Экспериментальное определение угловой поперечной жёсткости кузова на подвеске относительно опорных колёс автомобиля

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 М_β. 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 h_п, 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 С_пi и задней С_зi 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

3.                   Методика эксперимента

3.1                   Находим продольную угловую жёсткость от влияния передней подвески С_φп.

Рис. 1. Схема для определения продольной угловой жёсткости от влияния передней подвески С_φΠ: l_FΠ — расстояния от оси переднего колеса до точки приложения силы F_П; l_НП — расстояния от оси переднего колеса до вертикали измерения смещения передней оси; l_НЗ — расстояния от оси заднего колеса до вертикали измерения смещения задней оси; F_П, F_З — 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 F_П = 0); h₂ — положение отметки измерения при отрыве колёсе; Н_П, Н_З — перемещения кузова спереди и сзади

Устанавливаем домкрат с динамометром и фиксируем его позицию по середине поперечной оси для измерения силы F_п (см. рис 1). Увеличиваем силу F_п 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 С_φп.

Таблица 2

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

Если связь линейная, то при выполнении эксперимента создавался крутящий момент М_φ = F_п(L + l_Fп).

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

, (рад)

знак (-) при Н_З означает, что измеряемое смещение точки наблюдается в противоположную сторону относительно перемещения Н_п. 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 расстоянияl_FЗ 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 С_φз: l_FЗ, l_НП, l_НЗ — расстояния от оси заднего колеса до точки приложения силы F_З, до вертикали измерения смещения передней оси и задней оси; F_З — 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 F_З = 0); h₂ — положение отметки измерения при отрыве колёс; Н_П, Н_З — перемещения кузова спереди и сзади

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

Таблица 3

Угловое перемещение максимальное при моменте М_φз = ∆F_зmax (L + l_FЗ) = 3542,4.(2,424+1,11146)=12524,01 (Н.м), будет . Знак (-) при Н_П будет при смещении точки в противоположную сторону относительно перемещения Н_З. 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 С_пi каждой опоры (левой и правой) из эксперимента с измерением F_п, Н_п, Н_з.

Так как линейная С_п жесткость оси с угловой находится в соотношении С_φп = C_п(L+l_FП)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

4.2. Выделяем жесткость стабилизатора

 = 18,13.10^4–4,7.10⁴ = 13,43.10⁴, (Н/м)

4.3. Определяем для проверки С_∑ — линейную суммарную жесткость всей подвески

С_∑ = 2С_С =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 ≤ n_c ≤ 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.