Инструментальное и методологическое обеспечение экспериментальных исследований рулевого управления автотранспортных средств (стр. 7 из 10)

Для снятых с эксплуатации рулевых шарниров характерна высокая степень корреляции между относительными и необратимыми радиальными смещениями и рассмотренными критериями эксплуатационного состояния шарниров, достигающая, соответственно: 0,976 и 0,974.

Это свидетельствует, что учтены наиболее значимые факторы, определяющие величины необратимых и относительных радиальных смещений, которые могут служить критериями оценки эксплуатационного состояния шарниров, а наиболее значимые характеристики - момент сопротивления шарового пальца повороту и жёсткость осевой пружины шарнира рулевых тяг.

Таким образом, основные причины отказа рулевых шарниров - снижение жёсткости пружины и уменьшение момента сопротивления повороту шарового пальца. Поэтому необходимы мероприятия по уменьшению дисперсии свойств новых рулевых шарниров при их изготовлении и сборке.

8.2 Результаты стендовых исследований эксплуатационного состояния рулевого привода легковых автомобилей

В стендовых условиях оценивалась кинематика РП с учётом силового нагружения в диапазоне, соответствующем средним условиям эксплуатации, и уровня его технического состояния. Для этого исследовался характер изменения критерия качества РП при установке УК в ряд фиксированных положений в обе стороны (рис. 11-12). Причём экспериментальные точки не показаны, т.к. результаты обработаны методом наименьших квадратов в логическом блоке стенда, а угол наклона прямой характеризует усреднённую величину критерия качества РП.

На рисунке 11 показана зависимость приращения расстояния между дисками УК от усилия, созданного между ними, т.е. изменение величины критерия качества РП при повороте УК в ряд фиксированных положений в обе стороны для модели «M-2140» с пробегом 30 тыс. км. При этом усреднённые значения критерия качества РП располагаются несимметрично при повороте УК влево (рис. 11а) и вправо (рис. 11б) на один и тот же угол, что свидетельствует о нарушении заданной при проектировании кинематики РП.

Отсюда следует, что автомобиль эксплуатируется с уводом вправо, что проявляется большим износом сопряжений РП при установке УК влево на угол до 10°. Однако нарушение кинематики РП несущественно, но свидетельствует о нарушении углов установки управляемых колес и эксплуатации шин с пониженным давлением воздуха.

На рисунке 12 показан характер изменения критерия качества РП для автомобиля ВАЗ-2103 с пробегом 180 тыс. км и аварийным состоянием рулевого привода. Причём абсолютная величина критерия качества РП превышает допускаемые величины, а характер её изменения при повороте УК вправо (рис. 12а) отличается также значительной несимметричностью расположения зависимостей.

Наибольшее значение критерия качества РП при углах поворота 10° в обе стороны свидетельствует об аварийном состоянии шарниров оси поворотной стойки подвески и сайлент-блоков и объясняется изменением плеч, на величине которых приложено усилие.

Для этого автомобиля характерно значительное (25-30%) снижение чувствительности к управлению, что проявляется «рысканием» при движении.

Одномерный статистический анализ характеристик и состояния рулевого привода выполнен на примере выборки автомобилей базовых моделей ВАЗ. Причём была также подтверждена возможность раздельного определения упругости и зазоров в подвижных сопряжениях рулевого привода. Так, средняя величина смещений в РП при усилии в нём 30 даН отличается от суммы средних величин упругости и зазоров в РП не более 0,7%.

Наиболее стабильны упругость РП и смещение в его кинематической цепи, коэффициент вариации которых, соответственно: 0,29 и 0,39, причём последний стабилизируется с величины усилия в РП 25 да Н. Наименее стабильны величина зазоров в сопряжениях РП и пробег автомобилей, коэффициент вариации которых, соответственно: 0,77 и 0,87.

Проверка соответствия характеристик и состояния рулевого привода законам распределения показала, что удовлетворительное согласие с нормальным законом распределения имеют необратимые смещения т.е. зазоры в сопряжениях РП и общий пробег, а с экспоненциальным - смещение в кинематической цепи РП при всех режимах нагружения и величина обратимых смещений, т.е. упругость рулевого привода.

а) б)

Рис. 11.Зависимости изменения критерия качества РП от угла поворота управляемых колёс: а - влево, б - вправо для автомобиля «Москвич – 2140» с пробегом 30 тыс. км

а) б)

Рис. 12.Зависимости изменения критерия качества РП от угла поворота УК: а - вправо, б - влево для модели ВАЗ-2103 с пробегом 180 тыс. км и аварийным техническим состоянием РП

Парный корреляционный анализ выполнен для оценки характера и тесноты связей между характеристиками и состоянием рулевого привода. При этом рассмотрены как линейные, так и нелинейные эффекты взаимодействия, а использование «индекса корреляции» позволило рассматривать параметры и не имеющие нормального совместного распределения. Для расчёта использованы результаты дисперсионного анализа, данные по которому не приводятся, т.к. по ним не были сделаны обобщающие выводы.

Результаты парного корреляционного анализа РП базовых моделей ВАЗ/АЗЛК с учётом линейного - Л и нелинейного - НЛ характера связей показали, что относительно высокая степень корреляции отмечена только между критерием качества РП и зазорами в его подвижных сопряжениях, которая при создании усилия в РП от 10 до 30 даН увеличивается с 0,697 до 0,906. Причём для моделей ВАЗ эти связи имеют более выраженный линейный характер.

Таким образом, по сравнению со свободным ходом рулевого колеса, имеющем слабую корреляционную связь с необратимыми смещениями и практически отсутствие корреляционной связи с обратимыми смещениями, более стабильным оценочным параметром эксплуатационного состояния рулевого привода является критерий качества РП.

Множественный регрессионный анализ выполнен для выяснения тесноты, направления и характера связей между характеристиками и состоянием РП при условии одновременного действия не менее четырёх факторов, характеризующих эксплуатационное состояние рулевого привода.

Из полученных в результате анализа уравнений регрессии и параметров их оценки следует, что наибольшую тесноту связи имеют необратимые смещения с критерием качества, люфтом рулевого колеса и пробегом автомобиля. Наибольший «вес» имеет критерий качества РП, причём преобладает нелинейный характер влияния. Люфт рулевого колеса влияет менее значимо и преобладает линейный характер.

На изменение критерия качества РП наибольшее влияние оказывают необратимые и обратимые смещения в подвижных сопряжениях РП, причём наблюдается линейный характер влияния этих факторов, а значимость резко увеличивается по мере нарастания усилия в РП с 10 до 30 даН, соответственно: с 0,147 до 1,04 и с 0,106 до 1,21.

Используя «индекс корреляции», полученные уравнения сравнивались и оценивалась степень их близости функциональной зависимости. Так, для уравнений, описывающих зависимость критерия качества РП от обратимых смещений (упругости РП), люфта рулевого колеса и пробега автомобиля, с увеличением усилия в рулевом приводе наблюдается снижение тесноты связи, уменьшение «индекса корреляции» с 0,616 до 0,408.

Для уравнений, описывающих зависимость критерия качества РП от необратимых смещений (зазоров в сопряжениях РП), люфт рулевого колеса и пробега автомобиля, с увеличением усилия в рулевом приводе теснота связи увеличивается с 0,664 до 0,871.

Таким образом, нулевая гипотеза о том, что все коэффициенты регрессии (кроме свободного члена) равны нулю для критерия качества и необратимых смещений в РП, отвергается, в то же время другие уравнения регрессии могут быть использованы при моделировании с допустимой погрешностью.

Выполняя анализ интерполяционной формулы и результатов полного факторного эксперимента «24» можно отметить, что по силе влияния на критерий качества РП исследованные факторы располагаются в следующем порядке: усилие в РП, величина необратимых смещений (зазоров) и пробег автомобиля. Влияние люфта рулевого колеса на формирование критерия качества РП следует считать незначимым.

При возрастании перечисленных факторов смещения в кинематической цепи РП увеличиваются, причём в большей степени от усилия в РП и величины зазоров. Влияние пробега в 5 раз менее значимо по сравнению с усилием в РП и в 2 раза - по сравнению с зазорами. Эффекты взаимодействий исследованных факторов, соответственно, в 5 и 1,5 раза меньше линейных эффектов.

При этом наиболее значимо совместное влияние усилия в РП и величины зазоров в его подвижных сопряжениях, а совместное влияние усилия в РП и пробега автомобиля, а также люфта рулевого колеса и пробега на 30-35% менее значимо влияет на формирование смещений в кинематической цепи рулевого привода. А так же, перечисленные эффекты взаимодействия при их возрастании приводят к увеличению смещений в кинематической цепи РП. Эффект же взаимодействия величины зазоров в подвижных сопряжениях РП и люфта рулевого колеса при их возрастании приводит к уменьшению смещений в РП, что может быть объяснено с позиций формирования свободного хода рулевого колеса, где доля рулевого привода меньше доли рулевого механизма, что будет рассмотрено ниже.

8.3 Результаты дорожных и сравнительных исследований характеристик и состояния рулевого привода

Исследования показали удовлетворительные результаты использования разработанного метода измерения смещений в РП и рулевых шарнирах.