Инструментальное и методологическое обеспечение экспериментальных исследований рулевого управления автотранспортных средств

Содержание
 
1. Экспериментальное исследование характеристик и состояниярулевого привода легковых автомобилей
2. Методика и оборудование для лабораторных и стендовыхисследований рулевого привода и шарниров рулевых тяг
3. Методика лабораторного исследования рулевого привода
4. Конструкция стенда для оценки технического состояниярулевого управления легковых автомобилей
5. Методика выполнения стендовых исследований эксплуатационногосостояния рулевого управления автомобилей
6. Методика проведения дорожных испытаний
6.1 Методика измерения смещений в кинематической цепирулевого привода и в шарнирах рулевых тяг при движении автомобиля
6.2 Измерительно-регистрирующая аппаратура
7. Полный факторный эксперимент –«24 »
8. Анализ результатов экспериментальных исследований
8.1 Результаты лабораторных исследований характеристики состояния рулевого привода и шарниров рулевых тяг
8.2 Результаты стендовых исследований эксплуатационногосостояния рулевого привода легковых автомобилей
8.3 Результаты дорожных и сравнительных исследованийхарактеристик и состояния рулевого привода
9. Диаграммы составляющих угла свободного хода рулевогоколеса
Библиографический список


1. Экспериментальное исследование характеристики состояниярулевого привода легковых автомобилей
 
Экспериментальные исследования характеристик и состояниярулевого привода выполнены с целью определения величин параметров, необходимых дляпроведения и подтверждения выводов теоретических исследований рабочих процессовв рулевом приводе, а также их использования при моделировании на ЭВМ процессов измененияэксплуатационного состояния РП и его влияния на изменение эксплуатационных свойств.
В качестве объекта экспериментальных исследований использовалисьрулевые приводы серийных легковых автомобилей среднего и малого классов с независимымипередними подвесками базовых моделей ВАЗ, по которым накоплен необходимый статистическийматериал. Испытуемые автомобили были укомплектованы согласно заводским стандартам,а регулировочные характеристики поддерживались в пределах нормативных требований.
Результаты экспериментальных исследований, кроме того,были использованы при разработке и внедрении оборудования для оценки эксплуатационногосостояния рулевого привода и методики оптимизации параметров рулевого управленияпо критериям эксплуатационных свойств автомобиля.
Программой предусматривалось выполнение экспериментальныхисследований в четыре этапа, включая лабораторные и стендовые исследования, а такжедорожные испытания экипированного автомобиля и сравнительные исследования этогоавтомобиля на стенде.
Этап I — лабораторные исследования характеристик и состояниярулевого привода, а также параметров эксплуатационного состояния шарниров рулевыхтяг легковых автомобилей. Задачи исследования:
1. Экспериментальнымпутём определить отдельно упругую деформацию (обратимые смещения) и зазоры (необратимыесмещения) в подвижных сопряжениях рулевого привода.
2. Определитьгистерезисные характеристики смещений в кинематической цепи рулевого привода.
3. Определить:относительные смещения элементов рулевых шарниров в радиальном и осевом направлении;осевое усилие пружины шарниров; момент сопротивления шарового пальца повороту; стабильностьмомента сопротивления шарового пальца повороту.
4. Выполнитьдисперсионный, корреляционный и регрессионный анализы для статистических рядов рулевыхприводов автомобилей, новых и снятых с эксплуатации рулевых шарниров.
5. Разработатьоборудование для измерения названных величин.
Этап II — стендовые исследования эксплуатационного состояниярулевого привода легковых автомобилей и режимов его оценки в зависимости от величиныи характера нагружения. Задачи исследования:
1. Исследоватьхарактер изменения критерия качества рулевого привода от силового нагружения дляразличных моделей автомобилей.
2. Выполнитьдисперсионный, корреляционный и регрессионный анализы для определения характераи тесноты связей между параметрами, характеризующими эксплуатационное состояниерулевого привода.
3. Выполнитьполный факторный эксперимент «24» для построения интерполяционной формулы, описывающейизменение смещений в РП.
4. Экспериментальнымпутём определить значимость влияния зазоров в отдельных сопряжениях рулевого приводана формирование суммарного люфта рулевого колеса.
5. Разработатьоборудование для оценки эксплуатационного состояния рулевого привода легковых автомобилейбазовых моделей.
Этап III-дорожные исследования смещений в кинематической цепи рулевого привода в зависимостиот характера силового нагружения и стабилизирующих моментов на колёсах переднейоси легковых автомобилей в различных режимах движения. Задачи исследования:
1. Определитьусилие в каждой половине рулевого привода автомобилей с независимой передней подвескойпо деформации поворотных рычагов цапф передней оси в различных режимах движенияи торможения.
2. Одновременноопределить смещение в кинематической цепи рулевого привода и относительное смещениеэлементов крайних рулевых шарниров боковых рулевых тяг.
3. Определитьамплитуду и частоту колебаний шарового пальца в наконечнике рулевой тяги при прямолинейномдвижении автомобиля.
4. Установитьхарактер изменения критерия качества рулевого привода в различных режимах движенияи оценить его влияние на изменение рассматриваемых эксплуатационных свойств автомобилей.
5. Разработатьметод измерения относительного смещения в кинематической цепи рулевого привода иотносительного смещения элементов рулевых шарниров в различных режимах движенияи торможения.
Этап IV-сравнительные исследования экипированного для дорожных испытаний автомобиля на стендедля оценки, эксплуатационного состояния рулевого управления легковых автомобилей.
Выполнены с целью обоснования режимов оценки эксплуатационногосостояния» РП, исследования влияния наводки и др. факторов на точность и достоверностьдорожных испытаний.
Экспериментальные исследования выполнялись на базе областногопроизводственного объединения «Ростоблавтотехобслуживание», Шахтинской СТОА и КрасносельскомГПАТП, где, впоследствии, разработанные оборудование и методика были внедрены.

2. Методика и оборудование для лабораторных и стендовыхисследований рулевого привода и шарниров рулевых тяг
Известные устройства для оценки технического состояниярулевого привода автомобилей, содержащие силовой цилиндр для создания усилия науправляемом колесе и датчик положения штока цилиндра, не позволяют получить зависимостьперемещения деталей рулевого привода от усилия между управляемыми колёсами.
Отсюда следует малое число контролируемых параметров,невозможность оценки раздельно величины люфтов и деформации в сопряжениях РП, атакже соотношения углов поворота управляемых колёс при силовом замыкании в сопряженияхРП.
Для осуществления силового способа оценки эксплуатационногосостояния рулевого привода было сконструировано устройство, содержащее силовой пневмоцилиндрдля создания усилия между дисками управляемых колёс и датчик положения подвижногоштока пневмоцилиндра.
При этом с целью повышения точности и достоверности оценкисостояния РП, а также увеличения числа контролируемых параметров, устройство снабженонаконечниками, установленными на корпусе и штоке силового пневмоцилиндра, дискамидля упора в обод управляемых колёс, соединёнными посредством шаровых шарниров ссоответствующими наконечниками, и установленным на корпусе силового пневмоцилиндрадополнительным пневмоцилиндром, полость которого через обратный клапан сообщенас полостью указанного силового цилиндра, при этом упомянутый датчик положения связанс двухкоординатным самописцем, имеющим связь с подвижным штоком дополнительногоцилиндра.
Устройство для оценки эксплуатационного состояния рулевогопривода (рис.1) содержит силовой пневмоцилиндр, имеющий корпус I и два штока: подвижный2, перемещающийся в направляющей втулке3, и неподвижный 4. закреплённыйво втулке 5 штифтом 6. На концах штоков 2 и 4 установлены наконечники 7, закреплённыерезьбовыми штифтами 8.
В обоих наконечниках резьбовыми штифтами 9 подвижно фиксируютсяспециальные шаровые пальцы 10, ввёрнутые в резьбовые отверстия, выполненные в дискахII, прижимая к ним пружинные зажимы 12, фиксирующие устройство на ободах дисковуправляемых колёс автомобиля.
На другом конце подвижного штока 2 штифтом 13 закреплёнпоршень 14, на котором между шайбами 15 установлены резиновые манжеты 16, сжимаемыегайками 17 с возможностью регулирования усилия прижатия манжет к стенкам силовогопневмоцилиндра. Внутри корпуса I на подвижном штоке 2 установлена возвратная пружина18 для стабильности измерений,
Бесштоковая полость силового пневмоцилиндра 1 с помощьюшланга 19 и штуцера 20 соединена с источником сжатого воздуха. Через обратный клапан,состоящий из шарика 21 и пружины 22, бесштоковая полость дополнительного пневмоцилиндрасоединена с источником сжатого воздуха посредством штуцера 23 и шланга 24. Дополнительныйпневмоцилиндр 25 закреплён на корпусе 1 зажимом 26 и имеет шток 27, перемещающийсяв направляющей втулке 28, имеющий поршень с манжетой 29.
Двухкоординатный самописец содержит пластину 30, на которойс возможностью замены крепится лист миллиметровой бумаги, и двуплечий рычаг 31,шарнирно установленный на корпусе I при помощи кронштейна 32. На концах плеч рычага31 закреплены вилки, одна из которых перемещает специальный рейсфейдер 33, а втораяподпружинена и кинематически связана с кольцом 36, которое фиксируется в моментизмерения на подвижном штоке 2. Пружины 37 и 38 служат для компенсации и регистрациидавления воздуха, возврата штока 27 после измерения.

/>
Рис.1. Устройство для оценки эксплуатационного состоянияРП
 

3. Методика лабораторного исследования рулевого привода
Устройство для оценки эксплуатационного состояния рулевогопривода фиксировалось при помощи дисков 11 (рис. 1) зажимами 12 на ободах дисковуправляемых колёс, установленных на поворотные площадки, на высоте рулевого приводавпереди передней оси. Сжатый воздух из ресивера направлялся в бесштоковую полостьсилового пневмоцилиндра, создавая усилие между внутренними сторонами дисков управляемыхколёс.
Предварительно, такое же по величине усилие создавалосьмежду дисками УК и сзади передней оси с целью обеспечения однозначности и достоверностирезультатов измерения. Причём диаметр силового пневмоцилиндра подобран так, чтодавление 0,1 МПа соответствует усилию в РП 10 даН.
Под действием создаваемого усилия рулевой привод деформировалсяи шток 2 перемещался, приводя в движение фиксируемое во время измерения кольцо 35и с помощью вильчатого наконечника двуплечий рычаг 31. При этом перемещение рейсфейдера33 по направляющей 34 пропорционально приращению расстояния между дисками УК.
Одновременно сжатый воздух через обратный клапан 21 поступалв бесштоковую полость регистратора усилия в РП — дополнительного пневмоцилиндра2 При этом перемещение штока 27 и связанной с ним пластины 30 с закреплённой миллиметровойбумагой пропорционально усилию, создаваемому силовым пневмоцилиндром между дискамиУК.
В результате регистрировалась непосредственная графическаязависимость приращения смещения в кинематической цепи рулевого привода от приращенияусилия в нем, т.е. зависимость изменения критерия качества рулевого привода.
При выполнении лабораторных исследований использованы:
а) стандартныеизделия: прибор НИИАТ-К-402, прибор 2183, прибор К-69, компрессор с ресивером, манометробразцовый (0,6 МПа), индикаторы часового типа ИГ-0,01, механотроны 6MXICи6МХ5С, блок питания БПИ-1 и измерительная система механотронов БВ-6125, трёхканальныйсамописец Н-326-3.
б) нестандартныеизделия: устройство для оценки характеристик рулевого привода в двух вариантах исполнения,комплекс приспособлений для регистрации параметров и состояния рулевого привода,в том числе и относительного смещения элементов шарнира рулевых тяг автомобиля.
Для обеспечения необходимой точности и достоверностиизмерения критерия качества РП его составляющие, кроме того, регистрировались:
а) усилие- манометром образцовым измерялось давление в силовом пневмоцилиндре и пересчитывалосьв усилие в РП (относительная погрешность 2-3%), а также методом тензометрирования(относительная погрешность измерения 3-4%);
б) смещение- механотроном 6МХ5С с наращенным мерным штифтом (относительная погрешность 1-2%),а также индикатором часового типа ИГ-0,01 (относительная погрешность 1-3%), оборудованнымспециальным удлинённым закалённым наконечником для повышения точности.
Относительная погрешность измерений определялась согласноработе [1] по отношению показаний измерительных систем регистраторов усилия и смещенияк показаниям образцовых приборов в %. Нестабильность результатов оценивалась такжев % отношении наибольшего отклонения результата показаний к среднеарифметическомузначению.
Методика лабораторного исследования рулевых шарниров.Исследования выполнены в два этапа и включали постановку экспериментов для выборокновых и изношенных, снятых с автомобиля и установленных в рулевой трапеции шарнироврулевых тяг.
Для измерения относительных смещений элементов рулевыхшарниров, снятых с автомобиля, в осевом и радиальном направлениях было сконструированоустройство, состоящее из основания с укреплённой на нём верхней траверсой. Резьбовойнаконечник рулевой тяги устанавливается в корпусе втулки на траверсе при помощиподвижного штока с возвратной пружиной. Измерение осуществлялось при помощи динамометрическогоустройства, в корпусе которого установлена динамометрическая скоба, препарированнаяв соответствующем диапазоне сил.
Усилие на подвижный шток передавалось через динамометрическуюскобу и шарики посредством нагрузочного винта. Рулевой палец шарнира фиксировалсяв поворотном рычаге цапфы, закрепленном на корпусе устройства. Измерителями деформацийдинамометрической скобы и относительного смещения элементов шарниров являлись индикаторыИГ-0,01.
Деформация поворотного рычага измерялась также методомтензометрирования, что позволило использовать результаты для сравнительных испытанийв дорожных и стендовых условиях нагружения РП. Усилие, прикладываемое к шаровомупальцу посредством пары «резьбовая втулка — нагрузочный винт» регистрировалось динамометром,протарированным по образцовому прибору. Момент сопротивления шарового пальца поворотуизмерялся при помощи рычага и динамометра.
Методика выполнения лабораторных исследований включалаизмерение моментов сопротивления шарового пальца повороту в 4-х положениях. Усилиеотрыва шарового пальца при смещении в вертикальном направлении и жёсткость осевойпружины шарнира при ходе 2-3 мм определялись раздельно.
Радиальное смещение регистрировалось при усилиях в,рулевом шарнире 5, 10, 15, 20. 25, 30 и 40 даН. Осевое смещение регистрировалосьпри усилиях 10, 20 и 30 даН. Величина необратимых смещений измерялась после приложенияпредварительного усилия 30 даН.
Тарировка устройств производилась при помощи образцовыхприборов — индикатора ИГ-0,002 и динамометра ДОС-03.

4. Конструкция стенда для оценки технического состояниярулевого управления легковых автомобилей
 
Известные стенды для оценки технического состояния рулевогоуправления автомобилей, содержащие основание, опорно-поворотные площадки для установкина них управляемых колёс, силовой цилиндр со штоком, снабжённым наконечником дляупора в обод управляемого колеса.
Механизм ориентации силового цилиндра относительно осивращения УК включающий привод поворота, управляемый источник давления и измерительнуюсистему, имеют низкую точность оценки технического состояния РУ из-за отсутствияодновременной регистрации усилия, создаваемого в рулевом управлении, и деформацийего элементов. Кроме того, они не обеспечивают горизонтального направления усилия,создаваемого силовым цилиндром, при поворотах УК, а также предварительной деформацииРП.
Повышение точности оценки технического состояния рулевогоуправления достигается тем, что силовой цилиндр размещён между ободами обоих управляемыхколёс и снабжён дополнительным наконечником, закреплённым на корпусе силового цилиндра,и указателем, закреплённым на штоке силового цилиндра и выполненным в виде кронштейна,охватывающего снаружи одно из управляемых колёс.
Измерительная система снабжена кольцом, размещённым наштоке силового цилиндра с возможностью перемещения и фиксации в заданном положении,преобразователем давления в перемещение, закреплённым на корпусе силового цилиндраи выполненным в виде цилиндра, а его бесштоковая полость сообщена с бесштоковойполостью силового цилиндра и с управляемым источником давления, двухкоординатнымсамописцем, связаннымсо штоком цилиндра и с упомянутым кольцом.
При этом механизм ориентации силового цилиндра содержитраму, прикреплённую к корпусу силового цилиндра и к втулкам, шарнирно установленнымна горизонтальных осях, закреплённых на основании, а упомянутый привод поворотасоединён с рамой. На основании установлены съёмные направляющие для каждого управляемогоколеса, расположенные под одинаковыми углами к продольной оси.
Стенд для оценки технического состояния рулевого управленияавтомобилей, принципиальная схема которого приведена на рисунке 2, состоит из установленныхна основании 1 опорно-поворотных площадок 2, расположенных в бетонной нише совместнос направляющими отбойниками 3. Опорно-поворотные площадки имеют возможность вращениявокруг вертикальных осей и перемещения в поперечном направлении с целью испытанияавтомобилей с различной колеёй управляемых колёс.
/>
Рис.2. Принципиальная схема стенда для оценки техническогосостояния рулевого управления и переднего моста автомобилей
На основании 1 стенда установлены шарниры 4, допускающиеосевое и колебательное перемещения их элементов с обеспечением возврата при помощипружины К подвижным втулкам шарниров 4 крепится рама 6 измерительного механизма.
Стенд связан с пультом управления кабелем проводов 12панели съёма информации, шлангом пневмопривода 13, тросом управления 14, фиксирующимв определенном положении кольцо регистратора перемещения, тросом управления осевымперемещением 15 и колебательным перемещением 16 механизма ориентации силового цилиндра7 относительно УК.
Пульт управления стендом включает основание со стойкой17, педаль управления осевым перемещением 18 и рукоятку колебательного перемещения19 измерительного механизма, кран плавной подачи воздуха 20 в силовой цилиндр ирегистратор давления 21. Дистанционная установка в рабочее положение кольца 11 осуществляетсярукояткой 22. Информация об эксплуатационном состоянии РУ, РЙ, РП и их отдельныхузлов выдаётся на панель съёма информации 23, показанную на рисунке 3а.
Оценка технического состояния рулевого управления и егоэлементов осуществляется за счёт реакции приращением расстояния между дисками управляемыхколёс отдельных узлов РУ на заданное усилие, зависящее от конструктивных параметрови углов установки колёс, создаваемое силовым цилиндром, путём регистрации величиныперемещения подвижного штока относительно корпуса силового цилиндра, а также остаточнойдеформации рулевого привода после снятия усилия.
Для преобразования первичной информации стенд содержитлогический блок, в котором производится непрерывное сравнение поступающей информациис эталонной записью и тарировочными характеристиками, а также предусмотрена возможностьобработки результатов измерения методом наименьших квадратов.
На рисунке 3 изображены общий вид и монтажные схемы основныхузлов, входящих в логический блок стенда:
а) панель съёма информации 1, содержащая выключателиблока питания 2, контроля установки нуля регистраторов состояния рулевого механизма3 и рулевого привода 4. Для каждого подвижного сопряжения кинематической цели РП,кроме того, предусмотрена выдача информации об их исправном, предотказном и аварийномсостоянии следующих узлов рулевого управления и передней подвески, соответственнолевой и правой (по ходу) части РП: крайних шарниров РП (ЛКШ и ПКШ), средних шарнировРП (ЛСШ и ПСШ) шарниров сошки (ШС) и маятникового рычага (ШМ), подшипников ступицпередних колёс (ЛПС и ППС), сайлент — блоков (ЛСБ и ПСБ), рулевого механизма (РМ)и рулевого привода в целом (РП). Все индикаторные лампочки запитаны с одной сторонына «-» — панель съёма информации 1, а с другой стороны скоммутированы с определеннымучастком плата согласно номера монтажной схемы.
б) специальная плата регистратора состояния рулевогопривода с участками, характеризующими исправное, предотказное и аварийное состояние:5, 6 и 7 — ЛКШ и ПКШ; 8, 9 и 10 — ЛСШ и ПСШ; II,I2 и 13 -ШС и ШМ; 14,15 и 16 — ЛПС иППС; 17, 18 и 19 — ЛСБ и ПСБ; 23, 24 и 31 — уровня остаточной деформации рулевогопривода в целом. Дополнительное назначение имеют участки: 23, 24 — индикаторы сбояначальной установки подвижного контакта регистратора смещения в РП 2
в) плата регистратора состояния рулевого механизма, имеющаяучастки: 26 — установки нуля подвижного контакта регистратора 46; 27, 28 и 29 — исправного, предотказного и аварийного состояния РМ.
/>
Рис. 3. Принципиальные и монтажные схемы: а) панели съёмаинформации;б) специальных плат-регистраторов состояния рулевого привода; в) – рулевого механизма

Местоположение участков на специальной плата, определяющих уровеньэксплуатационного состояния РУ и его узлов определено как по результатам лабораторныхисследований РП, так и статистических исследований, для чего искусственно задавалисьсоответствующие уровни технического состояния узлов РП и анализировался критерийкачества РП.

5. Методика выполнения стендовых исследований эксплуатационногосостояния рулевого управления автомобилей
 
В стендовых условиях регистрировались следующие параметрыхарактеристик и состояния РП: смещения в кинематической цепи, зазоры в подвижныхсопряжениях, упругость РП, усилие в РП — и на рулевом колесе, люфт рулевого колеса,зазоры в РМ и отдельных сопряжениях РП.
Испытуемый автомобиль, ориентируемый по отношению к продольнойоси стенда направляющими, расположенными вначале осмотровой канавы, на которой смонтированстенд в тупиковом варианте, заезжает управляемыми колёсами на опорно-поворотныеплощадки стенда до упора в направляющие отбойники.
При взаимодействии УК с этими направляющими создаютсябоковые силы, под действием которых продольная ось транспортного средства совмещаетсяс продольной осью стенда, т.е. происходит дополнительная ориентация автомобиля.При этом под действием указанных боковых сил в рулевом управлении создаются деформациизаданного направления, исключающие неопределённость относительного расположенияотдельных узлов рулевого привода.
С помощью педали 18 и рукоятки 19 с пульта управлениястендом (рис.2) силовой цилиндр измерительного механизма устанавливается между дискамиУК впереди передней оси на высоте РП. Точность установки контролируется наружнымуказателем со стороны пульта управления стендом и проверяется включением тумблера4 (рис.3 а).
На рулевое колесо устанавливается регистратор состояниярулевого механизма, протарированный по прибору НИИАТ-К-402. Правильность» установкиподвижных контактов проверяется путём включения тумблера 3 (рис. 3а) также на панелисъёма информации стенда.
От управляемого источника давления подаётся сжатый воздух,плавно повышая давление до упора наконечников 25 (рис.2) в обода УК. После чегофиксируется кольцо регистратора перемещений рукоятью 22 с пульта управления и, контролируяплавность развиваемого давления, создаётся равномерно нарастающее усилие в рулевомприводе, которое определяется конструктивными особенностями автомобиля, до 30-50даН.
При этом предварительный поворот рулевого колеса на 30-40°поочерёдно в обе стороны ориентирует элементы подвижных сопряжении РП определённымобразом, создавая предварительную деформацию в соответствующих частях рулевого приводасогласно теоретического анализу. Это позволяет получить информацию о состоянии отдельноправой и левой частей рулевого привода.
В результате получается непрерывная зависимость приращениярасстояния между дисками колёс от приращения усилия между ними, снимаемая со специальнойплата в виде электрического сигнала, подаваемого в логический блок панели съёмаинформации. Плавно снижая давление в бесштоковой полости силового цилиндра, вновьрегистрируется зависимость деформации рулевого управления от усилия, что позволяетоценить остаточную деформацию рулевого привода.
Люфт и усилие на рулевом колесе определялось по «известнойметодике НИИАТа. Информация о техническом состоянии рулевого управления выноситсяна панель съёма или подаётся в систему АСУ технического управления АТП.
Таким образом, разработанная конструкция стенда обеспечиваетнепрерывную регистрацию зависимости деформации рулевого управления от действующихусилий, что позволяет определить зазоры и деформации в отдельных сопряжениях РУ,повысив тем самым точность и достоверность оценки его технического состояния. Крометого, стенд обеспечил возможность получения упругих и гистерезисных характеристикРП и РМ, а также их отдельных сопряжений.
После снятия направляющих отбойников стенда регистрацияперечисленных параметров возможна также при установке УК в ряд фиксированных угловыхположений, обеспечивая при этом постоянное горизонтальное направление создания усилияв РП.
Тупиковый вариант стенда для оценки технического состоянияРУ, позволяющий осуществить одновременное техническое обслуживание, контрольно-регулировочныеоперации и текущий ремонт РУ и передней подвески, апробирован при внедрении в п/о«Ростоблавтотехобслуживание».

6. Методика проведения дорожных испытаний
 
Дорожные испытания характеристик и состояния рулевогопривода выполнялись на серийном автомобиле ВАЗ-21011 в реальных условиях движенияв городе и на контрольных участках загородного шоссе. Для проведения испытаний былополучено разрешение ГАИ, а испытуемый автомобиль оборудован не обходимыми средствамиобеспечения безопасности работ.
Перед началом испытаний производился технический осмотравтомобиля, в процессе которого регулировочные параметры ходовой части и рулевогоуправления приводились в соответствие с нормативными требованиями. Одновременнопроизводился прогрев и регулировка комплекса измерительно-регистрационной аппаратуры,и выполнялись контрольные заезды для проверки правильности настройки приборов.
Для проведения дорожных испытаний легковой автомобильбыл выбран с использованием методов блочного рандомизированного планирования извыборки автомобилей, исследованных в стендовых условиях. Пробег с начала эксплуатацииавтомобиля составил 80 тыс. км, техническое состояние рулевого управления и переднегомоста соответствовало техническим условиям завода-изготовителя, однако зазоры вкрайних шарнирах РП имели величину порядка 0,25-0,30 мм.
Для облегчения расшифровки получаемых в результате дорожныхиспытаний осциллограмм была составлена технологическая карта, включающая описаниережимов и условий испытаний, отметки времени прохождения контрольных участков, статистическиеданные — число и углы поворота рулевого колеса и т.п.
В соответствии с поставленными в теоретической частизадачами решались следующие вопросы:
- исследованиеизменения схождения УК в процессе движения в различных режимах нагружения РП;
- экспериментальнымпутём в дорожных условиях определялись усилия в рулевой трапеции, стабилизирующиемоменты на УК и момент трения в РП, амплитуда и частота колебания шарового пальцав наконечнике рулевой тяги;
- исследованиеизменения критерия качества РП и оценка его влияния на эксплуатационные свойстваавтомобиля в режимах прямолинейного и криволинейного неустановившегося движения,входа и выхода из поворота, прямолинейного движения с фиксированным рулевым колесоми свободным рулём, служебного, экстренного и служебного торможения с одновременнымповоротом с различной начальной скорости.
Заезды испытуемого автомобиля производились как на дорогесо щебёночным покрытием, так и на дороге 1 категории с асфальтобетонным покрытием.Исследование относительного смещения элементов рулевых шарниров выполнялось придвижении автомобиля на сухом и чистом прямолинейном отрезке асфальтобетонной дороги.Влияние наводки электрооборудования работающего двигателя на регистрирующую аппаратуруоценивалось на неподвижном автомобиле в режиме холостого хода двигателя.
В процессе прямолинейного движения со скоростями 1,4;2,8; 4,2; 5,6; 8,4; 28 м/с исследовалась динамика изменения критерия качества РПи относительные смещения в шарнирах боковых рулевых тяг в перечисленных условияхдвижения. Испытания считались недействительными и повторялись, если не были выдержанызаданные скорости движения автомобиля.
Оценочным параметром влияния критерия качества РП на эксплуатационные свойстваавтомобиля принято изменение угла поворота каждого управляемого колеса на величинусмещений в кинематической цепи обеих половин РП в различных режимах его нагружения.При этом определялись амплитуды и частоты колебаний шарового пальца, оценивалисьмоменты силового замыкания в кинематической цепи РП, записывались величины усилийна поворотных рычагах и рулевой сошке, и, одновременно, смещения элементов крайнихрулевых шарниров и приращение расстояния в РП.
В процессе входа и выхода из поворота (в момент времени1-5 с, в зависимости от скорости движения) исследовались величины и характер измененияусилий на поворотных рычагах цапф и рулевой сошке, момента трения в РП, изменениеуглов поворота УК на величину смещений в РП.
Оценочным критерием влияния смещений в РП на параметры поворотаавтомобиля принято изменение углов поворота УК с учётом бокового увода эластичнойшины. После завершения входа или выхода из поворота наступает силовое замыканиев РП и влияние смещений не значимо.
Испытуемый автомобиль не был оборудован приборами регистрацииугловой скорости вращения и бокового ускорения центра масс, поэтому для обеспечениявеличины последнего 4 м/с2 согласно [55,56] расчётным путём в каждом конкретномслучае определялись необходимые радиус поворота и скорость движения. Кроме того,для небольшого изменения бокового ускорения использовался балласт, позволяющий впределах 100 кг изменять массу автомобиля. В этом случае, результаты дорожных испытанийс допустимой погрешностью могут быть сопоставимы с результатами теоретического исследования.
Контрольные заезды в каждом-виде испытаний проводились не менеетрёх раз для каждого режима движения. Результаты осциллограмм обрабатывались наЭВМ «ЕС-1020» в режиме одномерного статистического анализа и вводились в математическуюмодель процессов изменения эксплуатационного состояния РП и эксплуатационных свойствавтомобиля.
Усилия в рулевом приводе и стабилизирующие моменты на управляемыхколёсах регистрировались известным методом тензометрирования, для чего были использованытензорезисторы, позволяющие определить деформацию поворотных рычагов цапф и рулевойсошки, а, следовательно, величину и направление усилий, действующих на детали рулевогопривода.
Тензорезисторы соединялись по полу мост свой схеме согласно(рис. 4) и наклеивались клеем БФ-2 с последующей термообработкой на специально подготовленныеместа рычагов поворотных цапф и рулевой сошки. Их изоляция от внешней среды осуществляласьслоем изоленты с пропиткой эпоксидной смолой Э-40. Сигналы от тензодатчиков, усиленныетензоусилителем «Топаз-2», подавались на шлейфовый осциллограф «Н-700» и записывалисьна светочувствительную бумагу шириной 120 мм.
/>/>
Рис.4.Принципиальнаясхема измерения смещенийи усилий в кинематической цепи рулевого привода
С целью обеспечения заданной точности результатов дорожныхиспытаний тарировка измерительных систем производилась двумя методами:
а) поочерёдно одно управляемое колесо фиксировалось распорнымустройством, а второе демонтировалось и к его поворотному рычагу прикладывалосьусилие через динамометр ДОС-03 гидравлическим домкратом;
б) при отсоединённой рулевой сошке и поочерёдно вывешенныхУК усилие прикладывалось к поворотному рычагу с обеих сторон при фиксированной поворотнойцапфе.
Тарировка производилась не менее пяти раз в режиме нагрузкии разгрузки, при растяжении и сжатии рулевой трапеции с заданным усилием. Тарировкаусилия на рулевой сошке производилась поворотом рулевого колеса при фиксированныхпоочерёдно управляемых колёсах, а также приложением усилия к рулевой сошке при фиксированномУК.
По результатам были получены тарировочные зависимости,использованные для считывания с осциллограф величин и направлений усилий, действующихв РП. Величина масштабного коэффициента определялась:
/>, (1)
где Fi-i –я величина усилия, Н;
hi-соответствующая ордината на осциллограмме, мм.
Среднеквадратическая погрешность масштабного коэффициента:
/>. (2)
Приведённая относительная погрешность масштабного коэффициента:
/>. ((3)

Полученные погрешности масштабного коэффициента использованыдля оценки точности результатов измерения усилий при испытании
6.1 Методика измерения смещений в кинематической цепирулевого привода и в шарнирах рулевых тяг при движении автомобиля
Для получения величин приращения расстояния между рычагами поворотных, цапф,т.е. смещений в кинематической цепи рулевой трапеции, была разработана методика,основывающаяся на применении прецизионных датчиков перемещений — механотронов — электронных ламп 6MX5/IC, используемых вробототехнике, собственная погрешность измерения которых не более 1%. Механотроныустанавливались в специальный патрон, который крепился с помощью кронштейна к рычагамповоротных цапф, т.е. был жёстко соединён с наконечником боковой рулевой тяги. Приэтом, запись относительных смещений элементов рулевых шарниров велась в диапазоневеличин углов поворота управляемых колёс до 5°.
Смещения в рулевой трапеции регистрировались при помощираздвижной подпружиненной линейки, состоящей из двух штанг, концы которых шарнирнокрепились к поворотным рычагам цапф, обеспечивая возможность регистрации относительныхсмещений в кинематической цепи РП с одновременным поворотом УК и безопасность проведенияиспытаний.
Тарировка механотронов и измерительных систем производиласьпри помощи индикатора часового типа ИГ-0,002 со специальным заострённым калёнымнаконечником, который устанавливался на раздвижную линейку и на боковых рулевыхтягах. Величины смещений задавались по шкале индикатора и, одновременно, записывалисьна осциллограф сигналы механотронов, по которым затем строились тарировочные зависимости.Погрешность измерения определяется аналогично методике измерения усилий в РП придвижении автомобиля.

6.2 Измерительно-регистрирующая аппаратура
Измерительный комплекс, установленный в переоборудованномсалоне серийного автомобиля позволял регистрировать следующие параметры:
SШП(Л) — относительные радиальныесмещения шарового пальца в наконечнике правой и левой боковых рулевых тяг;
SРП — приращение расстояниямежду рычагами поворотных цапф, т.е. смещение в РП или изменение схождения УК;
FП(Л) — усилия на рычагахповоротных цапф передней подвески;
FРС- усилие на рулевой сошке;
VA-продольную скорость поступательного движения автомобиля;
t-время.
Комплекс измерительно-регистрирующей аппаратуры, размещённыйв салоне автомобиля, включал электронные лампы 6MXICи6МХ5С — датчики, преобразующие механические перемещения в электрические величины,установленные в специальных металлических патронах, снабжённых ограничителями перемещениймерных штифтов. Последнее позволило избежать поломки механотронов вследствие ударныхнагрузок и других факторов, которыми сопровождался процесс испытания рулевого привода.
Мерные штифты механотронов были наращены в соотношенииплеч, соответственно: измерители относительных смещений элементов шарниров — лампы6 МХIС — 1:3 (диапазон измерения± 0,5 мм, погрешность 1,5-3%); измерители смещения в кинематической цепи рулевогопривода, т.е. приращения расстояния между рычагами поворотных цапф — лампа 6МХ5С-1:5 (диапазон измерения ± 10 мм, погрешность 2,5-3,5%).
Для управления и питания механотронов был сконструированспециальный блок, обеспечивающий настройку и визуальный контроль величины и направлениясигнала, подаваемого в измерительные каналы. Этот же блок использовался для сравнениярезультатов в стендовых и лабораторных условиях нагружения рулевого привода автомобиля.
Для измерения изменения схождения управляемых колёс впроцессе движения автомобиля разработана методика регистрации смещений при помощисконструированной раздвижной линейки, штанги которой подпружинены, а их относительноеперемещение регистрировалось в салоне посредством гибкового вала. На концах линейкиустановлены шарнирные наконечники, что позволило регистрировать приращение расстояниямежду поворотными рычагами рулевой трапеции при любых углах поворота УК.
Перемещение гибкого вала регистрировалось в салоне автомобилямеханотроном 6МХ5С, установленном в патроне на специальном кронштейне, допускающимрегулировки диапазона измерения смещений и установку нулевого значения измерительногоустройства.
Относительное смещение шарового пальца в наконечникебоковой рулевой тяги регистрировалось механотронами 6MXIC,установленными так же на специальных кронштейнах, жёстко связанных с рычагами поворотныхцапф, в металлических патронах. На этом же кронштейне шарнирно закреплялась раздвижнаялинейка для измерения смещений в кинематической цепи рулевого привода при поворотахУК.
Усилие на поворотных рычагах цапф и рулевой сошке регистрировалосьметодом тензометрирования при помощи тензорезисторов, соответственно, 2ПКБ-10-200Хи 2ПКБ-10-100Х с базой 10 мм, соединённых по полумостовой схеме. При деформацииповоротных рычагов и рулевой сошки электрический сигнал от тензодатчиков усиливалсятензоусилителем «Топаз-2», после чего поступал на вход шлейфового осциллографа Н-700и записывался на светочувствительную бумагу, одновременно регистрировались и перечисленныевыше величины смещений.
Осциллограф Н-700 и тензоусилитель «Топаз-2» устанавливалисьна резиновых амортизаторах в салоне автомобиля. Тензодатчики и измерительная аппаратурабыли соединены экранированным кабелем. Отметки времени через 0,1 с выполнялись отметчикомосциллографа Н-700.
Питание измерительно-регистрирующего комплекса осуществлялосьпостоянным током напряжением 24В, согласно схеме (рис.4) от двух аккумуляторныхбатарей 6-СТ-7
На рисунке 5 приведён образец осциллограммы дорожныхиспытаний.
/>
Рис. 5 Запись усилий на рулевой сошке, правом и левомповоротных рычагах цапфы и относительных смещений шарового пальца в наконечникеправой и левой боковых рулевых тяг в процессе трогания с места на прямолинейномучастке асфальтобетонного шоссе. Вначале осциллограммы показано влияние наводкиэлектрооборудования двигателя на сигнал измерителей
 

7. Полный факторный эксперимент –«24 »
 
Оценка влияния факторов, определяющих формирование смещенийв кинематической цепи рулевого привода в процессе эксплуатации, т.е. изменение схожденияуправляемых колёс, желательна нетривиальным способом, что позволяют методы теориипланирования эксперимента.
С целью построения интерполяционных формул, а также оценкизначимости влияния исследованных ранее параметров был поставлен полный факторныйэксперимент «24 », а в качестве математической модели использован полином второйстепени, позволяющий наиболее удобно сравнивать несколько функций откликов.
Исходя из анализа информации, полученной в ходе лабораторныхи стендовых исследований, был определён минимально необходимый объём испытаний,составлен план эксперимента, произведён отбор независимых факторов, обоснованы функцииотклика и их характеристики. Основными факторами, определяющими формирование смещенийв кинематической цепи РП, которые однозначны, совместимы, управляемы и независимыв процессе одного опыта, являются: усилие в рулевом приводе — Хт, величина зазоровв подвижных сопряжениях РП – Х2, угол свободного хода рулевого колеса – Х3 и пробегавтомобиля – Х4. Кодирование перечисленных факторов приведено в таблице 1.
Таблица 1Уровни факторов и интервалы варирования длямодели ВАЗ-21011 Факторы Уровни факторов
Интервал
варирования -1 +1 х1 (Fpn), даН 10 20 30 10
х2 ( /> ), мм 0,8 1,5 2.2 0.7
х3 (/>рк), град 5 10 15 5 х3 (lа), тыс.км 20 50 80 30

В качестве функций отклика были взяты: величина приращениярасстояния между дисками управляемых колёс (критерий качества РП) – У1, начальнаявеличина схождения управляемых колёс – У2 и разность углов поворота управляемыхколёс – У3. Перечисленные факторы универсальны, количественны, статистически эффективны,имеют физический смысл, легко изменяются при испытаниях на стенде.
Матрица планирования полного факторного эксперимента,составленная с учётом рекомендаций работы [82], и результаты определения функцийотклика приведены в таблице 2. Рандомизация опытов во времени проведена с использованиемтаблицы случайных чисел, что позволило уменьшить вероятность появления систематическойошибки.
Результаты эксперимента обрабатывались на ЭВМ «ЕС-1020».При помощи разработанной программы рассчитывались уравнения регрессии для каждойфункции отклика, определялся доверительный интервал коэффициентов регрессии и проверяласьадекватность полученных математических моделей. Уравнения регрессии указанных функцийотклика с учётом кодирования параметров приняли следующий вид:
/>/>/> (4)
/> (5)
 
/>/>/> (6) /> /> /> /> />
Результаты анализа коэффициентов уравнений регрессии(4)-(6) сведены в таблицу 3.

Таблица 2.Матрица планирования и результаты определенияфункций отклика полного факторного эксперимента «24»№ х0 х1 х2 х3 х4 х1х2 х1х3 х1х4 х2х3 х2х4 х3х4 Y1 Y2 Y3 1 + + - - - + + + + + + 0,24 0,75 1 2 + + - - - - - - + + + 1,09 1,76 2 3 + - + - - - + + - - + 0,81 1,25 1,75 4 + + + - - + - - - - + 2,43 2,25 2 5 + - - + - + - + - + - 0,25 1,25 1,5 6 + + - + - - + - - + - 1,425 1,75 2,5 7 + - + + - - - + + - - 0,29 1,35 1,75 8 + + + + - + + - + - - 1,785 1,9 2 9 + - - - + + + - + - - 0,235 1,25 1,25 10 + + - - + - - + + - - 1,17 1,75 2,25 11 + - + - + - + - - + - 0,48 1,75 1,75 12 + + + - + + - + - + - 2,785 2,75 2,5 13 + - - + + + - - - - + 0,436 1,75 1,5 14 + + - + + - + + - - + 2,05 2,75 2,5 15 + - + + + - - - + - + 0,51 1,75 1,75 16 + + + + + + + + + - + 3,14 3,00 2,75
Таблица 3.Данные к определению доверительных интервалов коэффициентоврегрессииФункции отклика
Дисперсия воспроизводимости
/>
Критерий Кохрена Gi
Ошибка опыта />
Доверительный интервал />/>/> y1 (S), мм 0,032 0,2011 0,002 0,0948
y2 (/>), мм 2,190 0,2283 0,1369 0,7844
y3 (/>),.град 2,880 0,1739 0,1800 0,8904
Ошибка воспроизводимости оценивалась по параллельнымопытам, произведённым в одинаковых условиях не менее двух раз. Однородность дисперсийпроверялась по критерию Кохрена. Ошибка опыта оценивалась дисперсией коэффициентоврегрессии. Доверительные интервалы коэффициентов регрессии определены с учётом критерияСтьюдента tр = 2,12, определённогодля уровня значимости/> =0,05и числа степеней свободы К = 1 Адекватность полученных математических моделей проверяласьпо критерию Фишера. Так, для уравнения регрессии (4):
/>/>/>, (7)
что даёт основание считать полученную модель (4) адекватной.
Модели, описывающие уравнения регрессии (5) и (6), оказалисьнеадекватными и в дальнейших исследованиях не использовались.
Таким образом, окончательно уравнение (4.4 — зависимостькритерия качества рулевого привода от перечисленных факторов) принимает вид:
/>/>/> (8)
Уравнение (8) использовано для оценки влияния исследованныхранее факторов на изменение критерия качества рулевого привода, т.е. и на изменениеэксплуатационных свойств автомобиля.

8. Анализ результатов экспериментальных исследований
8.1 Результаты лабораторных исследований характеристики состояния рулевого привода и шарниров рулевых тяг
Экспериментальные исследования показали, что критерийкачества РП обладает разрешающей способностью для оценки раздельно величин обратимых(упругости РП) и необратимых (зазоров в подвижных сопряжениях РП) смещений. Характеризменения критерия качества РП позволяет установить предотказные значения уровнятехнического состояния отдельных сопряжений РП.
Статистические наблюдения показали, что относительнорезкое изменение критерия качества РП наблюдается для определённых групп сопряженийв определённых интервалах усилий.
Для модели «ГАЗ-24» (рис. 6) зазоры в рулевых шарнирахпроявляются при усилии около 25 даН, что зависит от конструктивных особенностейрулевого привода и переднего моста. Причём, ухудшение технического состояния увеличиваетразрешающую способность интегрального показателя — критерия качества РП. Так, дляавтомобиля «ВАЗ 2103» с пробегом. 180 тыс. км, рулевой привод которогонаходится в аварийном состоянии, критерий качества РП показывает значительное превышениенормативных величин зазоров в подшипниках ступиц колёс и рулевых шарнирах, что следуетиз рисунка 7.
/>
Рис. 6. Зависимость изменения смещений в РП от усилиямежду дисками УК для автомобиля «ГАЗ-24» с пробегом 25 тыс. км

Распространяя известный в аналитической механике методвиртуальных перемещений на кинематическую цепь РП, можно сделать вывод, что необратимыесмещения проявляются для отдельных групп подвижных сопряжении последовательно, всоответствии с величинами коэффициентов приведения к радиусу диска управляемогоколеса. Диапазон усилий до 30-40 даН для исследованных моделей автомобилей являетсядостаточным для полной выборки зазоров в подвижных сопряжениях РП (при условии,что УК установлены на поворотные площадки) и соответствует среднеэксплуатационномудиапазону нагружения РП.
/>
Рис. 7.Экспериментальная зависимость изменения критериякачества РП ВАЗ-2103 с пробегом 180 тыс. км и аварийным состоянием РП
Отмечено, что для автомобилей рассматриваемого классаиз-за наличия в правой (по ходу движения) половине рулевого привода маятниковогорычага, который при деформации РП перемещается в вертикальной плоскости, жёсткостьеё несколько меньше жёсткости левой половины, что определило введение корректирующегокоэффициента.
Исходные данные для определения работы, затрачиваемойв рулевом приводе на преодоление упругих деформаций и зазоров в подвижных сопряженияхРП, определялись по гистерезисным характеристикам смещений. Последние снималисьпри установке управляемых колёс в пять фиксированных положений на поворотных площадкахи записи приращения расстояния между дисками УК от усилия между ними на прямом иобратном ходе подвижного штока силового цилиндра.
Гистерезисные характеристики смещений в РП позволилиоценить влияние состояния различных групп подвижных сопряжении РП и его упругостина величину момента сил трения в РП и на характер изменения угла поворота управляемогоколеса на величину смещений в РП в различных режимах нагружения рулевого привода.
/>Экспериментальныезависимости приращения расстояния между дисками управляемых колёс от усилия, созданногомежду ними впереди передней оси, построенны по результатам первого измерения (•– •), когда после создания начальных условий, т.е. предварительной деформации РП,проявляются />обратимые и необратимыесмещения, и третьего измерения (° °),когда проявляются только обратимые смещения, т.е. упругие деформации.
Гистерезисные характеристики для модели ВАЗ с пробегом180 тыс. км, но с аварийным состоянием РП имеют вид (рис. 8).
Однако, в этом случае работа необратимых смещений достигает52% всей затраченной, что в 2,3 раза больше работы, затраченной на преодоление обратимыхи необратимых смещений в прямолинейном положении управляемых колёс первого автомобиляс пробегом 15 тыс. км. Некоторое увеличение работы для углов поворота УК 10° посравнений с её значением для 5° объясняется формированием зазоров в шарнирах осейповоротных стоек и износом сайлент-блоков.
Таким образом, обратимые смещения играют положительнуюроль в гашении плавно нарастающих усилий в РП, вызванных действием макропрофилядорожного полотна. Работа необратимых смещений компенсирует действие плавно нарастающихнагрузок, вызванных действием микропрофиля дорожного полотна и другими возмущениями.Это улучшает курсовую устойчивость движения и снижает утомляемость водителя.

/>
Рис.8.Гистерезисные характеристики смещений в рулевомприводе от усилия в нём для различных угловых положений УК модели 2103 с пробегом183 тыс. км и аварийным техническим состоянием РП
Однако возрастание величины смещений в РП отрицательносказывается на управляемости автомобиля, резко увеличивая время переходных процессовмежду поворотами рулевого и управляемых колёс, затрудняя обеспечение заданной траекторийдвижения автомобиля и вызывая увеличение утомляемости водителя.
Кроме того, наличие необратимых смещений в РП создаётблагоприятные условия для возникновения автоколебаний УК и в совокупности с обратимымисмещениями — резонанса колебаний, снижая управляемость автомобиля и повышая износшин. Это подтвердили дорожные испытания, а также выводы исследований: А.С. Литвиноваи др.
/>Накопленныев лабораторных исследованиях статистические данные показали значительное влияниехарактеристик и состояния рулевых шарниров на критерий качества РП и формированиесмещений в нём. Так, на рисунках 9 и 10 показаны изменения отмеченных ранее критериевсостояния рулевых шарниров для выборки (50 ед.) новых (°°),и (22 ед.) снятых с эксплуатации (х – х) рулевых шарниров модели ВАЗ, построенныепо величинам их математических ожиданий.

/>
Рис.9. Зависимости изменения радиального смещения в рулевомшарнире от усилия для: I — новых (50 ед.) и 2 — изношенных (22ед) шарниров (по величинамматематических ожиданий выборка)
/>
Рис.10. Зависимость изменения момента сопротивления шаровогопальца повороту от его углового положения в наконечнике тяги, т.е. стабильностьдля: I~новых и 2 — изношенных шарниров
Из рисунка 9 следует, что заметное увеличение относительногорадиального смещения элементов новых рулевых шарниров наблюдается при радиальномусилии большем 35 даН, в то время как для изношенных шарниров заметное увеличениесмещения наблюдается yжeпривеличине радиального усилия 10 даН и характер его изменения аналогичен такой жезависимости, но для рулевого привода в целом (рис. 10).
Отмечено также, что приложение радиального усилия к шаровомупальцу вызывает его одновременное осевое перемещение, т.е. «выжимание» из гнезданаконечника рулевой тяги, характер которого зависит от геометрии износа сопряженийрулевого шарнира. Осевое усилие пружины по мере износа шарниров уменьшилось в 3раза, а зазоры возросли в 4,5 раза, причём наблюдались случаи поломки пружины припотере жесткости.
Важной характеристикой эксплуатационного состояния рулевыхшарниров является момент сопротивления шарового пальца повороту и его стабильность,определяющие момент сил трения в РП. Так, из рисунка 10 следует, что момент сопротивленияшарового пальца повороту для изношенных шарниров уменьшается в 9-10 раз, а его стабильностьпри повороте характеризует эллиптическую геометрию износа сопряжения по сравнениюс новыми шарнирами, но стабильность отсутствует и для них.
Одномерный статистический анализ выборки новых рулевыхшарниров показал, что дисперсия их характеристик значительна, кроме усилия отрывашарового пальца и жёсткости пружины шарнира, коэффициент вариации которых составил,соответственно, 0,13 и.-0,12. Для моментов сопротивления шарового пальца поворотукоэффициент вариации стабилен для всех четырёх положений и равен 0,50-0,54.
При этом статистические ряды основных характеристик,определяющих эксплуатационное состояние новых рулевых шарниров, т.е. момента сопротивленияшарового пальца повороту и относительного радиального смещения соответствуют экспоненциальномузакону распределения.
Одномерный статистический анализ выборки снятых с эксплуатациирулевых шарниров показал, что усилие отрыва шарового пальца уменьшается в 8 разпо сравнению с новыми шарнирами и в 2 раза по сравнению с жёсткостью пружины приходе шарового пальца. Момент сопротивления шарового пальца повороту в сравнениис новыми шарнирами уменьшился в 15 раз, а нестабильность возросла в 2 раза.
Это свидетельствует о резком нарушении силового замыканияи является причиной интенсивного износа поверхности подвижных сопряжений. Причёмрадиальное смещение увеличилось с 0,118 до 0,417 мм, а его стабильность уменьшиласьв 2 раза с увеличением усилия до 40 даН. Удовлетворительное согласие с экспоненциальнымзаконом распределения наблюдалось для жёсткости пружины, радиальных и необратимыхсмещений.
Результаты парного корреляционного анализа характеристики состояния новых/снятых с эксплуатации рулевых шарниров показали, что для новыхшарниров относительно высокая степень корреляции характерна только между усилиемотрыва пружины шарнира и её жёсткостью — до 0,833, при этом влияние линейного инелинейного характера связей равнозначно. Также слабо (до 0,586) скоррелированынеобратимые и относительные радиальные смещения элементов.
Для снятых с эксплуатации рулевых шарниров характернатеснота корреляционной связи, близкой к функциональной между необратимыми и относительнымирадиальными смещениями, причём более характерен нелинейный эффект. При этом, наблюдаетсяуменьшение корреляционного отношения с 0,979 до 0,928 при увеличении радиальногоусилия с 20 до 40 даН.
Результаты множественного регрессионного анализа характеристики состояния новых и снятых с эксплуатации рулевых шарниров ВАЗ показали, что дляновых рулевых шарниров как относительные, так и необратимые радиальные смещенияэлементов рулевых шарниров слабо скоррелированы (до 0,699) с рассмотренными ранеехарактеристиками. Это значит, что в уравнениях регрессии не учтён ряд факторов,связанных с качеством сборки и дисперсией свойств новых рулевых шарниров.
Для снятых с эксплуатации рулевых шарниров характернавысокая степень корреляции между относительными и необратимыми радиальными смещениямии рассмотренными критериями эксплуатационного состояния шарниров, достигающая, соответственно:0,976 и 0,974.
Это свидетельствует, что учтены наиболее значимые факторы,определяющие величины необратимых и относительных радиальных смещений, которые могутслужить критериями оценки эксплуатационного состояния шарниров, а наиболее значимыехарактеристики — момент сопротивления шарового пальца повороту и жёсткость осевойпружины шарнира рулевых тяг.
Таким образом, основные причины отказа рулевых шарниров- снижение жёсткости пружины и уменьшение момента сопротивления повороту шаровогопальца. Поэтому необходимы мероприятия по уменьшению дисперсии свойств новых рулевыхшарниров при их изготовлении и сборке.
8.2 Результаты стендовых исследований эксплуатационногосостояния рулевого привода легковых автомобилей
В стендовых условиях оценивалась кинематика РП с учётомсилового нагружения в диапазоне, соответствующем средним условиям эксплуатации,и уровня его технического состояния. Для этого исследовался характер изменения критериякачества РП при установке УК в ряд фиксированных положений в обе стороны (рис. 11-12).Причём экспериментальные точки не показаны, т.к. результаты обработаны методом наименьшихквадратов в логическом блоке стенда, а угол наклона прямой характеризует усреднённуювеличину критерия качества РП.
На рисунке 11 показана зависимость приращения расстояниямежду дисками УК от усилия, созданного между ними, т.е. изменение величины критериякачества РП при повороте УК в ряд фиксированных положений в обе стороны для модели«M-2140» с пробегом 30 тыс. км. При этом усреднённые значения критерия качестваРП располагаются несимметрично при повороте УК влево (рис. 11а) и вправо (рис. 11б)на один и тот же угол, что свидетельствует о нарушении заданной при проектированиикинематики РП.
Отсюда следует, что автомобиль эксплуатируется с уводомвправо, что проявляется большим износом сопряжений РП при установке УК влево наугол до 10°. Однако нарушение кинематики РП несущественно, но свидетельствует онарушении углов установки управляемых колес и эксплуатации шин с пониженным давлениемвоздуха.
На рисунке 12 показан характер изменения критерия качестваРП для автомобиля ВАЗ-2103 с пробегом 180 тыс. км и аварийным состоянием рулевогопривода. Причём абсолютная величина критерия качества РП превышает допускаемые величины,а характер её изменения при повороте УК вправо (рис. 12а) отличается также значительнойнесимметричностью расположения зависимостей.
Наибольшее значение критерия качества РП при углах поворота10° в обе стороны свидетельствует об аварийном состоянии шарниров оси поворотнойстойки подвески и сайлент-блоков и объясняется изменением плеч, на величине которыхприложено усилие.
Для этого автомобиля характерно значительное (25-30%)снижение чувствительности к управлению, что проявляется «рысканием» при движении.
Одномерный статистический анализ характеристик и состояниярулевого привода выполнен на примере выборки автомобилей базовых моделей ВАЗ. Причёмбыла также подтверждена возможность раздельного определения упругости и зазоровв подвижных сопряжениях рулевого привода. Так, средняя величина смещений в РП приусилии в нём 30 даН отличается от суммы средних величин упругости и зазоров в РПне более 0,7%.
Наиболее стабильны упругость РП и смещение в его кинематическойцепи, коэффициент вариации которых, соответственно: 0,29 и 0,39, причём последнийстабилизируется с величины усилия в РП 25 да Н. Наименее стабильны величина зазоровв сопряжениях РП и пробег автомобилей, коэффициент вариации которых, соответственно:0,77 и 0,87.
Проверка соответствия характеристик и состояния рулевогопривода законам распределения показала, что удовлетворительное согласие с нормальнымзаконом распределения имеют необратимые смещения т.е. зазоры в сопряжениях РП иобщий пробег, а с экспоненциальным — смещение в кинематической цепи РП при всехрежимах нагружения и величина обратимых смещений, т.е. упругость рулевого привода.
/>

/>
а)                                                     б)
Рис. 11.Зависимости изменения критерия качества РП отугла поворота управляемых колёс: а — влево, б — вправо для автомобиля «Москвич –2140» с пробегом 30 тыс. км
/>
а)                                                     б)
Рис. 12.Зависимости изменения критерия качества РП отугла поворота УК: а — вправо, б — влево для модели ВАЗ-2103 с пробегом 180 тыс.км и аварийным техническим состоянием РП
Парный корреляционный анализ выполнен для оценки характераи тесноты связей между характеристиками и состоянием рулевого привода. При этомрассмотрены как линейные, так и нелинейные эффекты взаимодействия, а использование«индекса корреляции» позволило рассматривать параметры и не имеющие нормальногосовместного распределения. Для расчёта использованы результаты дисперсионного анализа,данные по которому не приводятся, т.к. по ним не были сделаны обобщающие выводы.
Результаты парного корреляционного анализа РП базовыхмоделей ВАЗ/АЗЛК с учётом линейного — Л и нелинейного — НЛ характера связей показали,что относительно высокая степень корреляции отмечена только между критерием качестваРП и зазорами в его подвижных сопряжениях, которая при создании усилия в РП от 10до 30 даН увеличивается с 0,697 до 0,906. Причём для моделей ВАЗ эти связи имеютболее выраженный линейный характер.
Таким образом, по сравнению со свободным ходом рулевогоколеса, имеющем слабую корреляционную связь с необратимыми смещениями и практическиотсутствие корреляционной связи с обратимыми смещениями, более стабильным оценочнымпараметром эксплуатационного состояния рулевого привода является критерий качестваРП.
Множественный регрессионный анализ выполнен для выяснениятесноты, направления и характера связей между характеристиками и состоянием РП приусловии одновременного действия не менее четырёх факторов, характеризующих эксплуатационноесостояние рулевого привода.
Из полученных в результате анализа уравнений регрессиии параметров их оценки следует, что наибольшую тесноту связи имеют необратимые смещенияс критерием качества, люфтом рулевого колеса и пробегом автомобиля. Наибольший «вес»имеет критерий качества РП, причём преобладает нелинейный характер влияния. Люфтрулевого колеса влияет менее значимо и преобладает линейный характер.
На изменение критерия качества РП наибольшее влияниеоказывают необратимые и обратимые смещения в подвижных сопряжениях РП, причём наблюдаетсялинейный характер влияния этих факторов, а значимость резко увеличивается по меренарастания усилия в РП с 10 до 30 даН, соответственно: с 0,147 до 1,04 и с 0,106до 1,21.
Используя «индекс корреляции», полученные уравнения сравнивалисьи оценивалась степень их близости функциональной зависимости. Так, для уравнений,описывающих зависимость критерия качества РП от обратимых смещений (упругости РП),люфта рулевого колеса и пробега автомобиля, с увеличением усилия в рулевом приводенаблюдается снижение тесноты связи, уменьшение «индекса корреляции» с 0,616 до 0,408.
Для уравнений, описывающих зависимость критерия качестваРП от необратимых смещений (зазоров в сопряжениях РП), люфт рулевого колеса и пробегаавтомобиля, с увеличением усилия в рулевом приводе теснота связи увеличивается с0,664 до 0,871.
Таким образом, нулевая гипотеза о том, что все коэффициентырегрессии (кроме свободного члена) равны нулю для критерия качества и необратимыхсмещений в РП, отвергается, в то же время другие уравнения регрессии могут бытьиспользованы при моделировании с допустимой погрешностью.
Выполняя анализ интерполяционной формулы и результатовполного факторного эксперимента «24» можно отметить, что по силе влияния на критерийкачества РП исследованные факторы располагаются в следующем порядке: усилие в РП,величина необратимых смещений (зазоров) и пробег автомобиля. Влияние люфта рулевогоколеса на формирование критерия качества РП следует считать незначимым.
При возрастании перечисленных факторов смещения в кинематическойцепи РП увеличиваются, причём в большей степени от усилия в РП и величины зазоров.Влияние пробега в 5 раз менее значимо по сравнению с усилием в РП и в 2 раза — посравнению с зазорами. Эффекты взаимодействий исследованных факторов, соответственно,в 5 и 1,5 раза меньше линейных эффектов.
При этом наиболее значимо совместное влияние усилия вРП и величины зазоров в его подвижных сопряжениях, а совместное влияние усилия вРП и пробега автомобиля, а также люфта рулевого колеса и пробега на 30-35% менеезначимо влияет на формирование смещений в кинематической цепи рулевого привода.А так же, перечисленные эффекты взаимодействия при их возрастании приводят к увеличениюсмещений в кинематической цепи РП. Эффект же взаимодействия величины зазоров в подвижныхсопряжениях РП и люфта рулевого колеса при их возрастании приводит к уменьшениюсмещений в РП, что может быть объяснено с позиций формирования свободного хода рулевогоколеса, где доля рулевого привода меньше доли рулевого механизма, что будет рассмотренониже.
8.3 Результаты дорожных и сравнительных исследованийхарактеристик и состояния рулевого привода
Исследования показали удовлетворительные результаты использованияразработанного метода измерения смещений в РП и рулевых шарнирах.
Так, в режиме прямолинейного движения со свободным рулёмна асфальтобетонном шоссе со скоростью 8,4 м/с осциллографическая запись, (рис.13)показала, что величина смещений элементов рулевых шарниров не превышает 0,15-0,18мм, а усилий в рулевом приводе — 12-15даН
Частота колебаний шарового пальца в наконечнике тягив этом режиме составила 3,5-4 Гц. Причём, наблюдались участки силового замыканияэлементов рулевых шарниров в моменты времени 0,75-1,05 сек.
Увеличение скорости до 16,8 м/с при фиксированном РК(рис. 14) приводит к возникновению высокочастотных колебаний усилий в РП, причёмчастота колебания усилия на левом поворотном рычаге цапфы в 1,05 – 1,15 раза больше,чем на правом. Это объясняется меньшей жёсткостью правой половины РП за счёт маятниковогорычага и оправдывает введение коэффициента. Частота колебаний шарового пальца внаконечниках рулевых тяг при этом уменьшается до 2-2,5 Гц, однако амплитуда увеличиваетсяв 2-2,5 раза, достигая 0,35-0,45 мм. При этом области силового замыкания элементоврулевых шарниров наблюдаются в 2,5-3 раза реже и по времени они занимают не более0,5-0,75 сек.
/>
Рис.5.13. Осциллографическая запись усилий нарулевой сошке, правом и левом поворотных рычагах цапфы 2 относительных смещенийшарового пальца в
В отмеченных режимах испытаний смещения в правом и левомрулевых шарнирах происходят примерно одновременно. Причём, синхронность не нарушаетсяни при увеличении скорости, ни при движении со свободным или фиксированным рулевымколесом. Смещения элементов рулевых шарниров, складываясь, вызывают изменение схожденияна 35-40%, что доказывает целесообразность введения средней величины смещений.
Характер изменения смещения шарового пальца относительнонаконечника тяги от усилия на поворотном рычаге за 1 сек после начала разгона напрямолинейном участке при фиксированном РК со скорости 11,2 м/с (рис. 15) аналогиченэтим же зависимостям, полученным в стендовых и сравнительных исследованиях, чтодоказывает целесообразность применения разработанной методики оценки эксплуатационногосостояния РП и режимы его нагружения. Величина смещений для левого рулевого шарнираиспытуемого автомобиля на 12-15% больше правого.
Движение по прямолинейной траектории и фиксированнымРК со скоростью 16,4 м/с по щебёночному покрытию характеризуется резким увеличениемамплитуды колебаний смещения в рулевом приводе (рис. 16).Частота колебаний в низкочастотнойобласти при этом 0,5-0,75 Гц.
Режим неустановившегося движения в момент входа в поворот(3-5 сек) для радиуса поворота и скорости, обеспечивающих боковое ускорение 4 м/с2,характеризуется резким колебанием величины и направления усилия, а также смещенияв РП, т.к. моменты на рулевой сошке и УК имеют разные знаки. Это приводит к снижениючувствительности испытуемого автомобиля к управлению.
Результаты осциллографирования, обработанные на ЭВМ,приведены на рисунке 17, где показана зависимость изменения критерия качества РПв течении 3 сек после начала входа в поворот. Причём вход испытуемого автомобиляв правый поворот характеризуется более интенсивным нарастанием усилия в левой половинеРП и относительно резким приращением смещения. При входе в левый поворот большеевлияние имеют упругие деформации, усилие и смещение в РП нарастают более плавно.
Вход автомобиля в поворот при тех же условиях, но нащебеночном покрытии характеризуется значительными колебаниями смещений в РП, достигающими0,5-0,75 мм от средней величины в момент входа в поворот.

/> />
/>
Рис.1

/>
/>
Рис. 16. Экспериментальная зависимость изменениясмещений в РП от времени в процессе рулевым колесом

/>
Рис. 18. Экспериментальные зависимости изменениясмещений в РП от усилия в нем в процессе выхода автомобиля из поворота: Л — левого, П — правого со скорости 11,2 м/с со свободным рулём.
На рисунке 18 показана зависимость изменения критериякачества РП в течение 3 сек после начала выхода из поворота. При выходе из левогоповорота более упругая правая часть РП определяет плавное изменение смещений в РП,а при выходе из правого поворота формирование смещений в РП определяет левая частьрулевого привода, где преобладают зазоры, отчего выше интенсивность изменения смещений.Однако значительных колебаний смещений в РП в этом режиме не наблюдалось, что позволяетсчитать влияние критерия качества РП на ЭС менее существенным.
Смещения в рулевом приводе в наибольшей степени влияютна изменение курсовой устойчивости автомобиля в режиме торможения. Так, осциллограммыусилий на поворотных рычагах и рулевой сошке, а также относительных смещений в рулевыхшарнирах в процессе служебного торможения со скорости 11,2 м/с показывают, что вмомент начала торможении на поворотных рычагах наблюдается резкий скачок усилия,который через 0,25с передаётся на рулевую сошку и вызывает смещение в шарнире 0,5-0,55мм.
Из рисунка 19 следует, что резкое увеличение смещенийначинается с усилия на поворотном рычаге цапфы 20 даН и стабилизируется при 35 даН,а их величина достигает 0,55 мм для левого и 0,43 мм для правого шарниров. Нагрузкии смещения в РП носят ударный характер.
Зависимости изменения смещений в РП от усилия в процессеэкстренного и служебного торможения с начальной скорости 2,2,4 м/с приведены нарисунке 20. Отсюда следует, что при служебном торможении интенсивность нарастанияусилия в РП имеет меньшую величину, чем при экстренном торможении, что сказываетсяна смещении в рулевом приводе.
В случае экстренного торможения зависимость смещенийв РП от усилий имеет два экстремума, а величина смещения резко увеличивается с 1ммпри 30 даН до 4,5 мм при 60 даН, после чего интенсивность нарастания смещения вРП стабилизируется. Для служебного торможения характерно более плавное нарастаниесмещений в РП, а его резкое приращение начинается при достижении усилия в РП 60даН.
Процесс экстренного торможения с одновременным поворотомвызывает наибольшее из всех исследованных режимов нагружение РП. Смещения в кинематическойцепи рулевого привода в этом режиме суммируются как от действия сил сжатия в рулевойтрапеции, так и от соотношения углов поворота управляемых колёс. Причём в этом режименагрузки на поворотные рычаги достигают I20-I50 даН для испытуемого автомобиля,а смещения в рулевом приводе — 8-10 мм.

/>
/>
Рис.20 Зависимости изменения смещений в РП от усилияв нём в процессе (в течении 3 с} экстренного — Э и служебного — С торможения соскорости 22,4 м/с с фиксированным рулевым колесом

Характер изменения критерия качества РП в процессе экстренноготорможения с одновременным поворотом следует из зависимостей, полученных экспериментальными расчётным путём, приведённых на рисунке 21. При этом кривая зависимости смещенияв рулевом приводе от усилия в нем как и в случае экстренного торможения имеет дваэкстремума, но резкое нарастание смещения прекращается только при достижении усилияв РП I05-IIO даН, его наибольшая интенсивность нарастания наблюдается в диапазоне60-70 даН. Причём наблюдалось удовлетворительное согласие расчётных и экспериментальныхзависимостей — расхождение не превышает 8-10%.
Дорожные испытания показали, что в процессе установившегосякругового движения в кинематической цепи рулевого привода наступает силовое замыканиеэлементов подвижных сопряжении, что определяет начальную величину смещений в РПи исключает её колебание.
Сравнительные испытания экипированного для дорожных исследованийавтомобиля на стенде показали, что диапазон усилий, создаваемых в рулевом приводев процессе оценки его эксплуатационного состояния, соответствует значениям усилийв наиболее характерных в эксплуатации режимах движения автомобиля и полностью даетпредставление о характеристиках и состоянии рулевого привода конкретного испытуемогоавтомобиля. Эти же результаты использованы для разметки специальных плат блока логикистенда для оценки эксплуатационного состояния РП.
Таким образом, дорожные и сравнительные исследованияпоказали удовлетворительное согласие расчётных и экспериментальных данных, расхождениекоторых в среднем не превышало 7-8%. Кроме того, была также подтверждена целесообразностьприменения одномассовой математической модели для определения стабилизирующих моментовна управляемых колёсах.
Результаты испытаний показали также, что в рулевом приводепроизводится значительная работа упругих деформаций по компенсации колебаний управляемыхколёс и обеспечению курсовой устойчивости. Работа необратимых смещений при этомтакже существенно влияет на обеспечение траекторией устойчивости, но снижает управляемостьи повышает утомляемость водителя.
/>
Рис. 21. Зависимость изменения смещений в РП отусилия в ном в процессе (в течении-3 с) экстренного торможения с одновременнымповоротом влево со скорости 22,4 м/с (расчётная и экспериментальная)

9. Диаграммы составляющихугла свободного хода рулевого колеса
Значимость влияния смещений в отдельных сопряжениях рулевогопривода на формирование суммарного люфта рулевого колеса была экспериментально исследованана примере выборки (25 ед.) автомобилей «ГАЗ-24Т». Причём, 1 мм смещений в РП соответствует2,5° угла поворота рулевого колеса. При выполнении экспериментальных исследованийиспользовались методы блочного рандомизированного планирования, а их результатыбыли подвергнуты одномерному статистическому и дисперсионному анализу.
На рисунке 22 в виде диаграмм приведены результаты определенияпо величинам математических ожиданий отдельных смещений в сопряжениях, упругостиРП и углов свободного хода рулевого колеса. Из (рис. 22а) следует, что при использованииотраслевой методики измерения свободный ход рулевого колеса состоит на 60% из люфтаи упругих деформаций рулевого механизма, а значимость смещений в сопряжениях РПсоставляет 40%, в то время как рулевой привод имеет гораздо более сложную кинематическуюцепь звеньев.
При этом вариация люфта рулевого колеса составила 0,653,процент соответствия нормативам – 28%, средняя величина люфта РК превысила нормативв 1,4 раза, а три автомобиля с нормативным люфтом РК имели аварийное состояние РП.
При увеличении усилия на рулевом колесе до 2 даН (рис.22б) люфт рулевого колеса возрастает с 14,14° до 32,09°, но вариация при этом снизиласьдо 0,418, что позволяет утверждать о большей стабильности результатов такой методикиизмерения. При этом доли рулевого механизма и рулевого привода остались превшими- 62% и 38%.
После приложения усилия между дисками управляемых колёс30 даН были созданы условия силового замыкания элементов подвижных сопряжений рулевогопривода и по люфту рулевого колеса оценивалась упругая деформация РП. Так, из рисунка22в следует, что средняя величина люфта рулевого колеса уменьшилась до 12,03°, чтопозволяет утверждать, что на долю зазоров в сопряжениях РП приходится только около15% диагностической информации, которую несёт в себе люфт рулевого колеса. Однаковариация люфта РК осталась значительной — 0,628.
Увеличение усилия на рулевом колесе до 2 даН в этом случае(рис. 22 г) уменьшило вариацию люфта рулевого колеса до 0,341, а его средняя величинасоставила 29,42°, что свидетельствует об уменьшении информации, приходящейся насопряжения РП, до 9%. Причём доля рулевого привода в суммарном люфте рулевого колесауменьшилась до 35%.
/>/>
Рис. 22. Диаграммы составляющих угла свободного ходарулевого колеса и смещений в РП выборки «ГАЗ-24»,, построенные по величинамматематических ожиданий параметров
Средняя величина смещений в рулевом приводе исследованныхавтомобилей «ГAЗ-24» составила 1,33 мм. На долю необратимых смещений (зазоров всопряжениях РП) приходится 60% (0,798 мм), а на долю обратимых смещений (упругостиРП) – 40% (0,532 мм) величины критерия качества РП, полученной при усилии в РП 30даН (рис. 22д).
При этом установлены величины усилий, при которых наблюдаютсярезкие изменения величины смещений – «пороги», предположенные ранее при исследованиирабочих процессов в РП, которые составили 15 и 30 даН. Оба «порога» характеризуютсязаметным увеличением вариации параметров, снижением стабильности результатов измеренияна 15-17%.
На рисунке 22е приведена диаграмма, отражающая долю предельныхзначений смещений в рулевых шарнирах, построенная по рекомендациям работы [5]. Откудаследует, что суммарная величина зазоров в РП, приведенная к углу поворота рулевогоколеса достигает 9,6°, т.е. при допустимой величине люфта рулевого колеса 10° надолю рулевого механизма и упругие деформации, а также зазоры в подшипниках ступицпередних колёс приходится всего 0,4°, что не реально.
Таким образом, с увеличением нагрузки на рулевом колесеи в рулевом приводе стабильность параметров измерения возрастает в 1,5-2 раза, нодоля смещений в сопряжениях РП в этой информации пропорционально уменьшается, иони имеют такую же тенденцию к изменению от режимов нагружения, как и люфт рулевогоколеса.
Причём люфт РК несёт в основном информацию об упругихдеформациях в РП и только 10% этой информации приходится на зазоры в сопряжениях.Отсюда следует, что критерий качества РП является наиболее информативным и достовернымпараметром оценки эксплуатационного состояния рулевого привода.
На современном этапе действующей нормативно-техническойдокументацией количественно регламентирован только один параметр, допускающий возможностьинструментальной проверки рулевого управления. Этим параметром является суммарныйлюфт рулевого управления. Остальные показатели технического состояния рулевого управленияопределяются качественно – наличием люфтов.
Под руководством автора инженерами Свиткиным Б.Б. и ЯнчевымЮ.И. был проведен анализ изменений технического состояния элементов рулевого управления.В частности были проанализированы:
1. Подшипникступицы.
2. Подшипникверхней опоры телескопической стойки.
3. Шарнирынаконечников рулевых тяг.
4. Шарнирырычагов подвески.
5. Суммарныйлюфт рулевого управления.
Общеизвестно, что отказ указанных элементов наиболеечасто ведет к нарушению целостности цепи рулевого управления, а, следовательно,к высокой вероятности возникновения ДТП.
Для измерения указанных элементов рулевого управленияиспользовались:
1. Индикаторчасового типа ИГ-0,01, оборудованный специальным удлиненным наконечником для повышенияточности.
2. ПриборК-526.
3. Комплексспециальных приспособлений для регистрации количественных значений параметров.
В качестве объекта исследований использовались элементырулевого управления и передней подвески серийных легковых автомобилей семейств ВАЗ2109 и ВАЗ 2110, по которым накоплен необходимый статистический материал. В этомслучае наиболее важно знать показатели предельных значений параметров, режимы контроляили принудительных замен.
Данные эксперимента обрабатывались при помощи статистическогопакета программы MicrosoftExcel 2000.
Анализ изменения величин суммарного люфта показал, чтоон изменяется в пределах от 0,5 до 6–7 при среднеинтенсивном изменении параметра0,2 за 10 тыс.км пробега (рис. 23).
При анализе износа подшипника верхней опоры телескопическойстойки было установлено, что для автомобилей семейства ВАЗ 2109 он находится в пределах0,02мм – 1мм при среднеинтенсивном изменении параметра 0,1мм за 10000 км пробега.Для автомобилей семейства ВАЗ 2110 износ подшипника лежит в пределах 0,02мм – 0,2ммпри среднеинтенсивном изменении параметра 0,04мм за 10 тыс.км пробега.
Особенностью износа наконечников рулевых тяг являетсяболее интенсивный износ наконечников ВАЗ 2110. Он находится в пределах 0,01мм –0,16мм. Интенсивность износа для ВАЗ 2110: 0,024мм за 10тыс.км пробега, для ВАЗ2109: 0,014мм за 10тыс.км пробега.
Износ шаровых шарниров рычага подвески находится в пределах0мм – 0,08мм для ВАЗ 2110 и 0мм – 0,2мм для ВАЗ 2109. Интенсивность изменения параметра:ВАЗ 2110– 0,018мм за 10 тыс. км; ВАЗ 2109– 0,03мм за 10тыс.км (24).
Износ подшипника ступицы автомобилей семейства ВАЗ 2110находится в пределах 0мм – 0,05 мм. Интенсивность изменения параметра в зависимостиот стиля вождения следующая:
- Активныйстиль – 0,006 мм за 10 тыс.км пробега.
- Нормальныйстиль – 0,004 мм за 10 тыс.км пробега.
- Пассивныйстиль вождения – 0,002 мм за 10 тыс.км пробега.
/>
Рис. 23. Зависимости изменения люфта РК от пробега (ВАЗ-2110,ВАЗ-2109(08))

/>
Рис. 24. Зависимость изменения износа рулевых шарнировот пробега />/>/>2108(09) – левый,2108(09) – правый, 2110(11) – левый, 2110(11)
В связи с выходом ГОСТ Р 51709-2001 возникла необходимостьизменения методики проверки суммарного люфта РУ, так как по этому ГОСТу суммарныйлюфт РУ необходимо проверят с использованием приборов, фиксирующих угол поворотарулевого колеса от момента начала движения управляемых колес АТС в одну сторону,до момента начала их движения в другую сторону.
Использование устаревших приборов, фиксирующих одновременноугол и усилие поворота рулевого колеса до достижения на его ободе усилия установленнойвеличины (0,75кгс, 1кгс, 1,25кгс), не допускается. В их числе приборы моделей К-524,К-526, К-187, К-402 и др. Измерения проводят от положения колес, близкого к нейтральному.Рулевое колесо поворачивают до положения, соответствующего началу поворота управляемыхколес АТС в одну сторону, а затем – в другую сторону до положения, соответствующегоначалу поворота управляемых колес в противоположную сторону. При этом измеряют уголмежду указанными крайними положениями рулевого колеса, который является суммарнымлюфтом в РУ.
Проведенное исследование показало, что в настоящее времяиспользуются только устаревшие приборы, моделей К-524, К-526, К-187, К-402 и др.Соответственно автомобили проходят гостехосмотр с грубым нарушением ГОСТа, что неможет не сказаться на безопасности дорожного движения.

Библиографический список
рулевой привод дорожный исследование
1. АрининИ.Н. Диагностирование технического состояния автомобилей. — М.:Транспорт. 2008. — 176 с.
2. АртемьевА.Н. Моделирование управляемого движения автомобиля с целью оптимизации параметров,влияющих на управляемость. — Дис. … канд. техн. наук / А.Н. Артемьев. — М., 2008.- 158 с.
3. АфанасьевЛ.Л. Конструктивная безопасность автомобиля / Л.Л. Афанасьев, А.Б.Дъяков, В.А. Иларионов.- М.: Машиностроение, 2009. — 215
4. БоровскийБ.Е. Безопасность движения автомобильного транспорта / Б.Е. Боровский. – Л.: Лениздат,2007. – 304 с.
5. ВойлошниковВ.В. Исследование влияния жёсткости рулевого управления на управляемость автомобиляпри криволинейном движении. Дис. канд. техн. наук / В.В. Войлошников. — М., 2008.С. 185.
6. ГержодовВ.И. Техническое состояние автомобилей и безопасность движения / В.И. Гержодов.– К.: Техника, 2008. – 149 с.
7. ГольдБ.В. Прочность и долговечность автомобиля / Б.В. Гольд. — М.: Машиностроение, 2007.– С. -328.
8. ДжонсИ.С. Влияние параметров автомобиля на дорожно-транспортные происшествия / И.С. Джонс- М.: Машиностроение, 2009. – С. 207.
9. ЗубриськийС.Г. Переоборудование АТС и их конструктивная безопасность / С.Г. Зубриський //Автомобильная промышленность. – 2008. — №1 – С. 21.
10. КатаевН.Н. Оценка тормозных свойств автобусов семейства ПАЗ по результатам инструментальногоконтроля: Автореф. дис. 052210 / Н.Н. Катаев // Владимирский государственный университет.– Вл, 2007. — С16.
11. КислицынН.М. Определение углов установки управляемых колёс при движении автомобиля / Н.М.Кислицын, Ю.В. Максимов // Автомобильная промышленность. – 2007. — №9. — С. 26-27.
12. КоллинзД. Анализ дорожно-транспортных происшествий / Д. Коллинз, Д. Моррис. – М.: Транспорт,2011. — С. 128.
13. КравецВ.Н. Законодательные и потребительские требования к автомобилям: Учебное пособие/ В.Н. Кравец, Е.В. Горынин – Н.: Новгород, 2010. – 400 с.
14. КрузеВ.В. Модель кинематики процесса нагружения шарнирных соединений рулевого приводалегковых автомобилей с учётом колебаний. — В кн.: Вопросы теории зацепления и прикладноймеханики / В.В. Крузе, В.З. Русаков // Депонированный сборник науч. тр. (Новочеркасскийполитехнический ин-т). — ЦНИИНмаш, ВИНИТИ, 2011. — №7. — С.84.
15. ЛитвиновА.С. Исследование кинематики рулевого управления с учётом кинематики передней подвески/ А.С. Литвинов, Ю.М. Немцов, С.А. Тимофеев // Автомобильная промышленность. – 2010.- №1. — С. 11-I3.
16. МалюковА.А. Научные основы стендовых испытаний автомобилей на активную безопасность. Дис.… док. тех. наук. — М., 2007. — 546 с.
17. МирошниковЛ.В. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях/ Л.В. Мирошников, А.П. Болдин, В.И. Пал. — М.: Транспорт, 2007. — С. 262.
18. МихлинВ.М. Методические указания по прогнозированию технического состояния машин / В.М.Михлин, А.А. Сельцер. — М.: Колос. 2009. — С. 215.
19. МорозС. Государственное регулирование ответственности за техническое состояние транспортныхсредств / С. Мороз // Автомобильный транспорт. – 2010. — №12. — С. 39.
20. НарбутА.Н. Подвижной состав автомобильного транспорта (рабочие процессы и расчёт механизмови систем автомобилей) / А.Н.Нарбут. — М.: МАДИ(ГТУ), 2008. — С. 116.