Лекции по МДК.01.01 УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЕЙ 2
план-конспект занятия

ТЕМА4.9. ПЛАВНОСТЬ ХОДА АВТОМОБИЛЯ

1. Влияние колебаний на человека.

2. Измерители плавности хода.

3.  Колебания автомобиля.

4. Повышение плавности хода

1. Влияние колебаний на человека.

Механические колебания тела человека или отдельных его частей оказывают сложное биологическое действие и могут вызывать ряд изменений в организме, затрагивающих его функциональное состояние, работоспособность, здоровье. Действие механических колебаний на организм зависит от следующих причин: частоты колебаний, их интенсивности (амплитуды), продолжительности действия и направления. 

Одиночные воздействия большой интенсивности могут вызывать травматические повреждения тела — ушибы, контузии, переломы и др. Колебания, действующие продолжительное время, даже при умеренной интенсивности могут оказать серьезное влияние на организм человека, если частота воздействия неблагоприятна.

Колебания с частотой до 3—5 гц вызывают реакции вестибулярного аппарата и могут вызывать расстройства, связанные со смещением массы крови в сосудах, т. е. сосудистые расстройства и синдром укачивания (морскую болезнь). При колебаниях с частотами от 3—5 до 11 гц наблюдаются расстройства, обусловленные возбуждением лабиринтного аппарата внутреннего уха и резонансными колебаниями как человеческого тела в целом, так и некоторых его частей (голова, желудок, печень и кишечник) .

Колебания человека с частотами 11—45 гц могут сопровождаться функциональными расстройствами ряда внутренних органов (в том числе мочеполового аппарата), ухудшать зрение в связи с колебаниями глазных яблок, вызывать тошноту и рвоты. Механические колебания с частотами свыше 45 гц при известной интенсивности вызывают серьезные изменения — так называемую вибрационную болезнь.

До сих пор нет единого мнения о тех границах частот колебаний, которые соответствуют тому или иному их действию на организм человека. Есть предложение делить колебания на собственно колебания и вибрации. Колебания отличаются более низкой частотой (предположительно до 15—18 гц) и тем, что организм улавливает отдельные циклы (периоды). Вибрациями называют колебания более высокой частоты, воспринимаемые слитно. Границы вибрационной чувствительности человеческого организма составляют 15—1500 гц.

Кузов автомобиля испытывает колебания широкого частотного спектра, в который входят и колебания, и вибрации. Рассмотрим колебания, оказывающие определяющее влияние на плавность хода и другие эксплуатационно-технические качества автомобиля. Колебания и вибрации действуют на физиологические системы человека неодинаково. Восприятие колебаний, связанных с изменением положения тела в пространстве, представляет собой сложный процесс, слагающийся из ряда ощущений, которые поступают в мозг от различных физиологических систем (органов чувств, интерорецепторов и др.).

Основным органом человека, служащим для распознавания изменения направления или скорости движения, является вестибулярный аппарат, который является также вспомогательным органом равновесия и ориентации положения тела в пространстве. Строение вестибулярного аппарата следующее. В толще височной кости находится пространство со сложными ходами — лабиринт, который заполнен жидкостью (перилимфой). В жидкости плавает, в свою очередь, заполненный жидкостью (эндолимфой) кожистый аппарат, по форме повторяющий костный.

Лабиринт состоит из трех частей: трех полукружных каналов; преддверия; улитки. Полукружные каналы и преддверие составляют вестибулярный аппарат. Улитка является звуковым анализатором человека и здесь не рассматривается.

Преддверие вестибулярного аппарата (рис. 168) состоит из двух мешочков 2 и 3, соединенных между собой. Кроме того, один из мешочков соединен с улиткой 1, а другой — с тремя трубочками полукружных каналов 4, которые взаимно перпендикулярны и расположены в плоскостях, примерно параллельных трем главным плоскостям человеческого тела (фронтальной, сагитальной и горизонтальной). В стенках мешочков преддверия заложены окончания вестибулярного нерва, представляющие собой как бы нежнейший войлок, погруженный в эндолимфу. На этом «войлоке» расположены мельчайшие кристаллы извести, так называемые отолиты. Мелкие кристаллы образуют два конгломерата кристаллов — отолиты 5 и 6, по-разному ориентированные в пространстве.

В стенках полукружных каналов и в их расширенной части также заложены нервные окончания. Отолитовые аппараты и полукружные каналы выполняют различные функции. Отолитовые аппараты предназначены для восприятия изменения положения тела и прямолинейного ускорения (преимущественно). Полукружные каналы реагируют главным образом на угловые ускорения тела.

Вестибулярный аппарат действует следующим образом. Если тело человека совершает угловые перемещения, то в том полукружном канале, который расположен в плоскости вращения, жидкость (эндолимфа) вследствие инерции будет вначале несколько отставать от стенок. Сдвиг жидкости по отношению к волоскам нервных окончаний, заложенным в стенках расширенной части полукружных каналов, вызовет их раздражение, которое воспринимается человеком как начало вращения. Расположение каналов в трех взаимно перпендикулярных плоскостях приводит к тому, что человек воспринимает произвольно направленное движение. Если вращение стало равномерным, то жидкость будет смещаться одновременно со стенками полукружных каналов, а вестибулярный аппарат на такое вращение реагировать не будет. При линейных ускорениях меняется давление кристаллов отолита на волоски и нервные окончания, что и вызывает их раздражение. Отолиты реагируют также на наклоны тела, так как при этом меняется составляющая силы тяжести отолита, оказывающая давление на нервные окончания. Каждый из двух отолитов расположен так, что реагирует преимущественно на определенное направление наклона. Так, если пассажир испытывает продольные колебания, то они воспринимаются главным образом отолитом 6, а наклоны кузова в поперечной плоскости — отолитом 5.

Раздражение вестибулярного аппарата, передаваясь головному мозгу, вызывает два вида рефлексов, которые влияют на работоспособность человека: установочные рефлексы, обеспечивающие движения головы, глаз, непроизвольные движения рук, ног, туловища, и так называемые вегетативные рефлексы, проявляющиеся со стороны сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других систем организма, в виде покраснения лица, сердцебиения, потоотделения, тошноты, рвоты и других симптомов синдрома укачивания (морской болезни).

Устройство вестибулярного аппарата и механизм его действия побудили В. И. Воячека назвать отолитовые аппараты и полукружные каналы органами «акцелерационного чувства» человека. Жидкостные акселерометры, применяющиеся при динамических испытаниях автомобилей, напоминают по устройству и действию полукружные каналы, а акселерометры с твердой массой — отолитовые аппараты.

Ощущение угловых ускорений продолжается дольше действия раздражителя из-за инерции жидкости (эндолимфы) в полукружных каналах. При равномерном вращении человека его голова, эндолимфа и нервные окончания в полукружных каналах движутся вместе, не давая ощущения движения. Если же вращение прекратится, то эндолимфа по инерции будет некоторое время продолжать движение, нервные рецепторы отклонятся по ходу прекратившегося уже вращения, и вестибулярный аппарат, раздражаясь, создаст ощущение вращения в обратную сторону.

Оценка изменения положения тела в пространстве зависит не только от раздражения в вестибулярном аппарате, но также и от изменения положения глазных яблок, двигательного аппарата, кожных покровов, мышц и связок, которыми удерживаются внутренние органы от смещения. Например, кожная чувствительность человека заставляет его воспринимать наклоны значительно раньше, чем ощущения, идущие от вестибулярного аппарата. На рис. 169 показана схема связей, существующих между вестибулярным аппаратом и другими органами чувств. Их значение различно и изменяется в зависимости от частоты и амплитуды колебаний. Отмечается первостепенное значение вестибулярного аппарата при медленных колебаниях, а поверхности кожи — при ощущении колебаний высокой частоты (15 гц и выше).

При действии колебаний на человека его ощущения (впечатления) формируются очень быстро. Если воздействие колебаний продолжается, то в организме происходят физиологические процессы, приводящие к различным состояниям, среди которых особое значение принадлежит адаптации и утомлению. Адаптация

или приспособительные изменения характеризуются повышением сопротивляемости организма к внешним воздействиям и увеличением работоспособности человека. Тренировки и упражнения в закреплении навыков усиливают адаптацию.

Опыт показывает, например, что вестибулярный аппарат поддается тренировке и приспосабливается к повторным вращениям; при этом чувство противовращения постепенно уменьшается. Свойства вестибулярного аппарата быстро приспосабливаться к колебаниям позволяет пассажирам привыкать к условиям езды в автомобиле. Эта способность, различная у разных людей, несколько сглаживает неприятные ощущения при толчках и колебаниях кузова.

В отличие от адаптации утомление обусловливает временное снижение работоспособности организма, возникающее при длительном или интенсивном воздействии раздражений. При колебаниях, сопровождаемых изменениями положения тела в пространстве, возникают мышечные рефлексы, ускоряющие наступление утомления. По мнению многих физиологов преимущественное значение в появлении и развитии утомления имеют нервно- психические нагрузки, испытываемые организмом.

Утомляемость водителя понижает безопасность движения. Поэтому необходимо уделять должное внимание наиболее удобному устройству и размещению места водителя в автомобилях, особенно в автобусах.

Если ощущения человека при колебаниях оценивать количественно, то показатели, соответствующие начальному состоянию, адаптации и различным степеням утомления, будут разными. Это свидетельствует о том, что состояние организма человека в зависимости от продолжительности воздействия на него колебаний и их интенсивности соответствует разным уровням функционирования, характеризующимся относительно стабильными реакциями организма.

Например, вестибулярный аппарат обладает способностью накоплять раздражения. Слабый толчок вызывает небольшое раздражение вестибулярного аппарата. Следы этого раздражения остаются. Несколько последовательных слабых толчков приводят к кумуляции (накапливанию) остаточных явлений и могут дать более сильное ощущение, чем отдельные изолированные толчки.

Если колебания действуют на человека в течение рабочего дня из года в год, то при определенной их интенсивности в организме могут появляться болезненные и необратимые явления. Это подтверждают наблюдения за профессиональными заболеваниями у водителей автомобилей и трактористов.

Неблагоприятными условиями работы водителя считают следующие:

длительное воздействие колебаний, с учетом действия пиковых нагрузок со значительными ускорениями. Воздействие ко-

лебаний сопровождается длительным напряжением мышц торса, обусловленным противодействием перемещениям тела при колебаниях;

неудобство позы. В положении сидя колебания передаются непосредственно позвоночнику, практически минуя нижние конечности. В положении стоя, действие колебаний смягчается многочисленными суставами нижних конечностей. Кроме того, дугообразная форма позвоночника, в положении сидя, менее благоприятна для смягчения колебаний, чем его естественная форма;

длительное нервно-психическое напряжение во время работы, иногда в сочетании со значительными мышечными нагрузками.

Вредное влияние колебаний автомобиля заключается в появлении пояснично-седалищных болей (в основном ишиаса). Влияние колебаний сказывается и на внутренних органах. Проведенное в 1964 г. 3. Н. Гончаровым обследование свыше 450 водителей (преимущественно грузовых автомобилей) показало, что у половины из них имеются жалобы на пояснично-седалищные боли. По числу дней временной нетрудоспособности ишиас намного превосходит все другие заболевания водителей, а по числу случаев уступает лишь таким распространенным заболеваниям, как катар верхних дыхательных путей и грипп. Решающее влияние колебаний автомобиля на появление ишиаса подтверждается тем, что у водителей грузовых автомобилей, работавших в средних дорожных условиях, ишиас встречается в 3 раза чаще, а у работавших в плохих дорожных условиях в 5 раз чаще, чем у водителей легковых автомобилей. Следует также отметить, что пояснично-седалищные боли появляются и в сравнительно молодом возрасте.

Описанное действие колебаний па позвоночник обусловлено некоторыми его особенностями. Позвоночник состоит из 24 позвонков. Связывающие их межпозвоночные диски, а также мышечный корсет превращают позвоночник в упругую систему, обладающую к тому же значительным затуханием.

Колебания, воспринимаемые человеком, находящимся в вынужденном сидячем положении, травмируют позвоночник, его связочный и суставный аппарат. Наибольшим воздействиям подвержены два-три нижних поясничных межпозвоночных диска. Длительные колебания, испытываемые ежедневно водителем, могут приводить к перерождению (дегенеративным изменениям) позвоночника. На рис. 170 схематически показаны четыре позвонкам 1 — нормальный, а остальные (2—4) с различными степенями перерождения, при котором уменьшаются межпозвоночные диски, появляются изменения поверхности и формы позвонков.

Следует также заметить, что идеальное состояние позвоночника встречается довольно редко. Обычно после 30 лет начинаются дегенеративные его изменения. Это следует учитывать при отборе испытуемых для оценки плавности хода автомобиля, разработке его сидений и т. д.

Киносъемка брюшной полости вертикально колеблющегося человека, подвергнутого рентгеновскому просвечиванию, позволила наблюдать за поведением внутренних органов при колебаниях. На рис. 171 представлены амплитудно-частотные характеристики перемещений желудка z(v) четырех различных людей. Резонансные перемещения желудка оказались в 2—3 раза больше перемещений вибростола (и соответственно тела). Индивидуальные различия сказались больше на амплитуде перемещений, а резонансные частоты оказались в пределах 4—5 гц [117]. Собственная частота колебаний желудка зависела от его содержимого и степени наполнения. Все это требует дальнейших исследований, так же как и вопрос о влиянии колебаний на возникновение заболеваний внутренних органов. Известно также, что действие колебаний замедляет, если не приостанавливает излечение воспалительных или язвенных процессов слизистой оболочки желудка.

2.  Измерители плавности хода.

Под плавностью хода понимают способность автомобиля двигаться в различных условиях с возможно малыми колебаниями кузова или грузовой платформы, не утомляя пассажиров и водителя, способствуя сохранности грузов.

Возникающие в процессе движения автомобиля колебания (вибрации) тела человека оказывают сложное биологическое воздействие на его состояние, т.к. могут вызвать ряд изменений в организме, влияющих на функциональное состояние и уровень работоспособности. При этом действие вибрации на организм зависит от ее частоты, амплитуды, направления и продолжительности.

Колебания с частотой до 3-5 Гц оказывают влияние на вестибулярный аппарат человека и могут вызвать "морскую" болезнь, т.е. укачивание.

Колебания с частотами от 3-5 до 11 Гц вызывают расстройства, обусловленные возбуждением лабиринтного аппарата внутреннего уха и резонансными колебаниями как человеческого тела в целом, так и некоторых его частей (головы, желудка, печени и кишечника).

Колебания с частотами 11 - 45 Гц могут вызывать расстройства ряда внутренних органов, ухудшение зрения и даже тошноту и рвоту.

Вибрации тела с частотой свыше 45 Гц вызывают так называемую вибрационную болезнь.

При взаимодействии колес с неровностями дороги кузов и колеса совершают сложные колебания, которые оказывают значительное влияние не только на пассажиров и груз, но и на рабочие процессы в различных агрегатах и механизмах самого автомобиля, что в конечном счете отражается на его эксплуатационных показателях. Установлено, что при эксплуатации автомобилей на неровных дорогах снижается средняя скорость движения, уменьшается срок службы автомобиля и его производительность, возрастает расход топлива и износ шин; увеличиваются затраты на техническое обслуживание и ремонт. Поэтому плавность хода рассматривается как одно из важнейших эксплуатационных свойств автомобиля.

Улучшение плавности хода достигается оптимизацией ряда конструктивных параметров самого автомобиля и его подвески, а также за счет подрессоривания кабины и сидения водителей и пассажиров.

Плавность хода оценивается с помощью нескольких измерителей:

- Период колебаний Т – время, в течении которого кузов совершает полное колебательное движение.

- Угловая (циклическая) частота колебаний:

w = 2p/Т. (191)

В практике частоту колебаний измеряют числом колебаний в минуту:

n = 60/Т = 60w/2p = 30/p, (192)

где m – масса колеблющегося тела.

- Амплитуда колебаний Аmax – наибольшее отклонение (перемещение) кузова от положения равновесия

- Скорость колебаний Vк – это первая производная перемещения по времени.

- Ускорение колебаний - вторая производная перемещения по времени или первая производная скорости колебаний по времени, м/с2.

- Скорость нарастания ускорений колебаний – третья производная перемещения по времени или первая производная ускорения колебаний по времени, м/с3.

3. Колебания автомобиля 

Основными причинами возникновения колебаний автомобиля являются дорожные неровности. На дорогах с асфальтобетонным покрытием неровности имеют различные размеры и очертания. Они бывают двух видов: неровности высотой 3...5 мм и длиной 8... 10 мм, называемые микронеровностями, а также высотой 10... 12 мм и длиной 5...8 м, называемые волнами.

Колебания автомобиля, вызванные дорожными неровностями, оказывают существенное влияние на плавность хода и, следовательно, на состояние пассажиров и водителя, сохранность груза и самого автомобиля. Так, например, при длительном воздействии колебаний пассажиры и водитель сильно утомляются. При этом значительное влияние на них оказывают скорость и ускорение колебаний.

С увеличением скорости колебаний плавность хода автомобиля ухудшается.

Ниже приведена характеристика колебаний в зависимости от их скорости, м/с:

Неощутимые колебания...................................... …0,035

Едва ощутимые колебания......................... ….0,035...0,1

Вполне ощутимые колебания............................. 0,1...0,2

Сильно ощутимые колебания............................. 0,2...0,3

Неприятные и очень неприятные колебания.... 0,3...0,4

Воздействие ускорений на пассажиров и водителя в значительной степени зависит от частоты колебаний.

Колебательная системаавтомобиля

Автомобиль представляет собой многомассовую колебательную систему, которая обладает многими степенями свободы.

Массы всех частей автомобиля подразделяются на подрессоренные и неподрессоренные. Подрессоренные опираются на подвеску автомобиля (кузов, рама и закрепленные на них системы и механизмы), а неподрессоренные — на дорогу (мосты, колеса).

Подрессоренные и неподрессоренные массы автомобиля связаны между собой упругой подвеской, половина массы которой считается подрессоренной, а половина — неподрессоренной.

Подрессоренные массы колеблются на упругих устройствах подвески (рессоры, пружины, торсионы, пневмобаллоны и др.) с низкими частотами, составляющими 60... 150 мин–1, а неподрессоренные — на упругих устройствах подвески и шинах с высокими частотами — 350...700 мин–1.

Колебательная система автомобиля (рис. 13.2, а) включает в себя подрессоренную массу М, неподрессоренные массы m1 и m2, подвески с жесткостью сп1 и сп1, шины с жесткостью сш1 и сш2 и амортизаторы с коэффициентами сопротивления k1 и k2.

Рис. 13.2. Действительная (а) и упрощенная (б) колебательные системы

автомобиля

Подрессоренная масса М и неподрессоренные массы m 1 и m2 автомобиля имеют по шесть степеней свободы: три линейные и три угловые (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Направления колебаний автомобиля

Теоретическое исследование колебаний такой сложной колебательной системы, как автомобиль со многими степенями свободы, связано со значительными трудностями. Поэтому колебательную систему автомобиля несколько упрощают. При этом пренебрегают влиянием неподрессоренной массы на перемещения

кузова, так как она обычно составляет не более 15...20 % подрессоренной, а жесткость подвески в несколько раз меньше жесткости шин и частота свободных колебаний неподрессоренной массы значительно больше, чем у подрессоренной. Кроме этого из системы исключают амортизаторы.

С учетом указанных допущений колебательная система автомобиля упрощается (рис. 13.2, б) и характеризуется приведенной жесткостью передней с 1 и задней с2  подвесок автомобиля.

Приведенная жесткостьподвески

Приведенной жесткостью подвески называется жесткость такого упругого устройства, прогиб которого равен суммарному прогибу подвески и шин при одинаковой нагрузке. Таким образом, приведенная жесткость подвески учитывает жесткость не только подвески, но и шин.

Для определения приведенной жесткости подвески рассмотрим одномассовую колебательную систему, упругое устройство которой состоит из двух последовательно соединенных между собой пружин (рис. 13.4, а).

Суммарный статический прогиб упругого устройства одномас-совой колебательной системы  

f сум = fп + fш,

где  — прогиб подвески, см;  – прогиб шины, см.

Подставив значения прогибов подвески и шины, получим

 откуда находим приведенную жесткость подвески:

Указанное выражение справедливо для зависимой подвески.

Для независимой подвески (рис. 13.4, б) приведенную жест- кость можно определить по следующей формуле:

где l 1′ и l2′ — расстояния от точки крепления рычага подвески к кузову до оси пружины и колеса.

Рис. 13.4. Схемы для определения приведенной жесткости зависимой (а) и независимой (б) подвесок автомобиля

Свободные колебанияавтомобиля

Свободными называются колебания, совершаемые автомобилем на дороге с ровной поверхностью после проезда неровностей.

Для изучения свободных колебаний автомобиля в продольной вертикальной плоскости его подрессоренную массу заменим тремя приведенными массами, которые соединены между собой невесомым жестким стержнем. При этом не будем учитывать влияния затухания (амортизаторов) и неподрессоренных масс (мостов, колес). Колебательная система автомобиля, соответствующая принятым допущениям, приведена на рис. 13.5.

В указанной колебательной системе М1 , М2 и М3 — приведенные подрессоренные массы. М1  и М2 расположены на расстояниях l1 и l2 от центра тяжести кузова автомобиля, а M3 – в центре тяжести; с1 и с2 — приведенные жесткости передней и задней подвесок.

Рис. 13.5. Колебательная система автомобиля без затухания и неподрессоренных масс: а — подвеска подрессоренной массы (кузова); б — схема системы; ЦТ — центр тяжести

Для того чтобы эта трехмассовая колебательная система соответствовала в динамическом отношении действительной системе, необходимо выполнение следующих условий:

• сумма всех трех масс должна быть равна подрессоренной массе автомобиля (М1 + М2 + М3 = М);

•   центр тяжести трехмассовой колебательной системы должен
совпадать с центром тяжести подрессоренной массы автомобиля
(М1l1 = М2l2);  

• моменты инерции трехмассовой колебательной системы и
подрессоренной массы автомобиля относительно поперечной оси
у, проходящей через центр тяжести, должны быть равны (М1l1 +
+ М2l2 = Mρу2,= J); где ρу  — радиус инерции подрессоренной массы
автомобиля относительно поперечной оси у, проходящей через
центр тяжести.  

Решим совместно указанные выше уравнения и определим значения приведенных масс М1 , М2 и М3 .

С этой целью поочередно подставим значения М1  и М2 из вто рого уравнения в третье и найдем массы М1  и М2. Затем найденные значения М1  и М2 подставим в первое уравнение и определим массу М3 .

В результате получим значения приведенных масс:

Отношение  называется коэффициентом распределе-

ния подрессоренных масс автомобиля. Он определяет наличие связи

между колебаниями передней и задней частей кузова автомобиля. Так, при εу = 1 связь между колебаниями передней и задней частей кузова отсутствует.

Свободные колебания подрессоренной массы автомобиля можно описать следующей системой уравнений:

Разделив уравнения соответственно на М1  и М2, получим

или  

где  и  — коэффициенты связи между колебани-

ями передней и задней частей кузова;  и  — пар-

циальные, или частные, частоты свободных колебаний.

Парциальные частотыколебаний

Парциальной называется частота колебаний колебательной системы, у которой все степени свободы, кроме одной, ограничены. Следовательно, любая сложная колебательная система, обладающая многими степенями свободы, будет колебаться с парциальной частотой, если ей предоставить одну степень свободы при ограничении всех остальных степеней свободы.

На рис. 13.6 приведены схемы, иллюстрирующие колебания подрессоренной массы с парциальными частотами ω1 и ω2.

Если подрессоренная масса закреплена так, что перемещения z 2 = 0, то она имеет одну степень свободы и парциальная частота колебаний подрессоренной массы равна ω1.

При ограничении перемещения подрессоренной массы так, что z 1 = 0, частота ее колебаний будет парциальной и равной ω2.

Как видно из рис. 13.6, парциальные частоты можно получить для любой колебательной системы, если ограничивать перемещения масс таким образом, чтобы колебательная система обладала только одной степенью свободы.

Рис. 13.6. Схемы, иллюстрирующие колебания подрессоренной массы автомобиля с парциальными частотами при ограничении перемещения задней (а) и передней (б) частей его кузова

Свободные колебания передней и задней частей кузова автомобиля, как видно из уравнений свободных колебаний, связаны между собой и происходят с частотами, отличающимися от парциальных — ω1 и ω2. Эти частоты свободных колебаний называются частотами связи, или собственными частотами колебаний. Исследованиями установлено, что свободные колебания подрессоренной массы автомобиля совершаются одновременно с высокой и низкой частотами. При этом движение любой точки кузова автомобиля представляет собой негармоническое колебание, вызванное взаимным наложением двух гармонических колебаний высокой и низкой частоты.

Рис. 13.7. Колебательная система автомобиля без затухания и не-подрессоренных масс при εу = 1

При коэффициенте распределения подрессоренных масс εу = 1 связь между колебаниями передней и задней частей кузова отсутствует (рис. 13.7). В такой колебательной системе приведенные массы М1  и М2 соединены между собой шарнирно жестким невесомым стержнем, расположены на расстояниях l 1 и l2 от центра тяжести кузова автомобиля и имеют следующие значения:

Приведенные массы М1  и М2 соответствуют весу кузова, приходящемуся соответственно на передние и задние колеса при неподвижном автомобиле.

В этом случае система уравнений, описывающих свободные колебания автомобиля, распадается на два независимых уравнения.

Уравнение свободных колебаний передней части кузова автомобиля имеет следующий вид:

а уравнение свободных колебаний задней части кузова записывается в виде

При этом передняя и задняя части кузова будут совершать свободные гармонические колебания соответственно с парциальными частотами

Частота колебаний, мин–1, передней и задней частей кузова автомобиля в этом случае

где f 1 и f2 – статический прогиб упругих устройств передней и задней подвесок автомобиля, см.

У легковых автомобилей взаимная связь между колебаниями передней и задней частей кузова незначительна. Исследования показали, что колебания передней и задней частей кузова автомобиля можно считать практически независимыми, когда коэффициент распределения подрессоренных масс εу = 0,8... 1,1. Этому условию удовлетворяют только легковые автомобили.

Свободные колебанияавтомобиля сучетомнеподрессоренныхмасс

Ранее были рассмотрены свободные колебания подрессоренной массы автомобиля без учета влияния затухания в подвеске и неподрессоренных масс. В действительности затухание в подвеске существует, а неподрессоренные массы в отдельных случаях сопоставимы с подрессоренной массой автомобиля. Поэтому необходимо учитывать влияние и затухания, и неподрессоренных масс.

При учете влияния неподрессоренных масс автомобиля на свободные колебания подрессоренной массы примем следующие допущения:

•  связь между колебаниями передней и задней частей кузова автомобиля отсутствует, т.е. εу = 1 (ρу2 = l 1l2);

• затухания в подвеске или сопротивления амортизаторов нет (k  = 0). Колебательная система автомобиля, соответствующая принятым допущениям, представлена на рис. 13.8. автомобиля без затухания и с неподрессоренными массами при εу = 1

В указанной колебательной системе М1 и М2  — приведенные массы, приходящиеся на передние и задние колеса; m1 и m2 — массы переднего и заднего мостов; сп1  и сп2 — жесткости передней и задней подвесок; сш1 и сш2 — жесткости шин передних и задних колес.

Массы М1  и М2 связаны между собой шарнирно жестким невесомым стержнем. Следовательно, имеются две независимые колебательные системы, соответствующие передней и задней частям автомобиля

Свободные колебания каждой части автомобиля описываются системой уравнений:

где  — вертикальное перемещение неподрессоренной массы. Разделив эти уравнения соответственно на М и т, получим

где  — парциальная частота колебаний подрессоренной массы М при неподвижной неподрессоренной массе m ;  – парциальная частота колебаний неподрессоренной массы т при неподвижной подрессоренной массе М.

Рис. 13.8. Колебательная система

Из уравнений колебаний колебательной системы автомобиля с учетом влияния неподрессоренных масс следует, что каждая колебательная система имеет две частоты собственных колебаний — низкую (ω) и высокую (ωк). Следовательно, автомобиль имеет четыре частоты собственных колебаний, приближенное значение которых можно определить из следующих выражений:

для подрессоренных масс

для неподрессоренных масс

Низкие частоты ω1  и ω2  являются частотами колебаний кузова на упругих устройствах подвески (рессоры, пружины и др.). Для легковых автомобилей эти частоты равны 60... 90 мин–1, а для грузовых — 90... 145 мин–1.

Высокие частоты ωк1 и ωк 2 представляют собой частоты колебаний передних и задних мостов и колес. Их значения составляют для легковых автомобилей 500...700 мин–1 и для грузовых — 350...500 мин–1.

Свободные колебания автомобиля с учетом затухания

Свободные колебания автомобиля всегда являются затухающими вследствие их гашения в подвеске автомобиля.

Гашение колебаний автомобиля происходит в результате действия в подвеске трения, которое различно по своей природе и может быть жидкостным (в гидравлических амортизаторах), сухим (в рессорах и шарнирах подвески) и межмолекулярным (в шинах и резиновых деталях подвески).

Все перечисленные виды трения различны по абсолютной величине, неодинаково изменяются в зависимости от скорости колебаний автомобиля (рис. 13.9) и поэтому по-разному влияют на затухание колебаний.

Рис. 13.9. Зависимости силы трения сухого (F), жидкостного линейного (k) и квадратичного (k2) от скорости колебаний

Характер изменения указанных видов трения в случае гармонических колебаний также различен (рис. 13.10).

Жидкостное трение может изменяться пропорционально как квадрату скорости, так и скорости колебаний. Обычно оно линейно при малой скорости колебаний и быстро растет с ее увеличением. Даже небольшое жидкостное трение вызывает быстрое затухание колебаний.

Рис. 13.10. Характер изменения силы трения сухого (F), жидкостного линейного (k) и квадратичного (k2) при гармонических колебаниях

Межмолекулярное трение пропорционально скорости колебаний, но при значительном изменении частоты эффективного затухания колебаний не вызывает.

Основным видом трения, которое постоянно действует в подвеске совместно с жидкостным трением амортизаторов, является сухое трение. При эксплуатации сухое трение не остается постоянным, а все время изменяется, не поддается регулированию и ухудшает плавность хода автомобиля. Поэтому в современных автомобилях, прежде всего в легковых и автобусах, стремятся устранить сухое трение. Чем больше вклад амортизаторов в гашение колебаний, тем легче добиться желаемого характера затухания колебаний и необходимой плавности хода автомобиля.

Рассмотрим свободные колебания автомобиля, затухание которых происходит за счет действия в подвеске различных ви-дов трения. При этом примем следующие ограничения:

• связь между колебаниями передней и задней частей кузова автомобиля отсутствует (εу =1);  

• влиянием неподрессоренных масс на колебания кузова пренебрегаем.  

Колебательная система автомобиля, гашение колебаний подрессоренной массы которой происходит только за счет действия сухого трения, при принятых ограничениях изображена на рис. 13.11, а.

В этой колебательной системе шарнирно соединенные массы М 1 и М2  соответствуют весу передней и задней частей кузова автомобиля; с1  и с2 — приведенные жесткости передней и задней подвесок; F1 и F2 — динамическая сила сухого трения передней и задней подвесок.

Свободные затухающие колебания передней и задней частей кузова описываются уравнением

.

Из этого уравнения следует, что направление силы сухого трения в процессе колебаний различно и всегда противоположно направлению движения подрессоренной массы.

Исследования влияния сухого трения в подвеске на колебания подрессоренной массы выявили следующее.

Рис. 13.11. Колебательные системы автомобиля без неподрессоренных

масс при εу = 1 с сухим (а), жидкостным (б), одновременно сухим и

жидкостным (в) трением в подвеске

Собственная частота и период колебаний подрессоренной массы ле зависят от значения силы сухого трения. Следовательно, сила сухого трения постоянна по величине и не меняет собственной частоты и периода колебаний подрессоренной массы автомобиля.

При действии в подвеске сухого трения амплитуда колебаний подрессоренной массы убывает тем быстрее, чем больше значение силы сухого трения. При этом время убывания амплитуды колебаний уменьшается пропорционально возрастанию силы сухого трения. Кроме того, характер изменения кривой 1 (рис. 13.12) затухающих колебаний свидетельствует о том, что при наличии в подвеске сухого трения и отсутствии других сопротивлений (видов трения) амплитуда колебаний подрессоренной массы за каждый период уменьшается на одну и ту же величину, т. е. изменяется по закону арифметической прогрессии.

Основным гасящим устройством в подвеске является гидралический амортизатор, который обеспечивает затухание колебаний кузова и колес за счет жидкостного трения. При этом сила трения в амортизаторе для упрощения считается пропорциональной скорости колебаний.

Рассмотрим свободные колебания автомобиля, затухание которых происходит в результате действия только жидкостного трения. Соответствующая колебательная система автомобиля с учетом принятых ранее допущений приведена на рис. 13.11, б. В этой системе k1 и k2 – коэффициенты сопротивления передних и задних амортизаторов, значение каждого из которых можно определить по формуле

где Ра — сила сопротивления амортизатора, кг; v пa — скорость перемещения поршня амортизатора, см/с.

Уравнение свободных затухающих колебаний передней и задней частей кузова автомобиля для случая εу = 1 имеет вид

.

Рис. 13.12. Кривые свободных затухающих колебаний подрессоренной массы при действии в подвеске сухого (1), жидкостного (2), сухого и жидкостного (3) трения

После деления на приведенную массу М оно записывается в виде

,

где  — коэффициент сопротивления подвески.

Коэффициент сопротивления амортизатора k  не может дать полного представления о затухании колебаний в системе. Так, один и тот же амортизатор в подвесках разных автомобилей с неодинаковыми подрессоренными массами обеспечивает различный эффект. Коэффициент сопротивления подвески hп дает более полное представление о гашении колебаний в подвеске, так как учитывает величину колеблющейся подрессоренной массы.

Однако наилучшую оценку гашения колебаний в подвеске автомобиля обеспечивает относительный коэффициент затухания

Колебания кузова автомобилей, как показали исследования, происходят с затуханием, при котором ψп = 0,15...0,30. При таких значениях коэффициента ψп обеспечивается наилучшая плавность хода автомобиля.

Исследования влияния жидкостного трения в подвеске на колебания подрессоренной массы показали следующее.

Изменение собственной частоты и периода колебаний подрессоренной массы пропорционально скорости колебаний. При увеличении затухания собственная частота и период колебаний изменяются незначительно. Амплитуда колебаний подрессоренной массы уменьшается при возрастании затухания в подвеске. Уменьшение амплитуды колебаний происходит тем быстрее, чем сильнее затухание. При этом время уменьшения амплитуды колебаний пропорционально увеличению затухания.

Характер уменьшения амплитуды колебаний (см. кривую 2 на рис. 13.12) свидетельствует о том, что в результате действия в подвеске жидкостного трения, пропорционального скорости колебаний, уменьшение отклонений подрессоренной массы при колебаниях происходит по закону геометрической прогрессии. Следовательно, при возрастании в подвеске силы жидкостного трения происходит быстрое гашение колебаний подрессоренной массы автомобиля.

При наличии связи между колебаниями передней и задней частями кузова автомобиля, когда коэффициент распределения подрессоренных масс εу ≠ 1 (грузовые автомобили, автобусы), свободные колебания с затуханием будут описываться системой уравнений:

где    – коэффициенты сопротивления передней и задней подвески.

Выше были рассмотрены свободные колебания подрессоренной массы автомобиля под действием только сухого или жидкостного трения, пропорционального скорости колебаний. Однако эти случаи являются частными и не всегда точно отражают процесс затухания колебаний, так как их гашение в подвеске автомобилей происходит в результате совместного действия сухого, межмолекулярного и жидкостного трения.

Уравнение свободных колебаний передней и задней частей кузова автомобиля (для случая εу= 1), затухание которых происходит вследствие совместного действия сухого, жидкостного и межмолекулярного трения (рис. 13.11, в), будет иметь следующий вид:

.

В приведенном уравнении затухание колебаний определяется комплексом членов , которые представляют собой различные по природе силы сопротивления (трения). При этом направление динамической силы сухого трения F в процессе колебаний различно и всегда противоположно направлению движения подрессоренной массы М.

Исследования показали, что совместное действие в подвеске сухого, жидкостного и межмолекулярного трения приводит к более интенсивному затуханию колебаний, чем при действии только трения, пропорционального скорости колебаний. При этом собственная частота и период колебаний подрессоренной массы имеют те же значения, что и в случае действия исключительно трения, пропорционального скорости колебаний.

При совместном гашении колебаний в подвеске различными силами сопротивления (см. кривую 3 на рис. 13.12) амплитуда колебаний подрессоренной массы уменьшается с возрастанием силы сухого трения, причем уменьшение амплитуды происходит тем интенсивнее, чем больше сила сухого трения.

Свободные колебания автомобиля с учетом неподрессоренных масс и затухания

Ранее с целью последовательного изучения плавности хода автомобиля свободные колебания его кузова без учета и с учетом влияния неподрессоренных масс и затухания рассматривались раздельно. Однако при движении автомобиля на свободные колебания кузова одновременно оказывают влияние колебания неподрессоренных масс и затухание в подвеске.

Сначала рассмотрим свободные колебания автомобиля, у которого гашение колебаний кузова и колес происходит только вследствие действия в подвеске силы сухого трения.

Колебательная система двухосного автомобиля, у которого коэффициент распределения подрессоренных масс εу = 1, представлена на рис. 13.13, а.

Ее свободные колебания описываются системой уравнений:

Из этих уравнений следует, что направление силы сухого трения при колебаниях зависит от направления движения подрессоренной и неподрессоренных масс относительно друг друга. Так, например, при сжатии сила сухого трения, действующая на подрессоренную массу, направлена вверх, а действующая на неподрессоренную массу — вниз. При отдаче направление силы сухого трения меняется на противоположное.

В том случае, когда упругая сила, обусловленная деформацией шин, меньше, чем постоянная сила сухого трения подвески (сш ζ <  < F ), перемещения неподрессоренной массы относительно подрессоренной не происходят. При этом упругое устройство подвески выключено (блокировано) вследствие действия силы сухого трения, и колебания автомобиля происходят только на шинах.

В этом случае уравнение свободных колебаний автомобиля имеет вид

Рис. 13.13. Колебательные системы автомобиля при εу= 1 с неподрессоренными массами, сухим (а), сухим и жидкостным (б) трением в подвеске

При блокировании подвески автомобиль совершает свободные колебания на шинах с частотой, равной ω.

Колебания неподрессоренной массы относительно подрессоренной начнутся только в том случае, когда упругая сила, обусловленная деформацией шин, станет больше силы сухого трения в подвеске (сшζ > F). В этом случае блокирование упругого устройства подвески прекращается, и происходят относительные перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс, а колебания автомобиля совершаются на упругих устройствах подвески и шинах.

Исследования показали, что колебания, совершаемые автомобилем на шинах, имеют небольшую амплитуду и высокую частоту. Вследствие малого затухания в шинах эти колебания могут протекать длительное время, ухудшая плавность хода автомобиля. Кроме того, частота таких колебаний близка к собственной частоте человеческого тела, поэтому они переносятся человеком очень тяжело.

Выявив влияние сухого трения в подвеске на гашение колебаний кузова и колес, рассмотрим свободные колебания автомобиля, затухание которых происходит при совместном действии силы жидкостного трения, пропорциональной скорости колебаний, и силы сухого трения.

Для колебательной системы двухосного автомобиля (рис. 13.13, б)  при коэффициенте распределения подрессоренных масс εу = 1 свободные затухающие колебания описываются системой следующих уравнений:

13.10. Вынужденные колебания автомобиля

При движении по неровностям дороги автомобиль может совершать не только свободные, но и вынужденные колебания.

Вынужденными называются колебания, совершаемые автомобилем вследствие действия периодической возмущающей силы, обусловленной волнистой поверхностью дороги.

Для динамической системы (рис. 13.14) при наличии в ней сопротивления (трения) уравнение вынужденных колебаний имеет вид

или

где q (t) — возмущающая сила, действующая на систему.

Вынужденные колебания автомобиля, происходящие при его движении по волнистой поверхности дороги, зависят от частоты возмущающей силы (чередования неровностей), с–1:

где v  — скорость автомобиля, км/ч; lд — длина неровностей дороги, м.

Рис. 13.14. Возбуждение  вынужденных колебаний автомобиля

В условиях эксплуатации частота возмущающей силы не остается постоянной, так как возможны различные сочетания скорости движения автомобиля и длины неровностей.

Наиболее полное представление о вынужденных колебаниях автомобиля при различных значениях частоты возмущающей силы дает его амплитудно-частотная характеристика. Она включает в себя зависимости перемещений кузова и колес, а также ускорений кузова автомобиля от частоты возмущающей силы.

На рис. 13.15 представлена амплитудно-частотная характеристика автомобиля. По оси ординат амплитудно-частотной характеристики отложены отношения перемещений кузова z, перемещений колес ζ и ускорений кузова  к высоте дорожных неровностей q, а по оси абсцисс — частота возмущающей силы. Для связи амплитуд колебаний со скоростью движения автомобиля и длиной дорожных неровностей в нижней части амплитудно-частотной характеристики приведены зависимости, отражающие связь между частотой ν возмущающей силы, длиной неровностей дороги и скоростью автомобиля v.

Амплитудно-частотная характеристика автомобиля включает в себя пять областей: до резонансную, область низкочастотного резонанса, меж резонансную, область высокочастотного резонанса и за резонансную. Рассмотрим особенности этих областей.

До резонансная область соответствует малой скорости движения автомобиля и большой длине дорожных неровностей. Для нее характерно то, что кузов и колеса автомобиля копируют профиль дороги. При этом перемещения кузова и колес незначительны, а ускорения кузова небольшие.

Область низкочастотного резонанса характеризуется возрастанием перемещений кузова по сравнению с высотой дорожных неровностей. Подвеска усиливает колебания кузова, вследствие чего

Рис. 13.15. Амплитудно-частотная характеристика автомобиля:

1 — до резонансная область; 2 — область низкочастотного резонанса; 3 — меж резонансная область; 4 — область высокочастотного резонанса; 5 — за резонансная область; lд1 — lд8 — значения длины неровностей дороги возрастают его перемещения и ускорения.

Колебания кузова вызывают увеличение амплитуды колебаний колес. В области низкочастотного резонанса происходят колебания автомобиля с частотой 80... 100 мин–1.

Меж резонансная область характеризуется уменьшением колебаний кузова и колес, а также снижением ускорений кузова по сравнению с областью низкочастотного резонанса.

Для области высокочастотного резонанса характерны незначительные перемещения кузова и большие его ускорения, обусловленные значительными перемещениями колес.

В широкой области высокочастотного резонанса кузов колеблется так, что почти не происходит его перемещения, хотя он находится под действием больших ускорений. В области высокочастотного резонанса автомобиль совершает колебания с частотой 400...500 мин–1.

За резонансная область характеризуется тем, что в ней происходит уменьшение перемещений и ускорений кузова, а также перемещений колес по сравнению с областью высокочастотного резонанса, причем эта область смыкается с областью вибраций.

Из амплитудно-частотной характеристики видно, что в областях низкочастотного и высокочастотного резонансов можно установить определенные соотношения между перемещениями кузова, колес и ускорениями. Эти соотношения неодинаковы для различных автомобилей и зависят от их параметров.

Вибрации автомобиля

При движении автомобиля неровности дороги вызывают не только свободные и вынужденные колебания, но и вибрации отдельных элементов шасси и кузова, частота которых составляет от единиц до нескольких тысяч герц. Причинами возникновения вибраций являются силы взаимодействия колес с дорогой, а также аэродинамические силы и колебательные явления, связанные с работой элементов шасси автомобиля.

Вибрации ухудшают комфортабельность автомобиля, вызывают неприятные ощущения и быструю утомляемость пассажиров и водителя, снижают производительность труда водителя, а также создают повышенное механическое напряжение в отдельных элементах шасси и кузова автомобиля.

Особенно вредным является шум, который создается вибрациями как внутри автомобиля (в салоне и кабине), так и снаружи — на автомобильных дорогах и улицах городов. И если у человеческого организма есть защитные реакции от ожогов и яркого света, то от шума таких реакций нет.

По своему уровню шум, создаваемый легковыми, грузовыми автомобилями и автобусами, подразделяется на внутренний и внешний.

При уровне шума, превышающем определенный предел, происходит перегрузка нервной системы и головного мозга человека. В результате ослабляются внимание и память, снижаются точность работы и реакция, ухудшаются восприятие информации, движения становятся вялыми.

Допустимые уровни внутреннего и внешнего шума автомобилей строго регламентированы. Они измеряются в дБ А. Ниже приведены их значения:

Источники шума              Внутренний        Внешний

Легковые автомобили.......... 80                     82

Грузовые автомобили.......... 84                   89,91

Автобусы .............................. 82                   89,91

Уровни внутреннего и внешнего шума автомобилей измеряют специальными приборами — электронными шумомерами. Замеры производят при интенсивном разгоне автомобилей на II и III передачах.

Наибольший шум при движении автомобилей создают двигатель, его системы впуска горючей смеси, воздуха и выпуска отработавших газов, вентилятор системы охлаждения и шины.

4. Повышение плавности хода

Так как наряду с упругим элементом подвески на плавность хода оказывают влияние упругие свойства шины, го целесообразно устанавливать на автомобиль шины с меньшей жесткостью.

На жесткость шины влияет ее конструкция, ширина профиля и давления воздуха в ней.

Использование независимых подвесок по сравнению с зависимыми также повышает плавность хода, так как в этом случае существенно уменьшается галопирование.

Другим важным условием обеспечения плавности хода является оптимальная расстановка колес по длине автомобиля. Каждая неровность дороги передает на автомобиль не один, а серию импульсов, воздействующих последовательно на каждое колесо. В зависимости от расстановки колес в одних и тех же дорожных условиях эти импульсы могут для одного автомобиля усиливать колебания, для другого ослаблять.

Конструкция амортизаторов, их число и расположение оказывают влияние, как на плавность хода, так и на безопасность движения. Находящие в последнее время все большее применение газонаполненные амортизаторы обладают большей жесткостью по сравнению с гидравлическими при движении по дорогам с большим количеством неровностей, в то же время при движении по дорогам хорошего качества с большими скоростями они обеспечивают лучший контакт колеса с дорогой, а значит и устойчивость автомобиля.

Конструктивные факторы однозначно определяют плавность хода только при вполне определенных внешних условиях и режимах работы автомобиля. К ним относятся:

скорость движения автомобиля;

состояние дороги;

характер неровности дороги.

Влияние различных факторов на плавность хода автомобиля

На плавность хода автомобиля существенное влияние оказывают подвеска и ее техническое состояние, шины, дорожные неровности и масса перевозимого груза.

Тип подвески колес. Независимая подвеска колес обеспечивает лучшую плавность хода, чем зависимая. При использовании независимой подвески (рис. 13.16, б) в отличие от зависимой (рис. 13.16, а) колеса автомобиля не имеют связи между собой и перемещение одного колеса не вызывает перемещения другого. Кроме того, передняя независимая подвеска управляемых колес позволяет получить статический прогиб, приблизительно равный статическому прогибу задней зависимой подвески. Поэтому при наезде автомобиля на препятствие элементы его кузова перемещаются практически параллельно друг другу. Применение независимой подвески для задних ведущих колес также улучшает плавность хода, но повышает стоимость автомобиля из-за усложнения привода ведущих колес.

Упругое устройство подвески. В качестве упругого устройства в подвесках автомобилей используют листовые рессоры, пружины, торсионы и пневматические баллоны (рис. 13.17).

Пружины и торсионы имеют меньшую массу по сравнению с листовыми рессорами. Они более долговечны, не обладают сухим трением, просты по конструкции и удобны для обслуживания при эксплуатации. Поэтому в передних независимых подвесках легковых автомобилей применяют пружины и торсионы, обеспечивающие лучшую плавность хода, чем рессоры.

Рис. 13.16. Схемы зависимой (а) и независимой (б) подвесок колес

автомобиля

Пневматические баллоны также обеспечивают высокую плавность хода вследствие возможности регулирования в широких пределах жесткости подвески и высоты положения кузова. Однако пневматические подвески целесообразно применять на автобусах, нагрузка которых значительно изменяется при массовой перевозке пассажиров.

Рис. 13.17. Упругие устройства подвески:

  а — рессора; б — пружина; в — торсион; г — пневматический баллон

Неподрессоренные массы. Вес неподрессоренных масс автомобиля (мостов, колес) оказывает влияние на плавность его хода. Так, например, при меньшем весе неподрессоренных масс обеспечивается лучшая плавность хода вследствие ослабления толчков и ударов, передаваемых от дорожных неровностей на несущую систему (кузов, раму) автомобиля. При независимой подвеске вес неподрессоренных масс автомобиля значительно меньше, чем при зависимой.

Гасящее устройство подвески. В качестве гасящего устройства подвески используют гидравлические телескопические амортизаторы низкого и высокого давления. Амортизаторы высокого давления (газонаполненные, рис. 13.18), обеспечивают лучшую плавность хода, чем амортизаторы низкого давления.

Рис. 13.18. Газонаполненный амортизатор:

1 — плавающий поршень; 2 — газ; 3 — амортизаторная жидкость

Это связано с лучшими условиями работы амортизаторной жидкости в газонаполненных амортизаторах: более эффективным охлаждением, меньшим внутренним давлением, отсутствием вспенивания. Кроме того, амортизаторы высокого давления можно устанавливать на автомобиле в любом положении (от горизонтального до вертикального) благодаря наличию плавающего поршня, разделяющего амортизаторную жидкость и газ. Однако газонаполненные амортизаторы имеют большую длину и стоимость, чем амортизаторы низкого давления.

Пневматические шины. При движении по неровностям дороги шины оказывают незначительное влияние на низкочастотные колебания (колебания кузова) вследствие того, что они деформируются меньше, чем подвеска. Однако шины существенно влияют на высокочастотные колебания автомобиля, так как при снижении их жесткости уменьшаются вертикальные перемещения колес и ускорения кузова.

Более эластичные шины улучшают плавность хода автомобиля. С этой целью в них снижают давление воздуха и увеличивают ширину их профиля. Так, например, на легковых автомобилях применяют шины низкого давления, низкопрофильные и сверхнизкопрофильные. Такие шины кроме плавности хода повышают устойчивость и безопасность движения автомобиля.

Техническое состояние подвески. Ухудшение плавности хода автомобиля может быть значительным при неудовлетворительном техническом состоянии подвески. Так, при недостаточной смазке рессор между их листами возникает сухое трение, увеличивающее частоту колебаний кузова.

Сухое трение может блокировать (выключать) подвеску, вследствие чего кузов автомобиля при переезде дорожных неровностей будет испытывать резкие толчки и удары. Аналогичное явление происходит при повышении сопротивления гидравлических амортизаторов, заправленных маслом с большой вязкостью.

При утечке амортизаторной жидкости эффективного гашения колебаний кузова не происходит. Они затухают медленно, а кузов долго раскачивается на упругих устройствах подвески после проезда неровностей дороги. При неисправных амортизаторах на дороге с большим числом неровностей колеса автомобиля могут даже отрываться от дороги и терять постоянный контакт с ее поверхностью. В результате ухудшается не только плавность хода, но и управляемость, устойчивость автомобиля и, следовательно, безопасность движения.

Масса перевозимого груза. С изменением массы перевозимого груза меняются подрессоренная масса автомобиля, положение ее центра тяжести, нагрузка на передние и задние колеса и деформация упругих устройств подвески.

Особенно сильное влияние нагрузки на плавность хода наблюдается у грузовых автомобилей. Нагрузка, приходящаяся на их задние колеса, может изменяться в несколько раз, тогда как на передних колесах она остается почти постоянной. При увеличении нагрузки на задние колеса уменьшается парциальная частота колебаний задней подвески, а парциальная частота колебаний пе-редней подвески практически не меняется. В результате большая разница в парциальных частотах передней и задней подвесок ухудшает плавность хода автомобиля. Дорожные неровности. Причиной колебаний автомобиля являются главным образом дорожные неровности, которые имеют различные очертания в зависимости от типа дороги и состояния ее покрытия.

На дорогах с асфальтобетонным покрытием встречаются микронеровности (высота 3...5 мм, длина 8... 10 мм) и волны (высота 10... 12 мм, длина 5...8 м), которые могут быть одиночными и чередующимися.

Чередование и распределение неровностей обычно носят случайный характер, особенно на дорогах с покрытиями переходных типов и без покрытий.

Одиночные неровности вызывают свободные колебания автомобиля, а чередующиеся — вынужденные колебания. При длительном воздействии неровностей на автомобиль колебания ухудшают плавность хода особенно с увеличением скорости и частоты колебаний.

Кроме ухудшения плавности хода колебания, вызываемые дорожными неровностями, снижают среднюю скорость движения, межремонтный пробег и производительность автомобиля, а также приводят к повышению расхода топлива, себестоимости перевозок и затрат на техническое обслуживание и ремонт автомобиля.