Результаты расчета оценочных параметров устойчивости движения автомобиля при учете составляющих продольного сноса нормальной и боковой реакций опорной поверхности

Устойчивость движения автомобиля зависит от многих факторов и параметров. Работы многих исследователей посвящены изучению этого вопроса. Авторами статьи сделано предположение о влиянии на величины расчетных оценочных параметров устойчивости движения составляющих продольного сноса нормальной и боковой реакций опорной поверхности. В статье приведены результаты расчета линейных отклонений автомобиля от заданной траектории движения при моделировании с учетом и без учета указанных сносов реакций. Авторами проведена работа по моделированию движения автомобиля и расчету оценочных параметров устойчивости движения автомобиля, с использованием программного комплекса Stabаuto2. В результате проведенных расчетных экспериментов авторами было доказано, что учет составляющих сносов реакций опорной поверхности существенно изменяет результаты моделирования движения автомобилей.

Ключевые слова: автомобиль, устойчивость движения, оценочные параметры, математическое моделирование, составляющие продольного сноса нормальной и боковой реакций, учет при моделировании

Устойчивость движения — 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.

Устойчивость зависит от многих факторов и параметров. Работы многих исследователей посвящены изучению этого вопроса [1–13]. Авторами было также сделано предположение о влиянии на оценочные параметры устойчивости движения (линейное отклонение и угол разворота автомобиля) составляющих [1, 2, 11]:

— общий продольный снос нормальной реакции опорной поверхности, т. е. расстояние от нормальной реакции опорной поверхности до геометрического центра пятна контакта;

— продольное упругое перемещение оси колеса относительно геометрического центра пятна контакта;

— продольный снос нормальной реакции из-за гистерезисных потерь в колесе;

— продольный снос нормальной реакции из-за упругих угловых деформаций шины.

Соотношение величин по принципу суперпозиций определяет общую величину продольного сноса нормальной реакции опорной поверхности . За положительное направление смещений принято направление, совпадающее с направлением поступательной скорости оси колеса .

где — коэффициент сопротивления качению колеса; — динамический радиус колеса.

, (2)

где — максимально возможная толкающая сила колеса; — коэффициент продольной жесткости шины.

,(3)

где — максимальный коэффициент сцепления шины с сухим асфальтом.

Ранее было получено:

– для легковых автомобилей

;[3] (4)

– для грузовых автомобилей

, [3] (5)

,(6)

где — радиальная (нормальная) жесткость шины; — нормальная нагрузка колеса.

Формулы для определения продольного сноса нормальной реакции опорной поверхности от геометрического центра пятна контакта из его составляющих приведены в табл. 1 [3, 11].

Таблица 1

Формулы для определения общего продольного сноса нормальнойреакции опорной поверхности от геометрического центра пятна контакта

Для оценки влияния рассмотренных составляющих сноса реакций на оценочные параметры устойчивости движения автомобиля использована разработанная авторами математическая модель и созданный на ее базе программный комплекс Stabаuto2 [14].

Расчеты проводились для разных режимов движения автомобиля. Выявлены наиболее опасные режимы по влиянию сносов реакций. Это торможение в повороте и равномерное движение в повороте с электронной системой управления движением, т. е. режимы, связанные с наличием существенной боковой силы.

Влияние учета сносов реакций на параметры движения автомобиля без электронной системы управления движением менее существенно, так как в этом случае оно не успевает проявляться из-за быстрого выхода колес на уровень блокирования. При этом в пятнах контакта очень быстро исчезают участки с трением покоя, а участки с трением скольжения не способны воспринимать боковую силу и реализовывать боковую реакцию.

Некоторые результаты расчета представлены в графическом виде на рисунках 1 и 2 в табл. 2.

Влияние учета сносов реакций опорной поверхности на результаты моделирования движения автомобиля

Рис. 1. Результаты расчета. Режим равномерного движения в правом повороте радиуса 35 м: а — без учета сносов; б — с учетом сносов

Рис. 2. Результаты расчета. Режим равномерного движения в правом повороте радиуса 35 м: 1 — изменения линейных отклонений передней оси; 2 — изменения линейных отклонений задней оси

Резонансные зоны на графиках рисунка 1 а и б объясняются приближением (или совпадением) частот бокового наклона кузова и собственных частот колебаний упругих элементов подвески и шин.

На рисунке 2 показаны изменения линейных отклонений автомобиля, связанные с учетом дополнительных сносов реакций. Эти изменения вызваны появлением и ростом момента от боковой силы на управляемых колесах. Этот момент вызывает рост угла поворота управляемых колес, что, в свою очередь, вызывает рост связанных с ним моментов: весового и гироскопического.

В результате проведенных расчетных экспериментов доказано, что учет составляющих сносов реакций опорной поверхности существенно изменяет результаты моделирования движения легковых, грузовых автомобилей и автобусов.

Литература:

1. Балакина Е. В. О влиянии положения зон разного трения в пятне контакта шины с дорогой на свойства активной безопасности автомобиля / Е. В. Балакина, Т. А. Голубева, А. В. Мельников // Автомобильная промышленность. — 2016. — № 3 — C.68.
2. Балакина Е. В. О необходимости моделирования динамики эластичного колеса машины с учетом составляющих сносов реакций опорной поверхности / Е. В. Балакина, Т. А. Голубева, Ю. Н. Козлов // Вестник машиностроения. — 2016. — № 155/137.
3. Балакина Е. В. Расчет величины продольного сноса нормальной реакции на колесо из-за упругих угловых деформаций шины / Е. В. Балакина, Н. М. Зотов // Автомобильная промышленность. — 2015. — № 4. — C.25–27.
4. Гришкевич А. И. Автомобили. Теория: Учебник для втузов. — Минск: Вышейшая школа, 1986. — 208 с.
5. Кравец В. Н. Теория автомобиля / В. Н. Кравец, В. В. Селифонов.– М.: ООО «Гринлайт», 2011.– 884 с.
6. Литвинов А. С. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств: Учебник для втузов / А. С. Литвинов, Я. Е. Фаробин. — М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.
7. Петрушов В. А. Автомобили и автопоезда.– М.: Торус Пресс, 2008. — 352 с.
8. Проектирование полноприводных колесных машин: В 3 т. / Б. А. Афанасьев, Б. Н. Белоусов, Л. Ф. Жеглов и др.; Под ред. А. А. Полунгяна. — Изд-во Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.
9. Селифонов В. В. Теория автомобиля. — М.: ООО «Гринлайт», 2009.– 206 с.
10. Тарасик В. П. Теория движения автомобиля: Учебник для вузов. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 478 с.
11. Balakina E. V. Determination of the Mutual Arrangement of Forces, Reactions, and Friction Zones in the Contact Zone of an Elastic Wheel with a Solid Surface / E. V. Balakina, N. M. Zotov // Journal of Friction and Wear. — 2015. — Vol. 36, No. 1, pp. 29–32.
12. Balakina E. V. Modeling techniques for tires based on diagram / E. V. Balakina, N. M. Zotov, A. P. Fedin, R. K. Borodin // Acta Technica CSAV (Ceskoslovensk Akademie Ved.). — 2015. — Vol. 60, № 2. — p. 173–178.
13. Reza N. Jazar. Vehicle Dynamics: Theory and Application. — Springer Science + Business Media, LLC, 2008, 1015 p.
14. Stabauto2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016618989. Российская Федерация. Программный комплекс Stabauto2 / Балакина Е. В.; заявитель и патентообладатель Волгоградский ГТУ; заявл. 06.04.2016. — № 2016613218; дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ 11.08.2016.