Влияние технического состояния подвески легкового автомобиля с РТС на устойчивость в режиме торможения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.113.001

А.А. Ревин, А.М. Аванесян, Д.С. Евдокимов ВЛИЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДВЕСКИ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ С РТС НА УСТОЙЧИВОСТЬ В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ

Рассмотрено влияние жесткости упругого элемента подвески на устойчивость автомобиля с РТС при торможении.

Курсовая устойчивость, РТС, жесткость подвески

A.A.Revin, A.M. Avanesyan, D.S. Evdokimov IMPACT OF THE TECHNICAL CONDITION OF THE SUSPENSION OF A CAR WITH REGULATOR FOR STABILITY DURING BRAKING

The influence of suspension stiffness on the stability of a car with regulator of braking forces.

Stability of movement of cars, stiffness, regulator of braking forces

Несмотря на явный настрой мировых производителей легковых автомобилей на автоматизацию рабочих процессов в тормозной системе на основе электроники, все еще большое число выпускаемых отечественными автозаводами бюджетных автомобилей и значительная часть автомобильного парка страны для обеспечения устойчивости автомобиля в режиме торможения использует в конструкции механические регуляторы тормозных сил РТС. Как известно, задающим параметром рабочего процесса последних является изменение расстояния между задней частью кузова и элементом подвески, отражающим положение задних колес, т.е. изменение хода подвески задних колес вследствие дифферента кузова автомобиля в процессе торможения. Поэтому эффективность предотвращения блокировки задних колес автомобиля в режиме торможения (эффективность работы РТС) во многом зависит, с одной стороны, от технического состояния элементов регулятора, с другой - от соответствия положения штанги РТС динамике изменения расстояния между точкой кузова автомобиля и задним мостом или осью.

Нетрудно предположить, что техническое состояние подвески задних колес должно сказаться на рабочем процессе РТС. В первую очередь, это относится к имеющему место в процессе эксплуатации автомобилей явлению снижения нормальной жесткости упругого элемента («осадка» рессоры или пружины) по мере пробега автомобиля или, наоборот, ее повышение после проведенного ТР подвески с заменой упругого элемента, имеющего более высокие характеристики. Из сказанного вытекает, что для процесса эксплуатации автомобиля характерны различные величины нормальных жесткостей упругих элементов задних колес, что не может не отразиться на рабочем процессе РТС и, в конечном счете, сказаться на устойчивости движения автомобиля в режиме торможения.

Анализ влияния данного явления на устойчивость легкового автомобиля с РТС в режиме торможения осуществлялся комплексно: в процессе дорожных испытаний автомобиля ВАЗ-2107 с контролем технического состояния элементов подвески и тормозной системы на станции диагностики Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии, г. Зерноград, при допустимой ГОСТ Р 51709-2001 неравномерности действия тормозных механизмов до 20%, а также с целью выявления особенностей физического процесса на разработанной пространственной математической модели [1], что позволило не только объяснить характер протекания рабочего процесса, но и уточнить параметры математической модели.

Динамика движения кузова по углу дифферента в модели описывалась при интегрировании дифференциального уравнения вида

(Х^2р2 Ьк - ак тпЬ^1х)1^ку , (1)

где: ^ - момент инерции кузова вокруг поперечной оси, ЪЛтр1 - суммарная нормальная реакция на соответствующей оси, Нк -высота центра подрессоренных масс, ак , Ьк - координаты центра подрессоренных масс, тп - величина подрессоренной массы.

Тогда динамика изменения величин нормальных реакций на колесах автомобиля в течение процесса торможения описывается следующей зависимостью

Лтр] ср] (2к] ) + hpj (^ к] ^ а] ) + Rzoj, (2)

где: си - нормальная жесткость упругого элемента, с учетом явления пробоя подвески (характерно для экстренного торможения), Нр] - демпфирование в подвеске, - статическая нагрузка на колесе,

2ц - характеристики микропрофиля полотна дороги.

Из приведенных формул вытекает важное следствие - изменение нормальных реакций в пятне контакта колес с дорогой во многом определяется динамикой дифферента кузова (углом и

скоростью его изменения), а также рядом других факторов: величиной неподрессоренных масс автомобиля, нормальной жесткостью и демпфированием в шине, величиной крена кузова и т.п. В свою очередь, устойчивость автомобиля в режиме торможения во многом зависит от величины действующего в горизонтальной плоскости поворачивающего момента. Последний обусловлен неравномерностью торможения колес от действия тормозных механизмов (ГОСТ Р 51709-2001 в эксплуатации допускает 20% неравномерность для дисковых тормозов и 25% - для барабанных) и поперечной неравномерностью коэффициента сцепления («микст»). Нарушению курсовой устойчивости также способствует: самоповорот управляемых колес в пределах податливости в элементах рулевого привода (зазоры и упругость в шарнирах), несоответствие кинематики подвески и рулевого управления, отклонение (разворот) мостов при крене кузова и т.п.

На рис. 1 представлена динамика изменения основных параметров легкового автомобиля в снаряженном состоянии (наиболее опасный режим) при кондиции элементов задней подвески, от которых зависит блокировка задних колес и, следовательно, устойчивость. Для сравнения на рис. 2 представлена физическая картина процесса при «осадке» пружин задней подвески того же автомобиля.

Из представленной физической картины видно, что ослабление нормальной жесткости пружин подвески задних колес приводит к запаздыванию изменения угла дифферента в силу инерционности кузова автомобиля по отношению к нарастанию давления рабочего тела в задних тормозных механизмах. РТС не успевает изменить передаточное соотношение в тормозном приводе и не препятствует блокировке колес.

Из сказанного можно сделать следующий вывод: динамика изменения дифферента кузова автомобиля и, следовательно, угла положения штанги РТС должна согласовываться с темпом нарастания давления рабочего тела в тормозных цилиндрах задних колес, т.е. со временем срабатывания тормозного привода и интенсивностью воздействия водителя на педаль тормоза. При этом темп нарастания давления рабочего тела в тормозных цилиндрах задних тормозных механизмах не должен превышать темпа роста угла дифферента кузова. В противном случае вероятность юза задних колес даже при наличии исправно функционирующего РТС весьма высока.

Рис. 1. Динамика изменения параметров при торможении легкового автомобиля с РТС на сухом асфальтобетоне с начальной скорости 60 км/ч и осевой неравномерности действия тормозных механизмов 20% при кондиции элементов подвески: отк (і, І) -угловая скорость колес автомобиля і (1 - передняя ось,

2 - задняя ось), ] - колеса борта (рад/с); от - угловая скорость изменения курсового угла автомобиля (рад/с)

omk(1,1)

■ - omk(1,2)

— omk(2,1)

- - omk(2,2)

0,0400

0,0200

0,0000

-0,020$'

-0,0400

-0,0600

-0,0800

-0,1000

-0,1200

-0,1400

om

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

om

Рис. 2. То же, что на рис. 1, но при ослаблении жесткости упругих элементов задней подвески на 20 %

В свою очередь, юз задних колес в условиях действующей при торможении неравномерности торможения колес по причине неравномерности действия тормозных механизмов или наличия «микст» способствует развитию заноса. Надо ли напоминать, что склонность колеса к блокировке зависит от соотношения тормозного момента и момента по сцеплению? Последний, помимо реализованной величины коэффициента сцепления в контакте колеса с дорогой и радиуса колеса во многом зависит от величины нормальной реакции, действующей в пятне контакта (см. формулу (2)). На представленных рисунках явление начала заноса можно проследить по величине скорости изменения курсового угла (от).

Из сказанного выше можно сделать вывод: в процессе эксплуатации необходим контроль не только за техническим состоянием РТС и надежностью крепления его элементов к деталям автомобиля, но и за снижением жесткости упругого элемента подвески задних колес. Последнее достигается путем введения соответствующего контроля на станциях диагностики при проверке исправности тормозной системы в процессе ГТО.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ревин А.А. Модель для исследования влияния технического состояния РТС на тормозную динамику легкового автомобиля / А.А. Ревин, А.М. Аванесян // Изв. ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. Волгоград, 2011. №12(85). С. 115-117 (Сер. Наземные транспортные системы. Вып. 4).

Ревин Александр Александрович -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей» Волгоградского государственного технического университета

Аванесян Андрей Михайлович -

ассистент кафедры «Сервис и эксплуатация автомобильного транспорта» АзовоЧерноморской государственной агроинженерной академии

Alexander A. Revin -

Dr. Sc., professor, head of Department «Technical Maintenance and repair»

Volgograd State Technical University

Andrei M. Avanesyan -

Assistant of the Department «Service and maintenance of road transport» Azov-Black Sea State Agroengineering

Евдокимов Дмитрий Сергеевич -

студент магистратуры факультета автомобильного транспорта Волгоградского государственного технического университета

Dmitriy S. Evdokimov -

a student of the Faculty Automobile Transport Volgograd State Technical University

Статья поступила в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию 30.04.13