Исследование работы системы управления курсовой устойчивостью автомобиля, страница 2

При воздействии на колесо продольной тяговой силы F_D или тормозной силы F_В коэффициент сопротивления уводу (К_у) снижается. Если колесо наклоняется по вертикали, в сторону действия боковой силы, то угол увода колеса увеличивается, при обратном направлении силы F_S угол α уменьшается.

Если при повороте передние колеса вращаются свободно (без бокового юза и без торможения), то F_В = 0 и λ= 0, а результирующая сила F_R = F_S0.

Когда под передними колесами появляется юз, угол λ. определяющий направление скольжения, возрастает и, в зависимости от изменения коэффициента скольжения S в пределах 0 < S < 1, меняет свою величину от 0° до 90°. При этом за счет юза начинает увеличиваться сила Р„ торможения колеса (без срабатывания тормозной системы), а боковая сила F_S в соответствии с векторной диаграммой (рис. 2, а) уменьшается.

Изменение направления скольжения (угол λ) при боковом юзе приводит к вращению результирующей силы F_R вокруг вертикальной оси поворота колеса, что вызывает перераспределение сил F_D, F_R, F_S и образование момента М вращения кузова автомобиля относительно центра масс под воздействием скольжения данного колеса. Ясно, что при боковом скольжении S, близком к единице (S ~ 1), боковой увод автомобиля превышает критическое значение и автомобиль становится неуправляемым.

Суммарный момент М_Е вращения кузова вокруг вертикальной оси равен сумме моментов от каждого колеса в отдельности: М_Е = М, + М₂ + М₃ + М₄.

Управляя тяговыми силами F_D ведущих колес (F_D3 + F_D4) и тормозными силами F_В всех четырех колес (F_В1, F_В2, F_В3, F_В4), возможно добиться такого состояния движения автомобиля на поворотах или на скользкой дороге, при котором М_Е << М_К. М_к – критическое значение суммарного момента М_Е, при котором углы бокового увода центров переднего и заднего мостов появляются не под воздействием бокового юза, а в результате эластичного прогиба шин всех четырех колес. В таком случае колеса не срываются в юз и автомобиль остается управляемым. Функции автоматического управления подтормаживанием и тяговой силой колес при повороте автомобиля на большой скорости или при движении по скользкой дороге выполняет система управления курсовой устойчивостью (система VDC).

Рисунок 2 Силы,  действующие на колеса автомобиля во время поворота

V – вектор скорости движения автомобиля; S – продольная ось автомобиля;

γ – угол поворота колеса относительно оси S; α – угол бокового увода колеса от фактического направления движения (от вектора V); β = (γ – α) – угол бокового увода автомобиля («угол рыскания»); F_S – боковая сила действующая на ось колеса; F_в – тормозная сила колеса при его скольжении по дороге; F_R – результирующая сила бокового увода колеса, равная векторной сумме тормозной (F_в) и боковой (F_S) сил. (F_R = F_S +. F_в); λ – угол между осью колеса и направлением его скольжения

Функциональная блок-схема системы VDC

Функциональная блок-схема системы VDC, отвечающая решению фундаментальной задачи управления курсовой устойчивостью автомобиля, показана на рисунке 3. Такая схема описывает функциональную взаимосвязь параметров системы VDC и порядок их обработки.

Во-первых, по входным параметрам (воздействиям водителя на органы управления), которые с помощью датчика угла поворота рулевого колеса, датчика дроссельной заслонки и датчика давления в тормозной системе преобразуются в электрические сигналы, определяется номинальное (штатное) поведение автомобиля, описанное номинальными значениями регулируемых переменных. Это наиболее важная и наиболее сложная задача для контроллера системы VDC, так как поведение автомобиля зависит не только от воздействий водителя, но и от неизвестных воздействий окружающей среды, например, от трения между колесами и дорогой, от температуры воздуха и т. д. Кроме того, значения регулируемых переменных должны быть выбраны такими, чтобы поведение автомобиля в критических ситуациях было подобным движению в нормальных условиях.