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

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

На правах рукописи

РГБ ОД

- ПНР 2305

КАРУНИН МАКСИМ АНАТОЛЬЕВИЧ

УДК 629.1.075

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕССОРНОЙ ПОДВЕСКИ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ УПРАВЛЯЕМОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

/

Работа выполнена на кафедре «Автомобили» Московского государственного технического университета «МАМИ»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ-

С.В.БАХМУТОВ - профессор, кандидат технических наук

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

Ю.К. ЕСЕНОВСКИЙ-ЛАШКОВ - доктор технических наук, профессор А.Д. ДАВЫДОВ - кандидат технических наук

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

21 НИИИ МО РФ

Защита диссертации состоится 27 декабря в 16.00 на заседании специализированного Совета К063.49.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 105023, г. Москва, ул. Б.Семеновская, 38, МГТУ «МАМИ», ауд. Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета.

Автореферат разослан 27 ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент В.И.Порядков

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Листовая рессора является одним из наиболее распространенных упругих элементов и находит свое применение на современных автомобилях. За многие годы эксплуатации автомобилей с рессорной подвеской было проведено много работ по исследованию режимов ее работы, вследствие чего появилось несколько разновидностей рессор. Малолистовые рессоры широко применяются на легких грузовиках и легковых внедорожниках. Эти автомобили предназначены, в частности для эксплуатации на дорогах общего пользования и могут двигаться с большими скоростями, поэтому для них достаточно актуальна проблема устойчивости и управляемости. Показатели управляемости и устойчивости в наибольшей степени определяют активную безопасность автомобиля. Для определения этих показателей необходимо определить реальное положение моста на рессорах с учетом деформаций под действием внешних сил и моментов.

Исходя из анализа методов проектирования рессоры, можно сказать, что при расчете рессоры основное внимание уделяется определению упругих характеристик рессор и их прочностному расчету. Для уменьшения времени проектирования нового автомобиля и получения наилучшего 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 проблема моделирования рессоры, рессорной подвески и исследования ее поведения в составе автомобиля с точки зрения устойчивости и управляемости автомобиля весьма актуальна.

Целью диссертационной работы является создание методики и алгоритма моделирования рессорной подвески, разработка алгоритма и прикладного программного продукта для исследования их функциональных параметров и напряженно-деформированного состояния на различных режимах движения автомобиля и определение рациональных конструктивных параметров рессорной подвески по показателям устойчивости и

управляемости.

Задачи исследования:

- Разработать математическую модель листовой рессоры, а также методику и алгоритм ее расчета при сборке листов в пакет.

- Разработать математическую модель рессорной подвески автомобиля, методику и алгоритм для исследования ее функциональных характеристик.

- Создать пакет прикладных программы на базе ПЭВМ для исследования упругой характеристики и напряженно-деформированного состояния рессорной подвески автомобиля.

- Исследовать влияние различных конструктивных параметров рессорной подвески на показатели управляемости и устойчивости автомобиля.

- Определить рациональные параметры рессорной подвески по показателям управляемости и устойчивости.

Методы исследования. В работе использованы математические методы моделирования автомобиля и его систем, методы математического анализа и статистические методы планиртваиия и обработки эксперимента.

Объект исследования: Легковой автомобиль среднего класса повышенной проходимости.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Исследованы варианты итерационных алгоритмов для моделирования сборки листов рессоры в пакет, разработана математическая модель рессорной подвески и ее взаимодействие с кузовом автомобиля на основе метода конечных элементов. Получена для геометрически нелинейных стержневых систем матрица жесткости и геометрическая матрица, что позволяет более точно представлять реальную конструкцию рессоры и подвески.

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

- 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 статические показатели.

- Разработан алгоритм расчета функциональных параметров, листовых рессор с учетом совместного действия сложных нелинейных явлений, таких как: геометрическая нелинейность при изгибе листов; неопределенность площадки контакта между концами листов.

Проведено исследование и определена степень влияния отдельных конструктивных параметров рессорной подвески на показатели управляемости и устойчивости автомобиля, и указаны пути выбора их рационального выбора.

Практическая ценность. Разработанная система проектирования и моделирования, подвески автомобиля на основе листовых рессор, позволяет повысить конструктивное разнообразие и эксплуатационные качества систем рессорного подвешивания, способствуя совершенствованию конструкции автомобилей. На основе указанного алгоритма с помощью средств объекто-ориентированного программирования для Windows написана прикладная расчетная система, позволяющая исследовать подвеску из листовых рессор. Система имеет возможность настройки параметров модели и режимов нагружения и может быть использована для исследовательских и проектных работ.

Проведенное исследование и полученные результаты оценки влияния отдельных параметров конструкции рессорной подвески на показатели управляемости и устойчивости автомобиля могут быть использованы при проектировании новых конструкции.

Реализация работы. Результаты проведенных исследований переданы в УГК УАЗ и будут использованы для совершенствования перспективного семейства автомобилей на базе УАЗ-3160.

Аппробация работы. Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Автомобили» Московского Государственного Технического Университета «МАМИ».

Публикации. По теме диссертации опубликовано If печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов. Работа в целом содержит 125 страниц машинописного текста, 38 рисунков, 23 таблицы, список использованной литературы из 128 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность исследований влияния отдельных конструктивных параметров рессорной подвески на свойства управляемости и устойчивости автомобиля, и создания инструмента для их проведения.

В первой главе выполнен анализ работ, посвященных расчету рессор, методам моделирования конструкциий и исследованиям управляемости и устойчивости автомобиля.

i.u.i'iit p:ii.-4Ciрессор paccMaipinu.in n снонх paooiax: К.Фи.тлпнс. ('.11.1 iimoiiiciiko. M.B.I о io.ioooh. ').Дегард. II.Ф.Родионом. |>.А.Гл\х. Д.II. Гарушн. I l.l '.l 1ар\и.тоискпй. I I.C'.An ioiioii. A.A.I'.ii.isdii. I I.C.Ciciianou. H.A.I Ian кон. В.А.Воеводспко и лр.

I lpoo.ie\iH\i управляемоеiи н \cioii'iiniociи поснишспи рабои.к Л.Л.Гипцбур! a. t'.B.kiwn юна. Г.К.Миртосна. H.H Сслнфонова. ').! 1.11ик\.п.пнкоил, А.Д.Давыдова. Д.А.Ха'Кмуроиа. Д.А.Лшонона. B.I Ulaii.i. Ю.Л.Ьряпского. 1>.('.Фа.п.кевнча. Ь.П.Мороиша. Л.Г.1 Icihkh.tciu. Я.Н.Фаробина. I I.T.Kaianncna. Я.M.I leirinepa. Л.(.'.Литвинова. M.A.I 1осепкона. В A.Il.iapiioikiiia.

(>спонываяс1. на анализе публикации можно сделан, следующие выводы:

Наиболее перспекшвными видами рессор для использования па легковых авюмобилях среднею класса повышенной проходимости двойного назначения и легких ipyioiiiiKOii являются малолистовыс и однолистные рессоры, которые у транш недостатки мпоголистовых рессор, сохранили их достоинства. Наибольшее внимание уделяется прочностным расчетам отдельных рессор, работа же рессоры в составе подвеекп не является изученной в достаточной мере. В виду ют. ню рессора является не только упругим элементом, но и направляющим аппаратом ноднескн. определяющим ее кинематические характеристики, и в процессе работы находится н сложном напряженио-деформпрованном состоянии, влияние ее параметров на покаттсли устойчивости и управляемости автомобиля ipeoyci дальнейшего тучепия.

Используемые на паооящее время аналитические и полуаналитичсские методы расчета рессор, как правило, не учитывают: геометрическую нелинейность при изгибе и контактные эффекты, что предполагает нсдостаючно обоснованные допущения и рассматривают лишь конкретные конструктивные решения. 11аиболее подходящим метолом математического моделирования для рессоры с пелыо получения полной картины ее деформации и возникающих при лом .пшенных и угловых перемещений моста относительно кузова является метод конечных элементов

С' учетом изложенного сформулированы цели и задачи диссертации.

Во второй главе формулируются теоретические основы проектирования рессорных подвесок с использованием метола конечных элементов и описывается математическая модель рессорной подвески.

Рассматривая функционирование существующих и перспективных упруго-диссппашвных элементов, рабошющих преимущественно на и и но. можно выделить целый

ряд нелинейных факторов, окапывающих на него существенное влияние, не учитываемое классическими методами расчета. В первую очередь большие прогибы балок, входящих в состав этих упругих элементов. Наличие больших прогибов диктуется необходимостью во-первых, управления жесткостью подвески автомобиля, а во-вторых, обеспечением постоянства ее динамических характеристик. При этом для обеспечения устойчивости ширина балок устанавливается в несколько раз большей, чем высота. Это вызывает появление дополнительных нелинейных факторов, определяемых наличием контакта и трения между листами. Зависимость распределения реакций и, соответственно, напряженно-деформированного состояния листов от положения и размеров площадок контакта требует учета контактной нелинейности. Характер сил трения и изменение их направления в зависимости от деформации изменения вызывают необходимость учитывать условия нагружения рессоры. Перераспределение контактных площадей при минимальном изменении геометрии контакта, а также изменение механических характеристик листов при уменьшении толщины требует учета воздействия изнашивания на функционирование листовых рессор. Таким образом, в общем случае в рассматриваемой схеме имеет место нелинейность, при которой отсутствует прямая пропорциональность между приложенной к ней внешней нагрузкой и перемещением по направлению действия этой нагрузки. Требования, предъявляемые к элементам рессорного подвешивания таковы, что они должны с одной стороны не терять своих упругих свойств в процессе эксплуатации, т. е. оставаться физически линейными; а с другой стороны — обеспечивать большие вертикальные перемещения, как правило сопровождающиеся существенным изменением формы упругого элемента, приводящей к геометрической нелинейности. При этом листы в той или иной мере вступают в контактное взаимодействие. Как правило, это взаимодействие оказывает существенное влияние на функционирование упругого элемента и должно учитываться. Однако, наличие больших перемещений, в том числе и в области контакта, требует использования при решении контактной задачи подходов, отличающихся от классических и общепринятых в современной контактной механике.

В качестве основы, для описания упругих элементов подвески, работающих на изгиб, кручение и т.д. может быть использована предлагаемая модель листовой рессоры в виде пакета листов различной формы и жесткости аппроксимированной набором стержневых (балочных элементов). Листовая рессора характеризуется наличием двух основных свойств, определяемых ее функциональным назначением и приводящих к появлению целого ряда сложных нелинейных явлений.

Малая изгибная жесткость рессоры, необходимая для осуществления ее vnpwiiv

функций, имеет следствием большие прогибы и, как результат, появление геометрической нелинейности.

- Диссипативпая функция реализуется путем введения листов рессоры в контактное взаимодействие и упругих элементов, соединяющих рессору с кузовом или рамой автомобиля.

Поскольку в данной работе рассматривается только статические показатели качества рессорной подвески, то второй пункт не учитывается.

Из выражения потенциальной энергии деформации стержня:

г Г

I дг

+ 2тп3

да дв

с Р

дг дг

- + 3,

2 • I

X №1

дг' дг

2 V

-2г,

+ С

д\ до 0 д\ дв

дв дг

дг

\ дг

Гд2в

,(дв ч&

Л

Если пренебречь инерцией поворота и начальной закруткой, то для стержня постоянного поперечного сечения можно получить:

а4и д\ рз2и пэ2в

ЕЗ у —г + Е3„ —г + рР —г + рР" сое В —г = 0; 1 дг4 дг4 Нд11 дг

V, г, „д\ . пд2в .

о/.

д2в 'дг2

д'в

д2в

д2и

-Е3„ —--рЗ'„—т--рРЪсоъВ—--рРЪътВ—г = 0.

* ™ Р £¡¿1 ^ ' д.2 Г Г -3^2

дг

д12

д?

Для случая статики члены уравнений содержащие р должны быть равны нулю.

Для вывода соотношений матрицы жесткости стержня и его геометрической матрицы примем, что перемещения можно аппроксимировать следующими полиномами:

и = + 2 =[/".]• {и}

о

IV

= и ■ и'. + Л • »г + /3 • V, + А • =[/„.]•

Ф = 1\-Ф\ +/г'Фг+А'Хх +>А-%2 = \а\

X

о,=-

VI

XI =■

<ь>

ск ]2 '

ск. '

¿X

сЬс

Х\ =■

ск с1х

У2

сЬ\> ск

¿X ск

где функции Эрмита имеют вид:

/1 = /2 =

/з =-х А =-х

-1

7 "Г

Эти соотношения необходимо подставить в выражения потенциальной энергии и после необходимых преобразований получим компоненты для матрицы жесткости стержня (рис.1): де-

а = Г-Е/1, Ь = \2-Е-1г/13, с = -6-Е-1г/12, ¿ = 4•£•/,//, е = 2-Е-1. Ч, /=\2-Е-1у/1\ е = -Ь-Е-1у!1\ И = 4-Е-1у!1, / = 12-в-К/10-1 + 12-Е-С„/13, к = -С-К/Ю-6-Е-СУг: I2, g = 4-С ■ К -1/30 + 4- Е-Ск ;1, т = -С-К-1Л0 + 2-Е-С„;1.

1 = 2-Е-1у 7,

и, V, 0, У/, Ф, X, и2 У2 02 * Ф2 X

а

Ь

с а

{

g ь

}

к 1

-а а

-Ь -с Ь

с е - с а

-е г

В 1 -8 Ь

-г -к

к ш -к 1

Рис.1 Дополненная матрица жесткости.

В работе рассмотрена модель рессоры которая состоит из 3-х листов (также есть модель состоящая из 4-х листов) постоянной ширины и переменной толщины, и имеющих переменную форму поперечного сечения и различную начальную кривизну. Каждый лист состоит 18 элементов (не считая ушек 1-го и 2-го листов, которые состоят из 19 элементов каждое).

Решение задачи состоит из нескольких этапов. Возможна работа всего цикла или каждого этапа отдельно (Рис.3).

На первом этапе отдельные листы (рис.2) собираются в рессору, стягиванием последовательно изменяющейся нагрузкой, до касания листов в центральных точках. В результате сборки листы меняют свою форму и в них возникают начальные напряжения. В конце первого этапа решения задачи, вследствие изменения взаиморасположения точек, производится пересчет координат узлов в соответствии с их новым положением.

На втором этапе производится сборка всех элементов подвески в общую модель, наложение граничных условий. В результате решения второго этапа задачи получаем координаты узлов собранной модели подвески без действия внешних силовых факторов.

На третьем этапе задаются режимы натр ужения и расчитываются смещения характерных точек в соответствии с приложенной нагрузкой относительно системы координат связанной с центром масс автомобиля. Этот этап может использоваться отдельно для исследования напряженно-деформированного состояния рессорной подвески.

При включении в работу постпроцессора рассчитываются передаточные функции подвески и записывается файл данных для расчета подвески в составе автомобиля.

Этап 1. Сборка листов в рессору

Ввод исходных данных

■ Задание параметров листов рессоры

" Задание поперечных сечений элементов рессоры

■ Задание граничных условий

Сборка листов в рессору

Этап 2. Сборка в подвеску

Задание дополнительных параметров для сборки модели подвески:

■ Задание параметров элементов подвески

■ Задание граничных условий

Сборка элементов в подвеску

Пересчет координат узлов модели в систему координат связанную с центром масс автомобиля

Вывод результатов

Этап 3. Расчет параметров модели под действием внешних воздействий.

Задание параметров для расчета модели подвески:

■ Задание вида и величин внешних воздействий

■ Задание граничных условий

.. Расчет системы

Вывод юезультатов

Ппгтпрлчрггпп

Расчет коэффициентов апроксимирующих полиномов передаточных функций полученной подвески

Формирование файла исходных данных для математической модели автомобиля

Рис.3. Алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния рессорной подвески.

В математическую модель рессорной подвески входят балка моста, колеса и элементы крепления рессор к раме автомобиля (серьги, резино-металлические шарниры). Эти элементы, также как и листы рессор, представлены в виде балочных конечных элементов, но имеют свойственные, каждому из них, параметры материала, форму и размер поперечного сечения В процессе исследования параметры различных элементов конструкции подвески варьируются, т.е. возможно изменение краевых условий (закреплять узлы, задавать им перемещения, и прикладывать к ним нагрузку), так и варьирование свойствами материала и поперечными сечениями элементов.

Для описания работы рессорной подвески в составе общей модели автомобиля используются передаточные функции, устанавливающие взаимные перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс в виде полиномов третьей степени (Рис.4.) Возможно использовать однофакторное или двухфакторное описание. Однофакторное описание:

■X2 +Ап

Нд = Ло + " х + А02'л т ^03

где А^...Ли - коэффициенты полиномов,

х - возможное угловое или линейное перемещение кузова.

Н - соответствующее перемещение центра пятна контакта колеса

Боковые смещения колес задней оси от бокового крена кузова

левое колесо <

правое >

у^У колесо | ^^ !

\

0.02 0.04 о.ов 0 08 Крем, ряд

0.12 0.14

Продольные смещения колес задней оси от бокового крена кузова

Кран,ряд

Рис.4. Диаграммы изменения продольного и вертикального смещений точек колес при изменении вертикальной нагрузки.

Двухфакторное описание передаточных функций подвески представляется полиномами следующего вида:

Н = Д0 + Ал ■ х, + А,2 • х2 + Аа ■ х,2 + Д4 • х\ + Л,5 • х' + А1б х' + Л,, ■ х^ ■ х,

где: Л,0 — Ап - коэффициенты полиномов,

, - независимые входные параметры, определяемые кинематикой кинематикой перемещения кузова и внешними силовыми факторами.

Во третьей главе описывается модель автомобиля созданная в МГТУ«МАМИ», дополненная моделью рессорной подвески и используемая для решения поставленных задач.

Движение модели описано с использованием уравнений Лагранжа второго рода в обобщенных координатах, дополненных кинематическими формулами, и образующих следующую систему:

Ù -V -г+ W -а = — \ M

V + U-r-W • р = — ;

и U

W + V-p-Uq = %-M

1, Р-я г {1г-/,)-/„ (г + р-?) = а;

iy q-p-r {¡г-/,;+/„v -г2)=а;

X = cos((/) • cos(0) • U + (cos(^) • sin(0) • sin(ç>) - sin((í/) • cos(p)) • V + _ + (сos(t//) ■ sin(0) ■ cos(p) + sin(^) • sin(p)) ■ W

У = БШ^) ■ СО$(в) • и + («пСИ • вт(0) • + соз(У) • соз(<р)) ■ V + _

+ (5Ш((У) • ■ СОЗ(р) - ««(у) • 5Ш(9>)) • IV

7. = -8Ш(0) • II + со${в) ■ вт(<р) ■ V + <хк{0) ■ соМ<р) ■ № ;

ф = р + Ч(в)- Бтф) ^q + tg^в)■ С0Б(<р) • г;

О = собСР) • q - 5т(р) • г;

втГо) со$(<р) у/ = —— +——-г; соб (0) со$(0)

где: - проекция мгновенной линейной скорости центра масс соответственно на

оси подвижной системы координат;

(ЛК,И' - производные соответствующих линейных скоростей;

IX - момент инерции относительно оси Л'; /, - момент инерции относительно оси )'; I. - момент инерции относительно оси 2 ;

/., - произведение инерции относительно осей Л' и 2;

г,р,д - проекция мгновенной угловой скорости подрессоренной массы;

г,р,Ч - производные соответствующих угловых скоростей;

Л/ - масса автомобиля;

X, У, 2 - обобщенные линейные координаты центра масс;

X,У,2 - проекция мгновенной линейной скорости центра масс соответственно на оси; Х,У,2 - неподвижной системы координат; <р,в,у/ - углы Брайнта;

- угловые скорости поворота подрессоренной массы относительно осей различных подвижных базисов;

- квазиобобщенные силы;

Значения обобщенных координат определяются соотношениями:

| ( /

X = Х0 + \xdt-, У = У0 + \Ydt-, 2 = 20 + [¿(11

о о о

г г I

<р = (ра + \фс!г, 0-в„ + ]аЛ; у/ = + |(/лЛ;

ООО

где: Х0, К0, 2Г1, <ра, О0, у/а - начальные значения обобщенных координат.

Для оценки свойств управляемости и устойчивости автомобиля был сформирован набор статических и динамических оценочных показателей. Таблица 1

Оценочные показатели управляемости и устоучивостн

Запас управляющего момента (внутрь траектории) к; (тах)

Запас управляющего момента (наружу траектории) К, (тах)

Запас стабилизирующего момента (внутрь траектории) К3 (тах)

Запас стабилизирующего момента (наружу траектории) (шах)

Эффективность управления (внутрь траектории) К} (шах) г да„

Эффективность управления (наружу траектории) к6 (шах) За„

Эффективность стабилизации (внутрь траектории) К7 (тах) 7 зр

Эффективность стабилизации (наружу траектории) к8 (тах) ' др

Поворачиваемость к, (тах) ' V

Чувствительность к управлению Кю (тах) дК, Л10 - Т-- да А*

Статическая курсовая устойчивость Кц-12 (тт) г=Р

Устойчивость к опрокидыванию К,з (тт)

Заброс угловой скорости К,4 (тт)

Время пика реакции К,5 (тт)

Время 90% реакции К,6 (тт) ^16 =?90

Эквивалентное время запаздывания реакции по угловой скорости Кп (тт) к„= 1 /же

Фазовый сдвиг при частоте входного воздействия 0,75 Гц. К/8 (тт) ^48= ^0.75

Показатель колебательности К/9 (тт) К V - 19 <

Коэффициент усиления на типовом режиме Км (тт) А, V — 20 - "У " К

* - в скобках указано направление изменения величины.

где: р - угол дрейфа автомобиля; аш- угол поворота рулевого колеса; Л/сП1ах - максимальный управляющий момент, создаваемый автомобилем по углу поворота рулевого колеса при фиксации остальных параметров движения; Л^д - исходное значение управляющего момента в рассматриваемых условиях движения; N;¡míx- максимальный стабилизирующий момент, создаваемый автомобилем по углу дрейфа при фиксации остальных параметров движения;

исходное значение стабилизирующего момента в рассматриваемых условиях движения; ы„ик и о)уСП1 - соответственно максимальное и установившееся значение угловой скорости поворота автомобиля; акуз - боковой крен кузова; 1пик ~

время пиковой реакции автомобиля на ступенчатое управляющее воздействие; Ьо - время 90%-ой реакции автомобиля на ступенчатое управляющее воздействие /эга - эквивалентная частота входного (управляющего) воздействия, соответствующая фазовому сдвигу в 45 град; 75 - значение фазового едчига для угловой скорости при частоте управляющего воздействия 0,75 Гц, Ду ^

В четвертой главе описаны лабораторный и дорожный эксперименты по проверке адекватности модели рессорной подвески и адекватность модели автомобиля с рессорной подвеской.

Проверка адекватности модели рессорной подвески проводилась по результатам лабораторного эксперимента по вертикальной прокачке (рис.5) подвески автомобиля УАЗ-3160. Эксперимент проводился на весовом стенде (рис.6.). Две из четырех опор стенда могли

Зависимость вертикального смещения колеса при вертикальной нагрузке

200 400 600 600 1000 1200 нагрузка, Н

Зависимость продольного смещения колеса при вертикальной нагрузке

нагрузка, Н

Рис. 5. Диаграммы сравнения эксперименральных и расчетных данных при вертикальной прокачке подвески

перемещаться в вертикальном направлении. Рама автомобиля была закреплена шин.-'

основанию стснда. Адекватность модели проверялась с использованием критерия Фишера. Оценивались смешения центра колеса в вертикальном и продольном направлениях как функций от вертикальной нагрузки.

Адекватность модели автомобиля с рессорной подвеской проверялась по результатам дорожных испытаний автомобиля УАЗ-3160. Измерения проводились с использованием измерительного комплекса "ОАТГЮЫ", в состав которого входят 2 датчика ускорений, датчик скорости, датчик угловой скорости, датчик угла поворота рулевого колеса. Оценка адекватности проводилась по результатам испытаний "рывок руля", "змейка", для сравнения использован набор критериев управляемости и устойчивости (Табл. 1).

В ■ ЛЯ той главе решалась задача исследования влияния конструктивных параметров рессорной подвески на показатели управляемости и устойчивости автомобиля, и излагается методика поиска рациональных значений указанных конструктивных параметров.

При исследовании изменяются параметры рессоры (В, В_1, Ншах, Н, а также материал листов рессоры и втулок рессор и положение шарнира Б (рис. 7).

На основе проведенного исследования сделан анализ полученных результатов, оценена степень влияния каждого параметра на комплекс показателей управляемости и устойчивости.

Рис. 7. Параметры листа и рессоры.

1'ис.б. Исш.м ываемьш anio\iof>n.n. на песо ном с г си. к-

Ниже приведены примеры указанных диаграмм

Влияние параметров рессоры на запасы упраляющего момента

»

8

1« а

л 4

х 11

и 2

1

О

1

Ег

Еу

параметры рессоры______

[□внутрь траектории ■ наружу траектории]

25 20 15 10 5 0

Влияние параметров рессоры на запасы стабилизирующего момента

Н Нтах Ег

параметры рессоры

18 | 16 I

14 1 12 | 10 ]

Влияние параметров рессоры на эффективность стабилизации

20

параметры рессоры П внутрь траектории Ш наружу траектории ]

Влияние параметров рессоры на поворачиваемость автомобиля

Ш

N

йг®

Н Нтах Ег

параметры рессоры

ш

*20 а

| 15 §

¡Ю 5 0

Влияние параметров рессоры на статическую устойчивость (угол дрейфа) автомобиля

и

■

В 1

Н Нтах Ег

параметры рессоры □ при 2 м/сек М при 4 м/сек

О ;

В 1

Н

5

35 30

i" I 20

5 i « i

г io o

s o

Влияние параметров рессоры на устойчивость к опрокидованию (боковой крен)

ш

Hj-Í'J В 1

I jf ш

н Нтах

„CXZ21. S

параметры рессоры

Влияние параметров рессоры на эквивалентное время запаздывания реакции по угловой скорости

Н Нтах Ег

параметры рессоры

6 5

»!

Í*

к

х

5 з

Л

X

г 2

6

i

о

Влияние параметров рессоры на фазовый сдвиг при частоте входного воздействия 0.75Гц

ы ш

ш i

ш ET-ÍT Lf¿&I

i tefes

- • ---1

Н Нтах Ег

параметры рессоры

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И 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. Разработанное двухфакторное описание передаточных функций рессорной подвески адаптировано 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:

- наибольшее влияние на поведение автомобиля оказывают параметры Н. Ншах. В, Е,; степень влияния параметров В_1, Еу, Б в среднем меньше на 40...60%; влияние характеристик рессоры на запасы стабилизирующего момента (18...20%) превышает их влияние на, запасы управляющего момента (8... 10%); однако в отношении эффективностей управления и стабилизации их влияние примерно одинаковое;

- наибольшее влияние параметры рессоры оказывают на показатели рывка (до 60...80%), статической чувствительности к управлению (до 30...32%). статической поворачиваемое™ (до 22...24%). устойчивости .......

опрокидывания (до 20...22%): - влияние характеристик рессоры на показатели АЧХ и ФЧХ в целом невелико и не превышает 6...8%.

6. Выполненные исследования позволили сделать рекомендации по изменению конструктивных параметров рессорной подвески автомобиля УАЭ-3160, которые были переданы в УГК УАЗ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бахмутов C.B., Богомолов C.B., Висич Р.Б., Карунин М.А. Корреляционный анализ «параметры автомобиля - критерии управляемости и устойчивости» при поиске оптимальных конструктивных решений. // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров. (XXXI конференция ААИ, тезисы доклада). Москва, МГТУ «МАМИ», 2728 сентября, 2000.

2. Карунин М.А. Математическая модель рессорной подвески для исследования управляемости и устойчивости автомобиля. // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров. (XXXI конференция ААИ, тезисы доклада). Москва, МГТУ «МАМИ», 27-28 сентября, 2000.

Лицеизип ЛР № 021209 от 17 апреля 1997 г. Подгшсаио в печать 2Т. //ОО Заказ 220 -ОО Тираж Усл. и. л. / Уч.- изд. л. Бумага типографская_Формат 60x90/16_

МГТУ "МАМИ", Москва, 105839 Б. Семеновская ул., 38