Характеристики сидений

Испытания показали, что человека мож­но рассматривать как колебательную систему, части которой под действием возмущения совершают перемещения относитель­но друг друга – рис. 169.

По данным испытаний собственная частота массы таза, опирающейся па мягкое сиденье, получилась равной 2,8 гц, верхней части туловища (груди) – 4,8 гци головы – 1,8 гц. Основная собственная частота колебаний человеческого тела находится в пределах 3,5–5 гц. и даже – около 2 гц. Собственная частота колебаний тела яв­ляется основным показателем для проектирования автомобильного сидения.

Большой интервал известных значений собственных частот (2–5гц)объясняются тем, что у людей с большой массой собственные частоты должны быть низкими, не подтверждается известными данными. Было высказано и предположение: на величине резонанс­ной частоты колебаний должна сказываться характеристика си­денья. Для проверки этого предположения одного и того же чело­века при одной и той же амплитуде возмущения испытывали на мягком и жестком сиденьях. Резонансные перемещения в системе грудь — стол наступили при частотах 2,3 гцна мягком сидении и 4,2 гцна жестком. При жестком сидении таз почти жест­ко связан с вибростолом и колеблется преимущественно грудь, соединенная с тазом системой мышц поясницы и области живота. Резонансная частота этой системы достаточно высокая – около 4,5 гц. При мягком сиденьи основное значение имеют колеба­ния таза, опирающегося па сиденье и имеющего более низкую собственную частоту, достигающую 2 гц.

Полоса собственных частот колебаний человеческого тела и его внутренних органов находится в пределах 3,5–5 гци может снижаться до 2 гц. Ре­зонансные колебания возможны и при более высоких частотах, например, колебания головы при частоте около 20 гц.

Рис. 169. Источники нагружния и диапазоны собственных частот

колебаний узлов автомобиля и пассажира

Если спинка автомобильного сидения делана отдельно от по­душки, то при качаниях автомобиля возникает треиие спины сидящего человека о спинку сидения.

Испытания показали, что биодинамиче­скую модель человека можно считать двухмассовой, состоящей из массы груди, в которую входят масса головы, плеч, части верх­них конечностей и внутренних органов, а также массы таза с ча­стью нижних конечностей. В соответствии со средними антропомет­рическими данными масса головы принята равной около 5,1 кг,плеч и груди – 23,5 кг,таза и ног – 43 кг.

Биодинамические модели соответствуют вертикаль­ным колебаниям. Кроме этого, человек может испытывать гори­зонтальные колебания, при которых тело также ведет себя как упругая система. Для такой системы характерна связь между вертикальными и горизонтальными колебаниями: вертикальные колебания основания могут вызывать наряду с вертикальными также и горизонтальные колебания различных точек тела и па оборот. Эта особенность человека имеет практическое значение, так как колебания вдоль продольной и вертикальной осей авто­мобиля он переносит по-разному.

Траектории головы человека, который находился па вибраци­онном столе, совершавшем гармонические установившиеся гори­зонтальные колебания в плоскости чертежа. В положении стоя при медленных колеба­ниях вибростола голова человека испытывает в основном гори­зонтальные колебания, а при увеличении частоты колебании ви­бростола голова человека испытывает в основном вертикальные перемещения, хотя вибрационный стол движется только горизон­тально. В положении сидя наблюдается аналогич­ное явление –вынужденные горизонтальные колебания сопро­вождаются вертикальными перемещениями головы. При частоте 2 гц четко виден резонанс колебаний головы. При эллиптических траекториях головы должно возникать раздражение полукруж­ных каналов вестибулярного аппарата и при определенных усло­виях – явление укачивания.

Если уменьшение массы подрессоренных частей сопровождать соответствующим изменением сопротивления амортизаторов так, чтобы относительное затухание не менялось (g = 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).

Для автомобиля масса неподрессорепных 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 неподрессореппых частей не влияет на низкочастотные колебания кузова или колес. В области высоко­частотных колебании собственная частота увеличивается, и по­этому колебания в межрезопапспой области уменьшаются, а в зарезонанспой 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, по перемещение колес уменьшается вследствие увеличения относительного коэф­фициента затухания для высокочастотных колебаний, а также снижения высоты неровностей, вызывающих резонанс.

Уменьшение массы пеподрессореппых чаетей 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 неподрессореппых частей вызывает увеличение относительного затухания высокочастотных колеба­ний. Количество энергии, поглощаемой амортизаторами, умень­шается, а условия их работы улучшаются.

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

Частота колебаний пассажира на переднем сидении приведенного выше легкового автомобиля с пневматической подвесной Ситроен DS-19 равна 123 кол/мин, на заднем – 111 кол/мин, жесткость переднего сидения – 93 Н/см, заднего – 76 Н/см, коэффициент сопротивления амортизаторов передней подвески в два раза выше, чем амортизаторов задней подвески.

Для удобства и гашения колебаний автомобильные сидения содержат ватные или из другого материала матрацы. Водительское сидение грузовых автомобилей и автобусов может иметь отдельный гидравлический амортизатор, а также механизм регулирования характеристики сидения в зависимости от веса водителя.

Частота и затухание низкочастотной составляющей при изменении масс неподрессоренных частей остаются неизмен­ными, поэтому можно предполагать, что амплитуды колебания кузова в области низкочастотного резонанса также не будут изменяться. Это подтверждается амплитудно-частотными характе­ристиками перемещений кузова автомобиля, приведенными на рис. 160 а.

Для определения влияния массы неподрессоренных частей па перемещение колеса и ускорения кузова при колебаниях на рис. приведены амплитудно-частотные характеристики, соот­ветствующие массе неподрессоренпых частей, в 3 раза большей в одном случае (кривая 1), чем в другом (кривая 2).

При сни­жении массы неподрессорениых частей в области частот воз­мущающей силыперемещения колеса и уско­рения кузова уменьшаются. При больших значениях частоты снижение массы неподрессоренных частей вызывает усиление колебаний. В некоторых случаях смещение максимума ускоре­ний в область более высоких частот может оказаться полезным, так как высокочастотные колебания легче гасить.

Неоднократные попытки создания грузовых автомобилей без упругих элементов в подвесках всех или части колес, в том числе автомобилей с большой высотой профиля шин, положительных результатов не давали. Последующие модели таких автомобилей, как правило, имели упругие элементы в подвесках всех колес. Например, на самосвале МАЗ-525 рессоры устанавливались только на передний мост, задний мост жестко крепился к раме. На следующей модели МАЗ-530 через рессоры крепился и задний мост.

Примерные отношения масс подрессоренных и неподрессоренных частей автомобилей в зависимости от их типа и полез­ной нагрузки следующие:

При помощи конструктивных и иных пере­численных мер можно снизить массу неподрессоренных частей при переходе от зависимой подвески к независимой для управ­ляемых колес в 1,5, а для ведущих – в 2 раза.

П р о в е р к а п а р а м е т р о в п л а в н о с т и хода автомобиля делается в соответствии с отраслевыми стандартами, содержащими подробные требования к подготовке автомобиля, состоянию дороги, где выполняется работа, условиям замеров др.

Плавность проверяется на следующих дорогах:

- асфальтированные или бетонированные в хорошем состоянии со средней квадратичной высотой микронеровностей 0,6 × 10^-2 м;

- булыжное шоссе без глубоких выбоин со средней квадратичной высотой микронеровностей 1,1 × 10^-2 м;

- булыжное шоссе с выбоинами со средней квадратичной высотой микронеровностей 2,9 × 10^-2 м.

Многие характеристики подвески определяются на стенде, например: вертикальная жесткость, величина трения, потенциальная энергия и др.

Кроме параметров подвески при вертикальных колебаниях определяются её поперечная угловая жесткость, момент трения в подвеске, относительная величина поглощаемой энергии и относительная величина момента трения в подвеске.

Определяются также неподрессоренные массы передней и задней частей автомобиля, координаты подрессоренной массы автомобиля, момент инерции подрессоренной массы относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести автомобиля.