Адаптивная система подрессоривания транспортных средств (стр. 4 )

Рис.4.  Рабочая характеристика упругого элемента

адаптивной подвески транспортных средств, включающей адаптивный амортизатор.

Характеристики описывают собственно упругие элементы: наличие буферов отбоя и сжатия не учитывается, поскольку в наших конструкциях отпадает необходимость в их использовании.

В рабочей характеристике упругого элемента, в данном случае, можно выделить три участка:

1. участок U1 - участок «комфортного движения транспортного средства», которому соответствует отрезок AB;

2. участок U2 – участок повышенных деформаций упругого элемента, которому соответствует отрезок BC и

3. участок U3 - участок высоких деформаций упругого элемента, которому соответствует отрезок CD.

Непосредственный сравнительный анализ конструкций дает следующие результаты:

Kc, U1 = 0,5; Kc, U2 = 4,49; Kc, U3 = 24; kd, p = 1,56;  kd,1 = 5,33; KQ = 3,42; KR = 3,07. (9)

Здесь: Kc, Ui – коэффициент Kc, подсчитанный на участке Ui, i; kd, p – коэффициент динамичности прототипа;  kd,1 - коэффициент динамичности экспериментального образца упругого элемента.

Рис. 5. Рабочая характеристика упругого элемента

Прокомментируем результат (9).

В «зоне комфорта», т. е. на участке U1 , где деформация q упругого

элемента подвески относительно невелика (подвеска «работает» в окрестности точки S, соответствующей статической нагрузке Qs, а, следовательно, статической деформации qs упругого элемента)  жёсткость упругого элемента экспериментального образца в два раза меньше, чем в серийно выпускающихся конструкциях (т. е. в прототипе).  Таким образом, на этом участке подвеска транспортного средства будет в два раза мягче, чем в серийно выпускающихся конструкциях. Следовательно комфортабельность транспортного средства резко повысится

Если дорожные условия движения транспортного средства

ухудшаются, то деформации упругого элемента подвески увеличиваются и переходят, например, в диапазон, соответствующий участку U2. В пределах этого участка жесткость упругого элемента экспериментального образца уже значительно больше, чем у прототипа: в реальных конструкциях жесткость характеристики на участке U2 в 4,49 раза больше, чем у прототипа. Это позволяет более эффективно решать задачу стабилизации движения транспортного средства и стабилизации положения его кузова.

Наконец, при дальнейшем увеличении деформации упругого

элемента подвески, т. е. при работе подвески на участке U3, жесткость упругого элемента подвески уже на порядок превосходит жесткость прототипа: в реальных конструкциях нам удалось увеличить жесткость в 24 раза. И надо отметить, что это далеко не предел. Данное свойство разработанных нами упругих  элементов позволяет ещё более эффективно решать задачу стабилизации движения транспортного средства и стабилизации положения его кузова.

Очень высокие значения коэффициентов kd,1,  KQ, и  KR позволяют с

уверенностью сделать вывод, что, во-первых, необходимость в применении буфера сжатия в подвеске отпадает и, во-вторых – большие деформации упругого элемента, т. е. большие колебания кузова  транспортного средства, будут высокоэффективно «сдерживаться».

Помимо рассмотренного выше варианта упругого элемента нами разработан упругий элемент, реализующий рабочую характеристику, представленную на Рис. 5. В отличие от случая, отображенного на Рис.4, характеристика содержит два участка: U1 и U3. Причем на участке U3  характеристика существенно нелинейна и отображается «гладкой» кривой. Это позволяет во время движения «вне зоны комфорта», т. е. вне участка U1, значительно (по сравнению с вариантом, рассмотренным на Рис. 4), снизить динамические нагрузки, действующие на узлы, звенья, кузов транспортного средства и на пассажиров.

       Непосредственный сравнительный анализ конструкций дает следующие результаты:

Kc, U1 = 0,5;  Kc, qmax = 24; kd, p = 1,56; kd,1 = 5,54; KQ = 3,55; KR = 3,96.  (10)

       

Сравнительный анализ соотношений (9) и (10) позволяет сделать вывод, что упругий элемент с характеристикой, представленной на Рис.5 будет обладать еще более лучшими эксплуатационными показателями, чем вариант, соответствующий Рис. 4.

       Таким образом, при использовании разработанных нами упругих элементов подвеска транспортного средства «в зоне комфорта» будет «значительно более мягкой» и, вместе с тем, при большом ходе подвески она будет более эффективно решать задачу стабилизации движения транспортного средства и стабилизации положения его кузова. Помимо этого следует иметь в виду,  что предлагаемые конструкции упругих  элементов обладают значительно большей динамической ёмкостью и имеют более высокий коэффициент динамичности, чем у прототипа.

Необходимо также отметить следующее важное достоинство разработанных нами упругих элементов. Нам удалось практически реализовать принцип автоматической оптимизации локализации рабочих зон. Это означает следующее. Если при деформации упругого элемента напряжения в какой-либо его зоне достигают заданной максимальной величины, то данная зона автоматически исключается из «дальнейшей работы».  Таким образом, при переходе на участок U2  «из последующей работы» исключается та зона упругого элемента, напряжения в которой достигли заданного максимума,  а при переходе на участок  U3 – дополнительно исключается следующая, очередная зона. Вследствие этого достигается оптимизация использования упругих свойств материала упругого элемента подвески транспортного средства.

3. Адаптивная подвеска транспортного средства

Рассмотрим рабочую характеристику упругого элемента в предположении использования его совместно с адаптивным амортизатором в подвеске транспортного средства. Фактически будем рассматривать адаптивную систему подрессоривания транспортного средства, включающую упругий элемент и адаптивный амортизатор.

На Рис.6 представлены рабочая линейная характеристика прототипа - серийно выпускающегося упругого элемента (прямая ЕF) и совмещенная рабочая характеристика экспериментального образца разработанных нами упругого элемента и адаптивного амортизатора - кривая  ОАSBCGD).

Рис.6.  Рабочая характеристика упругого элемента с учетом наличия адаптивного амортизатора

Характеристика состоит из пяти участков - Uа1, U1, U2 ,U3 и Uа2. Здесь: – деформация упругого элемента и, одновременно, координата, определяющая положение поршня в рабочем цилиндре амортизатора;  Uа1 и Uа2 – участки интенсивного демпфирования, соответствующие зонам AB и CD (Рис.1); U1 – участок «комфортного движения транспортного средства»; U2  - участок повышенных деформаций и U3 - участок высоких деформаций подвески.

Совокупность участков U1, U2 и U3 соответствует зоне BC (Рис.1), а совокупность участков Uа1,U1, U2, U3 и Uа2  - зоне AD (Рис.1). 

Отметим основные важнейшие свойства рассматриваемой системы подрессоривания транспортных средств.

1. В зоне «комфорта», т. е. на участке U1, где деформация упругого элемента подвески относительно невелика (подвеска «работает» в окрестности точки S, соответствующей статической нагрузке), жёсткость упругого элемента экспериментального образца, т. е. «жёсткость отрезка  AB» характеристики экспериментального образца, в два раза меньше, чем в серийно выпускающихся конструкциях (т. е. в прототипе).

2. Если дорожные условия движения транспортного средства

ухудшаются, то деформации упругого элемента подвески увеличиваются и переходят, например, в диапазон, соответствующий участку U2, в пределах которого жесткость упругого элемента экспериментального образца уже в несколько раз больше чем у прототипа: в  реальных конструкциях жесткость характеристики на участке U2, т. е. жёсткость отрезка BC характеристики, в 4-8 раз больше чем у прототипа.

3. При дальнейшем увеличении деформации упругого элемента в пределах участка U3, жесткость упругого элемента, т. е. жёсткость отрезка CG характеристики, уже более чем на порядок превосходит жесткость прототипа.

На Рис. 7 приведена рабочая характеристика упругого элемента, соответствующего конструктивному варианту, описанному на Рис.5.

Здесь, так же как и при анализе схемы соответствующей Рис.5., следует отметить, что в отличие от случая, отображенного на Рис.6, характеристика содержит четыре участка: Uа1, U1, U3 и Uа2. Причем на участке U3  характеристика нелинейна и отображена «гладкой» кривой. Это позволяет во время движения «вне зоны комфорта» значительно, по сравнению с вариантом описанным на Рис.6, снизить динамические нагрузки, действующие на узлы, звенья, кузов транспортного средства и на пассажиров.

Таким образом, при использовании разработанных нами упругих элементов подвеска транспортного средства «в зоне комфорта» будет «значительно более мягкой» и, вместе с тем, при большом ходе подвески она будет более эффективно решать задачу стабилизации движения транспортного средства и стабилизации положения его кузова.

Следует подчеркнуть, что характеристика описывает собственно упругий элемент и амортизатор: наличие буферов отбоя и сжатия не учитывается. Это тем более оправданно, что в разработанных нами конструкциях адаптивных систем подрессоривания транспортных средств необходимость в использовании буферов отбоя и сжатия отпадает. Их функции с успехом выполняет адаптивный амортизатор.

Рис.7.  Рабочая характеристика упругого элемента с учетом наличия адаптивного амортизатора

       Следует также отметить, что, в виду наличия участков Uа1 и Uа2 отображающих наличие адаптивного амортизатора, предложенная интерпретация упругой характеристики не является традиционной. Однако для рассматриваемых адаптивных амортизаторов она приемлема.