ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 9
1.1 АВТОПОЕЗД 9
1.2 АВТОПОЕЗД - КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА 12
1.3 ПЛАВНОСТЬ ХОДА 15
1.4 ВИБРОЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА АВТОПОЕЗДА 17
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЛОСКОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ С
ПРИЦЕПОМ 21
2.1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 21
2.2 ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ЛАГРАНЖА ВТОРОГО РОДА ПРИ ВЫВОДЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 23
2.3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ АВТОПОЕЗДА 24
3 РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ПЛОСКОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОПОЕЗДА ДЛЯ
ОЦЕНКИ ПЛАВНОСТИ ХОДА 35
3.1 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 35
3.2 КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ АВТОМОБИЛЯ С ПРИЦЕПОМ В СРЕДЕMATLAB - SIMULINK 36
4 ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ 41
4.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА 41
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ НАЕЗДЕ НА ДОРОЖНЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ С РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТЬЮ 43
4.3 ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ПО ДАННЫМ ОТРАСЛЕВОГО СТАНДАРТА 48
4.4 АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Одним из главных свойств транспортного средства является плавность хода. Под плавностью хода подразумевается совокупность свойств автомобиля, позволяющих двигаться с заданными эксплуатационными скоростями без превышения общепринятых норм вибронагруженности. Эти нормы устанавливают такими, чтобы различного рода вибрации и колебания не вызывали дискомфорта и были безопасны для водителя и пассажиров, а также не приводили к повреждениям перевозимые грузы и преждевременному выходу из строя конструктивных элементов автомобиля. Наиболее сильно на плавность хода влияют следующие параметры:
1) вес автомобиля, то есть вес подрессоренных и неподрессоренных масс;
2) компоновка автомобиля, то есть размещение сиденья, грузовых отсеков и конструктивных элементов автомобиля;
3) длина базы и колеи автомобиля, а также расположение центра тяжести и подрессоренных масс;
4) размеры колёс и шин;
5) коэффициент жёсткости упругих элементов подвески, трение в системах подвески, жёсткость шин и амортизаторов;
При изучении плавности хода автомобиля рассматривают его колебания, а именно колебания неподрессоренных и подрессоренных масс.
Определение уровня колебаний, шума и вибраций проводятся в результате испытаний в специальных лабораториях и на дорогах автополигонов. В качестве начальных данных при проектировании задаются параметры компоновки автомобиля, характеристики дорожных условий и технические требования на показатели оценки плавности хода, устанавливаемые на основе действующих нормативных документов. Затем, в ходе проведения испытаний устанавливаются оптимальные параметры для подвески, шин и прочих элементов, обеспечивающих плавность хода. Однако проведение таких испытаний требуют определённых затрат, времени и специального оборудования, что в конечном итоге сказывается на себестоимости автомобиля. К тому же некоторые виды испытаний связаны с риском негативных последствий для здоровья человека или окружающей среды. Данную проблему решает компьютерное моделирование.
Компьютерное моделирование является эффективным инструментом математического моделирования, и применяется в различных областях. Компьютерные модели используются при проектировании автомобилей и для определения их оптимальных параметров узлов и элементов при проведении испытаний на компьютере. В зависимости от исследуемого объекта и целей моделирования используется различное программное обеспечение для реализации модели и проведения испытаний. Так, разработав компьютерную модель колебаний масс автомобиля, можно определить оптимальные параметры жёсткости подвески в ходе компьютерного моделирования на ЭВМ. При определении плавности хода автомобиля на компьютере с помощью прикладного программного обеспечения можно задать также любой тип поверхности дороги и прочие условия испытаний.
Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Точность компьютерной модели зависит от количества учтённых параметров объекта. Одним из главных свойств компьютерного моделирования является возможность совершать многоразовые испытания модели, каждый раз возвращая её в первичное состояние для достижения оптимального результата.
Моделирование бывает нескольких видов: аналитическое и имитационное. В первом случае моделирования рассматривают математические модели реальных объектов или процессов в виде дифференциальных уравнений и их систем, а также рассматривающие процесс их решения, приводящего к конечному значению. При имитационном моделировании математические модели изучаются в виде алгоритмов, которые воспроизводят общую функциональность системы в виде последовательного выполнения большого количества элементарных операций.
Суть компьютерного моделирования заключается в проведении ряда экспериментов на компьютере, целью которых является исследование модели в различных вариантах исходных данных, сравнение полученных результатов с реальным прототипом и по необходимости - уточнение модели.
Следует отметить, что сделать автомобиль, в котором полностью отсутствуют колебания при движении невозможно, однако вполне можно их минимизировать.
Целью данной работы является разработка математической и компьютерной модели плоского движения автомобиля колесной формулы 6x6 с прицепом. Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи:
1) анализ упругих и демпфирующих элементов подвески, обеспечивающей вертикальные колебания автомобиля;
2) разработка математической модели вертикальных колебаний автопоезда с учетом движения по изменяющемуся микропрофилю дороги в продольной плоскости;
3) разработка компьютерной модели плоского движения автопоезда;
4) анализ адекватности компьютерной модели и проведение испытаний с различными условиями работы.
В данной дипломной работе были выполнены все поставленные задачи, а цель достигнута. Была построена корректная математическая модель плоского движения автомобиля колёсной формулы 6х6 с трехосным прицепом для оценки плавности хода. Также была построена компьютерная модель вертикальных колебаний в среде моделирования MATLAB-SIMULINK.
Был проведен анализ работы компьютерной модели и проверка ее адекватности в сравнении с отраслевым стандартом плавности хода грузовых автомобилей ОСТ 37.001.291-84.
Были проведены исследования АЧХ системы и вертикальных колебаний прицепа и тягача, выявлена малость передаваемых вертикальных колебаний через тягово-сцепное устройство.
Разработанная модель с удовлетворительной точностью соответствует реальному прототипу.