Оптимізація параметрів чотириланкової кермової трапеції на основі плоскої моделі

Abstract

Керованість багатовісних транспортних засобів суттєво залежить від кінематики повороту керованих коліс, яка визначається параметрами кермового приводу, однією зі складових якого є кермова трапеція. За наявності у таких транспортних засобів більше одного керованого моста параметри кермових трапецій кожного мають забезпечувати поворот керованих коліс на різні кути. За неоптимальних параметрів кермових трапецій та кермового приводу порушується керованість транспортного засобу, стабілізація керованих коліс, зменшується довговічність шин, збільшується витрата палива. У роботі запропоновано алгоритм розрахунку кінематичних параметрів чотириланкової кермової трапеції на основі плоскої моделі. У середовищі Microsoft Excel проведено розрахунки теоретичних та реальних кутів повороту керованих коліс, проведено оптимізацію базових координат важеля кермової трапеції. Побудовано графіки залежностей різниці між теоретичними та реальними кутами повороту коліс першого та другого мостів автомобіля КрАЗ-7634 НЕ від кута повороту. Визначено межі зони оптимальних значень координат базової точки. Встановлено, що для першого керованого моста наявна конструкція кермової трапеції забезпечує задовільну кінематику повороту. Для другого керованого моста доцільно змінити розташування базової точки А0, перемістивши її в зону оптимальних значень координат. Це дозволить зменшити різницю між теоретичними та реальними кутами повороту внутрішнього та зовнішнього керованих коліс і покращити кінематику повороту. Запропонований підхід забезпечує підвищення точності та швидкості розрахунків. Розроблений алгоритм дозволяє аналізувати вплив конструктивних параметрів будь-якого колісного транспортного засобу на його кінематику повороту та проводити оптимізацію конструктивних параметрів. Застосування модуля «Пошук розв’язання» середовища Microsoft Excel не потребує складних математичних операцій для проведення оптимізації. Кінематика реального просторового кермового приводу, від якої залежить співвідношення між кутами повороту коліс першого та другого керованих мостів, а також питання впливу нахилів шворнів на точність розрахунків потребують додаткових досліджень.

Controllability of multi-axle vehicles depends significantly on the kinematics of steerable wheels, which is determined by the parameters of the steering system, one of which is the steering linkage. With such vehicles having more than one steering axle, the steering linkage parameters of each steering axle shall ensure that the steerable wheels are rotated to different angles. At suboptimal parameters of steering linkage and steering drive the vehicle controllability, stabilization of steerable wheels, tire durability decreases, fuel consumption increases. The algorithm of calculating kinematic parameters of a four-link steering linkage based on a flat model is proposed. Microsoft Excel calculates theoretical and real steer angles, optimizes the basic coordinates of the steering arm. The difference between the theoretical and actual steer angles of the wheels of the first and second axles of the KrAZ-7634 HE obtained from the steer angle. The boundaries of the zone of optimal values of the coordinates of the base point are determined. It is established that for the first steerable axle the existing design of the steering linkage provides satisfactory steering kinematics. For a second steerable axle, it is advisable to change the location of the base point А0 by moving it to the area of optimal coordinate values. This will reduce the difference between the theoretical and actual steer angles of the inner and outer steerable wheels and improve the kinematics of the rotation. The proposed approach improves the accuracy and speed of calculations. The developed algorithm allows to analyze the influence of the design parameters of any wheeled vehicle on its steering kinematics and to optimize the design parameters. The application of the Solution Search module of the Microsoft Excel environment does not require sophisticated mathematical operations to optimize. The kinematics of a real spatial steering drive, on which the ratio between the steer angles of the wheels of the first and second steerable axles depends, as well as the question of the influence of the kingpin inclinations angles on the accuracy of the calculations, needs further research.

Управляемость многоосных транспортных средств существенно зависит от кинематики поворота управляемых колес, которая определяется параметрами рулевого привода, одной из составляющих которого является рулевая трапеция. При наличии в таких транспортных средствах более одного управляемого моста параметры рулевых трапеций каждого управляемого моста должны обеспечивать поворот управляемых колес на разные углы. При неоптимальных параметрах рулевых трапеций и рулевого привода нарушается управляемость транспортного средства, стабилизация управляемых колес, уменьшается долговечность шин, увеличивается расход топлива. В работе предложен алгоритм расчета кинематических параметров четырехзвенной рулевой трапеции на основе плоской модели. В среде Microsoft Excel проведены расчеты теоретических и реальных углов поворота управляемых колес, проведена оптимизация базовых координат рычага рулевой трапеции. Построены графики зависимостей разницы между теоретическими и реальными углами поворота колес первого и второго мостов автомобиля КрАЗ-7634 НЕ. Определены границы оптимальных координат базовой точки. Установлено, что для первого управляемого моста существующая конструкция рулевой трапеции обеспечивает удовлетворительную кинематику поворота. Для второго управляемого моста целесообразно изменить расположение базовой точки А0, переместив ее в зону оптимальных координат. Это позволит уменьшить разницу между теоретическими и реальными углами поворота внутреннего и внешнего управляемых колес и улучшит кинематику поворота. Предложенный подход обеспечивает повышение точности и скорости расчетов. Разработанный алгоритм позволяет анализировать влияние конструктивных параметров любого автомобиля на кинематику поворота и проводить оптимизацию конструктивных параметров. Применение модуля «Поиск решения» среды Microsoft Excel не требует сложных математических операций для проведения оптимизации. Кинематика реального пространственного рулевого привода, от которой зависит соотношение между углами поворота колес первого и второго управляемых мостов, а также вопросы влияния наклонов шкворней на точность расчетов требуют дополнительных исследований.