Разработка плоской модели геометрического увода при повороте транспортного средства с двумя управляемыми мостами

Введение (постановка задачи и актуальность). Одним из основных этапов проектирования транспортных средств специального назначения является расчёт рулевого управления. При этом инженеры руководствуются рядом нормативных документов, в которых отсутствует одно из важнейших требований, заключающееся в минимизации бокового увода шин. Автор отмечает недостаток научных исследований в области геометрического увода, который вызывается несоответствием фактических углов поворота колёс расчётным значениям для чистого качения и является неотъемлемым свойством любой традиционной рулевой трапеции.

Цель исследования: разработать математическую модель рулевого привода транспортного средства специального назначения с двумя управляемыми мостами для оценки геометрического и силового
увода.

Методология и методы. Известен метод расчёта рулевой трапеции с использованием тригонометрических выражений, в частности теоремы косинусов. Автор предлагает использовать при кинематическом расчёте рулевого привода разработанный им координатно-итерационный метод, основанный на уравнении сферы, при этом шагом дифференцирования является угол поворота рулевого колеса. Выбор параметров рулевого привода, по условиям симметричности и минимизации увода, производится методом многопараметрической оптимизации.

Результаты. В ходе исследований установлено, что выбор характеристики геометрического увода является многопараметрической задачей, при этом изменение одного параметра влечёт за собой корректировку других. Если достичь нулевого геометрического увода для всех управляемых колёс не получается, задача оптимизации параметров рулевого привода сводится к минимизации работы геометрического или суммарного увода. Значение работы увода существенно зависит от выбранного шага дифференцирования. При выборе характеристики геометрического увода необходимо соблюдать условие симметричности рулевой трапеции при повороте влево и вправо. При повороте колёс от нейтрального положения к периферии силовой и геометрический увод компенсируют друг друга, что приводит к уменьшению работы суммарного увода и износа шин.

Научная новизна работы заключается в разработке модели  геометрического увода для транспортного средства с двумя управляемыми мостами, включающая пространственную модель рулевого привода и позволяющая оценить влияние геометрического увода на кинематику поворота, а также взаимное влияние геометрического и силового увода с целью подбора оптимальных параметров рулевого привода многоосного транспортного средства с точки зрения минимизации износа шин при криволинейном движении.

Практическая ценность. Результаты исследований необходимо учитывать при разработке рулевого управления и системы управления поворотом многоосных транспортных средств специального назначения, а также их можно использовать в учебном процессе.

1. Балакина Е. В., Ревин А. А., Зотов Н. М. Сравнительная оценка результатов определения углов увода эластичного колеса по деформационной теории и теории нелинейного увода // Вестник Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета). - 2006. - № 6. - С. 100-105.

2. Broulhiet G. La suspension de la direction de la voiture automobile: Schimmi et dandinement // Bulletin de la Societe des ingenieurs civils de France. - Paris, 1925. - No. 78. - P. 540-554.

3. Becker G., Fromm H., Marunu H. Schwingungen in Automobillenkungen ("Shimmy"). - Berlin: M. Krayn, 1931. - 150 p.

4. Mitschke M. Dynamik der Kraftfahrzeuge. - Berlin: Springer, 1972. - 529 p.

5. Burckhardt M. Fahrwerktechnik: Radschlupf-Regelsysteme. - Hochberg: Vogel, 1993. - 432 p.

6. Pacejka H. B. The wheel shimmy phenomenon: A theoretical and experimental investigation with particular reference to the non-linear problem: Ph.D. thesis / Delft University of Technology. - Delft, 1966. - 192 p.

7. Pacejka H. B. Tire and vehicle dynamics. - 3rd edition. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 2002. - 672 p.

8. Гладов Г. И., Петренко А. М. Специальные транспортные средства: Теория: учебник / под ред. Г.И. Гладова. - М.: Академкнига, 2006. - 215 с.

9. Проектирование транспортных средств: учеб. пособие / Ю.А. Брянский и др.; под общ. ред. Ю. А. Брянского. - М.: МАДИ, 1985. - 119 с.

10. Высоцкий М. С., Дубовик Д. А., Николаев Ю. И. Оценка рассогласования кинематики поворота управляемых колёс мобильной машины // Вестник машиностроения. - 2010. - № 10. - С. 29-34.

11. Лозянов Д. В., Пахомов А. Н., Алексенко Д. М. Рулевая трапеция с изменяемыми углами поворота управляемых колёс: пат. 2375230 Рос. Федерация. № 2008128021/11; заявл. 09.07.2008; опубл. 10.12.2009, Бюл. № 34. - 7 с.

12. Балабин И. В. Способ поворота, обеспечивающий безуводный режим качения шин двухосной мобильной машины: пат. 2656983 Рос. Федерация. № 2017105361; заявл. 20.02.2017; опубл. 07.06.2018, Бюл. № 16. - 6 с.

13. Сазонов И. С., Атаманов Ю. Е., Турлай С. Н. Кинематика четырёхзвенной рулевой трапеции и оптимизация её параметров // Вестник Белорусско-Российского университета. - 2007. - № 1 (14). - С. 40-46.

14. Гладов Г. И., Пресняков Л. А. Для повышения точности оценки параметров системы поворота колёс большегрузных автопоездов // Автомобильная промышленность. - 2008. - № 12. - С. 19-22.

15. Малиновский М. П. Пространственная модель для определения передаточного числа рулевого привода // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. - 2020. - № 3 (25). - C. 12.

16. Малиновский М. П. Основные положения теории геометрического увода // Автомобильная промышленность. - 2021. - № 1. - С. 19-23.

17. Антонов Д. А. Расчёт устойчивости движения многоосных автомобилей. - М.: Машиностроение, 1984. - 168 с.