Теоретическое исследование влияния характеристик и состояния рулевого привода на эксплуатационные свойства автомобилей

1. Разработка граф-модели эксплуатационного состояния рулевого привода

Характеристики и техническое состояние рулевого привода определяют среднюю техническую скорость движения, активную безопасность автомобиля и экономическую эффективность эксплуатации, т.е. соотношение между затратами на поддержание заданного уровня эксплуатационных свойств и эксплуатационными затратами на топливо

, шины и др.

Для выполнения задач, поставленных в работе, разработана граф-модель эксплуатационного состояния рулевого привода, которая представляет собой схему (рис. 1), где в форме ориентированных прямых показаны аналитические связи между конструктивными и эксплуатационными факторами, определяющими характеристики и состояние РП, и критерием качества РП, а также аналитические связи последнего с эксплуатационными свойствами автомобилей.

Согласно принятым в теории графов [8] обозначениям представим граф-модель в аналитическом виде:

эксплуатационный рулевой привод граф модель

, (1)

. (2)

Основные конструктивные и эксплуатационные факторы (вход граф-модели), определяющие характеристики и состояние РП, посредством критерия качества РП SF связаны с эксплуатационными свойствами автомобиля (выход граф-модели). Использование интегрального показателя - критерия качества РП позволяет на базе граф-модели эксплуатационного состояния РП создать детерминированную математическую модель, реализуемую на ЭВМ по разработанной программе.

Граф-модель разработана для моделирования процесса изменения эксплуатационного состояния рулевого привода и эксплуатационных свойств автомобилей, определяемых характеристиками и техническим состоянием РП. В процессе моделирования решались следующие задачи:

1. Определение значимости влияния отдельных конструктивных факторов на изменение критерия качества РП.

2. Определение значимости влияния отдельных эксплуатационных факторов на изменение критерия качества РП.

3. Исследование динамики изменения критерия качества РП в зависимости от перечисленных факторов.

4. Исследование влияния критерия качества РП на перечисленные эксплуатационные свойства автомобилей.

5. Теоретическое обоснование оптимальных величин характеристик и состояния РП по критериям эксплуатационных свойств и затрат на поддержание заданного уровня этих свойств.

Для описания связей между критерием качества РП и факторами, его определяющими с одной стороны, и эксплуатационными свойствами с другой, а также отдельными факторами совокупностей, и, в конечном итоге, влияния критерия качества РП на эксплуатационные свойства автомобилей, наряду с полученными в работе результатами использованы аналитические, эмпирические и аппроксимированные графические зависимости ряда авторов, рассматривавших ранее эти связи в отдельности

Пределы применимости аппроксимированных выражений, обобщения и распространения результатов теоретического исследования определялись в каждом конкретном случае.

2. Анализ связей критерия качества рулевого привода с конструктивными факторами граф-модели

2.1 Упругость рулевого привода – СРП

Конструктивные факторы определяют начальную величину критерия качества РП, а также его изменение в зависимости от режимов движения. Они определяются конструктивными особенностями и задаются при проектировании. Упругость рулевого привода является определяющим конструктивным фактором, формирующим смещение в его кинематической цепи.

Следует отметить большое разнообразие терминов, характеризующих одно и то же свойство рулевого привода - сопротивляться перемещению (повороту) управляемых колёс под действием силы (момента) без изменения первоначальных свойств - жёсткость, упругость, податливость, эластичность. Принято в работе считать упругостью РП величину обратимых смещений под действием единицы силы, после снятия которой управляемые колёса возвращаются в первоначальное положение. Упругость РП является одной из двух компонент критерия качества РП - SF.

Учитывая, что по физическому смыслу критерия качества РП его величина приведена к приращению расстояния между дисками управляемых колёс, в дальнейшем каждый из факторов также приводился к этой величине. Экспериментальные исследования жёсткости РУ автомобилей рассматриваемого класса выполнили Фрумкин А.К., Сыыро Т.В. и др. [6], установившие, что податливость РУ «Москвич-412» составляет 30 град/даНм (величина приведена к углу поворота РК), а РМ и РП имеют податливость одного порядка, соответственно, 15,5 и 14,3 град /даНм.

Тогда, упругость рулевого привода, равная сумме податливоетей рулевой сошки, поворотных рычагов, боковых и средней тяги рулевой трапеции с учётом приведения и результатов работы будет:

,

что совпадает с результатами экспериментальных исследований (глава 4).

С учётом коэффициентов приведения величин смещений к радиусу диска колеса зависимость критерия качества РП от его упругости для исследуемых моделей автомобилей определим следующим выражением:

. (3)

Упругость рулевого привода, как отметили авторы работы [5], может оцениваться также частотой собственных колебаний системы, которая рассматривается как одно-массовая колебательная система [65]:

. (4)

Оптимальной величиной рекомендуется частота 3-4 Гц, при меньших значениях ухудшается устойчивость автомобиля. Рассматривая пути совершенствования конструкции РУ, авторы работы [65] отметили, что опыт эксплуатации на легковых автомобилях гидравлических амортизаторов, поглощающих обратные удары в РП, показал, что при малых амплитудах перемещения гидравлические амортизаторы не обладают достаточной чувствительностью и не являются эффективным средством для снижения обратных ударов, оставаясь в токе время надёжным средством, предотвращающим опасные колебания управляемых колёс – «шимми». Величину обратных ударов снижает уменьшение плеча обкатки, но при этом ухудшается стабилизация прямолинейного движения [6].

Экспериментальные исследования автора показали, что дисперсия упругих свойств рулевого привода значительна для выборки одной базовой модели автомобиля.

2.2 Стабилизирующий момент управляемых колёс - Mст

Стабилизирующий момент наряду с упругостью РП оказывает наибольшее влияние на формирование смещений в кинематической цепи РП путем силового воздействия на её элементы. Решение поставленных задач требует наличие аналитических зависимостей для определения стабилизирующего момента в зависимости от режимов движения, т.е. скорости и среднего угла поворота управляемых колёс, а также от конструктивных факторов: углов установки колёс, перераспределения веса по осям и т.п.

Таким требованиям отвечает одно-массовая математическая модель, аналитические зависимости которой разработаны Иларионовым В.А. [4, 3] и Литвиновым А. С. [5]. По рекомендациям этих работ с учётом необходимости определения стабилизирующего момента для каждого колеса в отдельности силу, действующую на управляемое колесо в пятне контакта шины с опорной поверхностью, разложим на три составляющие продольную (касательную), поперечную (боковую) и нормальную (вертикальную), реакции которых обозначим: X , У и Z . Тогда [4], составляющие стабилизирующего момента примут следующий вид:

 Скачать реферат