Влияние поперечных вынужденных колебаний кузова на занос автомобиля при объезде внезапно возникшего препятствия

ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА НА ЗАНОС АВТОМОБИЛЯ ПРИ ОБЪЕЗДЕ ВНЕЗАПНО ВОЗНИКШЕГО ПРЕПЯТСТВИЯ

Божкова Л.В., д.т.н., профессор, Норицина Г.И., к.т.н., доцент, Николаева М.С., аспирант,

ФГУП «Научно-исследовательский центр информации по стандартизации метрологии и оценке соответствия»

Многочисленные проводимые эксперименты и опыт вождения автомобиля показывают, что при объезде внезапно возникшего препятствия велика вероятность заноса автомобиля.

В данной работе исследованы вопросы влияния поперечных вынужденных колебаний кузова, а также его резонансной раскачки на занос автомобиля при объезде внезапно возникшего препятствия.

Ключевые слова: колебания кузова, автомобиль, препятствие.

EFFECT OF TRANSVERSE FORCED FLUCTUATIONS BODY TO DRIFT THE CAR WHEN PASSING OF SUDDEN OBSTACLES

Bojkova L., Doctor of of Technical Sciences, professor, Noritsina G., Ph.D., senior lecturer, Nikolaeva M., the post-graduate student, Research Information Center for Standardization Metrology and Conformity Assessment, FSUE

Numerous experiments were conducted and the experience of driving a car show that the detour of sudden obstacles high probability drift car.

In this article we investigated the impact of transverse forced vibration body, as well as its resonant buildup on the drift car when passing of sudden obstacles.

Keywords: body vibration, car, barrier.

Проводимые многочисленные эксперименты [1] показали, что при объезде внезапно возникающего препятствия (маневре «короткая двойная переставка») возможна потеря поперечной устойчивости автомобиля, представляющей собой боковое скольжение шин (занос), либо опрокидывание автомобиля.

Влияние поперечных вынужденных колебаний кузова на опрокидывание автомобиля при выполнении им маневра «короткая двойная переставка» было ИССЛеДОВРнг> и nafirvraY Г?1 Ш Пгигшпн VTUV шч-прпгаиший ^т-ттт итятт Tnnpimmiiu явтпмп^тяттст Г4]; преДСТЭВЛеННЫЙ НЭ рИС. 1.

Рис. 1. Траектория движения автомобиля при маневре «короткая двойная переставка»

При этом характер изменения центробежной силы инерции автомобиля (^ ин ) описывался ступенчатой функцией [3], а ее величина определялась формулой

.2

пин _ P V

ц1

1 g r

где р - вес автомобиля, V - его скорость, г - радиус закругления траектории.

Для определенности предполагалось, что отрезки траектории А1А2, А2А3, А4А5, А5А6 (рис. 1) представляет собой дуги окружностей одного и того же радиуса г и одной и той же длины, а скорость движения автомобиля V - постоянна. Изменяющаяся центробежная сила инерции при маневре «короткая двойная переставка» является возмущающей силой, вызывающей вынужденные поперечные колебания кузова автомобиля.

Следует отметить также, что в работах [2], [3] рассмотрена плоская колебательная система, соответствующая случаю, когда центр масс автомобиля и кузова находятся на середине между осями передних и задних колес. Кроме того, предполагалось, что центр крена плоского сечения находится на оси колес (рис. 2), а коэффициенты жесткости всех пружин одинаковы и равны С

Рис. 2. Расчетная схема поперечных вынужденных колебаний кузова

На рис. 2 введены следующие обозначения: R - радиус колес, Рк - сила тяжести кузова, Ск - центр масс кузова, С - центр масс автомобиля, ДХ<к , Д^м - перемещения точек крепления пружин к кузову в результате его поворота вокруг центра крена (т. Су) на угол p -При этом закон поперечных вынужденных колебаний кузова при нулевых начальных условиях представлялся в виде [З]:

p- От

k2 1

p-~т [cos k

kk

p - —1 [cos к

к2 к2

при t2 — t — t3;

p — —— [cos k(t — t—) — cos kt] —— [cos k(t —12) — cos k(t — t—)] —— [1 — cos k(t —13)], k2 k2 k2

при tз — t — t4 ;

p — —^[cos к (t —11) — cos к] —^[cos к (t —12) — cos к (t —11)] —^[cos к (t — 14) — к2 к2 к2

- cos к (t -13)] + —r[1 - cos к (t -14)], при t4 — t —15; к

p — —^[cos к(t — ti) — cos kt] —^[cos к(t — ?2) — cos к(t — t^)] —2-[cos к(t —) — к к к

— cos^t —13)] + —1[cosk(t —15) — cosЩ —14)], при t > t5, к

где к - круговая частота собственных колебаний кузова; - обобщенная возмущающая сила, обусловленная центробежной силой инерции автомобиля; t(i=1, 2, .. .,5) - моменты времени, соответствующие нахождению автомобиля в точках А2, А3, ^,А5 его траектории. При этом круговая частота собственных колебаний кузова (k) и обобщенная возмущающая сила (Q;) определяются соответственно по формулам:

2 _ cIl[ ~ РА

к2-

Qi

С,

pv2

grI с ,

где Iс - момент инерции кузова относительно продольной оси, проходящей через центр крена (т. С).

Период собственных поперечных колебаний кузова равен

т- 2п

т = — . ,1»)

Для исследования влияния поперечных колебаний кузова, определяемых соотношениями (2) - (9), на занос автомобиля, необходимо

определить нормальные реакции дорожного полотна ( N^ и N^ ), а также силы трения скольжения (РУр^ , ^Тр ^), действующие

соответственно на левые и правые колеса автомобиля. С этой целью применим принцип Даламбера [5] к автомобилю.

Присоединим к силам, действующим на автомобиль, центробежную силу инерции автомобиля, а также главный вектор и главный момент сил инерции кузова при его поперечных колебаниях. В данном случае модули касательной и нормальной составляющих главного вектора и главного момента сил инерции кузова определяются соответственно по формулам:

j^iiH _ Рк Lv ^ g

м7 =1с.

ф

где I с - момент инерции кузова относительно продольной оси, проходящей через центр масс кузова; ф - угол крена кузова, определяемый по (2) - (7).

7? Л/Гин

При этом и ]у]_ ^ направлены противоположено угловому ускорению, направление которого определяется знаком Ц)

(рис. 3).

Рис. 3. Расчетная схема сил, действующих на автомобиль, при учете поперечных колебаний кузова.

Составим на основании расчетной силовой схемы (рис. 3) три уравнения кинетостатики, т.е. приравняем нулю суммы проекций всех сил на горизонтальную ось ОХ и суммы моментов всех сил относительно точек А и В. В результате получим:

- 42) + r;h+r;; sin p+rut cos p - o; А

А

N2А- p-R“h - h - RUT cos p(hK cos p + R) - RUT - sin(- + hK sin p) - М;H +

2

2

А

+ R;n cos p(^ + hK sin p) - R;n sin p(hK cos p + R) - 0;

А А

— N1 - А+ p — — R“h - h — R™  cos p(hK cos p + R) + R™ sin p(~ — hK sin p) —

А

МUH - RUH cos p(2 - hк sin p) - RUH sin p(h;cosp + R) - 0,

где Рур) и ) - силы трения покоя (силы сцепления), действующие на колеса автомобиля.

В состоянии предельного равновесия, то есть на грани бокового скольжения шин (заноса), силы трения покоя имеют максимальное значение и определяются по формулам:

Fil' = fN,,

F%' = fN,,

где f - коэффициент трения покоя (коэффициент сцепления). Первое уравнение системы (14) с учетом (15) примет вид:

f (N, + N2) + R “н + R2 sinр + R™ cosp = 0.

Определив нормальные реакции дорожного полотна N и N2 соответственно из третьего и второго уравнений системы (14) и подставив их в уравнение (16), получим:

fp + RU + (fT + RZ )sinp + (RKT + fRZ )cosp_ 0.

Соотношение (17) с учетом (1), (11) и (12) примет вид

-P + r± + ^%-fb.

gr g g

AJsinф +

g- g

где закон изменения угла крена кузова Ж за время объезда возникшего препятствия

- (7).

На основании (18) с учетом (2) - (9) не трудно получить трансцендентные уравнения, позволяющие определить скорость заноса автомобиля при любом характере его движения.

Однако, анализ уравнений (2) - (7) показал [3], что в случае, когда время движения автомобиля на каждом из участков его траектории

_ П

(Д при «короткой двойной переставке» равно половине периода собственных колебаний кузова (т — ), угол крена кузова соответственно

к

в точках А2, А3, ..., А6 траектории (рис. 1) будет иметь максимальные значения, что приведет к резонансной раскачке кузова.

Если учесть, что резонансная раскачка кузова соответствует наиболее опасному варианту выполнения маневра «короткая двойная переставка», то целесообразно именно для этого случая рассмотреть вопросы влияния поперечных вынужденных колебаний кузова на занос автомобиля. Поэтому, далее рассмотрим случай, когда время движения автомобиля на каждом из участков его траектории (рис. 1) равно половине периода собственных колебаний кузова. Как показано в [3], наибольший угол крена кузова (Ж) и наибольшее его угловое

ускорение ( (р) будет в момент возвращения автомобиля на прежнюю полосу, то есть в момент времени І = При этом данные величины определяются соответственно по формулам:

P

801

Кроме того, в указанный момент времени

На основании (18) с учетом (19) - (21), а также (8) и (9) получим уравнение, позволяющее определить величину наименьшей скорости автомобиля (у ), при которой возможен его занос:

fp + — + Pvз2 [cos(a • v з2) - f sin(a • v^)] _ 0,

gr

где

а

в_

8 p

gr

8р^рк • (h - R)hK

g2 •^c

Полученное трансцендентное уравнение (22) может быть решено только численными методами.

Для приближенной оценки влияния резонансной раскачки кузова на величину критической скорости (у ), при которой может произойти занос автомобиля, целесообразно рассмотреть случай малых статических углов наклона кузова. При этом может быть найдено аналитическое решение уравнения (22) в виде

f g r

1 +

8рк(h - R)hK

g •1C.

2

к

Момент инерции кузова относительно продольной оси, проходящей через центр крена, (Iс ) можно представить в виде:

I _ ^к Р2

1С _ Рс„ ,

О

_ 2

где Рс - радиус инерции кузова относительно указанной оси.

С учетом (25) выражение (24) примет вид:

f g r

1 8(Н - К)Нк

1 + —--------.

. Рс,

Критическая скорость (у ) движения автомобиля при заносе, найденная на основании уравнений статики [6], определяется по формуле

gr .

В результате сравнения (26) и (27) можно сделать вывод, что даже в случае малых углов статического отклонения кузова от вертикали резонансная раскачка кузова при выполнении автомобилем маневра «короткая двойная переставка» приводит к существенному уменьшению критической скорости (у ), при которой возможен занос автомобиля.

В заключение следует отметить, что полученные результаты могут быть полезны на этапе разработок технических заданий по конструированию автомобилей, а также при их эксплуатации.

Литература:

1. Подоржанский М., Проверка на дорогах. Осенние перевертыши, газета «Авторевю», № 18, 1998, с. 53-56.

2. Божкова Л.В., Рябов В.Г., Норицина Г.И. Влияние поперечных вынужденных колебаний кузова на опрокидывание автомобиля при объезде препятствий, Транспортное дело России, № 3, 2009, с. 141 - 151.

3. Божкова Л.В., Норицина Г.И., Николаева М.С. Влияние явления резонанса на опрокидывание автомобиля при объезде внезапно возникшего препятствия, Транспортное дело России, № 7, 2010,

с. 103 - 109.

4. Ретенберг Р.В., Подвеска автомобиля, М.: Машиностроение, 1972, с. 392.

5. Добронравов В.В., Никитин Н.Н., Курс теоретической механики, М.: Высшая школа, 1983, с. 575.

6. Илларионов В.А. Поперечный крен кузова и устойчивость автомобиля, Автомобильная промышленность, № 10, 1962, с. 29 - 32.

ИННОВАЦИОННАЯ ИНФРАСТРУКТУРА КАК БАЗОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Сизов Л.А., зав. кафедрой Новомосковского филиала Университета РАО

В статье рассмотрены проблемы инновационного развития российской экономики и инновационной инфраструктуры. Показаны элементы инновационной инфраструктуры промышленного предприятия, предложены направления коммерциализации научного потенциала страны.

Ключевые слова: инновации, инфраструктура, промышленность, технополис, коммерциализация

INNOVATIVE INFRASTRUCTURE AS A BASE ELEMENT OF A SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF THE INDUSTRIAL ENTERPRISE

Sizov L., Head of the Department of the University of Novomoskovsk branch RAO

In article problems of innovative development of the Russian economy and an innovative infrastructure are considered. Elements of an innovative infrastructure of the industrial enterprise are shown, directions of commercialization of scientific potential of the country are offered.

Keywords: innovations, an infrastructure, the industry, a technopolis, commercialization

Стоящие перед нашей страной глобальные стратегические задачи устойчивого развития, то есть такого развития, которое при максимальном эффекте от использования имеющихся ресурсов не ущемляло бы интересы будущих поколений, невозможно без перехода как экономики в целом, так и его основной структурной единицы - промышленного предприятия на инновационный путь развития

Как показывает анализ нововведений и конкурентоспособности продукции российских промышленных предприятий как на мировом, так и на внутреннем рынке, требуется форсированное развитие инноваций в базовых отраслях промышленности.

Для того чтобы успешно перейти от «догоняющего» типа инновационного развития, характерного для современной России к «опережающему» типу, только при котором можно сохранить глобальную конкурентоспособность национальной экономики, необ-

ходимо создание соответствующей инновационной инфраструктуры для внедрения инноваций в хозяйственную практику российских промышленных предприятий.

Для научного анализа путей его интенсификации и повышения эффективности на наш взгляд необходимо исследовать понятие «инновационное пространство промышленного предприятия». Под этим термином автор понимает следующее: «Инновационное пространство - это совокупность взаимодействующих институтов, субъектов и объектов экономики, заинтересованных в проведении инноваций на промышленном предприятии, а также выше перечисленные организации, способствующие проведению этих инноваций». Термин инновационного пространства промышленного предприятия, включает, по мнению автора, понятие «инновационная инфраструктура».