Исследование динамики подвески автомобиля

Наиболее распространены неровности высотой около 50 мм и длиной волны 4,0 м.

Для теоретического исследования вынужденных колебаний и для  проведения сравнительных испытаний на плавность хода неровности дороги принимают синусоидального профиля с интервалом высоты (q = 50; 100; 150 и 200 м).

Длина волны неровности (l) может выбираться в зависимости  от скорости движения автомобиля. В  этом случае частоты вынужденных  вертикальных колебаний, вызываемые импульсами от неровностей дороги, равны

                                            (11)

где  V- скорость движения автомобиля.

При совпадении частот вынужденных  и собственных колебаний возникает  явление резонанса. При этом амплитуды  колебаний можно определить длину  волны неровности, вызывающую резонанс при данной скорости движения, а также резонансную скорость движения на дороге с данной длиной волны

                

                                       (12)

                

                                    (13)

где -  частота вынужденных вертикальных колебаний.

ГЛАВА 2. ПОДВЕСКА

2.1. Виды колебаний

Такие характеристики, как  амортизация и демпфирование подвески, главным образом, связаны с вертикальными колебаниями автомобиля. Комфорт движения (нагрузки, испытываемые пассажирами и грузом) и эксплуатационная безопасность автомобиля (распределение сил по отношению к дорожному покрытию) в значительной степени определяются характеристиками подвески. Комфортабельность транспортного средства в основном определяется

 

 

 

 

Рис. двухмассовая модель в качестве модели четверти автомобиля:

h - амплитуда возбуждения; z - амплитуда колебаний; с - коэффициент упругости пружины; k - коэффициент затухания; m - масса; индексы: 1 - шина и ось; 2 - кузов

Таблица 1. Влияние конструктивных характеристик на вертикальные колебания автомобиля

Конструктивные характеристики	Влияние на собственную частоту колебаний кузова	Влияние на частоту промежуточного звена	Влияние на собственную частоту колебания оси
Данные кузова Подрессоренность	Значительное на комфорт управления автомобилем	Среднее на комфорт управления автомобилем	Незначительное на безопасность управления автомобилем
Меньшая упругость	Повышение частоты и амплитуды, меньшая степень комфорта		Повышенная частота, незначительное уменьшение амплитуды
Большая упругость	Уменьшенная частота и максимальная амплитуда, повышенный уровень комфорта		Незначительное повышение амплитуды при низких частотах возбуждения
Демпфирование	Значительное на комфорт управления автомобилем		Значительное на изменения динамической нагрузки на колесе
	Должно быть правильно выбрано для заданных условий применения
Большее (более жесткий амортизатор)	Уменьшение ускорения	Повышение ускорения		Увеличение ускорения, уменьшение изменений динамической нагрузки на колесо
Меньшее (менее жесткий амортизатор)	Повышение ускорения	Уменьшение ускорения		Незначительное уменьшение ускорения, повышенные изменения динамической нагрузки на колесе
Масса	Незначительное на коэффициент  усиления для изменения нагрузки на колесо коэффициент усиления для ускорения уменьшается с увеличением нагрузки (порожний автомобиль менее комфортабелен, чем груженый автомобиль, и не так безопасен)
Данные шин и колес Упругость (с повышенной степенью упругости шин)	Собственная частота и амплитуда  остаются фактически постоянными			Уменьшение собственной частоты и амплитуды от ускорения кузова и изменения нагрузки на колесо приблизительно пропорционально уменьшению вертикальной жесткости шины
Демпфирование	Частота и амплитуда не подвержены влиянию демпфирования шин			Более жесткое демпфирование является результатом незначительного уменьшения амплитуды во время ускорения кузова и изменения нагрузки на колесо
	В результате нагрева демпфирование  шины должно удерживаться минимальным в целях обеспечения значительного уровня упругости для нежесткой шины
Масса колес	Уменьшенная масса колеса фактически не оказывает никакого влияния на комфорт движения			Минимальная масса колеса повышает уровень безопасности движения

Плавностью колебания  кузова. Среднеквадратическая величина вертикальных ускорений кузова:

Колебания оси в значительной степени определяют безопасность движения автомобиля. Среднеквадратическая величина вертикальных ускорений оси:

Оба типа колебаний характеризуются  соотношением частот и амплитуд.

В табл. 1 отображено влияние различных характеристик на двухмассовую модель.

Угловое колебание вокруг поперечной оси связано с вращением  вокруг поясничной оси автомобиля во время разгона автомобиля из состояния покоя, Кинематические характеристики подвески выбираются таким образом, чтобы минимизировать угловые колебания во время разгона и торможения.

Угловое колебание относительно продольной оси связано с вращением автомобиля вокруг продольной оси, которое обычно проходит через нижнюю переднюю и верхнюю заднюю части автомобиля; колебание относительно продольной оси возникает в ответ на срабатывание рулевого управления. Стабилизаторы поперечной устойчивости на передней и задней осях уменьшают такое влияние.

 Влияние  частоты на кинематическую амплитуду:

Z1- амплитуда ускорения  оси; z2 - амплитуда, а- ускорения кузова; h - амплитуда возбуждения; 1 - типичная частота колебаний кузова; 2 - типичная частота колебаний оси

                                         

Типы  пружин. Управляемые системы подвесок. Системы выравнивания нагрузки.

Частично нагружаемые системы Использование нежестких пружин приводит к увеличению сжатия подвески автомобиля под нагрузкой. Для того, чтобы сохранить высоту кузова автомобиля на приемлемом уровне, используются вспомогательные пневматические или гидропневматические пружины.

Система также может  включать в себя электронные блоки управления выравниванием нагрузки, действующие на соленоидные клапаны.

Пневмоподвеска с выравниванием  нагрузки (частично нагружаемая система): 1 - воздушный штуцер; 2 - стальная пружина; 3 - дополнительная пневмопружи-на; 4 - газовая камера; 5 - амортизатор

Гидропневматическая система выравнивания нагрузки (частично нагруженная система): 1 - подача жидкости; 2 - стальная пружина; 3 - аккумулятор; 4 - газовая камера; 5 - резиновая диафрагма; 6 - жидкость; 7 - шланг; 8 - амортизатор

Преимущества электронной  системы:

а) уменьшенный расход энергии из-за устранения промежуточных циклов во время торможения, ускорения и при движении на поворотах;

б) полностью нагруженные системы подвески;

в) пружинящее действие обеспечивается посредством газового элемента подвески, в которой отсутствуют спиральные пружины. Управляемыми могут быть одна или обе оси автомобиля.

г) реагирование системы на увеличение скорости движения автомобиля уменьшением высоты подвески для экономии топлива;

д) повышение высоты подвески во время движения на неудовлетворительных дорожных покрытиях;

е) повышенная устойчивость движения на поворотах, достигаемая путем поперечного блокирования элементов подвески на одной оси.

Дополнительные преимущества для грузовых автомобилей большой  грузоподъемности: изменение высоты подвески для замены кузовов и контейнеров; высота транспортного средства может регулироваться, например, для выравнивания грузонесущей поверхности с погрузочной платформой; управление подъемной осью: подъемная ось автоматически опускается, когда превышается максимальная нагрузка на ось; подъемная ось поднимается на короткое время (2...3 минуты) в целях повышения нагрузки на ведущую ось (увеличение тягового усилия).

Система выравнивания нагрузки (полностью нагруженная система): а - разомкнутая система; b - замкнутая  система; 1 - фильтр; 2 - компрессор; 3 - осушитель; 4 - соленоидный клапан; 5 - пневмоамортизатор; 6 - обратный клапан; 7 - пневмо-баллон; 8 - датчик давления

Если необходимо управлять  всеми осями, система должна содержать электронный блок управления со специальной программой управления, учитывающей такие факторы, как изменение нагрузки на ось, чтобы предотвратить наклон автомобиля или его опрокидывание, и в то же время распознавать системные ошибки.

Разомкнутая система

Преимущества: сравнительно простые конструкция и управление.

Недостатки: высокая выходная мощность компрессора, требуемая для коротких периодов времени активного управления; необходимость обеспечения осушения воздуха; шум во время периодов всасывания и выпуска.

Замкнутая система

Преимущества: низкая выходная мощность компрессора (минимальный перепад давления между аккумулятором и элементом подвески), отсутствие осушителя.

Недостатки: относительно сложная конструкция.

Амортизаторы

Телескопические амортизаторы преобразуют колебания кузова и подвески в тепло. Они прикрепляются к кузову и оси с помощью эластичных элементов для уменьшения шума.

Однотрубные амортизаторы

Рис. Однотрубный амортизатор

1 - газовая подушка  2 - клапан с мягкой пружиной 3 - клапан с жесткой пружиной 4 - обратный клапан

Преимущества: легко приспосабливаются к различным конструкциям подвески, поскольку большой диаметр поршня позволяет иметь низкие рабочие давления; Имеется достаточное пространство для клапанов и каналов; Тепло рассеивается непосредственно через внешнюю часть цилиндра; Могут устанавливаться в любом положении.

Недостатки: большая длина внешней стороны цилиндра служащая в качестве направляющей для движения поршне подвержена деформациям от отлетающих камней и т.п. Компоновочная схема подвески должна обеспечивать достаточное пространство для перемещение подвижной части амортизатора без механических помех Уплотнение штока поршня подвергается воздействию давления демпфирования

Двухтрубные амортизаторы

          Рис. Двухтрубный амортизатор

1 - газовая подушка  2 - компенсационная камера 3 - клапан

Демпфирующие устройства атмосферного или низкого давления.

Преимущества: нечувствительны к внешним повреждениям В отличии от однотрубных амортизаторов, на внешней поверхности цилиндра могут быть использованы механические средства в целях обеспечения прокладки трубопроводов в ограниченных зонах кузова. Имеют небольшую длину, т. к. компенсационная камера расположена вокруг рабочего цилиндра.

Недостатки: чувствительны к перегрузке (провалы демпфирования). Возможно только определенное положение при установке на автомобиль.

Характеристики  демпфирования

Характеристики, получаемые в результате демпфирования в отверстии и в закрывающем его подпружиненном клапане; пружина реагирует на давление посредством увеличения отверстия выхода. Диаметр поршня и пружина могут быть специально подобраны для приближения линейной зависимости характеристик демпфирования. Для получения нескольких характеристик для одного амортизатора может быть использован внутренний механизм регулировки. Величины усилия сжатия часто составляют только 30-50% от значений обратного хода.

Для повышения комфорта движения и безопасного управления транспортным средством используются электронно-управляемые амортизаторы (активное приспособление к условиям эксплуатации)

Часто применяется полуактивный тип управления, при котором амортизатор  регулируется в соответствии со скоростью движения автомобиля.

Вибропоглотитель

Вспомогательная масса, обеспечивающая как амортизацию, так и демпфирование колебаний автомобиля, к которому эта масса подсоединяется. Вибропоглотитель гасит колебания основной системы.

Вибропоглотители воздействуют на движение кузова, их воздействие на подвеску крайне ограничено.

Характеристики амортизаторов

(режимы отдачи).

1 - комфортабельный, 2 - стандартный,

3 - спортивный

Функция усиления от ускорения  оси:

1 - с поглотителем, 2 - без  поглотителя, 1 - ускорение оси, движущейся с амплитудой z; h - амплитуда возбуждения

Поглощение вибраций:

а - установка на автомобиле, b - механический эквивалент системы, 1 - пружина и демпфер поглотителя, 2 - масса поглотителя, 3 - масса колеса; 4 - шина, п - амплитуда колебаний шины и оси, h - амплитуда возбуждения а

Компоновочная схема подвески

От геометрии подвески и ее жесткости зависит возможность  в ограничении вертикальных перемещений кузова и уменьшении угловых колебаний вокруг поперечной и продольной осей.

Кинематика

Передние колеса поворачиваются вокруг наклонной оси, чье положение определяется шарнирами и деталями подвески.

Особо важными являются нижеперечисленные кинематические данные колеса по отношению к рулевому управлению и передаче сил между шиной и дорожным покрытием.

Схождение δ_VS

Угол между продольной осью автомобиля и плоскостью, проходящей через центр шины управляемого колеса. Может быть также определено как половина разности расстояний между передними и задними бортами ободов колес. Схождение оказывает влияние на прямолинейность движения автомобиля и на его управляемость, а в переднеприводных автомобилях оно компенсирует результирующие кинематические изменения геометрии подвески под действием силы тяги. Для заднеприводных автомобилей схождение находится в пределах примерно 15...25 мм; для переднеприводных составляет до - 20 мм (в целях компенсирования силы тяги).

Кинематическая длина цапфы r_st

Представляет собой  кратчайшее расстояние между центром управляемого колеса и осью его поворота. Для полноприводных автомобилей r_st характеризует влияние сил тяги и сил сопротивления качению на управляемость.

Плечо стабилизации n

Расстояние между точкой контакта колеса и точкой пересечения оси поворота колеса с дорогой на виде сбоку. Определяет величину стабилизирующего момента и влияет на курсовую устойчи-

Рис. 1 Схождение  передних колес:

 δ_VS  -  угол схождения; расстояние между колесами: a - впереди; b - сзади; b-a -схождение (мм); s – колея