ПОДРУЛИВАНИЕ ЗАДНЕЙ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ

АННОТАЦИЯ

Введение: в статье рассмотрены вопросы связанные с улучшение управляемости автомобиля. Детальное рассмотрение всех факторов, влияющих на управляемость, позволит более точно прогнозировать как поведет себя автомобиль при изменении траектории движения, и так же позволит улучшить управляемость автомобиля.

Ключевые слова: улучшение управляемости автомобиля, улучшение управляемости, управляемость автомобиля, подруливающая подвеска.

1. Основные понятия.

Управляемость – свойство управляемого водителем автомобиля сохранять в определенной дорожно-климатической обстановке заданное направление движения или изменять его в соответствии с воздействием на рулевое управление.

Устойчивость – свойство автомобиля, характеризующее его способность сохранять заданное направление движения при воздействии

2. Описание работы системы

Траекторию движения любого автотранспортного средства в общем случае можно рассматривать как криволинейную с непрерывно изменяющейся кривизной. Если кривизна траектории близка к нулю, такое движение условно принято считать прямолинейным.

Колесные транспортные средства могут поворачивать за счет поворота управляемых колес и изменения направления и модуля момента любого из колес [2].

Управляемые колеса при этом поворачиваются вокруг некоторых вертикальных осей (шкворней). На рисунке 1 изображена схема сил, действующих на автомобиль с передними ведомыми управляемыми колесами при движении по круговой траектории с постоянной малой скоростью (инерционные силы отсутствуют) [3].

От ведущих колес на раму автомобиля передаются силы тяги F_т^, и F_Т” равнодействующая которых Fт (2) в первом приближении считается направленной вдоль продольной оси автомобиля. Эта сила через раму автомобиля передается на передний мост. В точках контакта управляемых колес с поверхностью дороги возникают реакции, равнодействующая которых Rx1 также может считаться направленной вдоль продольной оси автомобиля. Так как отсутствуют другие силы, равнодействующаяRx1равнаFт.

Реакция R_x1 может быть разложена на две составляющие F_f и R_y1, направленные соответственно вдоль и перпендикулярно к плоскости колес.

Составляющая F_f  (1) определяется моментом сопротивления качению

F_f =M/r=f ×Rz                                                                       (1)

Соответственно, сила тяги на ведущем мосту при равномерном повороте автомобиля может быть найдена по выражению:

Fт= Rx1= F_f /cos θ,                                                                (2)

где θ- угол поворота управляемых колес.

Рисунок 1. Схема поворота автомобиля:

а – с задними ведущими колесами; б – с передними

Из рассмотрения суммы моментов относительно точки D, лежащей посередине заднего моста, видно, что Ff создает момент сопротивления повороту, a R_y1 (3)– поворачивающий момент, который при равномерном движении равен моменту сопротивления повороту:

R_y1×L×cos θ= Ff ×L×sin θ.                                                               (3)

Поскольку значение Rx1ограничено сцеплением (R_x1max=φ×R_z1), a R_y1 =R_x1×sinθ, в предельном случае

φ×R_z1×cosθ= Mf/r0,                                                                  (4)

где Mf– момент сопротивления вращению колес, обусловленный как сопротивлением качению, так и другими сопротивлениями.

Если имеет место только сопротивление качению, условие (4) записывается в виде:

φ ≥ f /cosθ; φ×cosθ ≥ f.                                                             (5)

Из выражения (5) следует, что поворот автомобиля будет осуществляться в том случае, если коэффициент сопротивления качению управляемых колес будет меньше, чем произведение коэффициента сцепления на косинус угла поворота управляемых колес. Если это условие не будет соблюдено, управляемые колеса будут двигаться юзом и автомобиль отклонится от траектории [4].

3.Виды подруливающих подвесок

Разработанные на сегодняшний день подруливающие задние подвески могут работать как в активном, так и в пассивном режимах. В первом случае управлением задних колес занимаются электронные блоки, которые разворачивают их одновременно с передними, во втором – выворачивание колес осуществляется при помощи тяг, рычагов и изменения нагрузки на колеса.

Пассивная

Конструкция пассивной системы подруливания задней подвески до гениальности проста. Она состоит из четырёх поперечных тяг (по две на каждое колесо), прикреплённых к корпусу через сайлентблоки, а к ступице посредством шаровых опор. Основную роль в повороте колес играют рычаги, закрепленные на передней части ступицы. При повороте на большой скорости, к примеру, направо, за счёт центробежных сил идёт кренение кузова авто на левую сторону – расстояние между днищем и ступицей уменьшается, а так как длина тяги остается неизменной, то она просто выдавливает левое колесо наружу. На поднявшейся стороне, наоборот — расстояние увеличивается, и тяга втягивает правое колесо внутрь. В результате они изменяют направление движения в сторону противоположную повороту передних колес, уменьшая, тем самым, боковую нагрузку и опрокидывающий момент. Это изменение может быть незначительным, на какие-нибудь сотые доли градуса, но вполне достаточным, чтобы уменьшить стремление машины опрокинуться и, тем самым, значительно повысить устойчивость машины.

Активная

При использовании активной системы изменения направления движения, все колёса перемещаются одновременно. Усилия с руля передаются на электронный блок управления, а от него на втягивающие реле, как их еще называют – актуаторы, которые и двигают задние рулевые тяги, схожие с передними. Эта система работает в двух режимах: на маленьких скоростях до 40 км/час используется функция маневрирования, когда задние колеса поворачиваются в противоположную от передних сторону, уменьшая радиус разворота; на скоростях более 40 км/час в работу вступает режим оптимизации прохождение поворота на скорости – на основании показаний датчиков углового ускорения, скорости и многих других рассчитывается наилучший угол изменения направления движения задних колес, но уже в одну сторону с передними.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом автомобилей, оснащённых системой подруливания задней подвесной системы, являются увеличение маневренности за счёт уменьшения радиуса разворота и улучшение управляемости на больших скоростях. Существенным недостатком этой системы можно считать сложность конструкции задней подвески, что ведёт к удорожанию автомобиля и увеличению расходов на ремонт.

4. Разработка подвески в САDсистеме.

Одним из способов улучшения управляемости автомобиля является внедрение в заднюю ось независимо управляемых друг от друга электромотора. Данные изменения позволят дозировать момент вращения задних колес чтобы улучшить управляемость. Для этого была спроектирована и распечатана модель задней части шасси автомобиля (рисунок 2). Разработка модели осуществлялась в программе AutoCad.

Рисунок 2. Моделирование задней подвески в программе AutoCad

Для возможности регулирования параметров установки подвески были промоделированы специальные крепления нижних рычагов и выбран оптимальный вариант тип подвески Push-rod. (рисунок 3). Главной задачей было спроектировать компактную конструкцию ходовой части автомобиля, с большим запасом прочности, которая могла бы отличаться спортивными характеристиками и возможностью регулировать главные параметры подвески.

Рисунок 3. Моделирование задней подвески в программе AutoCad

В большинстве случаев, основные параметры задней подвески, влияющие на ходовые качества-это угол схождения и угол развала. В конструкции данной подвески эти углы контролируются путём перемещения креплений (1). Выдвигая или задвигая крепления (1) мы регулируем величину вылета рычагов (2), которые служат для настройки угла развала и схождения задних колес. Данный метод позволяет достаточно просто настраивать заднюю ходовую модели электромобиля. В дальнейшем в данную систему будет встроена рулевая рейка, которая позволит контролировать и изменять данные параметры в зависимости от дорожных условий (рисунок 4,6).

Рисунок 4. Основные методы настраивания задней подвески

После сборки всех компонентов необходимо провести испытания работоспособности и запаса прочности всей конструкции (рисунок 5).

Рисунок 5. Сравнение задней подвески, распечатанной на 3D принтере с проектируемой

Рисунок 5. Состав задней подвески, распечатанной на 3D принтере

Таблица 1.

Компоненты подвески

Вывод: В результате проделанной работы разработали и изготовили прототип задней подвески с возможностью регулирования основных параметров управляемости автомобиля.

Приложение 1.

Общий вид 1

Список литературы:

1. Вахламов В.К. «Автомобили: Эксплуатационные свойства»: Учебник для студ. высш. учеб. заведений.-М.: Издательский центр «Академия», 2005.
2. Кравец В. Н. «Теория автомобиля»: учеб. Пособие / В. Н. Кравец. Нижний Новгород: НГТУ, – 2007.
3. Вахламов В.К. «Конструкция, расчет и эксплуатационные свойства автомобилей»:Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. К. Вахламов. — М. : Издательский центр «Академия», 2007.
4. Федотов А.И., Зарщиков А.М. «Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей»:Учебное пособие. Иркутск, 2007.
5. Чен, GY. Исследование экспериментальной платформы электродвигателя с независимым управлением четырьмя колесами и его интегрированной стратегии управления шасси. Кандидатская диссертация, университета Цзилинь , Чанчунь, Китай , 2012 .
6. Чжао, В., Ян, З., Ван, К. Многоцелевая оптимизация интегрированной системы шасси для электромобиля. Proc IMechE, Часть C: J Машиностроение. Epub перед печатью 10 февраля 2018 . DOI: 10.1177 / 0954406218756444 .

Google Scholar | Журналы SAGE

7. Луо, Й, Тан, Д. Исследование конструкции колеса с приводом от ступичного двигателя с новой встроенной системой крепления . Автомот Eng 2013 ; 35: 1105 - 1110.
8. Скарлетт, М. Инсайдер: было представлено активное колесо Michelin, которое объединяет подвеску и электропривод внутри обода. Суррей : Tire Technology International , 2008.
9. Брейер, Б., Барц, М., Билл, К. Уголок мехатронных транспортных средств Дармштадтского университета технологий - взаимодействие и взаимодействие сенсорной шины, нового низкоэнергетического дискового тормоза и интеллектуальной подвески колеса. Agr Biol Chem 2000; 39: 169 - 174.