СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2005 года по МПК G01M17/00 

Изобретение относится к способам испытаний транспортных средств и может быть использовано в области испытаний автомобильной техники.

Известен метод испытания «пробег», позволяющий субъективно оценивать колебания курсового угла и его демпфирование. (Куров Б.А., Лаптев С.А., Балабин И.В. Испытания автомобилей. М., «Машиностроение», 1976. - 208 с., с.176).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при применении известного метода испытания, принятого за прототип, относятся: необходимость определенных условий для дорожных испытаний, субъективная оценка автомобиля водителями, прошедшими специальную подготовку, и высокая погрешность при определении критической скорости автомобиля. Это связано с субъективными ощущениями водителя-испытателя и технической сложностью фиксирования скорости возникновения незатухающих колебаний.

Технический результат - определение критической скорости автомобиля по условию его курсовой устойчивости на стенде.

Особенность заключается в том, что испытания автомобиля с жестко закрепленным рулевым управлением проводятся в лабораторных условиях, на стенде с беговыми барабанами, что позволяет более полно оценить влияние параметров автомобиля на его курсовую устойчивость, а точность таких экспериментальных исследований выше в сравнении с субъективной оценкой на полигоне.

Сущность изобретения заключается в следующем. Определяется критическая скорость автомобиля по условию его курсовой устойчивости. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид стенда, на Фиг.2 представлено пояснение к теоретическому обоснованию.

Автомобиль 1 (Фиг.1) находится на беговых барабанах 2 и для обеспечения техники безопасности при исследованиях свободно закреплен канатами 3 по четырем углам с целью удержания автомобиля при выбросе с беговых барабанов.

Приспособление 4 ударом об защищенную поверхность автомобиля имитирует воздействие боковых возмущений на движущийся автомобиль. Колебания автомобиля фиксирует электронная аппаратура 5, включающая вибродатчики, цифровой преобразователь и персональный компьютер. Виброграмма в направлении действия возмущающего фактора записывается компьютером и представляет собой переходный процесс поперечных колебаний автомобиля.

Критическая скорость - скорость появления незатухающих колебаний определяется следующим образом: автомобиль с включенным двигателем и работающей трансмиссией медленно разгоняется на беговых барабанах до определенных значений через равные интервалы. Исполнительный механизм 4, ударяя защищенную поверхность кузова автомобиля, имитирует боковое возмущение. Автомобиль, получив удар в поперечном направлении, начинает колебательное движение в данном направлении. Вибродатчики, находящиеся на раме автомобиля, фиксируют перемещения автомобиля относительно основания стенда. Что и отражается на компьютерной виброграмме.

При последующем увеличении скорости вращения беговых барабанов, и соответственно скорости автомобиля, процесс повторяется.

При возникновении незатухающих колебаний регистрируется скорость движения автомобиля на беговых барабанах, которая и есть критическая скорость автомобиля. Оценка курсовой устойчивости автомобиля основывается на следующих теоретических соображениях.

Поперечные колебания описываются свободной составляющей решения системы дифференциальных уравнений, представляющих собой уравнения движения автомобиля. Если свободная составляющая стремится к конечному значению или имеет вид гармонических колебаний с постоянной амплитудой, то движение считается критическим. Если переходный процесс, описывающий динамические характеристики автомобиля в поперечном направлении, затухающий, то автомобиль обладает курсовой устойчивостью.

В основу положена система линейных дифференциальных уравнений движения автомобиля (Фиг.2), полученная авторами и которая обобщает систему дифференциальных уравнений, приведенную в работе: Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля. Пер. с англ. М., «Машиностроение», 1975., 216 с.

Уравнения движения имеют вид:

где М - масса рамы автомобиля, J - радиус инерции рамы автомобиля, m_i - масса присоединенного агрегата автомобиля, J_i - радиус инерции присоединенного агрегата автомобиля, Х - поперечная координата центра тяжести рамы автомобиля; X_i - поперечная координата центра тяжести присоединенного агрегата автомобиля; х - поперечная координата прямоугольника, вершины которого - точки соприкосновения колес с дорожным покрытием; Θ - угол, определяющий направление рамы автомобиля; Θ_i - угол, определяющий направление присоединенного агрегата автомобиля; θ - угол, определяющий направление прямоугольника вершины которого - точки соприкосновения колес с дорожным покрытием; H₁, Н₂ - жесткость колес соответственно передней и задней оси; a₁, а₂ - расстояния от передней и задней оси до положения центра тяжести; с - эквивалентная жесткость упругой связи рамы с присоединенным агрегатом; b - коэффициент рассеяния энергии в упругой связи рамы с присоединенным агрегатом; l - расстояние от центра тяжести присоединенного агрегата до точки крепления упругой связи; i - число присоединенных тел; r - число упругих связей; F_C - внешняя боковая сила; M_C - внешний, изменяющий направление колес момент; β₁, β₂ - коэффициент деформации шин передней и задней оси; V - скорость движения автомобиля. В вышеприведенной системе уравнений два последних уравнения - уравнения неголономной связи шин с дорожным покрытием.

Согласно вышеприведенной системе уравнений составляем характеристический определитель. Раскрыв его и приравнивая нулю получаем характеристическое уравнение. По корням характеристического уравнения - p₁, p₂...p_N судим об устойчивости движения автомобиля и качестве переходного процесса. Если все корни характеристического уравнения имеют отрицательные действительные части, то движение автомобиля устойчиво. Если хотя бы один из корней соответствующего характеристического уравнения имеет положительную действительную часть, то движение автомобиля является неустойчивым.

Для исследования влияния различных параметров автомобиля на его критическую скорость беговые барабаны останавливают, изменяя соответствующий параметр, испытания повторяют и фиксируют новое значение критической скорости автомобиля.

Данное изобретение было проверено экспериментально. Экспериментальные данные были сопоставлены с теоретическими расчетами. Так, например, для автомобиля УАЗ-3160 (первой серии, снятого с производства) на полигоне определенная по субъективным ощущениям критическая скорость 95 км/ч. Теоретическая критическая скорость составила 101 км/ч - определенных в предыдущих случаях для следующих исходных данных: М=1030 кг; m₁=1500 кг; a₁=l,314 м; а₂=1,086 м; K₁=K₂=37300 Н/рад; р=1,068 м; с=18000 Н/м. Так как имеющиеся барабаны позволяют развивать скорость не более 80 км/ч, то эксперимент проводился на шинах с пониженным давлением, когда критическая скорость, установленная на полигоне, была равна 75 км/ч. Лабораторными исследованиями на барабанах была выявлена критическая скорость в 78 км/ч.

Изобретение относится к способам испытаний транспортных средств. Способ заключается в том, что автомобиль разгоняют на беговых барабанах, получают боковое возмущение, после чего виброзаписывающей аппаратурой регистрируют критическую скорость по возникновению незатухающих колебаний. В результате повышается полнота оценки влияния параметров автомобиля на его курсовую устойчивость. 2 ил.

Способ определения критической скорости автомобиля, отличающийся тем, что автомобиль разгоняют на беговых барабанах, получают боковое возмущение, после чего виброзаписывающей аппаратурой регистрируют критическую скорость по возникновению незатухающих колебаний.