Автоколебания управляемых колес вокруг шкворня

Подвеска автомобиля – сложная и взаимосвязанная система: вертикальные колебания вращающегося колеса вызывает гироскопический момент, изменяющий направление качения колеса. Рассмотрим это явление подробнее.

В передней подвеске существует две колебательные системы:

1. Колебания колес (подвески) в плоскости YОZ.

Характеризуется следующими параметрами:

Ø ψ – угол наклона оси колес (моста);

Ø С_ψ – угловая жесткость подвески;

Ø J_ψ – момент инерции оси колес (вокруг оси Х);

Ø .

2. Колебания колес в плоскости ХОY.

Характеризуется следующими параметрами:

Ø φ – угол поворота колес;

Ø С_φ – жесткость деталей и рулевого привода вцелом;

Ø J_φ – момент инерции колес и привода вокруг оси Z;

Ø .

Эти колебательные системы связаны гироскопическим эффектом

Кинетический момент колеса:

А_к = J_к · ω_к,

где момент инерции колеса J_к.

Вектор кинетического момента колеса направлен по оси ОY ( _к).

Угловые колебания подвески происходят в плоскости YOZ. Они вызваны внешним моментом _вн (например, неровностями дороги), вектор которого направлен по оси ОХ.

Возникает гироскопический момент:

– этот момент «тянет» вектор кинетического момента к вектору внешнего момента – колесо поворачивается на угол φ. Теперь поворот на φ является внешним моментом. Появляется второй гироскопический момент: . Этот момент «тянет» вектор кинетического момента к вектору первого гироскопического момента – колесо наклоняется на угол Δψ.

Совпадение частоты собственных колебаний системы с частотой внешнего возмущения может привести к резонансу, что не допустимо.

Найдем собственную частоту системы.

Т”_г

Т’_г

Пусть

и .

Из первого уравнения

Из второго уравнения .

Приравняем откуда

– биквадратное уравнение.

à – коэффициент гироскопической связи.

Корень биквадратного уравнения:

.

Наличие гироскопической связи снижает высшую частоту и повышает низшую частоту, что увеличивает вероятность резонанса.

Ø Рассмотрим влияние дисбаланса колеса.

Радиальная сила, вызванная дисбалансом:

Ø Кинематическое рассогласование рулевого привода и подвески.

Методы борьбы – это стабилизация управляемых колес: отклонение колес от прямого направления должно вызывать появление сил, возвращающих колесо в нейтральное положение.

Контролируемые параметры:

Ø Поперечный наклон шкворня (поднимает переднюю часть авто) эффективен при больших углах поворота àмалых скоростях;

Ø Продольный наклон шкворня (кастор) – эффект «рояльной ножки»– скоростная стабилизация (иногда отказываются, т.к. есть следующий…)

Ø Стабилизация за счет силового увода шин – момент от равнодействующей реакции шины противоположен моменту от боковой силы;

Ø Весовая стабилизация (продольная симметрия нагрузок на колеса).