Плавність ходу легкового автомобіля

4.3. Плавність ходу легкового автомобіля

Коливання автомобіля. Коливання автомобіля впливають практично на всі основні експлуатаційні властивості машини: комфортабельність і плавність ходу, стійкість і керованість і навіть витрата палива.

Коливання зростають зі збільшенням швидкості руху, підвищенням потужності двигуна, істотний вплив на коливання надає якість дороги.

Коливання і вібрації в автомобілях є джерелом шуму. Коливання, вібрації і шум шкідливо впливають на водія, пасажирів і навколишнє середовище.

Встановлено норми і стандарти, що визначають допустимі рівні коливань, вібрацій і шумів автомобілів. Від цих показників залежать якість і ціна легкового автомобіля.

Випробування автомобілів на визначення рівня коливань, вібрацій і шуму проводяться в лабораторіях і на спеціальних дорогах автополігоні.

Зробити легковий автомобіль, в якому відсутні коливання, вібрації і шум, неможливо, як неможливо побудувати вічний двигун. Однак цілком можливо створити автомобіль з мінімальними рівнями коливань, вібрацій і шуму.

Коливання виникають насамперед при взаємодії коліс з поверхнею дороги. В результаті прогину пневматичних шин і деформації підвіски колеса і кузов роблять складні коливання (рис. 4.11). За коливань коліс судять про стійкість і керованості автомобіля. Коливання кузова безпосередньо визначають плавність ходу.

Залежно від якості дорожнього покриття і швидкості руху коливання автомобіля можуть відбуватися з різними частотами і прискореннями. Так, частоти коливань кузова і коліс лежать в межах 0,5. 22 коливань в секунду, або 0,5. 22 Гц. Рівень прискорень коліс може перевершувати земне прискорення вільного падіння g більш ніж в 10 разів. У той же час прискорення кузова рідко перевершують величину g більш ніж в 1,5 рази.

Автомобільне колесо є джерелом коливань, на виникнення яких впливають наявність малюнка протектора, каркас з металокорду, недостатня балансування, а також робота гальм. Частота цих коливань досягає величини в кілька тисяч герц. Такі коливання називають вібраціями. Вібрації з високими частотами також порушуються двигунами, трансмісіями і різним устаткуванням, встановленим на автомобілі: вентилятори, обігрівачі, кондиціонери та ін.

Складні коливання кузова істотно впливають на здоров'я і стан водія, пасажирів і збереження вантажу, що перевозиться. Природно тому прагнення конструкторів легкових автомобілів обмежити коливання кузова. Складний характер коливальних рухів кузова може проявлятися в вертикальному і горизонтальному напрямках. Крім того, можливі і кутові коливання кузова. (Розрізняють поздовжні і поперечні горизонтальні коливання кузова.) Горизонтальні коливання уздовж поздовжньої осі називаються сіпанням і в значній мірі гасяться за допомогою підвіски коліс.

Коливання уздовж поздовжньої осі виявляються при гальмуванні і розгоні, але не можуть бути визначальними для плавності ходу. Горизонтальні коливання уздовж поперечної осі кузова (бічні коливання) можливі лише за рахунок бокової деформації шин. В результаті використання підвіски коліс кузов здійснює головним чином вертикальні, поздовжньо-кутові і поперечно-кутові коливання / Перераховані коливання і визначають плавність ходу автомобіля.

Оцінка плавності ходу автомобіля. Що ж таке плавність ходу і чому їй приділяється особлива увага при проектуванні, експуатаціі і порівняльної оцінки різних легкових автомобілів? Звичайно, плавність ходу залежить не тільки від конструкції автомобіля і його підвіски, але і від якості дорожнього покриття і швидкості руху. Можна дати наступне визначення: плавністю ходу називається властивість автомобіля забезпечувати захист водія, пасажирів і вантажу, що перевозиться від коливань і вібрацій, поштовхів і ударів, що виникають в результаті взаємодії коліс з дорогою.

• Саме поняття «плавність ходу» виникло давно. Каретних справ майстри майстерно робили підвіску екіпажів з кінною тягою, домагаючись високої плавності ходу. Підвіска старовинних карет дала досить м'яку, мала довгі ресори з великим прогином і малою жорсткістю. Цікаво, що за цими параметрами вона перевершувала підвіски коліс багатьох сучасних автомобілів. На початку свого шляху автомобілі мали далеко не рекордні швидкості серед наземних транспортних засобів. Наприклад, в 1894 р під час перших автомобільних гонок Париж - Руан автомобілі з двигунами Даймлера показали середню швидкість 20,5 км / год. Однак за перші 10. 15 років існування автомобіля різко зросла його швидкість, перевищивши 100 км / ч.

Перші світові рекорди швидкості належали автомобілям з електромоторами (електромобілі). У 1898 р електромобіль Шарля Жанто (Франція) з двома електромоторами (загальна мощность.36 к.с.) встановив перший в світі абсолютний рекорд швидкості 63,149 км / ч, а в 1899 р електромобіль «Завжди незадоволений» бельгійця Каміля Женатци (потужність електромотора 40 л. с.) перевершив стокілометровий бар'єр-105, 876 км / год. Однак електромобільні рекорди протрималися недовго. У 1902 р француз Анрі Фурньє на автомобілі «Морс» з бензиновим двигуном в 60 к.с. підвищив абсолютний рекорд до 123,772 км / год.

Проходження автомобілями кордону швидкості 100 км / год не обійшлося без жертв. На гонках Париж - Мадрид в 1903 р через високу швидкість (понад 100 км / год), поганий дороги, пилу, низькою плавності ходу відбулися катастрофи, і французький уряд заборонив продовжувати гонки. Автомобілі кінною тягою були доставлені на залізницю.

У 1904 р молодий Генрі Форд на своєму автомобілі «Стріла» досяг швидкості 147 км / ч.

Про комфортабельності і плавності ходу перших рекордних автомобілів можна судити по машині Форда «Стріла», у якій ведучі колеса жорстко кріпилися до рами, а мотори не мали глушників. Чому водій не вилетів зі свого сидіння, тримаючись лише за рукоятку управління, абсолютно неясно. Найважливіше було - швидкість.

Швидкість в 205,443 км / ч в 1906 р була досягнута на гоночному автомобілі «Ракета» американської фірми «Стенлей». Машина мала паровий двигун потужністю 150 к.с. Це була «лебедина пісня» парових автомобілів. У 1937 р на автомобілі «Ауто-Уніон», все колеса якого мали незалежну підвіску, з потужністю двигуна до 640 к.с. встановлений рекорд швидкості 406,3 км / ч.

Які ж винаходи і вдосконалення в конструкції автомобіля дозволили так швидко нарощувати швидкість? Основними з них були збільшення потужності двигуна, використання обтічних форм кузова, вдосконалення рульового управління і гальм, і, звичайно, найважливішу роль зіграли винахід пневматичної шини і застосування незалежної підвіски коліс автомобіля.

З такою підвіскою на початку 20-х рр. почав випускатися в Італії автомобіль «Лямбда». В СРСР першим легковим автомобілем з незалежною підвіскою був знаменитий «ГАЗ М-20» ( «Перемога»). Застосування назавісімо підвіски не тільки позбавило машину від небезпечних коливань керованих коліс (явище шіммі), але і сприяло суттєвому покращенню плавності ходу. В наші дні подальше підвищення плавності ходу, стійкості і керованості легкового автомобіля немислимо без застосування керованих (регульованих) систем підвіски.

Очевидно, що плавність ходу потребує кількісній оцінці. Однак це не просте завдання, при вирішенні якої не можна покладатися тільки. на власні враження. Враження водія і пасажирів про плавності ходу можуть змінюватися в залежності від багатьох обставин: їх віку, здоров'я та ін. Покладатися на суб'єктивну оцінку не можна.

Давно відомо, що найкращою плавністю ходу мають автомобілі з м'якою підвіскою. Знизити жорсткість ресор (пружин) можна за рахунок збільшення їх прогину, а значить, і підвищення ходу коліс щодо кузова. Зробити підвіску м'якою і длінноходной не завжди можливо. Перешкодою для збільшення ходу коліс є не тільки необхідність в збільшенні розмірів колісних ніш кузова, але і труднощі, пов'язані з розміщенням пристроїв трансмісії, гальм і рульового управління

Статичним називається прогин ресор (або осаду пружин) при нерухомому автомобілі. За величиною статичного прогину можна оцінити жорсткість підвіски і плавність ходу.

Найбільш простим і доступним показником плавності ходу є частота власних коливань кузова автомобіля. Досвід показує, що якщо частота цих коливань лежить в межах 0,5. 1,0 Гц, то машина має високу плавністю ходу. (Цікаво відзначити, що зазначені частоти збігаються з частотою поштовхів, які відчуває людина при ходьбі зі швидкістю 2. 4 км / год.)

На жаль, обидва названі показника плавності ходу придатні лише для приблизної, самої загальної її оцінки. Точніше уявлення про плавності ходу дають прискорення кузова. Їх оцінюють в декількох характерних місцях: на сидіннях водія і пасажирів, на підлозі, над осями передніх і задніх коліс. На основі численних експериментальних досліджень запропоновані допустимі значення прискорень кузова і різні методи їх визначення. Допустимі прискорення представляють в залежності від частоти коливань кузова. У спеціальній літературі є таблиці і графіки допустимих значень прискорень, перевищення яких небажано. Наприклад, при вертикальних коливаннях кузова з частотами, близькими до 1 Гц, прискорення не повинні перевищувати 0,8. 1 м / с2. Якщо порівняти допустимі значення прискорень для вертикальних і горизонтальних коливань при частотах 1. 2 Гц, то допустимі вертикальні прискорення можуть бути в 1,8. 2,8 рази більше, ніж горизонтальні.

Перебуваючи в кузові легкового автомобіля, людина відчуває два основних види складних коливальних рухів: порівняно повільними коливаннями з великими амплітудами і швидкі коливання з малими переміщеннями. Від коливань з малими переміщеннями можна захиститися за допомогою сидінь, гумових опор, прокладок, виброизоляторов і інших пристроїв. Для захисту від коливань з низькими частотами і великими амплітудами служать пружні підвіски коліс.