Условия обобщения. Изменение величин, характеризующих колебания автомобиля, можно рассматривать в зависимости от абсолютных значений основных колебательных параметров (как это было проделано выше) или от относительных величин. Такими относительными величинами могут быть отношения жесткостей с_ш/с_р, масс М/m_к или парциальных частот автомобиля ω_к/ω₀ 

Если построить кривые перемещений кузова и колеса для резонансных областей в зависимости от отношений с_ш/с_р и М/m_к, то получим зависимости (рис. 167, а и б), показывающие, в каких пределах изменялся при расчете каждый из основных параметров автомобиля. Например, при построении кривой 2 расчет вели для изменения отношения М/m_к = 0,8 ÷ 20,0; пределы, обусловленные изменением М, составляли 0,8—3,3, а изменением m_к составляли 3,3—20,0.

Следовательно, изменение наибольших перемещений колеблющихся масс автомобиля подчиняется двум зависимостям. Одна из них соответствует изменению отношения жесткостей с_ш/с_р

I

(кривая 1), другая — масс М/m_к (кривая 2). Если меняются жесткости упругих элементов, то одинакового эффекта можно достичь, изменяя величину с_р при неизменном значении с_ш илй только величину с_ш при постоянном значении с_р или, наконец, то и другое. Необходимо только, чтобы отношение с_ш/с_р изменялось в одинаковых пределах.

Если построить величины ускорений кузова для резонансных областей также при различных отношениях жесткостей и масс, то зависимость будет иной (рис. 167, в и г). Изменение каждой из жесткостей с_р или с_ш, так же как и масс кузова или колес, даже при неизменной величине отношений с_ш/с_р или М/m_к приводит к различным результатам. В области низкочастотного резонанса аналогичным закономерностям соответствуют кривые ускорений, построенные в зависимости от изменения 2с_ш или М (рис. 167, в). В области высокочастотного резонанса одинаковые зависимости получаются при изменении 2 с_р или m_к (см. рис 167, г).

Даже в тех случаях, когда характер изменения ускорения в зависимости от величин 2с_р или 2с_ш и М или m_к одинаков (например, для перемещения кузова или колес), нельзя без предварительного анализа приравнивать результаты, полученные, например, при уменьшении жесткости подвески или увеличении жесткости шин. Необходимо установить, в каких пределах и каком направлении возможно изменение отношений с_ш/с_р или М/m_к варьированием основных колебательных параметров автомобиля. В качестве примера возможные пределы изменения основных колебательных параметров по сравнению со случаем, положенным в основу расчета, даны в виде графиков, представленных на рис. 167.

Приведем в заключение данные об изменении всех параметров, характеризующих колебания автомобиля (Ω, Ω_к, ψ, ψ_к, z_u, z_v, ζ_u, ζ_v) и получающихся при варьировании каждого из ос новных колебательных параметров. Эти данные сведены в табл. 29, в которой вместо абсолютных величин указаны их отношения, соответствующие изменению вдвое основных колебательных параметров.

Жесткость подвески. Уменьшение жесткости подвески является эффективным средством уменьшения колебаний автомобиля в области низкочастотного резонанса. Снижение жесткости подвески можно получить:

без изменения регулировки амортизаторов (h₀ = const), что вызывает увеличение относительного сопротивления ψ₀;

со снижением сопротивления амортизаторов в соответствии с уменьшением жесткости подвески (ψ₀ = const).

В обоих случаях при снижении жесткости подвески колебания автомобиля в области низкочастотного резонанса уменьшаются. Особенно значительно снижаются ускорения кузова. Кроме того, из-за снижения малой собственной частоты Ω уменьшается

возможность появления резонансных явлений при существующем распределении неровностей на дорогах.

На ускорения кузова от высокочастотных колебаний изменение жесткости подвески практически не влияет. Если при уменьшении жесткости подвески сопротивление амортизаторов не меняется (h₀ = const), то относительное затухание низкочастотных колебаний значительно усиливается, что вызывает интенсивное их гашение. Относительное затухание высокочастотных колебаний остается примерно постоянным, и перемещение колес при высокочастотных колебаниях не увеличивается. Если при уменьшении жесткости подвески регулировка амортизаторов изменится так, что ψ₀ = const, то относительное затухание ψ_K уменьшится, а перемещение колеса при высокочастотных колебаниях возрастет.

Жесткость шин. Снижение жесткости шин уменьшает колебания автомобиля в области высокочастотного резонанса. Это объясняется как упругостью шины в радиальном направлении, так и нивелирующей, сглаживающей ее способностью. Последнее качество шипы приводит к тому, что при проезде коротких неровностей, вызывающих высокочастотные колебания, ось колеса описывает, даже на малой скорости, более плавную кривую, чем кривая профиля неровности. Длина кривой, описываемой осью колеса, больше истинной длины неровности, а высота иногда меньше, чем истинная высота неровности.

При колебаниях в области низкочастотного резонанса уменьшение жесткости шин не оказывает практического влияния на ускорения кузова, но вызывает увеличение его перемещений. Это увеличение может быть заметным при жесткостях шин меньших тех, которые применяют в настоящее время. Увеличение перемещений кузова вызывается уменьшением относительного затухания для низкочастотных колебаний, что может быть учтено при выборе характеристики амортизатора.

Если уменьшение нагрузки, приходящейся на шины (задние шины грузового автомобиля, нагруженного частично), значительно, то жесткость шины можно также уменьшить, снижая в ней давление воздуха. Чтобы это не отразилось на сроке службы шины, снижение давления в ней должно соответствовать уменьшению нагрузки на шину, чтобы ее осадка оставалась постоянной. Нижний допустимый предел давления в шине устанавливают при дополнительных испытаниях шин. Предварительные испытания позволяют полагать, что вполне возможно уменьшение давления воздуха в задних шинах грузовых автомобилей на 1,0— 2,0 кГ/см² по сравнению с давлением, соответствующим полной нагрузке.

Масса подрессоренных частей. При разгрузке автомобиля масса подрессоренных частей уменьшается в широких пределах — от 20% (передняя подвеска) до 400% и более (задняя подвеска грузового автомобиля). Уменьшение массы подрессоренных частей происходит обычно при неизменной регулировке амортизаторов (h₀ = const) и поэтому сопровождается увеличением относительного затухания, незначительным для высокочастотных и более заметным для низкочастотных колебаний.

Уменьшение массы подрессоренных частей вызывает резкое возрастание ускорений кузова как при низкочастотных, так и при высокочастотных колебаниях. Перемещения кузова в области низкочастотных колебании несколько снижаются, а перемещения колеса практически не меняются как в области низкочастотного, так и в области высокочастотного резонанса. Неблагоприятное влияние уменьшения массы подрессоренных частей сказывается также в увеличении собственной частоты, вследствие чего возрастает возможность наступления резонансных явлений при распространенных ныне длинах неровностей дороги.

Если уменьшение массы подрессоренных частей сопровождать соответствующим изменением сопротивления амортизаторов так, чтобы относительное затухание не менялось (ψ₀ = const), то характер колебаний при резонансных режимах ухудшается — перемещения кузова в области низкочастотных колебаний уменьшаться не будут, а перемещение колеса при высокочастотных колебаниях несколько возрастет.

Для улучшения плавности хода при уменьшении массы подрессоренных частей можно применять такую подвеску, у которой жесткость меняется в соответствии с уменьшением массы подрессоренных частей (подвеска постоянного прогиба).

Масса неподрессоренных частей. Для автомобиля масса неподрессоренных частей может меняться в 1,5—2 раза от типа направляющего устройства подвески (зависимая или независимая подвеска), типа и конструкции моста, типа шин.

Уменьшение массы неподрессоренных частей не влияет на низкочастотные колебания кузова или колес. В области высокочастотных колебаний собственная частота увеличивается, и поэтому колебания в межрезонансной области уменьшаются, а в зарезонансной возрастают. Максимум колебаний смещается в область более высоких частот, и поэтому резонансные явления могут быть вызваны неровностями, как правило, меньшей высоты. Наибольшие ускорения кузова не меняются, но перемещение колес уменьшается вследствие увеличения относительного коэффициента затухания для высокочастотных колебаний, а также снижения высоты неровностей, вызывающих резонанс.

Уменьшение массы неподрессоренных частей является единственным средством сдвинуть высокую собственную частоту в область еще больших значений, не ухудшая качества подвески, и уменьшить перемещение колес при высокочастотных колебаниях. Уменьшение массы неподрессоренных частей вызывает увеличение относительного затухания высокочастотных колебаний. Количество энергии, поглощаемой амортизаторами, уменьшается, а условия их работы улучшаются.

Таким образом, при уменьшении массы неподрессоренных частей увеличиваются устойчивость и безопасность автомобиля. Кроме того, при уменьшении жесткости шин снижение масс неподрессоренных частей обеспечивает сохранение достаточно высокого значения их частоты колебаний.

Ротенберг Р.В.
Подвеска автомобиля
1972