Способ определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля
METHOD FOR DETERMINING EFFICIENCY OF SHOCK ABSORBER ACTION IN VEHICLE SUSPENSION

Изобретение относится к способам определения эффективности подвески транспортных средств, а именно к способу определения эффективности действия амортизаторов в подвеске автомобиля по обеспечению безопасности движения автомобиля.
ст
max
Известен способ оценки состояния автомобилей, (Авт. св. №1179950, С01М 17/04, 15.09.85 г. Бюл. N 34), состоящий в измерении статического усилия R действия колеса на опору, и максимального усилия R действия колеса на опору при колебаниях в резонансе. Эффективность работы амортизатора определяется из соотношения:
эфф.
max
ст
К=R/R 100
эфф
Однако этот способ недостаточно точен, т.к. не учитывает влияния на эффективность действия амортизатора в подвеске автомобиля давления в шинах, которое существенно влияет на показатель К. Он также имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не позволяет определить наличие отрывов колес от дороги и недопустимое снижение нагрузки колеса на дорогу. Эти показатели влияют на управляемость и тормозные свойства автомобиля, поэтому без их определения нельзя оценить эффективность действия амортизаторов в подвеске автомобиля по обеспечению его активной безопасности с учетом высоты неровностей дороги.
min
max
Известен также способ проверки состояния амортизаторов (пат. ЕПВ N 0145057, G01M 17/04, 19.06.85 г.), включающий измерение минимальной R и максимальной нагрузки колеса R на площадку и определение средней величины, характеризующей состояние амортизатора, по выражению:
max
min
П=R+R/2.
Но и этот способ недостаточно точен и функционален по этим же причинам. Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является способ определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля (патент N 2100792, G01M 17/04, 27.12.1997 г.), заключающийся в том, что замеряют статическую нагрузку от колеса на виброплощадку, подвергают колесо вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески автомобиля, замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой, причем регистрируют минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент установившегося режима вынужденных колебаний, измеряют минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса и определяют эффективность амортизатора по формуле:
эфф.
ст
дин
ст
рез
К=R-R/R-R⋅100,
ст
дин
рез
где R статическая нагрузка от колеса на виброплощадку; R минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент установившегося режима вынужденных колебаний; R минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса.
Однако данный способ также недостаточно точен и функционален, по указанным выше причинам.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что замеряют статическую нагрузку от колеса на виброплощадку, подвергают колесо вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески автомобиля, замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой, согласно изобретению предварительно измеряют давление воздуха в шине и устанавливают его на верхней границе нормативного значения, устанавливают амплитуду колебаний виброплощадки в соответствии со среднеквадратической высотой неровностей дороги по выражению:
и определяют показатель эффективности амортизатора по формуле:
эф
рез.мин.
ст
K=Р/Р⋅100,
в
ск
рез.мин
ст
где А - амплитуда колебаний виброплощадки; q - средняя квадратическая высота неровностей дороги; Р минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в области резонанса; Р - статическая нагрузка колеса на виброплощадку.
Измерение давления воздуха в шине и установка его на верхней границе нормативного значения создает условие для наиболее интенсивных колебаний колес в резонансе и тем самым позволяет учесть негативное влияние шины на показатель эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля, что повышает точность способа.
Установка амплитуды колебаний виброплощадки в соответствии со среднеквадратической высотой неровностей дороги, на которой эксплуатируется автомобиль по формуле:
в
ск
где А - амплитуда колебаний виброплощадки; q - среднеквадратическая высота неровностей дороги, позволяет учесть условия эксплуатации автомобиля. Это не только повышает точность способа и расширяет его функциональные возможности, поскольку позволяет определить эффективность действия амортизатора в подвеске автомобиля не только по ограничению колебаний колес, но и по обеспечению активной безопасности автомобиля (исключению заноса автомобиля) с учетом среднеквадратической высоты неровностей дороги.
эф
Новый безразмерный оценочный показатель эффективности действия амортизатора K определяется по формуле:
эф
рез.мин.
ст
K=Р/Р⋅100,
рез.мин.
ст.
где Р минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса; Р статическая нагрузка от колеса на виброплощадку.
эф
эф
K показывает сколько процентов от статической нагрузки колеса на дорогу составляет минимальная нагрузка колеса на дорогу при резонансе колес, что расширяет функциональные возможности способа, поскольку позволяет определить не только эффективность действия амортизатора в подвеске автомобиля по снижению колебаний колеса в резонансе, но и оценить обеспечение амортизатором активной безопасности автомобиля, поскольку при возникновении отрывов колес от дороги, при которых управляемость и тормозные свойства автомобиля не обеспечиваются K.=0, т.е. эффективность амортизатора в подвеске нулевая, что убедительно доказывает необходимость его замены.
На чертеже (фиг. 1) показан стенд для реализации предлагаемого способа определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля; на фиг. 2 - осциллограмма динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой.
Способ реализуется следующим образом.
На виброплощадку 1 стенда, устанавливают колесо 2 автомобиля 3, имеющего амортизатор 4 в подвеске 5, эффективности действия которого должна быть определена. Виброплощадка 1 оснащена силоизмерительным датчиком (на чертеже не показан) и закреплена на звене шарнирного параллелограмма, опирающегося на шатун кривошипно-шатунного механизма 6, поэтому может совершать только вертикальные колебания. В среднем положении кривошипа плоскость виброплощадки 1 совпадает с плоскостью пола, что исключает перераспределение нагрузки между колесами автомобиля и повышает точность.
Предварительно (перед испытаниями) измеряют давление воздуха в шине испытываемого колеса 2 и доводят его до верхней границы нормативного значения, что повышает точность, поскольку при повышении давления в шине ее поглощающие свойства уменьшается. Устанавливают амплитуду колебаний виброплощадки в соответствии со среднеквадратической высотой неровностей дороги по выражению:
в
ск
в
ск
ск
где А - амплитуда колебаний виброплощадки; q - среднеквадратическая высота неровностей дороги. Для этого шип кривошипно-шатунного механизма 6, который может перемещаться в радиальном пазу на диске электродвигателя, устанавливают и закрепляют на расстоянии А от оси вращения электродвигателя. Например, если автомобиль эксплуатируется на цементобетонных дорогах, у которых среднеквадратическая высота 90% неровностей q=6-12 мм кривошип механизма 6 устанавливают на расстоянии от оси вращения  Если автомобиль эксплуатируется на асфальтобетонных дорогах с q - 18 мм, то кривошип механизма 6 устанавливают на расстоянии от оси вращения
рез.мин.
Сигнал от силоизмерительного датчика виброплощадки 1 подают на тензоусилитель 7, усиленный сигнал подают на регистратор 8, который фиксирует осциллограмму динамических нагрузок между колесом 2 в виброплощадкой 1 (фиг. 2). Замеряют статическую нагрузку от колеса 2 на виброплощадку 1. Включают электродвигатель с кривошипно-шатунным механизмом 6 и подвергают колесо 2 синусоидальным вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески 5 автомобиля 3, т.е. примерно в диапазоне частот 0-18 Гц. Замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом 2 и и виброплощадкой 1. Для этого электрический сигнал, пропорциональный величине вертикальных динамических усилий между колесом 3 и виброплощадкой 1, подают через тензоусилитель 7 на регистратор 8, который фиксирует осциллограмму динамических нагрузок 9 между колесом 2 в виброплощадкой 1. По осциллограмме 9 определяют минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом 2 и виброплощадкой 1 в момент резонанса - Р (фиг. 2).
эф.
После этого определяют безразмерный оценочный показатель эффективности действия амортизатора K по формуле:
эф
рез.мин.
ст
K=Р/Р⋅100
ст.
рез.мин.
где Р статическая нагрузка от колеса на виброплощадку; Р минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса.
ст
рез.мин
рез.мин
эф
Данный показатель эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля имеет следующий физический смысл: он показывает, сколько процентов от статической нагрузки на колесо Р составляют минимальные вертикальные динамические нагрузки Р в пятне контакта колеса с виброплощадкой 1 при резонансных колебаниях колеса 2 на шине при амплитуде колебаний вибропдощадки 1 установленной в соответствие с высотой неровностей дорог эксплуатации автомобиля 3. Если Р=0, то K=0, и это означает, что колесо 2 отрывается от виброплощадки 1, что недопустимо, поэтому амортизатор следует заменить.
Для оценки эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля по обеспечению активной безопасности выполняют следующие расчеты. Чтобы автомобиль не заносило при криволинейном движении, боковая сила должна быть меньше силы сцепления колеса с дорогой. При криволинейном движении автомобиля с нормативными скоростями боковая сила составляет 20-25% от статической нагрузки на колесо, поэтому условие отсутствия заноса определяется по выражению:
рез.мин.
ст
эф
Р≥0,25Р/ϕ, а K≥0,25/ϕ
эф
эф
Для обеспечения активной безопасности автомобиля на мокрых дорогах (коэффициент сцепления ϕ=0,5) K должен быть не меньше 50%, на сухой дороге K (коэффициент сцепления ϕ=0,8) должен быть не меньше 30%.
Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность способа и расширяет его функциональные возможности, что при его применении улучшит активную безопасность автомобилей, снизит риск дорожно-транспортных происшествий и повысит безопасность дорожного движения в стране.