -к^ + т^р + -у-1р +кзр =0,

к а-к Ь-к й-о-

8(тоа-т1(1)и + -у- и + (1+ тоаа1чт4бао)ы +

г к аа +к Ь2+к 6(1 +<1)+а Ь к ас

——-—^---5-— +(т0а-т1й>7 о> - иоасе -(-^— + Ь)в -

4ии^ - -у.

к с+о (к с+о )а

- иос(] - —5-и н [1о+тоа1с)]« -[тосУ +■ 1 у ■■■—]ь> +

.. (к с+о- )с ; (10+тос )в + [ —— + 11 + (к1с+о'1+* )в = 0 ,

и,(1 11 + 3 ^ 3 и - [I +т а с1 + [т а V--±-4,—?---]о» +

11 V 1101 11 у

(к I )1

а+т^*)? + —3 у 3 V + (кз1= о ; (3)

(к а+-«)е - и .(М, р--V - к_й*> = 0 ,

Для знаходаення необх!дних 1 достатн1х умов ст1якост1 прямо-л1н!йного руху автопо!зда був записаний характернотичний визнач-ник системи р!внянь (3):

аг.Х+С2,

а х+с 12 12

а х+с 22 22

а х+с

32 32

а х+с

42 42

а х +ь х+с

1Э 1Э 13

а х2+Ь х+с

23 2 3 2 3

а х2 +ь х+с

3 3 3 3 3 3

о

а х2+ь х+с

14 14 14

а хг+Ь х+с

2 4 2 4 2 4

а, х +ь х+с

44 44 44

=0,

П1сля розкриття (4) було отримано характеристична р!вняння:

а x +а x +а x +а x +а x +а x +а о 1 г з 4 э с

о.

(4)

(5)

да А.=Г(атп,Ь1т1п,сгпп)-кооф1ц1енти характеристичного визначника.

Ст!йк!сть або нест!йк1сть незбуреного руху р1шення системи диференц!альних р1внянь (I) при стал!й швидкост! в некритичних по А.М.Ляпунову випадках визначаеться знаками д!йсних частин корен1в характеристичного р1вняння (5). Л1ва частина р1вняння зг1дно теорем! Безу представлена у вигляд!:

А П <л-\-> й

%=1 р

(X - 2и_|Х+*

(6)

,___ ^ ^

При Ао>0 у випадку, коли х^<0 1 *о<,0 вс! коеф!ц1енти р1вняння (5) повинн! бути додатн!ми. Це складае необх!дн1 умови ст1йкост! прямомол1н1йного руху авгопо!зда. При !х виконанн! умови Рауса-Гурв1да для р!вняння (5) зводяться до двох умов: дз>0, лз>0, дв

А. А_ А_ О О

д =

э

АЛА,

О АД

а =

Аэ К

К

к к

о

Аз Аь 0

А2 А4Ав А< аэ А,

(7)

Нер1вност1 Ао>0.....V*0, л3>0, ¿„>0, або зг!дно критер1ю Льена-

ра-Шипара нер1вност! любо! з наступних чотирьох груп

1) Ао>0, А2>0, А4>0, Аб>0, ¿1>0, Д3>0, Д5>0;

2) Ао>0, А2>0, А4>0, Ав>0, ая>0, Д4>0, до>0;

3) А(>0, Аз>0, А=>0, Ао>0, Д>0, Дэ>0, Д5>0;

4) А1>0, Аэ>0, Ав>0, Ай>0, Д2>0, Д4>0, Да>0 , е необх1дними 1 достатн!ми умовами ст1йкост1 руху.

Границями област1 ст!йкост1 в простор1 параметр1в слугують г!горповерхн1 Ад=0 1 дэ=0, на пэрш1я з яких е нульовиа кор!нь (простий аба крагнвд), на друг!й -пара чисто комплексних корен!в.

Визначник для в!льного члена Ао характеристичного р!вняння (5) запишеться:

С С С С

11 12 13 14

С С С С

21 22 23 24

С С С С

31 32 33 34

С С С С

41 42 43 44

(8)

да Стп - коеф1ц!енти характеристичного визначника (4).

Розкривши (8) отримаено анал!тичний вираз г1перповерхн1 простору параметр1в, яка е межею м1ж зоною дивергентно! нест!йкост1 1 зоною ст!йкост1 системи (3).

ПвредостаннШ визначник Гурв1ца для характеристичного р1вня-ння (5) мае вигляд:

л =

з

А 1 А и Аэ А 5 0 0

А 2 А 4 К О

0 К А3 Аа 0

0 А0 А2 А, Аа

0 0 ■ А 1 Аз А,

(9)

де А^-коофЗц1енти характеристичного р1вняння (Ь).

Розкривши (9),отримаемй анал!тичний вираз г1перповерхн1 простору параметр1в , яка е межею м1ж флатерною (коливальною) нест!йк1стю 1 асимтотичною ст!йк1стю системи (3).

Для знаходаення траектор1й характерних точок автопо1зда у збуреному рус1 необх!дно про1нтегрувати • сукупну систему диференц1альних динам!чних 1 к!нематичних р1внянь, попередньо прив!вши 11 до нормального виду Кош1. Система (3) при стал1й швидкост! руху (7=сопзг), п1сля . розв-язку в1дносно старших пох1днга запиваться:

atiÜ + ai2« + а эб + a14*> = 4i ; a21Ü + a22« + aj + az<; = q2 ; ^

a3,ü + аз2" + Бзз^' + азS = Чз :

a410 + a42i> + aJ + a^ = q4 ;

Високий порядок системи (10) i склада! залежност! коеф!ц1ен-т1в л1во1 1 право! частин не дозваляють провести виключне анал1-тичне досл1даення. Реально отримати траекторй! характерных точок автопо!зда 1 фазов1 портрети можливо т1льки числовими методами комп'ютерпого моделювання. Для цього розроблена програма CURVI, алгоритм яко! гакий:

1) система (10) розв" язуеться в1даосно друго! пох!дно! у = С~*Вх;

2) вектор у розширяеться до вектора х, тобто матридя С_1В типу (4x6) перетворюеться в матрицю типу (6x6) шляхом добавления двох строк, вс1 елементи кожно! з яких дор1внюють нулю, кр1м одного, рЛвного одинвд!. Остання позначаеться як А.

В результат! !нтегрування отримаемо залежност1 зм!нних (попе-речну швидк1сть центра мае тягача, кутову швидк!сть рискання, кут повороту керованих кол1с ККМ, кут складання причепа 1 1х пох!дн1, курсовий кут, координата центра мае тягача) як функцИ часу: Х4 = u(t) ; Х2 = u>(t) ; Хэ = e(t) ; х4 = ¿(t> ; х, = p(t) ; xö = ¿(t) ; (II)

X, =. v<t) ; xa = xc(t) ; xp = yc(t) ;

В загальному випадку значения експлуатац!йних та конструктивна парамет!в автопо!зда , при яких Ав=0, названо критичними (Г^р), дз=0 - флатерними (П0). Для динам1ки кол!сних машин ёкс-плуатац!йним параметром, який суттево вливае на ст1йк1сть прямо-л!н!йного руху, е курсова швидк1сть V транспортного засобу. Типо-вими е ситуац!!:

V0 - V=V А">0 * V<VKP; А«<0 Ф V>VKP' (12)

дз 7 - игвидк1сть руху автопо!зда; УКр - критичпа швидк1сть руху автопохзда;

л =0 » У=У ; • л <0 -» У>У ; л >0 V<4 , (13)

5 О' 5 О ' 3 О

де 7 - швидк1сть руху автопо!зда; Уо - гранична игоидк1сть коли-вально! нест!йкост1 руху автопо!зда;

Отже 1снують два характерних значения швидкост! руху автопо-1зда У=УКр=Г(Ав) 1 У=Уо=1(й5). Проте 1х приведоння до явного вигляду в зв'язку з великою розм!рн1стю 1 к!льк1стю вх1дяих параметр!в складае в загальному випадку невир1шувану задачу 1 унеможливлое анал!тичл1 метода досл!дження.

Реально отримати вищенаведен1 залежност1 можливо т1льки з до-помогога числових метод1в комп'ютерного моделювання. Програма складаеться з основно! программ 1 двох програм-модул1в, порша з яких обчислюе кооф1ц1снти характеристичного р1вняння, друга -призначена для побудови с!чень простору параметр1в (залежност! екстремальних по ст1якост1 прямол1н1йного руху швидкостой в1д характерних параметр1в автопоХзда). Кр1м того, заштриховуються област1, як1 одночасно задов1льняють умовам А >0 1 & >0, тобто

О 3

област1 ст1йкост1 прямол1н1йного руху автопо!зда.

Критер1ями ст1йкост1 прямол1н1йного руху будуть екстремальн1 швидкост1 7Кр 1 У0, а також област1 г1пэрпростору параметр!в, обмежен! Пперповерхнями Ав 1 д5. Тому результатами числово-анал!тичного досл!дження будуть с1чення простору параметр1в, за допомогою яких можливо проанал1зувати вплив кожного з пара-метр1в на ст!йк1сть руху автомоб1ля та автопохзда.

На прикладг авгопо!зда, масово-геометричн!, конструктивн1 та експлуатац!йн1 параметри якого т0=60 кг, т=898 кг, 10=9 кг/м*, 1=956 кг/м2, 1т=2.19 м, а1 =0.93 м, Ь=1.2б м, Х=3000 Нм/рад , 11=12' Нмс/рад ; причепа: и1=500 кг, 11=175 кг/мг, (30=0.55 м, 11=1.30 м,

Ы -0.05м, проведено досл!даення впливу вар!ац!й кожного з параметр!в на ст!йк1сть руху транспортного засобу. Дослздкення полягало в анал!з1 сОчень простору параметров Скурсова шввдк1сть-параметр] руху автопо!зда та одиночного автомоб!ля для кожного з параметров.

П1сля анал!зу впливу параметров кожного з модул1в на ст1й-кОсть прямолОн!йного руху автомобОля та автошпзда були видОлен1 суттев1 1 несуттевО. параметри.

У третьему роздОлО подана методика вибору та оптим!зац!! конструктивних та експлуатац!йних параметров керуючого кол!сного модуля автопо!зда та автомоб1ля.

Метою створення методики було визначення експлуатацШшх, ма-соБО-геометричши та конструктивних параметров модул1в, як! най-б1льш повно задов!льняли б критер1ям ст!йкост! та кврованост! руху транспортного засобу в д0.апазои0. ексгщуатац1йних швидкостей 1 навантажень. У в1дповОдщостО з цим задач!, як! можливо вир!шувати за допомогою методики, визначен1 наступним чином:

- моделювання прямолОлОйного руху та руху по крив1й рад!уса И з закр!пленим рульовим колесом;

- моделювання прямол1н!йного руху та руху по крив1й рад!уса И з вОльним рульовим колесом;

- моделювання керованого руху, визначеного законом повороту ру-льового колеса;

Розв'язок наведених задач дозволяе отримувати наступи! характеристики ! оЩночн! показники ст!йкост! та керованост! руху транспортного засобу:

1) екстремальн! по ст!йкост! прямол!нОйного руху швидкост! (кри-тичну ! порогову початку коливально! нест!йкост!);

2) характерн! зони ст!йкост! прямол1н!йного руху (асимптотично!

стШкост!, коливально! та диворгентно! ност1йкост1);

3) перех!дн! реакцП на поворот рульового колеса: -характеристика "ривок руля", -характеристика "вих1д 1з повороту",

-швидкий примусовия поворот руля автомоб!ля~тягача з повернутого положения в нейтрально <т1льки для автопоХзда);

4) стал! реакцП на поворот рульового колеса: -характеристика статично! траекторно! керованост!, -залежн!сть зусилля на рульовому колес! в!д бокового прискорення

автомоб!ля.

Розроблен! методи побудови характеристик 1 визначенпя показ-ник!в дозволили виявити як!сн1 та к1льк1сн1 показники ст1йкост1 руху, проанал!зувати вплив суттевих параметр!в на ст!йк!сть та керован!сть 1 визначити напрями зм1ни характеристик для знаход-ження оптимального р!шення.

В четвертому розд!л! наведен! мета ! заедания експеримен-тальних досл1даень, об'екти дорожи 17 тест!в, вим!рювальна та ре-еструюча апаратура, методика проведения досл!даень, анал1з резу-льтат!в експерименту ! оц!нка математично! модел!.

В якост! об'екту для дорожн1х випробувань був використаний експериментальний вантажопасажирсышй автомоб!ль ЛуАЗ-1301 з кол1сною формулою 4*4. В1н оснащений передпьою П1дв1скою св!чного типу, рейковим рульовим коруванням з централыгом. розм!щенням рульового механ!зму, задньою п!дв!скою на косих важ1лях.

В якост! прич!пно! ланки використовувався прич1п вантамйий ЛуАЗ-8148 ТУ 37.206.497-91, обладнаний залежною пружинною п!д-в!скою. Кол!сн! модул! обладнан! рад!альними шинами 175-80 RI3 модел1 KAMA SUPER.

Суть експерименту полягала в досл!дженн! повод!пки автопо!зда

(його переходник реакц!й п!сля сталого прямол!н!йного руху) внасл!док д11 запрограмованого збурення при р!зних конструктивних параметрах рульового керування 1 р1зних експлуатац!йних параметрах автопоХзда. Такими параметрами служили в1дпов!дно поздовш1й нахил шкворн!в керуючого кол!сного модуля 1 курсова швидк1сть прямол!н!йного руху автопо!зда. Запрограмоване збурення автопотзда зд1йснювалось р!зким поворотом рульового колеса з нейтрального положения 1 таким же кого повернанням в попередне з подалыпим утримуванням без корегування.

В результат! експеримелгальш« дослЦрень реакц1й автопо1зда на Д1Ю запрограмованого збурення були отриман1 осцилограми: кута повороту рульового колеса; кута повороту правого керованого колеса; кута складання причепу. На магн!тну пл1вку були записан1 залежност1 в час1 бокового прискорення центру мае ! курсового кута тягача, як1 в подалыюму були перетворен! в цифрову форму з допомогою сгюц!ального комп'ютерного програмного забезпечення 1 приведен! до табличних фаиМв даних. Для зручност! досл!джень, осцилограми були дискретизован! ! також введен! до табличного формату даних та пом!щен! у в!дпов!дн! файли, на основ! яких були отриман! граф!чн1 залежност1 в час!, приведен! на рис.2.

На цих граф!ках, для пор!вняння, представлен! також анал!ти-чн1 результат!! числового комп'ютерного моделювання руху автопо-!зда внасл!док д!1 збурюючо! сили, визвано! "ривком руля".

Анал1зом результатов експериментальних досл!даень доказана адекватн!сть розроблено! математично! модел! автомоб!ля та авто-похзда 1, зокрема, встановлено, що розрахунков! крив1 кут!в повороту керованих кол!с тях-ача, кута складання причвпа, курсового кута, бокового прискорення центра мае тягача з достатньою точн1с-тю описують (сальн! Д1шам!чн! процеси, виклжан! збуренням транс-

о -20 в, рла

О. 04 0. 02 О.ОО -О. 02

р»а 0.12 О. lo О. 08 О, 06 0.04 О. 02 0.00 -О. 02 -0.04

Ну, м/с*с

■}

C=-0/OStî

/ V

- А 7 \\

- а \ J \

1 1 1 1

// \ N

// \n

\

¡ /

if \ \ 7 ч

Jf \

/ //

I

/ Л

W'

fi \

». A . A,'«

Рис. 2. .Пор1еняння анад1тичних i експериментальних реактй автопоезда при KVpcoBiH швнцкоеп V-4.0 км/ч: — - pospaxymtoBi: ___ - експериментальт.

портного засобу. Кр1м того, доведено, що автопо!зд з тохн1чними характеристиками та конструктквними 1 експлуатацХйними параметрами, як! використовувались в ход! експерименту, с ст!йким.

ЗАГАЛЫП ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦИ

1. Розроблена математична модель руху двохланкового авто-похзда у склад1 ведучо! ланки - Тягача з керуючим кол1сним модулем (ККМ) 1 ведено! ланки - причепу, яка на в!дм1ну в1д традиц!й-них моделей враховуе додаткову ступ!нь вол1, створену кутовими коливаннями ККМ. Поряд з цим, з метою пор!вняльного анал!зу роз-роблен1 також математичн1 модел! руху автопо!зда в традшдйн1й постанови! та руху одиночного автомоб!ля з б!льш детальним ураху-ванням його параметр!в.

2. За допомогою системи диферешдальних р!внянь збуреного руху автомоб1ля 1 автопо!зда визначен1 критерП ст1йкост1 для випадку коли незб}феним е прямол1н1йний рух ек!пажу з стало» шви-дк!стю. Р1вняння керованого руху автопогзда i автомоб!ля позитивно в1дзначаються тим, що вх!дним сигналом для моделювання руху транспортного засобу е залажШсть в час! кута повороту ру-льового колеса транспортного засобу.

3. Розроблена методика визначення критичних швидкостей втрати ст!йкост! автомоб!ля 1 автопоХзда при р!зних конструктивних та експдуатащшгах параметрах. Методика визначае облает! асимптотич-но! ст!й1сост!, коливально! та дивдргентно! нест1гкост! руху транспортного засобу.

4. На ochobI числово-анал1тичного моделювання показаний вплив масово-геометричних, конструктивних та експлуатац!йних параметр!в на ст1йк!сть руху автомоб!ля i автопохзда. Вид!лен! суттев! та несуттев! параметри. Зокрема встановлено, що суттевий вплив на

ст!йк1сть руху, як автомоб1ля так 1 автопо!зда справляють наступ-н1 параметри: поздовжн1й нахил шкворня ККМ, коеф1ц1ент жорсткост1 рульового керувэння, коеф!ц!енти в1дведенпя та стаб!л1зац!1 шин, положения центра мае причепа. В той же час кооф1ц1ент в'язкого тертя в рульовому привод! ККМ, момент 1норц11 ККМ, момент 1перц11 причепу впливають т1льки на характер коливальних прошс1в системи.

5. Проведено пор1вняльний анал1з ст1йкост! прямол1н1йного руху одиночного автомоб1ля 1 автопоХзда з одааковими параметрами. Характер кривих с1чень простору параметр1в вказаних транспортних засоб1в дае змогу зробити висновок, що причеп впливае т1льки на к1льк1сн1 показники ст1йкост! 1 не впливае на як1сн1.

Встановлено, що автопо1зд з конструктивними та експлуатац1й-ними параметрами,• числов1 значения яких наведен1 у другому розд!л1, 1 виносом керованих кол1с в1д 0.01 до -0.027 м е ст1йким в межах експлуатац1йних швидкостей (до 120 км/ч) та навантажень.

в.Внасл!док математичного моделювання доведена правом!рн1сть анал1тичних вираз!в для критерПв критично! швидкост1 втрати ст!йкост1 та порогово! швидкост1 початку, коливально! нест1йкост1 звтомоб!ля i автопо!зда, що вит1кае 1з повед!нки власних значень характеристичного визначника системи. В зон1 ст!йкост! прямол!н!-йного руху вс1 ш!сть д1йсних частин корен1в визначника в!д'смн1. В зон! давергентно! нест!йкост! з'являеться один додатн!й д1йсний кор1нь, а в зон! коливально! нест1йкост! два д!йсних кореня визначника в1д'емн!.

7. Розроблена методика визначення впливу експлуатац!яних, масово-геометричних та конструктивних параметр1в керуючого кол!сного модуля за критер!ями ст1йкост! руху автотранспортного' засобу дозволяе моделювати прямол!н!йний pyx i pyx по колу з

закр1плвним та в!льним рульовим колесом, а також керований рух визначений законом повороту рульового колеса.

Рэал1зований у пакет1 комп'ютерних програм алгоритм дозволяе отримати результата розрахунк1в у вигляд1 граф!к!в 1 с!чень простору параметр!в, як! зручн! як у наукових досл1даеннях, так i при конструюванн1 автомоб1л1в.

8. Дорожи! випробування п1дтвврдили достов1рн1сть результат1в комп'ютерного модзлювання за створеною методикою, що вказуе на достатшо адвкватн1сть розроблено! математично! модел!. При одна-ковому як1сному характер! вкспериментальних 1 анал1тичних кривих максимальн1 в!дхилення ампл1туд коливання досл!джуваних парамет-р1в не торевищили 8 % , похибка в1дхилення коливань по фаз1 не даревищила 36 % .

9. Методика вибору та обгрунтування масово-геометричних та конструктивних парметр!в кол1сних модул!в за критер1ями ст1йкост! руху транспортного засобу впровадаена в технолог1чний процас вдосконалення сер1йних та конструювання перспективних моделей автомоб1л!в в конструкторсько-експериментальному в1дд1л! Луцького автомоб1льного заводу.

OCHOBHI РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦ11 ОПУБЛ1КОВАН1 В ТАКИХ ПРАЦЯХ:

1.Барилович Е.Л., Вакулич A.B. Всеколэснов рулевое управление- и перспективы его использования на автомобилях и автопоездах.-Проблеми автомоб!льного транспорту на сучасному втап!: Матер1а-ли м1жнародио! науково-техн!чно1 конференцП (20. .21 чэрвня 1996 р.). Ки1в, УТУ, 1996 р., С.184-186.

2.Сахно В.П.., Вакул1ч A.B. Алгоритм 1 програма знаходаення екст-ремальних по ст1йкост! прямол!н!йного руху швидкостей авто-похзда та побудови областей ст!йкост! 1 нестШгаст!..- Проблеми

авгомоб1льного транспорту на сучасному етап1: Матер1али м1ж-народно! науково-техн1чно! конференцИ (20. .21 червня 1998 р.). Ки1в, УТУ, 1996 р., с.170-172.

3.Сахно В.П., Вакул1ч A.B. Вплив конструктивних парамвтр1в керо-ваного кол1сного модуля на ст1йк1сть прямол1и1йного руху авто-моб!ля та автопо1зда.-Прац! зах1дного наукового центру: Проек-тування, виробництво та експлуатац1я автотранспортних засоб1в 1 по1зд1в, Льв!в-Трускавець, Т.З, с.116-120.

4.Сахно В.П.,Вакул1ч A.B. До створення методики визначення параметр^ керованост1 та ст1йкост1 руху автотранспортних засоб1в за допомогою ПЕОМ.// Прац! 3-1 Укра1нсько1 конференцИ з автоматики керування ("Автоматика 96"): Севастополь, 9-15 вересня 1996 р. - Т.З -Севастополь: СевДТУ, 1996. -с. 92.

б.Вакулич A.B. Математическая модель автопоезда с учетом управляющего колесного модуля. Укр. трансп. ун-т -Киев, 1995, -7с.:ил. -Библиогр.:4 назв.-Рус.-Доп. в ГНТБ Украины. б.Вакулич A.B. Области устойчивости прямолинейного движения двухосного автопоезда с учетом управляющего колесного модуля (УКМ) в пространстве параметров.-Тезисы докладов Украинской конферен-нции "Моделирование и исследование устойчивости систем".-Киев, 1995, с.24.

АННОТАЦИЯ

Вакулич A.B. Выбор и обоснование конструктивних параметров управляющего колесного модуля двухзвенного автопоезда по критериях устойчивости движения.-Рукопись.-Диссертация на.соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02-Автомобили и тракторы. Украшений транспортный университет, Киев, 1997.

Разработана математическая модель прямолинейного и управляемого движения автомобиля и автопоезда с помощью которой исследовано влияние массово-геометрических, конструктивных и эксплуатационных параметров на устойчивость движения.

Предложена методика выбора и обосновання параметров управляющего колесного модуля позволяет на стадии конструирования формировать необходимые эксплуатационные свойства устойчивости и управляемости автомобиля и автопоезда.

Ключевые слова: автомобиль, автопоезд, управляющий колесный модуль, устойчивость.

ABSTRACT

Vakkulych A.V. Choice and ground for constructive parameters ol two-linta auto-trsin steering wheel modulus according to stability traffic criteria. Dissertation theais lor the academic degree of candidate oi science on speciality СБ.22.02 - Automobiles and tractors. Ukranian Transport University, Klyv, 1997.

Calculated rectilinear and control automobile and auto-train traffic mathematic model helps to reserch the influence of wieght-geometric, constructive and maintenance parameters on stability automobile and auto-train traffic.

Proposed choise and grond methods of steering wheel modulus parameters let form песеззагу maintenance characteristics of automobile and auto-train stability and steering on the construction stage.

Keywords: automobile, auto-traln, steering wheel modulus, stability.