Особенности входа в поворот многоосных автомобилей сразличными схемами управляемых осей
Значительную часть общего пробега автомобиля составляет движениепо криволинейной траектории. При этом способность автомобиля совершать такие маневрыкак «переставка», «вход в поворот» и «рывок руля»,существенным образом определяет его безопасность. Особенно остро эти вопросы касаютсярастущего парка многоосных автомобилей, увеличенная база которых потенциально снижаетих управляемость и поворачиваемость, создавая предпосылки для совершения дорожно-транспортныхпроисшествий.
В работе рассматривается процесс входа в поворот многоосных автомобилейс различными схемами расположения управляемых осей, как основополагающий для оценкиих управляемости и поворачиваемости.
Анализ исследований, проведенных Д.А. Антоновым, П.В. Аксеновым,Я.Е. Форобиным, М.А. Подригало, В.П. Волковым, Е.Е. Александровым, В.П. Сахно, А.С.Литвиновым, В.В. Стельмащук, О.А., и др., показывает, что известные математическиемодели для оценки управляемости и поворачиваемости при входе в поворот многоосныхавтомобилей с различными схемами управляемых осей сложно использовать на стадиипроектирования. При этом большинство авторов сходятся в том, что для оцениваниякриволинейного движения автомобиля должны использоваться такие параметры, как угловыескорость и ускорение продольной оси автомобиля, изменение радиуса кривизны траекториидвижения в зависимости от угла поворота управляемых колес (УК).
Целью настоящего исследования являлась разработка основ методикиоценки динамической поворачиваемости многоосных автомобилей с различными схемамирасположения управляемых осей при входе в поворот на стадии проектирования.
автомобиль управляемая ось поворот
В качестве объекта исследования рассматривались четырехосныеавтомобили с двумя схемами управляемых осей: автомобиль с двумя передними управляемымиосями — схема 1-2-00 (рисунок 1) и автомобиль с передней и задней управляемыми осями- с схема 1-00-4 (рисунок 2).
/>
Рис.1. Схема автомобиля 1-2-00
/>
Рис.2. Схема автомобиля 1-00-4
На каждое из УК каждой оси действуют свои силы и моменты. Приэтом каждое УК отклоняется на определенный угол увода, которые в совокупности существенновлияют на действительную кривизну траектории движения. Следовательно, для оценкивхода в поворот многоосного автомобиля предпочтительно использовать математическуюмодель с алгоритмом определения действительного радиуса кривизны траектории движенияс учетом увода, предложенными в работе [1]. Указанные модель и алгоритм позволяютеще на стадии проектирования с достаточной точностью аналитически определить параметрыкриволинейного движения многоосных автомобилей за счет определения скоростного моментаи момента сопротивления криволинейному движению на каждом колесе транспортного средства.
/>
Рис.3. Изменение углов увода во времени первой и четвертой осиавтомобиля со схемой 1-2-00
/>
Рис.4. Изменение углов увода во времени первой и второй оси автомобилясо схемой 1-00-4
На рисунке 3 и 4 показано изменение угла увода первой и второйосей у автомобилей с различными схемами управления. Представленные зависимости свидетельствуюто том, что у обоих автомобилей углы увода второй управляемой оси значительно больше,чем первой. Именно этот факт и вызывает больший износ шин второй управляемой осина образцах автомобилей КрАЗ-7140 Н6.
Для оценки криволинейного движения автомобиля важно определитьнасколько траектория, задаваемая водителем, будет отличаться от действительной траектории.Поэтому для сравнительной оценки поворачиваемости многоосных автомобилей с различнымисхемами управляемых осей более корректно использовать не действительные радиусыкривизны траектории, а безразмерные величины: отношение кинематического радиуса(на жестких шинах) к действительному (с учетом углов увода всех УК) [2]:
/>, (1)
где /> - расстояние между управляемымиосями;
/> - смещение центра мгновенногоповорота от второй управляемой оси;
/> - угол увода внутренногоколеса передней управляемой оси;
/> - угловая скорость вращениявнутреннего УК первой управляемой оси вокруг оси шкворня;
/> - передаточное отношение;
/> - время.
Изменение отношения радиусов кривизны траектории во времени длярассматриваемых автомобилей представлено на рисунках 5 и 6.
/>
t, c
Рис.5. Изменение отношения радиусов кривизны траектории автомобилясо схемой 1-2-00
/>
Рис.6. Изменение отношения радиусов кривизны траектории автомобилясо схемой 1-00-4
Известно, что наилучшей управляемостью обладают автомобили, имеющиенейтральную поворачиваемость. Это значит, что отношение ρк/ ρддолжно стремиться к единице для обеих схем расположения управляемых осей.
Из рисунка 5 видно, что для схемы управления автомобилем по схеме1-2-00 это отношение для первой управляемой оси близко к единице и, практически,постоянно на всем диапазоне времени входа в поворот, для второй оси — ρк/ρд = var ≠ 1. Анализ представленныхданных свидетельствует о том, что необходимо увеличить углы поворота УК второй осии изменить взаимосвязь углов поворота внуреннего и внешнего УК второй оси. Для этихцелей может быть использована модель, предложенная в работе [1], что былоподтверждено экспериментально с высокой степенью сходимости результатовдля опытного образца КрАЗ-7140 Н6 с колесной формулой 8×6.
Автомобиль со схемой управления 1-00-4 (рисунок 6) обладает избыточнойповорачиваемостью. Особенно она велика в начальный момент входа в поворот. Следовательно,необходимо организовать запаздывание поворота УК второй оси во времени на величину, для определения которой на стадии проектированияможет быть использована математическая модель [1].
Используя зависимости угловой скорости и углового ускорения продольнойоси автомобиля от времени при входе в поворот [1]:
/>, (2), />, (3)
где ρi — радиус кривизны траектории;
Vi — скорость автомобиля,
были получены результаты, представленные на рисунках 7 и 8.
/>
Рис.7. Изменение угловой скорости и углового ускорения во временипродольной оси автомобиля со схемой1-2-00
Анализ рисунков 7 и 8 показывает, что вначале угловое ускорениеповорота продольной оси автомобиля положительно до определенного момента, а затемменяет свой знак на противоположный. Это значит, что инерционный момент автомобиляМj=-εIAменяет свой знак в процессе поворота.В начальный момент входа в поворот он способствует увеличению углов увода, как напервой, так и на второй управляемой оси. Однако более прогрессивноугол увода в зависимости от Мj возрастаетна второй управляемой оси, что при схеме 1-00-4 приводит к образованию дополнительнойизбыточной поворачиваемости и, следовательно, к потере устойчивости. Во второй фазевхода в поворот, когда ε со знаком "-", момент Мjспособствует уменьшению избыточной поворачиваемости.
Угловое ускорение автомобиля со схемой управления 1-00-4 в 1,63раза больше углового ускорения автомобиля со схемой 1-2-00 в начальный момент входав поворот, что является одной из причин потери устойчивости автомобиля со схемойУК 1-00-4.
Полученные результаты позволяют сформулировать следующие выводы.
1. Угол увода УК второй оси, многоосного автомобиля с различными схемами управленияосей больше чем первой оси, что является причиной повышенного износа шин колес второйуправляемой оси.
2. Угловое ускорение поворота продольной оси четырехосного автомобиля при входев поворот может менять свой знак и явиться причиной потери устойчивости.
3. Для улучшения управляемости и устойчивости четырехосных автомобилей с различнымисхемами расположения управляемых осей необходимо обеспечить нейтральную поворачиваемостьпутем рационального выбора углов поворота УК.
/>
Рис.8. Изменение угловой скорости и углового ускорения во временипродольной оси автомобиля со схемой 1-00-4
4. Угол увода УК второй оси, многоосного автомобиля с различными схемами управленияосей больше чем первой оси, что является причиной повышенного износа шин колес второйуправляемой оси.
5. Угловое ускорение поворота продольной оси четырехосного автомобиля при входев поворот может менять свой знак и явиться причиной потери устойчивости.
6. Для улучшения управляемости и устойчивости четырехосных автомобилей с различнымисхемами расположения управляемых осей необходимо обеспечить нейтральную поворачиваемостьпутем рационального выбора углов поворота УК.
7. Четырехосный автомобиль со схемой расположения управляемых осей 1-2-00 обладаетнедостаточной, а со схемой 1-00-4 — избыточной поворачиваемостью. Устранение этогоотрицательно момента возможно за счет изменения углов поворота УК второй управляемойоси обоих автомобилей с учетом углов увода, например, путем введения в систему рулевогоуправления автоматического устройства.
8. Изменение отношения кинематического радиуса кривизны траектории к действительномудостаточно полно характеризует поворачиваемости автомобиля и может использоватьсяв качестве ее оценочного параметра.
Литература
1. Редчиц В.В., Головина Е.В., Гораш К.И. Некоторыеособенности динамики входа в поворот трехосного автомобиля // Научный вестник КУЭИТУ«Новые технологии». — Кременчуг, 2009. — № 11.
2. Теория движения боевых колесных машин / Подред. Беспалова А.А. — М.: ВАБТВ, 1993. — 386 с.