Метод определения сил, действующих на элементы рулевого управления.

Гурвич Ю. А., Лебедев Е.П.

Белорусский национальный технический университет

Возрастающий объем автоперевозок требует большого внимания к безопасности движения. В обеспечении безопасности движения значительную роль выполняют стабилизирующие моменты на поворотных цапфах автомобиля, которые увеличиваются с уменьшением радиуса поворота и таким образом способствуют ощущению водителем дороги через рулевое управление. Устойчивое управление колесами возможно лишь тогда, когда стабилизирующие моменты при криволинейном движении способствуют установке рулевого управления в нейтральное положение. Однако усилие, прикладываемое к рулевому колесу для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения. В соответствии с требованиями ОСТ 27.001.487-99 усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, не должно превышать 220 Н при движении с исправным усилителем рулевого управления и 450 Н при неработающем усилителе.

Рисунок 1 Главная форма программы по расчету усилия на рулевом колесе

На эксплуатационные качества рулевого управления влияют кинематические параметры рулевого механизма, рулевого привода, установочные параметры управляемых колес, схема привода ведущих колес и характеристики шины, связывающие кинематические параметры кругового движения автомобиля с силами на колесах. Выполнение требований к рулевому управлению определяют при проведении приемочных испытаний.

Чтобы при конструировании получить представление об ожидаемых качествах рулевого управления, целесообразно математическое исследование. Это исследование должно показать, в каком направлении можно достигнуть улучшения качеств

рулевого управления.

Программа «Усилие на рулевом колесе» позволяет определить различные силовые характеристики при повороте автобуса в процессе движения и повороте рулевого колеса стоящего на месте автобуса. Для этого разработана новая методика, позволяющая еще на стадии проектирования машины с достаточной для практики точностью рассчитать усилие на рулевом колесе (без усилителя руля).

Основным механизмом рулевого привода является шарнирный четырехзвенник. Этот механизм используется в качестве рулевой трапеции в составе рулевого привода от рулевого механизма к рулевой трапеции (рисунок 2).

Задача определения скоростей и передаточных отношений сводится к совместному решению уравнений проекций на оси координат контуров, образованных звеньями механизмов с последующим дифференцированием этих уравнений.

Метод расчета параметров кругового движения колесной машины [1] излагается без упрощающих допущений об углах увода, используемых обычно в теории поворота колесных машин [2, 3].

Рисунок 2. Кинематическая схема рулевого привода

Рисунок 3. Зависимость усилия на рулевом колесе от радиуса горизонтальной проходимости автобуса «МАЗ» полной массой 18т при круговом движении со скоростью 10 км/ч

Рисунок 4. Зависимость усилия на рулевом колесе от угла поворота внутреннего колеса автобуса «МАЗ» полной массой 18т при круговом движении со скоростью 10 км/ч

Машина схематизируется одномассовой пространственной моделью с системой координат, зафиксированной в центре масс. Ось x системы координат направлена вперед вдоль продольной оси машины, а z – вниз перпендикулярно к дороге.

Выполненные расчеты показали, что усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу автобуса «МАЗ», при неработающем усилителе и габаритном радиусе поворота , не превышает нормированного значения 500 Н.

На рисунке 3 приведена графическая зависимость усилия на рулевом колесе от радиуса горизонтальной проходимости при левом и правом повороте (1 – влево, 2 - вправо). На рисунке 4 приведены зависимости усилия F_В на рулевом колесе от угла a₁ поворота внутреннего колеса и значений угла a₂ внешнего колеса, автобуса «МАЗ» полной массой 18т при круговом движении.

Выводы. 1. Разработан расчетный метод определения сил и моментов, действующих в контакте колес с дорогой при круговом движении автомобиля.

2. Для уменьшения разницы усилий на рулевом колесе при его повороте «влево - вправо» необходимо изменить передаточное отношение рычажных механизмов.

3. На основе разработанного метода расчета сил и моментов, действующих на каждое колесо машины, усовершенствован способ расчета стабилизирующих моментов на поворотных цапфах управляемых колес.

4. Разработана и адаптирована к автобусу «МАЗ» методика, алгоритм и программа для ЭВМ, позволяющая впервые на стадии проектирования автобуса (или уже у спроектированного автобуса) определить усилие на рулевом колесе при неработающем усилителе.

Литература

1. Андреев А.Ф. Исследование движения колесной машины с большими углами поворота управляемых колес// Конструирование и эксплуатация автомобилей и тракторов. Мн., 1991. Вып.6, с. 60-66.

2. Андреев А.Ф., Лефаров А. Х. Статическая поворотливость полноприводных колесных машин с дифференциальным межосевым приводом// Автотракторостроение: расчеты и исследования агрегатов автомобилей, тракторов и их двигателей. – Мн.: Высшая школа 1978, с 71 – 73.

3. Фаробин Я.Е. Теория поворота транспортных машин – М.: Машиностроение, 1970. – 176 с.