УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА

Полезная модель относится к устройствам, позволяющим исследовать рабочие процессы в автомобильных рулевых управлениях и осуществлять контроль и диагностику эксплуатационных свойств рулевого управления транспортных средств с управляемыми колесами.
Коэффициент жесткости рулевого механизма определяет колебания управляемых колес вокруг своей оси, которые, например, самопроизвольно возникают при некоторых режимах движения автомобиля (шимми), и таким образом влияет на устойчивость автомобиля.
Известны диагностические устройства [1], включающие балластные нагружатели, поворотные механизмы, перемещающиеся сиденья водителя. Данные устройства являются достаточно сложными, позволяют определить ряд диагностических параметров рулевого управления, однако в их число не входит коэффициент жесткости рулевого механизма в виду сложности его определения.
Недостатком существующих диагностических устройств является определение только общепринятых диагностических параметров, в то время как другие параметры могут быть важны с точки зрения работы рулевого управления в экстренных ситуациях.
Технически результат заключается в определении амплитуды и периодов на кривой свободных затухающих колебаний (рис.1) управляемых колес вокруг оси шкворня для трех режимов: 1 - автомобиль в исходном состоянии, 2 - на управляемые колеса закреплены грузы, увеличивающие их момент инерции, 3 - управляемые колеса приподняты и не соприкасаются с дорогой.
Технически результат достигается тем, что в устройство, состоящее из рулевого управления и управляемых колес, дополнительно на управляемые колеса 1 устанавливаются два груза 2 одинаковой массы симметрично оси шкворня, которые прикреплены к колесу пластиной 3, увеличивающие момент инерции колес. Рулевое колесо 6 зафиксировано от проворачивания металлическим уголком 7, в вертикальной части которого закреплены два болта, ограничивающие перемещение спицы рулевого колеса влево и вправо. Уголок крепится к полику кабины. На управляемые колеса установлен датчик перемещений 9, закрепленный между неподвижной опорой 10 и пластиной 3, позволяющий получать кривые затухающих свободных колебаний для трех режимов.
Сущность полезной модели представлена схемами: на рис.2 изображено устройство, увеличивающее момент инерции колеса, рис.3 показывает способ фиксации рулевого колеса от проворачивания, рис.4 представляет взаимодействие частей полезной модели в процессе получения кривой затухающих колебаний во втором режиме.
Устройство состоит из трех частей. Первая часть, предназначенная для увеличения момента инерции колеса, состоит из управляемого колеса автомобиля 1, двух грузов одинаковой массы 2, расположенных симметрично оси колеса и крепящихся на колесе пластиной 3. Пластина крепится к диску колеса гайками колеса 4. Масса пластины должна быть существенно меньше масс грузов. Ее момент инерции учитывается приближенно по формуле момента инерции стержня, вращающегося вокруг своего центра.
Вторая часть предназначена для фиксации рулевого колеса 6. Она представляет собой металлический уголок 7, в вертикальной части которого закреплены два болта, ограничивающие перемещение спицы рулевого колеса влево и вправо и, таким образом, рулевое колесо фиксируется от проворачивания. Горизонтальная часть уголка закреплена к полику кабины 8 автомобиля или к лонжеронам рамы при проведении эксперимента на стенде для испытания передней подвески. Ширина уголка не менее 30 см для обеспечения жесткости устройства.
Третья часть позволяет записывать свободные затухающие колебания колес. На управляемые колеса установлен датчик перемещений 3, закрепленный между неподвижной опорой 10 и пластиной 3.
Устройство работает следующим образом. Рулевое колесо фиксируется от проворачивания, устанавливается датчик перемещений, а управляемые колеса отклоняются на угол 5-7 градусов от начального положения (начальное положение - продольное) и отпускаются, совершая затухающие колебания. Перед получением кривой затухающих колебаний колесо проворачивается относительно пола 5 настолько, чтобы ось пластины и грузов была перпендикулярна оси шкворня. Для реализации второго режима к пластинам прикрепляют грузы, а для реализации третьего - передний мост автомобиля вывешивают подъемником над полом 5 на высоту отрыва колес на 2-4 см. В этом случае коэффициенты упругого сопротивления и демпфирования всей системы определяются в основном свойствами рулевого механизма 11.
Затухающие колебания описываются дифференциальным уравнением второго порядка
где I - момент инерции всей колеблющейся системы (колеса, рычаги, тяги, части рулевого механизма);
φ - текущий угол отклонения колеса от продольного положения;
η - коэффициент демпфирования системы;
c - коэффициент упругого сопротивления системы.
Решение этого уравнения представлено на рис.1 и имеет вид
0
-k·t
φ(t)=φ·cos(ω·t)·e,
где  - угловая частота колебаний,
- коэффициент затухания.
0
1
1
2
3
1
2
3
По параметрам кривой φ, φ и T определим коэффициенты затухания k, k,, k и угловые частоты ω, ω, ω для каждого из трех режимов
Теперь имеем систему шести уравнений для нахождения интересующих нас величин
Зная величину прибавки момента инерции ΔI, находим η, I и c всей системы
p
p
Третий режим характерен отсутствием жесткости и неупругого сопротивления, определяемых упругими и гасящими свойствами шин колес и позволяет определить коэффициент демпфирования рулевого механизма η и коэффициент жесткости рулевого механизма c
Регистрация кривой угловых колебаний колес обеспечивается, например, датчиком перемещений реохордного типа. Запись и обработка данных может осуществляться с использования АЦП L-154, компьютера и программы Power-Graph.
Увеличение момента инерции колеблющейся системы ΔI должно быть примерно равным моменту инерции всей системы I и определяется выражением
2
ΔI=4·m·R
0
1
1
2
3
1
2
3
Порядок работы следующий: для каждого из режимов отклонить колеса на угол 6-8 градусов, отпустить их, записать кривую затухающих колебаний и по ней определить величины φ, φ, T а затем коэффициенты затухания k, k,, k и угловые частоты ω, ω, ω.
Представленная полезная модель позволяет определить не только коэффициент жесткости рулевого механизма, но и коэффициент демпфирования рулевого механизма, а также аналогичные коэффициенты, определяющие работу шин
ш
р
ш
р
η=η+η; c=c+c
Источники информации:
1. Патент №2105964. Стенд для испытания рулевого управления автомобиля / Мурог И.А., Трач С.И., Горячев В.А., Чубцов А.А. - Приоритет от 07.11.1999 г.