Способ определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля

Изобретение относится к способам определения эффективности подвески транспортных средств, а именно к способу определения эффективности действия амортизаторов в подвеске автомобиля по обеспечению безопасности движения автомобиля.

Известен способ оценки состояния автомобилей, (Авт. св. №1179950, С01М 17/04, 15.09.85 г. Бюл. N 34), состоящий в измерении статического усилия R_ст действия колеса на опору, и максимального усилия R_max действия колеса на опору при колебаниях в резонансе. Эффективность работы амортизатора определяется из соотношения:

К_эфф.=R_max/R_ст 100

Однако этот способ недостаточно точен, т.к. не учитывает влияния на эффективность действия амортизатора в подвеске автомобиля давления в шинах, которое существенно влияет на показатель К_эфф. Он также имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не позволяет определить наличие отрывов колес от дороги и недопустимое снижение нагрузки колеса на дорогу. Эти показатели влияют на управляемость и тормозные свойства автомобиля, поэтому без их определения нельзя оценить эффективность действия амортизаторов в подвеске автомобиля по обеспечению его активной безопасности с учетом высоты неровностей дороги.

Известен также способ проверки состояния амортизаторов (пат. ЕПВ N 0145057, G01M 17/04, 19.06.85 г.), включающий измерение минимальной R_min и максимальной нагрузки колеса R_max на площадку и определение средней величины, характеризующей состояние амортизатора, по выражению:

П=R_max+R_min/2.

Но и этот способ недостаточно точен и функционален по этим же причинам. Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является способ определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля (патент N 2100792, G01M 17/04, 27.12.1997 г.), заключающийся в том, что замеряют статическую нагрузку от колеса на виброплощадку, подвергают колесо вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески автомобиля, замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой, причем регистрируют минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент установившегося режима вынужденных колебаний, измеряют минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса и определяют эффективность амортизатора по формуле:

К_эфф.=R_ст-R_дин/R_ст-R_рез⋅100,

где R_ст статическая нагрузка от колеса на виброплощадку; R_дин минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент установившегося режима вынужденных колебаний; R_рез минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса.

Однако данный способ также недостаточно точен и функционален, по указанным выше причинам.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что замеряют статическую нагрузку от колеса на виброплощадку, подвергают колесо вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески автомобиля, замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой, согласно изобретению предварительно измеряют давление воздуха в шине и устанавливают его на верхней границе нормативного значения, устанавливают амплитуду колебаний виброплощадки в соответствии со среднеквадратической высотой неровностей дороги по выражению:

и определяют показатель эффективности амортизатора по формуле:

K_эф=Р_{рез.мин.}/Р_ст⋅100,

где А_в - амплитуда колебаний виброплощадки; q_ск - средняя квадратическая высота неровностей дороги; Р_{рез.мин} минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в области резонанса; Р_ст - статическая нагрузка колеса на виброплощадку.

Измерение давления воздуха в шине и установка его на верхней границе нормативного значения создает условие для наиболее интенсивных колебаний колес в резонансе и тем самым позволяет учесть негативное влияние шины на показатель эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля, что повышает точность способа.

Установка амплитуды колебаний виброплощадки в соответствии со среднеквадратической высотой неровностей дороги, на которой эксплуатируется автомобиль по формуле:

где А_в - амплитуда колебаний виброплощадки; q_ск - среднеквадратическая высота неровностей дороги, позволяет учесть условия эксплуатации автомобиля. Это не только повышает точность способа и расширяет его функциональные возможности, поскольку позволяет определить эффективность действия амортизатора в подвеске автомобиля не только по ограничению колебаний колес, но и по обеспечению активной безопасности автомобиля (исключению заноса автомобиля) с учетом среднеквадратической высоты неровностей дороги.

Новый безразмерный оценочный показатель эффективности действия амортизатора K_эф определяется по формуле:

K_эф=Р_{рез.мин.}/Р_ст⋅100,

где Р_{рез.мин.} минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса; Р_ст. статическая нагрузка от колеса на виброплощадку.

K_эф показывает сколько процентов от статической нагрузки колеса на дорогу составляет минимальная нагрузка колеса на дорогу при резонансе колес, что расширяет функциональные возможности способа, поскольку позволяет определить не только эффективность действия амортизатора в подвеске автомобиля по снижению колебаний колеса в резонансе, но и оценить обеспечение амортизатором активной безопасности автомобиля, поскольку при возникновении отрывов колес от дороги, при которых управляемость и тормозные свойства автомобиля не обеспечиваются K_эф.=0, т.е. эффективность амортизатора в подвеске нулевая, что убедительно доказывает необходимость его замены.

На чертеже (фиг. 1) показан стенд для реализации предлагаемого способа определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля; на фиг. 2 - осциллограмма динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой.

Способ реализуется следующим образом.

На виброплощадку 1 стенда, устанавливают колесо 2 автомобиля 3, имеющего амортизатор 4 в подвеске 5, эффективности действия которого должна быть определена. Виброплощадка 1 оснащена силоизмерительным датчиком (на чертеже не показан) и закреплена на звене шарнирного параллелограмма, опирающегося на шатун кривошипно-шатунного механизма 6, поэтому может совершать только вертикальные колебания. В среднем положении кривошипа плоскость виброплощадки 1 совпадает с плоскостью пола, что исключает перераспределение нагрузки между колесами автомобиля и повышает точность.

Предварительно (перед испытаниями) измеряют давление воздуха в шине испытываемого колеса 2 и доводят его до верхней границы нормативного значения, что повышает точность, поскольку при повышении давления в шине ее поглощающие свойства уменьшается. Устанавливают амплитуду колебаний виброплощадки в соответствии со среднеквадратической высотой неровностей дороги по выражению:

где А_в - амплитуда колебаний виброплощадки; q_ск - среднеквадратическая высота неровностей дороги. Для этого шип кривошипно-шатунного механизма 6, который может перемещаться в радиальном пазу на диске электродвигателя, устанавливают и закрепляют на расстоянии А_в от оси вращения электродвигателя. Например, если автомобиль эксплуатируется на цементобетонных дорогах, у которых среднеквадратическая высота 90% неровностей q_ск=6-12 мм кривошип механизма 6 устанавливают на расстоянии от оси вращения Если автомобиль эксплуатируется на асфальтобетонных дорогах с q_ск - 18 мм, то кривошип механизма 6 устанавливают на расстоянии от оси вращения

Сигнал от силоизмерительного датчика виброплощадки 1 подают на тензоусилитель 7, усиленный сигнал подают на регистратор 8, который фиксирует осциллограмму динамических нагрузок между колесом 2 в виброплощадкой 1 (фиг. 2). Замеряют статическую нагрузку от колеса 2 на виброплощадку 1. Включают электродвигатель с кривошипно-шатунным механизмом 6 и подвергают колесо 2 синусоидальным вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески 5 автомобиля 3, т.е. примерно в диапазоне частот 0-18 Гц. Замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом 2 и и виброплощадкой 1. Для этого электрический сигнал, пропорциональный величине вертикальных динамических усилий между колесом 3 и виброплощадкой 1, подают через тензоусилитель 7 на регистратор 8, который фиксирует осциллограмму динамических нагрузок 9 между колесом 2 в виброплощадкой 1. По осциллограмме 9 определяют минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом 2 и виброплощадкой 1 в момент резонанса - Р_{рез.мин.} (фиг. 2).

После этого определяют безразмерный оценочный показатель эффективности действия амортизатора K_эф. по формуле:

K_эф=Р_{рез.мин.}/Р_ст⋅100

где Р_ст. статическая нагрузка от колеса на виброплощадку; Р_{рез.мин.} минимальное значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса.

Данный показатель эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля имеет следующий физический смысл: он показывает, сколько процентов от статической нагрузки на колесо Р_ст составляют минимальные вертикальные динамические нагрузки Р_{рез.мин} в пятне контакта колеса с виброплощадкой 1 при резонансных колебаниях колеса 2 на шине при амплитуде колебаний вибропдощадки 1 установленной в соответствие с высотой неровностей дорог эксплуатации автомобиля 3. Если Р_{рез.мин}=0, то K_эф=0, и это означает, что колесо 2 отрывается от виброплощадки 1, что недопустимо, поэтому амортизатор следует заменить.

Для оценки эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля по обеспечению активной безопасности выполняют следующие расчеты. Чтобы автомобиль не заносило при криволинейном движении, боковая сила должна быть меньше силы сцепления колеса с дорогой. При криволинейном движении автомобиля с нормативными скоростями боковая сила составляет 20-25% от статической нагрузки на колесо, поэтому условие отсутствия заноса определяется по выражению:

Р_{рез.мин.}≥0,25Р_ст/ϕ, а K_эф≥0,25/ϕ

Для обеспечения активной безопасности автомобиля на мокрых дорогах (коэффициент сцепления ϕ=0,5) K_эф должен быть не меньше 50%, на сухой дороге K_эф (коэффициент сцепления ϕ=0,8) должен быть не меньше 30%.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность способа и расширяет его функциональные возможности, что при его применении улучшит активную безопасность автомобилей, снизит риск дорожно-транспортных происшествий и повысит безопасность дорожного движения в стране.