Технические науки/4. Транспорт

К.т.н., Дамзен В.А., студент Назаров П.А.

Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А, Росстия.

Частотный анализ вертикальных колебаний автомобиля

В настоящее время при эксплуатации автомобильного транспорта все большее внимание обращается на такие показатели автомобиля как удобство и комфортабельность водителя и пассажиров. Производители автомобилей разрабатывают множество устройств и приспособлений предназначенных для улучшения «жизни» людей в автомобиле. Одним из самых ранних и распространенных элементов отвечающих за комфортабельность автомобиля является его подвеска.

При изменении скорости и направления движения автомобиля, а так же от неровностей дороги возникают соответствующие ускорения, действующие на водителя и пассажиров. Эти ускорения, при движении по дорогам общего пользования, сравнительно невелики и находятся в пределах величин, легко переносимых человеком. Водитель и пассажиры выдерживают перегрузку 10 - 15 м/с² при неоднократно следующих один за другим разгонах, торможении и повороте без каких-либо серьезных последствий. Однако незначительные по величине, но действующие в течение длительного времени ускорения вызывают раздражение вестибулярного аппарата, что обычно снижает работоспособность водителя. Что приводит к ряду неблагоприятных последствий: утомляемость, снижение реакции, в некоторых случаях заболевания опорно-двигательного аппарата и нервной системы, и как следствие увеличивается риск возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Организм весьма восприимчив к толчкам и вибрациям, когда человек сидит, и особенно при большом наклоне туловища, так как в этих случаях не используется естественная амортизация ног. Человеческий организм особенно восприимчив к частотам, близким 4 - 5 Гц и 30 Гц, так как они являются резонансными при колебании отдельных частей тела человека. Колебания, воздействующие на водителя, и последствия от них зависят от типа и режима движения автомобиля, вида покрытия, состояния дороги, по которой происходит движение.

Исследования колебаний и ускорений действующих на автомобиль при движении и, соответственно, на водителя и пассажиров проводились с помощью датчика ускорений (акселерометра) подключаемого к переносному компьютеру. Специальная программа выдает график зависимости изменения ускорения от времени, при движении автомобиля. Для получения экстремальных значений ускорения (колебаний) измерения проводились на дороге общего пользования с сильно разбитым асфальтированным покрытием подлежащего ремонту. При этом скорость движения автомобиля составляла 20-30 км/ч. На рисунке 1 представлен фрагмент полученного графика. По оси Х – отложено время колебаний в секундах, по оси У – вертикальные ускорения кузова автомобиля (исследования проводились на легковом автомобиле).

Рисунок 1. График зависимости вертикальных ускорений кузова автомобиля от времени

Анализ полученных экспериментальных результатов усложняется случайным профилем дорожного полотна. По экспериментальным данным для каждого периода колебаний рассчитывалась частота и соответствующее ей максимальное по модулю значение ускорения. Численно равные значения частот сгруппировывались в один ряд (рисунок 2), что отображается на графике виде вертикальных прямых (линии 2) со сгруппированными точками, которые обозначают экспериментальные значения ускорения при данной частоте. Затем для выделения максимального уровня ускорений во всем диапазоне частот проведена кривая (линия 1) соединяющая «пиковые» значения ускорений.

В общем случае требования по допустимым уровням вибрации, действующим на организм человека от различных механизмов, приведены в ГОСТ 12.1.012-90 [1]. Для сопоставления с нормативными данными на графике (рисунок 2) были построены кривые, нормирующие уровень воздействия вибрации на человека в течении 8 ч. рабочего дня, категория 1 (линия 3) и категория 2 (линия 4).

Рисунок 2. График зависимости вертикальных ускорений

от частоты колебаний

На графике видно, что расчетная кривая (линия 1) расположена намного выше кривой ограничивающей максимально допустимый уровень вибрации категории 1 (линия 3, по ГОСТ 12.1.012-90), при увеличении которого у человека наблюдается снижение работоспособности и повышается утомляемость. Однако на вертикальных прямых вибрации, видно, что многие точки сгруппированы близко к линии 3. Это свидетельствует о возможности снижения вредного воздействия колебаний при движении на этой дороге с меньшей скоростью.

Как было сказано ранее, нормативные значения, указанные в ГОСТ определенны на период воздействия 8 часов, а так как движение по дорогам с разбитым покрытием в черте города ограничено, то максимальный уровень ускорения и вибрации превышающий ограничения не окажет существенного негативного влияния на здоровье человека.

Литература

1. ГОСТ 12.1.012-90 Вибрационная безопасность. Общи требования. Москва 1990 г. 31 с.