автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Выбор рациональных характеристик рессорной подвески по показателям управляемости и устойчивости автомобиля

ВВЕДЕНИЕ.—.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ РАБОТ В ОБЛАСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕССОРНЫХ ПОДВЕСОК.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕССОРНОЙ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ.

2.1. Анализ работы рессорной автомобильной подвески.

2.2. Матема тическая модель рессорной подвески автомобиля.

2.2.1. Методика формирования математической модели и моделирования рессорной автомобильной подвески.

2.2.2. Основные зависимости для конечного элемента стержня.

2.2.3. Матрицы связи между компонентами перемещения концов стержней и компонентами перемещения узлов всей конструкции.

2.2.4. Матрица жёсткости конструкции как сумма дополнительных матриц жёсткости стержней

2.2.5. Уравнения свободных перемещении и реакций опор.

2.2.6. Учет геометрической и физической нелинейности конструкции.

2.3. Общая схема применения метода конечных элементов к моделированию подвески автомобиля

2.4. Определение переда точных ф ункций подвески.

2.5. Выводы

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ

АВТОМОБИЛЯ.-.

3.1. Общее описание движения автомобиля.

3.2. Кинема тические переда точные функции подвески.

3.3. Обобщенные силы.

3.4. Продольные и боковые реакции на колесах автомобиля.

3.5. Углы увода колес

3.6. Вертикальные реакции на колесах.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОВЕРКЕ АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕССОРНОЙ ПОДВЕСКИ. —.

4.1. Лабора торный эксперимент.

4.2. Дорожный эксперимент.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕССОРНОЙ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ НА КРИТЕРИИ УПРАВЛЯЕМОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМОБИЛЯ.—

ВЫВОДЫ.-.-.-.-.-.—

В настоящее время с ростом скоростей движения и интенсивности потоков достаточно остро стоит проблема безопасности движения. Вследствие чего, жесткие требования предъявляются к конструкции современных автомобилей. Большое внимание уделяется активной безопасности, которая во многом определяется свойствами устойчивости и управляемости.

Управляемость и устойчивость в значительной степени определяется конструкцией подвесок автомобиля. Среди, различных, конструктивных схем подвесок можно выделить подвеску на листовых рессорах, в которой рессора является одновременно упругим, направляющим и часто гасящим элементом. За многие годы эксплуатации автомобилей с рессорной подвеской было проведено много работ по исследованию режимов ее работы. В последнее время на легких грузовиках и легковых внедорожниках широко применяются малолистовые полуэллиптические рессоры. Эти автомобили предназначены для эксплуатации на дорогах общего пользования и могут двигаться с большими скоростями, поэтому для них достаточно актуальна проблема устойчивости и управляемости.

Для уменьшения времени проектирования нового автомобиля и получения оптимального результата необходимо знать степень влияния различных параметров подвески на свойства управляемости и устойчивости автомобиля.

Для прогнозирования свойств управляемости и устойчивости автомобиля с рессорной подвеской на стадии проектирования разработчикам требуется механизм для их оценки, поэтому моделирование рессорной подвески и исследование ее поведения в составе автомобиля с точки зрения устойчивости и управляемости автомобиля весьма актуально.

выводы.

1. Разработана методика формирования конечномерной модели рессорной подвески автомобиля и порядок моделирования.

2. Создана математическая модель сборки листов рессоры автомобиля на основе решения нелинейной геометрической задачи и получены компоненты матрицы жесткости и геометрической матрицы для конечного элемента стержня, учитывающие особенности работы рессоры автомобиля.

3. Разработана математическая модель рессорной подвески автомобиля на основе применения метода конечных элементов, позволяющая учитывать влияние основных геометрических параметров рессоры, ее сечений, установки, характеристик материала рессоры и т.д. на показатели управляемости и устойчивости автомобиля.

4. Предложено двухфакторное описание передаточных функций подвески, устанавливающее взаимное положение подрессоренных и неподрессоренных масс при известных кинематических перемещениях кузова и действующих внешних силовых факторах. Разработанные однофакторное и двухфакторное описания передаточных функций рессорной подвески адаптированы к общей математической модели автомобиля и выполнен ряд расчетов при движении на установившихся и переходных режимах. Проведенные лабораторные и дорожные экспериментальные исследования автомобиля УАЭ-3160 подтвердили адекватность разработанной математической модели автомобиля с рессорной подвеской. Расхождение теории с экспериментом при динамических испытаниях «рывок» и «змейка» не превысили 5.20%.

5. Выполненное теоретическое исследование влияния характеристик рессорной подвески на показатели управляемости и устойчивости автомобиля позволило установить следующее:

91

- наибольшее влияние на поведение автомобиля оказывают параметры Н, Hmax. В, Ег; степень влияния параметров Bl, EV; S в среднем меньше на 40. .60%;

- влияние характеристик рессоры на запасы стабилизирующего момента (18.20%) существенно превышает их влияние на, запасы управляющего момента (8. 10%); однако в отношении эффективностей управления и стабилизации их влияние примерно одинаковое (до 14-16 %);

- наибольшее влияние параметры рессоры оказывают на показатели рывка (до 60.80%), статической чувствительности к управлению (до 30. 32%), статической поворачиваемости (до 22.24%), устойчивости против опрокидывания (до 30. .32%);

- влияние характеристик рессоры на основные показатели АЧХ и ФЧХ, такие как эквивалентное время запаздывания реакции и фазовый сдвиг на частоте 0.75 гц, в целом невелико и не превышает 6.8%; в тоже время параметры рессоры существенно влияют нпа форму АЧХ, что находит отражение в изменении показателя колебательности и коэффициента усиления на типовом режиме (до 34 - 40 %).

6. Выполненные исследования позволили сделать рекомендации по изменению конструктивных параметров рессорной подвески автомобиля УАЗ-З160, которые были переданы в УГК УАЗ.

1. Абдуразанов А.А. Исследования влияния кинематической схемы направляющего аппарата подвесок на управление и устойчивость движения с помощью экспериментального автомобиля-макета. Автореф. дис. канд. М.: 1971.

2. Александров А. Я. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. —М.: Наука , 1973 .

3. Антонов И.С. Расчет усилий в стремянках рессор. "Автомобильная промышленность", 1997 N9.

4. Атмегов В.Ф. Исследование систем подрессоривания автомобиля с учетом условий эксплуатации и влияние его колебаний на скорость движения. Автор, дис. канд. Курган 1981.

5. Баранов А.А. Исследование влияния основных компоновочных и конструктивных параметров на плавность хода двухосных грузовых автомобилей, Диссертация, МАДИ, 1971 .

6. Бахвалов Н. С. Численные методы.— М.: Наука, 1973.

7. Бахмутов С.В., Рыков Е.О., Шемякин Ю.В. Силовой метод оценки устойчивости и управляемости автомобиля. -М.: Автомобильная промышленность №3, 1991.

8. Бахмутов С.В., Рыков Е.О., Шемякин Ю.В. Для оценки активной безопасности автотранспортных средств. М.: Автомобильная промышленность №9, 1989.

9. П.Бидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М.: Наука, 1972.

10. Билстейн А. Альтернативная оптимизация активной подвески./ Пер. с нем. Технологии №3, 1996.

11. Болотин В. В. Случайные колебания упругих систем. М.: Наука, 1979 .

12. Брылев В. В, Коваленко И. И, Мирзоев Г. К. Математическая модель автомобиля для исследования его управляемости. Сб. науч. трудов. МАМИ, 1975.

13. Брылев В.В. Исследование влияния угловой жесткости подвески на управляемость и устойчивость автомобиля. Диссертация, МАМИ, 1972 .

14. Веденеев Н. К. Развитие конструкций подвесок автомобиля. Сборник статей. М.: АН СССР. 1980 .

15. П.Виноградов В.Н. Износостойкость сталей и сплавов. М.: Нефть и газ, 1994 .

16. Витковский С. JI. Определение динамической характеристики рессоры по кривой свободных колебаний подрессоренной массы автомобиля. Тезисы докладов. Братск: БрИН 1996 .

17. Воеводенко С.М. Повышение виброзащитных свойств подвески грузовых автомобилей на основе анализа динамических характеристик листовых рессор. Диссертация, НАМИ, 1986 .

18. Волков П. М. Колебание автомобиля. Вестник инженеров и техников №11, 1937.

19. Гинзбург Jl.Jl. Фиттерман Б.М. Некоторые вопросы управляемости автомобиля. НИИАВТОПРОМ, "Автомобилестроение" 1968 .

20. Гинцбург Л. Л. Устойчивость управляемого движения автомобиля относительно траектории. М.: Автомобильная промышленность №9, 1977 .

21. Гинцбург Л. Л. Некоторые вопросы управляемости автомобиля. М.: Автомобильная промышленность № 11, 1964.

22. Глух Б. А Рессоры листовые. Энциклопедический справочник. -М.: Машиностроение 1958 .

23. Глух Б. А, Бидерман В. Л. Рессоры листовые. Энциклопедический справочник Машиностроение. М.: Машгиз, 1948 .

24. Глух Б.А. К расчету автомобильных рессор. Труды НАТИ, Машгиз, 1941.

25. Горелик А. М. Экспериментальное определение режимов работы рессор автомобиля. -М.: Автомобильная промышленность №1. 1965.

26. Горелик А. М. , Костылев В. В. Определение характеристик листовых рессор на гидропульсационном стенде. М.: Экспресс информация НИИНавтопром. Вып. 11, 1976.

27. Гост 3396-90. Рессоры листовые автотранспортных средств. Издательство стандартов, 1990.

28. Гриб В. В. Расчет ресурса и износа узлов трения численными методами М.: Наука, 1983 .

29. Гришкевич А. И. Применение ЭВМ при конструировании и расчете автомобиля. Мн.: Высш. шк. 1978.

30. Гришкевич А. И., Бусел Г. Ф. Проектирование трансмиссии автомобиля. Справочник. М.: Машиностроение, 1984.

31. Давыдов А.Д. Планирование эксперимента при испытании автомобиля по оценке устойчивости управления. Труды НАМИ, 1985

32. Давыдов А.Д. Новое в методах испытаний- М.: Автомобильная промышленность №5, 1995.

33. Давыдов А.Д., Майборода О.В. Нормирование показателей устойчивости управления автомобиля. М.: Автомобильная промышленность №12, 1983.

34. Деклу Ж. Метод конечных элементов. М.: Мир, 1976.

35. Дышман Б.М. Расчет основных параметров рессор с учетом металлоемкости. М.: Автомобильная промышленность №4 1960.

36. Дьяков И.Ф. Теоретические основы оптимизации параметров автомобиля на стадии проектирования. Автор, дис. канд. -Ульяновск: 1996.39. Ёлыплегер X. Таутенхан В. Влияние кинематического увода оси на управляемость автомобиля, Журнал АТЦ, № 92 1990.

37. Илларионов В.А. К оценке устойчивости и управляемости автомобиля. М.: Автомобильная промышленность № 2, 1992.

38. Калахен Д. Однолистовые рессоры Роквелл. Автомобильные новости США, 1987 .

39. Карунин М.А. Моделирование рессорной подвески при исследовании управляемости и устойчивости автомобиля. Материалы конференции ААИ 1999-2000 вып.7, стр. 237-247, Дмитров-7, Моск. обл., НИЦИАМТ.

40. Кондрашкин С.И, Контаистов С.П. Принципы построения математических моделей динамики движения автомобиля. М.: Автомобильная промышленность №7, 1979.

41. Кравец В.Н. Особенности испытания внедорожных специализированных автомобилей на устойчивость и управляемость. М.: МАМИ в сб. Надежность и активная безопасность автомобиля, 1985.

42. Крюков А.Д. Методика подбора стержневой подвески. Среднее Машиностроение №4, 1948.

43. Крюков А.Д. Методика подбора стержневой подвески, «Среднее машиностроение» №4,1948 .

44. Кузьменко А.Г. Основные уравнения теории упругости и пластичности, метод конечного элемента. Тула.: ТПИ, 1980 .

45. Курдюмов А. А., Постнов В. А. Применение алгоритма Гаусса. В кн : Строительная механика корабля. JL: Судостроение, 1961,

46. Дата В.Н. Выбор и исследование критериев управляемости автомобиля по частотным характеристикам его реакций на управление. Автореф. дис. канд. М.: 1989.

47. Левит В.Н. Влияние конструктивных схем подвесок на устойчивое прямолинейное движение автомобилей. Автор, дис. канд. М.: 1973 .

48. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М., Машиностроение, 1971.

49. Мариейбах Ю.Л. Исследование управляемости и устойчивости движения автомобиля на прямолинейных участках пути. Автор, дис. канд.- М.: 1969 .

50. Марун Г. Теоретические основы подвески автомобиля, ОНТИ, 1936.

51. Мерзликин П. А. Исследование влияния кинематики подвески на управляемость автомобиля при криволинейном движении. Автор дис. канд. М.: 1986.

52. Моргунов В. П. Фуфаев Н. А. Уравнение движения автомобиля для исследования его управляемости. -М.: МАМИ , 1985.

53. Морозов Б.И. Динамика управления движением автомобиля. Автор дис. канд. М.: 1973 .

54. Мяченков В.И., Мальцев В.П. Методы и алгоритмы расчета пространных конструкций на ЭВМ ЕС. М.: Машиностроение, 1984.

55. Носенков М.А, Бахмутский М.М, Торно В.М. Влияние чувствительности автомобиля к повороту руля на управляемость и устойчивость движения. М.: Автомобильная промышленность №4 , 1980.

56. Носенков М.А. Исследование влияния некоторых характеристик автомобиля на его управляемость. Диссертация, МАМИ, 1971.61.0ден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред, Мир, 1976.

57. Островцев А.Н. Основы проектирования автомобилей. М., Машгиз, 1968.

58. Панков В.Т. Расчет параметров плавности хода автомобиля с учетом упругости узлов крепления и инерционного сопротивления в амортизаторах, потерь энергии при колебаниях и теплового режима работы амортизатора". Диссертация, МАДИ, 1984.

59. Пархиловский И.Г. Теоретическое и экспериментальное исследование работы рессорных профилей специальных сечений. -Г.: 1972 .

60. Пархиловский И. Г. Определение статической стрелы прогиба рессоры. Автомобильная промышленность №9, 10,3 1946

61. Пархиловский И.Г. Опыт проектирования, испытания и эксплуатации листовых рессор автомобилей Горьковского автозавода. Сборник статей.-М.: Машгиз. 1953 .

62. Пархиловский И.Г. Статическая динамика колебаний и расчет оптимальных характеристик элементов подвески автомобилей. Диссертация, МАДИ 1971 .

63. Певзнер Я.М. Теория устойчивости автомобиля. —М.: Машиностроение 1956 .

64. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Особенности алгоритмизации метод перемещений при учете дополнительных связей.— Труды ЛПИ, 1976, вып. 349.

65. Петренко A.M. Прогрессивные листовые рессоры. -М.: Автомобильный транспорт №11 1964 .

66. Постнов В.А. Численные методы расчета судовых конструкций, Л., Судостроение, 1977.

67. Потапов М. Л., Сакало В. И. Решение контактной задачи для пакета листовых рессор. Деп. в ВИНИТИ, 1998 .

68. Потапов М. Л. К вопросу о проектировании рессор с прогрессивной упругой характеристикой. В сб.: Динамика и прочность транспортных машин, Брянск, БГТУ, 1998 .

69. Потапов М.Л. Геометрический нелинейный изгиб, контактное взаимодействие и износ в пакетах листовых рессор. Брянск: БГТУ, 1999.

70. Пржеминицкий Е.С. Матричный метод исследования конструкций на основе анализа подструктур.— Ракетная техника и космонавтика, 1963, № 1.

71. Раис Дж. Матричные вычисления и математическое обеспечение: Пер. л. М.: Мир, 1984.

72. Раймпель Й. Шасси автомобиля. Элементы подвески. / пер. с нем.; Под ред. И. Н Зверева, М.; Машиностроение, 1987 .

73. Раймпель Й. Шасси автомобиля/ пер. с нем. В. П. Агапова; Под ред. И. Н Зверева. М.; Машиностроение, 1983 .

74. РД. 37. 052. 291. 93. Методика экспериментального определения характеристик управляемости и устойчивости легкового автомобиля с помощью силового автотестера. НИЦИАМТ, 1993.

75. Ротенберг Р.В. Влияние параметров подвески на устойчивость автомобиля. Труды Академии БТВ, N1, 1950.

76. Рыков В.И. Разработка силового метода для экспериментального исследования устойчивости и управляемости автомобиля. Автореф. дис. канд. -М.: 1990 .

77. Селифонов В.В. Гируцкий О.И. Устойчивость автомобиля против заноса и опрокидывания. МАМИ, 1991.

78. Селифонов В.В. Титков А.И. Статические характеристики управляемости автомобиля. Учебное пособие. МАМИ. 1991 г.

79. Слыхов А. А. Обеспечение работоспособности транспортных средств путем уточнения метода расчета несущих конструкций при их проектировании и ремонте. Автореф. дис. канд.- Оренбург: 1998 .

80. Слыхов А.А. Исследование нагруженности автомобильных листовых рессор при кручении. Диссертация, ВИСМ, 1978.

81. Степанов И.С. Исследование плавности хода и режимов работы элементов подвески короткобазного грузового автомобиля. Диссертация МАМИ, 1972.

82. Стренг Г. Теория метода конечных элементов, М. Мир, 1977

83. Тарутин А.А. Приближенный метод проектирования рессор прогрессивно- переменной жесткости. НАТИ, вып. 46, Машгиз, 1947.

84. Тарутин А.А. Усовершенствование подвески автомобиля. М.: Автомобильная промышленность №5, 1950.

85. Тарутин А.А. Приближенный метод проектирования рессор прогрессивно- переменной жесткости. Труды НАТИ, вып. №46, 1947.

86. Тарутин А.Н. Расчет симметричной листовой рессоры. "Автотракторное дело" 1939 г. N4

87. Тимошенко С. П. Теория упругости. М.: Наука, 1986 г.

88. Тимошенко С. П. Механика материалов. М.: Мир, 1976.

89. Успенский И. Н. Исследование деформации кручения листовой рессоры. -Г.: Конструкции автомобилей и снегокатных машин. Труды ГПИ 1965 .

90. Фадеев Д.К., Фадеева В.Н. Вычислительные методы ли-нейной алгебры. М., Физматгиз, 1963.

91. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М., Машгиз, 1963 .

92. Фалькевич Б.С. Исследование влияния схемы подвески автомобиля на его эксплуатационные качества. Сборник "Подвеска автомобиля", изд. АН СССР, 1951.

93. Фаробин Я. Е, Гринберг Н. С. Разработка методологии комплексной оценки управляемости автомобильных транспортных средств. -М.: Изд. вузов машиностр. № 4, 1988.

94. Феодосьев В.И. Об одном способе решения нелинейных задач устойчивости деформируемых систем. ПММ, 1963, вып. 2.

95. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986.

96. Филин А. П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. -М.: Наука, 1975.

97. Филин А.П. Приближенные методы математического анализа, используемые в механике деформируемых тел. Д., Стройиздат, 1971.

98. Филин А.П. Современные проблемы использования ЭЦВМ в механике твердого деформируемого тела. Д., Стройиздат., 1974.

99. Хачатуров А. А. Устойчивость управляемого движения автомобиля. Сборник статей. -М.: Машиностроение 1991.

100. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. Машгиз, 1950.

101. Шайдуров В. В. Многосетчатые методы конечных элементов, М., 48 Наука, 1989.

102. Эйлер Л. Метод нахождения кривых линий, обладающих свойством максимума и минимума, или решение изопериметрической задачи, взятой в самом широком смысле, Приложение 1; Об упругих кривых. М.: Гостехиздат, 1934 .

103. Янг И., Гак А. Оптимизация полуактивной подвески. / Пер. с англ. -Автомобили №3, 1995.

104. Яценко Н.Н. Исследование упругих характеристик рессор при кручении. М.: Автомобилестроение. НИИавтопром, №1 1970.

105. Allen R., Wade, Henry Y., Donald E. Test methods and computer modeling for the analysis of ground vehicle handling " SAE techn Pap Ser", 1986.

106. Anderson K. Variable ride height vehicle suspension. Air. Log. Ltd. № 9322024,1995.

107. Anderson R. Dynamic Stability of Automobiles , Cancan 77, Vancouver ВС, Canada, 1977.

108. Argyris J. H. Mareczek G. Potential Flow Analysis by Finite Elements.— «Ing. Arch»., 1972, vol. 42, No. 1.

109. Bergman W. The Traction Veasurement on the Road and the Laboratory. SAE № 700369.

110. Cech I. A full car roll model of a vehicle with controlled suspensions. Vehicle Syst. Dyn № 6, 1994.

111. Gallagher R. H. Finite Element Analysis: Fundamentals. New Jersey, «Prentice-Hall», 1975.

112. Hackbusch W. Multi-grid convergence for a singular perturbation problem Linear Algebra Appl. 1984, -V. 58, №1.-P. 125-145.

113. Harada Hiroshi. Nihon kikai gakkai ronbunshu. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. №578, 1994.

114. Hedrik J. Observer design for electronic suspension applications. Vehicle Syst. Dyn № 6, 1994.

115. Johnson C. Pitk Siranta Ju. Analysis of some mixed finite element methods related to reduced integration. Math. Comput. 1982. -V. 38, №158.-P. 375-400.

116. Jung M. Finite element multi-grid package FEMGP (November 1985 version). 169. -P. 103-107.

117. Rowell H.S. Principal of Vehicle Suspension, Proc. of the I.A.E., 1922 -1923, part 11.

118. Sung M. Convergence rates of multi-grid methods for solving plane, linear elasticity problems .169.-P. 88-102.

119. Trusscoti A. Composite active suspension for automotive vehicles. Сотр. and Contr. Eng.№ 3,1994 .

120. Venhovens P. The development and implemenfation of adaptive semi-active suspension control Vehicle Syst. Dyn.№ 23, 1994.