НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК. 629.33

Россия, ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ)

andreikeller@rambler.ru

Рулевой привод обеспечивает кинематическую связь управляемых колес автомобиля между собой и с управляющим устройством. Одним из важных требований, предъявляемых к рулевым приводам, являются кинематические связи между колесами, ра­циональные с точки зрения управляемости, устойчивости и маневренности [1]. Особенное значение имеет требования обеспечения устойчивости движения для рулевых приводов автомобилей с передними и задними управляемыми колесами, наличие которых определя­ет существенные особенности динамики автомобиля. Кроме того, конструкция рулевого привода должна быть согласована с конструкцией подвески автомобиля, обладать высоким КПД, достаточной жесткостью, эффективно демпфировать возникающие колебания [2].

На основе проведенных ранее исследований установлено, что для устранения недостатков, присущих транспортным средствам с передними и задними управляемыми колесами (УК) необходимо, чтобы угловая скорость поворота задних колес была меньше угловой скорости поворота автомобиля, и боковая реакция на задней оси не меняла свой знак. Поэтому существует необходимость применения рулевого привода задних управляемых колес с переменным передаточным числом [3].

1 Определение соотношения угловой скорости поворота задних управляемых колес и угловой скорости автомобиля

Для обеспечения необходимого соотношения угловой скорости поворота задних управляемых колес и угловой скорости автомобиля для изменения угла поворота задних колес  примем зависимость

 ,                                             (1)

где  а, b, с – постоянные коэффициенты, при этом с < 0, b > 0; x– угол поворота передних колес; y– угол поворота задних колес; е – основание натуральных логарифмов.

График, описываемый зависимостью (1), в общем виде представлен на рисунке 1. Для реализации зависимости изменения угла поворота задних колес, близкой по характеру к запаздыванию относительно передних, точка перегиба должна находиться на уровне значения угла запаздывания. Для обеспечения кинематического согласования при максимальных углах поворота управляемых колес вторая производная в точке экстремума (точка b) зависимости должна быть равна нулю, а значение функции должно быть равно максимальному углу поворота передних управляемых колес.

Рисунок 1 – Соотношение углов (рад) поворота  управляемых колес

Таким образом, для нахождения значений коэффициентов а, b и с необходимо решение системы уравнений

где значения коэффициентов q и p определяются из выражений

              Решая полученную систему уравнений, получим формулы (3), (6), (7) для расчета значений коэффициентов b, c и a в зависимости от максимального угла поворота передних колес и угла запаздывания, выбираемого для конкретного автомобиля.

Численные значения коэффициентов для угла запаздывания Ө_α = 0,07 рад и максимального угла поворота управляемых колес Ө_lmax  0,3 рад равны: а = 383,6;  b = 2,55;   с = -13,5.

При использовании зависимостей (1)…(7), возможен расчет значения угла поворота задних управляемых колес в зависимости от передних колес при различных значениях  максимальных углов поворота передних управляемых колес (УК) и для запаздывания поворота задних колес от передних.

2 Анализ влияния чувствительности автомобиля к повороту рулевого колеса на максимальную скорость движения

Изменение чувствительности к повороту рулевого колеса для автомобиля, имеющего рулевой привод с запаздыванием, при изменении передаточного числа рулевого механизма особенно заметно на малых скоростях движения. При увеличении скорости эта разница постепенно уменьшается  и при увеличении передаточного числа с 25 до 27 на скорости движения 17 м/с чувствительность автомобиля к повороту рулевого колеса практически не изменяется. Необходимо отметить, что повышение передаточного числа рулевого механизма способствует повышению устойчивости движения при выполнении маневра «рывок руля» [3].

При использовании в рулевом управлении привода с переменным передаточным числом уменьшение передаточного числа рулевого механизма вызывает увеличение чувствительности автомобиля к повороту рулевого колеса в рассматриваемом диапазоне изменения скоростей движения автомобиля.

При использовании в рулевом приводе устройства запаздывания, максимальная скорость выполнения  маневра при минимальном передаточном числе рулевого механизма, равном 17, выше, чем для рулевого привода с переменным передаточным числом (14 м/с и 12 м/с соответственно).

Необходимо также отметить, что значения максимальной скорости, полученной для рулевого привода с устройством запаздывания при выполнении маневра "рывок руля", получены благодаря малому углу поворота задних УК в заданных условиях. Кроме того, данный маневр позволяет оценить главным образом, устойчивость движения автомобиля. Применение на рассматриваемых типах автомобилей рулевого привода с переменным передаточным числом или устройством запаздывания позволяет повысить устойчивость движения по сравнению с рулевым только передних управляемых колес, сохранить показатели маневренности.

3 Схема рулевого управления транспортного средства с передними и задними управляемыми колесами

На рисунке 2 представлена схема рулевого управления транспортного средства с передними и задними управляемыми колесами [4].

Рулевое управление транспортного средства с передними и задними управляемыми колесами содержит рулевое колесо 3, кинематически связанное через рулевой механизм 2 с корпусом распределителя 4, золотник которого кинематически связан с исполнительным цилиндром 1. рулевым приводом передних управляемых колес и с кривошипами мальтийского механизма 9.  Механизм 9 кинематически связан с корпусом распределителя 7 задних управляемых колес, золотник которого связан с исполнительным гидроцилиндром 6 и рулевым приводом задних управляемых колес. Рулевое управление содержит насос 5, обеспечивающий подачу рабочей жидкости из бака 11 в распределители 4 и 7, гидравлически связанные с цилиндрами 1, 6 соответственно и баком 11 через фильтр 10.

1 – цилиндр; 2 – рулевой механизм; 3 – рулевое колесо;  4 – распределитель передних управляемых колес; 5 – насос; 6 – гидроцилиндр; 7 – распределитель задних управляемых колес; 9 – мальтийский механизм; 10 – фильтр; 11 - бак 

Рисунок 2 – Рулевое управление с передними и задними управляемыми колесами

Рулевое управление работает следующим образом.

При отсутствии управляющих воздействий на рулевое колесо и прямолинейном движении транспортного средства золотники распределителей 4 и 7 находятся в нейтраль­ном положении, сообщая напорные магистрали насоса 5 со сливом. Фиксация креста мальтийского механизма 9 в неподвижном положении при отсутствии управляющих воздействий осуществляется запирающими дугами.

При повороте рулевого колеса 3 управляющее воздействие передается через рулевой механизм 2 распределителю 4, смещая его корпус относительно золотника, открывая доступ рабочей жидкости, закачиваемой из бака 11 насосом 5 к рабочим полостям гидроцилиндра 1. Одна из полостей гидроцилиндра 1 сообщается с напорной магистралью насоса, другая со сливом, в результате чего перемещается шток гидроцилиндра 1, вызывая поворот передних управляемых колес, перемещение золотника распределителя 4 и кривошипов механизма 9. Цевка одного из кривошипов (в зависимости от направления поворота) входит в зацепление с крестом механизма 9, вызывая его поворот относительно своей оси, что ведет к смещению корпуса распределителя 7 относительно его золотника, открывая доступ рабочей жидкости, к рабочим полостям гидроцилиндра б. Одна из полостей гидроцилиндра 6 сообщается с напорной магистралью насоса, другая – со  сливом, в результате чего перемещается шток гидроцилиндра 6, вызывая поворот задних управляемых колес и перемещение золотника распределителя 7, обеспечивая обратную связь по перемещению.

Выводы

Применение механического рулевого привода, реализующего предложенный закон регулирования угловой скорости поворота задних управляемых колес, позволяет повысить кри­тическую скорость выполнения маневра «рывок руля».

Предложенный рулевой привод с переменным передаточным числом обеспечивает более высокую чувствительность к повороту рулевого колеса при не­больших углах его поворота. Плавное изменение чувствительности рулевого управления при повороте рулевого колеса и более высокая жесткость привода обеспечивают лучшие эргономические характеристики рулевого привода с переменным передаточным числом.

Список литературы

     1. Аксенов П.В. Многоосные автомобили: теория общих конструктивных решений. М.: Машиностроение, 1980. 207 с.

     2. Гладов Г.И., Вихров А.В., Зайцев С.В., Кувшинов В.В., Павлов В.В. Конструкции многоцелевых гусеничных и колесных машин: учебник для студ. высших учеб. заведений / под ред. Г.И. Гладова. М.: Издательский центр «Академия», 2010. 400 с.

     3. Проектирование полноприводных колесных машин: учебник для вузов. В 3 т. Т. 3 / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов и др.; под ред. А.А. Полунгяна. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 432 с.

     4. Мурог И.А., Трач С.И. Рулевое управление транспортного средства с передними и задними управляемыми колесами: пат. № 2160205 РФ. 2001.