Инструментальное и методологическое обеспечение экспериментальных исследований рулевого управления автотранспортных средств (стр. 4 из 10)
В процессе входа и выхода из поворота (в момент времени 1-5 с, в зависимости от скорости движения) исследовались величины и характер изменения усилий на поворотных рычагах цапф и рулевой сошке, момента трения в РП, изменение углов поворота УК на величину смещений в РП.
Оценочным критерием влияния смещений в РП на параметры поворота автомобиля принято изменение углов поворота УК с учётом бокового увода эластичной шины. После завершения входа или выхода из поворота наступает силовое замыкание в РП и влияние смещений не значимо.
Испытуемый автомобиль не был оборудован приборами регистрации угловой скорости вращения и бокового ускорения центра масс, поэтому для обеспечения величины последнего 4 м/с2 согласно [55,56] расчётным путём в каждом конкретном случае определялись необходимые радиус поворота и скорость движения. Кроме того, для небольшого изменения бокового ускорения использовался балласт, позволяющий в пределах 100 кг изменять массу автомобиля. В этом случае, результаты дорожных испытаний с допустимой погрешностью могут быть сопоставимы с результатами теоретического исследования.
Контрольные заезды в каждом-виде испытаний проводились не менее трёх раз для каждого режима движения. Результаты осциллограмм обрабатывались на ЭВМ «ЕС-1020» в режиме одномерного статистического анализа и вводились в математическую модель процессов изменения эксплуатационного состояния РП и эксплуатационных свойств автомобиля.
Усилия в рулевом приводе и стабилизирующие моменты на управляемых колёсах регистрировались известным методом тензометрирования, для чего были использованы тензорезисторы, позволяющие определить деформацию поворотных рычагов цапф и рулевой сошки, а, следовательно, величину и направление усилий, действующих на детали рулевого привода.
Тензорезисторы соединялись по полу мост свой схеме согласно (рис. 4) и наклеивались клеем БФ-2 с последующей термообработкой на специально подготовленные места рычагов поворотных цапф и рулевой сошки. Их изоляция от внешней среды осуществлялась слоем изоленты с пропиткой эпоксидной смолой Э-40. Сигналы от тензодатчиков, усиленные тензоусилителем «Топаз-2», подавались на шлейфовый осциллограф «Н-700» и записывались на светочувствительную бумагу шириной 120 мм.
Рис.4.Принципиальнаясхема измерения смещений и усилий в кинематической цепи рулевого привода
С целью обеспечения заданной точности результатов дорожных испытаний тарировка измерительных систем производилась двумя методами:
а) поочерёдно одно управляемое колесо фиксировалось распорным устройством, а второе демонтировалось и к его поворотному рычагу прикладывалось усилие через динамометр ДОС-03 гидравлическим домкратом;
б) при отсоединённой рулевой сошке и поочерёдно вывешенных УК усилие прикладывалось к поворотному рычагу с обеих сторон при фиксированной поворотной цапфе.
Тарировка производилась не менее пяти раз в режиме нагрузки и разгрузки, при растяжении и сжатии рулевой трапеции с заданным усилием. Тарировка усилия на рулевой сошке производилась поворотом рулевого колеса при фиксированных поочерёдно управляемых колёсах, а также приложением усилия к рулевой сошке при фиксированном УК.
По результатам были получены тарировочные зависимости, использованные для считывания с осциллограф величин и направлений усилий, действующих в РП. Величина масштабного коэффициента определялась:
 , | (1) |
где Fi- i– я величина усилия, Н;
hi- соответствующая ордината на осциллограмме, мм.
Среднеквадратическая погрешность масштабного коэффициента:
 . | (2) |
Приведённая относительная погрешность масштабного коэффициента:
 . | ((3) |
Полученные погрешности масштабного коэффициента использованы для оценки точности результатов измерения усилий при испытании
6.1 Методика измерения смещений в кинематической цепи рулевого привода и в шарнирах рулевых тяг при движении автомобиля
Для получения величин приращения расстояния между рычагами поворотных, цапф, т.е. смещений в кинематической цепи рулевой трапеции, была разработана методика, основывающаяся на применении прецизионных датчиков перемещений - механотронов - электронных ламп 6MX5/IC, используемых в робототехнике, собственная погрешность измерения которых не более 1%. Механотроны устанавливались в специальный патрон, который крепился с помощью кронштейна к рычагам поворотных цапф, т.е. был жёстко соединён с наконечником боковой рулевой тяги. При этом, запись относительных смещений элементов рулевых шарниров велась в диапазоне величин углов поворота управляемых колёс до 5°.
Смещения в рулевой трапеции регистрировались при помощи раздвижной подпружиненной линейки, состоящей из двух штанг, концы которых шарнирно крепились к поворотным рычагам цапф, обеспечивая возможность регистрации относительных смещений в кинематической цепи РП с одновременным поворотом УК и безопасность проведения испытаний.
Тарировка механотронов и измерительных систем производилась при помощи индикатора часового типа ИГ-0,002 со специальным заострённым калёным наконечником, который устанавливался на раздвижную линейку и на боковых рулевых тягах. Величины смещений задавались по шкале индикатора и, одновременно, записывались на осциллограф сигналы механотронов, по которым затем строились тарировочные зависимости. Погрешность измерения определяется аналогично методике измерения усилий в РП при движении автомобиля.
6.2 Измерительно-регистрирующая аппаратура
Измерительный комплекс, установленный в переоборудованном салоне серийного автомобиля позволял регистрировать следующие параметры:
SШП(Л) - относительные радиальные смещения шарового пальца в наконечнике правой и левой боковых рулевых тяг;
SРП - приращение расстояния между рычагами поворотных цапф, т.е. смещение в РП или изменение схождения УК;
FП(Л) - усилия на рычагах поворотных цапф передней подвески;
FРС - усилие на рулевой сошке;
VA- продольную скорость поступательного движения автомобиля;
t- время.
Комплекс измерительно-регистрирующей аппаратуры, размещённый в салоне автомобиля, включал электронные лампы 6MXICи 6МХ5С - датчики, преобразующие механические перемещения в электрические величины, установленные в специальных металлических патронах, снабжённых ограничителями перемещений мерных штифтов. Последнее позволило избежать поломки механотронов вследствие ударных нагрузок и других факторов, которыми сопровождался процесс испытания рулевого привода.
Мерные штифты механотронов были наращены в соотношении плеч, соответственно : измерители относительных смещений элементов шарниров - лампы 6 МХIС - 1:3 (диапазон измерения ± 0,5 мм, погрешность 1,5-3%); измерители смещения в кинематической цепи рулевого привода, т.е. приращения расстояния между рычагами поворотных цапф - лампа 6МХ5С -1:5 (диапазон измерения ± 10 мм, погрешность 2,5-3,5%).
Для управления и питания механотронов был сконструирован специальный блок, обеспечивающий настройку и визуальный контроль величины и направления сигнала, подаваемого в измерительные каналы. Этот же блок использовался для сравнения результатов в стендовых и лабораторных условиях нагружения рулевого привода автомобиля.
Для измерения изменения схождения управляемых колёс в процессе движения автомобиля разработана методика регистрации смещений при помощи сконструированной раздвижной линейки, штанги которой подпружинены, а их относительное перемещение регистрировалось в салоне посредством гибкового вала. На концах линейки установлены шарнирные наконечники, что позволило регистрировать приращение расстояния между поворотными рычагами рулевой трапеции при любых углах поворота УК.
Перемещение гибкого вала регистрировалось в салоне автомобиля механотроном 6МХ5С, установленном в патроне на специальном кронштейне, допускающим регулировки диапазона измерения смещений и установку нулевого значения измерительного устройства.
Относительное смещение шарового пальца в наконечнике боковой рулевой тяги регистрировалось механотронами 6MXIC, установленными так же на специальных кронштейнах, жёстко связанных с рычагами поворотных цапф, в металлических патронах. На этом же кронштейне шарнирно закреплялась раздвижная линейка для измерения смещений в кинематической цепи рулевого привода при поворотах УК.
Усилие на поворотных рычагах цапф и рулевой сошке регистрировалось методом тензометрирования при помощи тензорезисторов, соответственно, 2ПКБ-10-200Х и 2ПКБ-10-100Х с базой 10 мм, соединённых по полумостовой схеме. При деформации поворотных рычагов и рулевой сошки электрический сигнал от тензодатчиков усиливался тензоусилителем «Топаз-2», после чего поступал на вход шлейфового осциллографа Н-700 и записывался на светочувствительную бумагу, одновременно регистрировались и перечисленные выше величины смещений.
Осциллограф Н-700 и тензоусилитель «Топаз-2» устанавливались на резиновых амортизаторах в салоне автомобиля. Тензодатчики и измерительная аппаратура были соединены экранированным кабелем. Отметки времени через 0,1 с выполнялись отметчиком осциллографа Н-700.