Плавность хода автомобиля кратко
Обновлено: 05.07.2024
Несущая система (кузов или рама) автомобиля при движении совершает сложное колебательное движение (рис. 1). При этом элементы несущей системы могут перемещаться поступательно (параллельно кузову или раме) вдоль трех взаимно перпендикулярных осей x , y , z , и одновременно иметь угловые перемещения (вращательные движения) относительно каждой из них.
За начало координат принимают центр тяжести автомобиля.
При этом кузов может совершать шесть различных колебаний, соответствующих шести степеням свободы:
- поступательное вертикальное относительно вертикальной оси z (подпрыгивание);
- поступательное продольное относительно оси x (подергивания вперед и назад);
- поступательные поперечные относительно поперечной оси у (шатание из стороны в сторону);
- угловые продольные (галопирование) относительно оси у ;
- угловые поперечные (покачивание) относительно оси х ;
- угловые боковые (рыскание) относительно оси z .
Главное влияние на плавность хода и самочувствие человека в автомобиле оказывают два вида колебаний: поступательное вертикальное (подпрыгивание) и угловые продольные (галопирование). Другими колебаниями при расчетной оценке плавности хода автомобиля можно пренебречь для упрощения исследования данного явления, что позволит рассматривать колебания автомобиля, как плоской фигуры, имеющей форму боковой поверхности корпуса автомобиля в одной вертикальной плоскости, совпадающей со средней плоскостью автомобиля.
Колебания в вертикальной плоскости зависят от жесткости упругого элемента подвески и эластичности шин.
Так как упругий элемент подвески после наезда на препятствие продолжает совершать затухающие колебания, то для гашения этих колебаний в состав подвески вводят амортизаторы. Подбирая характеристику упругого элемента к конкретной модели автомобиля, добиваются искомой плавности хода в вертикальной плоскости.
Характеристикой упругого элемента подвески называется зависимость между нагрузкой Gг на упругий элемент и его деформацией f0 (прогибом, сжатием и т. п.).
Более сложное влияние на плавность хода оказывает галопирование.
Если возмущающая сила Р приложена не к центру упругости, а в другой точке, то возникает как линейное, так и угловое перемещение (рис. 2).
Из условия равновесия системы относительно центра тяжести:
где R1 и R2 – реакции опор;
х – расстояние от центра упругости до центра тяжести:
Заменив реакции на жесткость и деформации упругих элементов
получим следующее уравнение:
Если сила Р приложена к центру упругости, то f1 = f2 , и в этом случае получим:
Заменив массу кузова mк тремя массами: m1 – приходящуюся на переднюю подвеску, m2 – приходящуюся на заднюю подвеску и m3 – находящуюся в центре тяжести, получим:
Момент инерции системы I относительно горизонтальной оси у должен быть равен моменту инерции подрессоренной массы относительно той же оси:
где ρк – радиус инерции подрессоренной массы автомобиля.
Во время колебаний появляется сила инерции Рц = m3j , которая создает момент относительно центра упругости:
Момент Мц = 0, если масса m3 = 0 или плечо силы Рц равно нулю.
Из уравнения (1) следует, что масса m3 равна нулю, если ρк 2 / ( l1l2 ) = 1.
Если плечо х = 0, т. е. центр тяжести совпадает с центром упругости, то
Следовательно, жесткость подвески необходимо выбирать таким образом, чтобы она была обратно пропорциональна расстояниям центра тяжести от передней и задней осей. Тогда при одинаковых прогибах передней и задней подвесок кузов автомобиля будет перемещаться без галопирования.
Тем не менее, выполнение этого условия не устраняет полностью угловые колебания кузова автомобиля. Они возникают при неодновременном наезде колес переднего и заднего мостов на неровности дороги. Сдвиг по времени между двумя воздействиями зависит от базы автомобиля и скорости его движения.
Амплитуда угловых колебаний уменьшается, если упругие элементы передней подвески имеют меньшую частоту собственных колебаний, чем упругие элементы задней подвески.
Способы повышения плавности хода автомобиля
Так как наряду с упругим элементом подвески на плавность хода оказывают влияние упругие свойства шины, то целесообразно устанавливать на автомобиль шины меньшей жесткости.
На жесткость шины влияет ее конструкция, ширина профиля и давление воздуха в ней.
Использование независимых подвесок по сравнению с зависимыми также повышает плавность хода, так как в этом случае существенно уменьшается галопирование.
Другим важным условием обеспечения плавности хода автомобиля является оптимальная расстановка колес по длине кузова. Каждая неровность дороги передает на автомобиль не один, а серию импульсов, воздействующих последовательно на каждое колесо переднего и заднего моста. В зависимости от расстановки колес в одних и тех же дорожных условиях эти импульсы могут для одного автомобиля усиливать колебания, а для другого ослаблять.
Конструкция амортизаторов, их число и расположение оказывают влияние, как на плавность хода, так и на безопасность движения. Так, например, газонаполненные амортизаторы обладают большей жесткостью по сравнению с гидравлическими при движении по дорогам с большим количеством неровностей, в то же время при движении по дорогам хорошего качества с большими скоростями они обеспечивают лучший контакт колес с дорогой, а значит и устойчивость автомобиля.
Конструктивные факторы однозначно определяют плавность хода только при вполне определенных внешних условиях и режимах работы автомобиля, к которым относятся:
Колебания автомобиля влияют практически на все основные эксплуатационные свойства машины: комфортабельность и плавность хода, устойчивость управляемость и даже расход топлива.
Колебания возрастают с увеличением скорости движения, повышением мощности двигателя, существенное влияние на колебания оказывает качество дороги.
Колебания и вибрации в автомобилях являются источником шума. Колебания, вибрации и шум оказывают вредное воздействие на водителя, пассажиров и окружающую среду.
Установлены нормы и стандарты, определяющие допустимые уровни колебаний, вибраций и шумов автомобилей. От этих показателей зависят качество и цена легкового автомобиля.
Испытания автомобилей на определение уровня колебаний, вибраций и шума проводятся в лабораториях и на специальных дорогах автополигонов.
Сделать легковой автомобиль, в котором отсутствуют колебания, вибрации и шум, невозможно, как невозможно построить вечный двигатель. Однако вполне возможно создать автомобиль с минимальными уровнями колебаний, вибраций и шума.
Колебания возникают прежде всего при взаимодействии колес с поверхностью дороги. В результате прогиба пневматических шин и деформации подвески колеса и кузов совершают сложные колебания. По колебаниям колес судят об устойчивости и управляемости автомобиля. Колебания кузова непосредственно определяют плавность хода.
Колебания вдоль продольной оси проявляются при торможении и разгоне, но не могут быть определяющими для плавности хода. Горизонтальные колебания вдоль поперечной оси кузова (боковые колебания) возможны лишь за счет боковой деформации шин. В результате использования подвески колес кузов совершает главным образом вертикальные, продольно-угловые и поперечно-угловые колебания. Перечисленные колебания и определяют плавность хода автомобиля.
Оценка плавности хода автомобиля. Что же такое плавность хода и почему ей уделяется особое внимание при проектировании, эксплуатации и сравнительной оценке различных легковых автомобилей? Конечно, плавность хода зависит не только от конструкции автомобиля и его подвески, но и от качества дорожного покрытия и скорости движения. Можно дать следующее определение: плавностью хода называется свойство автомобиля обеспечивать защиту водителя, пассажиров и перевозимого груза от колебаний и вибраций, толчков и ударов, возникающих в результате взаимодействия колес с дорогой.
Само понятие плавность хода возникло давно. Каретных дел мас;тера искусно делали подвеску экипажей с конной тягой, добиваясь высокой плавности хода. Подвеска старинных карет была весьма мягкой, имела длинные рессоры с большим прогибом и малой жесткостью. Любопытно, что по этим параметрам она превосходила подвески колес многих современных автомобилей. В начале своего пути автомобили имели далеко не рекордные скорости среди наземных транспортных средств. Например, в 1894 г. во время первых автомобильных гонок Париж Руан автомобили с двигателями Даймлера показали среднюю скорость 20,5 км/ч. Однако за первые 10. 15 лет существования автомобиля резко возросла его скорость, превысив 100 км/ч.
Первые мировые рекорды скорости принадлежали автомобилям с электромоторами (электромобили). В 1898 г. электромобиль Шарля Жанто (Франция) с двумя электромоторами (общая мощность.36 л.с.) установил первый в мире абсолютный рекорд скорости 63,149 км/ч, а в 1899 г. электромобиль Всегда недовольный бельгийца Камиля Женатци (мощность электромотора 40 л. с.) превзошел стокилометровый барьер 105, 876 км/ч. Однако электромобильные рекорды продержались недолго. В 1902 г. француз Анри Фурнье на автомобиле Мерс с бензиновым двигателем в 60 л.с. повысил абсолютный рекорд до 123,772 км/ч.
Прохождение автомобилями рубежа скорости 100 км/ч не обошлось без жертв. На гонках Париж Мадрид в 1903 г. из-за высокой скорости (более 100 км/ч), плохой дороги, пыли, низкой плавности хода произошли катастрофы, и французское правительство запретило продолжать гонки. Автомобили конной тягой были доставлены на железную дорогу.
В 1904 г. молодой Генри Форд на своем автомобиле Стрела достиг скорости 147 км/ч.
О комфортабельности и плавности хода первых рекордных автомобилей можно судить по машине Форда Стрела, у которой ведущие колеса жестко крепились к раме, а моторы не имели глушителей. Почему водитель не вылетел из своего сиденья, держась лишь за рукоятку управления, абсолютно неясно. Самое важное было скорость.
Нормы вибронагруженности устанавливаются такими, чтобы на дорогах, для которых предназначен автомобиль, колебания водителя и пассажиров не вызывали у них неприятных ощущений и быстрой утомляемости, а колебания грузов и конструктивных элементов автомобиля не приводили к их повреждениям. Возникающие при движении автомобиля колебания, вызванные неровностями дороги, оказывают влияние не только на плавность хода, но и на ряд других эксплуатационных свойств. Так, при эксплуатации грузовых автомобилей на дорогах с неудовлетворительным состоянием поверхности средняя скорость движения уменьшается на 40. 50 %, межремонтный пробег — на 35. 40 %, расход топлива увеличивается на 50. 70 %, а себестоимость перевозок — на 50. 60 %. Автомобиль представляет собой колебательную систему, в которую входят инерционные, упругие и диссипативные элементы. К инерционным относятся массы кузова, мостов с колесами, людей и грузов. Различают массы подрессоренные (массы кузова, груза и пассажиров) и неподрессоренные (массы мостов и колес). Упругие и диссипативные элементы составляют основу виброзащитной системы автомобиля. В эту систему входят: подвеска, шины, сиденья водителя и пассажиров. К подвеске относятся все конструктивные элементы, соединяющие мосты или отдельные колеса с рамой или кузовом. Кроме упругих и диссипативных элементов в нее входят направляющие устройства, определяющие кинематические характеристики перемещения колес относительно рамы или кузова и обеспечивающие передачу между ними усилий и моментов. Воздействия неровностей дороги на колебательную систему автомобиля вызывают колебания масс и приводят к изменению их кинетической энергии. Упругие элементы предназначены для преобразования энергии толчков и ударов, создаваемых неровностями дороги, в потенциальную энергию упругих элементов. Назначение диссипативных элементов — гашение колебаний. Они обеспечивают рассеивание энергии, превращая механическую энергию колебаний в тепловую. Интенсивность гашения колебаний зависит от величины трения диссипативного элемента (гидравлического сопротивления амортизатора, внутреннего трения элементов шины и сидений).
Одно из самых главных потребительских качеств автомобиля - это плавность хода.
Давайте приведу пример.
Допустим, Вы очень устали, много работали, ночь не спали и прочее. Вы хотите полежать, отдохнуть, а если получится, то и поспать.
Но вокруг Вас раздражители.
Шум вокруг Вас - если очень устал, то полежать в шуме можно, а если шум равномерный, то можно и уснуть. Холодно, жарко – тоже можно пережить. Тесно – не вопрос, можно свернутся калачиком.
Но вот если Ваше ложе будет трясти, если в Вашу кровать будут врезаться, например, бегающие вокруг дети – отдохнуть никак не получится.
Так же и с автомобилем. Если у него плохая шумка, то Вы от перемещения на нем устанете, но не сильно. Тем более, что большинство автолюбителей все равно включают радио в машине, так что некоторый фоновый шум все равно присутствует. Бывают машины без кондиционеров, со слабыми печками, бывают и откровенно тесные автомобили.
Но главное причина усталости от дороги – тряска. И соответственно главное качество автомобиля – плавность хода.
Главным оно становится, если Вы ездите много, скажем от 50 км в день. Если поездки Ваши короткие, например 10-15 км в день, то плавность хода не так и важна.
От чего зависит плавность хода автомобиля?
В первую очередь она зависит от базы автомобиля, расстояния между его осями:
Поэтому у американцев, когда еще бензин стоил очень дешево, в почете были длинные и большие автомобили, длиной от 5 метров.
Да и сейчас там Тойота Камри, например, это среднеразмерный семейный седан. В почете семейные седаны и побольше - та же Тойота Авалон.
В США ездят много, живут часто загородом, и 50 км в день для них – запросто.
Если Вы хотите машину с хорошей плавностью хода, то придется покупать машину относительно большую и длинную. Короткие, небольшие автомобили конструктивно не могут быть мягкими и комфортными.
Во вторую очередь плавность хода зависит от конструкции подвески.
Можно сделать подвеску мягкую, хорошо отрабатывающую неровности и обеспечивающую хорошую плавность хода.
Т.е управляемость и плавность хода - это антагонисты, либо одно, либо другое.
Есть подвески, которые обеспечивают и хорошую плавность хода, и хорошую управляемость. Но они конструктивно очень сложны – пневмобаллоны, регулируемая жесткость амортизаторов, множество рычагов в подвеске. Такую конструкцию используют только в дорогих машинах премиум-класса, и такая подвеска недолго служит – часто на российских дорогах ее приходится перебирать раз в 50 000 км.
На плавность хода также влияют покрышки, которые установлены на машину. Покрышки с низким профилем (небольшое расстояние между ободом диска и поверхность дороги) – обеспечивают хорошую управляемость и плохую плавность хода. И наоборот, высокопрофильные покрышки - мягкие, но машина на них плохо управляется. По сути, покрышки тоже можно отнести к конструкции подвески автомобиля.
Если Вам нужна хорошая плавность хода, то придется покупать длинную машину в любом случае. А с подвеской есть варианты – либо покупать машину дорогую со сложной подвеской – тогда и плавность хода будет хорошей, и управляемость. Либо жертвовать управляемостью и получать мягкую и долговечную подвеску.
Если говорить о марках, то все премиальные марки (БМВ, Меседес, легковые Лексусы, Ауди, частично Фольцваген) имеют сложную подвеску, которая имеет и хорошую управляемость, и хорошую плавность хода.
Европейские непремиальные марки (Опель, Шкода, Французы, Итальянцы) имеют уклон в сторону управляемости, и соответственно плавность хода у них неважная.
Японские и американские марки, как правило, имеют хорошую плавность хода, но неважную управляемость.
Плавность хода автомобиля - качество, которое определяет утомляемость пассажиров и водителя и сохранность, груза, а также влияет на скорость движения по неровным дорогам. Плавность хода зависит от распределения масс автомобиля по его длине и расположения центра тяжести, конструкции подвески и шин, отношения весов подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля, упругости сидений и их расположения по длине автомобиля. [1]
Плавность хода автомобилей исследуется как аналитическим методом, так и путем непосредственных экспериментов. Эти исследования сложны вследствие сложности решения уравнений колебаний автомобиля, большого разнообразия встречающихся колебаний и недостаточности сведений о влиянии этих колебаний на организм человека. [2]
Плавность хода автомобиля характеризуется возможностью его движения по дорогам различной ровности с минимальными колебаниями кузова. [3]
Плавность хода автомобиля при значительном изменении нагрузки на упругий элемент можно улучшить путем применения подвески с нелинейной упругой характеристикой, у которой жесткость изменяется при изменении нагрузки. [5]
Плавность хода автомобилей оценивается количеством толчков на 1 км пути при конкретных вертикальных ускорениях. [6]
Плавность хода автомобиля является качеством, которое обеспечивает движение автомобиля по неровностям дороги с наименьшими колебаниями кузова. [7]
Плавностью хода автомобиля называют его свойство двигаться по неровным дорогам без сильных сотрясений кузова. [8]
На плавность хода автомобиля оказывает большое влияние соотношение весов подрессоренных ( кузов, двигатель, коробка передач) и неподрессоренных ( мосты, колеса) масс. Чем больше вес подрессоренных масс по отношению к весу неподрессоренных, тем выше плавность хода; поэтому, в частности, груженый автомобиль движется более плавно, чем негруженый. [9]
Под плавностью хода автомобиля следует понимать его способность двигаться с заданными эксплуатационными скоростями, не оказывая вредного влияния на физиологическое состояние водителя и пассажиров и обеспечивая сохранность грузов и нормальную работу механизмов автомобиля. [10]
Экспериментальное исследование плавности хода автомобиля производят путем лабораторных и дорожных испытаний его различными методами. [11]
При исследовании плавности хода автомобиля и расчете подвески необходимо знать момент инерции / к подрессоренных масс ( кузова) относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести и перпендикулярной к продольной оси автомобиля. Наиболее простой способ определения величины / к состоит в том, что автомобиль раскачивают вокруг одной из его осей. Другую ось вместе с подвеской удаляют и заменяют пружинами. [13]
Для обеспечения плавности хода автомобиля и удобной езды надо периодически проверять надежность крепления амортизаторов на автомобиле и правильность их работы, а также менять рабочую жидкость амортизатора через каждые 25 - 30 тыс. км пробега автомобиля с предварительной промывкой амортизатора керосином. Амортизаторы влияют на долговечность рессор, уменьшая вероятность поломки их от перенапряжения металла и от усталостного разрушения. [14]
Читайте также: