авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Прогнозирование устойчивости движения автомобиля с активно управляемым схождением колес

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 629.3.017

Рязанцев Виктор Иванович

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ С АКТИВНО УПРАВЛЯЕМЫМ СХОЖДЕНИЕМ КОЛЕС

Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Доктор технических наук, профессор Доктор технических наук, профессор Ведущая организация:

Защита диссертации состоится "30" июня 2008 г. в 1430 на заседании диссертационного совета ДД212.141.07 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д. 5.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан " " ___ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Гладов Г.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Анализируя развитие конструкции автомобиля в последние десятилетия, можно отметить значительные достижения научной мысли в плане совершенствования существующих и создания новых систем активной безопасности автомобиля. Такие системы активной безопасности, как антиблокировочная система (АБС), противоблокировочная система (ПБС), система электронной стабилизации (ESP) автомобиля, система подруливания задними колесами и другие, существенно повысили уровень устойчивости колесных транспортных средств. Эти системы постоянно находятся в поле зрения многочисленных исследователей, которые не прекращают работы по улучшению алгоритмов их управления. Каждая из таких систем вносит свою лепту в повышение активной безопасности автомобиля. Дальнейшие достижения в направлении совершенствования систем активной безопасности даются все с бльшим трудом. Одним из резервов повышения активной безопасности автомобиля является применение активного управления схождением колес. Анализ развития систем активной безопасности показывает все более возрастающее применение так называемого пассивного регулирования схождения колес автомобиля, как переднего, так и заднего мостов. Регулирование схождения обусловлено характером кинематических связей в подвеске и в приводе рулевого управления и является функцией вертикальных перемещений колес автомобиля и положения рулевого колеса. Использование такого метода регулирования текущих углов схождения при движении автомобиля ставит перед конструкторами задачи создания необходимых кинематических связей, обеспечивающих необходимые законы регулирования углов схождения, с одной стороны, и с другой стороны, требует решения вопросов рациональной компоновки элементов подвески и рулевого привода, обеспечения их прочности и надежности. Однако, исследования показали, что пассивное регулирование недостаточно. Таким образом, применение непрерывного активного управления схождением колес в процессе движения автомобиля является следующим шагом в повышении уровня безопасности и развития систем активной безопасности автомобиля. Отсюда вытекает актуальность теоретического и экспериментального решения данного вопроса.



Цель и задачи работы

Цель работы – повышение активной безопасности автомобиля, более конкретно, устойчивости и управляемости автомобиля, путем применения активной системы управления схождением колес.

Задачи исследования.

  1. Обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований по вариациям текущих углов схождения в различных условиях движения, по влиянию изменения углов схождения на такие свойства автомобиля как его устойчивость, управляемость, по применяемым системам коррекции угла схождения управляемых колес автомобиля при обслуживании в стационарных условиях и в движении.
  2. Обоснование основных принципов улучшения управляемости и устойчивости в рамках применения системы непрерывного активного регулирования угла схождения управляемых колес автомобиля
  3. Разработка математической модели криволинейного движения автомобиля с системой активного регулирования схождения (САРС) управляемых колес.
  4. Создание алгоритмов работы системы непрерывного активного регулирования угла схождения управляемых колес автомобиля
  5. Исследование влияния основных параметров системы непрерывного активного регулирования угла схождения управляемых колес автомобиля и параметров собственно конструкции автомобиля на параметры движения автомобиля с системой непрерывного активного регулирования угла схождения управляемых колес автомобиля.

Научная новизна

Научная новизна диссертации может быть представлена следующими положениями.

  1. Разработана математическая модель движения автомобиля, включающая пространственную модель системы подрессоривания и модель управления схождением всех колес автомобиля, позволяющая исследовать устойчивость движения автомобиля в наиболее характерных условиях движения (движение по прямой с боковой нагрузкой, движение по кругу, движение в переставке и змейкой).
  2. Разработаны оригинальные математические модели системы непрерывного активного регулирования угла схождения управляемых колес автомобиля: имитационная модель и статистическая модель и теоретические основы метода непрерывного активного регулирования текущего угла схождения управляемых колес автомобиля в движении.
  3. Разработан метод оценки эффективности системы управления схождением колес, основанный на использовании таких критериев как энергетический критерий, критерий повышения устойчивости и критерий минимального износа.
  4. Разработан метод непрерывного активного регулирования угла схождения управляемых колес автомобиля в условиях экстремальных ситуаций в плане связи колеса с дорогой.
  5. На основе теоретических исследований выработан новый подход к прогнозированию показателей управляемости и устойчивости.
  6. Разработан метод создания еще одного резерва тормозной системы.
  7. Разработаны алгоритмы регулирования схождения как при движении по прямой, при движении на вираже, а также алгоритм, позволяющий регулирование в общем случае движения.

На защиту выносятся основные положения нового научного подхода к решению проблемы активной безопасности автомобиля, более конкретно, к решению проблемы устойчивости и управляемости. В качестве базы эти положения рассматривают идею непрерывного активного регулирования схождения колес автомобиля в движении с целью повышения его устойчивости и управляемости.

Достоверность результатов обеспечена корректностью выполненных расчетов и преобразований… Результаты расчетов, выполненных на базе разработанных моделей согласуются с результатами, полученными в эксперименте.

Практическая ценность и реализация заключаются в том, что:

  1. Разработан метод проектирования автомобилей с САРС, позволяющая увеличить устойчивость и улучшить управляемость автомобиля на большинстве реализуемых режимов.
  2. Предложен алгоритм регулирования, обеспечивающий эффективную работу системы регулирования схождения на большинстве реальных режимов. В одной схеме обеспечивается управление схождением как при прямолинейном движении без боковой нагрузки, так и в движении с боковой нагрузкой.
    Разработаны и смоделированы в современных программных пакетах расчетные схемы, обеспечивающие выполнение заданных алгоритмов управления схождением колес автомобиля.
  3. Предложены алгоритмы комбинированного управления схождением на основе применения регулирования по двум переменным.
  4. Разработаны аналитическая, статико-динамическая и имитационная модели САРС. На их базе были выполнены широкие исследования работы этой системы.
  5. Разработанная имитационная модель выполнена на базе пространственной модели системы подрессоривания с применением рулевого привода, дополненного системой регулирования схождения колес в процессе движения автомобиля
  6. Разработан метод организации резервного торможения на базе САРС.
  7. Разработан метод оптимизации управления схождением на базе таких критериев как максимум устойчивости автомобиля, минимальные энергозатраты на управление, минимальный износ трущихся элементов (частей) рулевого привода.
  8. Разработан метод оптимизации диапазона регулирования угла схождения.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:

  1. на VIII научно-технической конференции ВЗМИ, Москва, 1980.
  2. на XXII научно-технической конференции ААИ "Активная безопасность автотранспортных средств". г. Дмитров. 1998.
  3. на международном научном симпозиуме "60 лет воссоздания МАМИ", МАМИ, М.,1999
  4. на научно-технической конференции с международным участием «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», г. Тольтти, 26-28 мая, 2004 г.
  5. на международном симпозиуме «Проектирование колесных машин», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 21-22 марта 2005 г.
  6. на 53-ей международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров. г. Ижевск 2006.
  7. на собрании специалистов Управления проектирования шасси Дирекции по техническому развитию ВАЗа 17 июля 2007 года.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 23 научных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа представлена на 359 листах машинописного текста, содержит 168 рисунков, 11 таблиц. Библиография работы содержит 164 наименования.

Содержание работы

В введении рассматриваются вопросы общей характеристики работы, среди которых такие параметры как актуальность темы, цель и задачи исследования, научная новизна работы, ее практическая ценность, приводятся данные по апробации работы.

В главе 1 представлены результаты анализа исследований в области устойчивости и управляемости автомобиля. Рассмотрены вопросы влияния изменения установочных углов колес на эксплуатационные свойства автомобиля, в первую очередь, на его устойчивость. Теоретические вопросы устойчивости и управляемости автомобиля разрабатывались многими исследователями. Среди них такие ученые как Антонов Д.А., Бахмутов С.В., Певзнер Я.М., Гаспарянц Г.А., Гинцбург Л.Л., Дик А.Б., Добрин А.С., Дульцев В.С, Задворнов В.Н., Кушвид Р.П., Литвинов А.С., Смирнов Г.А., Стефанович Ю.Г., Фаробин Я.Е., Ходес И.В., Чудаков Е.А., Эллис Д.Р. и др. Выполненные исследования показали, что значения установленных углов схождения и определяемых ими текущих углов схождения управляемого и неуправляемого мостов автомобиля существенно влияют на активную безопасность и другие свойства автомобиля. Отклонение угла схождения в прямолинейном движении автомобиля связано с появлением «паразитных» боковых сил, действующих на шины колес одной оси, равных по величине, направленных навстречу друг другу. Появление таких сил снижает устойчивость автомобиля, ухудшает его управляемость, приводит к более интенсивному износу шин. Утверждается, что схождением возможно компенсировать негативное влияние угла развала. Кислицын Н.М. отмечает, что боковая сила минимальна, если принять величину угла схождения, равной 0,15 от угла развала. В этих условиях возникает приращение износа шины(по сравнению с =0 и g=0) около 20%. Задорнов В.Н. указывает, что следует стремиться к тому, чтобы при прямолинейном движении (подразумевается без боковой внешней силы) автомобиля колеса имели углы схождения, близкие к нулевым значениям.





Кушвид Р.П. сделал оценку кинематических параметров рулевого управления с точки зрения их приемлимости для всех режимов движения. Им отмечено, что кинематические параметры рулевого привода желательно менять в зависимости от режимов движения. Даны некоторые рекомендации для изменения параметров кинематики в процессе движения. Критерием рациональности параметров кинематики рулевого привода принят минимальный износ шин. Вопросам изучения износа шин посвящены работы Кнороза В.И. и Кленникова В.Е..

Различные исследователи приходили к противоречивым результатам в отношении направления изменения углов трапеции для достижения более высокой устойчивости автомобиля. Стефанович Ю.Г.видел решение вопроса повышения устойчивости автомобиля в применении более тупых углов рулевой трапеции. Автор ссылается на работы, выполненные под руководством академика Чудакова Е.А.

Антонов Д.А. оценивает устойчивость автомобиля по угловой скорости вращения автомобиля относительно центральной вертикальной оси, по скорости бокового смещения автомобиля и по углу бокового крена. В ней представлена разработка теории нелинейного увода автомобильной шины. Движение автомобиля рассматривается как управляемое, но не корректируемое водителем. Это означает, что применяемый закон управления обозначен предварительно и в процессе моделирования движения этот закон не корректируется. Автор считает, что при решении задач устойчивости движения автомобиля такой подход вполне обоснован.

Принимая во внимание то, что в процессе эксплуатации текущий угол непрерывно меняется из-за износов, деформаций элементов, в последнее время предпринимаются попытки создания устройств, непрерывно регулирующих угол схождения в процессе движения. Начиная с 80-х годов, конструкторы разрабатывают кинематику подвески для создания благоприятных углов поворота колес автомобиля на некоторых режимах движения.

Для улучшения управляемости на поворотах и снижения износа шин увеличивают углы поворота наружного колеса по сравнению со значениями, рассчитанными по формуле котангенсов. Утверждается, что это улучшает распределение боковых сил по наружному и внутреннему колесам.

На автомобиле СААБ-99, для улучшения устойчивости при прохождении поворотов с высокими скоростями наружное колесо поворачивается даже на больший угол, чем внутреннее. Таким образом, на многих современных автомобилях уже осуществлено регулирование пассивными методами текущего угла схождения колес. Попытки создать системы с активным регулированием схождения в процессе движения автомобиля начались в 60-ые годы прошлого века. Первым предложением в этом направлении было предложение использовать систему активного регулирования с датчиками положения колес. Применение активного регулирования схождения посредством изменения параметров подвески, например, положения опоры рычага на кузове с помощью того или иного привода, является еще одним методом регулирования угла схождения колес. Такое решение недавно реализовано на южнокорейском автомобиле Hyundai Sonata 6.

Во второй главе рассматриваются основы регулирования углов схождения в прямолинейном движении без боковых внешних нагрузок по горизонтальной поверхности. Автомобиль совершает движение по прямой, выполняя один из трех режимов: 1) движение накатом; 2) движение с тяговым усилием (тяговый режим); 3) движение с торможением (тормозной режим). Управление текущими углами схождения в этих режимах может быть осуществлено с использованием одного из двух критериев регулирования: 1) по положению колеса; 2) по боковой силе. Применение боковой силы обеспечивает возможность более качественного регулирования схождения, позволяет избежать ошибок, возможных в системе, работающей по положению колеса в качестве критерия регулирования. При прямолинейном движении необходимость регулирования схождения колес может возникать: 1) из-за нарушений регулировки установочного угла вследствие, например, ударных перегрузок, вызывающих деформации структурных элементов подвески и рулевого привода; 2) из-за действия продольных сил, тяговых и тормозных, вызывающих деформации элементов подвески и рулевого привода. Максимальная тормозная сила, определяемая максимальным коэффициентом сцепления и коэффициентом перераспределения вертикальных сил при торможении примерно в 100 раз превышает силу сопротивления качения автомобильного колеса. Как следствие, имеет место деформация упругих связей в подвеске и рулевом приводе с соответствующими перемещениями колес, в том числе и угловыми перемещениями по курсу (по литературным данным угловое перемещение колеса при этом может достигать, примерно, 1 градуса);. Возникающие при этом боковые силы снижают устойчивость соответствующей оси и автомобиля в целом.

Блок-схема оси автомобиля с системой активного регулирования углов схождения в прямолинейном движении представлена на рис.1.

 Блок=схема системы управления-0

Рис.1. Блок=схема системы управления схождением колес

Основные элементы системы регулирования угла схождения управляемых колес: датчики (6) боковой силы, действующей на каждое из управляемых колес; исполнительный механизм (8), позволяющий регулировать длину поперечной тяги; блок управления (7), принимающий сигналы от датчиков и вырабатывающий команду на исполнительный механизм, а также источник энергии (9), потребной для регулирования и ряд других атрибутов, роль которых не рассматривается. На рис.2 представлена расчетная схема системы регулирования угла схождения в предположении симметричных перемещений

левого и правого колес.

..

Рис.2. Расчетная схема к выводу уравнений, описывающих процессы управления схождением

Процессы в системе регулирования для одного колеса, считая процессы левого и правого колеса симметричными, описываются следующей системой уравнений:

Общее решение системы уравнений (1) имеет вид

В представленной модели на характер процесса оказывают влияние коэффициент сопротивления уводу ку, боковая жесткость шины су, передаточный коэффициент с1 в активной системе регулирования углов схождения.

Работа системы в условиях деформирования элементов конструкций подвески и рулевого привода под действием тормозных и тяговых сил описывается математической системой, приведенной ниже, с учетом конечной жесткости конструкции моста. Она представляется уравнениями, составленными на базе представленной выше системы трех дифференциальных уравнений. В этой системе появляется новый член, собственно описывающий изменение угла поворота колеса под действием приложенного к колесу продольного усилия. . В результате получаем систему уравнений в виде



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.