Виртуальный стенд для определения нагрузок на рулевое управление автомобиля

Инженерный журнал: наука и инновации

# 8·2017 1

УДК 629.33 DOI 10.18698/2308-6033-2017-8-1642

Виртуальный стенд для определения нагрузок

на рулевое управление автомобиля

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Для определения максимальных нагрузок, действующих в рулевом управлении ав-

томобиля, на ранних стадиях проектирования использовано компьютерное моде-

лирование, основанное на решении уравнений динамики твердых тел и реализован-

ное в программном комплексе Siemens NX Motion. Подробно рассмотрены компо-

ненты разработанного виртуального стенда, включающего шарниры, тяги,

рулевой механизм, колесно-ступичный узел с колесом и нагружающей площадкой,

а также элементы передней независимой подвески. Стенд позволяет моделиро-

вать совместное поведение рулевого управления и передней независимой подвески

колесной машины. Управление стендом осуществляется с помощью математиче-

ской модели, созданной в среде MATLAB Simulink и связанной с твердотельной

моделью рулевого управления и подвески программными стандартными средства-

ми NX Motion. В управляющей модели реализуются наиболее тяжелые режимы

нагружения рулевого управления. Применение такого стенда позволяет оценить

поведение рулевого управления совместно с независимой подвеской, повысить

точность расчета нагрузок по сравнению с плоским кинематическим и силовым

расчетом рулевого управления, определить нагрузки для всех основных компонен-

тов рулевого управления, а также проводить многочисленные параметрические

исследования рулевого управления и независимой подвески без привлечения дорого-

стоящих натурных прототипов.

Ключевые слова:

динамика твердых тел, расчет нагрузок, виртуальный стенд,

рулевое управление автомобиля

Введение.

В настоящее время оценку проектируемой конструкции ав-

томобиля, и в частности рулевого управления, на ранних этапах разработки

проводят с использованием компьютерного моделирования и расчетов. С

помощью современных вычислительных комплексов возможна не только

простая реализация известных классических методик расчета рулевого

управления [1–3], но и создание комплексных моделей систем, агрегатов и

автомобиля в целом [4]. Применение сложных математических моделей на

основе решения уравнения динамики твердых тел позволяет в расчете

учесть взаимовлияние агрегатов и систем, что в классических расчетных

схемах затруднено. Например, известно, что проектирование кинематики и

расчет сил в механизмах рулевого управления, работающего на оси автомо-

биля с независимой подвеской, необходимо проводить с учетом кинемати-

ки независимой подвески [1, 3]. Нагрузки, возникающие в рулевом управ-

лении, зависят от положения (хода) подвески, а на ход подвески, в свою

очередь, влияют кинематика и силы, возникающие в рулевом управлении.

При расчете нагрузок в деталях рулевого управления и подвески для

всех возможных положений управляемых колес необходимо разработать