1. Место динамического анализа в процессе проектирования автомобиля

В механике, под динамическим анализом подразумевается определение движения тел системы по приложенным к ним силам (прямая задача динамики) или определение сил по заданному движению тел (обратная задача динамики). Процесс проектирования идет итерационно и начинается с эскизного проекта, который определяет основные геометрические, инерционные и прочие параметры системы. Далее строится ее динамическая модель, с помощью которой определяются усилия взаимодействия между элементами конструкции в шарнирах, сочленения, опорах, силовых (пружинах, рессорах, демпферах) и крепежных элементах на рабочих и экстремальных режимах работы. Определенные здесь усилия являются входными данными для дальнейшего анализа деталей механической системы на прочность и долговечность. Схема алгоритма анализа механических систем автомобиля при проектировании приведена на рис. 1.

Рис. 1. Алгоритм анализа механических систем автомобиля при проектировании

Помимо определения нагрузок для прочностных расчетов динамический анализ механической системы также имеет и самостоятельное значение. Например, с помощью динамических моделей могут определяться динамические показатели эксплуатационных свойств автомобиля, которые в автомобилестроении ограничены различными нормами и стандартами. Так, динамический анализ может использоваться для определения показателей таких эксплуатационных свойств автомобиля, как управляемость и устойчивость, тяговая динамика, тормозная эффективность, вибронагруженность, профильная и опорная проходимость и ряда других. Примеры применения динамического анализа для исследования эксплуатационных свойств автомобиля показаны на рис. 2.

Рис. 2. Применение динамического анализа для определения эксплуатационных свойств автомобиля.

Динамический анализ может также использоваться для параметрической оптимизации конструкции автомобиля по выбранным динамическим и кинематическим показателям (ускорениям, скоростям, линейным и угловым перемещениям элементов автомобиля). С помощью динамического анализа могут проводиться исследования кинематики и динамики отдельных узлов и агрегатов автомобиля: механизмов подвески, рулевого управления, трансмиссии открывания капота и т.д. Примеры применения динамического анализа для агрегатов и узлов автомобиля приведены на рис. 3.

Рис. 3. Применение динамического анализа для исследования отдельных узлов и агрегатов автомобиля

Еще одной областью применения динамического анализа является отработка и оценка алгоритмов работы систем активной безопасности (АБС, ПБС, систем повышения курсовой устойчивости) и систем управления подвеской. На рис. 4 показаны кадры анимации, полученные в результате проведения динамического анализа процесса торможения автомобиля на льду при гармоническом воздействии на рулевое колесо для двух вариантов работы системы активной безопасности автомобиля.

АБС отключена АБС включена

t = 1 c

АБС отключена АБС включена

t = 2 c

АБС отключена АБС включена

t = 3 c

АБС отключена АБС включена

t = 4 c

АБС отключена АБС включена

t = 5 c

Рис. 4. Кадры анимации торможения на льду при гармоническом воздействии на рулевое колесо при отключенной и включенной АБС

Динамические модели также используются при создании автомобильных тренажеров, предназначенных для обучения вождению или для оценки работы систем управления автомобиля в режиме реального времени. Внешний вид такого тренажера показан на рис. 5.

Рис. 5. Тренажер для обучения вождению

Кроме того, более динамический анализ позволяет воспроизводить аварийные и нештатные ситуации, возникающие при эксплуатации автомобиля и помогает выявлять их причины.

Итак, основными областями применения динамического анализа при проектировании и эксплуатации автомобиля являются следующие:

- определение нагрузок для расчета на прочность и долговечность;

- определение динамических показателей эксплуатационных свойств;

- параметрическая оптимизация конструкции;

- отработка алгоритмов электронных систем активной безопасности и управления;

- создание динамических моделей для автомобильных тренажеров;

- воспроизведение нештатных ситуаций.