Устройство автомобилей



Плавность хода автомобиля




Общие сведения о плавности хода

Автомобиль является сухопутным транспортным средством, поэтому перемещается по дорогам с различным покрытием и разного качества. При этом поездка по неровной дороге на одном автомобиле не вызывает неприятных ощущений, а даже непродолжительная езда на другом автомобиле по той же дороге вызывает неприятные ощущения, приводит к быстрой утомляемости и даже расстройствам здоровья.
В данном случае можно сказать, что первый автомобиль обладает плавным ходом, а второй, обладая жестким ходом, передает все неровности дороги от колес и подвески непосредственно кузову, водителю и пассажирам.

Под плавностью хода понимают совокупность свойств, обеспечивающих ограничение в пределах установленных норм вибронагруженности водителя, пассажиров, груза и автомобиля.

Нормы вибронагруженности устанавливаются так, чтобы на дорогах, для которых предназначен данный автомобиль, вибрации не вызывали у водителя и пассажиров неприятных ощущений, а вибрации грузов и автомобиля – их повреждений.

Выступы и впадины, имеющие длины волн от 100 м до 10 см называют микропрофилем дороги. Он является основным источником сил, вызывающих колебания автомобиля на подвеске.
Мелкие неровности дорожной поверхности с длиной волн менее 10 см называют шероховатостью дороги. Они могут стать причиной высокочастотной вибрации и связанного с ней шума высокого уровня при движении транспортного средства.

показатели плавности хода автомобиля

Плавность хода зависит от характера и величины возмущающих сил, вызывающих колебания, общей компоновки автомобиля и отдельных его конструктивных особенностей, главным образом от системы подрессоривания, а также от мастерства водителя.

Возмущающие силы могут возникать под действием внутренних и внешних причин. К внутренним причинам относятся неуравновешенность деталей и неравномерность их вращения. Внутренние возмущающие факторы может вызывать дисбаланс работающего двигателя, узлов и деталей трансмиссии, ходовой части, в т. ч. колес. Из внешних причин наибольшее значение имеют неровности пути.

Под влиянием внутренних причин возникают главным образом высокочастотные колебания – вибрации, влияние которых на пассажиров не столь значительно. Конечно, сильный дисбаланс колес или, например, гнутый карданный вал, могут вызвать ощутимую тряску при движении, но эти случаи связаны с явной неисправностью элементов конструкции автомобиля. Поэтому плавность хода рассматривается с точки зрения воздействия, оказываемого неровностями пути.

Основными устройствами, защищающими автомобиль, водителя, пассажиров и груз от большой вибронагруженности со стороны дороги является подвеска и шины, а для пассажиров и водителя также упругие сидения.

На человека негативно влияет амплитуда, частота и ускорение колебательного движения. Колебания кузова автомобиля складываются из вынужденных колебаний, имеющих случайно меняющиеся частоты, и свободных колебаний, имеющих постоянную частоту (собственная частота колебаний кузова).
Свободные колебания преобладают над вынужденными, поэтому снижение интенсивности колебаний с собственной частотой приводит к улучшению плавности хода автомобиля на любой дороге.

***

Влияние колебаний и вибраций на человека

При движении автомобиля его кузов испытывает колебания и вибрации, которые организм человека переносит по-разному. Колебания с низкой частотой (до 900…1100 колебаний в минуту) воспринимаются человеком как отдельные циклы изменения нагрузки или положения. Колебания более высоких частот воспринимаются слитно и называются вибрациями.

Частота колебаний кузова на рессорах лежит в пределах от 80 до 150 колебаний в минуту, частота колебаний осей между рессорами и землей (шинами) равна 360...900 колебаний в минуту. Вибрации двигателя, трансмиссии и кузова происходят с частотой 1000...4200 колебаний в минуту.

Организм человека воспринимает вибрации или через их звуковые проявления или непосредственно как силовые воздействия. В автомобиле пассажиры и водитель изолированы от непосредственного силового воздействия вибрации подушками сидений. Только ноги на полу могут воспринимать эти вибрации, силовые воздействия которых почти полностью устраняются применением упругих ковриков.
Наибольшее влияние на организм человека оказывают колебания кузова.
Колебательный процесс характеризуется частотами, амплитудами, скоростью колебания, ускорениями и скоростью изменения ускорений.

Для повышения комфортабельности автомобиля необходимо по возможности уменьшить амплитуду колебаний. При амплитудах колебаний меньших 35…40 мм, амортизационная способность человеческого организма полностью устраняет колебания головы. Большие амплитуды вызывают колебания головы, что приводит к неприятным ощущениям и быстрой усталости.




Частота колебаний более существенно влияет на организм человека. Установлено, что снижение числа колебаний менее 50 колебаний в минуту часто вызывает у пассажиров явление «морской болезни», а превышение 130 колебаний в минуту приводит к ощущению резких толчков.
На ощущения человека при колебаниях – его энергетические затраты и нервные нагрузки – могут оказывать существенное влияния разные параметры колебательного процесса, в зависимости от частоты колебаний.

При частотах до 4..6 колебаний в минуту, в пределы которых полностью укладывается весь низкочастотный диапазон колебаний автомобиля, ощущения в первую очередь пропорциональны ускорениям при колебаниях. Поэтому для оценки плавности хода автомобилей наиболее распространенным измерителем являются вертикальные ускорения, определяемые в характерных точках колебательной системы. По величине вертикальных ускорений кузова автомобиля можно также судить о сохранности перевозимого груза.

Если ускорения кузова больше ускорения свободного падения g = 9,81 м/с2 , то незакрепленный груз отрывается от пола и затем падает обратно, поскольку некоторое время находится в состоянии невесомости.

При оценке плавности хода по ускорениям необходимо, кроме величины ускорений, учитывать их повторяемость. Совокупный учет этих факторов соответствует взглядам физиологов на утомление, как на явление, связанное с интенсивность и частотой внешних раздражителей.
Следует отметить также, что при частотах колебаний кузова до 5…6 колебаний в минуту на ощущения человека оказывает заметное влияние скорость ускорений, т.е. третья производная перемещений по времени. Так, например, скорости изменения ускорений до 25 м/с2 вызывают беспокоящие ощущения, а при 40 м/с2 – неприятные ощущения.

***

Показатели плавности хода

Колебания кузова автомобиля характеризуются следующими показателями:

  • период колебаний t – время, в течение которого кузов совершает полное колебательное движение;
  • угловая частота Ω – величина, численно равная произведению частоты колебаний на 2π: Ω = 2πυ = 2π/t.

Угловая частота соответствует фазе колебаний без начальной фазы в момент времени t = 1 сек.

Частота колебаний n – число колебаний в минуту:

n = 60/t = 60Ω/2π = 30/π√(с/m),

где m – масса тела;
с – жесткость упругого элемента подвески.

Деформация f0 упругого элемента подвески при ее статическом положении зависит от его жесткости и силы тяжести подрессоренной массы автомобиля:

f0 = Gг,

где Gг – вес подрессоренной массы автомобиля.

Тогда можно записать:

n = (30)√[(Gг/f0)(g/Gг)] = (30/π)√(g/f0).

Анализируя эту формулу можно сделать вывод, что чем больше статический прогиб подвески, тем меньше частота собственных колебаний. Используя мягкие подвески, уменьшают частоту собственных колебаний кузова, повышая комфортабельность автомобиля.

***

Способы повышения плавности хода автомобиля