Устройство автомобилей



Тяговые испытания автомобиля



Испытания автомобиля на динамичность

Во время испытаний автомобиля на динамичность определяют минимальную устойчивую и максимальную скорости движения, максимальное ускорение, время и путь разгона и выбега, а также тяговую силу на его колесах.

Динамические испытания автомобиля делятся на дорожные и стендовые.

Тяговые испытания автомобиля

Дорожные испытания наиболее полно отражают условия эксплуатации, но точность их невысока. На стендах создаются стабильные условия испытаний, применяется современное оборудование и аппаратура, позволяющая автоматически обрабатывать результаты испытаний.

Стендовые испытания можно проводить в любое время года. Однако на стенах трудно, а в некоторых случаях невозможно воспроизвести реальные условия эксплуатации. Поэтому дорожные испытания дополняют стендовые и наоборот.

Перед проведением испытаний определяют массовые показатели автомобиля и коэффициенты сопротивления качению и сцепления шин с дорогой. Непосредственно перед началом испытаний все агрегаты автомобиля должны быть прогреты (пробег в течение 0,5…1 часа), а в период испытаний температура охлаждающей жидкости и масла должна поддерживаться в установленных пределах. Температура воздуха должна быть от +5 до +25 ˚С при скорости ветра не более 3 м/с.
Испытания проводят на ровном горизонтальном участке дороги с асфальтобетонным покрытием при полной нагрузке.

При испытаниях автомобилей определяются такие показатели, как скоростные характеристики:

  • разгон-выбег на высшей и предшествующих передачах и при движении по дороге с переменным продольным профилем;
  • максимальная и условная максимальная скорости;
  • время разгона на участках пути длиной 400 и 1000 м;
  • время разгона до заданной скорости.

Скоростная характеристика определяется на участке длиной 13…15 км. Участок пути с переменным продольным профилем должен содержать подъем и спуск длиной 500…700 м с уклоном 4…5 %.

Разгон автомобиля при определении характеристики разгон-выбег проводится до наибольшей скорости на пути 2000 м.
Максимальная скорость определяется на высшей передаче при полной подаче топлива.
Условная максимальная скорость определяется при разгоне автомобиля с места как средняя скорость прохождения последних 400 м участка пути длиной 2000 м. По характеристике разгон-выбег определяют время разгона на участках пути 400 и 1000 м, а также время разгона до заданной скорости.

Минимальную устойчивую скорость устанавливают на двух последовательных участках движения по 100 м каждый, с промежутком между ними 200…300 м. Установление постоянной скорости движения должно обеспечиваться до въезда автомобиля на первый участок.
На промежуточном участке скорость увеличивается до 20…25 км/ч путем резкого увеличения подачи топлива. Перед входом на второй участок скорость автомобиля опять снижается.

При движении автомобиля с прямой передачей производят также испытания на приемистость автомобиля путем резкого разгона с начальной скоростью 15 км/ч до скорости, составляющей 80 % от максимальной на данной передаче.

***

Аппаратура для дорожных испытаний автомобилей

В настоящее время при испытании автомобиля на динамичность широко применяется цифровая аппаратура.


Измерение пройденного пути, скорости и ускорения автомобиля

Для получения информации о скорости, ускорении, пройденном пути и времени движения автомобиля используют «пятое» измерительное колесо (рис. 1), которое легко может быть установлено на любом автомобиле.
Измерительное колесо 3 соединяется с автомобилем с помощью платформы 6, дышла 2 и узла, обеспечивающего его вращение вокруг вертикальной оси 1 при повороте автомобиля. Пружина 4, прикрепленная к кронштейну 5, прижимает колесо к дороге.
На валу этого колеса устанавливается фотоэлектрический или индуктивный датчик. Сигнал от датчика поступает в цифровую регистрирующую аппаратуру (рис. 2), где в нормализаторе 1 он преобразуется в сигнал прямоугольной формы.

Испытания автомобиля на динамичность

В счетчике 3 регистрируется пройденный путь через подсчет импульсов в двоичной системе счисления, а для перехода в десятичную систему счисления двоичный код переводится в дешифратор 6 и поступает на цифровой индикатор 7.

Формирование временных интервалов осуществляет таймер 18, для чего через равные промежутки времени производится счет импульсов, соответствующих пройденному пути. Импульсы открывают ключ 2 на равные промежутки времени и через равные интервалы времени.
За время, в течение которого ключ 2 открыт, через него на счетчик 4 проходят импульсы датчика. Чем больше скорость автомобиля, тем большее число импульсов проходит в единицу времени.

Аналогично регистрации пути цифровой индикатор 8 скорости получает информацию о числе импульсов через дешифратор 5. Так как показания индикатора скорости непрерывно меняются, то для измерения скорости движения в каждый последующий промежуток времени информация, накопленная в счетчике за предыдущее время, должна быть стерта. Эта задача выполняется передним фронтом импульса, который формируется таймером 18, подключенным также к счетчику 4 и дешифратору 5.

Для определения ускорения информация о скорости поступает от счетчика 4 на два запоминающих устройства 14 и 15 через ключ 16. Управление ключом осуществляется через триггер 17 от таймера 18. На двух выходах триггера формируются управляющие сигналы со сдвигом по времени на половину периода.

Первый выход триггера 17 и первый управляющий вход ключа 16 передают информацию о скорости за первый промежуток времени в запоминающее устройство 15.
Сравнивающее устройство 13 сравнивает коды скоростей в устройствах 14 и 15 и выдает информацию об ускорении между двумя измерениями. На цифровой индикатор 9 информация об ускорении поступает в дешифратор 12, который выполняет те же функции, то и другие дешифраторы.

Для получения графиков изменения параметров движения используют цифровые преобразователи 10 и 11, которые подключаются к цифровой аппаратуре. С их помощью выходные импульсные сигналы преобразуются в аналоговые – непрерывно меняющееся напряжение. Это напряжение используется для регистрации графиков движения на осциллографах, самописцах или магнитографах.

На современных испытательных стендах для измерения скорости часто используют датчики, работа которых основана на эффекте Холла. В этом случае на «пятом» колесе крепится стальной диск с радиальными вырезами, а на дышле - датчик. Выступы диска, проходя мимо головки датчика, формируют в нем электромагнитный сигнал, который считывается обрабатывающими устройствами.


Определение крутящего момента и тяговой силы

Для определения тяговых характеристик изменяют крутящий момент на полуоси ведущего моста, а тяговую силу определяют касательным путем, поскольку измерение касательной силы в зоне контакта колеса с дорогой практически невозможно.

Под действием момента полуось закручивается на угол пропорциональный приложенному крутящему моменту. Крутильная деформация измеряется различными датчиками (тензометрическими, индуктивными и др.).

Перспективным является магнитоанизотропный метод определения напряженного состояния деталей, поскольку оно происходит без непосредственного контакта с ними. Этот метод основан на том, что при взаимно перпендикулярном расположении двух катушек индуктивности и подачи на одну из них переменного тока, во второй катушке ЭДС не наводится.
Если возникает деформация магнитного потока возбуждения какими-либо внешними причинами (оси катушек перестают быть перпендикулярными), то во второй катушке появляется ЭДС пропорциональная этой деформации.

Для измерения крутящего момента на полуоси моста автомобиля устанавливают магнитоанизотропный датчик 1 (рис. 3). Датчик закрепляется в отверстии балки моста с зазором между его торцом и полуосью.

Динамические испытания автомобилей

Датчик представляет собой два П-образных магнитопровода, которые расположены взаимно перпендикулярно. На магнитопроводы намотаны катушки индуктивности, но лишь одна из них соединена с источником 6 переменного тока. При прохождении через нее тока создается магнитное поле, которое распространяется по магнитопроводу 5 и замыкается через металл полуоси 3, преодолевая сопротивление зазора между магнитопроводом и полуосью.

При приложении к полуоси крутящего момента она деформируется, при этом деформируется кристаллическая решетка материала в поверхностном слое полуоси, что приводит к искажению направления магнитных силовых линий потока возбуждения от катушки магнитопровода 4. Это в свою очередь вызывает возникновение в катушке магнитопровода 4 слабой ЭДС, которая пропорциональна деформации магнитных силовых линий, то есть приложенному крутящему моменту.

Возникающий сигнал ЭДС направляется к усилителю 7, выход которого соединен через фазовый детектор 8 с индикатором 9. С него считываются показания.
Фазовый детектор 8 служит для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянный, который позволяет определять не только величину крутящего момента, но и направление его приложения.


Аппаратура для регистрации результатов испытаний

Как было сказано выше, для регистрации исследуемых параметров применяют светолучевые осциллографы, самописцы или магнитографы.

К достоинствам самописцев относится то, что носитель информации (бумага) не требует никакой последующей химической обработки для выявления записи, как, например, у осциллографов.

аппаратура и стенды для испытания автомобилей

Самописцы (рис. 4) выпускаются одно-, трех и девятиканальными. Электрические сигналы от датчиков или измерительных схем записываются специальными чернилами на бумаге с помощью трубчатого пера-стрелки гальванометра. Привод стрелки осуществляется от силовой магнитоэлектрической системы. В отличие от шлейфовых осциллографов, многие из которых выпускаются на напряжение 24 В, самописцы питаются от сети напряжением 127 - 220 В частотой 50 Гц. Поскольку источника переменного тока на автомобиле нет, для работы самописца применяют преобразователи напряжения – электромеханические или (чаще) электронные.

Весь узел измерительного механизма самописца сменный, что позволяет использовать механизмы различной чувствительности. Измерительный механизм закрепляется винтом в специальных направляющих. Для удобства смены он снабжен специальным держателем. Изменение скорости протяжки бумажной ленты самописца осуществляется переключением зубчатых колес приводного редуктора с помощью кнопок управления.

В последнее время широкое распространение получили магнитографы. Их достоинством является возможность записанную на ленте информацию вводить для дальнейших расчетов в ЭВМ без какой-либо промежуточной обработки.

Магнитограф напоминает бытовой магнитофон, на магнитную ленту которого может наноситься информация и впоследствии стираться для перезаписи. Принцип работы магнитографа прост – при движении ленты мимо магнитной головки на ленту записываются сигналы датчиков, которые потом можно прочитать воспроизводящей головкой и преобразовать в электрический сигнал.
Сигнал после усиления поступает через демодулятор к устройству для обработки информации.

Для контроля записи во время испытаний к выходу демодулятора подключают электронный осциллограф или стрелочный индикатор. Приборы такого типа называются магнитографами со сквозным каналом.

***



Стендовые испытания автомобилей на динамичность

Для стендовых испытаний применяются барабанные (рис. 5, а-в) или роликовые (рис. 5, г) стенды.
На барабанных стендах колеса опираются на барабан относительно большого диаметра, и условия качения шины почти не отличаются от условий его качения по плоской дороге.
На роликовых стендах колеса опираются на ролики, имеющие небольшой диаметр, поэтому деформация шин на таких стендах вызывает большее сопротивление качению, чем на реальной дороге.

Стендовые испытания автомобиля на динамичность

При испытаниях на установившихся режимах движения автомобиля нагрузка на двигатель и силовую передачу создается гидравлическим или индукторным тормозным механизмом. Реже используют тормозные механизмы в виде балансирных генераторов.

Испытание автомобиля на неустановившихся режимах движения (разгон) осуществляется в основном с помощью электрических генераторов, имеющих незначительное запаздывание с обработкой заданного момента нагружения.

При испытаниях автомобиля на неустановившихся режимах движения в каждый момент его разгона сопротивление движению, развиваемое тормозным механизмом на тормозных барабанах или роликах, должно быть равным сопротивлению, преодолеваемому автомобилем в реальных дорожных условиях. Моделирование такого напряжения осуществляется с помощью ЭВМ (рис. 5, д).

Колеса ведущего моста автомобиля устанавливают на беговые барабаны 1 и закрепляют растяжками. Конец вала беговых барабанов через редуктор 3 и динамометрическую муфту 2 соединен с тормозным генератором 4. Конец вала тормозного генератора связан с тахогенератором 5. Весь этот приводной блок монтируется на общем основании.

Электрическая часть стенда состоит из тормозного генератора 4, тахогенератра 5 и законозадающего устройства 6, в которое входят три функциональных блока, формирующие сигналы, пропорциональные скорости v, квадрату скорости v2 и ускорению a, сумматор 7, усилитель 8, блок сравнения 9, усилитель 10 и преобразователь 11.

При вращении беговых барабанов (роликов) тахогенератор вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте вращения, т. е. скорости движения.
В начале движения, при трогании автомобиля, сигнал скорости мал, и на выходах блоков учета скорости он тоже невелик. Однако на выходе блока учета ускорения сигнал пропорционален ускорению автомобиля и значителен по своей амплитуде. Напряжение на выходе сумматора в основном определяется сигналом от блока учета ускорения. после усиления этот сигнал поступает в обмотку возбуждения генератора 4. Напряжение, вырабатываемое генератором 4, рассеивается в виде теплоты на нагрузочном сопротивлении.
Таким образом, в начальный момент движения сила сопротивления зависит в основном от ускорения автомобиля в реальных условиях движения.

По мере увеличения скорости автомобиля его ускорение падает, но увеличивается сила сопротивления качению. Напряжение тахогенератора, суммируясь в блоке 7 с напряжением от блока учета квадрата скорости, создает после усиления такое напряжение возбуждения тормозного генератора, при котором обеспечивается необходимая нагрузка на автомобиль.

Однако изменение тормозного момента не точно следует за всеми изменениями управляющего сигнала, поскольку характеристики тормозного генератора и усилителя не являются линейными. Для того чтобы тормозной момент генератора точно соответствовал заданному закону нагружения, в цепь управления нагрузкой вводится отрицательная обратная связь по нагрузочному моменту.
Обратная связь создается датчиком тормозного момента и динамометрической муфтой, которая подключена к входу блока сравнения 9, образуя отрицательную обратную связь в системе автоматического регулирования нагрузки.

Таким образом, в сумматоре осуществляется сравнение заданного и обработанного законов нагружения двигателя автомобиля тормозным генератором в зависимости от скорости движения автомобиля.
При рассогласовании действительной нагрузки и заданной происходит формирование на выходе сумматора сигнала управления, который вводит в заданный режим работы тормозной генератор. Это происходит непрерывно во время разгона автомобиля, а нагружение носит колебательный характер. Чем выше частота регулирования, тем меньше амплитуда колебательного процесса нагружения.

Для регистрации исследуемых параметров движения, т. е. скорости, ускорения и крутящего момента, к соответствующим блокам подключают самописец или осциллограф.

***

Тормозная динамичность автомобиля