Библиографическое описание:

Нгуен Т. М., Нгуен Х. Х. Экспериментальное определение угловой поперечной жёсткости кузова на подвеске относительно опорных колёс автомобиля // Молодой ученый. — 2014. — №13. — С. 61-66.

В статье предлагается методика определения угловой поперечной жёсткости подвески автомобиля с включением стабилизаторов и без стабилизаторов путем эксперимента.

Ключевые слова:эксперимент, определение, угловая поперечная жёсткость,подвеска, автомобиль

1. Введение, постановка проблемы. В процессе поворота с некоторым радиусом R под действием центробежной силой P на плече высоты оси крена этой же массы кузова на подвеске каждой опорной оси автомобиля образуется поперечной момент Мβ. Этот момент от центробежной или иной боковой силы вызывает угловое перемещение, называемое креном кузова.

На кузов крепится рулевой механизм. Сошка червячно-роликового или рейка реечного рулевого механизма посредством рулевых тяг со сферическими шарнирами кинематическим связаны с рычагами поворотных цапф управляемых колёс передней опорной оси АТС. Поэтому при крене кузова на угол  шарниры рулевой тяги изменяют свое положение в вертикальном направлении на величину hп, вызывая поперечные смещения рулевых тяг и рычагов подвески.

Поперечные смещения шарниров рулевых тяг и соответствующие образуемые при этом угле доворотов колес АТС существенно влияют на его управляемость. Они играют важную роль в искажении задаваемой водителем траектории движении автомобили. В свою очередь, поперечные смещения шарниров рулевых тяг и соответствующие углы доворотов зависят от линейной жесткости передней Спi и задней Сзi подвески, образующих угловую поперечную жесткость всей подвески с включением стабилизаторов передней и задней осей. Расчётное определение этой величины затрудняется тем, что стабилизатор поперечной устойчивости в некоторых моделях машин имеет сложную пространную форму, учитывая координаты крепления на кузове и подвижных элементах рычагов передней подвески (например Vinaxuki 2009, ВАЗ — 2106 и др). Поэтому предлагается методика определения поперечной угловой жёсткости подвески путем эксперимента.

2.                   Объект исследования.

Объектом экспериментальных испытаний являлся легковой автомобиль ВАЗ — 2106, состояние которого удовлетворяет нормам.

Некоторые технические характеристики испытуемого автомобиля

Таблица 1

Марка

ВАЗ — 2106

Год выпуска

1993

Скорость км/час

148 км/час

Тип привода колёс

Зад.

Снаряженная масса

1435 кг

Масса на переднюю ось

1035 кг

Габаритная длина

4166 мм

Габаритная ширина

1611 мм

Габаритная колёсная база

2424 мм

Колея задняя

1321 мм

Колея передняя

1365

3.                   Методика эксперимента

3.1                   Находим продольную угловую жёсткость от влияния передней подвески Сφп.

Рис. 1. Схема для определения продольной угловой жёсткости от влияния передней подвески СφΠ: lFΠ — расстояния от оси переднего колеса до точки приложения силы FП; lНП — расстояния от оси переднего колеса до вертикали измерения смещения передней оси; lНЗ — расстояния от оси заднего колеса до вертикали измерения смещения задней оси; FП, FЗ — силовое воздействие по вертикали; b — расстояние от центра масс до оси задних колёс; φ — угол отклонения автомобили по вертикальной поверхности; h1 — положение отметки измерения перед нагрузкой (при этом показание динамометра FП = 0); h2 — положение отметки измерения при отрыве колёсе; НП, НЗ — перемещения кузова спереди и сзади

Устанавливаем домкрат с динамометром и фиксируем его позицию по середине поперечной оси для измерения силы Fп (см. рис 1). Увеличиваем силу Fп от нуля до максимальной величины, соответствующей моменту отрыва опорных колес передней оси от основания. Результаты измерения величин помещены в таблицу N0 2

Результаты испытания для расчёта продольной угловой жёсткости от влияния передней подвески Сφп.

Таблица 2

N0

Параметры

Единицы измерения

N0 опыта

Средние величины

1

2

3

1

FП

Н

4449,6

4622,4

4492,8

4521,7

2

l

мм

465

463

464

464

3

lНП

мм

472

474

473

473

4

lНЗ

мм

430

432

431

431

5

Нп

мм

100

99

101

100

6

Нз

мм

10

13

12

11,6

7

b

мм

1211

1213

1212

1212

8

L

мм

2422

2426

2424

2424

Рис. 2. График зависимости деформации подвески ∆hп от нагруженной силы F

Если связь линейная, то при выполнении эксперимента создавался крутящий момент Мφ = Fп(L + lFп).

Угловое перемещение максимальное при моменте Мφп = ∆Fпmax (L + lFп) = 4622,4.(2,424+0,464)=13340 Н.м, будет:

, (рад)

знак (-) при НЗ означает, что измеряемое смещение точки наблюдается в противоположную сторону относительно перемещения Нп. Если перемещение наблюдается в одну сторону при нагрузке (вверх), то следует иметь знак (+). В этом опыте получается знак (-), поэтому

 (рад)

3.2. Находим продольную угловую жесткость от влияния задней подвески (для того выполняем такой же эксперимент, как и в п. 3.1, но в результате получим линейную жесткость на каждой колесной опоре задней оси).

Устанавливаем домкрат, фиксируем позиции расстоянияlFЗ и т.д, как в п. 3.1. (см. рис. 3). Результат измерения величин помещается в таблице N0 3

Рис. 3. Схема для определения продольной угловой жёсткости от влияния задней подвески Сφз: lFЗ, lНП, lНЗ — расстояния от оси заднего колеса до точки приложения силы FЗ, до вертикали измерения смещения передней оси и задней оси; FЗ — силовое воздействие по вертикали; a — расстояние от центра масс до оси передних колёс; φ — угол отклонения автомобиля в вертикальной предельной поверхности; h1 — положение отметки измерения перед нагрузкой (при этом показание динамометра FЗ = 0); h2 — положение отметки измерения при отрыве колёс; НП, НЗ — перемещения кузова спереди и сзади

Результаты испытания для расчёта продольной угловой жёсткости от влияния задней подвески Сφз.

Таблица 3

N0

Параметры

Единицы измерения

N0 опыта

Средние величины

1

2

3

1

FЗ

Н

3456

3499,2

3542,43

3499,2

2

l

мм

1110

1112

1113

1111,66

3

lНЗ

мм

1130

1132

1131

1131

4

lНП

мм

472

474

473

473

5

НЗ

мм

147

150

148

148,33

6

НП

мм

15

13

14

14

7

а

мм

1213

1211

1212

1212

8

L

мм

2422

2426

2424

2424

               

Угловое перемещение максимальное при моменте Мφз = ∆Fзmax (L + lFЗ) = 3542,4.(2,424+1,11146)=12524,01 (Н.м), будет . Знак (-) при НП будет при смещении точки в противоположную сторону относительно перемещения НЗ. Если перемещение наблюдается в одну сторону при нагрузке (вверх), то следует иметь знак (+). В этом опыте получается знак (-) и поэтому

, (рад)

Из рис 1 и 3 очевидно, что для получения угловой поперечной жёсткости без стабилизаторов  вначале определяется линейная вертикальная жесткость каждой стороны ; где - линейная жесткость передней подвески каждой опоры (левой и правой),  — линейная жесткость задней подвески каждой опоры (левой и правой). В свою очередь для определения линейной жесткости  и  предварительно определяется продольная угловая жёсткость  и . Ниже излагается последовательность экспериментального определения этих величин жесткостей подвески основываться на рис 1 и 3.

Определяем продольную угловую жесткость передней подвески

, (Нм/рад)

Находим линейную жесткость передней подвески Спi каждой опоры (левой и правой) из эксперимента с измерением Fп, Нп, Нз.

Так как линейная Сп жесткость оси с угловой находится в соотношении Сφп = Cп(L+lFП)2, то определим ее  (Н/м), а приведенная жесткость каждой колесной опоры будет составлялись ее половину, то есть

, (Н/м)

Аналогично для задней подвески определяем продольную угловую жесткость

, (Нм/рад)

Находим линейную жесткость колес задней опоры.

Н/м, а приведенная жесткость каждой колесной опоры будет составлялись ее половину, то есть

, (Н/м)

Линейная вертикальная жесткость каждой стороны  = 5,2.104, (Н/м)

Угловая поперечная жесткость без учета угловой жесткости поперечного стабилизатора будет составлялись величину (см рис. 4):

, (Н/м)

4. Результаты оценки боковой жесткости

4.1 Находим угловую поперечную жесткость всей подвески с включением стабилизаторов передней и задней оси из эксперимента. Схема нагружения и измерения перемещений при этом представлены на рис. 4

Рис. 4. Схема для расчета угловой поперечной жесткости всей подвески с включением стабилизаторов передней и задней оси

Результаты испытания для расчёта угловой поперечной жёсткости с включением стабилизатор.

Таблица 4

N0

Параметр

Единицы измерения

N0 опыта

Средняя величина

1

2

3

1

Показание динамометра FC

Деление прибора

120

122

121

121

Н

5180

5270,4

5227,2

5227,2

2

Перемещение кузова Н2 со стороны динамометра по измерению по линии кузова

мм

105

108

109

107,3

3

Приведенное перемещение кузова по оси колеса со стороны динамометра

Н2прив. = Н2. В/(В + l2)

мм

93,5

96,1

97

95,5

4

Перемещение кузова Н1 с обратной стороны от динамометра

мм

49(+)

51(+)

50(+)

50(+)

5

Приведенное перемещение кузова с обратной стороны от динамометра

Н1приве.обр.= Н1обр.в/(в+l1)

мм

43,6(+)

45,4(+)

44,5(+)

44,5(+)

6

Приведенное показание силы на динамометре к поперечной оси колеса Fmax = FС.(В+l1)/В

н

5180

5270,4

5227,2

5227,2

7

Поперечная база В

мм

1330

1332

1331

1331

8

Момент поперечный от домкрата максимальный

Мβ = Fmax.B

Нм

6889,4

7020,17

6957,4

6957,40

9

Угол крена

β = (Н2прив.- Н1прив.обр)/В

рад

0,037

0,038

0,039

0,038

10

Поперечная жесткость

с стабилизатором Сβст = Мβ/ β

Нм/рад

186200

181300

176651

181300

                   

4.2. Выделяем жесткость стабилизатора

 = 18,13.104–4,7.104 = 13,43.104, (Н/м)

4.3. Определяем для проверки С — линейную суммарную жесткость всей подвески

С = 2СС =2.5,2.104= 10,4.104, (Н/м) и получаем частоту собственную , (С-1) и  (Гц).

Заключение

Точность результата испытания зависит от навыка экспериментатора, также качество инструментов, используемы для измерения испытательных величин. В этом случае можно проверить результат определения суммарной линейной жесткости всей подвески автомобиля, учитывается, что при известной его массе в процессе испытания, частота собственных колебаний определяемая из условия расчета плавности хода должно быть в пределах 1,2 ≤ nc ≤ 2 (Гц). И как показано выше она в указанных пределах.

Литература:

1.      Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập, Lý thuyết ô tô quân sự. NXB Quân đội nhân dân Hà Nội — 2001.

2.  Влияние подвески на управляемость АТС / И. В. Ходес, Нгуен Тхе Мань// Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. — 2010. — № 2. — C. 89–96.

3.      Bauer W. Hydropneumatic suspension systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle