ОБҐРУНТУВАННЯ ТА АПРОБАЦІЯ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ТЯГОВО-ЗЧІПНИХ ПОКАЗНИКІВ АВТОМОБІЛІВ

Анотація

Проблема. Опір коченню автомобілів визначається втратами енергії в колісному рушії, зокрема в шинах коліс, а також втратами на деформацію опорної поверхні, які сумарно характеризуються коефіцієнтом  опору коченню f . На малій швидкості руху автомобілів, що не перевищує 10 – 15 км/год , цей коефіцієнт позначається f₀ . Теоретичне визначення коефіцієнта опору коченню є складним й дає  змогу отримати наближені результати, які потребують експериментального уточнення.
Для визначення тягово-зчіпних показників автомобілів, зокрема коефіцієнтів опору коченню і зчеплення автомобілів, широко використовується спосіб буксирування, який може реалізуватись доволі простим  пристроєм, оснащеним горизонтально розташованим динамометром та гнучким буксирним пасом. Вказаний пристрій характеризується великою похибкою визначення середнього зусилля  буксирування, яка зумовлена мінливістю взаємодії колісних рушіїв з опорною поверхнею і, відповідно – низькою точністю визначення способом буксируванням як коефіцієнта зчеплення з опорною поверхнею, так і інших тягово-зчіпних показників, зокрема коефіцієнта опору коченню.
Низька точність визначення тягово-зчіпних показників зумовлена широким рядом чинників. Найбільший вплив на точність вимірювання мають умови проведення досліджень: мікропрофіль й ухил  дорожнього покриття, а також рівномірність руху трактора-тягача, що здійснює буксирування. Наступна група чинників зумовлена технологічними параметрами вимірювального пристрою, а також точністю  й частотою фіксації даних динамометром. Інша група чинників – це похибки, що виникають через неточності дій чи особисті якості оператора.
Мета. Відповідно до означеної проблеми запропоновано розробити методику автоматизованого визначення зусилля буксирування за допомогою тягового пристрою з використанням програмного модуля,  що нівелює значну кількість похибок, притаманних візуальному спостереженню під час проведення експериментів. Здійснити модернізацію тягового пристрою та розробити програмний модуль, який забезпечує зміну дискретності вимірювання зусилля буксирування, відповідно до заданого оператором раціонального інтервалу.
Аналіз останніх досліджень та публікацій. Для визначення параметрів взаємодії рушіїв з опорною поверхнею використовують різноманітні методи та обладнання [1, 2]. Станом на сьогодні існує декілька  способів визначення коефіцієнтів опору коченню та зчеплення колісних рушіїв з дорогою [3, 4]. Їх умовно можна розділити таким чином: метод буксирування, вибіг автомобіля та застосування спеціального  лабораторного обладнання (бігових барабанів тощо). Для визначення опору коченню шин розроблені стандарти [5, 6], у яких рекомендовано використовувати метод вибігу на спеціалізованих бігових  барабанах, що забезпечує належну точність та відтворюваність досліджень. Однак, цей спосіб є малоінформативним у випадку випробування автомобілів в реальних експлуатаційних умовах на  різноманітних дорожніх покриттях. Для цього більш доцільно застосовувати спосіб буксирування, що забезпечує належну ефективність експериментального визначення з коефіцієнта опору коченню та зчеплення колісних рушіїв автомобілів [6–9].
Спосіб буксирування, як правило, реалізовується доволі простим пристроєм – динамометром, який з’єднаний горизонтальним гнучким буксирним пасом з тягачем та досліджуваним автомобілем [7]. В  такому випадку вимірюване динамометром зусилля буксирування містить дві змінні складові. Перша складова зусилля буксирування зумовлена взаємодією рушія мобільного засобу з мікропрофілем  опорної поверхні. Розмах коливань цієї складової незначний і за її середнім значенням можна з високою точністю визначити тягово-зчіпні показники автомобіля. Хоч розмах коливань першої складової  незначний, та він достатній для збурення вертикальних коливань горизонтально натягнутого гнучкого буксирного паса з динамометром певної маси [10]. В результаті таких вертикальних коливань виникає  небажана друга складова зусилля буксирування, яка доповнює першу, зумовлену взаємодією рушія з опорною поверхнею. Вказані складові виокремити важко, а в разі їх спільного врахування середнє  значення зусилля буксирування визначається з великою похибкою. 
Інший суттєвий недолік способу буксирування викликаний силою інерції, що діє під час буксирування досліджуваного автомобіля. Вимірюване динамометром зусилля буксирування тягачем досліджуваного  автомобіля також доповнюється небажаною силою інерції, яка доповнює першу, зменшуючи при цьому точність визначення зусилля буксирування [11].
Таким чином, послідовне усунення небажаних складових та похибок під час визначення зусилля буксирування, що не визначається лише взаємодією колісних рушіїв з мікропрофілем опорної поверхні,
забезпечить обґрунтування та апробацію ефективної методики визначення тягово-зчіпних показників автомобілів.
Методи та результати дослідження. У роботі використано теоретичні методи з метою обґрунтування динамічних та кінематичних параметрів взаємодії колеса з поверхнею дороги. Для підтвердження  достовірності теоретичних припущень визначено цілі експериментальних досліджень та вимірювань.
Визначено коефіцієнти опору коченню та зчеплення колісних рушіїв для різних типів опорних поверхонь.
Встановлено, що для сухої асфальтованої дороги значення φі перебуває в межах 0,6913….0,71624 з середнім значенням 0,698. Для сухої ґрунтової дороги значення φі є в межах 0,5753….0,6144 з середнім  значенням 0,595. Для сухої гравійної ділянки дороги значення коливаються в межах 0,3754…0,4451 з середнім значенням 0,408. Найменші значення φі отримано для мокрої ґрунтової дороги – 0,3275…0,3767  з середнім значенням 0,358. 
Висновки. Стандартний тяговий пристрій для визначення тягово-зчіпних властивостей автомобілів характеризується значним елементарним інтервалом вимірювання ∆t_ді , який обмежений можливістю  людини візуально спостерігати і реєструвати поточні покази динамометра. Значний елементарний інтервал ∆t_ді спричиняє низьку точність визначення зусилля буксирування й відповідно середнього з значення сили, коефіцієнта опору коченню та зчеплення. Це зумовлено зміною показів динамометра зі значною швидкістю через мінливість мікропрофілю дороги. Тому візуальний спосіб спостереження під  час досліджень вкрай неточний.
Розроблено методику та програмний комплекс для підвищення точності визначення зусилля буксирування автомобілів, яка забезпечується зменшенням елементарного інтервалу реєстрації значень  вимірювання. Запропонований програмний модуль приєднується до силової тензоланки електронного динамометра. Модуль представлений у вигляді мікросхеми з аналогово-цифровим перетворювачем,  що з’єднується через мікроконтролер з шиною підключення зовнішніх пристроїв інтерфейсу виводу даних. Така архітектура модуля забезпечує передачу даних на електронний носій інформації – карту пам’яті  чи персональний комп’ютер.