Теория автомобиля как наука
В совокупности сказанное выше означает, что классическая версия теории движения автомобиля описывает лишь статику процесса, в связи с чем ее можно назвать статической. Если же автомобиль рассматривать с позиций объективной реальности, то это уже динамическая версия теории его движения.
Возможна ли такая смена версий? Вполне. Причем особую роль в таком переходе должно сыграть понятие «автономное колесо». Ведь колесо (колесный движитель) и двигатель колесной машины — те два первичных входа, которые определяют все силовые и энергетические взаимодействия системы. В связи с этим автономное колесо становится фундаментальным признаком динамической теории движения, замыкая на себя, с одной стороны, динамический момент «своей» ветви привода двигательно-трансмиссионной установки (ДТУ), а с другой — «свою» опорную реакцию дороги, формируемую динамическими свойствами подвески.
Таким образом, есть все основания сказать, что «каркасом» предлагаемой вниманию читателей концепции должна стать совместная динамическая модель ДТУ и подвески.
Данная модель, чтобы она отвечала принципам адекватности, системности, универсальности и структурности, должна быть в максимально разумной степени приближена к исходной механической (или проектируемой) системе; учитывать внутренние динамические связи, пространственность объекта и автономность колеса, достигаемая за счет объединения пространственных моделей ДТУ и подвески; существовать в общем виде (описывать как можно более широкий класс машин) и иметь способность изменять свою структуру.
Такова, если коротко, суть концепции, которую, по мнению автора, можно взять за основу при создании динамической теории движения (кстати, этот термин впервые употребил В.М. Семенов) колесных (в принципе, и гусеничных) машин. В том числе и по основным свойствам, изучаемым теорией автомобиля, — его тяговой динамики, плавности хода, энергетики (топливной экономичности), тормозной динамики, управляемости, устойчивости и проходимости.
Рассмотрим эти свойства с точки зрения предлагаемой концепции.
Тяговая динамика. В настоящее время известны три основных класса моделей, применяемые для ее изучения: «жесткие» модели; приведенные мало- и многозвенные модели; модели в собственных (истинных) координатах.
На недостатках «жестких» моделей останавливаться смысла нет: они общеизвестны. Что же касается приведенных моделей, то основной их недостаток — невозможность идентификации натурным экспериментом: в его ходе можно записать только собственную величину независимой координаты. Кроме того, при приведении (и возможном дальнейшем уменьшении числа степеней свободы) теряется соответствие элементов или группы элементов исходной и приведенной системам, что в конечном итоге искажает общую картину динамических взаимодействий (на эти недостатки приведенных моделей обращали внимание в свое время такие авторитетные ученые, как А. И. Гришкевич и В. М. Семенов). Наконец, до сего времени остается невыясненной методологическая правомерность использования приема приведения в те моменты времени, когда система находится в «зазоре». Но, с другой стороны, специалистам хорошо известно, что ни одного из перечисленных недостатков не имеют модели в собственных координатах. Поэтому современный уровень исследований и предполагает, что адекватное изучение процессов тяговой динамики возможно при задействовании многозвенных пространственных моделей ДТУ в собственных координатах. При этом ключевым моментом развития последних считается переход от достаточно хорошо освоенных плоскостных моделей к пространственным (разветвленным). Что и реализуется путем учета динамических связей дифференциальных механизмов, раздающих силовой поток по ветвям привода. Последнее же, как отмечалось выше, инициирует введение понятия «автономное колесо».
Второе важнейшее концептуальное свойство модели в собственных координатах состоит в том, что ее можно не только разработать, но и реализовать в общем виде. Для чего достаточно ввести в нее соответствующие признаки структуры, позволяющие на каждом валу ДТУ устанавливать любое (в разумно необходимых пределах) число масс с их динамическими связями, а валы связывать любым (тоже в разумно необходимых пределах, естественно) числом ступеней, обладающих, в том числе и дифференциальными связями. В совокупности это дает возможность в рамках одной ЭВМ-программы моделировать работу автомобилей с колесными формулами 4×2, 4×4 и т. д.
Плавность хода. Учитывая специфику систем под-рессоривания, плавность хода колесных машин изначально изучали на моделях, содержащих упругие (и демпфирующие) связи. Но, в основном, на плоскостных моделях вертикально-угловых колебаний подрессоренной массы корпуса и вертикальных колебаний неподрессоренных масс мостов (при независимой подвеске — колес) в продольной или поперечной плоскостях. Потому что Р.В. Ротенберг в свое время сделал вывод о малой связи колебаний масс подвески в этих плоскостях. Однако такое допущение приемлемо лишь при исследовании колебательных процессов. При составлении же общей модели движения колесной машины оно неприемлемо. Ведь даже без применения математического аппарата легко доказать, что колебания всех масс системы связаны не только в продольной или поперечной плоскостях, по отдельности, но и между плоскостями. Это следует, в частности, из того факта, что при колебаниях вокруг центра масс динамически перераспределяющиеся опорные реакции обусловливают работу гасящих и упругих элементов подвески в противофазах как по осям, так и по бортам колесной машины. Учитывая же, что современные гидроамортизаторы имеют несимметричную характеристику на ходах сжатия и отбоя, связь колебаний масс системы становится ее негативным атрибутом. То же самое можно сказать и о подвеске с прогрессивной упругой характеристикой. Отсюда напрашивается вывод: необходимо критически переосмыслить те аспекты теории подрессоривания, которые обосновывают возможность локализации (разрыва связи) колебаний чисто механическим способом и, следовательно, иных подходов к проектированию подвески.
Следует также учитывать, что изучение таких свойств колесной машины, как ее тормозная динамика, управляемость и т. д. в полном объеме при плоскостном отображении процесса невозможно. Здесь необходимо пространственное моделирование подвески, т. е. объединение плоскостных моделей колебаний масс в продольной и поперечной плоскостях.
Так пространственное моделирование подвески замыкает логический круг, связанный с понятием «автономное колесо»: модель подвески становится объективно связанной с моделью ДТУ. В итоге, пространственная модель совместных колебаний ДТУ и подвески, no-существу, являясь общей динамической моделью движения колесной машины, становится базовым фрагментом динамической теории движения, поскольку может быть адаптирована к изучению других перечисленных ранее важнейших свойств машины, и одновременно (при ее ЭВМ-реализации) — инструментом количественного исследования (например, с целью оптимизации) этих свойств.
Энергетика. Задача экономии энергоресурсов на автотранспорте чрезвычайно многопланова, поэтому единственного решения не имеет. Более того, в руках специалистов в настоящее время нет даже инструмента для интегральной оценки данной проблемы. Но таким инструментом, по мнению автора, может служить именно модель связанных колебаний ДТУ и подвески, в которой, кроме прочего, рассчитываются все виды работ и энергий, имеющихся в рассматриваемой системе. Ведь энергетическая оценка процессов более универсальна, чем оценка расхода топлива. Поэтому при оценке энергетики колесной машины разумнее рассматривать энергетические взаимодействия системы, лишь в отдельных случаях прибегая к более привычной характеристике энергозатрат — расходу топлива.
Для количественной оценки процесса необходимо составить его энергетический баланс, т. е. записать в виде одной из форм закона сохранения энергии. При этом критически важно обладать достоверной и полной информацией об энергозатратах системы, и главное здесь — «не потерять» ни одной из них, что вполне возможно, если баланс составляется исходя из принципа независимости расчета левой (вносимая энергия) и правой (затраты) его частей и учитывает максимально возможное число затратных составляющих, включая энергозатраты внутренних динамических связей.
Дело в том, что обычно составляют не энергетический баланс, а энергетическое равенство и рассчитывают затратные, чаще всего топливные, составляющие (правая часть равенства) процесса движения, сумма которых объявляется расходом топлива (левая часть) двигателем. При таком подходе «потеря» (неучет) какой-либо реальной (т. е. существующей в природе, но не учтенной в правой части) затратной составляющей не приводит к нарушению энергетического равенства.
В частности, во многих энергетических «балансах» не принимают в расчет потери при буксовании фрикционного сцепления, энергетику внутренних динамических связей, подвески и т. д., но, тем не менее, такие «балансы» сходятся. Это противоречит закону сохранения энергии и, no-существу, означает невозможность применения энергетических равенств для адекватной оценки энергозатрат системы.
Почему так происходит? Потому что при составлении энергетического баланса не учитывается фундаментальный принцип: правая и левая его части должны определяться независимо друг от друга. Если данный принцип не нарушать, то при «потере» какой-либо затратной составляющей энергетический баланс не сойдется. В чем и состоит его принципиальное отличие от энергетических равенств.
С практической точки зрения данное свойство энергетического баланса можно использовать при оценке адекватности модели, не прибегая к натурным испытаниям, важнейший недостаток которых, не говоря уже об их стоимости, состоит в том, что они зачастую не позволяют выявить искомый параметр непосредственно (типичный пример — работа буксования фрикционного сцепления). Отсюда становится понятной необходимость и актуальность разработки энергетической модели колесной машины, представляющей собой совокупность динамической модели движения этой машины и ее энергетического баланса как атрибута последней.
Тормозная динамика. Эффективность торможения колесной машины зависит от многих параметров, определяемых как естественно природными причинами, так и конструктивными решениями. В практике эксплуатации каждое тормозящее колесо априори является автономным. Сочетания величин коэффициентов сцепления и сопротивления качению, радиусов колес, опорных реакций и т. п., дополненные различными способами торможения (раздельное торможение колес и двигателем; совместное торможение с и без переключения на понижающую передачу; комбинированное, при котором торможение в начальной стадии производится с переключением на понижающую передачу, а затем осуществляется раздельно) приводит к весьма значительному числу различных комбинаций этих параметров, особенно для многоосных колесных машин. Кроме показателей собственно тормозной динамики, такие комбинации определяют и курсовую устойчивость машины при ее торможении. Все это многообразие кинематических и силовых связей не может быть учтено ни в «жестких», ни в плоскостных моделях, не разделяющих колеса левого и правого бортов. Такую возможность дают динамические модели, содержащие автономное колесо.
Движение на криволинейной траектории. Процессы, происходящие в пространственной динамической многомассовой системе, причиной которых является кривизна траектории, до настоящего времени мало исследованы. Причина — отсутствие моделей, объединяющих ДТУ и подвеску и содержащих их внутренние упругодемпфирующие, фрикционные и иные связи. Например, классическая теория управляемости колесных машин игнорирует колебательную динамику системы в боковом направлении, зависящую от упруго-демпфирующих оснований (шин). В результате процессы, связанные с боковым уводом, освещаются только в статике. В то же время явление увода тесно связано с одним из существенных свойств колесной машины — ее поворачиваемостью, и можно предположить, что динамическое перераспределение величин боковых реакций шин должно способствовать динамическому непостоянству во времени и углов увода шин колес передней и задних осей, а значит, их соотношению, от которого, как известно, зависит тип по-ворачиваемости колесной машины. Отсюда следует, что говорить об избыточной или недостаточной пово-рачиваемости как о постоянном свойстве машины — некорректно. Более правильно речь вести о динамике этого свойства, связанной с тем, что одна и та же колесная машина в какой-то момент времени может обладать одним видом поворачиваемости, а уже в следующий момент — смениться своим антиподом.
Источник статьи: http://www.avtomash.ru/guravto/2007/20070716.htm
Предмет теории автомобиля
Теория автомобиля – наука, которая изучает механику движения автомобиля, его взаимодействие с опорной поверхностью и воздухом, эксплуатационные свойства автомобиля.
Объектом теории автомобиля является колесная машина – автомобиль.
Предметом теории автомобиля являются закономерности, описывающие механику движения автомобиля, его взаимодействие с дорогой и воздухом, эксплуатационные свойства автомобиля.
На современном этапе развития теории автомобиля ее задачей является описать с помощью математики (разработать математические модели) механику движения автомобиля, как сложной механической системы, функционирование его механизмов и систем, формирующих его эксплуатационные свойства.
Россия отстала по производству автомобилей от западных фирм. Для устранения этого отставания в 1918 году была создана научная автомобильная лаборатория (НАЛ), руководил которой М.Р.Брилинг. В 1921 году она преобразовалась в научный автомоторный институт (НАМИ).
Как наука теория автомобиля сформировалась только в третьем десятилетии ХХ века. Большой вклад в ее формирование внесли русские ученые: Жуковский М.Е., Чудаков Е.А., Брилинг М.Г., Яковлев М.А. Первые фундаментальные работы принадлежат М.Е.Жуковскому «Вопросы теории поворота и динамики». В 1931 году Е.А.Чудаков публикует «Тяговой расчет автомобиля», а в 1935 году выходит его законченная работа «Теория автомобиля».
Заслуга Е.А.Чудакова заключается в том, что он обобщил результаты ранее проведенных исследований по теории автомобиля, представил их как законченный научный труд, а поэтому считается, что основоположником теории автомобиля как науки является академик Е.А.Чудаков.
Разработкой методов расчета тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля занимались Зимелев Г.В.,Фалькевич Б.С., Яковлев Н.А., вопросы управляемости и устойчивости рассматривались в трудах Литвинова А.С., Певзнера Я.М., Иларионова В.А., Фаробина Я.Е., плавностью хода занимались Ротенберг Р.В., Певзнер Я.М., тормозной динамикой автомобиля Бухарин И.А., Фрумкин А.К. и др.
В связи с ростом потребностей научно-обоснованых разработок автомобилей, его систем и узлов, удовлетворяющих наиболее полно эксплуатационным требованиям, к настоящему времени теория автомобиля становится самостоятельной наукой, возникают ее такие научные направления как: механика качения колеса, управляемость, устойчивость, проходимость, плавность движения, тормозная динамика, экономичность автомобиля и др.
Литература
1.Кошарний М.Ф. Основи механіки та енергетики автомобіля. -К.:Вища шк.,1992.-200с., с.3-12.
2.Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: теория эксплуатационных свойств.- М.: Машиностроение,1984.-272 с.,с.- 5…7
1. Какие вопросы изучает теория автомобиля?
2. Что обозначает понятие АТС?
3. Какие основные этапы развития конструкции и теории автомобиля?
4. Кто является основоположником теории автомобиля?
5. Что является предметом теории автомобиля?
Источник статьи: http://mydocx.ru/11-42026.html