ВЛИЯНИЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ПОТЕРЬ В СИСТЕМЕ ПОДРЕССОРИВАНИЯ АВТОМОБИЛЯ НА ПАРАМЕТРЫ ПЛАВНОСТИ ХОДА ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО ДОРОГАМ С РАЗЛИЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Ерёмина И. В., Тольяттинский государственный университет / Лата В. Н., к.т.н., доцент, ОАО «АВТОВАЗ» / Марков С. В., ОАО «АВТОВАЗ»

Для определения степени влияния различных факторов, обусловленных характеристиками элементов системы подрессоривания на параметры плавности хода автомобиля, необходимо как можно более подробно изучать процессы, происходящие в подвеске автомобиля при гашении колебаний, в частности, степень влияния величины гистерезисных потерь. Из литературных источников известно, что величина силы трения, при которой обеспечивается приемлемая плавность хода легковых автомобилей, не должна превышать 10% от величины статической вертикальной нагрузки на колесо. В то же время некоторые автомобильные концерны ужесточают эти рекомендации, говоря о допустимом значении силы трения не более 5%.

В расчетном эксперименте, выполненном на базе кафедры «Автомобили и тракторы» Тольяттинского государственного университета, был проведен анализ влияния гистерезисных потерь в системе подрессоривания автомобиля на параметры плавности хода. Оценивалось изменение средних квадратических значений (СКЗ) виброускорений в различных точках автомобиля в зависимости от величины гистерезисных потерь в подвесках в диапазоне частот 0–30 Гц. Исследования проводились на математической модели автомобиля ВАЗ-1118 «Калина», реализованной в программном комплексе «PRADIS» [2, стр. 133-136]. Моделировалось движение автомобиля с разными скоростями по дорогам с различным типом покрытия: асфальтобетонное, «легкий» булыжник и «тяжелый» булыжник. Величина виброускорений замерялась в точках автомобиля, определенных [1]: центры колес, точки на кузове, 2под сиденьем водителя и заднего правого пассажира, точки на сиденье водителя и заднего правого пассажира. При моделировании движения по дороге с асфальтобетонным покрытием рассматривался диапазон скоростей от 20 до 160 км/ч с шагом 20 км/ч. При моделировании движения по дороге с покрытием типа «тяжелый» булыжник исследования проводились на скоростях 20, 30 и 40 км/ч; на покрытии «легкий» булыжник — 20, 30, 45 и 60 км/ч. Величина гистерезисных потерь в процентном отношении от нагрузки изменялась от 0 до 35%; варианты обозначены следующим образом: вариант A — 0 %; вариант B — 5%; вариант C — 10%; вариант D — 15%; вариант E — 20%; вариант F — 25%; вариант G — 30%; вариант H — 35%.

Микропрофиль дорожной поверхности, как для асфальтобетонного, так и для булыжного покрытия, был сгенерирован таким образом, чтобы дисперсия виброускорений на центрах колес математической модели была равна дисперсии виброускорений на центрах колес, полученных в результате ранее проведенного совместно со специалистами ОАО «АВТОВАЗ» дорожного эксперимента.

Полученные в результате расчетного эксперимента значения СКЗ виброускорений сравнивались с СКЗ виброускорений при гистерезисных потерях, равных нулю (вариант A). Анализ полученных результатов выявил следующие зависимости.

1. На дороге с асфальтобетонным покрытием влияние величины потерь на СКЗ виброускорений в центре колеса при движении в диапазоне скоростей от 20 до 120 км/ч незначительно (рис. 1). Однако, на скоростях выше 120 км/ч влияние величины гистерезисных потерь неоднозначно. Подобное поведение графика СКЗ виброускорений можно объяснить проявлением резонансных явлений.

Рисунок 1. Асфальтобетонное покрытие. СКЗ виброускорений центра колес: а) переднего левого; б) заднего левого.


Для виброускорений на кузове под сиденьем водителя и пассажира СКЗ виброускорений однозначно зависят от величины трения в подвесках: чем меньше трение — тем ниже СКЗ виброускорений (рис. 2). Разброс СКЗ виброускорений от величины гистерезисных потерь для вариантов A и B является максимальным для рассматриваемых точек и составляет в среднем 5%, когда как разброс СКЗ от величины трения от наименьшего до наибольшего составляет 10%. Также наблюдается проявление резонансов в зоне скоростей выше 120 км/ч.

Рисунок 2. Асфальтобетонное покрытие. СКЗ виброускорений точек кузова: а) под сиденьем водителя; б) под сиденьем заднего правого пассажира


Изменение СКЗ виброускорений на сиденье водителя и пассажиров в диапазоне скоростей от 20 до 120 км/ч для различных величин трения ограничивается кривыми, соответствующими величине трения для вариантов A и D (рис. 3). Следует отметить, что в диапазоне скоростей от 20 до 80 км/ч чем больше величина гистерезисных потерь — тем ниже СКЗ виброускорений на сиденьях водителя и пассажиров.

Рисунок 3. Асфальтобетонное покрытие. СКЗ виброускорений на сиденье: а) водителя; б) заднего правого пассажира


2. Моделирование движения на дорожном покрытии типа «легкий» и «тяжелый» булыжник показало схожий характер поведения кривых СКЗ виброускорений, в частности, для диапазона скоростей от 20 до 40 км/ч. Как и следовало ожидать, величина виброускорений при движении по «тяжелому» булыжнику несколько выше, нежели при движении по «легкому».

СКЗ виброускорений в центре колес тем меньше, чем больше величина гистерезисных потерь в системе подрессоривания. Диапазон изменения СКЗ виброускорений для «легкого» булыжника составляет 4,5–5% ниже нулевого трения; для «тяжелого» булыжника — 5,5–6% (рис. 4).

Рисунок 4. СКЗ виброускорений центра колес: а) «легкий» булыжник; б) «тяжелый» булыжник


Характер изменения СКЗ виброускорений под сиденьем водителя от величины гистерезисных потерь для различных типов булыжника прямо пропорционален: СКЗ виброускорений увеличиваются с ростом трения в подвеске (рис. 5). Интересно изменение СКЗ при движении по «легкому» булыжнику в точке под сиденьем водителя: в диапазоне скоростей от 30 до 45 км/ч величина трения в подвесках оказывает очень незначительное влияние на СКЗ виброускорений — разбег кривых составляет около 1% от нулевого трения, а для скоростей 20 и 60 км/ч — 9 и 6% соответственно. Аналогично поведение величин СКЗ виброускорений и для результатов расчетов движения по «тяжелому» булыжнику.

Рисунок 5. СКЗ виброускорений точек кузова под сиденьем водителя: а) «легкий» булыжник; б) «тяжелый» булыжник


Для точек на сиденье водителя и пассажира также характерен минимум СКЗ виброускорений на скорости 30 км/ч и максимум — на 45 км/ч (Рис. 1). Размах СКЗ виброускорений при движении на скорости 20 км/ч, по сравнению с точками под сиденьями, возрос и достигает 18 % для «легкого» булыжника и 15% для «тяжелого» булыжника от значений при нулевых потерях на трение. Однако, заметно характерное отличие: при величине гистерезисных потерь в подвеске, равной 20% от нагрузки (вариант E) СКЗ виброускорений достигают, а с дальнейшим ростом трения — и превышают СКЗ виброускорений при движении на скорости 45 км/ч.

Рисунок 1. СКЗ виброускорений точек на сиденье водителя: а) «легкий» булыжник; б) «тяжелый» булыжник


На основе вышесказанного можно сделать следующие выводы:

• На дороге с асфальтобетонным покрытием при движении в диапазоне скоростей от 20 до 80 км/ч наличие трения в подвеске, составляющего 20–30% от нагрузки на колесо не увеличивает, а, наоборот, снижает СКЗ виброускорений на сиденье водителя и пассажиров.

• Для движения по дорогам с булыжным покрытием в диапазоне скоростей от 30 до 45 км/ч величина трения в подвесках не оказывает влияния на СКЗ виброускорений как кузова, так и точек на сиденье водителя и пассажира.

• Для исследуемого легкового автомобиля величина гистерезисных потерь до 20% от нагрузки не оказывает существенного влияния на виброускорения водителя и пассажиров.

• Оптимизация жесткости и демпфирования подвесок должна проводиться с учетом достигаемой в данной конструкции подвески величины гистерезисных потерь.