Введение 3
1 Состояние вопроса 5
1.1 Требования к шинам в проекте «Формула Студент» согласно
действующему регламенту 5
1.2 Сравнительный анализ шин команд проекта «Формула Студент» 6
1.3 Факторы при подборе шин в проекте «Формула Студент» 10
2 Теоретические основы воздействия внешних и внутренних сил на шину
автомобиля в движении 16
2.1 Анализ сил, возникающих в пятне контакта шин с дорогой, при
совершении автомобилем манёвра 16
2.2 Анализ влияния коэффициента сцепления и его составляющих на поведение автомобиля при маневре 33
3 Экспериментальные и аналитические исследования 40
3.1 Расчет сцепных характеристик шин экспериментальным методом 40
3.2 Тягово-динамические параметры автомобиля 43
3.3 Подготовка аналитических данных для математического анализа на
основе тягово-динамического расчета 45
4 Моделирование движения автомобиля по кругу 51
4.1 Основные параметров для математического моделирования 51
4.2 Анализ данных моделирования при движении автомобиля по кругу с
изменяемыми параметрами шины 61
Заключение 73
Список используемой литературы и используемых источников 74
Для студентов по всему миру важно найти возможность получить актуальные знания в востребованных профессиях. Одной из таких профессий, в момент технологических инноваций, является автомобилестроение. Но для получения достойных кадров и дальнейшего прогресса в сфере развития отрасли требуются улучшенные учебные программы. Эффективным способом приобретения знаний считается параллельное получение технических и теоретических знаний. Для такой цели, как улучшение качества подготовки студентов, был создан проект «Формула Студент».
Начиная с 1981 года, соревнования по данной тематике проводятся ежегодно. Цель соревнований - проверить как студенты под единый регламент, который ежегодно меняется, применяют разные, по-своему уникальные технические решения.
Помимо динамических дисциплин таких как: «Skidpad», «Acceleration», «Autocross», «Endurance» на треке, есть и статические дисциплины. В них рассматривается не скорость прохождения участков трассы и умение управлять автомобилем, а грамотность применения теоретических знаний и правильность подхода при расчете узлов автомобиля.
При прохождении «Защиты конструкции» (англ. Design Report) студенту могут задавать различные вопросы по тематике постройки и проектирования гоночного болида, на которые он должен знать ответ. Эти вопросы затрагивают фундамент знаний студента, на которые он опирался во время расчетов и проектирования автомобиля. Данная процедура полезна тем, что во время защиты студент получает опыт представления своих решений, общения с судьями мирового уровня , которые укажут, на что необходимо обратить внимание в следующий раз при проектировании и помогут в работе над своими ошибками, что в дальнейшем приведет к формированию необходимых навыков.
Одной из таких тем является выбор колес для гоночного болида. Это немаловажный элемент автомобиля, который всегда вызывает у судей соревнований определенные вопросы - а именно на что студент делал упор при выборе марки, состава резиносмеси и размерности шины.
Действительно, у судей может возникать некоторое количество вопросов, поскольку шины оказывают огромное влияние на большинство эксплуатационных свойств автомобиля. Чтобы в машине было безопасно во время движения, необходимо, чтобы шины обеспечивали хорошее сцепление с дорогой. Тягово-скоростные характеристики, профильная и опорная проходимость, устойчивость и управляемость также определяются свойствами шин. Помимо этого, шины имеют влияние на комфортабельность и плавность хода автомобиля, а также на его топливную экономичность.
Цель данной работы: рассмотреть, какие существуют параметры шины; проанализировать, как они влияют на управляемость и маневренность; рассчитать коэффициенты шин болида «Формула Студент» с учетом характеристик нескольких типов шин ; провести симуляции движения автомобиля по кругу с полученными параметрами по шинам и сделать анализ влияния на управляемость по полученным данным.
Задачи работы:
1) рассмотреть типы шин для болидов и требования к ним;
2) выявить виды сил, возникающих в шине при движении по дороге;
3) произвести расчет по данным шины, получить коэффициенты и применить их при симуляции движения автомобиля по кругу;
4) получить данные, необходимые для моделирования движения автомобиля по кругу;
5) провести ряд симуляций для сравнения данных по шинам при движении автомобиля по трассе ;
6) применить полученные сведения для улучшения показателей болида «Формула Студент».
Шина является одним из наиболее важных элементов конструкции автомобиля, от которого зависит безопасность и комфорт при движении. На шину при движении воздействуют различные внутренние и внешние силы, которые могут привести к ее деформации, износу, разрыву или потере сцепления с дорогой.
Силы сцепления, возникающие в точке контакта шины с дорогой, оказывают наиболее существенное влияние на поведение автомобиля при маневре. Коэффициент сцепления зависит от многих факторов, включая состояние дорожного покрытия, тип и состояние шин, нагрузку на шину и погодные условия.
Некоторые команды в автоспорте могут дополнительно изменять характеристики шин, например, внося изменения в рисунок протектора или дополнительно усиливая боковины. Все эти изменения направлены на минимизацию сил, возникающих в пятне контакта шин с дорогой, и, следовательно, на улучшение управляемости автомобиля.
Проведенное исследование показало, что параметры шин оказывают значительное влияние на маневренность болида класса «Формула Студент». В частности, было выявлено, что увеличение жесткости боковины шины и уменьшение ее диаметра приводят к повышению управляемости и уменьшению времени прохождения трассы, а, например, высокое давление в шинах может привести к потере сцепления и затрудненному управлению в поворотах на высокой скорости.
Данное исследование может быть полезным для конструкторов и инженеров, работающих над созданием болидов класса «Формула Студент», а также для соревновательных команд, которые могут использовать полученные результаты для повышения своей эффективности и результативности в гонках.
