А В Костенко - Вплив подовжньої сили що виникає в плямі контакту колеса з дорогою на курсову стійкість руху легкового автомобіля - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЖДТУ № 2 (53)

Технічні науки

УДК 629.113

А.В. Костенко, к.т.н., доц. В.В. Кондратьєв, асист. А.М. Єфименко, асист.

Донецька академія автомобільного транспорту

ВПЛИВ ПОДОВЖНЬОЇ СИЛИ, ЩО ВИНИКАЄ В ПЛЯМІ КОНТАКТУ КОЛЕСА З ДОРОГОЮ, НА КУРСОВУ СТІЙКІСТЬ РУХУ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБІЛЯ

Розглянуто питання впливу подовжніх сил у контакті колеса з дорогою на курсову стійкість руху легкового автомобіля. Наведено діаграму подовжніх та поперечних сил, залежність коефі­цієнта зчеплення від проковзування, графіки залежностей коефіцієнта опору відведенню від тя­гової та гальмівної сил. Виконано розрахунки критичної швидкості легкового автомобіля малого класу залежно від величини тягової сили для різних компонувальних схем.

Вступ. Розвиток конструкції автомобілів передбачає підвищення їх динамічних характеристик. З ін­шого боку, збільшується інтенсивність транспортних потоків, що призводить до зростання імовірності виникнення дорожньо-транспортних пригод (ДТП). Тому, безумовно, актуальною є проблема зниження імовірності ДТП. Особливо ця проблема стосується динамічних автомобілів, що рухаються в транспорт­ному потоці. Отже, динамічні автомобілі повинні володіти певним рівнем курсової стійкості руху (КСР).

Основна частина. На параметри КСР суттєво впливають еластичні шини, що відповідають за зв'язок між автомобілем та опорною поверхнею. Серед багатьох характеристик шин, що впливають на КСР, особливу увагу слід звернути на бічне відведення. Існує багато робіт, присвячених дослідженню бічного відведення та його впливу на КСР. Але в більшості з них не розглядається вплив на бічне відве­дення подовжніх сил (тягових та гальмівних), що виникають у контакті колеса з дорогою. Крім того, між результатами досліджень цих робіт існують протиріччя [1].

Під час руху автомобіля окрема дія подовжніх та поперечних сил зустрічається дуже рідко. Найчас­тіше ці сили утворюють результуючу силу. Цей процес наочно та доволі точно можна візуалізувати за допомогою діаграми подовжніх та поперечних сил - колом Камма (Kamrnscher Kreis) (рис. 1) [2, 3].

Радіус кола - це максимальне значення результуючої сили, величина якої буде залежати від коефіці­єнта зчеплення та вертикального навантаження. Зовнішнє коло відповідає максимальній силі зчеплення на сухому покритті, внутрішнє - на мокрому. Для забезпечення стійкості результуюча сила не повинна перевищувати максимальну силу зчеплення. Крім того, з рисунка 1 видно, що при збільшенні тангенціальної сили максимально можлива бічна сила, що може бути сприйнята коле­сом, зменшується. Тобто якщо при повороті автомобіля відбувається гальмування або прискорення, то це буде можливо лише за рахунок бічних сил, що негативно вплине на КСР.

Слід зазначити, що, на відміну від «класичного» тертя, зчеплення автомобільних шин з дорогою буде залежати від проковзування - різниці між швидкістю автомобіля та колеса. Залежність коефіцієнта зчеп­лення від проковзування показано на рисунку 2 [4].

і---_

Рис. 1. Діаграма подовжніх та поперечних сил

74  © А.В. Костенко, В.В. Кондратьєв, А.М. Єфименко, 2010

Фх

0,8 0,6 0,4 0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

J___

4

 

 

 

 

 

2

4

6

8

S

Рис. 2. Залежність коефіцієнта зчеплення від проковзування: 1 - сухий асфальт; 2 — мокрий асфальт; 3 — свіжий сніг; 4 — укочений сніг; 5 — лід

При дії на колесо тягової сили коефіцієнт опору відведенню знижується (рис. 3, а). Дещо інша кар­тина спостерігається при дії гальмівної сили. Якщо гальмівна сила невелика, то коефіцієнт опору відве­денню збільшується. При малих кутах відведення є підвищення коефіцієнта опору відведення - при куті відведення 8 = 2-5° збільшення становить 7-11 % [1]. На рисунку 3, б показано залежність відносного коефіцієнта опору відведенню від питомої гальмівної сили.

K

K

y Р*0

y Р*0

K

yp=0 0,8

0,6

0,4

0,2

K

0,2   0,4   0,6 0,8

а)

gk Ф

yp=0

1

0,8 0,6 0,4 0,2

0   0,2   0,4   0,6 0,8

б)

GK Ф

Рис. 3. Залежність відносного коефіцієнта опору відведення від подовжньої сили: а - від питомої тягової сили; б - від питомої гальмівної сили

P

P

m

Таким чином, необхідно наголосити, що наявність подовжніх сил, які при експлуатації автомобіля змінюються за величиною та напрямком, може призвести до зміни КСР безпосередньо під час руху ав­томобіля. Динамічний перерозподіл величин бічних реакцій шин сприяє динамічній зміні за часом і кутів відведення шин коліс передньої та задньої осей, а отже, змінює їхнє співвідношення, від якого, як відомо, залежить тип поворотності автомобіля. Звідси випливає, що говорити про надлишкову або недостатню поворотність як про постійну властивість автомобіля - некоректно. Більш правильно вести мову про ди­наміку цієї властивості, пов'язану з тим, що той самий автомобіль у якийсь момент може мати один вид поворотності, а вже в наступний момент - інший [5].

Для оцінки величини критичної швидкості використаємо уточнену математичну модель руху легко­вого автомобіля [6], розрахункова схема якого представлена на рисунку 4.ви

Рис. 4. Розрахункова модель легкового автомобіля

Рівняння руху мають вигляд:

(U -cov) = Yn cos 6>п + Y12 cos012 + Y21 cos021 + Y22 cos022; С = a Y11 cos#n + a Y12 cos012 + b Y21 + b Y22,

(1)

де m - маса автомобіля; v, и - повздовжня і поперечна складові швидкості центра мас С автомобіля; и> -поперечне прискорення центра мас автомобіля; J - момент інерції щодо вертикальної осі, що проходить через точку C; c, cc - кутові швидкість та прискорення автомобіля; Y11, Y12 - бічні сили, що діють у контакті з дорогою передніх коліс; Y21, Y22 - бічні сили, що діють у контакті з дорогою задніх коліс; 6п, 612 - кути повороту передніх керованих коліс;

a, b - відстань від цені^ мас до передньої та задньої осей відповідно.

Як формулу, що описує залежність зміни коефіцієнта опору відведенню від тягової сили, приймемо емпіричну залежність [1]:

k

рф0

k

Р=0

1-

P

(2)

де крф0 - коефіцієнт опору відведенню при дії тягової сили; kp=0 - коефіцієнт опору відведенню без дії

тягової сили; Р - тягова сила; Ок - вертикальне навантаження на колесо; q> - коефіцієнт зчеплення.

Приймемо такі параметри легкового автомобіля: m = 13 кН; a = 1,23 м; b = 1,2 м; Ф = 0,8; к11 = к12 = 50 кН/рад.; к21 = к22 = 40 кН/рад. Залежність бічного відведення відповідно до теорії Рокара - Y = к8 (Y - бічна сила; к - коєфіцієнт опору відведенню; 8 - кут відведення) [7].

На рисунку 5 представлено результати розрахунку критичної швидкості залежно від величини тяго­вої сили для передньо-, задньо- та повнопривідного автомобілів.

Vkp, м/ с

42 38 34 30

Передній привід

Повний привід

Задній привід

0   400   800   1200    Рт, H

Рис. 5. Залежності критичної швидкості легкового автомобілявід величини тягової сили

Рисунок 5 підтверджує, що наявність тягової сили на задніх колесах знижує критичну швидкість, тобто погіршує КСР.

З урахуванням того, що при гальмуванні спочатку відбувається збільшення коефіцієнта к приблизно на 10 %, за допомогою наведеної вище математичної моделі отримано, що критична швидкість для цього випадку зросте з 36,3 м/с до 38,1 м/с. Далі буде відбуватися зниження критичної швидкості, яку визначи­ти проблематично, оскільки немає більш-менш загальноприйнятої аналітичної залежності, що пов'язує коефіцієнт опору та гальмівну силу [1].

Висновки. Наявність подовжніх сил, що виникають у контакті колеса з дорогою, призводить до змі­ни поворотності автомобіля, що може негативно вплинути на КСР, а саме на безпеку руху. Проблеми дослідження КСР з урахуванням подовжніх сил пов'язані з необхідністю експериментального визначен­ня цих сил та розглядання сумісного впливу подовжніх та поперечних (бічних) сил на КСР.

ЛІТЕРАТУРА:

1. Литвинов Л.С. Управляемость и устойчивость автомобиля / А.С. Литвинов. - М. : Машино­строение, 1971. - 416 с.

2. Бакфиш К. Новая книга о шинах / К.Бакфиш, Д.Хайнц. - М. : ООО «Изд-во Астрель» : ООО «Изд-во АСТ», 2003. - 303 с.

3. Isermann Rolf (Hrsg). Fahrdynamik-Regelung: Modellbildung, Fahrerassistenzsysteme, Mechatronik / Rolf Isermann. - Wiesbaden : Friedr. Vieweg & Sohn Verlag : GWV Fachverlage GmbH, 2006. - 461 S.

4. Осепчугов В.В. Автомобиль: анализ конструкций, элементы расчета / В.В. Осепчугов, А.К. Фрум-кин. М. : Машиностроение, 1989. — 304 с.

5. Блинов Е.И. Теория автомобиля: от статики к динамике / Е.И. Блинов // Автомобильная промыш­ленность. - 2007. - № 7. - С. 16-19.

6. Костенко А.В. Прогнозування показників курсової стійкості легкового автомобіля з урахуванням розкиду жорсткісних характеристик шин : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.02 / А.В. Костенко. -К., 2007. - 168 с.

7. Рокар И. Неустойчивость в механике / И.Рокар. - М. : Изд-во иностр. лит., 1959. - 317 с.

КОСТЕНКО Андрій Вікторович - кандидат технічних наук, доцент кафедри «Автомобілі та двигу­ни» Донецької академії автомобільного транспорту. Наукові інтереси:

- курсова стійкість автомобіля;

- керованість автомобілів.

Тел.: 062-345-20-63.

E-mail: andr13kost@list.ru

КОНДРАТЬЄВ Віктор Васильович - асистент кафедри «Автомобілі та двигуни» Донецької академії автомобільного транспорту. Наукові інтереси:

- критична швидкість легкового автомобіля;

- поворотність автомобіля.

Тел.: 050-619-97-27.

E-mail: viktorkon25@mail.ru

ЄФИМЕНКО Алла Миколаївна - асистент кафедри «Технічна експлуатація автомобілів» Донецької академії автомобільного транспорту. Наукові інтереси:

- покращення тягово-швидкісних властивостей легкового автомобіля малого класу.

Тел.: 050-152-47-20.

E-mail: Efimenko_Alla@i.ua

Подано 19.05.2010

Костенко А.В., Кондратьєв В.В., Єфименко А.М. Вплив подовжньої сили, що виникає в плямі контакта колеса з дорогою на курсову стійкість руху легкового автомобіля

Костенко А.В., Кондратьєв В.В., Ефименко А.Н. Влияние продольной силы, которая возникает в пятне контакта колеса с дорогой, на курсовую устойчивость движения легкового автомобиля Kostenko А.У., Ехти^еу V.V., Efimenko A.N. Influence of longitudinal power, which appears in spot of the wheel contact with road, on road holding motion of the passenger car

УДК 629.113

Влияние продольной силы, которая возникает в пятне контакта колеса с дорогой, на курсовую устойчивость движения легкового автомобиля / А.В. Костенко, В.В. Кондратьєв, А.Н. Ефименко

В статье рассмотренвопрос о влиянии продольных сил в контакте колеса с дорогой на курсовую устойчивость движения легкового автомобиля. Приведена диаграмма продольных и поперечных сил, зависимость коэффициента сцепления от проскальзывания, графики зависимостей коэффициента сопро­тивления уводу от тяговой и тормозной сил. Выполнены расчеты критической скорости легкового авто­мобиля малого класса в зависимости от величины тяговой силы для различных компоновочных схем.

УДК 629.113

Influence of longitudinal power, which appears in spot of the wheel contact with road, on road holding motion of the passenger car / А^. Kostenko, V.V. Kondratеv, A.N. Efimenko

In article the following question is considered about influence of longitudinal power in wheel contact with road on road holding motion of the passenger car. The diagram is given of longitudinal and transverse pow­ers, dependency of the adhesion factor from skidding, the dependence graphs of the resistance factor of skid from propelling and brake powers. The calculations are executed of critical speed of the passenger car of small class depending on values of propelling power for different building schemes.

Страницы:
1 


Похожие статьи

А В Костенко - Вплив подовжньої сили що виникає в плямі контакту колеса з дорогою на курсову стійкість руху легкового автомобіля