К вопросу повышения точности работы системы автоматического регулирования схождения управляемых колес автомобиля в движении на тормозных режимах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Мельник Сергей Владимирович - кандидат технических наук, доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований -надежность, увеличение ресурса ходовых устройств транспортно-технологических машин и комплексов. Имеет 50 опубликованных работ.

Гэлощапов Гзоргий Алексеевич - инженер Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований - увеличение ресурса ходовых уст-

УДК 629.3.027.415

ройств транспортно-технологических машин и комплексов. Имеет 45 опубликованных работ.

Евстифеев Владислав Викторович - доктор технических наук, профессор Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основное направление научных исследований - теоретические методы анализа процессов обработки металлов давлением и порошковой металлургии, имитационное и натурное моделирование технологий. Имеет более 240 опубликованных работ.

К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СХОЖДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ В ДВИЖЕНИИ НА ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМАХ

В. И. Рассоха, В. Т. Исайчев

Аннотация. Получены выражения, учитывающие инерционность элементов системы непрерывного регулирования схождения управляемых колес автомобиля в процессе движения на тормозных режимах, использование которых при настройке системы позволяет повысить точность регулирования.

Ключевые слова: автомобиль, схождение управляемых колес, система регулирования, инерционность, торможение.

Введение

Положение управляемых колес автомобиля в процессе движения оказывает значительное влияние на сопротивление движению автомобиля, износ шин и расход топлива.

Поэтому периодически осуществляется проверка и регулировка схождения управляемых колес. Однако устанавливаемое при этом схождение управляемых колес, как правило, является правильным для одного или нескольких состояний автомобиля, а для большинства других его состояний оно таковым не является. Это обусловлено тем, что в процессе движения автомобиля под действием переменных сил, обусловленных его состоянием, дорожными условиями, режимами движения и прочими факторами, в связи с зазорами и деформациями в элементах управляемого моста и рулевого привода происходят постоянные непрерывные неконтролируемые изменения параметров установки управляемых колес.

В этой связи авторами разработана и запатентована система автоматического регулирования схождения управляемых колес автомобиля в процессе движения [1 - 4]. Произведен ряд обоснований параметров предложенной системы, в том числе учитывались и режимы движения [5 - 9]. Система автоматического регулирования схождения управляемых колес автомобиля в движении, как и

любая механическая система, обладает инерционностью. Для учета инерции этой системы в зависимости от состояния автомобиля определялось также время, за которое нужно прекратить силовое воздействие исполнительного механизма системы автоматического регулирования схождения управляемых колес, обеспечивающее правильное положение управляемых колес. Однако в зависимости от условий, параметров и состояния автомобиля для повышения точности иногда более целесообразно использовать время силового воздействия исполнительного механизма этой системы, необходимое для восстановления правильного схождения управляемых колес, и угол, на который за это время должно повернуться каждое из управляемых колес.

Основная часть

Для определения указанных выше и других параметров на рис. 1 представлена схема с элементами автомобиля и системы автоматического регулирования схождения управляемых колес в процессе движения. При этом в процессе движения автомобиля каждое из управляемых колес получило отклонение на угол б от правильного угла схождения. Восстановление правильного угла схождения будет производиться в две фазы: фазу силового воздействия - угол бс и фазу инерционного дерегулирования - угол би.

Рт

Рис. 1. Схема к расчету инерционности системы непрерывного регулирования схождения управляемых колес автомобиля в процессе торможения

При прямолинейном движении автомобиля и торможении уравнение моментов сил, действующих на каждое из управляемых колес в сборе с осями и поворотными кулаками относительно центров их поворота (шкворней) О с учетом этой схемы будет иметь вид: Мх + Мт + Мтр - Мст - Мри + Мин - Мр = О , (1)

где Мх - момент касательной реакции дороги на колесо; Мт - момент тормозной силы, действующей на управляемое колесо; Мтр -момент трения в шкворневом узле; Мст - стабилизирующий момент, включающий действие весовой и скоростной частей и упругой деформации шины; Мри - момент силы инерции, приложенной к управляемому колесу с осью в сборе; Мин - инерционный момент управляемого колеса с осью и поворотным кулаком в сборе; Мр - восстанавливающий правильное схождение момент от силы, создаваемой исполнительным механизмом (например, гидроцилиндром) системы автоматического регулирования схождения управляемых колес в процессе движения.

Момент, создаваемый касательной реакцией дороги на управляемое колесо, определяется как

Мх = X - а ,

где X - касательная реакция дороги на управляемое колесо; а - расстояние от средней плоскости управляемого колеса до центра поворота.

Реакция X находится по выражению: X = 2-у,

где Г - нормальная реакция дороги на управляемое колесо; ф - коэффициент сопротивления дороги.

Нормальная реакция дороги на колесо находится по выражению:

г = т-Р. т 2

:р1

где т1 - нагрузка на управляемую ось автомобиля; д - ускорение свободного падения; тР1 - коэффициент, учитывающий перераспределение нормальных реакций на оси автомобиля.

Коэффициент сопротивления дороги определяется по выражению:

у = П +Т,

где \ - уклон; П - коэффициент сопротивления качению:

/ = По [1+(У - 50)],

где ^ - коэффициент, учитывающий тип дорожного покрытия; V - скорость движения автомобиля.

Коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля по асфальту: / = 0,0165[1 + (¥ - 50)].

С учетом этого

Мх = ^тр1 - /0[1 + (у - 50)]-а . (2)

Момент от тормозной силы, действующей на управляемое колесо, определяется как МШ = Рт - а ,

где Рт - тормозная сила, приложенная к управляемому колесу.

Наибольшее значение тормозной силы определяется наибольшими значениями нормальной реакции дороги на колесо и коэффициента сцепления этого колеса с дорогой: Рт = 2-Ф,

где ф - коэффициент сцепления управляемого колеса с дорогой.

Величина тормозной силы на управляемом колесе, меньшая, чем сила сцепления этого колеса с дорогой, определяется как ча-

стное от деления тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом этого колеса, к радиусу качения этого колеса, т.е.:

0 < Рт =

м„

/ < р ,

Г ~ сц '

где Мк - тормозной момент на управляемом колесе, создаваемый тормозным механизмом этого колеса; гк - радиус качения управляемого колеса; Рсц - сила сцепления управляемого колеса с дорогой.

Радиус качения управляемого колеса может быть определен по выражению: гк = 0,0127(Н"+1,7 В"),

где Н - посадочный диаметр обода в дюймах; В" - ширина профиля шины в дюймах.

Окончательно момент, создаваемый тормозной силой, будет равен:

^ мк

(3)

Момент, создаваемый силой инерции управляемого колеса с осью в сборе, будет равен:

мри = ри • а ,

где Ри - сила инерции управляемого колеса с осью в сборе.

Эта сила находится по выражению:

ри = т •),

где тк - масса управляемого колеса в сборе с осью; ] - замедление автомобиля.

С учетом этого:

Мри = тК • ] • а . (4)

Инерционный момент управляемого колеса в сборе с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота определяется как

Мин = 1 ,

где I - момент инерции управляемого колеса в сборе с осью и поворотным кулаком относительно оси центра поворота; ес - угловое ускорение управляемого колеса с осью и поворотным кулаком в сборе.

Момент инерции колеса с осью и поворотным кулаком может быть найден по выражению:

I = тк • а2 .

С учетом этого:

мин = т • а2 •ес . (5)

При этом принято допущение, что масса управляемого колеса в сборе с осью сосредоточена в средней плоскости этого колеса.

Принимая второе допущение, что влияние стабилизирующего момента на процесс регулирования автоматической системой схождения управляемых колес автомобиля незначительно ввиду небольших значений

углов отклонения схождения управляемых колес от правильных, определим угловое ускорение управляемого колеса с осью и поворотным кулаком в первой (силовой) фазе восстановления правильного схождения управляемых колес.

Для этого подставим выражение (5) в уравнение (1) и решим его относительно углового ускорения управляемого колеса с осью и поворотным кулаком в сборе относительно центра их поворота О в первой фазе восстановления автоматической системой правильного угла схождения управляемых колес:

Мх + Мт + Мтр - Мри + тк • а

■ес -Мр = 0 .

Получим:

м -М -М -М + м

е = ри 1у± х т 1у± тр р (6)

° шк ■ а2

При этом угол, на который должно повернуться управляемое колесо с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота в первой фазе (силового) восстановления автоматической системой правильного схождения управляемых колес:

5С = 0,5 •ес • , (7)

где Эс - время поворота управляемого колеса с осью и поворотным кулаком в фазе силового восстановления.

Дифференцированием этого выражения по углу и по времени определяется угловая скорость управляемого колеса с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота в конце первой фазы восстановления системой правильного схождения управляемых колес:

Н8С/Л = ес • tc = юи , (8)

где ю-12 - угловая скорость управляемого колеса с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота в момент окончания силового воздействия исполнительного механизма.

При этом время восстановления системой правильного схождения управляемых в первой фазе составит:

tc = (е , (9)

а угол, на который поворачивается при этом управляемое колесо с осью и поворотным кулаком:

5С = 0,5 • ес • (ю2 /е2) = 0,5 •т(;/е . (10)

Определим параметры рабочего процесса системы автоматического регулирования схождения управляемых колес в процессе движения для второй фазы восстановления правильного угла схождения.

а .

г

к

Запишем уравнение моментов всех действующих на управляемое колесо (в процессе его торможения) с осью и поворотным кулаком моментов сил относительно центра поворота О и приравняем его к нулю:

Мх + Мт + Мтр - Мри - Мин = 0 . (11)

Подставив в уравнение (11) вместо инерционного момента его выражение (5), заменив в нем ес и еи, решим его относительно углового ускорения управляемого колеса с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота О во второй фазе восстановления правильного схождения - в фазе инерционного дерегулирования:

т • «2 •£„ = мх + мт + мтр - мри,

отсюда получим:

м + м + м - м

х т тр ри

тк • а2

(12)

Угловая скорость управляемого колеса с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота О в конце первой фазы восстановления системой правильного схождения управляемых колес одновременно является их угловой скоростью начала второй фазы восстановления правильного схождения, поэтому с учетом этого время инерционного

дерегулирования схождения управляемых колес будет равно:

'„ = 4 ^и, 03)

а соответствующий ему угол поворота управляемого колеса с осью и поворотным кулаком:

5и = 0,5 -®1г/еи ■

Сумма углов первой 5С и второй 5И фаз восстановления правильного угла схождения управляемых колес будет являться углом 5 отклонения схождения управляемых колес от правильного их положения и представляется выражением:

5= 0,5 -(<4/^ +о>Цеи). (14)

Считая угол отклонения схождения управляемых колес от правильного их положения заданным из этого выражения определяется угловая скорость управляемого колеса с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота О:

42 =[е0 • 25/к +£„)]2 . (15)

Подставив в это уравнение выражения (6) и (12) угловых ускорений управляемого колеса с осью и поворотным кулаком относительно центра поворота в фазах восстановления правильного схождения, получим:

®12 =

Г Мри - мх - мт - мтр + мр ^

Шк- а

Г м + м + м - м

х т тр ри

Л

У V

м - м - м - м + м м + м + м - м

ри х т тр р + х т тр ри

- 25

(Мри - Мх - МТ -Мтр + Мр) - (Мх + Мт + Мтр - Мри)

Мр - тк - а2

25

(16)

На основании полученных выражений (6) и (16) можно определить время силового воздействия исполнительного механизма (например, гидроцилиндра) через рулевой

привод на управляемые колеса с осями и поворотными кулаками для восстановления системой правильного схождения управляемых колес:

*с =

(Мри - Мх - Мт - Мтр + Мр) - (Мх + Мт + Мтр - Мри)

Мр - Шф - а

■28

тк - а

Мри - Мх - мт - мтр + мр

(Мх + Мт + Мтр - Мри)- Шф - а

ри )

Мр(Мри -Мх -Мт - Мтр + Мр)

- 25

Угол, на который должны повернуться управляемые колеса с осями и поворотными кулаками относительно центров поворота в

первой фазе - силового восстановления -предлагаемой системой правильного угла схождения управляемых колес будет равен:

2

2

= 0,5 •

(М - М - М - М + М ) • (М + М + М - М )

V ри х т тр р / V х т тр ри / ^^

Мр • mk • а2

(Мт - МХ - Мт - Mmv + Mv)

mk • а

(Мх + Мт + Мтр -Мри) •ъ

ри >

м„

Заключение

1. Проведенные теоретические исследования позволили получить теоретическую взаимосвязь параметров автомобиля и системы автоматического регулирования схождения управляемых колес в движении.

2. Полученная теоретическая взаимосвязь позволяет определить степень влияния каждого параметра состояния автомобиля на рабочие параметры системы автоматического регулирования схождения управляемых колес в процессе движения.

3. Полученные теоретические зависимости могут быть положены в основу выбора рациональных параметров системы автоматического регулирования схождения управляемых колес в процессе движения.

Библиографический список

1. Патент 2333470 Россия МПК G 01 М 17/06. Способ автоматической установки схождения управляемых колес в процессе движения / Е. В. Бондаренко, В. А. Бондаренко, В. И. Рассоха, В. Т. Исайчев, А. С. Килов. - Опубл. 10.09.2008, Бюл. № 25.

2. Патент 2423273 Россия МПК В 62 D 6/04; G 01 М 17/06. Устройство для непрерывного автоматического регулирования схождения управляемых колес автотранспортного средства в движении / В.И. Рассоха, В.Т. Исайчев. - Опубл. 10.07.2011. Бюл. № 19.

3. Патент 2424147 Россия МПК В 62 D 6/04; G 01 М 17/06. Устройство для непрерывного автоматического регулирования схождения управляемых колес автомобиля в движении / В. И. Рассоха, В. Т. Исайчев. -Опубл. 20.07.2011, Бюл. № 20.

4. Патент 2432287 Россия МПК В 62 D 6/04; G 01 М 17/06. Устройство для непрерывного автоматического регулирования схождения управляемых колес автотранспортного средства в движении / В. И. Рассоха, В. Т. Исайчев. - Опубл. 27.10.2011, Бюл. № 30.

5. Рассоха, В. И. Система активного регулирования схождения: место, задачи и реализации в проблеме ресурсосбережения автомобильных шин / В. И. Рассоха // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 2. - С. 154-160.

6. Рассоха, В. И. Устройство контроля и регулирования схождения управляемых колес АТС в процессе движения / В. И. Рассоха, В. Т. Исайчев, Е. В. Бондаренко // Автомобильная промышленность. - 2009. - № 5. - С. 21-23.

7. Рассоха, В. И. Разработка системы для непрерывного регулирования схождения управляемых колес автотранспортных средств в движении / В. И. Рассоха, Е. В. Бондаренко, В. Т. Исайчев // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2008. - № 2. -С. 138-143.

8. Рассоха, В. И. Обоснование оптимальной конструкции датчикового узла системы регулирования схождения управляемых колес автотранспортных средств в движении / В. И. Рассоха // Вестник МАДИ (ГТУ). - 2009. - № 4. - С. 18-22.

9. Рассоха, В. И. Повышение точности работы системы регулирования схождения управляемых колес автотранспортных средств в движении / В. И. Рассоха, В. Т. Исайчев, И. А. Якубович // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). - 2012. - № 2. - С. 7-10.

TO A QUESTION OF INCREASE OF ACCURACY OF WORK OF SYSTEM OF AUTOMATIC

REGULATION OF A CONVERGENCE OF STEERED WHEELS OF THE CAR IN MOVEMENT ON BRAKE MODES

V. I. Rassokha, V. T. Isaychev

The expressions considering a lag effect of elements of system of continuous regulation of a convergence of steered wheels of the car in the course of movement on brake modes which use at control of system allows to increase regulation accuracy are received.

Keywords: car, convergence of steered wheels, regulation system, lag effect, braking.

Bibliographic list

1. Russian patent 2333470 IPC G 01 M 17/06. Method for automatic installation of convergence of the steered wheels in motion / E. V. Bondarenko, V. A. Bondarenko, V. I. Rassokha, V. T. Isaichev, A. Creep . - Publ . 10.09.2008 , Bull . Number 25.

2. Russian patent 2423273 IPC B 62 D 6 /04; G 01 M 17/06. Device for continuous automatic control of convergence of the steered wheels of the vehicle in motion / V. I. Rassokha , V. T. Isaichev . - Publ. 10.07.2011 . Bull. Number 19.

3. Russian patent 2424147 IPC B 62 D 6 /04; G 01 M 17/06. Device for continuous automatic control of convergence driven wheels of the car in motion / VI Rassokha, V. T. Isaichev. - Publ . 20.07.2011 , Bull . Number 20.

4. Russian patent 2432287 IPC B 62 D 6 /04; G 01 M 17/06. Device for continuous automatic control of convergence of the steered wheels of the vehicle in motion / V. I. Rassokha, V. T. Isaichev. - Publ. 27.10.2011 , Bull . Number 30.

5. Rassokha V. I. active regulation system convergence: a place in the implementation of tasks and resource problem the automotive tires // Bulletin of the Orenburg State University. - 2009. - № 2. - P. 154-160.

6. Rassokha V. I. Isaichev V. T., Bondarenko E. V. Device control and regulation of PBX convergence steered wheels in motion // Automotive industry. -2009. - № 5. - P. 21-23.

7. Rassokha V. I. Bondarenko E. V., Isaichev V.T. Development system for continuous control of convergence driven wheels of vehicles in motion // Bulletin of the Orenburg State University. - 2008. - № 2. -P. 138-143.

8. Rassokha V. I. Justification optimal design of sensor node control system convergence driven wheels of vehicles in motion // Herald MADI (STU). -2009 . - № 4. - P. 18-22.

9. Rassokha V.l., Isaichev V. T. Yakubovich I. A., Improving the accuracy of the control system convergence driven wheels of vehicles in motion // Bulletin of Moscow State Automobile and Road Technical University (MADI). - 2012. - № 2. - P. 7-10.

Рассоха Владимир Иванович - доктор технических наук, доцент, декан транспортного факультета, зав. кафедры автомобилей и безопасности движения Оренбургского государственного университета. Основное направление научных исследований - различные аспекты эксплуатации автомобильного транспорта, общее количество научных публикаций - 255. E-mail: cabin2012@yandex. ru.

Исайчев Владимир Тимофеевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автомобилей и безопасности движения Оренбургского государственного университета. Основное направление научных исследований - повышение надежности элементов автотранспортных средств, общее количество научных публикаций -146. E-mail: [email protected].

УДК 621.43.01:536.7

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕРМИНОЛОГИИ И СИМВОЛИКИ В ТЕОРИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В. В. Рындин, В. В. Шалай, Ю. П. Макушев

Аннотация. Даётся критический анализ терминов и буквенных обозначений величин, используемых в теории двигателей внутреннего сгорания.

Проводится разграничение между физическими величинами количеством вещества, кмоль, стоящим в уравнении состояния, и удельным по топливу количеством вещества, кмоль/кг топлива, стоящим в уравнении энергии для процесса сгорания.

Ключевые слова: двигатели внутреннего сгорания, уравнение энергии процесса сгорания, терминология, буквенные обозначения величин, количество вещества.

Введение

Данная работа посвящена актуальному вопросу всех учебных курсов - совершенствованию терминологии и буквенных обозначений величин. Использование неправильных терминов и нерациональных обозначений физических величин создают значительные трудности при изучении дисциплин. Как справедливо заметил основоположник современной биологической систематики К. Линней: «Если не знаешь названий, то теряется познание вещей».

За последние два-три десятилетия проведена большая работа по совершенствованию терминологии физических величин и их обозначений, о чём можно судить по возросшему числу публикаций. Так, в работе [1] на эту тему приведена библиография из 80 наименований. К сожалению, результаты работы по совершенствованию терминологии и

обозначений величин, реализованные в стандартах, очень медленно проникают на страницы вузовских учебных пособий; во многих пособиях применяется устаревшая терминология, существует разнобой в наименованиях и обозначениях, даются нестрогие определения физических величин и других научных понятий.

Так, в современных учебниках [2, 3] вместо названия физической величины (ФВ) «количество вещества» (моль) используется термин «количество молей»; вместо обозначения единицы объёма, приведённого к нормальным физическим условиям, м3 используется устаревшее обозначение нм3 («нормальный кубический метр»). Несмотря на то, что моль в качестве единицы количества вещества (КВ) был принят ещё в 1971 году, в учебнике [2] на странице 96 читаем: «Так как один кг-кмоль кислорода равен 32 кг...». По-