Поліпшення стійкості автомобілів категорії М1 у неусталених режимах руху

Abstract

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача поліпшення стійкості автомобілів категорії М1 у неусталених режимах руху шляхом урахування параметрів шин та автомобіля в цілому, за яких забезпечуються можливість їх експлуатації без погіршення безпеки руху. Розроблено математичну модель автомобіля з урахуванням взаємовпливу поздовжніх і поперечних сил у плямі контакту коліс з опорною поверхнею. Отримано нову математичну форму взаємодії колеса з опорною поверхнею за моделлю Fiala, яка має неперервну похідну по куту відведення. Це спрощує задачу аналізу стійкості многовиду стаціонарних станів автомобіля і дозволяє побудувати біфуркаційну множину, використовуючи графоаналітичний метод. На основі аналізу коефіцієнтів опору відведення встановлено більшу відповідність значень нелінійної моделі при визначенні траєкторії центру мас автомобіля за кутів відведення близько 8º для коліс передньої осі, та 4º - для коліс задньої осі. Для великих радіусів повороту і незначних швидкостей руху можливо використання лінійної теорії відведення. При цьому доведено, що існує початкова область параметрів стаціонарного руху, в якій лінійна модель співпадає з нелінійною (Δмах RD = 0,27%), при значеннях бічних прискорень ау ≤ 3,0 м/с2. Експериментальні дослідження автомобіля категорії М1 підтвердили адекватність розробленої математичної моделі. В диссертационной работе решена научно-практическая задача улучшения устойчивости автомобилей категории М1 в неустановившихся режимах движения путем учёта параметров шин и автомобиля в целом, при которых обеспечиваются возможность их эксплуатации без ухудшения безопасности движения. Разработана математическая модель автомобиля с учетом взаимовлияния продольных и поперечных сил в пятне контакта колес с опорной поверхностью. Получена новая математическая форма взаимодействия колеса с опорной поверхностью по модели Fiala, которая имеет непрерывную производную по углу увода. Это упрощает задачу анализа устойчивости многообразия стационарных состояний автомобиля и позволяет построить биффуркационное множество, используя графоаналитический метод. Проведён анализ влияния учёта сил в пятне контакта колеса с опорной поверхностью а так же продольного и поперечного перераспределения нагрузки по колёсам на показатели устойчивости движения автомобиля и, как следствие, на точность определения коэффициентов сопротивления увода. На основе анализа коэффициентов сопротивления увода установлено большее соответствие значений нелинейной модели при определении траектории центра масс автомобиля при углах увода близких 8º для колёс передней оси, и 4º - для колёс задней оси. Для больших радиусов поворота и незначительных скоростей движения возможно использование линейной теории увода. При этом установлено, что существует начальная область параметров стационарного движения, в которой линейная модель совпадает с нелинейной (Δмах RD = 0,27%), при значениях боковых ускорений ау ≤ 3,0 м/с2. Полученная система дифференциальных уравнений позволяет провести анализ условий безопасной потери устойчивости автомобиля с управляемым колёсным модулем в установившихся (используя метод Ляпунова) и неустановившихся режимах движения. Критерий vкр связывает конструктивные и эксплуатационные параметры автомобиля и его скорость и позволяет найти ее границу, превышение которой приводит к потере устойчивости движения. Потерю устойчивости движения автомобиля можно определить по параметрам поперечной u и угловой ω составляющих скорости движения, а также углов увода – достижение значений, близких к 10º последними свидетельствует о частичной потере устойчивости установившегося движения. В неустановившемся режиме движения показателями потери устойчивости будут увеличение амплитуды колебательного процесса параметров поперечной u и угловой ω составляющих скорости движения, а также выход траектории движения автомобиля за габаритные коридоры. Экспериментальные исследования автомобиля категории М1 подтвердили адекватность разработанной математической модели. In the thesis it is solved the scientific problem of stability improving of M1category motor cars in unsteady driving conditions by considering parameters of tyres and the car in a whole providing the possibility of their use without deterioration of traffic safety. The mathematical model of the automobile with account interaction longitudinal and cross strength in stain of contact wheels with the support surface is developed. It is obtained a new mathematical form of wheel interaction with supporting surface according to the Fiala model, which has a continuous derivative on a corner withdrawal. This simplifies the task of analyzing the stability variety of stationary states of the motor cars and allows to build a bifurcation set using graphic-analytical method. On the basis of analysis of withdrawal coefficient of resistance we set up a value accordance of the nonlinear model while determining the trajectory of the mass center of the car withdrawal angles at about 8º for the front wheel axle and 4º for rear axle wheels. For large turning radius and small speeds we can use linear theory of withdrawal. It is proved that there is an initial area of parameters of stationary motion, where linear model coincides with nonlinear (Δmaх RD = 0,27%), at lateral acceleration values ay ≤ 3,0 m/s2. Experimental researches of M1category motor cars confirmed the adequacy of the developed mathematical model.