44461

Основы теории подрессоривания и расчета подвески легкового автомобиля

Дипломная

Логистика и транспорт

Плавность хода проходимость; управляемость и устойчивость автомобиля Плавность хода автомобиля Плавность хода автомобиля - это его свойства двигаться с минимальным раскачиванием колес и кузова в любых эксплуатационных условиях при различных скоростях на разных дорогах и нагрузках. Направления колебаний автомобиля показаны на рис.

Русский

2013-11-12

6.16 MB

69 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ ВПО "Тольяттинский государственный университет"

Институт непрерывного профессионального

образования

                                                      Кафедра "Автомобили и тракторы"

Выпускная квалификационная

работа

На тему:

Основы теории подрессоривания и расчета подвески легкового автомобиля

Руководитель проекта       Лата В.Н.

Слушатель                          Шалина Л.В.

                                  «____» ____________ 2008 г.

Тольятти 2008 г.

Глава 1 Плавность хода, проходимость; управляемость и устойчивость    автомобиля

    1.1 Плавность хода автомобиля

    Плавность хода автомобиля – это его свойства двигаться с минимальным раскачиванием колес и кузова в любых эксплуатационных условиях, при различных скоростях, на разных  дорогах и нагрузках. Направления колебаний автомобиля показаны на рис.1, на плавность хода больше всего оказывают влияние перемещения по Z и α - вокруг.

Рис. 1- Направление колебаний автомобиля

    Влияние колебаний на организм человека, при воздействии от частот дороги достигают диапазона до 100 Гц.  При частотах  до 20 Гц  человеческий организм воспринимает отдельными циклонами – это колебания в низкочастотной области, свыше 20 Гц колебания воспринимаются слитно, называются вибрациями. Колебания  подрессоренными  массами воспринимают 60-120 колебаний/мин (1-2 Гц). Колебания неподрессоренной массы имеют частоту 15-20 Гц.

    Влияние колебаний на организм человека:

-  до 2-3 Гц вызывают расстройства вестибулярного аппарата;

-  от 4-8 Гц вызывают болезненные ощущения внутренних органов  человека (т.к. расположенные внутри органы имеют собственную частоту равною 4-8 Гц и полученный резонанс приводит к болезненным ощущениям);

- больше 8 Гц вызывают болезненные колебания глазного яблока (что сказывается на снижении зрения);

- свыше 20 Гц вибрация проявляется через силовое и звуковое воздействие.

  1.  Измерители плавности хода.

    До настоящего времени единого измерителя плавности хода нет. Разные фирмы используют какие-то свои методы. Есть метод для которого содержат экспертов по плавности. Эксперт – это человек, который настолько профессионал, что может определить причину.

Большинство стран используют такие методы, как:

  1.  частота собственных колебаний подрессоренной массы;
  2.  вертикальные ускорения, действующие на пассажиров, водителя и на груз.

    По первому методу считается плавность хода автомобиля удовлетворительной, если частота собственных колебаний подрессоренных масс n = 60÷120 кол/мин. Если ее уменьшить, например 50 кол/мин или меньше, то последствия – морская болезнь. А если увеличить >120 кол/мин – организм плохо переносит резкие удары.

    По второму методу:

– вертикальное ускорение;

– квадратичное (среднее) ускорение;

F = m  – силовое воздействие.

    Удовлетворительная плавность хода автомобиля, если  = 0,1g ÷0,25 g.

    В России используют  ГОСТ 12.1.012-2004  Вибрационная безопасность. Общие требования. В ГОСТе нормируются ускорения вертикальные и дополнительно горизонтальные, действующие в октавных полосах в течении 8 часового рабочего дня (таблица 1).

Таблица 1

Октавные полосы, Гц

1

2

3

4

5

6

7

0,7-1,4

1,4-2,8

2,8-5,6

5,6-11,2

11,2-22,4

22,4-44,8

44,8-89,6

Допустимые вертикальные ускорения,   м/с2

1,1

0,79

0,56

0,6

1,14

2,25

4,5

Допустимые горизонтальные ускорения,   м/с2

0,39

0,42

0,8

1,62

3,2

6,4

12,8

   Нормы рекомендованные НАМИ для легковых автомобилей (таблица 2). Нормы ISO (рис.2).

Таблица 2

Нормы

Тип дороги

Диапазон, Гц

                                         , м/с2

0,77÷22,4

малый класс

средний класс

высший класс

А

асфальт

0,75

0,6

0,4

Б

булыжник

1,0

0,75

-

А

асфальт

1,0

0,75

0,5

Б

булыжник

1,5

1,0

-

Рис. 2 – Нормы ISO

    1.1.2 Основные положения теории колебаний

    Т – период колебаний, время в течении которого тело возвращается в исходное положение;

    А – максимальное отклонение тела от равновесия;

    n – частота колебаний в минуту.

    Свободные колебания – это колебания совершаемые телом после выведения его из состояния равновесия  рис.3 (затухающие).

Рис. 3 – Свободные колебания

    Вынужденные колебания, колебания которые совершаются под действием постоянного возмущения (рис.4).

Рис. 4 – Схема вынужденных колебаний

    1.1.3 Свободные незатухающие колебания.

    Если пружину сжать и отпустить, то масса начнет совершать колебания.

     

Рис. 5 - Колебательная система автомобиля без затухания

и неподрессоренных масс:

I – пружина в свободном состоянии;

I I – пружина сжата под действием массы (m);

В равновесном состоянии сила тяжести  равна:

G = CZ

m=CZ

ω =  – угловая частота

ω2Zc= 0; отсюда следует

Z = A×sinωt

= ω×cosωt

max = A×ω – скорость

= 2sinωt –ускорение

Рис. 6 – Кривые свободных незатухающих колебаний

    1.1.4 Вынужденные колебания

    Кинематическое возмущение (рис.7)

Рис. 7 – Схема кинематического возмущения

fсум =  +  =

+  =

  Ссум =

Уравнение движение определяется по формуле:

m+ CZ = Cсум× Asinpt,

где р – частота возмущений.

m + Cсум × (Z - Asinpt) = 0

Z = Вsinpt

= - Вр2sinpt

mВр2 sinpt + Cсум × (Вsinpt - Asinpt) = 0

В(Ссумmр2) = А×Ссум

Z = ×sinpt = ×sinpt

    1.1.5 Амплитудно-частотная характеристика

    Амплитудно-частотная характеристика – это отношение амплитуды входного к выходному сигналу при гармоничном соотношении воздействии (рис.8).

Рис.8 - Амплитудно-частотная характеристика автомобиля:

- пока нет демпфирования - уход в верх, т.е. в бесконечность;

- разрыв говорит о не устойчивости, когда в системе нет трения, но в каждой системе есть трение.

    1.1.6 Свободные колебания с демпфером

    Свободные колебания автомобиля с демпфером показаны на рис.9.

Рис.9 - Свободные колебания автомобиля с демпфером

m + CZ + K= 0

+ 2h = + ω2Z = 0,

где h – коэффициент сопротивления, h =

    Сдвиг по фазе появляется за счет сил сопротивления:

Z = A,

где φ – сдвиг по фазе;

      ω0 – частота собственных колебаний демпфирующей подвески.

ω0 =  = ,

где ψ – коэффициент периодичности колебаний,

ψ = , если ψ = 1, то ω0 = 0, у автомобиля ψ = 0,15÷0,35

    1.1.7 Вынужденные колебания с демпфированием

    Вынужденными называются колебания, совершаемые автомобилем вследствие действия периодической возмущающей силы, обусловленной волнистой поверхностью дороги (рис.10).

,

ψ = ,

где К – коэффициент сопротивления амортизатора, Нс/м

Рис.10 - Вынужденные колебания с демпфированием

    Наиболее полное представление о вынужденных колебаниях автомобиля при различных значениях частоты возмущающей силы дает его амплитудно-частотная характеристика, которая включает в себя зависимости перемещений кузова и колес, а также ускорений кузова автомобиля от частоты возмущающей силы (рис.11).

Рис. 11 – Амплитудно-частотная характеристика автомобиля

    1.1.8 Динамические модели, применяемые в изучении плавности хода автомобиля

    Чаще всего применяется плоская модель (рис.12)

Рис.12 – Плоская модель автомобиля:

М – подрессоренная масса; m1, m2– неподрессоренная масса передней  и задней подвесок; Сп1, Сп2– приведенная жесткость упругого элемента передней и задней подвесок; Ка1, Ка2 – приведенные коэффициенты амортизаторов передней  и задней подвесок; Сш1, Сш2– вертикальная жесткость шин передней и задней подвесок; a, b – координаты от центра масс до передней и задней оси; Кш1, Кш2 –коэффициенты сопротивления шин.

    На первом этапе принимаются допущения:

- контакт колеса с дорогой – точка, безотрывный;

- колебания систем – малые;

- жесткостные демпфирующие характеристики – линейные;

- крепление подвески к кузову  - недеформируемые.

    Возмущающее воздействие определяется по формуле:

где Q – воздействие со стороны дороги;

      Т – кинетическая энергия системы,  Т = ;

      П – потенциальная энергия системы, П = 2;

      Ф – энергия рассеивания, Ф = .

M1Z1: Z2 = Zαβ

           Z1 = Z + αβ

M11+(Z1-x1) Сп1+ Ка1(1-1)+ M32 = 0;

M22+(Z2-x2) Сп2+ Ка2(2-2)+ M31 = 0;

m1x1+(Z1-x1) Сп1+ Ка1(1-1)+ Сш1(x1-q1) = 0,

m2x2+(Z2-x2) Сп2+ Ка2(2-2)+ Сш2(x2-q2) = 0,

где М1, М2, М3 – массы условно приходящие на середину передней и задней

                           подвески.

М1 = М×, М2 = М×, М3 = М×.

    Присутствие М1, Z1 и т.д. говорят о том, что колебания задних и передних подвесок взаимосвязаны.

    Если ρ2 = ab, то тогда колебания передней подвески не связаны с колебаниями задней подвески (0,9÷1,1).

    Если коэффициент перераспределения масс:

-  ε < 1, то короткобазовый автомобиль,

-  ε > 1, то длиннобазовый автомобиль.

    Применяют упрощение (предполагая ε = 1), рассчитывают по очереди переднюю и заднюю подвески.

M11+(Z1-x1) Сп1+ Ка1(1-1) = 0;

m1x1-(Z1-x1) Сп1- Ка1(1-x1)+ Сш1(x1-q1) = 0.

    К неподрессоренным массам относятся колеса, амортизаторы,  а масса рычагов подвески делится пополам и одна половина относится к подрессоренной массе, а другая к неподрессоренной массе (т.е.  две массы и две резонансные массы). Резонансные зоны показаны на рис. 13.

Рис. 13 – Резонансные зоны:

I – движение автомобиля с небольшой скорость (синусоида); II – зона первого низкочастотного резонанса; III – межрезонансная зона (движение на средних скоростях); IV – зона высокочастотного резонансная; V – за резонансная зона (движение автомобиля на высоких скоростях).

t = ,

    Вертикальная упругая характеристика подвески – это зависимость между вертикальной нагрузкой и деформацией замеренной у оси колеса (линейная характеристика рис.14).

Рис.14 – Линейная характеристика:

I, II – время включения ограничителя хода; Zполн – полный ход подвески;

G0 – снаряженная масса автомобиля; т.О – деформация; Zотд – ход отдачи;

Zсж – ход сжатия; Gп – полная нагрузка; Fтр – сила сухого трения подвески;

Кд = 2…4 – коэффициент динамичности; Сп – жесткость подвески;

Sφ – условно статический прогиб подвески.

Сп =

f4 =

Zотд = 0,5× Zсж – для легковых автомобилей

Zотд= 0,75× Zсж – для автобусов

Zотд= Zсж – для грузовых

    Чем больше потенциальная энергия (динамическая емкость подвески), тем меньше вероятность ее пробоя. Потенциальная энергия определяется по формуле:

П =

    Увеличить потенциальную энергию можно:

  1.  за счет увеличения хода сжатия, но при этом увеличивается высота центра масс автомобиля при различных нагрузках, большие перемещения подрессоренной массы при торможении и разгоне, крен при повороте;
  2.  за счет увеличения жесткости подвески, но при этом плавность хода будет ухудшена (компромиссом является применение нелинейной характеристики подвески).

    Угол наклона касательных определяет жесткость:

Z0 =

Cn = ,

G0Z = Z0

lnG =

C = lnG0 – 1

    Жесткость подвески должна изменятся по этой показательной функции :

G = G0  

    1.1.10 Вертикальная упругая характеристика шины

    Шина обладает податливостью в трех направлениях радиальном, боковом, тангенциальном. На плавность хода радиальное направление.

    Вертикальная упругая характеристика шины – это зависимость между вертикальной нагрузкой и деформацией шины

    Жесткость шины определим по формуле:

tgθ = Cш = ;

   Отношение : у легковых автомобилей - 5÷15

                             у грузовых автомобилей – 1,5÷6

    1.1.11 Характеристика сопротивления амортизатора

    Характеристика сопротивления амортизатора – это зависимость между силой сопротивления и скоростью перемещения поршня относительно цилиндра. Сухое трение должно быть не более 5%.

Силу сопротивления находим по формуле:

F = Ka,

где Ka – коэффициент сопротивления амортизатора (симметричный, несимметричный) и определяется:

Ka = ,

    В момент разгрузки клапанов Котд = (4÷5)Ксж

    1.1.12 Расчет собственных частот. Влияние параметров подвески на плавность хода.

    1. Чем жестче подвеска, тем лучше плавность хода. Жесткость упругого элемента определяется:  

ω = ;

Z = f().

    2. Чем меньше подрессоренная масса (М), тем хуже плавность хода.

Параметры влияющие на распределение подрессоренной массы по осям автомобиля:

  1.  положение центра массы по длине автомобиля;
  2.  момент инерции   =M. Момент увеличивается, а продольно-угловые колебания становятся меньше, если тяжелый вес автомобиля распределяется от центра масс.

3. Сухое трение, составляет менее 5% от нагрузки приходящей на ось, а больше 5% из-за возрастания колебаний.

4. Амортизаторы. На небольших скоростях, достаточно небольшого сопротивления амортизатора, для того чтобы улучшить плавность хода. На высоких скоростях сопротивление амортизаторов тоже нужно ограничивать.

5. Неподрессоренная масса. На не больших скоростях масса не влияет на плавность хода, а на больших, чем меньше неподрессоренная масса, тем лучше плавность хода.

    6. Жесткость шины, чем меньше жесткость шины, тем лучше плавность хода. Сопротивление в шине на порядок меньше, чем в амортизаторе   (у легковых автомобилей). У грузовых автомобилей коэффициент трения довольно большой и его надо учитывать при проектировании подвески.

    1.1.13 Приведение жесткости упругого элемента и коэффициента сопротивления амортизатора к колее автомобиля.

 

Рис.15 - Зависимая подвеска

Рис.16 - Независимая подвеска

    Приведение жесткостей производится на основе равенства моментов от приведенного значения и реального.

    При деформации подвески    

    Момент от приведенного         

где i = передаточное число подвески

Рис.17 - Независимая подвеска на поперечных рычагах

  где i =

Для амортизатора  2cosβ

    1.1.14 Определение собственных частот связанных с колебанием автомобиля

Рис. 18 – Определение собственных частот

;

;

;

;

;

;

  1.  ;
  2.  

Из выражения 2) определяем  и подставляем в 1) выражение:

ω =  ω1 = ω2 =

Рекомендации: Сделать частоту собственных колебаний передней подвески меньше, чем у задней подвески.

     1.1.15 Согласование подвесок для устранения галопирования

     Та точка при приложении, к которой вертикальной нагрузки возникает только перемещение.

РХ – Сn1Z1a + Cn2Z2b = 0

X =  =   

P = Cn1Z1 + Cn2Z2, т. к.  Z1 = Z2  

    Для того, чтобы центр упругости совпадал с центром масс необходимо, чтобы  

Х = 0, Cn1a = Cn2b

     1.2 Управляемость и устойчивость автомобиля

    Рассмотрение курса управляемости и устойчивости начнём с рассмотрения системы координат (неподвижная, подвижная) и принятых обозначений.

    Второй вопрос -  изучение характеристик шин. Влияние характеристик шин очень велико.

    Шины не только являются компонентом автомобиля, через которые осуществляется передача силовых реакций между автомобилем и дорогой, но и являются сложной динамической системой описываемой собственными характеристиками, влияющими на свойства управляемости и устойчивости.

    Углы увода осей в значительной степени зависят от характеристик шин. Для достижения максимальных характеристик управляемости автомобиля характеристики его подвесок и систем управления должны быть настроены таким образом, чтобы максимально реализовать способность шин передавать боковые и продольные силы.

         


1.2.1 Характеристики шин. Угол бокового увода колеса.

Боковые силы на колесах

    


Явление увода было открыто в 1925 году французским учёным

Жилем  Брулье.

    При качении эластичной шины скорость центра колеса                              в плоскости, параллельной дороге отклоняется от плоскости вращения колеса на некоторый угол δ.  

    Рассмотрим особенности качения деформируемого колеса, считая, что средняя линия шины ведет себя как натянутая струна (упругая нить).

    Если боковая сила отсутствует, то при качении колеса точки, лежащие  на средней линии шины, соприкасаются с поверхностью дороги в плоскости вращения колеса и боковой увод отсутствует

(см. рис. 20).

    Под действием боковой силы центр колеса смещается в сторону ее действия, шина и её средняя линия деформируется. Теперь при перекатывании шины точки, лежащие на средней линии, будут соприкасаться с поверхностью дороги под углом к плоскости вращения колеса. При малых углах увода проскальзывание в пятне контакта колеса с дорогой пренебрежительно мало, поэтому пятно контакта, не меняя формы, разворачивается относительно плоскости вращения колеса на некоторый угол.

    Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется явлением бокового увода, а угол между этим вектором и плоскостью вращения – углом бокового увода (углом увода).

    Величина угла увода зависит от боковой и угловой жесткости шины или, что одно и то же, от боковой жесткости шины и так называемого пути релаксации lp (см. рис. 21).

    Поскольку деформация натянутой нити в передней части пятна контакта меньше, чем в задней, равнодействующая боковой реакции колеса смещена назад от середины пятна контакта на величину плеча сноса lсн (см. рис.19).

     Изменение угла бокового увода от боковой силы (боковой реакции от угла увода) носит нелинейный характер. Типичная зависимость боковой силы от угла увода шины легкового автомобиля показана на рис. 22. На начальном участке 0-1 увод происходит за счет  упругой деформации элементов шины. Поскольку деформация «упругой нити» больше в задней части пятна контакта, то с ростом боковой силы именно там начинается проскальзывание. Пятно контакта приобретает чечевицеобразный вид, интенсивность нарастания боковой силы при увеличении угла увода снижается (участок 1-2, рис.22). На участке 2-3 происходит полное скольжение пятна контакта, боковая сила при этом пропорциональна вертикальной силе, действующей на колесо, и зависит от коэффициента сцепления колеса с дорогой. С дальнейшим увеличением угла увода до 900 боковая сила на колесе может слегка вырасти или уменьшиться, что зависит от соотношения коэффициентов сцепления шины в боковом и продольном направлении. Для оценки поведения различных шин при малых углах увода используется коэффициент сопротивления боковому уводу , для которого можно записать:

, (Н/рад)

    Следует отметить, что явление бокового увода работает «в обе стороны» - если на колесо действует боковая сила, то оно катится с уводом, и если катить колесо с определенным углом увода, то в пятне контакта колеса с дорогой будет генерироваться боковая сила.

Факторы, влияющие на коэффициент сопротивления уводу:

  •  Радиальные шины имеют больший коэффициент сопротивления уводу, чем диагональные, однако более резкий срыв в области высоких углов увода. Радиальные шины имеют по сравнению с диагональными большую  угловую жёсткость.
  •  С увеличением давления воздуха в шинах коэффициент сопротивления уводу уменьшается. Поэтому уменьшение давления воздуха в задних шинах и (или) увеличение в передних приводят к изменениям реакций автомобиля на управление.
  •  Коэффициент сопротивления уводу увеличивается при увеличении ширины обода колеса или при уменьшении высоты профиля шины.
  •  При увеличении нагрузки на колесо коэффициент сопротивления уводу возрастает до некоторого значения нагрузки, а затем падает.
  •  С увеличением тяговой или тормозной силы коэффициент сопротивления уводу снижается.
  •  Наклон колеса в сторону действия боковой силы (положительный развал) уменьшает коэффициент сопротивления уводу и наоборот.
  •  С увеличением частоты пульсации вертикальной силы коэффициент сопротивления уводу уменьшается.
  •  Изношенные шины также имеют обычно несколько больший коэффициент сопротивления уводу, чем шины с полным рисунком протектора.

         1.2.2 Математическая модель автомобиля (плоская, пространственная).

Рис.22 – Расчетная схема модели автомобиля

    Наиболее простой моделью автомобиля, учитывающей увод шин, является линейная модель с тремя степенями свободы, описанная, в частности, в [7 Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля]. Расчетная схема такой модели представлена на рис.22. Дифференциальные уравнения движения автомобиля могут быть получены с использованием уравнений Лангранжа второго рода, либо принципа Д'Аламбера:

   

где: - момент инерции автомобиля вокруг вертикальной оси;

      - момент инерции подрессоренной массы автомобиля вокруг   продольной оси;

      - масса автомобиля;

      боковое ускорение автомобиля;

       – угловая скорость поворота автомобиля;

       – угол крена автомобиля;

     - сумма моментов, действующих на автомобиль вокруг    вертикальной оси;

    - сумма моментов, действующих на подрессоренную часть

автомобиля вокруг продольной оси;

    - сумма сил, действующих на автомобиль в направлении оси ;

    Боковое ускорение автомобиля может быть рассчитано по формуле:

  

где:- поступательная скорость автомобиля;

      - скорость изменения суммарного угла увода;

    Правые части уравнений представляющие суммы моментов действующих сил можно вывести с учётом:

-боковых реакций на колесах передней и задней оси автомобиля соответственно,

-расстояния от центра масс до передней и задней оси автомобиля,

-углов увода колёс передней и задней оси автомобиля,

-стабилизирующих моментов шин передней и задней оси автомобиля,

- продольных реакций на колесах передней и задней оси автомобиля,

-угла поворота и наклона передних и задних колес автомобиля зависящие от кинематических особенностей направляющего аппарата подвесок и изменения углов от эластичности шарниров подвесок,

-расстояния от центра масс до оси крена автомобиля,

-подрессоренной массы автомобиля,

-угловой жесткости передней и задней подвесок автомобиля,

-угловой жёсткости кузова,

-коэффициента сопротивления амортизаторов крену для передней и задней оси автомобиля,

-боковой аэродинамической силы сопротивления движению автомобиля;

-аэродинамического поворачивающего момента.

    1.2.3 Управляемость.

    Под управляемостью автомобиля разумеется его способность при движении точно следовать повороту управляемых колёс. Плохая управляемость автомобиля характеризуется стремлением автомобиля самопроизвольно изменять направление движения (виляние), а при повороте рулевого колеса двигаться по кривой, не точно соответствующей повороту управляемых колёс.

    В работах отечественных и зарубежных учёных приводятся различные редакции определений управляемости, но суть определения «как свойство следовать заданному водителем закону движения не меняется».

В соответствии с ОСТ37.001.051-86 «Управляемость и устойчивость автомобилей. Термины и определения» дана следующая редакция термина управляемость автомобиля:

     «Свойство автомобиля подчиняться траекторному и курсовому управлению», а термин управление автомобилем изложен в следующей редакции:

    «Действия водителя, направленные на целесообразное сохранение или изменение величины и направления скорости движения, а также ориентации продольной оси автомобиля».

    1.2.3.1  Свойства, формирующие управляемость автомобиля. Оценочные показатели.

    1. Устойчивость.

   Устойчивость автомобиля против скольжения одной из осей рассматривалась на первых порах не как самостоятельное свойство автомобиля, а как один из факторов, влияющих на тяговые и тормозные свойства.

    Современное определение устойчивости по ОСТ 37.001.051-86 «Управляемость и устойчивость автомобилей. Термины и определения» изложено в следующей редакции:

    «Свойство автомобиля сохранять в заданных во времени или пути пределах направление движения и ориентацию продольной и вертикальной осей независимо от действия внешних и инерционных сил».

    Этим же ОСТом  даётся определение пяти видам устойчивости:

    1) Траекторная устойчивость – устойчивость автомобиля по направлению проекции вектора скорости на опорную плоскость.

    Вектор скорости определяет траекторию движения автомобиля. Когда автомобиль движется по заданной прямолинейной или криволинейной траектории на него воздействуют внешние силы: инерции, тяги или торможения приложенные к осям, от кинематического или эластокинематического изменения плоскости колёс, силы тяжести с учётом поперечного профиля дороги. Эти силы могут вывести автомобиль из равновесного состояния и изменить направление вектора скорости. Физический смысл этого показателя заключается в определении значения условий, при которых происходит изменение траектории.

    2) Курсовая устойчивость – устойчивость автомобиля по ориентации проекции его продольной оси на опорную плоскость.

    Вектор скорости и проекция продольной оси автомобиля совпадают только в частном случае равномерного движения автомобиля по горизонтальной поверхности при отсутствии внешних аэродинамических боковых сил. В остальных случаях в силу наличия различных углов поворота колёс передней и задней оси с учётом углов увода вектор скорости и проекция продольной оси автомобиля на продольную плоскость не совпадают. Величина не совпадения может не замечаться водителем и это значение отклонения должно считаться незначимым. Курсовая устойчивость характеризует условия, при которых поддерживается назначенная величина не совпадения. Значительное несовпадение из-за отклонения от заданного вектора скорости передней оси называется сносом, задней – заносом.

    3) Поперечная устойчивость – устойчивость автомобиля по ориентации вертикальной оси в плоскости перпендикулярной продольной оси.

    В процессе эксплуатации автомобиля он может выехать на участок дороги, имеющий поперечный уклон. Наиболее неблагоприятный случай возникает, когда продольная ось автомобиля параллельна косогору и управляемые колёса повёрнуты в сторону вершины косогора. На автомобиль действует боковая сила, приложенная в центре тяжести пропорциональная его массе, величине уклона. Необходимо учитывать смещение центра тяжести в сторону уклона из-за наклона подрессоренных масс, обусловленного наличием податливости подвесок.

     Для случая выезда на наклонный участок со значительной скоростью необходимо учитывать действие сил инерции направленных в сторону поперечного уклона дороги пропорциональных: массе, расстоянию от центра тяжести до оси крена, скорости изменения крена, а при повороте в сторону косогора – инерционную силу пропорциональную кривизне траектории.

    Плечо крена автомобиля  определяется как расстояние от центра масс автомобиля до оси крена. Ось крена представляет собой воображаемую линию, соединяющую центры крена передней и задней подвесок, относительно которой кренится автомобиль.

Положение центра крена зависит от кинематической схемы подвесок. Для современных легковых автомобилей с независимой подвеской ось крена располагается несколько выше поверхности дороги, почти параллельно ей. Высота центра масс составляет 0,5...0,65 м.

Таким образом, плечо крена может принимать значения в диапазоне 0,4...0,65 м.

    Если силы сцепления шин с дорогой превышают действующие в описанных выше случаях боковую силу, то при пересечении вертикальной составляющей боковых сил линии колеи произойдёт опрокидывание автомобиля.

    При движении автомобиля по криволинейной траектории действует боковая сила, приложенная в центре тяжести пропорциональная массе и ускорению. Если момент боковых сил превышает момент от веса автомобиля, то опрокидывание также неизбежно.

     Момент боковых сил зависит от: кривизны траектории, массы автомобиля, скорости изменения кривизны траектории, плеча крена, угловой жёсткости подвесок, демпфирования амортизаторов,  возможного предельного угла крена подрессоренных масс.

     Момент от веса автомобиля зависит от: массы автомобиля, высоты центра масс и колеи.

    4) Продольная устойчивость  – устойчивость автомобиля по ориентации его вертикальной оси в плоскости продольной оси, перпендикулярной опорной плоскости.

    Определяет возможность преодоления продольного уклона, включая режим разгона и торможения. Наиболее неблагоприятными случаями являются торможение на спуске и резкий переход от горизонтального участка к уклону. Условия сохранения продольной устойчивости аналогичны условиям сохранения поперечной устойчивости. Той разницей, что можно пренебречь углом крена подрессоренной массы.

    5) Аэродинамическая устойчивость – устойчивость автомобиля при действии на него аэродинамических сил.

     Несмотря на то, что в ОСТе даётся одно определение необходимо помнить, что для практических целей необходимо учитывать аэродинамическую устойчивость от вертикальных аэродинамических сил, влияющих на нормальные реакции под колёсами и от боковых аэродинамических сил влияющих на боковые реакции шин.

    При скорости свыше 100км/час величина аэродинамической силы направленной вверх или вниз может достигать десятков килограмм и увеличивается с дальнейшим ростом скорости. Аэродинамические подъемные силы приводят к некоторой разгрузке колес автомобиля и вызывают уменьшение коэффициентов сопротивления уводу, а также уменьшают предельные боковые силы, которые могут быть реализованы на колесах. Одновременное увеличение силы лобового аэродинамического сопротивления вызывает увеличение требуемых тяговых сил, также уменьшающих предельные боковые силы, которые могут быть реализованы на колесах. В сумме совпадение этих процессов на одной оси может привести к потере устойчивости в диапазоне эксплуатационных скоростей.

    Результирующая реакция от бокового ветра прикладывается в геометрическом центре бокового профиля автомобиля. От положения координаты ветровой реакции относительно осей автомобиля порывы бокового ветра могут приводить к отклонению курса автомобиля.

    2.  Поворачиваемость

Рис. 23 – Схема поворачиваемости автомобиля

    Важным свойством, характеризующим, управляемость автомобиля является его поворачиваемость.

    Определение данного свойства в отраслевом стандарте изложено в следующей редакции:

- поворачиваемость автомобиля – свойство автомобиля увеличивать, сохранять или уменьшать кривизну траектории установившегося движения при увеличении бокового ускорения.

Поворачиваемость может  принимать значение:

- нейтральная – кривизна траектории установившегося движения не меняется при увеличении бокового ускорения,

- избыточная – кривизна траектории установившегося движения увеличивается при увеличении бокового ускорения,

- недостаточная – кривизна траектории установившегося движения уменьшается при увеличении бокового ускорения.

    3. Лёгкость рулевого управления. Для системы ВАД.

   Лёгкость рулевого управления – свойство автомобиля, определяющие степень физической нагрузки водителя при поворотах руля. Это свойство включает в себя три компонента:

1) усилие на ободе рулевого колеса – силовая составляющая,

2) чувствительность автомобиля к повороту руля – определена как производная от кривизны траектории автомобиля по углу рулевого колеса – определяет затраты водителя на величину угла поворота рулевого колеса,

3) время реакции автомобиля – интервал времени между началом поворота руля и началом движения с установившейся реакцией или между экстремумами поворота руля и реакции автомобиля при периодическом законе поворота руля.

     4.  Колебания управляемых колес в поперечной плоскости

   Если  представить, что на колёсах передней оси отсутствует стабилизирующий момент, то ничего, кроме сил трения в пятне контакта не будет препятствовать повороту управляемых колёс. Однако при выходе из поворота колесо придётся принудительно вращать в направлении  прямолинейного движения. У водителя будет отсутствовать информация о среднем положении рулевого колеса и ему может не хватить времени для своевременного возврата при выходе из поворота. К разработчикам автомобиля предъявляются на этот счёт жесткие требования. Данное качество автомобиля является настолько важным, что нашло отражение в международном стандарте ЕЭК ООН R79.

    С другой стороны колебания управляемых колёс в поперечной плоскости значительно влияют на устойчивость автомобиля. При колебаниях колёс изменяется кривизна траектории и в центре тяжести автомобиля действует знакопеременная горизонтальная сила. При повороте колёс в пятне контакта колеса с дорогой появляется проскальзывание, что приводит к уменьшению сил сцепления. Эти факторы могут либо не препятствовать возврату автомобиля в устойчивое состояние (сохранить курсовую устойчивость) либо привести к потере курсовой устойчивости после поворота рулевого колеса на некоторый угол с последующим его отпусканием.

5. Стабилизирующие моменты шин

     Стабилизирующий момент шины может быть представлен в виде двух составляющих: поперечного стабилизирующего момента шины, равного произведению равнодействующей поперечных сил Ry на плече lсн, и продольного стабилизирующего момента шины, равного произведению продольной силе Rx на плече dсн, и продольного стабилизирующего момента шины.

    На рис. 24 показана типичная зависимость стабилизирующего момента шины легкового автомобиля от угла увода колеса. Для малых углов увода стабилизирующий момент шины пропорционален углу увода, т.е. можно записать:

      

             

где- коэффициент стабилизирующего момента для оси                автомобиля, Н∙м/рад;

     - углы увода передней и задней осей, рад.

Рис.25 – Зависимость стабилизирующего момента

    Коэффициенты сопротивления уводу и стабилизирующего момента для каждой модели шины зависят от:

- давления воздуха в шине;

- вертикальной нагрузки на шину;

- коэффициента сцепления колеса с дорогой;

- наличия продольных сил в пятне контакта колеса с дорогой и их характера (тяговая или тормозная);

- угла увода колеса;

- угла развала колеса;

- скорости изменения увода.

    Подробнее влияние различных факторов на характеристики увода шин рассматриваются в [2…4].

    5.1Стабилизирующие моменты в шкворневом узле.

    Принимая во внимание, что в общем случае имеются углы продольного и поперечного наклона оси поворота возникают стабилизирующие моменты на каждом колесе при их выведении из положения прямолинейного движения.

   Суммарный стабилизирующий момент является нелинейной функцией вышеперечисленных факторов.

    6.Силы трения в шкворневом узле и рулевом управлении.

    Трение в шарнирах подвески, рулевой трапеции, в амортизационной стойке подвески Макферсон, в рулевом механизме уменьшают величину стабилизирующих моментов.

    7.Инерционные силы движущихся элементов подвески рулевого управления.

    Для высоких скоростей поворота управляемых колёс значимыми становятся инерционные силы от масс: колеса со шкворневым узлом, элементов рулевой трапеции включая рейку, рулевого колеса создают колебательную систему с энергией сопоставимой с энергией от стабилизирующих моментов.

  1.  Поперечная устойчивость автомобиля по скольжению одной из осей.

    Предельным случаем потери курсовой устойчивости автомобиля является боковое скольжение одной из осей. Боковое скольжение задней оси принято называть заносом, передней – сносом. Рассмотрим явление скольжения оси двухосной машины. Полное скольжение оси, соединяющей два колеса, может начаться тогда, когда действующая на ось боковая сила достигнет величины силы сцепления колеса с дорогой равной произведению вертикальной реакции на ось и коэффициента сцепления.

    Если предположить, что под действием некоторой силы начнётся скольжение передней оси, боковое перемещение задней оси отсутствует, углами увода пренебречь (рис.в.), то очевидно, что движение автомобиля происходит с различными скоростями передней и задней осей. Мгновенный центр поворота находится на пересечении перпендикуляров к векторам скорости. Действующая на автомобиль инерционная сила направлена в противоположном направлении относительно возмущающей силы и препятствует развитию скольжения.

При скольжении задней оси (рис.г.) положение мгновенного центра поворота предопределяет суммирование возмущающей и инерционной силы, что приводит к нарастанию скольжения. Прекратить скольжение, в этом случае можно обеспечив поворот колёс передней оси в сторону заноса. Поворот колёс передней оси на недостаточный угол приведёт лишь к уменьшению кривизны траектории и, как следствие к уменьшению величины инерционной силы и снижению интенсивности скольжения. Поворот колёс передней оси на избыточный угол может привести к скольжению оси в противоположном направлении

9  Установка управляемых колес.

     9.1 Развал

    Наклон плоскости колеса к вертикали называется развалом.

    Принято считать, что если верхняя часть колеса наклонена наружу автомобиля, то угол развала считается положительным. Если внутрь – отрицательным.

    Для колёс передней оси исторически назначался положительный развал. Очевидно, за этим скрывалось желание конструктора обеспечить перпендикулярность плоскости колеса слегка выпуклому профилю дороги с целью снижения износа шин. Кроме того, по определению износы в подвеске приводят к изменению развала в отрицательное направление. Изначально заложенный отрицательный развал со временем мог стать чрезмерным. В настоящее время в основном применяется значение развала около 0 градусов. Для спортивно ориентированных автомобилей иногда в передней оси применяется небольшое отрицательное значение угла развала. Очень важно обеспечить минимальную разницу величины развала слева и справа (обычно не более 30 минут).

    Применение независимой подвески задней оси дало возможность конструктору закладывать в задней оси отрицательное значение развала, что способствует улучшению устойчивости в повороте.

    9.2 Схождение

    Схождением называется разница расстояний между кромками обода перед и за осью в плоскости параллельной дороге проходящей через центр колеса.  

    Угол схождения колеса может быть пересчитан из линейного размера. Величина схождения назначается с учётом таких факторов, как тип привода (передний или задний), податливость рулевой трапеции, продольная жёсткость подвески. Современное значение схождения принимается около 0 минут.

    9.3 Продольный угол оси поворота колеса

    Продольным углом поворота колеса называется угол между осью поворота и вертикалью в продольной плоскости автомобиля. Главная роль этого угла – обеспечение динамической стабилизации и  повышение устойчивости передней оси в повороте.

    Стабилизация обеспечивается за счёт создания плеча между центром пятна контакта и мнимой точкой пересечения оси поворота с плоскостью дороги (вылет оси поворота). Для этого верхняя точка оси поворота наклонена назад. Существуют ограничения на величину вылета оси поворота из-за возникновения угрозы появления чрезмерных сил стабилизации ухудшающих устойчивость. Автомобиль становится более чувствительным к боковому ветру. При движении в повороте неровности дороги сильно отдаются ударами на рулевом колесе.

С другой стороны при значительных углах при повороте колёс увеличивается отрицательный развал, что повышает возможности шины воспринимать боковые силы (повышает траекторную устойчивость). Компромиссным решением является применение достаточно большого угла (около 7-8 градусов) со смещением оси поворота назад за ось колеса. Современное значение продольного угла для переднеприводных автомобилей составляет 2,5-4 градуса.

    9.4 Поперечный наклон оси поворота

    Поперечным углом оси поворота называется угол между осью поворота  и плоскостью, перпендикулярной поверхности дороги и параллельной продольной оси автомобиля.

    Ось поворота для шкворневой, безшкворневой и подвески Макферсон :

1) плечо обката;

2) Поперечный угол обеспечивает стабилизацию управляемых колёс от веса приходящего на ось;

3) схема;

4) изменение развала.

    10 Факторы, влияющие на характеристики управляемости автомобиля

    1. Концепция привода

Для легковых автомобилей:

- передний привод;

- задний привод;

- привод на все четыре колеса.

    Кроме того, важно, как распределяется крутящий момент по колесам одной оси, а также между осями (для полноприводных автомобилей).

    Влияние тяговых сил на колесах проявляется в основном следующими путями:

1. В случае поворота ведущих колес тяговые силы непосредственно создают по отношению к автомобилю поворачивающий момент.

2. Наличие тяговых сил приводит к уменьшению коэффициентов сопротивления уводу шин.

3. Тяговые силы на управляемых колесах могут создавать существенный момент относительно их осей поворота, что при наличии податливости рулевого управления и подвески вызывает их упругий доворот, разный для наружного и внутреннего колеса.

    Наилучшую управляемость в различных режимах движения демонстрируют полноприводные автомобили; устойчивость движения при изменении тяговых сил также проще всего обеспечить у полноприводного автомобиля. Однако переднеприводные автомобили обычно имеют лучшую устойчивость прямолинейного движения, а наилучшую устойчивость при торможении двигателем на скользких покрытиях демонстрируют заднеприводные автомобили.

Наличие тяговых сил на передних колесах обычно вызывает повышенную склонность к недостаточной поворачиваемости. Более резко это проявляется с увеличением скорости автомобиля (или тяговых сил на колесах).

    2. Весовые параметры, к  ним относятся:

- масса автомобиля;

- распределение массы автомобиля по осям;

- моменты инерции автомобиля.

    Чем больше масса и моменты инерции автомобиля, тем, обычно, больше время реакции автомобиля, на управляющие воздействия, хуже управляемость, однако лучше устойчивость при изменении внешних сил.

    Распределение массы по осям оказывает сильное влияние на характеристики статической чувствительности автомобиля к управлению. Чем ближе центр масс смещен к передней оси, тем больше степень недостаточной поворачиваемости, меньше время реакции, однако, больше нагрузка на управляемые колеса и, следовательно, больше усилия, действующие в рулевых тягах.

      3. Геометрические параметры

    Увеличение колесной базы и колеи автомобиля благоприятно сказывается на его управляемости и устойчивости, особенно на устойчивости автомобиля по опрокидыванию.

    Большая колесная база позволяет удобно разместить пассажиров в пространстве между осями. Уменьшаются передний и задний свесы кузова, уменьшается тенденция к «галопированию», улучшается курсовая и траекторная устойчивость. Недостатки большой колесной базы – ухудшение маневренности и проходимости автомобиля.

    11 Проходимость (ГОСТ 22748-77 Автотранспортные средства. Номенклатура наружных размеров. Методы измерений)

    1. Профильная проходимость зависит от компоновки автомобиля и оценивается геометрическими параметрами проходимости, которые определяют по компоновочным чертежам или путем измерения натурных образцов. Все измерения проводятся при полной нагрузке автомобиля на горизонтальной площадке с твердым и ровным покрытием. Геометрические параметры проходимости автомобиля показаны на рис. 26.

Рис.26 – Схема геометрических параметров проходимости автомобиля

    Профильная проходимость – это угол переднего свеса – γ2, угол заднего свеса – γ1, радиус поперечной проходимости – ВL.

    Дорожный просвет (h) - расстояние от опорной поверхности до наиболее низкой точки автомобиля, расположенной между колесами.  Обычно  это точки под картерами главных передач ведущих мостов и в местах расположения рессор. В технических характеристиках автомобилей могут приводиться несколько значений дорожного просвета. Например, дорожный просвет под передним h1 и задним h2 мостами. У современных легковых автомобилей дорожный просвет составляет 150...220 мм, автобусов - 220...300 мм, а у грузовых автомобилей ограниченной и повышенной проходимости - 240...300 мм. У автомобилей высокой проходимости за счет применения колесных передач и крупноразмерных шин дорожный просвет достигает 400...500 мм.

    Передним (γ1) и задним (γ2) углами свеса ограничивается проходимость автомобиля при проезде  через канавы, пороги, крутые переломы. Углы свеса - это углы между плоскостью опорной поверхности и плоскостью, касающейся колес и наиболее выступающей точки автомобиля. Большие углы свеса обеспечивают возможность преодоления автомобилем крутых препятствий, не задевая их. Наибольшие углы свеса имеют автомобили высокой проходимости: передний 60...70° и задний 50...60°.

  Продольный радиус проходимости (RL) - радиус условной цилиндрической неровности, через которую автомобиль может проехать, не задевая ее низшей точкой, расположенной в его средней части. Чем меньше RL, тем более крутые неровности может автомобиль преодолеть. Продольный радиус проходимости может быть определен по компоновочному чертежу или экспериментально.

    В некоторых случаях для оценки проходимости автомобилей через препятствия, соизмеримые с колеей автомобиля, используют понятие поперечный радиус проходимости (RB)см. рис. 8.

    2. Коридор поворота

    3. Въезд на паркинг

    4. Технологические условия (заводские пандусы, автовозы, железнодорожный и водный транспорт для перевозки автомобилей)

    5. Силовая проходимость - возможность преодолеть какую то неровность. 

    Определяется запасом тяговой силы на колесах и характеристикой крутящего момента. Проводят на: асфальте, грунтовке, сырой грунтовке, на сухом и сыром песке, испытания на льду, на снегу, на укатанном снегу - для определения запаса тяговой силы.

    Интегральный показатель проходимости автомобиля – это высота преодолеваемого снежного покрова (свежо выпавший снег). Горизонтальный участок с твердым основанием, автомобиль движется так что высота снежного покрова увеличивается на низшей передаче без разгона. Водитель включает заднюю передачу и пытается выехать назад. Высота снежного покрова, при которой автомобиль выехал назад и является максимальной высотой снежного покрова преодолеваемой автомобилем.

    6. Максимально преодолеваемый подъём

    Автомобиль на низшей передаче равномерно (добавляя подачу топлива) заезжает на 5 % уклон, потом на 10 %, 15 % и т.д., пока какой-то уклон не преодолеет автомобиль. Последний преодолеваемый уклон и будет максимальным (рис.27).

Рис. 27 – Схема преодолеваемых уклонов

    7. Влияние элементов конструкции автомобиля на его проходимость:

- ведущие мосты;

- колёса;

- диаметр, ширина, рисунок протектора;

- масса на ведущую ось.

    Глава 2 Конструирование и расчет подвески, элементов рулевого управления

    2.1 Основные термины и определения

    Основными устройствами, защищающими автомобиль, от динамических условий дороги и уменьшающих колебания и вибрации являются подвеска и шины.

    Подвеской автомобиля, называют совокупность устройств связывающих колеса с рамой или кузова и предназначающих для уменьшения динамических нагрузок передающихся автомобилю от неровностей поверхности дороги, а также обеспечивающих передачу всех сил и моментов, действующих между колесом и рамой (кузовом).

    Подвеска состоит:

1. Упругое устройство, которое служит для уменьшения динамических нагрузок и оно же вызывает колебания кузова и колес.

2. Гасящим устройством являются детали подвески, обеспечивающие затухания колебаний.

3. Передача продольных и боковых сил и передача моментов осуществляется при помощи направляющего устройства, кроме того оно определяет кинематику движения колес автомобиля относительно кузова при вертикальных ходах подвески, а также эластокинематику, т.к. изменение положения колес относительно кузова под действием продольных и боковых сил и моментов.

    2.2 Общие требования к подвески автомобиля

  1.  Подвеска должна обеспечивать высоко комфортабельное движение:

- плавность хода, которое оценивается влиянием виброускорения  на сиденье водителя;

- низкий уровень шума и вибрации, передаваемые на автомобиль от дороги через подвеску, от силового редуктора через подрамники;

- удобство управляемости автомобилем – комплексное свойство характеризующее управляемость автомобилем, показатель усилия на руле, на которое оказывает влияние подвеска.

    2. Подвеска должна обеспечивать максимальную безопасность движения:

- активная, помогает предотвратить дорожно-транспортное происшествие (тормозные свойства, управляемость, устойчивость);

- пассивная, помогает смягчить последствия дорожно-транспортного происшествия (подушки безопасности, ремень безопасности).

    3. Кинематические, жесткостные, демпфирующие и эластокинематические характеристики подвесок должна обеспечивать максимальную передачу колесами боковых и продольных сил в различных режимах движения.

    4. Крен кузова при движении, при повороте и в высокогорье не должны превышать определенных значений.

    5. Подвеска должна противодействовать клевкам при торможении при разгоне автомобиля.

    6. Подвеска должна обеспечивать некоторую степень не достаточности неповорачиваемости.

    7. Подвеска должна быть легкой.

    8. Подвеска должна быть прочной и долговечной (не должна ломаться, гнуться).

    9. Подвеска должна быть удобной при сборке автомобиля.

  10. Подвеска должна быть легко доводимой.

  11. Подвеска должна быть недорогой.

   Общие требования, класс и особенности компоновки автомобиля, его назначение, объем выпуска, ниша на рынке сбыта – вот это все обуславливает требования к автомобилю выраженные в численном показателе, а этим требования обуславливаются к упругим, гасящим и направляющим устройствам подвески.

   Перед проектированием подвески делают:

1) концепцию;

2) технические условия;

3) выбор подвески по бальной шкале;

4) проводятся исследования по выбору автомобиля и подвесок (расчетное подтверждение);

5) на стадии проектирования после концепции проводят расчетный анализ чувствительных критериев и изменений показателей автомобиля.

    К концу концепции:

- тип конструкции подвески;

- подбор геометрии (шарниров).

    В качестве упругих элементов на автомобиле используют:

1)  металлические элементы, позволяющие регулировать высоту уровня пола (за счет пневмонического устройства, от условий движения, от поверхности дороги):

- спиральные, цилиндрические или фасонные пружины;

- рессоры;

- торсионы.

2) резиновые элементы или полимеры представляют собой активное противодействие крена кузова:

- буфер сжатия;

- буфер отбоя.

3) пневматические упругие элементы имеют прогрессивную упругую характеристику:

- автономные (без подкачки газа, с использованием азота);

- с внешней подкачкой (используется воздух).

4) электромагнитные упругие элементы – требуются большие мощности.

    Функции гасящего элемента выполняют:

- амортизаторы (за счет внутреннего трения амортизаторной жидкости);

- резиновые элементы;

- многолистовые рессоры (за счет сухого трения);

- сухое трение также присутствует в шаровых шарнирах  и амортизаторах.

    

    По типам направляющие устройства делятся:

- зависимая;

- независимая;

- полузависимая.

    Недостатки зависимой подвески:

1) большая неподрессоренная масса (жесткие амортизаторы);

2) склонность к уводу по неблагоприятной дороге;

3) взаимосвязанность колес, меняется развал колес;

4) занимает много места.

    Преимущества:

  1.  простота и экономичность изготовления;

2) отсутствие изменения развала при крене кузова;

3) отсутствие изменения колеи, отсутствие бокового смещения;

4) центр крена располагается высоко над уровнем поверхности дороги.

    Недостатки независимости подвески:

1) рычаги могут быть нагружены большими боковыми и продольными силами в зависимости от схемы;

2) боковые силы передаются иначе,  чем в зависимой подвеске, центр крена располагается низко, а это означает большой угол крена кузова;

3) развал колес меняется в неблагоприятную сторону.

    Преимущества:

1) возможность размещения в малом объеме;

2) маленькая масса;

3) отсутствие связи в расположении колес.

    Полузависимые подвески – это совокупность, как преимуществ, так и недостатков зависимых и независимых подвесок.

    В передних приводных легковых автомобилях на сегодня применяются независимые подвески 4 типов:

1.  Подвеска типа Макферсон, отличительной особенностью является наличие телескопической стойки, которая выполняет функции направляющего устройства, жестко связана с кулаком. Геометрия направляющего устройства такая же, как подвески двухрычажной, но имеет бесконечные длины. Подвески типа Макферсон хорошо компонуются с современными автомобилями (автомобили класса А, В, С).

2.  Подвеска на двух поперечных рычагах, вместо стойки на поворотном рычаге закреплен шаровой шарнир, чтобы увеличить расстояние и снять нагрузки, задает ось поворота колеса, верхний рычаг короче нижнего. Направляющее устройство сложнее и дороже (автомобили класса D, спортивные, гоночные).

3. Многорычажная подвеска, рычаги разведены, больше применяется шарниров, совершенны кинематическая характеристика, каждый стержень передает силы вдоль своего тела и работает на растяжение-сжатие (автомобили большого и высшего класса).

4. Образуется из подвески Макферсон, верхняя – стойка, нижняя – рычажная (два шарнира и стержень), позволяет применять алюминий, получает большое колесо обкадки (автомобили большого и высшего класса).

    2.3 Задняя подвеска

    1.  Подвеска на продольных рычагах – неблагоприятное уменьшение радиуса поворота, плохая кинематическая схема, отрицательный развал колес (на автомобилях Фиат, Пежо, Рено).

    2. Подвеска на косых рычагах – под действием боковых сил, колесо поворачивает в неблагоприятную сторону (на автомобилях Рено Меган, Нисан).

    3. Подвеска на связанных рычагах (симбиоз 1 и 2 типа) – кинематика близка с подвеской связанных рычагов.

    4. Задняя подвеска типа Макферсон, у задней подвески больший ход, чем у передней подвески, эластокинематика хорошая, передача боковых и продольных сил (в боковых – жесткая, в продольных – мягкая).

    5. Подвеска трех рычажная.

В эластокинематике видно, что от боковых сил работают продольные силы.

    6. Подвеска типа Форд Фокус – через продольный рычаг передаются продольные силы и моменты.

    7. Подвеска на двойных поперечных рычагах.

Кузов в месте присоединения подвески должен быть очень жестким, с высокими локальными жесткостями.

    8. Многорычажная подвеска – продольные рычаги закреплены жестко в подрамнике:

1) подвеска тапа Макферсон

2) пятистержневая подвеска

 

    2.4 Свойства подвески

    2.4.1 Жесткостные свойства и вертикальный ход подвески

    У подвески различают вертикальную, продольную, боковую и угловую жесткость.

    Вертикальная, должна обеспечивать – плавность хода автомобиля, ее назначение по известному значению подрессоренной массы, приходящей на колесо и требуемого соответствия частоте колебаний подрессоренной массы.

,

    Для снаряженного состояния автомобиля собственная частота колебаний: передней подвески – 55…80 Гц/мин;

задней подвески – 68…105 Гц/мин.

    Чем больше масса, тем меньше собственная частота колебаний. Человеком лучше всего переносится частота равная 1 Гц.

ω =

Cn = 1,08…1,2C

    Чем выше должна быть плавность хода, тем ниже назначается собственная частота колебаний.

    2.4.2 Выбор хода подвески

    Для движения по дороге с нормальным микропрофилем не требуются жесткие подвески.

    Среднеквадратичные отклонения по плохой дороге не превышают 20 мм. При переезде единичных неровностей в повороте может потребоваться больший ход, кроме того ход подвески должен быть достаточно большим для того чтобы обеспечить определенный угол крена.

     Необходимо иметь ход сжатия для автомобиля с колеей 1400-1500 мм не менее 70 мм от состояния полной загрузки (рис.);

Ход отбоя от состояния загрузки (водитель) не менее 50мм.

    Передние подвески, для которых разница нагрузок не так велика, как у задних, ход может быть меньше, чем мягче подвеска, тем меньше и требуется ее суммарный ход.

    Применение подвесок обеспечивает постоянный уровень пола независимо от нагрузки, что позволяет существенно сократить ход подвески, особенно задней.

    Точка включения буфера сжатия определятся опытным путем. Длинный буфер обеспечивает более мягкое включение, но при этом страдает долговечность буфера.

const = ω =  – увеличивая массу колес, увеличивается жесткость подвески.

    В гидропневматической подвески величиной жесткости можно легко управлять. Однако если Vгаза = const, то жесткость растет чрезмерно сильно (квадратично) (рис.)

    Особенности пневматической подвески:

    1)  с постоянным количеством газа в упругом элементе жесткость растет с увеличением нагрузки на колесо с квадратичной зависимостью, поэтому с увеличением нагрузки собственная частота колебаний не уменьшается, а увеличивается;

    2) подвеска обеспечивает прогрессирующую характеристику, при полной загрузке характеристика более прогрессивная, чем при частичной загрузке. Для обеспечения коэффициента загрузки одним водителем требуется применение дополнительного упругого элемента с ранней точкой включения.  Для состояния полной загрузки его усилителя уже излишне и по сути ограничивает ход сжатия;

    3) зависимость упругой силы от температуры газа и от скорости сжатия (процесс становления политропности),  жесткость умножается на показатель политропности.

     2.4.3 Продольная и боковая жесткость подвесок

     Продольные и боковые жесткости подвесок должны быть достаточно большими для обеспечения управляемостью автомобиля и для уменьшения колесных арок. Однако для обеспечения плавности хода эти жесткости не могут быть слишком большими.

    Продольная в 10-50 раз больше вертикальной жесткости, боковая в 30-150 раз больше.

    Боковая жесткость у передней и задней подвесок должна быть у передней и задней подвесок сопоставимой и не должны различаться:

    2.4.4 Угловая жесткость подвески

    Угловая жесткость подвески, выбирается для обеспечения и определения угла крена кузова в повороте (рис.) .

Рис. 28 – Схема определения угла крена кузова

,

где Мр – реактивный момент

где φ – угол крена,

     суммарная угловая жесткость

где ось крена (центр автомобиля)

    Увеличение жесткости на переднюю ось, связано с обеспечением недостаточной поворачиваемостью  .

где Kn – 0,9…0,95;

      вертикальная жесткость подвески при рациональном ходе.

  1.  угловая жесткость от основных угловых элементов:

;

    2)

    2.4.5 Трение в подвеске

    Половина ширины гистерезиса есть потери на трение (, что показано на рис.29.

    Источники сухого трения:

- амортизаторы;

- шарниры резинометаллические;

- многолистовые рессоры.

Рис. 29 – Схема

    2.4.6 Демпфирование в подвеске

    Демпфирование в подвеске оказывает существенное влияние на колебания автомобиля.

    Относительный коэффициент демпфирования определяется по формуле:

    Коэффициент периодичности определяется:

где  коэффициент демпфирования колеса;

      подрессоренная масса.

    Проверка проводится относительно коэффициента демпфирования колеса в неподрессоренной массе.

где коэффициент увеличения жесткости колеса с увеличением скорости движения (= 1,05);

     коэффициент демпфирования колеса (=30 Нс/м);

     величина неподрессоренной массы.

    Соотношение усилия на отбой и сжатие (рис.30):

- спереди – 3…5;

- сзади – 1,5…4

Рис. 30 – Схема усилий на отбой и сжатие

    Различают депрессивную и прогрессивную форму усилий  (рис.31)

Рис.31 – Схема депрессивной и прогрессивной формы усилий

    Преимущества прогрессивной характеристики:

- при малых скоростях деформации подвески, возникают малые усилия демпфирования, т.е. при движении по дороге с мелкими неровностями, подвеска остается мягкой;

- с увеличением скорости поршня происходит резкое нарастание сил, повышается демпфирование колебаний кузова и колес, предотвращается отрыв колеса от дороги.

    Преимущества депрессивной характеристики:

- более эффективно гашение поперечного крена кузова.

    Демпфирование зависит от свойств жидкости, ее вязкости. Основным преимуществом газонаполненных амортизаторов независимость от температуры (автомобиль ездит при t= 60-70 ͦ С).

    Преимущества однотрубных газонаполненных амортизаторов:

- хорошее охлаждение рабочего цилиндра;

- притом же диаметре трубы наружной применяется больший диаметр поршня, что позволяет достичь;

- клапан сжатия располагается на поршне и нагружается тем же, чем и на клапане отбоя;

- значительное вспенивание жидкости меньше и находится под давлением, установка допускается под любым углом.

    Недостатки однотрубных газонаполненных амортизаторов:

- требуется более высокая точность изготовления для обеспечения герметичности;

- есть дополнительная выталкивающая сила на штоке, которая зависит от диаметра штока, давления газа, объема и температуры;

- амортизатор длиннее;

- повышенное трение.

     Кинематические характеристики  подвески:

- геометрические размеры;

- колеса и база автомобиля;

- начальные углы установки колес;

- развал и схождение;

- размеры, определяющие положение оси поворота колеса: плечо отката, плечо стабилизации, поперечные и продольные наклоны оси поворота.

    Кинематические характеристики  - изменение всех этих размеров при различном ходе подвески.

    База колесная, имеет большое значение – дает большое пространство для размещения пассажиров. Чем она больше, тем меньше уровень продольных колебаний, уменьшение устойчивости прямолинейности движения, уменьшение маневренности, уменьшение минимального угла продольного перемещения (рис.32).

Рис.32 – Схема продольного перемещения автомобиля

    Колея, чем она больше, тем лучше устойчивость и меньше крен кузова.

    Развал колес (рис.33) в настоящее время устанавливается:

- на передние колеса: -0 ͦ20΄…-0 ͦ40΄;

 - на задние колеса: -0 ͦ30΄…-1 ͦ30΄.

где  коэффициент увода;

        развала.

Рис.33 - Схема развала колес

    Отрицательный развал, позволяет повысить предельное ускорение автомобиля и улучшить прямолинейную устойчивость автомобиля. Но износ шин возрастает с увеличением отрицательного развала и зачастую приводит к разрушению корда и стиранию протекта.

    Угол схождения колес, с точки зрения для минимального обеспечения качения, углы схождения равны нулю, для компенсации упругих доворотов колес под действием тяговых сил или сил сопротивления качения требуется обеспечить некоторые схождения или расхождения колес. Положительное схождение передних колес позволяет сделать реакции на поворот руля более жесткими, т.е. меняет поворачиваемость в сторону избыточности, у задних в сторону недостаточности. Окончательные углы схождения выбираются на стадии доводки.

    Размеры, связанные с положением оси поворота колеса (рис.34):

Рис. 34– Схема расположения плеча отката

    Плечо стабилизации (рис.35)  у современных автомобилей большое и равно 15-20 мм, связано это с тем, что автомобили оснащены стабилизатором.

Рис.35 – Схема плеча стабилизации

    Продольные наклоны оси поворота колеса (Кастер) служат для обеспечения угла стабилизации (плеча) кроме того для благоприятного обеспечения угла развала колеса.

    Поперечный наклон оси поворота колеса, служит для обеспечения весового стабилизирующего момента (рис.36).

Рис. 36– Схема поперечного наклона оси поворота колеса

    Плечо  стараются сократить до 50 мм, чем меньше плечо, тем меньше реакция автомобиля на изменение подачи топлива и изменение поверхности дороги.

    2.4.7 Изменение схождения колеса при ходе подвески

    Различают кинематические характеристики при разноименном и одноименном ходе, если их рассматривать в абсолютной системе координат (по отношению к дороге).

    Нужное изменение схождения у подвесок управляемых колес при ходе подвески обеспечивается за счет согласованной кинематики подвески и рулевого привода (за счет подбора длины и угла наклона рулевой тяги).

    2.4.8 Изменение развала колеса при ходе подвески

    У зависимых подвесок развал колес по отношению к поверхности дороги не меняется ни при крене кузова, ни при одноименном ходе.

    У независимых подвесок при крене кузова колеса наклоняются вместе с кузовом, поэтому желательно, чтобы при ходе сжатия колесо по отношению к кузову приобретало отрицательный развал, а при ходе отбоя положительный и тогда не желательное изменение развала колес в повороте уменьшается.

    У подвески на косых рычагах угол стреловидности не большой .

    2.4.9 Характер изменения колеи при ходах подвески. Изменение положения центра крена

    Изменение колеи – это износ шин и не устойчивость на дороге.

    Положение от поверхности дороги не выше 120 мм, но не ниже 15 мм – центр крена (рис.37.

Рис.37 – Схема расположения центра колес и центра крена кузова

    Подвески с механизмом Уатта, применяются в зависимых подвесках, чтобы избавиться от бокового смещения при ходе подвески (рис.38).

Рис. 38– Схема подвески с механизмом Уатта

    Продольное перемещение колеса при ходах подвески нужно для того, чтобы при наезде на кочку шло перемещение вперед при ходе отбоя и назад при ходе сжатия.

    2.5 Антиклевковый эффект

Рис. 39 – Схема габаритов автомобиля

 RZ передается на кузов через верхний и нижний шаровые шарниры, при этом часть этой дополнительной силы передается через рычаги и шарниры на кузове, а часть через упругий элемент. Отношение части передаваемой через рычаги к полной добавки RZ выраженная в процентах представляет собой антиклевковый эффект подвески.

1)

5)

6) 100%

    2.6  Кинематические характеристики рулевого привода

где tg – , в расчет подставляется tg    

Соотношение Аккермана (рис. 40):

tg

Рис. 41

    Рулевая трапеция обеспечивает разницу поворота верхнего и нижнего угла.

    Максимальный угол поворота и разница углов поворота, кроме этих двух параметров еще рассматривается поперечный угол поворота, угол Кастра, изменение стабилизационного плеча от хода рейки, изменение колес, перемещения продольной рейки (рис.42).

Рис. 42 – Cхема поперечного угла, угла Кастра

    2.7 Эластокинематические характеристики

    Эластокинематические характеристики  - изменение угла развала колес и схождения под действием боковой продольной силы или стабилизирующего момента. С точки зрения устойчивости автомобиля, желательно чтобы изменения этих углов были минимальными и менялись они в сторону поворачиваемости, т.е. передние колеса поворачивались внутрь, а задние наружу.


Рис.
19 - Схема качения колеса с уводом

Рис.20 - Схема качения колеса при отсутствии боковой силы

Рис.21 - Схема качения колеса под действием боковой силы

Рис.22 - Изменение угла увода                от боковой силы

EMBED CorelDRAW.Graphic.12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70201. Правовой статус государственного служащего 192.5 KB
  Государственное управление имеет важные функции, выполнение которых обеспечивает существование государства: поддержание внешней и внутренней безопасности страны, организацию работы учреждений образования, здравоохранения и других институтов, развитие экономики
70203. Финансовый план закрытого акционерного общества «Буревестник» 195.01 KB
  По многим источникам известно, что наблюдается жесткая связь между успехом организации и планированием, так наибольшая доля неудач фирм в условиях рынка связана с ошибками при планировании (до 40%). Причем влияние планирования на успех деятельности возрастает в организации...
70204. Финансовый план закрытого акционерного общества «БыСтрой» 189.34 KB
  Заказчиками ЗАО «БыСтрой» являются, как предприятия и организации города, так и отдельные граждане. Кроме того, необходимо отметить основные показатели присущие данной строительной организации, на основании которых в дальнейшем будет производиться расчет.
70206. Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения 1.9 MB
  В процессе производства буровых работ подземные воды вскрыты скважинами на глубине 5,30 м от поверхности земли на абсолютной отметке 135,30 м. Максимально высокое положение уровня воды следует ожидать в весеннее время. Подземные воды являются слабоагрессивными.
70207. Проектирование застройки жилого комплекса в климатических условиях г. Новосибирска 525.5 KB
  Приобретение навыков: обоснования минимальной мощности и проектирования структуры организационной системы по осуществлению программы жилищного строительства; проектирования директивного графика строительства объектов в реальном масштабе времени, т.е. с учетом влияния климатических факторов...
70209. Основные понятия экологии. Экосистема - основная функциональная единица в экологии 152 KB
  Окружающая среда совокупность компонентов природной среды земля недра почвы поверхностные и подземные воды атмосферный воздух растительный и животный мир и иные организмы а также озоновый слой атмосферы и околоземное пространство природных и природно-антропогенных объектов...