Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ УСТАНОВКЕ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано для работ по техническому обслуживанию ходовой части автомобиля, а именно для регулирования развала и сходимости колес или продольного угла наклона оси поворота колеса.

Технологический процесс обеспечения установки колес автомобилей состоит из этапов определения установочных параметров колес и доведения измеренных значений этих параметров до нормативных значений. Однако если для реализации первого этапа имеется достаточное количество способов, различающихся точностью результатов измерения и трудоемкостью работ, то второму этапу уделено недостаточно внимания.

Наибольшую сложность представляет совместная регулировка развала и продольного угла наклона оси поворота колеса в подвесках с вильчатыми рычагами несимметричной конфигурации. Из-за сложной взаимосвязи рассматриваемых параметров и недостаточного информационного обеспечения сам процесс регулировки может иметь итерационный характер. В течение каждой итерации выполняют цикл, состоящий в вычислении отклонений регулируемых параметров, разборке регулировочного устройства, изъятии или установке регулировочных элементов (шайб, скоб и т.д.), сборки регулировочного устройства с обязательным выполнением крепежных операций в соответствии с требованиями технических условий и измерении достигнутых значений развала и продольного угла наклона осей поворота колес. При этом трудоемкость регулировочных операций может намного превосходить трудоемкость определения параметров установки колес.

Известны способы определения, регулировки и контроля регулировки установочных параметров колес [Патент RU №2314492 С1, МПК G018 11/26, опубл. 10.01.2008 г.; Патент RU №2368883 С2, МПК G01M 17/00, G01B 11/26, опубл. 27.09.2009 г.; Патент RU №2083413 С1, МПК B62D 17/00, опубл. 20.04.2002 г.], позволяющих определить схождение и развал колес. Известен способ [Патент RU №2073226 С1, МПК G01M 17/06, опубл. 20.10.2002 г.], позволяющий измерить развал и продольный угол наклона оси поворота колеса.

Однако указанные способы не затрагивают вопросы технологии достижения заданного изменения развала и продольного угла наклона оси поворота колеса и не содержат информации о требуемых технических воздействиях на элементы регулировочного устройства, определяющие заданные значения изменения рассматриваемых параметров установки колес.

Известен способ выбора параметров технических воздействий при регулировке развала и продольного угла наклона оси поворота колеса для подвесок автомобилей с несимметричными вильчатыми рычагами и вставными шайбами с использованием таблиц [Пятков К.Б. Руководство по ремонту ВА3-2121, 21212, 21219. Эксплуатация, обслуживание / К.Б. Пятков, А.П. Игнатов, К.В. Новокшонов. - М.: Ливр, 1995. - 149 с.], заключающийся в использовании экспериментальных данных зависимости между изменением количества шайб под передним и задним болтами вильчатого рычага подвески и изменением развала и продольного угла наклона оси поворота колеса автомобиля (см. рис.1, 2, 3) по плану полного двухфакторного эксперимента с центральной точкой (табл.1).

Этот способ можно правомерно использовать только при толщине одной регулировочной прокладки и толщине прокладок, при которых произведены измерения. За пределами этого диапазона, из-за сложности связи между рассматриваемыми параметрами, соотношение между изменением параметров технических воздействий и изменением развала и продольного угла наклона оси поворота колеса будет иным. Поэтому за пределами приведенных зависимостей (табл.1) нужно использовать метод «проб и ошибок», что связано с проведением неопределенного количества итераций.

Недостатки указанного способа связаны с необходимостью учета ограничений: минимальной и максимально допустимой толщины регулировочных прокладок (шайб, скоб) и разницы в их толщине под передним и задним болтами вильчатого рычага подвески, допустимой разницы значений параметров установки колес для левого и правого колес автомобиля. Метод характеризуется большой трудоемкостью работ.

Известен способ определения численных значений параметров технических воздействий [Техническая эксплуатация автомобилей. Учебник для вузов / Е.С. Кузнецов, А.П. Болдин, В.М. Власов и др. - М.: Наука, 2001. - 535 с.], в котором на основании экспериментов устанавливаются зависимости между изменениями развала и продольного угла наклона оси поворота колес автомобиля от изменения толщины регулировочных скоб (прокладок) под передним и задним болтами вильчатого рычага подвески для колеса передней оси автомобиля.

По этим данным составляется номограмма (фиг.4), а затем при регулировке параметров вычисляют фактические отклонения развала и продольного угла наклона оси поворота колес от нормативов и определяют по номограмме параметры необходимых технических воздействий. Способ предполагает выбор количества прокладок, определив предварительно необходимые изменения регулировочных параметров сначала для одного колеса оси, а затем для другого колеса передней оси автомобиля. Недостатки данного способа заключаются в том, что номограмма учитывает лишь линейные зависимости между параметрами установки колес и изменением параметров регулировочных устройств, вследствие чего способ непригоден для несимметричной конфигурации рычагов управления, для которых зависимости между рассматриваемыми параметрами имеют более сложный характер. Определенные сложности связаны с необходимостью учета ограничений: минимальной и максимально допустимой толщины регулировочных шайб, допустимой разницы их толщины под передним и задним болтами вильчатого рычага, допустимой разницы параметров установки колес между левым и правым колесами одной оси автомобиля, что влечет повышение трудоемкости регулировочных операций.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения информации о необходимых регулировочных воздействиях при регулировке параметров установки колес на автомобилях с вильчатыми рычагами подвески [http: // www.hunter.com.ru / upload / pdf / manual / 4813 ТЕ - 35 pdf. - С.56-58, 72-77], основанный па отслеживании изменения развала и продольного угла наклона оси поворота колеса от изменения значений регулировочных элементов на экране монитора специализированных компьютерных стендов. Способ позволяет производить совместную регулировку развала и продольного угла наклона оси поворота колес на автомобилях с вильчатыми рычагами подвески по рассчитанным программой компьютера требуемым изменениям толщины прокладок под одним болтом вильчатого рычага, при этом способ нацелен на получение результатов расчетов в заранее установленном, достаточно широком диапазоне отклонений углов установки колес (УУК) от рекомендуемых изготовителем автомобилей предпочтительных значений рассматриваемых установочных параметров колес и позволяет изменить диапазон допускаемых отклонений параметров установки колес.

Однако указанный способ не лишен недостатков. Так, например, при регулировке УУК возникают сложности в расчетах определения толщины прокладок, особенно для несимметричных конфигураций вильчатых рычагов. Поэтому требуется использовать дополнительную информацию в базе спецификаций, а также возникает необходимость дополнительной «точной настройки» системы. При этом способ предполагает получение информации и выполнение регулировочных работ сначала для одного, а затем для другого колеса автомобиля, что связано с увеличением трудоемкости работ. Также при уменьшении или увеличении диапазона отклонений могут возникнуть трудности и ошибки установки колес, не предусматривается учет начальной толщины регулировочных прокладок, нет учета ограничений, связанных с допустимой толщиной прокладок и допустимой разницей их толщины под передним и задним болтами вильчатого рычага.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа, позволяющих определять численные значения параметров технических воздействий при регулировке установочных параметров колес автомобиля, а также снижение трудоемкости работ при техническом обслуживании ходовой части автомобиля.

Для достижения поставленного технического результата в предлагаемом способе определения параметров технических воздействий при установке колес автомобиля, заключающемся в том, что определяют необходимые регулировочные воздействия при изменении развала и продольного угла наклона оси поворота колеса от соответствующего изменения значений регулировочных элементов с помощью программного обеспечения для ЭВМ, новым является то, что до регулировки заданные числовые значения установочных параметров колес вводят в имитационную модель и рассчитывают численные значения параметров технических воздействий в соответствии с решением предложенных систем уравнений.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 - схема расположения регулировочных устройств развала и продольного угла наклона оси поворотов в подвеске с вильчатыми рычагами; на фиг.2 - развал α и продольный угол наклона оси поворота γ колеса; на фиг.3 - схема расположения регулировочных элементов кронштейна поперечины и вильчатого рычага подвески; на фиг.4 - номограмма выбора технологических воздействий при совместной регулировке углов развала α и продольного наклона оси поворотов γ колеса автомобиля.

В основе имитационной модели лежит математическая зависимость изменения геометрических параметров регулировочных элементов X₁, X₂ и соответствующих изменений развала и продольного угла наклона оси поворота колеса. Имитация процесса изменения значений регулировочных параметров и параметров установки колес в заданных условиях с учетом ограничений производится с помощью специального или стандартного программного обеспечения.

В общем виде имитационная модель процесса совместной регулировки развала и продольного угла наклона оси поворота одного колеса для подвесок с вильчатыми рычагами с верхним или нижним расположением регулировочных элементов и различной конфигурацией рычагов подвески описывается системой уравнений

где Δα - величина изменения развала колеса;

Δγ - величина изменения продольного угла наклона оси поворота колеса;

ΔM - отклонение фактического среднего значения толщины прокладок под передним и задним болтами вильчатого рычага от их принятого нормативного среднего значения;

A_k - коэффициенты чувствительности уравнений системы для изменения развала колеса;

B_k - коэффициенты чувствительности уравнений системы для изменения продольного угла наклона оси поворота колеса;

ΔX_i - величина изменения толщины прокладок под i-м болтом регулировочного

устройства колеса.

Имитационная модель процесса совместной регулировки развала и продольного угла наклона оси поворота колеса для подвесок с вильчатыми рычагами с верхним или нижним расположением регулировочных элементов и различной конфигурацией рычагов подвески для обоих колес одной оси описывается системой уравнений

где Δα - величина изменения развала j-го колеса;

Δγ_j - величина изменения продольного угла наклона оси поворота j-го колеса;

ΔM_j - отклонение фактического среднего значения толщины прокладок под i-ми болтами вильчатого рычага j-го колеса от их принятого нормативного среднего значения;

A_k - коэффициенты чувствительности уравнений системы для изменения развала колеса;

B_k - коэффициенты чувствительности уравнений системы для изменения продольного угла наклона оси поворота колеса;

ΔX_ij - величина изменения толщины прокладок под i-м болтом j-го колеса.

Отклонение фактического среднего значения толщины прокладок под i-ми болтами вильчатого рычага j-го колеса от их принятого нормативного среднего значения определяют по формуле

где М - принятое нормативное среднее значение толщины регулировочных прокладок под болтами вильчатого рычага (половины среднего расстояния между разъемами регулировочного устройства вильчатого рычага).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Порядок действий при совместной регулировке развала и продольного угла наклона оси поворота колес на вильчатых рычагах подвески для определенной модели автомобиля заключается в создании имитационной модели, подготовительных работах к использованию имитационной модели, использовании имитационной модели для определения параметров технических воздействий и выполнении регулировочных и крепежных работ.

Создание имитационной модели:

- сбор данных по соотношению изменения толщины регулировочных прокладок под передним и задним болтами вильчатого рычага и изменения развала и продольного угла наклона оси поворота при известном отклонении средней толщины регулировочных прокладок под передним и задним болтами регулировочного устройства вильчатого рычага от их принятой начальной толщины;

- представление данных в соответствии с планом полного двухфакторного эксперимента с центральной точкой. При этом можно воспользоваться данными изготовителя автомобилей (табл.1), или данными экспериментальных лабораторных испытаний, или данными, полученными в реальных условиях обслуживания автомобилей;

- ввод данных в ЭВМ и расчет коэффициентов чувствительности в уравнениях системы (1) имитационной модели с помощью специальной программы. Имитационная модель остается в памяти ЭВМ.

Подготовительные работы к использованию имитационной модели:

- ввод в ЭВМ данных спецификаций (нормативы изготовителей автомобилей по параметрам установки колес с указанием предпочтительных значений и допустимые диапазоны их отклонений). Данные остаются в памяти ЭВМ;

- ввод в ЭВМ данных по условиям и ограничениям.

При вычислениях параметров технических воздействий учитывают следующие условия и ограничения:

где δ₁ - допустимая ошибка расчетов при определении изменения развала колеса;

δ₂ - допустимая ошибка расчетов при определении изменения продольного угла наклона оси поворота колеса.

Допускаемые отклонения развала колеса от нормативного (предпочтительного) значения:

где α_nij - нижняя допустимая граница отклонения развала;

α_verh - верхняя допустимая граница отклонения развала.

Допускаемые отклонения продольного угла наклона оси поворота колеса от нормативного (предпочтительного) значения:

где γ_nij - нижняя допустимая граница отклонения продольного угла наклона оси поворота колеса;

γ_verh - верхняя допустимая граница отклонения продольного угла наклона оси поворота колеса.

Допускаемые значения толщины регулировочных прокладок:

где X_verh - верхнее допустимое значение толщины регулировочных прокладок.

Вводят данные по допустимому диапазону изменения толщины регулировочных прокладок, данные по допустимой разнице в толщине регулировочных прокладок под передним и задним болтами регулировочного устройства вильчатого рычага, данные по допустимой разнице развала и продольного угла наклона оси поворота между колесами одной оси автомобиля, данные по требуемой точности результатов расчетов по развалу, углу наклона оси поворота колес и толщине регулировочных прокладок. Данные остаются в памяти ЭВМ.

Использование имитационной модели для определения параметров технических воздействий:

- размещают автомобиль на посту контроля установочных параметров колес автомобиля и устанавливают передние колеса на середину поворотных платформ стенда;

- измеряют любым известным способом и вводят в ЭВМ фактические данные по развалу и продольному углу наклона оси поворота колес одной оси автомобиля;

- измеряют любым известным способом и вводят в ЭВМ фактические данные по толщине регулировочных прокладок под болтами регулировочных устройств колес одной оси автомобиля;

- вычисляют необходимое изменения развала и продольного угла наклона оси поворота колеса одной оси автомобиля как разницы между фактическими значениями этих параметров и их предпочтительными значениями (производится автоматически при использовании имитационной модели).

Для развала колеса требуемое изменение определяют из выражения:

где α_jf - фактическое измеренное значение развала j-го колеса;

α_N - нормативное (предпочтительное) значение развала колеса.

Требуемую величину изменения продольного угла наклона оси поворота колеса определяют из выражения:

где γ_if - фактическое измеренное значение развала j-го колеса;

γ_N - нормативное (предпочтительное) значение продольного угла наклона оси поворота колеса.

При вычислениях параметров технических воздействий учитывают условия и ограничения по выражениям (4) - (8).

Использование имитационной модели для определения параметров технических воздействий.

Расчет необходимого изменения толщины регулировочных прокладок под передним и задним болтами регулировочного устройства вильчатого рычага для колес одной оси автомобиля производится путем подбора на ЭВМ с помощью имитационной модели таких значений изменения толщины регулировочных прокладок под передним и задним болтами регулировочного устройства рычага, при которых выполняется равенство левой и правой частей уравнений системы (2).

Для вильчатых рычагов управления с симметричной конфигурацией шарнирных рычагов подвески имитационная модель процесса регулировки развала и продольного угла наклона оси поворота колес одной оси при расчете коэффициентов A_k, B_k по системе уравнений (2) упрощается до системы уравнений

где Δα_j - величина изменения развала j-го колеса;

Δγ_j - величина изменения продольного угла наклона оси поворота j-го колеса;

ΔM_j - отклонение фактического среднего значения толщины прокладок под i-ми болтами вильчатого рычага j-го колеса от их принятого нормативного среднего значения М;

A_k - коэффициенты чувствительности уравнений системы для изменения развала колеса;

B_k - коэффициенты чувствительности уравнений системы для изменения продольного угла наклона оси поворота колеса;

ΔX_ij - величина изменения толщины прокладок под i-м болтом j-го колеса.

Регулировка развала и продольного угла наклона оси поворота колес:

- ослабляют крепление болтов регулировочного устройства и изменяют толщину регулировочных прокладок под передним и задним болтами (Фиг.3) вильчатых рычагов колес одной оси автомобиля постановкой дополнительных прокладок или их изъятием в соответствии с расчетами (работу удобно выполнять при вывешенных колесах автомобиля);

- выполняют крепежные работы с соблюдением требований технических условий;

- если регулировку выполняли на вывешенных колесах передней оси, то опускают автомобиль и устанавливают передние колеса автомобиля на середину поворотных платформ стенда;

- производят измерение значений развала и продольного угла наклона оси поворота для колес одной оси автомобиля и производят запись результатов по развалу, продольному углу наклона оси поворота, толщине регулировочных прокладок под болтами вильчатых рычагов до и после регулировочных работ одним из известных способов.

При выполнении регулировочных работ для обеих осей сначала выполняют регулировки для задних колес автомобиля.

Способ пригоден для автомобилей, имеющих регулировочные элементы различных конструкций с измеряемыми численными значениями их геометрических параметров. Его можно использовать для автомобилей с подвеской «Макферсон», в которых изменение осей поворота колес осуществляется с помощью продольных растяжек. При этом достаточно иметь установленные зависимости между изменением суммарной толщины прокладок в передней и задней частях растяжек и изменением продольного угла наклона оси поворотной стойки, поскольку развал колеса регулируется поворотом эксцентрикового пояска болта в месте соединения амортизаторной стойки с поворотным кулаком.

Пример расчетов с использованием имитационной модели.

Параметры определяли для вильчатых рычагов со вставными шайбами. Имитационную модель составляли по исходным данным табл.1, при допущении, что эти данные получены при ΔМ=0,75.

Имитационная модель зависимости между изменением толщины регулировочных прокладок ΔX_ij и изменением параметров установки колес Δα_j описывается системой уравнений:

где A_K, B_K - коэффициенты чувствительности уравнений;

Δx_IJ - изменение толщины регулировочных прокладок под i-м болтом j-го колеса.

Все коэффициенты значимы. Данные представлены в табл.2-7.

Обозначения:

AN - среднее нормативное значение развала колеса;

GN - среднее нормативное значение продольного угла наклона поворота оси колеса;

AVERH - верхнее допустимое значение развала колеса;

ANIJ - нижнее допустимое значение развала колеса;

GVERH - верхнее допустимое значение продольного угла наклона оси поворота колеса;

GNJ - нижнее допустимое значение продольного угла наклона оси поворота колеса;

М - нормативное значение половины толщины прокладок под передним и задним болтами вильчатого рычага;

XVERH - верхнее допустимое значение толщины прокладок;

XNIJ нижнее допустимое значение толщины прокладок;

Обозначения:

DA - допустимая разность значений развала левого и правого колес передней оси автомобиля;

DG - допустимая разность значений продольного угла наклона оси поворота левого и правого колес передней оси автомобиля;

DX - допустимая разность в толщине прокладок под передним и задним болтами вильчатого рычага;

AOSH - допустимая ошибка в расчетах определения развала колеса;

GOSH - допустимая ошибка в расчетах определения продольного угла наклона оси поворота колеса.

Обозначения:

A1F, A2F - начальное фактическое значение развала левого и правого колес;

G1F, G2F - начальное фактическое значение продольного угла наклона оси поворота левого и правого колес;

X11F, X12F - начальное фактическое значение толщины прокладок под передним болтом вильчатого рычага для левого и правого колес;

X21F, X22F - начальное фактическое значение толщины прокладок под задним болтом вильчатого рычага для левого и правого колес;

Обозначения:

X11R, X21R - расчетная толщина прокладок под передним и задним болтами вильчатого рычага для левого колеса;

X12R, X22R - расчетная толщина прокладок под передним и задним болтами вильчатого рычага для правого колеса;

DA1R, DA2R - расчетное изменение развала левого и правого колес соответственно;

DG1R, DG1R - расчетное изменение продольного угла наклона оси поворота левого и правого колес;

A1R, A2R - расчетное значение развала левого и правого колес соответственно;

G1R, G2R - расчетное значение продольного угла наклона оси поворота левого и правого колес соответственно.

Из представленного примера можно сделать вывод о том, что результаты расчетов с использованием предлагаемого способа определения параметров технических воздействий при регулировке развала и продольного угла наклона оси поворота колес автомобиля показывают его достаточную эффективность: полученные результаты регулировки параметров установки колес близки к предпочтительным значениям; результаты расчетов можно использовать при совместной регулировке развала и продольного угла наклона оси поворота колес передней оси автомобиля за один прием технических воздействий.

Предложенный способ имеет следующие преимущества:

- позволяет получить результаты расчетов параметров технических воздействий при регулировке параметров установки колес с любой степенью точности;

- учитывает начальную, принятую в качестве нормативной, толщину регулировочных прокладок под передним и задним болтами регулировочного устройства вильчатого рычага подвески автомобиля;

- учитывает ограничения в допустимой толщине регулировочных прокладок и допустимой их разницей под передним и задним болтами вильчатого рычага, а также допустимую разницу значений параметров установки для левого и правого колес автомобиля;

- позволяет получить информацию о необходимых конкретных технических воздействиях при совместной регулировке развала и продольного угла наклона оси поворота для достижения «предпочтительных» значений рассматриваемых параметров за один прием технических воздействий для обоих колес одной оси автомобиля;

- при параметрах установки колес, выходящих за пределы спецификаций, и значениях регулировочных элементов, ограничиваемых их допустимой толщиной, способ позволяет получить информацию о необходимых операциях за один прием технических воздействий для обоих колес одной оси автомобиля;

- для получения имитационной модели для описания процесса регулировки развала и продольного угла наклона оси поворота колес достаточно иметь информацию изготовителей автомобилей по плану полного факторного эксперимента «с центральной точкой» (табл.1) при известной начальной толщине регулировочных прокладок;

- пригоден для автомобилей с регулируемыми параметрами установки колес с численной оценкой параметров регулировочных устройств, к примеру, регулировки вильчатых рычагов симметричной и несимметричной конфигурации передней и задней оси автомобиля с использованием вставных шайб, пазов, кулачков, конусов, а также для регулировки положения продольного угла наклона амортизаторной стойки с помощью растяжек в подвесках «Макферсон» автомобиля;

- получение и улучшение имитационной модели расчетом коэффициентов чувствительности уравнений, при отсутствии экспериментальных данных изготовителя, производится вводом в ЭВМ фактических достоверных данных соответствия изменения установочных углов установки колес от изменения параметров регулировочных элементов, получаемых при сервисном обслуживании автомобилей в реальных условиях эксплуатации;

- для реализации способа на автомобилях с регулируемыми установочными параметрами колес можно использовать ПК со стандартным программным обеспечением или на специализированных компьютерных стендах вводом дополнительного программного обеспечения.