Підвищення стійкості колісного керуючого модуля проти коливань, викликаних гідравлічним підсилювачем кермового керування автомобіля - Автореферат

Коливання, викликані гідравлічним підсилювачем кермового керування, можуть виникати як під час руху автомобіля, так і при повороті коліс на місці. Аналіз робіт, присвячених дослідженням цих коливань, засвідчив, що до цього часу процеси, які їх супроводжують, вивчені недостатньо, математичні моделі мають багато недоліків і не можуть застосовуватись для практичних розрахунків. Створити експериментальну установку, що включає стенди та вимірювальний комплекс для визначення впливу пружних і демпфувальних характеристик кермового керування та шин, конструктивних параметрів керованого моста, моментів інерції коліс відносно осей шворнів на частоту та амплітуду коливань, викликаних гідравлічним підсилювачем. У роботі використано аналітичний та експериментальний методи дослідження параметрів робочого процесу колісного керуючого модуля при коливаннях, викликаних гідравлічним підсилювачем, на експериментальній установці, що дозволяє поелементно визначити вплив пружних і демпфувальних характеристик механічної та гідравлічної складових системи кермового керування, моментів інерції коліс на частоту й амплітуду коливань. У роботах, що опубліковані у співавторстві, авторові належать наступні результати: [9] - створено стенд для визначення моментів інерціі коліс автомобілів, проведені експериментальні дослідження й аналіз експериментальних даних; у роботах [5,8] запропоновано період коливань розділити на чотири фази, розроблено методику проведення експериментальних досліджень і проведено їх аналіз; [2] - брав безпосередню участь у теоретичних дослідженнях вагового стабілізуючого моменту від кута поперечного нахилу шворня, розроблено та створено конструкцію фальш-колеса, проведені експериментальні дослідження й аналіз отриманих даних; у роботах [3, 7] брав безпосередню участь у теоретичних дослідженнях вагового стабілізуючого моменту від комбінованого нахилу шворня, розроблено методику проведення досліджень та їх аналіз; [6] - проведено теоретичні дослідження функціонального взаємозвязку кутів повороту цапфи та керованого колеса автомобіля, виконано аналіз отриманих даних; [4] - запропоновано тиск рідини в порожнинах гідравлічного циліндра замінити пружинами з постійною жорсткістю, проведено дослідження процесів у кожній фазі коливань та їх аналіз; [1] - розроблено методику проведення експериментальних досліджень, проведено експериментальні дослідження.Коливання керованих коліс, викликані гідравлічним підсилювачем кермового керування, на відміну від коливань “шимі” можуть виникати як на місці, так і під час руху автомобіля. На стійкість керованих коліс проти коливань впливають, насамперед, пружність механічних і гідравлічних ланок системи гідравлічного підсилювача, люфти в зєднаннях і кріпленнях механізмів кермового керування, тертя в рухомих частинах підсилювача, кінематика привода золотника, момент інерції керованих коліс, розміри дроселюючих щілин розподільника, нелінійні характеристики елементів кермового керування. Ураховуючи різноманіття чинників, що формують стійкість керованих коліс проти коливань, викликаних гідравлічним підсилювачем, дослідження проводяться з такими припущеннями: - дослідження проводяться при нерухомому автомобілі; нахили шворнів (подовжній і поперечний), установчі параметри керованих коліс (кут розвалу в нейтральному положенні та сходження), а також навантаження на кероване колесо при коливаннях є постійними та не залежать від амплітуди коливань; Кермове керування автомобіля з гідравлічним підсилювачем є автоматичною слідкуючою системою, що має два зворотні звязки за кутом повороту керованого колеса та за моментом опору повороту.Актуальність проблеми забезпечення стійкості руху керованих коліс полягає в тому, що з двох існуючих джерел коливань, що мають місце при експлуатації автомобілів, а саме: коливань, викликаних дисбалансом (“шимі”), та коливань, зумовлених гідравлічним підсилювачем кермового керування, що зявляються при заміні жорстких трубопроводів на еластичні або за наявності повітря в маслі, останні є недостатньо вивченими, а їх математичні моделі містять багато недоліків і не можуть застосовуватися для практичних розрахунків. Уперше коливання керованого колеса, що викликані гідравлічним підсилювачем, в межах одного періоду поділені на чотири фази, що дозволило точніше описати математичними залежностями закономірності процесів, що відбуваються, та розкрити причини виникнення коливань. На основі аналізу розробленої математичної моделі коливань керованих коліс, викликаних гідравлічним підсилювачем кермового керування, вперше сформульовано три умови виникнення коливань. Коливання виникають, якщо: - коефіцієнт демпфування коливальної системи менший за граничний за стійкістю проти коливань, що залежить від приведеної жорсткості коливальної системи та моменту інерції керованого колеса відносно вісі шворня; Приведена жорсткість механічної системи кермового керування та її коефіцієнт демпфування змінюються в процесі коливань та є функціями амплітуди коливань.

Основний зміст

1. Актуальність проблеми забезпечення стійкості руху керованих коліс полягає в тому, що з двох існуючих джерел коливань, що мають місце при експлуатації автомобілів, а саме: коливань, викликаних дисбалансом (“шимі”), та коливань, зумовлених гідравлічним підсилювачем кермового керування, що зявляються при заміні жорстких трубопроводів на еластичні або за наявності повітря в маслі, останні є недостатньо вивченими, а їх математичні моделі містять багато недоліків і не можуть застосовуватися для практичних розрахунків.

2. Уперше коливання керованого колеса, що викликані гідравлічним підсилювачем, в межах одного періоду поділені на чотири фази, що дозволило точніше описати математичними залежностями закономірності процесів, що відбуваються, та розкрити причини виникнення коливань.

3. На основі аналізу розробленої математичної моделі коливань керованих коліс, викликаних гідравлічним підсилювачем кермового керування, вперше сформульовано три умови виникнення коливань. Коливання виникають, якщо: - коефіцієнт демпфування коливальної системи менший за граничний за стійкістю проти коливань, що залежить від приведеної жорсткості коливальної системи та моменту інерції керованого колеса відносно вісі шворня;

- амплітуда збурень, що викликана моментом від тиску масла, створюваного насосом в порожнині силового циліндра, більша за величину приведеного до вісі шворня кута розузгодження між керівним і вихідним сигналами, при якому включається розподільник;

- підведена від насоса гідравлічного підсилювача енергія в третій фазі коливань більша за витрати енергії на подолання тертя та демпфування за весь період коливань.

4. Приведена жорсткість механічної системи кермового керування та її коефіцієнт демпфування змінюються в процесі коливань та є функціями амплітуди коливань. При збільшенні амплітуди жорсткість зменшується, а коефіцієнт демпфування зростає.

5. Експериментальними дослідженнями встановлено, що пружні характеристики шини розміру 1300х530-533 моделі ВІ-3 під час коливань відповідають цим характеристикам, отриманим в статиці. При амплітуді коливань до 1 о і куті повороту колеса до 1 о на місці приведена та кутова жорсткості шини залишаються практично постійними. При подальшому збільшенні величини амплітуди та кута повороту більше за 1 о значення цих характеристик пружності шини зменшується, а її коефіцієнт демпфування зростає.

6. Встановлено, що підведення енергії, яка підтримує коливання, від насоса до коливальної системи відбувається практично тільки в третій фазі, а в межах кожної фази пружність гідравлічної системи можна враховувати жорсткостями умовних пружин, еквівалентних за виконаною роботою фактичному тиску в порожнинах силового циліндра. Отримана залежність щодо визначення жорсткості умовних пружин.

7. Ваговий стабілізуючий момент впливає на частоту та амплітуду коливань керованих коліс за рахунок зміни жорсткості гідравлічної системи кермового керування, що, у свою чергу, пропорційна тиску рідини в порожнинах силового циліндра.

8. Проведені комплексні дослідження вагового стабілізуючого моменту та поточного кута розвалу від нахилів шворня способами класичної механіки, аналітичної геометрії та з використанням закону збереження енергії дали можливість отримати однакові розрахункові залежності. Аналіз проведених експериментальних досліджень як з еластичною шиною при різному тиску повітря в ній, так і з фальш-колесом підтвердив повною мірою достовірність отриманих аналітичних залежностей щодо визначення вагового стабілізуючого моменту та поточного кута розвалу. При цьому доведено, що розміри контактного відбитка практично не впливають на величину та напрямок дії вагового стабілізуючого моменту.

9. Результатами експериментальних досліджень підтверджується достовірність розробленої математичної моделі коливань, викликаних гідравлічним підсилювачем кермового керування, встановлюються якісний і задовільний кількісний збіг (7 - 9%) результатів з експериментальними даними.

1. Солтус А.П., Харьков А.А., Черненко С.М., Дунь С.В. О моменте трения в подшипниках шкворневых узлов грузовых автомобилей // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2004. Вип.6.2004 (29). С. 100-102.

2. Солтус А.П., Черненко С.М. Визначення вагового стабілізуючого моменту, викликаного поперечним нахилом шворня // Всеукраїнський щомісячний науково-технічний і виробничий журнал “Машинознавство”. Львів, 2002. №7(61). С. 46-51.

3. Солтус А.П., Черненко С.М. Визначення впливу поздовжнього нахилу шворня на ваговий стабілізуючий момент // Всеукраїнський щомісячний науково-технічний і виробничий журнал “Машинознавство”. Львів, 2003. №6(72). С. 47-50.

4. Солтус А.П., Черненко С.М. Влияние упругости рулевого управления с гидроусилителем на колебания управляемых колес автомобиля // Вісник Кремен. держ. політ.університету: Наукові праці КДПУ. Кременчук: КДПУ, 2003. Вип.6/2003 (23). С. 107-112.

5. Солтус А.П., Черненко С.М. Исследование устойчивости управляющего колесного модуля против колебаний, вызванных гидравлическим усилителем // Сборн. научных трудов КГПУ, 2001. Вып. 1(10). С. 101-104.

6. Солтус А.П., Черненко С.М. О функциональной взаимосвязи углов поворота цапфы и управляемого колеса автомобиля // Вісник Кремен. держ. політ.університету: Наукові праці КДПУ. Кременчук: КДПУ, 2002. Вип. 6(17). С. 63-65.

7. Солтус А.П., Черненко С.М. Определение весового стабилизирующего момента от комбинированного наклона шкворня // Автомобильный транспорт: Сборник научных трудов ХНАДУ. Харьков: ХНАДУ, 2003. Вып. 12. С. 23-26.

8. Солтус А.П., Черненко С.М. Устойчивость управляемого колеса против колебаний // Сборник трудов ХНАДУ. Харьков: ХНАДУ, 2001. Вып.7, 8. С. 143-145.

9. Солтус А.П., Черненко С.М., Ниденс А.Н. Экспериментальное определение моментов инерции управляемых колес автомобилей // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные и региональные конференции.- Кременчуг: КГПИ, 1999. Вып. 1. С. 287-291.