новая папка / mami_auto122
.pdf
Рис. 1.5.4. Активная трансмиссия автомобиля Honda
Эта трансмиссия, кроме традиционного распределения крутящего момента между передним и задним мостами, способна оптимально распределить его между правым и левым задними колесами автомобиля. Для улучшения управляемости и уменьшения потерь крутящего момента в заднем дифференциале добавлен планетарный «ускоритель», обеспечивающий при повороте более быстрое вращение внешнего колеса по сравнению с передними. По мнению разработчиков, SH-AWD обеспечит автомобилю абсолютно нейтральную поворачиваемость в любых дорожных условиях. Обработав информацию от множества датчиков, измеряющих параметры движения, режимы работы двигателя, коробки передач, а также учитывая угол поворота рулевого колеса, компьютер увеличивает тягу на внешнем заднем колесе, если при повороте происходит разгон, или уменьшает его при торможении. При движении по прямой, когда на задние колеса приходится большая масса, на них передается и большее тяговое усилие.
На автомобиле Volvo XC90 V8 впервые нашла применение новая трансмиссия Instant Traction. Система полного привода была усовершенствована так, чтобы она более точно могла передавать мощность от нового двигателя V8. Максимальный крутящий момент, кратковременно передаваемый на задние колеса, увеличен на 50% по сравнению с обычным пятиили шестицилиндровым Volvo XC90. Если раньше задний мост подключался после того, как любое из передних колес провернется на 1/7 оборота, то новая муфта Haldex, с усовершенствованным клапаном постоянного давления, задействует его практически мгновенно после
61
воздействия на педаль газа. В первое мгновение, когда автомобиль трогается
сместа и ему особенно «тяжело», крутящий момент передается на колеса пропорционально распределению на них массы автомобиля. Сцепление колес
сдорогой обеспечивается без проскальзывания, что очень важно при трогании с места и резком ускорении на мокрой или обледеневшей дороге. Кроме того, это исключает эффект «закапывания» передних колес на рыхлых грунтах. После разгона до 15 км/ч задний мост плавно отключается, и автомобиль превращается в переднеприводной.
1.6. Подвеска автомобиля
Одним из элементов активной безопасности автомобиля является подвеска, обеспечивающая устойчивость автомобиля на дороге. Считается, что безопасность автомобиля гарантируется лишь в том случае, если его шасси рассчитано на большую скорость, чем та, которую может обеспечить двигатель. Тенденции развития конструкций передних подвесок автомобилей свидетельствуют о том, что за последние годы значительно увеличилось количество автомобилей, имеющих переднюю подвеску типа «качающаяся свеча» (Mac Pherson) (рис. 1.6.1).
Жесткая пространственная конструкция хорошо воспринимает нагрузки, возникающие в элементах подвески при движении автомобиля. Распространением кузовов, имеющих такую конструкцию, и объясняется растущая популярность рычажно-свечнои (или с «качающейся свечой») передней подвески типа Мас Pherson. Любая другая система подвески требует наличия массивной передней поперечины либо существенного усиления панелей передней части кузова. Амортизационно-пружинная качающаяся стойка Mac Pherson упирается верхним концом в чашку, расположенную в вершине передней надколесной арки, несколько впереди перегородки между отсеком двигателя и салоном. Основной недостаток этой подвески - необходимо несколько ограничить свободу перемещения колеса в вертикальном направлении, если капот расположен низко в соответствии с существующей тенденцией. В противном случае, витки пружины могут плотно прижаться друг к другу при максимальном ходе сжатия подвески, и удар передается на кузов. Усилие на рулевом колесе в значительной степени зависит от величины смещения точки пересечения осевой линии поворотного шкворня с поверхностью дороги относительно центра отпечатка шины. Поэтому, при малейшем нарушении балансировки колеса или биении шины во время качения колеса, возникающие вибрации передаются непосредственно на амортизационную стойку.
62
Рис. |
1.6.1 |
Передняя |
подвеска |
типа |
«качающаяся |
свеча» |
(Mac Pherson). |
|
|
|
|
|
|
Английская компания, Jaguar, при создании своей новой модели Х-Tupe также использовала подвеску Mac Pherson, отказавшись от классической подвески на двух поперечных рычагах. Шведская компания SAAB на своей модели 9-5 также использует подвеску Mac Pherson. Для увеличения безопасности автомобиля используется мощный подрамник с широко расставленными нижними рычагами, а рулевая планка располагается за двигателем. Конструкторы нового Ford Mondeo также используют стойки Mac Pherson. Конструкция улучшена за счет применения нижних рычагов с широко разнесенными опорами, прикрепленными к подрамнику. Для снижения кренов при прохождении поворотов стабилизатор поперечной устойчивости имеет дополнительное крепление с амортизационными стойками посредством длинных шарнирных звеньев.
Однако не сдает свои позиции и двухрычажная подвеска (рис. 1.6.2). Так, на автомобиле Alfa Romeo 156, она получила следующие характерные особенности: нижний рычаг с широко расставленными точками крепления, стал намного короче верхнего, ось которого составляет большой угол с продольной осью автомобиля. Рычаг поворотной цапфы получил «лебединую шею» - он сильно изогнут для более высокого крепления верхнего рычага. Такая конструкция позволяет оставить дополнительное пространство для привода к колесам и является наиболее типичной для подвески на двух рычагах. Но некоторые инженеры используют для смягчения ударов от дорожных неровностей другие способы крепления нижних рычагов.
63
Рис. 1.6.2. Схема подвески на двойных рычагах
На автомобилях высокого класса все чаще применяют многозвенные конструкции, особенно в задней подвеске. Как и в подвеске на двойных рычагах, центр крена может быть расположен с высокой точностью в нужном месте, в разумных пределах, и его перемещение может легко контролироваться. Примером многозвенной подвески может служить задняя подвеска Ford Mondeo, названная разработчиками Quadrakink. В ней используются двойные поперечные звенья для передачи боковых усилий с встроенным «пассивным управлением», которое повышает устойчивость на поворотах. Кроме того, используются продольные рычаги и вертикальные амортизационные стойки с пружинами. Все элементы, кроме продольных рычагов, монтируются на заднем подрамнике для обеспечения двойной изоляции от дорожного шума и вибрации. В задней многозвенной подвеске автомобиля SAAB 9-5 самой интересной деталью является подрамник. В отличие от традиционной прямоугольной формы для повышения жесткости он имеет достаточно причудливую форму.
В автомобилях малого класса по-прежнему можно встретить заднюю подвеску на продольных рычагах (рис. 1.6.3).
Рис. 1.6.3. Схема подвески на продольных рычагах
64
Ее конструкция обеспечивает параллельность колес продольной линии автомобиля все время. Некоторые конструкторы считают, что такая подвеска дает возможность несколько уменьшить чрезмерную недостаточную поворачиваемость за счет уменьшения силы сцепления задних шин, но это приводит к уменьшению общей силы сцепления на поворотах. Часто в этих конструкциях используются торсионы и компактные рычажные амортизаторы, дающие возможность разместить подвеску непосредственно под полом багажника.
В классе малых и среднеразмерных автомобилей продолжает доминировать задняя подвеска с торсионной балкой, впервые появившаяся на моделях Volkswagen еще в середине 70-х годов. Она состоит из двух продольных рычагов, соединенных с поперечной балкой, которая сверху шарнирно крепится к кузову, а колеса прикрепляются снизу (рис. 1.6.4).
Рис. 1.6.4. Задняя подвеска автомобиля Audi A2 с торсионной балкой
Такой тип подвески хорош с точки зрения структурной и пространственной эффективности и обеспечивает преимущества настоящей независимой подвески. Она также относительно дешева в производстве и легко монтируется в автомобиль на сборочной линии.
Одним из важных элементов подвески является пружина. Наиболее часто встречаются пружины цилиндрической формы постоянной жесткости. К сожалению, пружина имеет определенную минимальную длину, когда ее витки вследствие сжатия соприкасаются друг с другом, и она превращается в
65
жесткий цилиндр, что может привести к серьезному дискомфорту для пассажиров и к риску потери управления. Для предотвращения этого эффекта вместе с пружинами устанавливаются ограничители хода подвески при сжатии. Сегодня эти элементы изготавливаются, как правило, из полиуретана.
К достоинствам пружин можно отнести легкость, с которой они могут быть подобраны для необходимой степени жесткости. Обрезав пружину хотя бы на один виток, можно снизить высоту автомобиля, увеличить жесткость подвески.
Создание пружин переменной жесткости не предоставляет для конструкторов особой сложности (рис. 1.6.5). Они могут быть созданы, например, если расстояние между витками будет сужаться ближе к ее концам. Тогда при сжатии такой пружины внешние витки постепенно будут входить в контакт, а оставшаяся часть несжатой пружины будет иметь большую жесткость. Также можно получить пружину переменной жесткости путем изготовления пружины, у которой расстояние между витками остается постоянным, но она изготавливается из прутка, диаметр каждого уменьшается с каждого конца.
Кроме того, можно изготовить пружину не цилиндрической формы, а
|
в |
виде |
конуса |
или |
кокона. |
||
|
Достоинством |
такой |
пружины |
||||
|
является то, что, обладая переменной |
||||||
|
жесткостью, она в полностью сжатом |
||||||
|
состоянии занимает меньше места. |
||||||
|
Такие пружины сегодня применяются |
||||||
|
в |
задней |
подвеске |
многих |
|||
|
переднеприводных |
автомобилей |
|||||
|
европейского производства. |
|
|
||||
|
Некоторые |
автомобильные |
фирмы |
||||
|
отказались от подвесок, в которых |
||||||
|
упругие |
элементы |
зависят |
от |
|||
|
деформации металла. Например, |
||||||
|
французский «Ситроен» вот уже |
||||||
|
почти |
50 |
лет |
использует |
|||
|
гидропневматическую |
|
подвеску |
||||
|
собственной разработки (рис. 1.6.6). В |
||||||
|
этой подвеске используется жидкость |
||||||
Рис. 1.6.5. Пружина переменной |
для передачи усилия на сферические |
||||||
жесткости. |
газонаполненные элементы. |
|
|
||||
Регулируя количество жидкости в системе, можно понижать или поднимать высоту автомобиля даже во время движения. К недостаткам этой системы можно отнести не только дороговизну и сложность обслуживания и ремонта,
66
но и необходимость использования насоса высокого давления, который потребляет энергию двигателя, увеличивая при этом расход топлива.
Рис. 1.6.6. Гидропневматическая подвеска
Такие фирмы как Lincoln, Toyota Lexus, последние Merscedes S-classe
используют в подвеске пневматические упругие элементы, позволяющие обеспечить постоянную высоту при движении автомобиля независимо от нагрузки автомобиля. Такие подвески позволяют отказаться от использования жидкости под высоким давлением и необходимости иметь отдельный резервуар для ее хранения, но, тем не менее для снабжения системы воздухом требуется приводимый от двигателя или электромотора насос и ресивер, а также управляющая клапанная система, что значительно увеличивает сложность и стоимость пневматической подвески.
Впоследние годы все чаще на автомобилях применяются адаптивные амортизаторы. Они появились на автомобилях повышенной комфортности почти 50 лет назад и позволяют водителям самостоятельно выбирать предопределенные установки амортизатора - от мягкого до жесткого.
Современные системы управляются компьютером (часто остается возможность настройки регулировок водителем), чтобы выбрать наиболее подходящую настройку для любой скорости, дороги и условий движения. Как правило, они имеют один или два электромагнитных перепускных клапана, которые, открываясь или закрываясь, обеспечивают два или три демпфирующих режима. При двух закрытых клапанах обеспечивается наиболее жесткий режим работы амортизаторов — «спортивный». При одном открытом клапане амортизатор работает в «нормальном» режиме. Когда открыты оба клапана, амортизатор работает в самом мягком режиме - «комфортный». Mercedes предложил новую систему ADS (адаптивную демпфирующую систему), которая обеспечивает четыре уровня демпфирования.
Всовершенно новом амортизаторе Magneride использован тот факт, что некоторые вязкие жидкости можно сделать чувствительными к
67
электромагнитным полям, тогда при усилении электромагнитного поля будет увеличиваться вязкость жидкости и, как следствие, — жесткость амортизатора. Такие амортизаторы позволяют менять демпфирование плавно, бесступенчато, в большом диапазоне. Возможно, что амортизаторы «Магнерайд» появятся на серийных автомобилях уже в ближайшее время.
1.7. Тормозные свойства автомобиля
1.7.1. Требования безопасности, предъявляемые к тормозной системе автомобиля
Во время движения транспортного средства водитель постоянно изменяет его скорость, приводя ее в соответствие с окружающей дорожной обстановкой (вплоть до полной остановки). Остановить автомобиль на коротком расстоянии возможно лишь при наличии на автомобиле специальной системы, создающей большое дополнительное сопротивление движению и быстро снижающей скорость. Сопротивление, создаваемое тормозными механизмами, дает возможность также удерживать на месте стоящий автомобиль, а при движении на спуске предохранять его от нежелательного разгона.
Современные автомобили снабжаются четырьмя тормозными системами: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной.
Рабочая тормозная система является основной. Она предназначена для регулирования скорости автомобиля в любых условиях движения.
Запасная система используется в случае отказа рабочей системы, а стояночная удерживает неподвижный автомобиль на месте.
Вспомогательная тормозная система нужна для поддержания скорости автомобиля постоянной в течение длительного времени.
На легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности в качестве запасной тормозной системы часто используют стояночную, а во вспомогательной системе – двигатель. На грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости применяют четыре раздельные тормозные системы.
Наибольшее значение для безопасности автомобиля имеет рабочая тормозная система. Ее применяют для плавного снижения скорости с замедлением (до 2,5–3 м/с2) – служебное торможение и для резкого ее уменьшения с максимально возможным в данных дорожных условиях замедлением (до 8–9 м/с2) – экстренное или аварийное торможение.
Для обеспечения безопасности автомобиля тормозная система должна удовлетворять следующим требованиям:
1.Время срабатывания системы должно быть минимальным, а замедление автомобиля – максимальным во всех условиях эксплуатации.
2.Тормозные силы на колесах должны нарастать плавно, в системе не должно быть заеданий и заклиниваний.
3.Работа тормозной системы не должна вызывать потери устойчивости
68
автомобиля.
4.Стабильность тормозных свойств должна сохраняться при неоднократном торможении, а эффективность действия системы должна быть постоянной в течение всего срока службы автомобиля
5.Надежность всех элементов системы должна быть обеспечена на протяжении гарантированного ресурса, а также должна быть предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.
6.Тормозной привод должен обеспечивать силовое следящее действие, то есть пропорциональность между усилием на педали и замедлением автомобиля.
7.Усилия, необходимые для приведения системы в действие и перемещения рабочих органов управления (педали, рычаги), не должны превышать нормированных величин, обусловленных физическими возможностями водителя.
Полностью удовлетворить все эти требования довольно трудно, хотя работа над совершенствованием конструкций тормозных механизмов и тормозного привода ведется постоянно.
1.7.2.Характеристики тормозных свойств. Расчетное определение тормозных сил
Характеристиками тормозных свойств транспортного средства являются: замедление, время и путь торможения в определенном интервале скоростей, а также суммарная тормозная сила. Для их определения рассмотрим подробнее процесс экстренного торможения (рис. 1.7.1).
Рис. 1.7.1. Схема сил, действующих на автомобиль при торможении.
69
Рис. 1.7.2. Зависимость сил сцепления от времени.
Водитель, заметив препятствие, оценивает дорожную обстановку, принимает решение о торможении, переносит ногу с педали подачи топлива на тормозную педаль. Время tp , необходимое для этих действий (рис. 1.7.2), –
время реакции водителя – обычно находится в пределах 0,3–2,5 с. Оно зависит от квалификации водителя, его возраста, степени утомления и других факторов. При неожиданном возникновении опасности это время принимает значения, лежащие ближе к верхней границе диапазона.
Время tc (время запаздывания тормозной системы) необходимо для
устранения зазоров в соединениях тормозного привода и перемещения всех его деталей. Это время, зависящее от конструкции и технического состояния тормозного привода, колеблется в среднем от 0,2– 0,3 с (гидравлический привод) до 0,6–0,8 с (пневматический привод). У автопоездов с пневматическим приводом тормозных механизмов оно может достигать 2–3 с. В течение времени (tp +tc ) автомобиль продолжает двигаться равномерно с
начальной скоростью V0 .
В конце этого периода возникают тормозные силыRX 1 и RX 2 , вызывающие замедление движения. Определим их, пренебрегая сопротивлением дороги и воздуха, и приняв коэффициент учета вращающихся
масс равным единице. |
|
|
|
||||||||||
Согласно условиям равновесия (см. рис. 1.7.1): |
|
||||||||||||
P = M |
a |
j |
з |
= R |
X 1 |
+ R |
X 2 |
, |
(1.7.1) |
||||
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Rz1 |
= |
Gb + Pиhц |
|
, |
|
|
(1.7.2) |
||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
Rz2 |
= |
Ga − Pиhц |
, |
|
|
(1.7.3) |
|||||||
|
|
|
|||||||||||
где Ma – |
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
масса |
автомобиля; jз – замедление автомобиля |
(отрицательное |
|||||||||||
ускорение); |
RX 1 |
и RX 2 |
– касательные реакции дороги, действующие на колеса |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |