Исследование динамики подвески автомобиля

Область применения таких амортизаторов - это прежде всего гоночные и  спортивные автомобили, а также преимущественно  задняя подвеска дорогих и престижных легковых автомобилей, где возможно применение дополнительных мер по шумоизоляции.

Чтобы уменьшить энергию колебательного движения,  автомобили оборудуются специальными устройствами,  рассеивающими эту энергию и тем обеспечивающими быстрое затухание колебаний - амортизаторами.

Применяемые ныне гидравлические амортизаторы расходуют  энергию на перетекание вязкой жидкости из одного объема в другой  при значительном сопротивлении  (через малые зазоры или калиброванные отверстия). Работа трения в конечном счете преобразуется в  тепло и рассеивается.

При ходе сжатия сопротивление  амортизатора и  упругого  элемента подвески  складываются.  Происходит как бы увеличение жесткости подвески. Если же сопротивление амортизатора велико, то при кратковременных импульсах сравнительно небольшой силы (движение с большими скоростями на дороге с мелкими неровностями) рессора  не будет успевать деформироваться,  а поэтому импульсы будут передаваться корпусу, вследствие чего возникает явление тряски - неупорядоченные колебания сравнительно высокой частоты.

При ходе отбоя усилия от рессоры и  амортизатора  направлены противоположно. Сопротивление  амортизатора  должно  быть  меньше усилия рессоры. В противном случае колесо перестанет возвращаться в первоначальное положение или, как говорят, "зависнет". Нормальная работа  подвески  нарушится.  В  применяемых  амортизаторах двухстороннего действия  сопротивление  при  ходе сжатия делается значительно меньшим, чем при отбое, чтобы избежать тряски.

Характеристика такого  амортизатора,  выражающая графическую  зависимость между силой ( ), приложенной к поршню и скоростью ( ) перемещения поршня приведена на рис.14.

Характеристика - не линейная и имеет гистерезисную петлю. Зависимость между  ( ) силой и скоростью ( ) определяется по формуле:

                                              

                                                 (30)

где: - коэффициент сопротивления амортизатора (кг сек/см);

- коэффициент сопротивления  амортизатора при сжатии

0,12…0,25 н с/м     (1,2…2,4 кг  сек/см)

Рис.14

коэффициент сопротивления амортизатора при отдаче.

0,12…0,25 н с/м     (1,2…2,4 кг  сек/см)

приведенный (средний) коэффициент сопротивления амортизатора, определяемый по формуле

- скорость перемещения  поршня, м/с;

i - показатель степени. В расчетах показатель степени "i" обычно принимают равным 1,0.

Для учета  воздействия амортизатора на колебания корпуса автомобиля приводят амортизатор к расчетной схеме.

Приведенная характеристика при i = 1,0 выражается формулой

                                            (31)

где - приведенный коэффициент сопротивления амортизатора;

        - скорость вертикального перемещения корпуса автомобиля.

Характеристика  ассиметрична (рис.15). Сопротивление  сжатия в 2...4 раза меньше сопротивления  отдачи.

Рис.15

Подвески  с нелинейными и регулируемыми  характеристиками

При рассмотрении плавности хода автомобиля основным  допущением была линейность характеристики подвески

где - жесткость подвески ;

        - ход колеса;

       - нормальная реакция дороги на колесо.

У таких подвесок существенный недостаток: обеспечивают необходимую плавность хода автомобиля только при одной какой-то массе подрессоренной части.

В действительных условиях эксплуатации подрессоренная масса ( ) у многих автомобилей может резко колебаться. А частота собственных колебаний зависит от подрессоренной массы ( ).

С уменьшением при этой же жесткости ( )  подвески,  собственные частоты ( ) растут.

Поэтому, чтобы с изменением подрессоренной массы ( ) оценочные параметры плавности хода, к которым относятся:

поглощающая способность  подвески;

критическая скорость по пробою подвески;

число пробоев  на единицу пути;

эффективность гашения колебаний корпуса;

распределение вертикальных ускорений по длине  корпуса  их максимальное значение в отдельных точках,  оставались на приемлемом уровне необходимо менять жесткость подвески.

Подвески с  регулируемой  (переменной) жесткостью называются  нелинейными ( ). У таких подвесок с изменением нагрузки в нужном направлении меняется жесткость ( ) упругих элементов подвески, в результате чего ускорения ( ) и частоты ( ) остаются постоянными. Такое свойство называется изохронностью. Изохронность подвесок достигается:

а) автоматическим изменением  длины рессоры (за счет скользящей опоры: ЗИЛ-131, МАЗ-200). Чем больше масса автомобиля ( ), тем короче рессора, тем больше ее жесткость ( );

б) автоматическим изменением числа участвующих в работе  листов (за  счет  их разной кривизны).  Чем больше вес автомобиля,  тем больше жесткость рессоры;

в) применением корректирующих пружин (ЛАЗ-695,  ЛАЗ-697) и подрессорников (ГАЗ-53, ЗИЛ-131);

г) внедрение пневматических  и гидропневматических подвесок,  в которых упругие свойства газа или жидкости используются для  поглощения энергии импульсов, воздействующих на колеса;

д) внедрение регулируемых подвесок.  Возможности подвесок с нелинейными характеристиками  ограничены  в  силу  широкого диапазона нагрузок, скоростей движения и дорожных условий, в которых приходится работать армейскому автомобилю.

Поэтому в последнее  время  все  более  пристальное  внимание уделяется созданию подвесок с регулируемыми характеристиками. Регулирование подвесок позволяет изменять жесткость ( ), статический ( ) и рабочий ( ) ход колеса, дорожный просвет вплоть до полного его устранения ( посадка днищем корпуса на грунт)  или посадка на жесткие упоры).

Регулирование подвески может быть принудительным или автоматическим. Желательно сочетать оба эти способа так,  чтобы с изменением нагрузки жесткость менялась автоматически и в то же  время водитель имел  возможность изменять дорожный просвет, перераспределять нагрузки между колесами. В этом отношении весьма перспективными являются пневматические,  гидравлические и пневмогидравлические подвески.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 3. СТАБИЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС. РАЗВАЛ И СХОЖДЕНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС

3.1. Стабилизация управляемых колес

При движении автомобиля на управляемые колеса всегда действуют силы, стремящиеся отклонить их от заданного положения. В силу наличия зазоров и податливости деталей рулевого управления колеса отклоняются даже при фиксированном положении рулевого механизма.

Это может явиться  одной из причин  неустойчивого  движения автомобиля.

Устойчивость  прямолинейного движения автомобиля обеспечивается стабилизацией управляемых колес.

Стабилизация  управляемых колес - это свойство управляемых колес сохранять  нейтральное положение (занимаемое  ими  при прямолинейном движении) и автоматически в него возвращается после прекращения действия возмущающей силы.

Стабилизация  управляемых колес повышает безопасность движения и облегчает водителю управление автомобилем.

Стабилизация  управляемых колес достигается  за счет установки шкворней с наклоном в поперечной и продольной плоскостях с стабилизирующего момента эластичных шин при их качении с боковым уводом.

Угол поперечного  наклона шкворня - это угол между  осью шкворня и вертикальной плоскостью, параллельной продольной оси машины.

Схема стабилизации управляемых колес за счет поперечного наклона шкворней

Оси шкворней управляемых  колес устанавливают в поперечной плоскости под некоторым углом s к вертикали. Поэтому при повороте управляемых колес происходит подъем передней части автомобиля.

Если бы была возможность повернуть колесо на угол 180⁰ , то точка контакта колеса с дорогой должна была бы переместится по дуге АВ радиуса и расстояние h ниже опорной поверхности.

Так как в  действительности этого произойти  не может, то поворот колеса вызовет подъем части автомобиля, связанной с управляемыми колесами, на эту величину.

Рис. 1

Стабилизирующий момент моста за счет поперечного  наклона шкворней правого и левого колес может быть  определен  из выражения:

                                      (3)

где  G - часть веса автомобиля, приходящаяся на мост;

 r - радиус поворота колеса относительно оси шкворня;

- средний угол поворота управляемых  колес.

Поперечный  наклон шкворней обеспечивает стабилизацию управляемых колес, как при неподвижном автомобиле, так и при его движении. Кроме того, он уменьшает плечо обкатки в, что способствует уменьшению момента сопротивления повороту управляемых колес и снижению динамических нагрузок в рулевом управлении при наезде колеса на неровности.

Значения углов  поперечного наклона шкворней военных  колесных машин составляют 5⁰ ...9⁰ .

Угол продольного  наклона шкворня - это угол между  осью шкворня и вертикальной плоскостью, перпендикулярной  продольной  оси автомобиля.

Шкворни управляемых  колес устанавливаются в продольной плоскости под углом g к вертикали (наклонены назад). В следствии наклона шкворня боковая реакция R_у1 , приложенная в точке контакта колеса с дорогой, и боковая сила F_ц1 , приложенная к центру колеса, создают на плече а момент, стремящийся повернуть колесо в направлении, указанном стрелкой (т.е. возвратить колеса  в нейтральное положение - положение прямолинейного движения ).

Схема стабилизации управляемых колес за счет продольного  наклона шкворней

Рис. 2

Стабилизирующий момент, возникающий вследствие продольного  наклона шкворней, для управляемого моста определяется по формуле:

                                (4)

где - динамический радиус колеса.

При малой скорости движения стабилизирующий момент незначителен и сильно возрастает при увеличении скорости.

Значения углов  продольного наклона шкворней современных  полноприводных автомобилей составляют 3⁰...5⁰ .

На стабилизацию управляемых колес значительное влияние оказывает эластичность шин. Чем выше эластичность шин, тем больший стабилизирующий момент она вызывает.

При исследовании бокового увода эластичного колеса было установлено, что при действии на него боковой силы  точка приложения равнодействующей боковых реакций смещается назад на расстояние e. При этом, как видно из рис. 12а возрастает стабилизирующий момент, т.к. увеличивается плечо а^¢ силы .

Схема стабилизации управляемых колес за счет продольного наклона шкворня и эластичности шин

Рис.3

Суммарный стабилизирующий  момент моста за счет продольного  наклона шкворней и эластичности шин определяется из выражения:

                        (5)

Стабилизирующий момент за счет эластичности шин, как и момент, обусловленный  наклоном  шкворня  в  продольной  плоскости, проявляется при высоких скоростях движения.

Таким образом, стабилизация управляемых колес  обеспечивается за счет продольного  и поперечного наклона шкворней и за счет эластичности шин.

Сохранению  устойчивости  прямолинейного  движения  также способствуют:

- развал и  схождение управляемых колес;

- статическая  и динамическая балансировка  колес;

- согласование  кинематики рулевого привода  и подвески.

3.2. Развал и схождение управляемых колес

Если управляемые  колеса при движении вращаются в  вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси автомобиля, то  они  испытывают наименьшее сопротивление качению, а, следовательно, и обуславливают минимальный расход топлива на преодоление этого сопротивления. Одновременно снижается и износ шин.

Однако, у некоторых  автомобилей  такого  качения  можно достигнуть лишь при наличии развала  управляемых  колес  в вертикальной плоскости и их схождения в горизонтальной плоскости.

Угол развала управляемых колес - это угол между плоскостью вращения колеса  и  вертикальной  плоскостью,  параллельной продольной оси автомобиля.

Развал и  схождение управляемых колес

Рис. 4

Целесообразность  установки управляемых колес  с  развалом диктуется следующим образом:

- при качении  управляемого колеса на него  действует сила сопротивления  качения. Эта сила создает с  плечом обкатки в момент сопротивления повороту. При наличии развала колес это плечо уменьшается и тем самым облегчает управление автомобилем. Для большинства автомобилей значение плеча обкатки находится  в пределах 20 и 50 мм;