Управляемость и устойчивость автомобиля: Устойчивость и управляемость автомобиля

Что влияет на управляемость и устойчивость автомобиля на дороге? Особенности, критерии, факторы и детали

 
Сегодня в статье мы узнаем, что влияет на управляемость автомобиля, какие критерии, факторы, детали рулевого и подвески оказывают непосредственное воздействие на устойчивость транспортного средства на дорожном полотне.

Рекомендуем к прочтению нашу статью, посвященную основным признакам неисправности рулевой рейки.
{banner_adsensetext}
Одним из верных признаков исправности, который следует учитывать при выборе нового или поддержанного автомобиля с пробегом является его управляемость. Управляемость — это определенное свойство, характеризующееся способностью транспортного средства четко, а самое главное быстро отзываться на изменение курса движения и ориентации в пространстве. В идеальных условиях, управляемость машины не должна зависеть от таких факторов, как скорость движения и маневрирование. Однако зачастую на практике, с увеличением скорости движения, управляемость автомобиля становится хуже, причем с каждой последующей единицей км/ч, поэтому даже одно малейшее неверное действие способно приводить к непредсказуемым последствиям.

Удержание автомобиля на дороге – важная особенность, которая влияет, как на качество вождения, так и на безопасность водителя с пассажирами. Такой критерий, как управляемость показывает то, как автомобиль реагирует на команды водителя посредством воздействия на него через рулевое колесо на дорожном полотне при прямолинейном движении, маневрировании и в поворотах. Автомобили с хорошими характеристиками управляемости могут входить в повороты без заноса на более высоких скоростях, при этом водитель с меньшей долей вероятности потеряет контроль над транспортным средством. Все это достигается за счет использования силы трения, которая выступает против центробежной силы, направленной на автомобиль. Справочно заметим, что характеристики управляемости автомобиля, напрямую зависят от класса, марки и модели транспортного средства. В то время, как у легковых автомобилей уровень сцепления на бездорожье может быть посредственным, у внедорожников или кроссоверов этот показатель может быть, наоборот, более высоким.

Какие факторы влияют на управляемость и устойчивость автомобиля?
Как правило, управляемость и устойчивость автомобиля на дороге, напрямую зависит от состояния рулевой системы и деталей подвески. Рулевая и подвеска — это самые важные компоненты транспортного средства, посредством которых колеса вступают в прямой контакт с дорогой и автомобиль становится, как бы одним целым с дорожным полотном. Кроме того, важную роль в устойчивости автомобиля на дороге играют аэродинамические характеристики кузова, центр тяжести, тип шин, настройка шасси и наличие электронных помощников, на примере, системы курсовой устойчивости ESP.

{banner_reczagyand}
Ключевые факторы, влияющие на управляемость и устойчивость автомобиля:

В заключении отметим, что по мнению большинства автоспециалистов, ключевое виляние на управляемость автомобиля все же оказывают элементы подвески. Так, например, на типовых городских автомобилях подвеска сконструирована таким образом, что показатели мягкости и управляемости практически сопоставимы друг другом, причем это прямо пропорциональные характеристики, поэтому изменение одних настроек, может стать причиной ухудшения других (справочно: если сделать автомобиль более управляемым, то нам параллельно с этим необходимо будет настроить более жесткий ход, следовательно, ухудшить уровень комфорта в процессе движения).
БЛАГОДАРИМ ВАС ЗА ВНИМАНИЕ. ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА НАШИ НОВОСТИ. ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ.

Управляемость и устойчивость скоростных автомобилей

При изучении движения автомобилей наиболее сложными вопросами являются управляемость и устойчивость. Для скоростных автомобилей эти вопросы имеют первостепенное значение, так как они связаны с безопасностью движения, на что с увеличением скорости должно быть обращено особенно большое внимание.

Устойчивость автомобиля определяется его способностью противостоять боковому заносу и опрокидыванию.

Под управляемостью автомобиля понимается его способность сохранять заданное направление движения (что иногда называют держанием дороги), а при движении на повороте — точно следовать повороту управляемых колес.

Оба эти качества связаны между собой, так как плохая управляемость автомобиля приводит к потере устойчивости и заносу автомобиля. Совместное рассмотрение этих вопросов дает возможность выявить влияние основных конструктивных факторов как в том, так и в другом отношении.

Ниже будут рассмотрены основные условия управляемости и устойчивости автомобиля и факторы, от которых, они зависят, а также указаны способы повышения устойчивости и улучшения управляемости скоростных автомобилей.

Для того, чтобы выявить влияние отдельных факторов на управляемость и устойчивость автомобиля, необходимо рассмотреть отдельно движение автомобиля по прямой и движение на повороте.

При движении по прямой должна быть обеспечена хорошая управляемость, заключающаяся в том, что автомобиль должен сохранять заданное направление, не вызывая у водителя необходимости постоянно выправлять его. В тех случаях, когда колебания одного из колес передаются через органы подвески, рулевого управления и даже раму другому колесу, может наступить явление резонанса, что приводит к колебаниям всего передка автомобиля и вилянию передних колес. Такое виляние колес, нарушив управляемость автомобиля, может привести к потере устойчивости.

При движении на повороте наибольшее значение приобретает устойчивость автомобиля против заноса и опрокидывания под действием центробежной силы.

При переходе автомобиля к прямолинейному движению после завершения поворота большое значение для управляемости имеет способность автомобиля к быстрому выпрямлению, или так называемая стабилизация. Эта способность автомобиля также зависит от ряда конструктивных факторов.

Конструктивные факторы, влияющие на управляемость автомобиля

Жесткость рамы. Рама должна обладать жесткостью в горизонтальной и вертикальной плоскости. Для скоростных автомобилей наибольшее значение имеет жесткость в горизонтальной плоскости (по сравнению с автомобилями других видов), недостаток этой жесткости может привести к продольному смещению одного лонжерона по отношению к другому, что вызовет ухудшение управляемости. Это явление может произойти при торможении автомобиля с большой скорости, когда вследствие неодинаковой затяжки тормозов правой и левой сторон может появиться сила, стремящаяся сдвинуть один лонжерон по отношению к другому.

Чтобы противостоять скручиванию, рама должна обладать достаточной жесткостью также и в вертикальной плоскости.

Для обеспечения большой жесткости в горизонтальной плоскости рама должна иметь простую треугольную форму. Однако такая форма рамы не получила широкого распространения, так как на ней очень трудно размещать агрегаты силовой передачи. В некоторых случаях для обеспечения жесткости раме придают форму трапеции; большей же частью сохраняют форму рамы прямоугольной и добиваются наибольшей жесткости применением поперечных балок-траверс.

Жесткость рамы в вертикальной плоскости обеспечивается выбором соответствующих размеров и профиля лонжеронов. Значительное повышение жесткости дают к-образные и х-образные поперечные балки.

Эластичность шин. Особенностью шин является то, что, помимо деформации в радиальном направлении, они имеют под действием боковой силы (например, та повороте) некоторую деформацию в боковом направлении, так называемый боковой увод. В этом случае колесо катится не в своей плоскости, а под некоторым углом к ней, называемым углом бокового увода (рис. 131). Как показали исследования академика Е. А. Чудакова*, боковой увод колес оказывает большое влияние на устойчивость автомобиля.

Рис. 131. Деформация шины под действием боковой силы

Благодаря наличию бокового увода колес появляется стабилизирующий момент шины, стремящийся вернуть колесо в его плоскость качения, т. е. выравнять колесо в новом заданном им направлении, полученном в результате поворота.

Значительный боковой увод шин затрудняет управление и нарушает точность работы рулевого механизма. Поэтому для шин скоростных автомобилей боковая эластичность должна быть уменьшена по сравнению с боковой эластичностью шин обычных легковых автомобилей.

Величина боковой эластичности зависит от конструкции шин, ширины профиля шины и внутреннего давления в ней. Повышение внутреннего давления и увеличение жесткости боковин покрышек уменьшают боковую эластичность шин.

Радиальная эластичность шин влияет на управляемость обычно при больших скоростях движения, когда инерция неподрессоренных масс имеет большое значение. При этом от деформации шин и быстрого изменения этих деформаций могут возникать периодические колебания, которые в случае недостаточной чувствительности подвески передаются всем агрегатам автомобиля.

В том случае, когда внутреннее давление повышается относительно немного, шины скоростных автомобилей сохраняют большую чувствительность к неровностям дороги, чем рессорная подвеска, в особенности при наезде на небольшие неровности, которые встречаются на дорогах с усовершенствованным покрытием.

Подвеска автомобиля. Для обеспечения хорошей управляемости автомобиля подвеска должна смягчать толчки и обеспечивать быстрое гашение вызываемых ими колебаний; кроме того, она должна сохранять постоянство ширины колеи как передних, так и задних колес в моменты подъемов и опускания при наезде на неровности дороги.

Уменьшение веса неподрессоренных частей позволяет уменьшить жесткость упругих элементов подвески (рессор, пружин или стержней) и получить мягкую подвеску, почти полностью поглощающую толчки, передаваемые колесами. При значительном увеличении внутреннего давления в шинах скоростных автомобилей толчки от небольших неровностей дороги неполностью поглощаются шинами, а передаются на подвеску, которая должна обеспечить мягкость хода.

Неправильный выбор упругих элементов подвески часто способствует появлению боковых и продольных колебаний, вызывающих соответственно боковую и продольную качки и этим ухудшающих устойчивость автомобиля.

Для ослабления действия колебаний рессоры снабжаются амортизаторами, которые уменьшают амплитуду колебаний рессоры, не сокращая периода этих колебаний. Амортизаторы способствуют улучшению управляемости автомобиля, но они могут уменьшить степень свободы и повысить жесткость рессор. Устранение этих отрицательных последствий зависит от конструкции и регулировки амортизаторов, поэтому амортизаторы, подобранные соответственно параметрам свободных колебаний данной подвески, не должны намного увеличивать ее жесткости.

Описанные выше свойства подвески могут влиять главным образом на устойчивость в продольной плоскости, т. е. на уменьшение продольных колебаний. При рессорной подвеске каждая рессора подвергается скручиванию от боковых усилий, которые могут вызвать большие изменения в способности автомобиля держать дорогу.

Конструкция и способ крепления подвески влияют как на ее жесткость, так и на сохранение постоянства ширины колеи. При независимой подвеске постоянство ширины колеи наилучшим образом обеспечивается при качании колес в продольной плоскости. Сохранение постоянства ширины колеи необходимо для хорошей управляемости автомобиля. В случае изменения ширины колеи колеса скользят, перемещаясь в поперечном направлении, при этом часть силы сцепления оказывается использованной на это перемещение.

Использование сцепления колес в продольном направлении связано с использованием сцепления колес в поперечном направлении. Практически коэффициент сцепления колес с дорогой можно считать одинаковым в продольном и поперечном направлении. Таким образом, использование части силы сцепления на перемещение колес в поперечном направлении уменьшает сцепление колес в продольном направлении. Для ведущих колес автомобиля это уменьшение сцепления колес с дорого в продольном направлении приводит к пробуксовке и скольжению колес, вследствие чего может наступить занос автомобиля. В случае скольжения управляемых (передних) колес становится невозможным повернуть автомобиль и он будет скользить в прежнем направлении с повернутыми колесами; управляемость автомобиля при этом, конечно, теряется. Кроме того, при колебаниях подвески может возникать гироскопический момент, действующий в горизонтальной плоскости. Этот момент стремится повернуть колесо, что также ухудшает управляемость.

Оба указанных явления, происходящих при изменении ширины колеи, ухудшают управляемость и устойчивость автомобиля.

Механизмы управления и передние колеса. Как указывалось, для обеспечения хорошей управляемости рулевое управление скоростных автомобилей должно иметь относительно небольшое передаточное число и обладать обратимостью. Кроме того, система тяг рулевого привода не должна передавать колебания от одного колеса к другому во избежание возможного резонанса колебаний и появления виляния передних колес.

Легкость управления и стабилизация передних колес в значительной мере зависят от углов установки передних колес.

Углы развала и схода колес для скоростных автомобилей имеют такое же значение, как и для обычных легковых автомобилей.

Углы наклона шкворня назад (α) и вбок (β), определяющие стабилизацию управляемых колес, имеют для скоростных автомобилей весьма важное значение, и их величина отличается от величины соответствующих углов у современных серийных легковых автомобилей.

При наклоне шкворня назад его ось пересекается с дорогой в точке, лежащей впереди точки касания колеса с дорогой. В результате этого при движении автомобиля на повороте боковая реакция Y, возникающая от центробежной силы, приложенная в точке касания колеса с дорогой, образует стабилизирующий момент. Этот стабилизирующий момент М, равный Yc (рис. 132а), стремится вернуть колесо в нейтральное положение.

Рис. 132. Углы установки передних колес

Угол наклона шкворня вбок β (см. рис. 132б) также способствует стабилизации, так как благодаря этому наклону при поворачивании колес из нейтрального положения происходит подъем передней части автомобиля. В результате затраты работы на подъем передней части автомобиля накапливается некоторое количество энергии, использование которой способствует стабилизации колес.

У большинства современных легковых автомобилей углы наклонов шкворня назад и вбок имеют сравнительно небольшое значение. У автомобиля М-20 допускают даже отрицательный угол наклона шкворня назад; величина угла колеблется в пределах ±0,5°. У легковых автомобилей применяют небольшие углы наклона шкворней вследствие установки шин низкого давления, имеющих большую боковую эластичность; стабилизация управляемых колес при этом в основном происходит за счет бокового увода шин.

Для скоростных автомобилей, имеющих шины высокого давления, стабилизация управляемых колес должна обеспечиваться соответствующими углами их установки. Вследствие этого большинство гоночных автомобилей имеет относительно большую величину углов наклона шкворня назад и вбок. У большинства современных гоночных автомобилей угол наклона шкворня назад составляет 2—3°, а угол наклона шкворня вбок 7—9°.

Углы установки колес должны сохраняться во время работы автомобиля, так как от этого зависит стабилизация управляемых колес во время движения.

Нарушения в установке колес вследствие случайных толчков и ударов способствуют появлению вредных колебательных движений (виляние).

Причина виляния заключается в конструктивных особенностях передней части автомобиля. Многие наблюдения показывают, что, помимо чисто конструктивных факторов, виляние вызывается также неравномерностью накачки шин, низким давлением в них и неуравновешенностью колес.

Колесо автомобиля может быть уравновешено статически и динамически. Статически уравновешенное колесо находится в безразличном равновесии по отношению к своей оси вращения, и это равновесие не зависит от распределения веса относительно средней плоскости вращения колеса. Динамически уравновешенное колесо, наоборот, характеризуется тем, что центр тяжести его лежит в средней плоскости вращения. Для скоростных автомобилей особенно важно, чтобы все колеса были динамически сбалансированы. Поэтому противовесы, устанавливаемые при уравновешивании колес, должны иметь симметричное расположение относительно средней плоскости вращения колеса.

---

* Чудаков Е. А., акад. Влияние боковой эластичности колес на движение автомобилей, АН СССР, 1947.

← Предыдущая страница

оглавление

Следующая страница →

Многоцелевая оптимизация управляемости и устойчивости транспортных средств на основе ADAMS

На этой странице

АннотацияВведениеДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

В этом исследовании была предложена модель оптимизации (модель оптимизации MHSCS). В этом исследовании основные факторы, влияющие на характеристики рулевого управления, характеристики крена и боковые характеристики, определяются путем сочетания метода дорожных испытаний и метода анализа моделирования в программном обеспечении ADAMS. На основании вышеприведенных дорожных испытаний и анализа моделирования в программном обеспечении ADAMS была предложена модель оптимизации MHSCS с «степенью недостаточной поворачиваемости», «углом крена автомобиля» и «усилением назад (RWA)» в качестве индексов оценки, а также методом поверхности отклика в сочетании с генетическим анализом. Алгоритм был использован для проведения многокритериальной оптимизации тяжелого коммерческого автомобиля. Результаты моделирования в системе ADAMS показывают, что комплексная степень улучшения характеристик рулевого управления, характеристик крена и боковых характеристик тяжелого коммерческого автомобиля после оптимизации составляет 15,26 %. Наконец, результаты полевых дорожных испытаний показывают, что ошибка оценки между комплексной оптимизационной моделью оценки и реальным испытанием транспортного средства контролировалась на уровне 0,4%, что доказывает точность модели оптимизации, установленной в этом исследовании, и эффективно улучшает стабильность управления тяжелыми коммерческими автомобилями. транспортные средства.

1. Введение

Управляемость и устойчивость очень важны для безопасности транспортного средства, и многие конструкции и параметры транспортного средства влияют на его устойчивость [1]. Чтобы улучшить устойчивость управления транспортным средством, Ли и соавт. предложили метод оптимизации устойчивости управления транспортным средством, основанный на d-оптимальной экспериментальной схеме, который установил модель поверхности отклика на основе D-оптимальной экспериментальной схемы. [2]. Этот способ только более эффективен для улучшения характеристик рулевого управления транспортного средства, но возможность улучшения характеристик крена и боковых характеристик транспортного средства не является слишком очевидным эффектом. Усовершенствованный алгоритм оптимизации роя генетических частиц был использован для оптимизации устойчивости управления транспортным средством. Ввиду требований системы рулевого управления четырьмя колесами по контролю устойчивости автомобиля и наличия неопределенностей гибрид h3/H ∞ метод надежного управления системой рулевого управления четырьмя колесами улучшает управляемость транспортных средств 4WS, что было предложено Xu et al. [3]. Этот метод дает хороший эффект в улучшении стабильности и надежности управления всеми четырьмя колесами, но этот метод также не может улучшить устойчивость транспортного средства с несколькими целями. Чтобы решить проблему плохой управляемости автомобиля, Zhang et al. использовали метод поверхности отклика в сочетании с единым объективным методом для проведения многокритериальной оптимизации управляемости автомобиля, чтобы улучшить управляемость автомобиля [4]. Однако этот метод обеспечивает только многокритериальную оптимизацию характеристик крена и характеристик рулевого управления транспортного средства и не принимает во внимание характеристики крена и оптимизацию возможностей транспортного средства. Денг и др. провел оптимизацию моделирования управляемости гоночного автомобиля FSAE на базе ADAMS/Car и выполнил многокритериальный оптимизационный дизайн для задач оптимизации параметров позиционирования передних колес и высоты центра крена, что улучшило характеристики реакции автомобиля в установившемся режиме [5]. ].

Поскольку тяжелые коммерческие автомобили имеют характеристики высокого центра тяжести и большой инерции, характеристики рулевого управления, характеристики крена и боковые характеристики особенно важны для характеристик рулевого управления и сопротивления опрокидыванию тяжелых коммерческих автомобилей. Поэтому необходимо оптимизировать рулевое управление, крены и боковые характеристики тяжелых коммерческих автомобилей.

Целью данного исследования является разработка многоцелевой модели комплексной оценки стабильности обработки. Эта модель представляет собой оптимизационную модель комплексной оценки многокритериальной манипуляционной устойчивости с «степенью недостаточной поворачиваемости», «угол крена автомобиля» и «усиление назад (RWA)» в качестве индикаторов оценки. Между тем, используя созданную оптимизационную модель, моделирование ADAMS и испытание реального транспортного средства на дороге были использованы для оптимизации характеристик рулевого управления, характеристик крена и боковых характеристик тяжелых коммерческих автомобилей, что имеет большое инженерное практическое значение для улучшения устойчивости управления тяжелыми коммерческими автомобилями.

2. Валидация модели динамики нескольких тел

2.1. Создание многотеловой динамической модели транспортного средства

С помощью программного обеспечения ADAMS/Car и в сочетании с параметрами размеров и механическими параметрами тяжелого коммерческого автомобиля каждая подсистема транспортного средства была создана и завершена сборка транспортного средства [6, 7]. Передняя подвеска тяжелого коммерческого автомобиля оснащена жесткой подвеской оси с листовыми рессорами, рулевой мост имеет цельную конструкцию, а система рулевого управления использует систему рулевого управления с рециркуляцией шариков. Чтобы сделать многотельную динамическую модель, установленную в этом исследовании, более близкой к реальному состоянию транспортного средства и сделать результат расчета более точным, в этом исследовании принято гибкое тело [8]. Программное обеспечение Hyperwork использовалось для создания нейтральных файлов MNF. Метод компонентного модального синтеза был использован для решения проблемы, связанной с тем, что конечно-элементная модель имеет слишком много степеней свободы.

На рис. 1 показана общая модальная диаграмма кадра, модальное значение которого близко к реальному кадру. Наконец, сгенерированный каркас гибкого кузова был импортирован в модуль Adams/Car для создания модели автомобиля, как показано на рисунке 2.

2.2. Load Verification

Чтобы гарантировать, что построенная модель транспортного средства может действительно отражать реальную систему транспортного средства, имитационная модель виртуального прототипа должна быть проверена перед анализом имитации транспортного средства [4, 5]. Точность нагрузки на каждую ось является основой динамической модели многотельного транспортного средства, поэтому необходимо проверять нагрузку. Платформа для испытания нагрузки на ось реального транспортного средства и модельного моделирования показаны на рис. 3.

Из Таблицы 1 видно, что многотельная динамическая модель, созданная в этом исследовании, аналогична результатам испытаний реального транспортного средства. Погрешность загрузки оси трактора 1 составляет 0,02%, а ошибка загрузки оси трактора 2 + 3 – 0,1%. Ошибка нагрузки по 1 оси при полной загрузке с прицепом составляет 0,3%, погрешность нагрузки по 2 + 3 осям составляет 0,2%, погрешность нагрузки по 4 + 5+6 осям составляет 0,1%. Погрешность модели транспортного средства контролируется в пределах 0,3 %, что доказывает, что многотельная динамическая модель, созданная в данном исследовании, очень точна при нагружении.

2.3. Проверка рабочего состояния устойчивости при управлении

Чтобы доказать, что предложенная в этом исследовании многокритериальная комплексная оптимизационная модель оценки (модель оптимизации MHSCS) оказывает оптимизационный эффект на устойчивость при управлении тяжелыми коммерческими транспортными средствами, необходимо проверить модель динамики нескольких тел, установленную в эта учеба. В этом исследовании динамические модели реального транспортного средства и многотельных моделей сравниваются в тех же условиях теста на установившееся вращение и теста на однополосное преобразование, чтобы проверить точность модели. Положение установки оборудования для проверки стабильности управления показано на рис. 4.9.0003

Чтобы более точно отразить характеристики рулевого управления, характеристики крена и поперечные характеристики тяжелых коммерческих автомобилей, в этом исследовании в качестве индексов оценки в соответствии со стандартом GB выбрана классическая степень недостаточной поворачиваемости, угол крена автомобиля и усиление заднего направления (RWA). /Т 623–2014 [9]. Таким образом, испытание на установившееся вращение и испытание на изменение одной полосы движения были проведены в соответствии с текущим национальным стандартным методом испытаний на управляемость и устойчивость транспортного средства, а экспериментальные результаты были сопоставлены с результатами моделирования динамической модели нескольких тел в тех же условиях работы. . Результаты сравнительного анализа представлены на рис. 5.9.0003

Принимая во внимание сложность системы транспортного средства и неопределенность реальных условий испытаний, согласованность двух выходных данных была определена следующим образом: тренд колебаний выходных кривых примерно одинаков, и величина пиковых значений одинакова. Локальная относительная погрешность в зависимости от различных условий работы, абсолютная погрешность значения моделирования и соответствующее тестовое значение должны быть менее 10% [10]. Значения ошибок вычислялись по следующей формуле: где E — частота ошибок (%). SV — смоделированное значение. TV – значение результата теста.

В соответствии с формулой (1) и расчетом результатов моделирования и испытаний, значение ошибки B испытания реального транспортного средства и моделирования модели многотельной динамики отсортировано, как показано в таблице 2.

Как видно из таблицы 2 и рисунка 5, модель динамики нескольких тел, созданная в этом исследовании, может действительно отражать состояние реального транспортного средства в условиях установившегося вращения и тестовых условий однополосного преобразования. В индексе оценки характеристик рулевого управления ошибка недостаточной поворачиваемости 9 степени.0011 U составляет 4,8 %, погрешность индекса оценки характеристик крена степени крена кузова K _φ составляет 0,8 %, а погрешность RWA индекса оценки поперечных характеристик составляет 2,61 %. Погрешность каждого индекса оценки контролируется в пределах 10%. Доказано, что многотельная динамическая модель, созданная в этом исследовании, очень точна в управлении устойчивостью.

3. Валидация модели динамики нескольких тел

3.1. Цель оптимизации

Метод оценки устойчивости при управлении является основным методом изучения показателей устойчивости при управлении транспортным средством [11]. В этом исследовании модель оптимизации многоцелевой комплексной модели оптимизации оценки стабильности обработки (модель оптимизации MHSCS) создается в соответствии с методом оценки стабильности обработки, приведенным в стандарте QC/T 480–19.99 [12]. В соответствии с методом оценки управляемости, приведенным в QC/T 480–1999, модель оценки элемента угла крена транспортного средства K _φ выглядит следующим образом: значение угла крена автомобиля. K _φ60 — верхний предел угла крена автомобиля ( K _φ60  = 1,2°/(м/с ² )). К _φ100 — нижний предел угла крена автомобиля ( K _φ60  = 0,7°/(м/с ² )).

В соответствии с QC/T 480–1999 метод оценки коэффициента заднего усиления отсутствует. Таким образом, на основе однобалльной модели тылового усиления H _δ , предложенной в литературе [13], данное исследование определяет: . Ч _δmax – максимальное значение показателя в образце дизайна теста ( H _δmax  = 1,932). H _δmin – минимальное значение показателя в выборке дизайна теста ( H _δmin  = 0,812).

В соответствии с методом оценки управляемости, приведенным в QC/T 480–1999, модель оценки степени недостаточной поворачиваемости U выглядит следующим образом: где N _U – балльная оценка степени недостаточной поворачиваемости. U ₆₀ – максимальное значение показателя в образце схемы испытаний ( U ₆₀  = 0,731°/(м/с ² )). U ₁₀₀ – минимальное значение показателя в образце схемы испытаний ( U ₁₀₀  = 0,072°/(м/с ^{2 )9008).}

Каждый индекс по-разному влияет на устойчивость автомобиля, т. е. разные ставки вклада. В этом исследовании для определения веса каждого индекса использовалась ставка вклада каждого индекса объективной оценки, рассчитанная со ссылкой на [14]. Наконец, комплексная оценочная модель оптимизации устойчивости управления тяжелыми коммерческими автомобилями выглядит следующим образом: где N _E — комплексная оценка оптимизации управляемости тяжелых коммерческих автомобилей.

Целью данного исследования является максимизация всесторонней оптимизации устойчивости управления тяжелыми коммерческими автомобилями.

3.2. Optimize Variables and Constraints

Переменные оптимизации модели оптимизации тяжелых коммерческих автомобилей относятся к переменным параметрам, влияющим на результаты оптимизационного проектирования, и общим принципом выбора должны быть параметры, влияющие на управляемость тяжелых коммерческих автомобилей [15]. ]. Согласно приведенным выше результатам испытаний и моделирования, жесткость пружин передней подвески составляет K _f , боковая жесткость шины K _t и угол схождения передних колес β _{T 90 были выбраны в качестве переменных оптимизации конструкции.}

В соответствии с математической моделью оптимизации расчетные переменные в этом исследовании могут быть выражены как: или слишком малый диапазон приведет к искажению модели аппроксимации, и точность результата оптимизации не может быть гарантирована. Это исследование налагает ограничения на переменные оптимизации, как показано в таблице 3. В то же время, чтобы облегчить расчеты и обработку в дизайне оптимизации, боковая жесткость шины K _t и жесткость пружин передней подвески K _f , были умножены на масштабный коэффициент λ , а начальное значение λ 2 λ 9001 было установлено как 9001. 08 3.3. Optimize Variables and Constraints

Преимущество модели поверхности отклика состоит в том, что учитывается экспериментальная случайная ошибка, а расчет относительно прост [1]. Таким образом, процесс оптимизации в этом исследовании использует метод поверхности отклика, а квадратичная полиномиальная математическая модель поверхности отклика выглядит следующим образом: где y — значение ответа. x ₁ , x ₂ , …, x _n – переменный коэффициент β ₀ — постоянный член. β _i — полиномиальные коэффициенты соответственно.

Ключевым этапом использования метода поверхности отклика является выбор дизайна теста в процессе оптимизации, и в процессе дизайна теста необходимо установить точки выборки и значения отклика. В этом исследовании значения отклика получены с помощью модели динамики нескольких тел, созданной выше на основе моделирования ADAMS. Для экспериментального дизайна в этом исследовании используется латинский гиперкубический дизайн (LHD), который имеет лучшую однородность, используется для каждого уровня переменных плана и имеет одинаковое количество тестов для каждой переменной плана. Затем используйте программное обеспечение ISIGHT для извлечения 30 точек выборки и проведения моделирования на основе ADAMS по порядку, а затем экспортируйте данные моделирования в модуль постобработки анализа моделирования. Соответствующие значения целевой функции для каждой точки выборки показаны в таблице 4.

Наконец, программа MATLAB используется для дальнейшей обработки данных моделирования. Вызовите набор инструментов Rstool в MATLAB и используйте модель Quadratic Full, чтобы подобрать масштабные коэффициенты и целевые значения переменных факторов в таблице 4. Модель агента подбора выглядит следующим образом:

Остаточные ошибки приведенных выше уравнений подбора были 0,0234, 0,0452 и 0,0185 соответственно. Следовательно, установлены G _U , G _K , и G _β являются надежными. Формулы (8)–(10) выше были подставлены в формулу (5) для получения окончательной модели оптимизации комплексной оценки многокритериальной эксплуатационной устойчивости:

3.4. Оптимальное решение

Генетический алгоритм (ГА) обладает преимуществами сильных возможностей глобального поиска и широко используется в сложных задачах, таких как планирование. Поэтому в этом исследовании используется генетический алгоритм GA для оптимизации решения. Таблица 3 принята за диапазон значений расчетных переменных; формула (11) принимается в качестве целевой функции оптимизации. MATLAB используется для написания соответствующей программы оптимизации генетического алгоритма для определения оптимального значения NE, то есть максимального значения, и получения оптимального значения 9.0011 K _f , K _t и β _T значения. Наконец, оптимальное значение вычисляется, как показано в Таблице 5.

Оптимизированный переменный коэффициент был преобразован в фактическое значение для получения жесткости пружины передней подвески, угловой жесткости шины при боковом скольжении и угла балки переднего колеса, как показано в Таблице 6.

4. Сравнение моделирования до и после оптимизации

Согласно значениям в Таблице 6, многотельная динамическая модель, созданная в этом исследовании, используется для моделирования стационарного вращательного испытания и моделирования однополосного преобразования. Результаты сравнения разности углов бокового увода передней и задней осей ( δ ₁ — δ ₂ ) и характеристические кривые поперечного ускорения до и после оптимизации в условиях стационарного вращательного испытания были получены, как показано на рисунке 6, а также угол крена транспортного средства и характеристика поперечного ускорения кривых, как показано на рисунке 7. Результаты сравнения кривых во временной области скорости рыскания тягача и полуприцепа до и после оптимизации в условиях изменения одной полосы движения показаны на рисунке 8.

В соответствии со стандартом QC/T 480–1999 кривые на рисунках 6–8 были обработаны и получены баллы оценочных показателей до и после оптимизации, как показано в таблице 7.

Как видно из таблиц 5 и 7, результаты оптимизации модели оптимизации многокритериальной комплексной оценки устойчивости, установленной в этом исследовании, очень согласуются с результатами анализа моделирования динамики нескольких тел, а ошибка контролировалась в пределах 0,97%, что доказывает точность оптимизации многокритериальной комплексной оценки устойчивости. модели, созданной в этом исследовании. Имеет практическое инженерное значение улучшение характеристик управляемости, кренов и поперечных характеристик большегрузных коммерческих автомобилей. Однако в процессе создания модели оптимизации требуется большое количество тестовых образцов, что также является ограничением модели оптимизации MHSCS.

5. Сравнение эксперимента с реальным транспортным средством до и после оптимизации

Чтобы проверить эффект оптимизации установленной многокритериальной модели комплексной оценки стабильности работы, в этом исследовании была проведена проверка реального транспортного средства. В соответствии с таблицей 6 замените пружину передней подвески тяжелого коммерческого автомобиля на листовую рессору с жесткостью 255,2 Н/мм, замените шину на шину с поперечной жесткостью 3340 Н/мм и отрегулируйте угол балки переднего колеса до 1. Устойчиво Для проверки эффекта оптимизации на скорректированном реальном транспортном средстве были проведены тестовые элементы поворота состояния и смены одной полосы движения. Экспериментальная площадка показана на рисунке 9..

Сравнение реальных данных испытаний транспортных средств до и после оптимизации показано на рисунке 10, а результаты комплексного сравнения оценок каждой модели после сортировки показаны в таблице 8.

Из таблицы 8 видно, что общая ошибка оценки между моделью оптимизации MHSCS, установленной в этом исследовании, и реальным транспортным средством после оптимизации составляет всего 0,4%, что подтверждает точность эффекта оптимизации модели оптимизации MHSCS, установленной в этом исследовании. В то же время, после оптимизации модели оптимизации MHSCS, установленной в данном исследовании, степень улучшения характеристик рулевого управления тяжелого коммерческого автомобиля составляет 2,3 %, степень улучшения характеристик крена составляет 36,2 %, а степень улучшения поперечных характеристик составляет 1,7%. Комплексная оценка стабильности работы тяжелого коммерческого автомобиля была улучшена на 12,0%, а устойчивость управления тяжелым коммерческим транспортным средством значительно улучшена.

6. Выводы

В этом исследовании обобщаются современные методы оптимизации управляемости коммерческих грузовых автомобилей и предлагается комплексная модель оптимизации многокритериальной управляемости (модель оптимизации MHSCS), которая учитывает «степень недостаточной поворачиваемости», «угол крена транспортного средства», и «заднее усиление (RWA)» в качестве оценочных индексов. (1) Точность многотельной динамической модели была проверена путем сравнения данных моделирования с экспериментальными данными различных испытаний на осевую нагрузку, испытаний на стационарное вращение и испытаний на изменение одной полосы движения. .(2) Для получения значений отклика использовались Latin Hypercube Design (LHD) и многотельная динамическая модель ADAMS. Наконец, модуль Quadratic Full в MATLAB был использован для подбора пропорционального коэффициента переменного фактора и целевого значения, и была получена оптимизационная модель MHSCS. (3) Оптимизационная модель MHSCS использовалась для оптимизации управляемости тяжелых коммерческих автомобилей. . После оптимизации степень улучшения характеристик рулевого управления, характеристик крена и боковых характеристик тяжелого коммерческого автомобиля составляет 2,3%, 36,2% и 1,7% соответственно, а степень улучшения комплексной оценки составляет 12,0%. Наконец, модель оптимизации MHSCS, установленная в этом исследовании, подтверждается тем, что всесторонняя ошибка оценки составляет всего 0,4% в эксперименте с реальным транспортным средством, что доказывает точность модели оптимизации MHSCS, установленной в этом исследовании, и эффективность результатов оптимизации (( 4) Модель оптимизации MHSCS, предложенная в этом исследовании, имеет практическое инженерное значение для улучшения характеристик рулевого управления, характеристик крена и боковых характеристик тяжелых коммерческих автомобилей. Однако в процессе создания модели оптимизации требуется большое количество тестовых образцов, а начальная стоимость тестирования относительно высока. Это также ограничение модели оптимизации.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Благодарности

Этот документ был поддержан подпроектом строительства Международной совместной лаборатории комплексных перевозок Китая и АСЕАН (этап I) (№ GuiKeAA21077011-7).

Ссылки

1. L. Zhang, J. Liu, F. Pan, S. Wang и X. Ge, «Многоцелевое исследование оптимизации подвески транспортного средства на основе минимального времени обработки и устойчивости», Proceedings of the Институт инженеров-механиков — Часть D: Журнал автомобильной инженерии , том. 234, нет. 9, стр. 2355–2363, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

2. B. Li, W. Ge, D. Liu, C. Tan и B. Sun, «Метод оптимизации устойчивости управления транспортным средством на основе модели поверхности отклика с D-оптимальным планом испытаний», Журнал механических наук и технологий , том. 34, нет. 6, стр. 2267–2276, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

3. F. X. Xu, X. H. Liu, W. Chen, C. Zhou и B. W. Cao, «Повышение устойчивости управления четырехколесным транспортным средством на основе надежного управления h3/H∞», Applied Sciences , том. 9, нет. 5, с. 857, 2019.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Академия Google

4. Чжан Л. Ф., Фан Ю., Се К. Л. и Джин М. Дж., «Многоцелевая оптимизация управляемости и устойчивости транспортного средства на основе методологии поверхности отклика», Machinery Design & Manufacture , vol. 38, нет. 09, стр. 87–92, 2021.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

5. З. В. Денг, С. Дж. Ю, Л. Гао и X. X. Конг, «Анализ управляемости гоночных автомобилей на основе виртуального прототипа», Journal of Machine Design , vol. 38, нет. 09, стр. 87–92, 2021.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. П. Ши, К. Чжао и К. Ван, «Моделирование и проверочный анализ комфорта езды электромобиля с приводом от колеса на основе комбинации ADAMS и MATLAB», International Журнал моделирования, моделирования и научных вычислений , с. 2250002, 2021.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

7. Г. Ван и К. Се, «Анализ моделирования комфорта езды гибридного тяжелого грузовика на основе ADAMS[C]//Журнал физики: серия конференций, Journal of Physics: Серия конференций , том. 1865 г., нет. 4, с. 042128, 2021.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

8. Л. Ченг и Х. Хайян, «Динамическое моделирование и расчеты для гибких многотельных систем на основе локальной системы координат группы Ли», Китайский журнал теоретической и прикладной механики , том. 53, нет. 1, стр. 213–233, 2021.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

9. Гбит/T. 6233-2014, Метод испытаний на управляемость и устойчивость транспортного средства , Управление по стандартизации Китая, Пекин, 2014 г. объективное управление энергией для двигателя с циклом Аткинсона и серийного гибридного электромобиля на основе эволюционного алгоритма NSGA-II с использованием цифровых двойников», Energy Conversion and Management , vol. 230, ID статьи 113788, 2021.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Академия Google

10. М. Ф. Сунг, Р. Рамли, А. А. Сайфизул и А. Мамат, «Оценка критериев эффективности управления системой подвески транспортного средства с полуактивными стратегиями управления», International Journal of Advanced Mechatronic Systems , vol. 9, нет. 1, с. 11, 2021.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. QC/T 480-1999, Ограничения индекса управляемости и устойчивости транспортных средств и методы оценки , Стандарт автомобильной промышленности Китайской Народной Республики, Пекин, 1999.

12. Ю. Х. Чжан, Х. Г. Сюй, Х. Ф. Лю и С. С. Ци, «Исследование индекса оценки управляемости комбинации трактора и двойного прицепа», China Journal of Highway and Transport , vol. 30, нет. 05, стр. 145–151, 2017.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. К. Х. Го, Л. Г. Джин, Ю. Цао, Ф. Бай и С. Б. Цуй, «Уменьшение размеров объективных критериев оценки поведения транспортного средства», Автомобильная техника , вып. 2010, нет. 02, стр. 1–4, 2020.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

14. М. Пэн, Дж. Линь и С. Лю, «Оптимизация конструкции передаточного числа трансмиссии большегрузного автомобиля», IFAC-PapersOnLine , vol. 51, нет. 31, стр. 892–897, 2018.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

Copyright

Copyright © 2022 Genge Zhang et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Производительность — Обработка | Обзор шин Michelin

Под управляемостью понимается то, как автомобиль/шина реагирует на многочисленные требования водителя, такие как рулевое управление, ускорение и торможение. Управляемость имеет решающее значение как с точки зрения безопасности, устойчивости автомобиля, так и удовольствия от вождения.

Шина играет важную роль в управлении транспортным средством

Что касается водителя, то управляемость прежде всего измеряется тем, насколько автомобиль реагирует на действия водителя. Все должно работать гладко, последовательно и без каких-либо неожиданностей.

Для производителей автомобилей управляемость является одним из основных аспектов производительности. Связанные с безопасностью и удовольствием от вождения, производительность в этой области является решающим фактором для одобрения шин. Действительно, это одно из самых комментируемых выступлений профессионалов (лидеров мнений и на пресс-мероприятиях), а также конечного заказчика.

Развитие управляемости особенно сложно, поскольку оно зависит от ряда факторов на трех различных уровнях, а именно:

• транспортное средство (геометрия и распределение веса),
• элементы, участвующие в контакте с землей и транспортным средством (шины, рулевое управление и подвеска),
• системы помощи при вождении (система курсовой устойчивости и управляемая ось).

Шина играет ключевую роль в обеспечении устойчивости на дороге, поскольку в конце цепи она обеспечивает передачу усилий между транспортным средством и землей для поддержания заданной водителем траектории.

Управляемость шин оценивается с помощью ряда испытаний (как объективных, так и субъективных, на сухом и мокром грунте и на машинах).

Целый ряд испытаний на управляемость для проверки характеристик шин

Прохождение поворотов

Чтобы автомобиль оставался на своем пути при повороте, необходимо создать силу, эквивалентную центробежной силе, но противоположную ей. это сбило бы машину с курса.

Эта боковая сила должна создаваться четырьмя шинами автомобиля для противодействия центробежной силе.

Деформация блоков протектора при контакте с землей создает боковую силу. Пробуксовка кузова — угол между направлением колес и траекторией движения автомобиля — позволяет шине деформировать блоки протектора при прохождении поворотов, тем самым создавая необходимую поперечную силу. Конкретно это означает, что при прохождении поворотов шины автомобиля имеют избыточную поворачиваемость по отношению к траектории движения.

С помощью руля водитель поворачивает передние колеса автомобиля, создавая пробуксовку кузова в передних шинах. Боковая сила, создаваемая передней осью, начинает поворачивать автомобиль. Это изменение в поведении автомобиля вызывает крен задней оси. Таким образом, автомобиль будет продолжать вращаться вокруг своего центра тяжести. Поворачивая руль, используя интуицию и последовательные оценки, водитель находит требуемый угол поворота передних колес и, таким образом, создает переднюю и заднюю боковую силу, необходимую для удержания автомобиля на своем пути.

Избыточная поворачиваемость

Автомобиль имеет избыточную поворачиваемость, когда задние колеса имеют больший угол увода, чем передние. Это означает, что в крайних случаях транспортное средство может войти в штопор.

Неустойчивости такого рода определенно следует избегать, так как восстановить контроль с помощью водительских рефлексов очень сложно.

Недостаточная поворачиваемость

Автомобиль имеет недостаточную поворачиваемость, если передняя ось имеет меньший угол увода, чем задняя ось. Таким образом, при прохождении поворотов траектория, по которой следует транспортное средство, имеет тенденцию быть менее тесной, чем требуется, и в крайних случаях транспортное средство продолжает движение прямо. Однако в этой ситуации автомобиль остается стабильным, а естественных рефлексов водителя (снизить скорость и/или больше повернуть руль) обычно достаточно для полного восстановления.

По очевидным причинам безопасности все автомобили на рынке спроектированы с учетом недостаточной поворачиваемости.