Повышение устойчивости движения автомобиля использованием системы управления схождением колес тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Нгуен Чи Конг

• Нгуен Чи Конг
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Чи Конг

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Анализ исследований по вопросам устойчивости и управляемости автомобиля

1.2. Исследования по взаимодействию шины автомобильного колеса с дорогой.

1.2.1. Современные представления об уводе шины автомобильного колеса.

1.2.2. Характеристики взаимодействия с дорогой шины тормозящего колеса.

1.3. Обзор известных решений по управлению схождением колес.

1.3.1. Обзор систем пассивного регулирования схождения колес.

1.3.2. Обзор систем активного регулирования схождения колес.

1.4. Обзор систем активной безопасности

1.5. Выводы по главе.

Глава 2. Моделирование движения автомобиля в пространстве.

2.1. Системы координат автомобиля в пространстве и переход между ними.

2.2. Угловая скорость автомобиля в пространстве.

2.3. Модифицированная модель взаимодействия шины с дорогой.

2.4. Динамическая модель движения автомобиля для решения задач с потерей поперечной устойчивости.

2.4.1. Динамическая модель движения автомобиля в пространстве

2.4.2. Проверка адекватности динамической модели автомобиля при выполнении маневра «полицейский разворот»

2.4.3. Проверка адекватности динамической модели автомобиля при выполнении маневра «спортивный поворот».

2.5. Выводы по главе.

Глава 3. Моделирование движения автомобиля с системой управления схождением колес (САРС).

3.1. Теоретические основы работы системы управления схождением колес автомобиля.

3.2. Влияние САРС на устойчивость прямолинейного движения автомобиля.

3.2.1. Управление схождением при прямолинейном движении автомобиля без внешней боковой силы.

3.2.2. Устойчивость прямолинейного движения автомобиля с

САРС при действии внешней боковой силы.

3.3. Влияние САРС на устойчивость движения автомобиля на вираже

3.4. Выводы по главе.

Глава 4. Моделирование движения автомобиля при совместной работе САРС и других систем безопасности.

4.1. Моделирование движения автомобиля при совместной работе систем САРС и АБС (антиблокировочная система).

4.1.1. Моделирование работы антиблокировочной системы АБС.

4.1.2. Результаты моделирования движения автомобиля с АБС.

4.1.3. Результаты моделирования движения автомобиля при совместной работе АБС и САРС.

4.2. Моделирование движения автомобиля при совместной работе систем САРС и ПБС (противобуксовочная система).

4.2.1. Моделирование работы противобуксовочной системы ПБС

4.2.2. Результаты моделирования движения автомобиля с ПБС.

4.1.3. Результаты моделирования движения автомобиля при совместной работе ПБС и САРС.

4.3. Моделирование движения автомобиля при совместной работе систем САРС и СУЗК (система управления задними колесами).

4.3.1 Моделирование работы системы управления задними колесами СУЗК.

4.3.2. Результаты моделирования движения автомобиля при совместной работе СУЗК и САРС

4.4. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение устойчивости движения автомобиля использованием системы управления схождением колес»

Характерной чертой современного развития общества является повсеместная массовая автомобилизация населения. Уже сейчас огромное и все возрастающее количество используемых автомобилей порождает в обществе массу проблем: экологических, транспортных, топливных, безопасности на дорогах. Последняя является одной из важнейших, т.к. она в большой степени определяет безопасность участников движения: водителя с пассажирами, с одной стороны, и пешеходов, с другой стороны. Анализ результатов ДТП неутешителен. Достаточно часто дорожные происшествия связаны с потерей устойчивости движения автомобиля. Именно для повышения устойчивости движения автомобиля с целью снижения ДТП разработаны и продолжают разрабатываться новые системы активной безопасности. Алгоритмы работы таких систем очень разнообразны, и поэтому интересным и полезным представляется исследование вопроса о влиянии на устойчивость движения автомобиля совместного применения различных систем активной безопасности. Одной из последних разработанных систем активной безопасности является система непрерывного активного управления углом схождения колес автомобиля в движении. В этой работе анализируется влияние на устойчивость движения автомобиля системы активного управления схождением колес при совместной работе с такими системами активной безопасности как антиблокировочная система (АБС), противоблокировочная система (ПБС), система управления задними колесами (СУЗК).

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ исследований по вопросам устойчивости и управляемости автомобиля

Вопросы управляемости и устойчивости движения автомобиля являются приоритетными при решении задач, связанных с исследованием эффективности применения системы управления схождением колес на автомобиле. Работы по этому вопросу появились за рубежом в первом десятилетии двадцатого века [6]. Среди первых исследователей устойчивости движения и управляемости автомобиля в России можно указать Жуковского Н.Е., Млодзиевского В.К., Певзнера Я.М.

Устойчивость и управляемость автомобиля определяются характеристиками колеса, представляющими взаимосвязи его силовых и кинематических параметров, таких как боковая реакция колеса и угол увода 5 (характеристика увода), а также стабилизирующий момент М^ Наиболее важной характеристикой для исследования устойчивости движения автомобиля является характеристика увода.

Стабилизирующий момент шины в некоторых случаях (например, при исследованиях стабилизации автомобиля или курсовой устойчивости на прямолинейном участке дороги) может играть существенную роль. Однако величина этого момента достаточно мала по сравнению с другими моментами, действующими на автомобиль в предельных ситуациях, когда силы в контакте колеса с дорогой велики (например, при торможении на повороте). Поэтому этим фактором при решении вопросов устойчивости и управляемости автомобиля, как правило, можно пренебречь [37].

Теоретические работы М. Олея, появившиеся в 30-х годах и позже, в которых были применены понятие о критической скорости, теория бокового увода автомобильного колеса, являются базой современной теории устойчивости движения автомобиля. В ранних работах использовалось понятие бокового увода не для одного колеса, а для целой оси, т.е. для двух колес одной оси. Литвинов A.C. отмечает, что в процессе заноса автомобиля учет углов увода не столь важен. Задачи устойчивости с учетом бокового увода автомобильных колес для случаев скоростного движения автомобиля с малыми углами поворота управляемых колес рассматривались Певзнером Я.М. [7]. Академик Чудаков Е.А. рассмотрел процесс стабилизации управляемых колес, формирование стабилизирующего момента шины, вызываемого уводом, а также многие другие вопросы, в частности, им исследован вопрос о движении автомобиля под действием боковой нагрузки (вследствие бокового ветра или бокового уклона дороги). Решение задач взаимодействия с опорной поверхностью колеса, наклоненного к дороге, т.е. установленного с развалом, рассмотрено в работе Иларионова В.А. [5]. Среди современных работ в этой области можно указать работы, выполненные под руководством Балабина И.В. На возможность не принимать во внимание углы увода колес при расчете движения автомобиля в заносе указывал Литвинов A.C.

В работе Антонова Д.А. [1,2] закон управления водителем задан наперед. В процессе моделирования движения этот закон не корректируется. Движение автомобиля в этом случае рассматривается как управляемое, но не корректируемое водителем. Автор считает такой закон обоснованным при решении задач устойчивости движения. Однако, Антонов Д.А. не утверждает единственность такого подхода при решении задач устойчивости и управляемости. Определения устойчивости и управляемости автомобиля, сделанные автором, очень важны для современной науки. Согласно Антонову Д.А. устойчивость обеспечивает «прочность» заданного водителем режима движения и исключает возможность самопроизвольного достижения регулируемыми водителем параметрами опасных уровней при движении. Неустойчивость движения автомобиля провоцирует ухудшение его 8 управляемости, т.к. заставляет водителя работать в более строгих ограниченных режимах по допустимому запаздыванию и необходимой скорости исполнения сигналов управления. Избыточная устойчивость также вредна, так как ограничивает маневренные возможности автомобиля, и водитель вынужден работать в режиме дополнительных моторных затрат. Антоновым Д.А. разработана теория нелинейного увода автомобильной шины, что явилось важным шагом в развитии теории устойчивости движения автомобиля.

Среди сравнительно недавних исследований в России можно отметить работу [9], выполненную Диком А.Б., целью которой было изучение силового взаимодействия автомобильного колеса с дорогой. В последующие годы анализ результатов исследований, выполненных при участии Иванова В.Г, показал, что важнейшей информацией для работы таких мехатронных систем активной безопасности, как антиблокировочные и противобуксовоч-ные системы, является информация о показателях сцепления шины с дорогой и проскальзывании колеса. Вопросы вариации этих параметров изучаются уже в течение длительного времени и широко представлены в технической литературе. Авторы ставят под сомнение достоверность информации о характеристиках связей в цепи «колесо-дорога» на основании собственных работ, а также эксплуатации систем активной безопасности, в процессе которой возник ряд проблем.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Нгуен Чи Конг

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель взаимодействия шины с дорогой при использовании модифицированной зависимости (диаграммы) горизонтальной силы, действующей в пятне контакта, от коэффициента скольжения, разработанной на базе известной диаграммы скольжения и отличающейся от последней определением коэффициента скольжения в продольном направлении как отношения скорости скольжения в пятне контакта к скорости упругой деформации в тангенциальном направлении колеса.

2. Разработана математическая модель автомобиля с применением модифицированной диаграммы скольжения на базе известной диаграммы скольжения, позволяющая прогнозировать характеристики криволинейного движения автомобиля по ровному горизонтальному недеформируемому опорному основанию на стадии проектирования и исследовать системы активной безопасности.

3. Разработан алгоритм управления текущими углами схождения колес автомобиля в зависимости от боковых сил и нормальных реакций в пятне контакта шин с дорогой. Доказано, что его применение позволит модернизировать существующие автомобили с улучшением показателей по устойчивости движения. Увеличение скорости устойчивого движения автомобиля на вираже составляет 15.6% при движении с невысокой скоростью (у ~ 15 м/с) и 8.9 % с высокой скоростью (у ~ 30 м/с).

4. Моделированием движения автомобиля с применением совместной работы системы управления схождением колес (САРС) и других систем активной безопасности (СУЗК, АБС, ПБС) доказано, что их совместная работа в целом улучшает показатели устойчивости движения автомобиля.

5. Применение системы управления схождением колес совместно с системой управления задними колесами повышает скорость устойчивого движения автомобиля на вираже на 13.7% при движении с высокой

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Чи Конг, 2009 год

1. Антонов Д.А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей. М.: Машиностроение, 1984. - 168 с.

2. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. М.: Машиностроение, 1978. - 216 с.

3. Бухин Б.Л., Литинский Г.И., Шумаев В.В. Динамические характеристики пневматических шин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982. -69 с.

4. Гуревич Л.В., Меламуд P.A. Тормозное управление автомобиля. -М.: Транспорт, 1978. 152 с.

5. Бахмутов C.B. Научные основы параметрической оптимизации автомобиля по критериям управляемости и устойчивости: Дис. .докт.тех.наук. Москва, 2001. - 320с.

6. Воробьев Н.П. Исследование влияния корректировки рулевого привода задних управляемых колес многоосного автомобиля на его устойчивость движения и управляемость: Автореф. . канд.тех.наук. -М., 1978.-15с.

7. Гинцбург Л.Л., Трикоз A.A., Вендель В.Е. Улучшение характеристик распределительных устройств гидравлических усилителей рулевого управления //Автомобильная промышленность.-М., 1979.-№3.-С. 16-17.

8. Автомобили: конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть / А.И. Гришкевич, Л.М. Ломако, В.П. Автушев и др. Минск, 1987. - 200с.: ил.

9. Дик А.Б. Расчет стационарных и нестационарных характеристик тормозящего колеса при движении с уводом: Дис. .канд.тех.наук. -Омск, 1988. 228с

10. Ечеистов Ю.А. Исследование увода мотоциклетных шин // Вопросы машиноведения. М., 1950. - С. 269-280.

11. Ечеистов Ю.А., Бернацкий B.B. Неустановившееся торможение автомобильного колеса // Безопасность и надежность автомобиля: Сб.науч.тр.МАМИ. М., 1981. - С. 16-22.

12. Ечеистов Ю.А., Бернацкий В.В. Экстренное торможение автомобильного колеса // Безопасность и надежность автомобиля: Сб.науч.тр.МАМИ. М, 1982. - С. 3-11.

13. Ечеистов Ю.А., Бернацкий В.В., Ракляр A.M. Экспериментальное исследование трения шины о дорожное полотно // Безопасность и надежность автомобиля: Сб.науч.тр.МАМИ. М., 1980. - С. 18-31.

14. Ечеистов Ю.А., Селифонов В.В. Экспериментальное исследование тангенциальной эластичности шин в дорожных условиях // Тр. МАМИ.-М., 1971.-Вып. 2.-С. 15-21.

15. Качение тормозящего колеса по твердой дороге при действии на него боковой силы / Ю.А. Ечеистов, В.В. Бернацкий, A.M. Ракляр и др //Безопасность и надежность автомобиля: Сб.науч.тр.МАМИ. -М., 1980.-С. 32-43.

16. Ечеистов Ю.А., Куликов Ю.М. Исследование процесса качения тормозящего колеса с учетом боковых сил // Безопасность и надежность автомобиля: Сб.науч.тр.МАМИ. -М., 1977. -С.119-132.

17. О траектории движения тормозящего колеса / В.А. Иларионов, М.А. Петров, С.С. Сергеев и др // Автомобильная промышленность. М., 1976.-№8.-С. 14-16.

18. Иларионов В.А., Пчелин И.К. К расчету тормозного пути автомобиля //Тр. МАДИ. М, 1977.-Вып. 131. - С. 41-47.

19. Катанаев Н.Т. О силовом взаимодействии шины с дорогой при продольном движении // Безопасность и надежность автомобиля: Сб.науч.тр.МАМИ. М, 1982. - С. 66-73.

20. Литвинов A.C. К вопросу об определении коэффициентов М.В.Келдыша. М.: МАДИ, 1976. - 67 с.

21. Литвинов A.C. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение, 1971. - 416 с.

22. Определение некоторых характеристик шин при одновременном действии на них вертикальных, боковых и продольных сил / A.C. Литвинов, Ю.Ю. Беленький, А.Б. Азбель и др // Автомобильная промышленность. М., 1979. - №2. - С. 17-20.

23. Маринкин А.П. Влияние режима качения эластичного колеса на сопротивление боковому уводу: Автореф.дис. . канд.техн.наук. М., 1984. - 20 с.

24. Морозов Б.И. К описанию частотных свойств тормозящего колеса //Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб.науч.тр.СибАДИ. М., 1977. - С. 125-134.

25. Изменение боковой реакции колеса при импульсном торможении /Б.И. Морозов, В.Д. Балакин, Г.К. Приходько и др // Повышение эксплуатационной надежности и безопасности движения автомобильного транспорта: Сб.науч.тр.СибАДИ.-М., 1973.-С.131-138.

26. Об учете окружной эластичности автомобильного колеса при описании его работы в тормозном режиме / Б.И. Морозов, В.Ф. Козлов, А.И. Шишацкий и др // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб.науч.тр.СибАДИ.-М.,1979.-С. 19-25.

27. Морозов Б.И., Шишацкий А.И., Катанаев Н.Т. Автомобильное колесо, как элемент противоблокировочного устройства // Автомобильная промышленность. -М., 1973. № 3. - С. 21-22.

28. О динамических характеристиках пневматических шин: пер.с.япон. /ВЦП. -90679. М., 1976. - № Ц . - 23 с

29. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме. -Омск: Зап.Сиб.кн.изд-во, 1973. -224 с.

30. Петров М.А., Балакин В.Д., Нарижный О.И. Моделирование рабочего процесса противоблокировочного устройства тормозной системы

31. Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб.науч.тр.СибАДИ. -М., 1977. С. 3-16.

32. Петров М.А., Приходько Г.К., Сергеев С.С. О моделировании траектории движения тормозящего колеса // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб.науч.тр.СибАДИ. М., 1977. - С. 58-65.

33. Петрушов В.А., Стригин И.А. Исследование тангенциальной эластичности автомобильных шин // Тр. НАМИ. М., 1968. - Вып. 97. - С. 32-37.

34. Пирковский Ю.В. Общая формула мощности сопротивления качению полноприводного автомобиля // Автомобильная промышленность. -М., 1973.-№ 1.-С. 34-35.

35. Работа автомобилей шины / Под ред. В.И. Кнороза. М.: Транспорт, 1976.- 238 с.

36. Ракляр A.M. Исследование "cp-s" диаграмм дорог автополигона: Автореф.дис. .канд.техн.наук. М., 1978. - 24 с.

37. Рокар И. Неустойчивость в механике. Автомобили, самолеты, висячие мосты. М.: Иностранная литература, 1959. - 287 с.

38. Фалькевич Б.С, Абдеев Р.ф., Губа В.И. Влияние стабилизирующего момента шин на управляемость и устойчивость автомобиля //Конструкции автомобилей: Экспресс-информация.НИИНавтопром. -М, 1985.-№5.-С. 12-18.

39. Франк Ф., Хофферберт В. Механика пневматической шины // Новое в технологии резины: Сб.науч.тр / Под ред. В.А. Роговина, В.Ф. Евстратова, Б.З. Каменского. М.: Мир, 1968. - С. 208-284.

40. Фрумкин А.К., Каландаров А.Х., Лукавский П.Б. Аналитическая оценка сцепных свойств дороги с точки зрения организации автоматического регулирования тормозного момента // Тр. МАДИ.-М., 1974. -Вьп. 76. С. 20-27.

41. Фрумкин А.К., Лукавский П.Б., Календаров А.Х. Динамика и кинематика процесса торможения автомобильного колеса // Тр. МАДИ. -М., 1974. -Вып. 76. С. 28-35.

42. Фрумкин А.К., Лигай В.В. Аналитическое исследование торможения автомобильного колеса с АБС // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сб.науч.тр.СибАДИ. -М., 1979.-С. 41-52.

43. Чудаков Е.А. Влияние тангенциальной эластичности колес на боковую устойчивость автомобиля. М.-Л.: Изд.Акад.наук СССР, 1947.-260 с.

44. Чудаков Е.А. Качение автомобильного колеса. М.: Изд.акад.наук СССР, 1948. - 200 с.

45. Di jks A. Influence of Tread Depth of Car Tyres on Skidding Resistance // Departement of Mechanical Engineering. Delft Universyty of Technology the Netherlands. Laboratory of Vehicle Research. -Delft, 1970. -20 p.

46. Di jks A. Versuche über die Kleinzulassige Profiltiefe von Personenwagenreifen // ATZ. 1973. - N1. - S. 1-6.

47. The Dynamics of Vehicles Roads and on Railway Tracks / Ed. by H.B. Pacejka. Amsterdam, 1976. -581 p.

48. Eldik van Thieme H.C.A., Pacejka H. B. The Tire as a Vehicle Component // Mechanics of Pneumatic Tires: Ed. S.K. Clark / National Bureau of Standarts. Washington, 1971. - Chapter 7. - S. 142-185.

49. Geyer W. Beitrag zur Gummireibung auf trockenen und nassen Oberflachen // Automobil Industrie. - 1970. - N4. - S. 87-95.

50. Gough V. E. Friction of Rubber // Rubber Chemistry and Technology. -1960.-V. 33.-N1.-P. 158-180.

51. Mechanics of Pneumatic Tires / Ed. by S. К. Clark. Washington.: National Bureau of standarts. -1971. - 93 lp.135

52. Schallamach A. A Theory of Dynamics Rubber Friction // Wear. 1963. -V. 6.-P. 375-382.

53. Schallamach A., Turner D.M. The wear of slipping wheels // Wear. 1960. -N3.-P. 1 -25.

54. Schuster R., Weichsler P. Der Kraftschluss zwischen Rad and Fahrbahn //ATZ. 1935. - N.10. - S. 499-504.

55. Seitz N. Das Reibungsverhalten frei rollender Reifen // ATZ. -1970. N1. -S. 9-13.

56. Zeranski P. Übertragung tangentialer Umfang und Seitenkrafte am LufLuftreifen // Kraftfahrzeugtechnik. 1972. - N11. - S. 334-337.

57. Zeranski P. Brems- und Seitenkrafte am LufLuftreifen // Wissenschaftiche Zeitschrift TU Dresden. 1972. - H3. - S. 577-583.

58. Zeranski P. Die resultierende Reifencharakteristik // Kraftfahrzeugtechnik. -1973.-N8.-S. 237-238.