Взаимосвязь показателей жесткости шин и эксплуатационных свойств автомобиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

4. Марти А.Н. , Занозин С.Г. К вопросу об АБС, работающей в режиме реального времени // Автомобильная промышленность, 2006, №7 - №9.

5. Б. ЕЦеу «Адаптация датчиков вращения и проектирование импульсного колеса» КВ-М08С0^№. 7р - 2005.

Взаимосвязь показателей жесткости шин и эксплуатационных свойств

автомобиля

Кондрашов В.Н., Воронин В.В., к.т.н. Карпухин К.Е.

МГТУ «МАМИ»

Повышение активной безопасности автомобиля - одно из приоритетных направлений развития мирового автомобилестроения. Это находит свое отражение в постоянном поиске и реализации путей улучшения устойчивости движения и управляемости автомобилей, а также в постоянном совершенствовании международных стандартов, в том числе, «Правил ЕЭК ООН». При этом устойчивость и управляемость - это те качества автомобиля, которые наиболее важны с точки зрения безопасности движения. И поскольку интенсивность движения из года в год возрастает, проблема улучшения этих качеств становится все значительнее. Именно поэтому конструкторы, совершенствующие автомобили, уделяют ей особое внимание.

Свойства управляемости и устойчивости, как уже было сказано, тесно взаимосвязаны и имеют много общих черт. Они зависят от одних и тех же конструктивных параметров элементов шасси: колес, шин, подвески, рулевого управления, а также геометрических параметров автомобиля и расположения его центра масс, определяющих перераспределение нагрузок по осям и бортам. Сочетание же значений этих конструктивных параметров при заданных свойствах дорожного покрытия определяют явления и их характеристики в пятнах контакта колес с дорогой, в результате чего автомобиль ведет себя тем или иным образом в заданной дорожной ситуации.

При решении задач, связанных с оценкой управляемости движения колесных машин, требуется рассматривать совместно явления увода всех колес и самоповорота управляемых колес.

По ГОСТ 17697-72 «Автомобили. Качение колеса. Термины и определения», угол увода (увод колеса) - это угол между вектором поступательной скорости колеса и его продольной центральной осью при качении без бокового скольжения.

Из сказанного, а также из физических причин, обусловливающих увод эластичного колеса, следует, что к определению увода можно подходить с разных сторон. Например, с одной стороны, увод можно определять через деформацию шины, с другой стороны - через соотношение боковой Уку и продольной Укх составляющих поступательной скорости колеса , как показано на рис. 1.

Из рисунка следует, что

V

к г=— (1)

^ кх ■

* л/

= Т (2)

ПК ,

где г - угол увода; Лу - снос продольной реакции опорной поверхности, определяемый боковой деформацией шины; 1ПК - половина длины пятна контакта колеса с опорной поверхностью.

Эластичная шина характеризуется следующими показателями жесткости:

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

• коэффициентом нормальной жесткости - первая производная нормальной нагрузки колеса по нормальному прогибу шины;

• коэффициентом боковой жесткости - первая производная боковой силы колеса по боковому упругому смещению колеса;

• коэффициентом крутильной жесткости шины - первая производная крутящего момента колеса по углу закрутки шины;

• коэффициентом угловой жесткости - первая производная поворачивающего момента колеса по угловому упругому смещению колеса.

Рис. 1. Схема для определения угла увода колеса в ведомом режиме.

Под нормальным прогибом шины понимается линейное смещение центра колеса относительно опорной поверхности под действием нормальной нагрузки, измеренное по нормали к опорной поверхности. Под боковым упругим смещением колеса понимается линейное смещение центра колеса относительно площади контакта за счет упругих свойств шины под действием боковой силы, измеренное в центральной плоскости, параллельной опорной. Под углом закрутки шины понимается угловое смещение точки обода колеса вокруг оси вращения колеса относительно неподвижной в контакте точки шины в результате приращения крутящего момента, измеренное в плоскости вращения колеса. Под угловым упругим смещением колеса понимается угловое смещение точки обода колеса относительно неподвижной в контакте точки шины вокруг нормали, проходящей через центр колеса, под действием приращения поворачивающего момента, измеренное в плоскости, параллельной опорной.

В табл. 1 рассмотрены эксплуатационные свойства автомобилей, которые определяются или на которые влияют эластичные свойства шины, а также соответствующие им характеристики жесткости. В табл. 1, в ее части, соответствующей плавности хода, рассматривается только коэффициент нормальной жесткости, поскольку только радиальная податливость шины воспринимает колебания кузова по тем координатам, по которым происходит деформация упругих элементов подвески. При перспективной установке продольных упругих элементов продольная податливость шины будет оказывать очень незначительное влияние на продольный колебательный процесс кузова. Это связано с тем, что в силу прочностных осо-38 Известия МГТУ «МАМИ» № 1(7), 2009

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. бенностей продольная жестокость шины велика (в 4..5 раз больше нормальной), а продольные деформации, соответственно, малы (для легковых автомобилей 3..4 мм от воздействия тормозных сил). Такие малые деформации не только не обеспечивают гашения продольных колебаний, но и не влияют на эффективность этого гашения.

Таблица 1.

Характеристики жесткости шины, влияющие на эксплуатационные свойства

автомобиля

Эксплуатационное свойство автомобиля Явление, определяющее или влияющее на эксплуатационное свойство в наибольшей степени Вид деформации шины, в наибольшей степени определяющий указанное явление Характеристика жесткости шины по ГОСТ 17697-72, определяющая указанный вид деформации

Плавность хода Колебания неподрессо-ренной массы Радиальная деформация Коэффициент; нормаль- с ной жесткости шины ш 2

Устойчивость движения Боковой увод колеса Боковая деформация шины Коэффициент боковой с жесткости шины ш у

Радиальная деформация шины Коэффициент нормаль- „ с ной жесткости шины ш 2

Нарушение контакта колес с опорной поверхностью Радиальная деформация шины Коэффициент нормаль- с ной жесткости шины ш 2

Управляемость Угловые колебания управляемых колес вокруг осей шкворней Продольная деформация шины (пересчитывается в крутильную) Коэффициент продольной с жесткости шины ш х с (пересчитывается в ш 0 )

Боковая деформация шины Коэффициент боковой с жесткости шины ш у

Угловая деформация шины Коэффициент угловой жесткости шины с,м 9

Нарушение контакта колес с опорной поверхностью Радиальная деформация шины Коэффициент нормаль- с ной жесткости шины ш 2

Тягово-скоростные свойства Крутильные колебания в трансмиссии Крутильная деформация Коэффициент крутильной с о жесткости шины ш 0

Сопротивление качению автомобиля Радиальная деформация Коэффициент нормаль- с ной жесткости шины ш 2

Что касается режима торможения, то, достичь «границы снижения комфорта», или «границы снижения производительности труда от усталости» на сухом асфальте, как и добиться изменения упругих параметров подвески и колеса нельзя.

По результатам анализа табл. 1 построена схема, приведенная на рис. 2, в которой в окружностях показаны эксплуатационные свойства автомобиля, которые определяются или на которые влияют эластичные свойства шины с соответствующими им коэффициентами жесткости. Наличие зависимости указано стрелками.

Схема, приведенная на рис. 2 может быть представлена по-другому, например, как на рис. 3. Это вид сверху на четырехгранную пирамиду, каждая грань которой эксплуатацион-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. ное свойство.

Рис. 2. Характеристики жесткости, влияющие на эксплуатационные свойства

автомобиля. Схема взаимосвязей.

плавность хода

1 Л

Л -V

я * п ш О и О

1Е г О

о —4 С

- 1 □

П

ш

£ СО

у гграв пяемость

- А л—

С

ту

С

шл

г С

Рис. 3. Характеристики жесткости, влияющие на эксплуатационные свойства

автомобиля. Схема взаимосвязей.

Точками обозначены коэффициенты жесткости. Если точка - коэффициент жесткости -принадлежит грани - эксплуатационному свойству, то соответствующий коэффициент жесткости определяет или влияет на данное эксплуатационное свойство.

Изменение одного из коэффициентов жесткости шины оказывает положительное влияние на одни эксплуатационные свойства автомобиля и отрицательное на другие. Например,

уменьшение коэффициента нормальной жесткости Сш 2 ведет к улучшению плавности хода, но ухудшает управляемость автомобиля, а увеличение коэффициента боковой жесткости С

шу улучшает устойчивость и управляемость, но ухудшает стабилизацию управляемых колес и плавность хода.

В заключение хотелось бы отметить, что, проектируя новые шины, необходимо учитывать приоритетные эксплуатационные качества автомобилей, на которых планируется ее применение.