ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ КЕРУЮЧОГО КОЛІСНОГО МОДУЛЯ АВТОМОБІЛІВ КАТЕГОРІЇ М1 : ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЯЮЩЕГО КОЛЕСНОГО МОДУЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ КАТЕГОРИИ М1



  • title:
  • ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ КЕРУЮЧОГО КОЛІСНОГО МОДУЛЯ АВТОМОБІЛІВ КАТЕГОРІЇ М1
  • Альтернативное название:
  • ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЯЮЩЕГО КОЛЕСНОГО МОДУЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ КАТЕГОРИИ М1
  • The number of pages:
  • 176
  • university:
  • Національний транспортний університет
  • The year of defence:
  • 2013
  • brief description:
  • На правах рукопису








    УДК 629.114.3



    ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ КЕРУЮЧОГО КОЛІСНОГО МОДУЛЯ АВТОМОБІЛІВ КАТЕГОРІЇ М1


    Спеціальність 05.22.02 — Автомобілі та трактори



    Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

    Науковий керівник
    Грищук Олександр Казимирович кандидат техн. наук, доцент




    Київ 2013 ЗМІСТ

    ВСТУП........................................................................................................................4
    РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ. МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕНЬ 10
    1.1 Огляд конструкцій приводу рульового керування. 10
    1.2 Аналіз математичних моделей і вихідних положень для дослідження стійкості руху автомобіля з урахуванням параметрів ККМ.. 19
    1.3 Задачі дослідження. 42

    РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ККМ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБІЛЯ.. 44
    2.1 Диференціальні рівняння для дослідження стійкості руху автомобіля та їх аналіз 44
    2.2 Рівняння у варіаціях та критична швидкість прямолінійного руху автомобіля 51
    2.3. Стійкість усталеного колового руху автомобіля. 54
    2.4 Умови небезпечно-безпечної втрати стійкості прямолінійного руху автомобіля з ККМ 56
    2.5 Аналіз постбіфуркаційного поводження моделі автомобіля з ККМ.. 68
    2.6 Висновки до розділу. 70

    РОЗДІЛ 3 ВИЗНАЧЕННЯ ВИХІДНИХ ДАНИХ ДЛЯ ІНТЕГРУВАННЯ РІВНЯНЬ РУХУ АВТОМОБІЛЯ.. 72
    3.1 Моменти, що діють на ККМ автомобіля. 73
    3.2 Визначення моментів інерції автомобілів та ККМ.. 74
    3.3 Визначення коефіцієнта опору відведення шин легкового автомобіля. 74
    3.4 Визначення коефіцієнта демпфування шини. 74
    3.5 Висновки до розділу. 74

    РОЗДІЛ 4 ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ КЕРУЮЧОГО КОЛІСНОГО МОДУЛЯ НА СТІЙКІСТЬ РУХУ АВТОМОБІЛЯ.. 74
    4.1 Визначення стаціонарних станів автомобіля. 74
    4.2 Аналіз стійкості руху автомобіля при виконанні маневрів. 74
    4.3 Експериментальні дослідження стійкості руху. 74
    4.4 Висновки до розділу. 74
    ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ.. 74
    СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.. 162
    ДОДАТОК А.. 176
    ДОДАДОК Б. 177








    ВСТУП

    Активна безпека транспортних засобів (ТЗ) і, зокрема, їх керованість та стійкість постійно у полі зору великої кількості дослідників, випробувачів та конструкторів і розглядається у сучасному автомобілебудуванні як один із стратегічних напрямків, що визначає комплекс найбільш важливих експлуатаційних характеристик автомобіля. Вибір конструктивних параметрів автомобіля, що забезпечують саме ці характеристики, підвищує активну безпеку під час експлуатації дорожніх транспортних засобів (ДТЗ) і знижує вірогідність дорожньо-транспортних пригод (ДТП) під час виконання транспортних операцій [1, 2, 3].
    У відомих на сьогодні роботах питання керованості і стійкості розглядаються в двох аспектах [4]:
    1. Дослідження з урахуванням характеристик усіх елементів системи "водій-автомобіль-дорога", що розглядається як замкнена система автоматичного управління.
    2. Дослідження власної стійкості і керованості автомобіля, коли вплив водія виключається.
    У першій групі робіт частіше за все розглядається проблема загалом, тобто досліджується відразу і керованість і стійкість у цій складній системі отримання, переробки і передачі інформації, формування керуючих впливів, спрямованих на зменшення відхилень автомобіля від бажаного процесу. При цьому поняттям керованості і стійкості додається значення, що застосовується в теорії автоматичного управління.
    При такому підході термін керованість розглядає ті або інші характеристики перехідних процесів при найпростіших типових керуючих впливах [4], а стійкість характеризує поведінку системи у перехідному режимі і відноситься передусім до власних рухів системи, що породжуються початковими умовами (збуреннями) і внутрішніми її властивостями, а не зовнішніми впливами. Стійкість розглядається відносно будь-якого процесу, як керованого, так і некерованого [4].
    У другій групі робіт автомобіль розглядається ізольовано як об'єкт регулювання, а стійкість руху системи «водій автомобіль» визначається стійкістю автотранспортного засобу і психофізичними можливостями водія, а також рівнем і характером діючих збурень.
    Як показали виконані розрахунки для різних видів автотранспортних засобів (АТЗ), наявність замкнутої схеми керування дозволяє підвищити їхню критичну швидкість руху в 1,52 рази і збільшити число ланок, стійкість яких може бути забезпечена [4].
    Таким чином, якщо забезпечується стійкість руху АТЗ, то стійкість руху системи «водій АТЗ» також забезпечується, причому з великим запасом. Тому буде достатнім розглянути рух при керуванні за розімкнутою схемою, тобто потенційну стійкість самого АТЗ.
    Стійкість та керованість АТЗ разом повинні забезпечити впевненість водія в реалізації заданого режиму руху, виключити самовільне виникнення небезпечного відхилення від нього та зберегти можливість швидкої корекції з подальшою стабілізацією того ж режиму руху.
    З практичної точки зору при розробці нових АТЗ, модернізації існуючих, а також при визначенні раціональних експлуатаційних параметрів важливим стає не тільки причина порушення стійкості і керованості, а й реакція транспортного засобу на неї і поведінка, у тому числі, після керуючих впливів водія на рульовий механізм з подальшою корекцією заданого до дестабілізації напрямку руху.
    Тому вважається, що стійкість і керованість автомобіля повинні забезпечуватись конструктивними параметрами самого автомобіля і, в першу чергу, параметрами його керуючого колісного модуля (ККМ).
    Рух ККМ супроводжується чергуванням одного за одним з різним періодом і тривалістю коригуючими впливами водія на керовані колеса (КК) через рульовий механізм для виправлення поточної траєкторії від дії зовнішніх і внутрішніх конструктивних факторів і наближення її до заданої траєкторії руху. При цьому мова не йде про якийсь конкретний експлуатаційний режим, а мається на увазі весь їх можливий спектр, об'єднаний назвою криволінійний рух із значним поворотом рульового колеса, включаючи маневр "перестановка", та прямолінійний рух.
    Викладене вище дозволяє зробити висновок про необхідність і важливість глибоких теоретичних розробок та створення практичного інструменту для визначення раціональних параметрів керуючого колісного модуля автомобіля.
    Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в межах науково-дослідних робіт кафедри Автомобілі” Національного транспортного університету держбюджетної теми №3 Теорія керованості та стійкості автомобілів і автопоїздів з нетрадиційними системами управління”, № держреєстрації 0100u002446 та держбюджетної теми Механіка та енергетика автомобілів і автопоїздів”, № держреєстрації 0104u003346.
    Метою роботи є підвищення стійкості руху автомобілів категорії М1 за рахунок раціонального вибору параметрів керуючого колісного модуля.
    Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:
    1. Вибір та обґрунтування основних показників для оцінки впливу параметрів ККМ на показники стійкості руху автомобіля.
    2. Розробка математичної моделі автомобіля категорії М1 з урахуванням геометричних, кінематичних і динамічних параметрів ККМ та автомобіля в цілому.
    3. Вибір та обґрунтування конструктивних параметрів ККМ та автомобіля в цілому за умови забезпечення необхідних показників стійкості руху.
    4. Експериментальна перевірка адекватності розробленої математичної моделі щодо вибору параметрів ККМ автомобіля.
    5. Розробка практичних рекомендацій щодо вибору параметрів ККМ за показниками стійкості руху автомобіля.
    Об’єктом дослідження є стійкість руху автомобілів категорії М1.
    Предметом дослідження є вплив конструк
  • bibliography:
  • 1. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача покращення показників стійкості руху автомобілів категорії М1 за рахунок вибору конструктивних параметрів, що враховують пружні характеристики приводу рульового керування.
    2. Удосконалена математична модель просторового руху автомобіля категорії М1, яка враховує зміну конструктивних параметрів керованого колісного модуля у процесі його експлуатації.
    3. Розроблена методика аналізу таких важливих експлуатаційних характеристик, як граничний кут повороту коліс, радіус траєкторії сталого повороту, критична швидкість прямолінійного руху та технічний стан керованого колісного модуля, які знаходяться в зоні експлуатаційних параметрів автомобіля та впливають на стійкість його руху.
    4. Визначені умови безпечно-небезпечної втрати стійкості прямолінійного руху автомобіля з урахуванням параметрів ККМ. Показано, що до характерних параметрів, які впливають на умови безпечної втрати стійкості моделі з жорстким рульовим керуванням, додається параметр крутильної жорсткості ККМ. Варіація цього параметра може істотно впливати на характер динамічної поведінки автомобіля при досягненні ним закритичної швидкості руху.
    5. Показано, що при одному і тому ж куті повороту керованих коліс Θ = 0,078 рад може бути два значення радіусу повороту автомобіля R = 15,2 і 18 м (ВАЗ-2109) та R = 15,5 і 19 м (ВАЗ-2121), що пояснюється різними параметрами ККМ цих автомобілів і різною їх здатністю до відведення.
    6. Визначено, що за приведеної жорсткості 195,29 Нм/град (зношений ККМ) рух автомобіля за швидкості 25 м/с (90 км/год) є нестійким. Збільшення приведеної жорсткості до 444,04 Нм/град (новий ККМ) забезпечує високу стійкість руху автомобіля ВАЗ-2121. Проте збільшення жорсткості рульового приводу понад 500 Нм/град не призводить до збільшення критичної швидкості руху.
    7. Визначено, що за швидкості 25 м/с кут повороту керованих коліс автомобіля ВАЗ-2121 не повинен перевищувати 0,05 рад (радіус повороту R = 70 м ), за швидкості 15 м/с 0,14 рад (R = 25 м), а за швидкості 8 м/с 0,46 рад (R = 7,3 м). При цьому автомобіль ВАЗ-2121 має більшу схильність до відхилення остову від траєкторії прямолінійного руху при маневруванні, ніж автомобіль ВАЗ-2109 (до 50 % у режимі «переставка» і до 14 % у режимі «ривок рульового колеса»). Процес відновлення стійкості руху у автомобіля ВАЗ-2121 по відношенню до ВАЗ-2109 після виконання маневрів затягувався у часі до 78 % (довше на 3,5 с). Оскільки зазначені характеристики знаходяться в зоні експлуатаційних параметрів руху автомобіля, то повинні бути враховані при розробці рекомендацій щодо поліпшення стійкості руху.
    8. Визначено, що на стійкість руху автомобілів значно впливає технічний стан керованого колісного модуля. Так автомобіль ВАЗ-2121 зі зношеним ККМ при виконанні маневру «ривок руля» має на 6 %...11% гірші показники курсової стійкості, ніж з новим ККМ, а автомобіль ВАЗ-2109 - на 13 %. Автомобілі зі зношеним ККМ реагують на маневр із запізненням у 0,41,3 с, і така повільна реакція негативно може позначитись на безпеці руху.
    Аналітичним і експериментальним шляхом були визначені вихідні дані для проведення розрахунків за складеною математичною моделлю руху автомобіля, а саме моменти, що діють на ККМ автомобіля, пружні характеристики приводу рульового керування автомобілів ВАЗ-2121 та ВАЗ-2109 з новим та зношеним ККМ, моменти інерції автомобілів ВАЗ та їх ККМ та коефіцієнти опору відведення і демпфування шин автомобілів категорії М1.
    9. Дорожні випробування автомобілів у режимі «переставка» показали, що:
    - коливальний процес автомобіля ВАЗ-2109 зі зношеним ККМ має розмиту у часі форму, тобто автомобіль повертається до початкової траєкторії руху з запізненням у 0,5 с, а автомобіль ВАЗ-2121 зі зношеним ККМ має значні бокові прискорення у 4,8...5,4 м/с2 і через 1,0...1,5 с з’являються додаткові коливання у вигляді бокових прискорень до 2,2 м/с2;
    - автомобіль ВАЗ-2121 з новим ККМ втримувався в заданому коридорі маневрування, а автомобіль ВАЗ-2121 зі зношеним ККМ мав помітний відрив одного з коліс від дорожнього полотна;
    - бічні прискорення автомобіля зі зношеним ККМ мали значення на 20 % вище, ніж у автомобіля з новим ККМ і вже через 1,0...1,5 с в автомобілів зі зношеним ККМ з’являлись додаткові бічні прискорення до 2,2 м/с2;
    - при збільшенні швидкості з 70 км/год до 90 км/год автомобілі зі зношеним ККМ не змогли втриматись в допустимих рамках траєкторії руху для тесту «переставка».
    10. Результати дорожніх випробувань співпадають з розбіжністю 3...8% з параметрами, отриманими чисельно-аналітичними методами за допомогою розробленої математичної моделі за рахунок неврахування високочастотних коливань, викликаних нерівностями дорожнього полотна, динамічними коливаннями шасі та підвіски.
    11. Методика вибору та обґрунтування масово-геометричних та конструктивних параметрів автомобілів категорії М1 з урахуванням впливу експлуатаційного зношування ККМ впроваджена в технологічний процес обслуговування та ремонту автомобілів на СТО офіційних дилерів «УкрАвто» в Україні для оцінки стійкості та керованості руху автомобілів, що мають значний пробіг з початку експлуатації, а також у ДП «ДЕРЖАВТОТРАНСНДІПРОЕКТ” при здійсненні науково-технічних експертиз переобладнання колісних транспортних засобів, та впроваджена в навчальний процес кафедри «Автомобілі» НТУ при підготовці фахівців у галузі автомобілебудування та експлуатації автомобільного транспорту.







    СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ


    Вісник Центрального наукового центру транспортної академії України. 2009. Випуск 12. С. 172-176


    Вплив параметрів керуючого колісного модуля на стійкість і керованість автомобіля / Д.М. Ященко // Автошляховик України. Вісник Центрального наукового центру транспортної академії України. 2011. Випуск 14. С.71-73
    Визначення моменту інерції автомобіля /Д.М. Ященко // Автошляховик України. Київ. 2012. №4. С.16-19





    Вісник Центрального наукового центру транспортної академії України. 2010. Випуск 13. С.84-86
    Ященко Д.М. Определение момента инерции автомобиля мотодом крутильных колебаний / Д.М. Ященко // Наука - образованию, производству, экономике. Минск, 2010. Том 2. С.13-15
    Визначення моменту інерції автомобіля методом крутильних коливань /Д.М. Ященко // Systemy s srodki transportu samochodowego Seria: Transport. №1. Rzeszow, 2010 С.55-59
    Вісник Національного транспортного університету: В 2-х частинах: Ч.1. К.: НТУ, 2012. Випуск 25. C.181-185.
    Сахно В.П. До питання про вплив тягової сили на передній осі легкового автомобіля на множину стаціонарних рухів / В.П.Сахно, В.Г.Вербицький, А.В.Костенко, Д.М. Ященко // Автошляховик України. Вісник Центрального наукового центру транспортної академії України. 2011. Випуск 14. С.80-82
    Безпека дорожнього руху та автотранспортне право. Навчальний посібник. Редакційно-видавничий відділ Луцького національного технічного університету. Луцьк 2009. 208 с.



    ванов Ю.В., Проверка технического состояноя рулевого управления и шкворневых соединений автомобиля. М.: Автотрансиздат, 1960












    Математична модель автомобіля із всеколісним керуванням /В.П.Сахно, А.В.Вакуліч, Є.Л.Барилович, В.М.Сондак //(Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Центр. наук. Центру Транспортної Академії України. 2000. - Вип. 3. С.96-99.








    Машиностроение, 1990. 352с




    М.А., Волков В.П. Определение радиусов инерции автомобиля на стадии проектирования / М.А. Подригало, В.П. Волков // Автомобильная промышленность. — 2003. — № 6. — С. 19-22.
    ISBN0-03-004534-7.
    ISBN0-201-02918-9.
    54. MacInnis, D., Cliff, W., and Ising, K., "A Comparison of Moment of Inertia Estimation Techniques for Vehicle Dynamics Simulation," SAE Technical Paper 970951 1997 - doi:10.4271/970951
    55. Эллис, Д. Р. Управляемость автомобиля : пер. с англ. / Д. Р. Эллис. -М. Машиностроение, 1975.-216 с.

    57. Ден-Гартог Д. П., Механические колебания, пер. с англ., М., 1960
    58. Антонов Д.А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей. М.: Машиностроение, 1984. 164 с






    65. Paccjka Н В Simplified analysis of steady state turning behaviour of motor vehicles Part 2 Stability of the steade state turn //Vehicle Syst. Dyn. -1973 V 2, №4 P.173-183.










    . A theoretical and experimental investigation with particular reference to the nonlinear problem. - Groningcn: Proefschrift, 1966. — 196 P.
  • Стоимость доставки:
  • 200.00 грн


SEARCH READY THESIS OR ARTICLE


Доставка любой диссертации из России и Украины