8.2. Автомобиль – колебательная система

Автомобиль представляет собой колебательную систему, состоящую из нескольких масс: кузова, колес, двигателя и других, связанных между собой упругими связями.

Обычно эти массы делят на подрессоренные и неподрессоренные.

Подрессоренной называют массу всех элементов автомобиля, вес которых нагружает упругие элементы подвески (кузов с укрепленными на нем двигателем, механизмами трансмиссии и др.).

Массы элементов, вес которых не передается через упругие элементы подвески, называют неподрессоренными (колеса, мосты).

Некоторые элементы автомобиля (упругие элементы и рычаги подвески, амортизаторы, карданные передачи) частично относят к подрессоренным, а частично к неподрессоренным массам.

Общее число степеней свободы всех масс автомобиля весьма велико.

Из механики известно, что каждое твердое тело может иметь шесть степеней свободы (поступательные перемещения вдоль трех координатных осей и угловые перемещения относительно каждой из этих осей). Следовательно, число степеней свободы автомобиля, как механической системы, в общем случае можно считать равным числу масс автомобиля, связанных между собой упругими связями, умноженными на шесть. При решении задачи об определении параметров колебаний автомобиля для упрощения часть упругих связей заменяют жесткими и пренебрегают некоторыми степенями свободы.

В простейшем случае колебательную систему, эквивалентную автомобилю, представляют в виде трех масс (рис. 58): подрессоренная масса М_п, рассматриваемая как твердое тело, в которое включены все упруго связанные с ней массы; неподрессоренные массы m₁ и m₂, соединенные с подрессоренной упругими элементами С_р1 и С_р2, соответствующими упругим элементам передней и задней подвесок, и амортизаторами K₁ и K₂, характеризующими гасящее устройство передней и задней подвесок. Неподрессоренные массы опираются на дорогу через упругие шины С_ш1 и С_ш2 и гасящие элементы K_ш1 и K_ш2, отражающие гасящие свойства шин.

Рис. 58. Колебательная система автомобиля

Считают, что подрессоренные массы имеют две степени свободы – вертикальное перемещение и поворот в продольной плоскости (совпадающей на рис. 60 с плоскостью чертежа), а каждая из неподрессоренных масс – только одну степень свободы – вертикальное перемещение. Таким образом, рассматриваемая колебательная система имеет четыре степени свободы.