Устойчивость движений в механизмах реферат

Обновлено: 05.07.2024

Автомобиль обладает целым рядом эксплуатационных свойств (связанных и не свя­занных с движением) характеризующих выполнение им транспортных и специ­альных работ: перевозки пассажиров, грузов и специального обо­рудования. Эти свойства определяют приспособленность автомо­биля к условиям эксплуатации, а также эффективность и удоб­ство его использования.

Тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная эконо­мичность, управляемость, маневренность, устойчивость, проходимость, плавность хода, экологичность и безопасность обеспечивают движение автомобилей и определяют его закономерности. Вместимость, прочность, долговечность, приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту, погрузочно-разгрузочным работам, посадке и высадке пассажиров во многом опреде­ляют эффективность и удобство использования автомобиля.

Эксплуатационные свойства, обеспечивающие движение авто­мобиля, существенно зависят от конструкции и технического со­стояния автомобиля, его систем и механизмов. Чем совершеннее конструкция автомобиля и лучше его техническое состояние, тем выше эксплуатационные свойства автомобиля.

Поэтому автомо­биль, его системы и механизмы конструируют таким образом, чтобы он имел определенные эксплуатационные свойства, требуемые для заданных условий эксплуатации и обеспечивающие его эффективное использование.

1 Устойчивость автомобиля
Устойчивость автомобиля это совокупность его качеств, обеспечивающих движение в требуемом направлении без бокового скольжения (заноса) или опрокидывания. Под потерей автомобилем устойчивости подразумевают опрокидывание или скольжение автомобиля.

Устойчивость является одним из важнейших эксплуатационных свойств автомобиля, от которого во многом зависит безопасность движения. Управляя неустойчивым автомобилем, водитель вынужден более внимательно следить за дорожной обстановкой и постоянно корректировать движение автомобиля, чтобы он не выехал за пределы дороги.

В зависимости от направления бокового скольжения или опрокидывания различают поперечную и продольную устойчивость. Более вероятна и опасна потеря поперечной устойчивости, возникающая вследствие действия различных боковых сил. Потеря поперечной устойчивости может произойти как при криволинейном, так и при прямолинейном движении. Показателями поперечной устойчивости автомобиля при криволинейном движении являются максимальные (критические) скорости движения по дуге окружности, соответствующие началу заноса и началу опрокидывания.

Потеря поперечной устойчивости при прямолинейном движении может наступить, если автомобиль движется по косогору, т. е. по дороге с поперечным уклоном. В этом случае показателями поперечной устойчивости являются максимальный (критический) угол косогора, соответствующий началу поперечного скольжения колес. Опрокидывание автомобиля в продольной плоскости практически не встречается. Потеря автомобилем продольной устойчивости выражается, как правило, в буксовании ведущих колес, особенно часто наблюдаемом при преодолении автопоездом затяжных крутых подъемов со скользкой поверхностью. Показателем продольной устойчивости служит максимальный угол подъема, преодолеваемый автомобилем без буксования ведущих колес.

1.2 Курсовая устойчивость автомобиля
Свойство автомобиля двигаться прямолинейно без корректирующих
действий водителя при неизменном положении рулевого колеса, называется курсовой устойчивостью. Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью самопроизвольно меняет направление движения (рыскает по дороге), создавая угрозу другим транспортным средствам и пешеходам.

Нарушение курсовой устойчивости при прямолинейном движении автомобиля может быть из-за бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, разных по величине тяговых или тормозных сил на колесах правой и левой стороны. Это может быть вызвано и неправильными приемами вождения (резким торможением или разгоном), а также техническими неисправностями (неправильная регулировка тормозных механизмов, прокол или разрыв шины и т.п.).

Часто предпосылкой потери курсовой устойчивости является скорость автомобиля, не соответствующая дорожным условиям, когда тяговая сила на ведущих колесах приближается к силе сцепления и возможно их буксование. Но при этом скорость сама по себе не может нарушить курсовую устойчивость, но она усиливает вероятность опасных последствий. Вместе с тем водитель имеет возможность уменьшить силу тяги, уменьшив подачу топлива. Поэтому начавшееся буксование колес может привести к аварии, только в результате неправильных или несвоевременных действий водителя.

При движении автомобиля по неровной дороге, со скоростью близкой к скорости потери силы сцепления, наезд колеса на выступ или впадину приводит к изменению вертикальной и соответственно касательной реакции на одном из ведущих колес автомобиля, что может привести к заносу.


Автомобиль может потерять поперечную устойчивость и во время прямолинейного движения, если водитель очень резко повернет управляемые колеса. Возникающая при этом центробежная сила может весьма быстро достигнуть значения силы сцепления шин с дорогой и вызвать занос

. 1.3 Устойчивость автомобиля при криволинейном движении
При криволинейном движении автомобиля, нарушение поперечной устойчивости приводит к заносу или опрокидыванию автомобиля под действием центробежной силы. Особенно ухудшает устойчивость повышение положения центра масс автомобиля (например, большая масса груза на съемном багажнике на крыше).

Если скорость автомобиля велика, а коэффициент сцепления мал, то резкий поворот управляемых колес вызовет занос автомобиля в течение весьма короткого промежутка времени. В особенно неблагоприятных условиях это время может оказаться меньше времени реакции водителя и он не успеет принять мер для ликвидации начавшегося заноса. Чтобы избежать потери автомобилем устойчивости, необходимо плавно уменьшать скорость до начала поворота, в особенности на влажной и скользкой дороге.

Для обеспечения безопасности движения автомобиля по кривым малого радиуса на дороге устраивают виражи, на которых проезжая часть и обочины имеют поперечный наклон к центру кривой.
1.4 Продольная устойчивость автомобиля
У современных автомобилей с низко расположенным центром тяжести опрокидывание в продольной плоскости маловероятно и практически исключено. Потеря продольной устойчивости может проявиться в буксовании ведущих колес, вызывающее сползание автомобиля, во время преодоления крутого подъема большой длины.

Критический угол подъёма в большой степени зависит от коэффициента сцепления шин с дорогой. Для автопоездов при коэффициенте сцепления φ = 0,3 этот угол не превышает 4-6°. Этим объясняется часто наблюдаемое в зимнее время буксование ведущих колес тягача автопоезда на сравнительно пологих подъемах.

2. Влияние технического состояния автомобиля на устойчивость
На устойчивость автомобиля, прежде всего, влияет состояние ходовой части и органов управления. Так, по мере изнашивания и уменьшения высоты протектора шин снижается коэффициент их сцепления с дорогой. Особенно заметно это уменьшение при движении по мокрому покрытию с большой скоростью. Уменьшение коэффициента сцепления ведет к увеличению тормозного и остановочного путей автомобиля и потере им устойчивости. Поэтому Правила дорожного движения запрещают эксплуатацию шин, у которых глубина протектора меньше 1,6 мм для легковых автомобилей, и меньше 1 мм для грузовых.

Если с правой и с левой сторон автомобиля установлены шины с различной степенью износа, то при торможении из-за разности величин тормозных сил возникает поворачивающий момент, который может привести к аварии.

Неправильная регулировка тормозных механизмов и замасливание фрикционных накладок могут привести к различной величине тормозных моментов на колесах правой и левой сторон автомобиля и, как следствие, к потере устойчивости. К таким же результатам приводит неисправность одного из тормозных механизмов.

При изнашивании деталей рулевого управления и переднего моста увеличивается свободных ход рулевого колеса, что отрицательно сказывается на курсовой устойчивости автомобиля. Движение автомобиля становится трудно контролируемым, резко возрастает частота поворотов рулевого колеса, необходимых для сохранения прямолинейного движения.

Вследствие дисбаланса колес могут возникнуть их колебания и в процессе движения автомобиля, даже на дорогах с хорошим покрытием, эти
колебания увеличивают динамические нагрузки на детали ходовой части и рулевого управления, а при больших размахах могут привести к потере устойчивости.

3. Система курсовой устойчивости
Согласно статистике ДТП 1/6 всех аварий происходит по причине заноса автомобиля, особенно при слабом сцеплении с дорожным полотном (гололед, снег, дождь). Система курсовой устойчивости включается в работу, прежде всего, при резких маневрах, нервных реакциях водителя, недостаточной или избыточной поворачиваемости автомобиля, а также при смене качества дорожного покрытия (сила трения), выполняя при этом индивидуальное подтормаживание колес и воздействуя на систему управления двигателем с целью стабилизации автомобиля.

Система курсовой устойчивости (другое наименование - система динамической стабилизации) предназначена для сохранения устойчивости и управляемости автомобиля за счет заблаговременного определения и устранения критической ситуации.

Система курсовой устойчивости (ESC) – это электрогидравлическая система активной безопасности, главное назначение которой - не дать автомобилю уйти в занос, то есть предотвратить отклонение от заданной траектории движения при резком маневрировании. Аббревиатура ESC расшифровывается как Electronic Stability Control — электронный контроль устойчивости (ЭКУ).

Используются в оценке действий водителя датчики угла поворота рулевого колеса, давления в тормозной системе, выключатель стоп-сигнала. Оценивают фактические параметры движения датчики частоты вращения колес, продольного и поперечного ускорения, угловой скорости автомобиля, давления в тормозной системе.

Блок управления системы ESP принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства подконтрольных систем активной безопасности:

- впускные и выпускные клапаны системы ABS;

- переключающие и клапаны высокого давления системы ASR;

- контрольные лампы системы ESP, системы ABS, тормозной системы.

В своей работе блок управления ESP взаимодействует с системой управления двигателем и автоматической коробки передач (через соответствующие блоки). Помимо приема сигналов от этих систем блок управления формирует управляющие воздействия на элементы системы управления двигателем и АКПП.

Для работы системы динамической стабилизации используется гидравлический блок системы ABS/ASR со всеми компонентами.

3.2 Принцип работы системы курсовой устойчивости
Определение наступления аварийной ситуации осуществляется путем сравнения действий водителя и параметров движения автомобиля. В случае, когда действия водителя (желаемые параметры движения) отличаются от фактических параметров движения автомобиля, система ESP распознает ситуацию как неконтролируемую и включается в работу.

Стабилизация движения автомобиля с помощью системы курсовой устойчивости может достигаться несколькими способами:

- подтормаживанием определенных колес;

- изменением крутящего момента двигателя;

- изменением угла поворота передних колес (при наличии системы активного рулевого управления);

- изменением степени демпфирования амортизаторов (при наличии адаптивной подвески) .

При недостаточной поворачиваемости система ESP предотвращает увод автомобиля наружу за пределы траектории поворота, подтормаживая заднее внутреннее колесо и изменяя крутящий момент двигателя.

При избыточной поворачиваемости занос автомобиля в повороте предотвращается подтормаживанием переднего наружного колеса и изменением крутящего момента двигателя.

Подтормаживание колес производится путем включения в работу соответствующих систем активной безопасности. Работа при этом носит циклический характер: увеличение давления, удержание давления и сброс давления в тормозной системе.

Изменение крутящего момента двигателя в системе ESP может осуществляться несколькими путями:

- изменением положения дроссельной заслонки;

- пропуском впрыска топлива;

- пропуском импульсов зажигания;

- изменением угла опережения зажигания;

- отменой переключения передачи в АКПП;

- перераспределением крутящего момента между осями (при наличии полного привода). Система, объединяющая систему курсовой устойчивости, рулевое управление и подвеску носит название интегрированной системы управления динамикой автомобиля.
3.3 Дополнительные функции системы курсовой устойчивости
В конструкции системы курсовой устойчивости могут быть реализованы следующие дополнительные функции (подсистемы):

- гидравлический усилитель тормозов;

- повышения эффективности тормозов при нагреве;

- удаления влаги с тормозных дисков и др.

Все перечисленные системы, в основном, не имеют своих конструктивных элементов, а являются программным расширением системы ESP.

Эксплуатационные свойства автомобиля зависят от конструкции и его агрегатов, условий эксплуатации, качества топлива и смазочных материалов, технического состояния автомобиля и мастерства вождения.

Современный этап развития теории эк­сплуатационных свойств автомобиля характеризуется углубленным изучением отдельных их особенностей, оценкой их в комплексе и оптимизацией показателей технических параметров. Это позволяет на стадии проектирования автомобиля соз­давать наиболее рациональные конструк­ции, а при использовании обеспечить максимальную эффективность их примене­ния в конкретных условиях эксплуатации.

Тема безопасности вождения и сохранности жизни водителя и пассажиров не теряет актуальности и по сей день. В 90-х годах прошлого века был сделан значительный шаг в обеспечении безопасности вождения. Была создана система динамической стабилизации автомобиля ESP и ESC. Благодаря этому снизилось количество ДТП на дорогах.

При управлении автомобилем с системой курсовой устойчивости можно выделить два основных момента:

- нужно понимать, что система не всесильна, и она не может спасти от сильных заносов, поэтому нужно проходить повороты и делать маневры на разрешенных скоростях.

Система ESP (система курсовой устойчивости) сейчас устанавливается почти на все новые автомобили так как она стала базой для обеспечения безопасности. В целом, сегодня нет более совершенной активной системы безопасности, чем система курсовой устойчивости, поэтому не нужно ею пренебрегать - она никогда не растеряется, не перепутает педали, и всегда сделает то, что нужно, а значит спасёт чью то жизнь.

Задача об устойчивости имеет значение не только при исследовании положений равновесия, но и при исследовании движения механических систем. Она возникает в связи с необходимостью знать, как изменится движение при отклонении начальных условий от заданных. Исследованием вопросов устойчивости равновесия занимался еще Аристотель. Лагранж сформулировал известную теорему об устойчивости равновесия и рассмотрел малые возмущенные движения в окрестности положения равновесия системы. Развитием учения об устойчивости равновесия и движения занимались такие крупнейшие ученые, как П. Тэт (1831 — 1901), Томсон (лорд Кельвин) (1824—1907), Э. Раус, А. Пуанкаре, Н. Е. Жуковский (1847—1921) и др.

Наиболее полное решение задачи об устойчивости движения дал А. М. Ляпунов в своей докторской диссертации в 1892 г. В настоящее время задачи об устойчивости решаются во всех областях механики.

Предположим, что уравнения движения механической системы сведены к дифференциальным уравнениям

правые части которых являются голоморфными функциями координат и пусть

некоторое частное решение системы, отвечающее начальным данным при

Это частное решение назовем невозмущенпым движением. Все другие решения системы будем называть возмущенными движениями.

Разности значений для возмущенного и невозмущенного движений

Определение. Невозмущенное движение будем называть устойчивым по отношению к величинам если для всякого положительного числа А, как бы мало оно ни было, всегда найдется другое положительное число X, такое, что для всех возмущенных движений, удовлетворяющих в начальный момент неравенству

при всяком будет выполняться условие

в противном случае невозмущенное движение будем называть неустойчивым.

Решение задачи об устойчивости движения зависит от тех дифференциальных уравнений, которым удовлетворяют возмущения

и которые мы будем называть уравнениями возмущенного движения. Уравнения эти получаются следующим образом:

Определению устойчивости движения можно теперь дать иную формулировку.

Невозмущенное движение будем называть устойчивым, если для любого положительного числа А, как бы. мало оно ни было, можно всегда подобрать другое положительное число X такое, что для всех возмущений, удовлетворяющих в начальный момент условию

для всех значений будет выполняться неравенство

Если уравнения возмущенного движения не включают явно времени то невозмущенное движение будем называть установившимся, в противном случае — неустановившимся.

Будем предполагать, что правые части дифференциальных уравнений возмущенного движения являются непрерывными ограниченными функциями переменных допускающими единственное решение для каждой системы начальных значений переменных, лежащих в области

Сущность устойчивости в малом и целом смысле. Исследование Ляпуновым устойчивости движения в окрестности особых точек. Разработка и использование второго (прямого) метода Ляпунова. Устойчивость движения в предельных циклах, определение автоколебаний.

Подобные документы

Определение устойчивости и оценки качества систем управления. Расчет устойчивости Гурвица. Моделирование переходных процессов. Задание варьируемого параметра как глобального. Формирование локальных критериев оптимизации. Исследование устойчивости СУ.

курсовая работа, добавлен 19.03.2012

Основные понятия устойчивости дискретных систем. Критерий устойчивости Михайлова с использованием билинейного преобразования. Определение устойчивости дискретных систем в форме z-преобразования. Применение критериев устойчивости для дискретных систем.

реферат, добавлен 27.08.2009

Нелинейные дифференциальные уравнения следящей системы. Построение ее фазового портрета. Определение достаточного условия абсолютной устойчивости и граничного значения коэффициента передачи. Исследование устойчивости состояния равновесия системы.

контрольная работа, добавлен 28.11.2013

Алгебраические и частотные критерии устойчивости. Порядок характеристического комплекса. Годографы частотной передаточной функции разомкнутой системы. Определение устойчивости с помощью ЛАЧХ разомкнутой системы. Абсолютно и условно устойчивые системы.

реферат, добавлен 21.01.2009

Устойчивость как свойство системы возвращаться в исходное состояние после вывода ее из состояния равновесия. Характер решения при различных значениях корней уравнения. Критерий устойчивости Рауса-Гурвица, Найквиста, Михайлова, определение его областей.

реферат, добавлен 15.08.2009

Построение переходных процессов в системах автоматического регулирования. Исследование ее устойчивости по критериям Михайлова и Найквиста. Построение кривой D-разбиения в плоскости двух действительных параметров. Прямые показатели качества регулирования.

контрольная работа, добавлен 09.11.2013

Исследование устойчивости непрерывной системы. Передаточная функция замкнутого контура. Определение критического коэффициента усиления разомкнутой системы. Синтез последовательного корректирующего устройства. Моделирование скорректированной системы.

курсовая работа, добавлен 08.04.2014

Исследование динамики элементов систем автоматического управления. Анализ устойчивости и режима автоколебаний нелинейной САУ температуры в сушильной камере с использованием методов фазовых траекторий, гармонической реализации, алгебраическим и частотным.

курсовая работа, добавлен 06.12.2012

Возможности математического пакета MathCad. Использование алгебраического критерия Рауса-Гурвица для анализа устойчивости систем. Построение годографов Найквиста по передаточной функции разомкнутой системы заданной в виде полинома, использование ЛАХЧ.

практическая работа, добавлен 05.12.2009

Динамические характеристики типовых звеньев и их соединений. Оценка устойчивости системы по критерию Гурвица, Михайлова, Вишнеградова. Определение устойчивости по корням характеристического уравнения. Главные правила соединения динамических звеньев.

одно из важнейших понятий механики. Движение любой механической системы, например машины, гироскопического устройства (См. Гироскопические устройства), самолёта, снаряда и т.п., зависит от действующих сил и т. н. начальных условий, т. е. от положений и скоростей точек системы в момент начала движения. Зная эти силы и начальные условия, можно теоретически рассчитать, как будет двигаться система. Движение, соответствующее этому расчёту, называется невозмущённым. Но поскольку все измерения производятся с той или иной степенью точности, то на практике истинные значения начальных условий будут обычно несколько отличаться от расчётных. Кроме того, механическая система может во время движения подвергнуться незначительным случайным воздействиям, не учтенным при расчёте, что тоже эквивалентно изменению начальных условий. Возникающие по разным причинам отклонения начальных условий от их расчётных значений, называются начальными возмущениями, а движение, которое система будет совершать при наличии этих возмущений, – возмущённым движением.

Влияние начальных возмущений на характеристики движения системы (траектории её точек, их скорости и т.п.) может быть двояким. Если при достаточно малых начальных возмущениях каких-нибудь из характеристик во всё последующее время мало отличается от того значения, которое она должна иметь в невозмущённом движении, то движение системы по отношению к этой характеристике называется устойчивым. Если же при сколь угодно малых, но не равных нулю начальных возмущениях данная характеристика со временем будет всё более и более отличаться от значения, которое она должна иметь в невозмущённом движении, то движение системы по отношению к этой характеристике называется неустойчивым. Эти определения соответствуют определению У. д. по А. М. Ляпунову. Условия, при которых движение механической системы является устойчивым, называются критериями устойчивости.

В качестве примера рассмотрим Гироскоп (волчок), ось которого вертикальна и который вращается вокруг этой оси с угловой скоростью (рис.). Теоретически ось гироскопа должна оставаться вертикальной при любом значении ω, но фактически, когда ω меньше некоторой величины ωкр, ось при любом малом возмущении (толчке) будет всё более отклоняться от вертикали. Если же ω больше ωкр, то малые возмущения практически направление оси не изменят. Следовательно, при ω ωкр устойчив. Последнее неравенство и является критерием устойчивости, при этом ωкр = , где Р вес гироскопа, а расстояние от точки опоры О до центра тяжести С, Ix и Iy – моменты инерции гироскопа относительно осей х и у соответственно.

Теория У. д. имеет важное практическое значение для многих областей техники, т.к. У. д. должны обладать различного рода двигатели, автомобили, самолёты, ракеты, гироскопические приборы, системы автоматического регулирования и др. В небесной механике проблема У. д. возникает при изучении вопроса о длительности сохранения структуры солнечной системы, двойных звёзд и др.

Лит.: Ляпунов А. М., Общая задача об устойчивости движения, М. – Л., 1950; Четаев Н. Г., Устойчивость движения, 2 изд., М., 1955; Дубошин Г. Н., Основы теории устойчивости движения, [М.], 1952; Красовский Н. Н., Некоторые задачи теории устойчивости движения, М., 1959; Малкин И. Г., Теория устойчивости движения, М. – Л., 1952; Меркин Д. Р., Введение в теорию устойчивости движения, М., 1971 (лит.).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Читайте также: