Колебания в общем случае движения автомобиля с постоянной скоростью.

В этом случае колебания каждой массы автомобиля можно представить как сумму трех составляющих низкочастотной, высокочастотной и от действия невозмущающей силы. Возмущающее действие дороги выражается в том, что уже одна неровность на протяжении периода свободных колебаний, соответствующего условию вызывает перемещение кузова, примерно в 1,5 раза превышающее высоту неровности. Существенно, что перемещения колеса в области остаются практически равными высоте неровности. Ускорения кузова достигают максимума в области

При интенсивных неустановившихся колебаниях преобладающее значение имеют колебания с собственными частотами — низкочастотные для кузова и высокочастотные для колес. Это существенно при анализе колебаний в самом общем случае — на дороге произвольного микропрофиля; когда интенсивные колебания кузова совершаются с частотами, близкими к низким собственным частотам, а колебания колес — к высоким собственным частотам.

Вертикальные колебания колес вызывают высокочастотные ускорения кузова, которые, однако, не оказывают существенного влияния на плавность хода автомобиля. Пассажиры переносят указанные ускорения лучше, чем низкочастотные, а главное — такие ускорения сравнительно легко устранить, используя обычную конструкцию сиденья. Высокочастотные колебания изменяют величины реакций на колесах и влияют на устойчивость и безопасность движения.

Изменение величины вертикальных реакций может оказать существенное влияние и на износ поверхности дороги, увеличить степень неровности покрытия дороги, в свою очередь усиливая колебания автомобиля. Колебания колес иногда сопровождаются их отрывами от дороги.

В общем случае колебания, которые испытывает автомобиль, являются нестационарными. Основные причины этого — нестационарность микропрофиля дороги и действия (ощущения) водителя. Водитель стремится вести машину так, чтобы колебания, которые он испытывает, были близки к допускаемым (переносимым). Для обеспечения высокой средней скорости водитель вынужден менять режим движения автомобиля. Чем хуже микропрофиль дороги и качество подвески, тем заметнее изменения скорости.

Оценки плавности хода различны даже для одного и того же человека в зависимости от его состояния. Таким образом, чтобы рассматривать колебания автомобиля в действительных условиях, следовало бы учитывать случайный характер многих величин, связанных с этими колебаниями.

В зависимости от частоты можно разделить все возникающие вертикальные ускорения на несколько полос: низкочастотные (1—3 Гц), соответствующие вертикальным колебаниям и вертикальным составляющим продольных и поперечных угловых колебаний подрессоренной части; высокочастотные (10—15 Гц) от колебаний неподрессоренных частей; вибрации в полосе частот 10—60 Гц от колебаний элементов кузова и двигателя на его упругом подвесе; вибрации с частотами свыше 70 Гц, связанные также с колебаниями элементов шииы. Ускорения в продольном и поперечном направлениях содержат примерно те же составляющие, что и при вертикальных колебаниях, а также другие, обусловленные в каждом отдельном случае особенностями данного автомобиля.

Опытные данные показали, что вероятность появления тех или иных ускорений достаточно хорошо соответствует нормальному закону распределения. Виброускорения могут оцениваться их средними квадратическими значениями (табл. 6).

Как все средние величины, эти данные позволяют дать лишь общую оценку колебаниям, непригодную, например, для суждения о плавности хода, поскольку были осреднены колебания с частотами, влияние которых на плавность хода весьма различно.

Статистические характеристики ускорений кузова грузового автомобиля приведены в работе [7].

6. Средние квадратические значения линейных виброускорений для легкового автомобиля,

(см. скан)

Испытания показывают, что в зависимости от качества подвески скорости движения на дорогах с неровной поверхностью уменьшаются в 3—4 раза, а на одной и той же дороге разность в скоростях, определяемых в зависимости от качества подвески, достигает 50%.

Колебания гусеничной машины с парами опорных катков при движении по неровной поверхности имеют свои особенности, обусловленные несколько иным характером возмущающего воздействия.

При коротких неровностях проезд единичной неровности приводит к серии из воздействий на остов машины. При более длинных неровностях воздействия от отдельных опор накладываются и дают как бы одно воздействие продолжительностью Таким образом, одна длинная неровность размерами как бы заменяется приведенной неровностью длиной и высотой

При движении по правильной волнистой поверхности сумма воздействий от опорных катков на остов может давать слабовыраженную переменную составляющую. Поэтому движение многоопорной машины по дороге с правильной волнистой поверхностью может не сопровождаться значительным раскачиванием остова, даже при совпадении времени проезда неровности и периода свободных колебаний. Более подробное заключение может дать расчет, который рекомендуется проводить для периодического дорожного воздействия с учетом нелинейностей в системе подвески [6].

При расчетах колебаний автомобиля при случайном воздействии чаще всего исходят из следующих допущений и предположений: случайный процесс является одномерным (определяется только микропрофилем дороги в продольном направлении и является стационарной нормальной случайной функцией); автомобилю соответствует линейная колебательная система; колебания автомобиля представляют собой стационарный, иногда эргодический, нормальный процесс.

Схематически автомобиль можно представить как систему, на вход которой (через передние и задние колеса) подаются воздействия, определяемые случайными функциями На выходе получаем совокупность реализаций той или иной величины: перемещения кузова, его ускорения, перемещения колес и т. д.

Только экспериментальная проверка может подтвердить эти допущения, так как автомобиль лишь приближенно моделируется линейной колебательной системой, не учитывающей обычно нелинейности характеристик подвески и шин. Кроме того, допущения о характере микропрофиля дороги не всегда соответствуют действительности.

Принятые допущения накладывают серьезные ограничения на исследование колебаний автомобиля при случайном воздействии. Поэтому совершенствование

исследований должно ставить целью учет многомерности случайного процесса, ею нестационарности и нелинейности параметров автомобиля. Такой учет возможен, например, при использовании методов статистической линеаризации.

Расчет колебаний при случайном дорожном воздействии может производиться путем численного интегрирования дифференциальных уравнений [20] или методами статистической динамики.

Первый метод требует обязательного применения ЦВМ, и его преимущества сказываются наиболее полно при значительных затратах машинного времени и при быстродействующих ЦВМ.

Методы статистической динамики (см. ниже) свободны от этих ограничений, но применимы лишь для линейных систем.

Чтобы получить достаточно полное представление о поведении автомобиля при случайном воздействии, достаточно знать дисперсии и нормированные спектральные плотности дисперсий следующих величин: вертикальных перемещений и ускорений кузова необходимых, в частности, для оценки ощущений пассажиров, сохранности груза, расчета сидений (систем вторичного подрессоривания); прогибов рессор или перемещений колес относительно кузова характеризующих возможность пробивания подвески, ее прочность и долговечность; перемещений колес удобных для анализа физической сущности колебаний; деформаций шин или перемещений колес относительно дороги существенных, например, оценке вероятности отрыва колес от дороги, долговечности шин и сохранности дороги.

Перечисленные спектральные плотности дисперсий можно определить по формулам

Чтобы воспользоваться этими формулами, необходимо найти выражения для квадратов модулей частотных характеристик которые могут быть получены опытным или расчетным путем. В первом случае автомобиль подвергают периодическому гармоническому возмущению на стенде или участке дороги с искусственной волнистой поверхностью.

Значения необходимые для расчетов двухмассовой системы, приведены в табл. 7.

После того как найдена спектральная плотность, можно определить величину дисперсии, а затем среднее квадратическое значение искомой величины. Например, для нормированного среднего квадратического вертикального ускорения кузова

Чтобы найти действительное среднее квадратическое вертикальное ускорение, надо учесть среднюю квадратическую высоту микропрофиля. Тогда