Описание задачи
При проектировании электротрициклов одним из важнейших этапов является оценка поперечной устойчивости транспортного средства при движении по криволинейной траектории.
Изменение массы аккумуляторной батареи и положения центра тяжести оказывает существенное влияние на распределение нагрузок между колесами, величину бокового ускорения и вероятность опрокидывания.
В данном примере проверяется выполнение требований безопасности, связанных с опрокидыванием электротрицикла. Анализируются условия, при которых возможно возникновение опрокидывания, а также оценивается возможность ограничения вероятности возникновения таких режимов за счет изменения параметров конструкции и характеристик транспортного средства.
Моделирование выполняется в программном комплексе PRADIS с использованием многотельной динамической модели электротрицикла.
Цели анализа
В ходе моделирования необходимо:
- определить предельную скорость прохождения поворотов различного радиуса;
- определить критические радиусы поворота, при которых возможно опрокидывание электротрицикла;
- оценить влияние положения центра тяжести и массы аккумуляторной батареи на устойчивость транспортного средства;
- проверить выполнение требований безопасности по защите электротрицикла от опрокидывания;
- определить параметры конструкции, позволяющие снизить вероятность возникновения опасных режимов движения.
Расчетная модель
Для решения поставленной задачи разработана многотельная динамическая (MBD) модель электротрицикла.
При построении модели используются:
- шаблон передней подвески;
- шаблон задней подвески;
- математические модели шин;
- модель рулевого управления;
- модель кузова;
- модель аккумуляторной батареи.
В модели задаются:
- характеристики пружин;
- характеристики амортизаторов;
- массы отдельных узлов;
- положение центра тяжести;
- масса аккумуляторной батареи;
- жесткость кузова;
- характеристики шин.
При моделировании учитываются:
- работа шин;
- эластокинематика подвески;
- перераспределение нагрузок между колесами;
- изменение положения центра масс;
- деформации кузова;
- динамическое взаимодействие элементов подвески.
Рисунок 1 – Расчетная модель электротрицикла в PRADIS
Трехмерная модель
Для проверки корректности разработанной модели используется трехмерная визуализация электротрицикла.
Трехмерная модель позволяет оценить компоновку транспортного средства, взаимное расположение его узлов и работу подвески в процессе движения.
Рисунок 2 – Трехмерная модель электротрицикла
Результаты моделирования
Траектория движения центра масс
На рисунке представлена траектория перемещения центра масс электротрицикла при прохождении поворота.
По оси X откладывается поперечное перемещение центра масс, м.
По оси Y — продольное перемещение центра масс, м.
Рисунок 3 – Траектория перемещения центра масс электротрицикла
Полученная траектория характеризует изменение положения центра тяжести относительно траектории движения транспортного средства.
По форме траектории можно оценить устойчивость электротрицикла во время выполнения маневра, а также определить характер перераспределения инерционных нагрузок.
Вертикальное перемещение центра масс
На рисунке представлено изменение вертикального перемещения центра масс во времени.
По оси X откладывается время, с.
По оси Y — вертикальное перемещение центра масс, м.
Рисунок 4 – Зависимость вертикального перемещения центра масс от времени
В начальный момент движения наблюдается выраженный переходный процесс, вызванный перераспределением нагрузок между колесами при входе транспортного средства в поворот.
Максимальное вертикальное перемещение составляет около 18 мм. После завершения переходного процесса колебания быстро затухают, что свидетельствует об эффективной работе подвески и отсутствии длительных вертикальных колебаний кузова.
Перемещение центра масс
На рисунке показано изменение положения центра масс в горизонтальной плоскости.
По оси X откладывается продольное перемещение центра масс, м.
По оси Y — поперечное перемещение центра масс, м.
Рисунок 5 – Перемещение центра масс в горизонтальной плоскости
По мере прохождения поворота центр масс постепенно смещается под действием боковых сил.
После достижения максимального значения наблюдается резкое изменение траектории движения центра масс, что соответствует достижению предельного режима устойчивости.
Данная зависимость используется для определения момента, когда транспортное средство начинает приближаться к критическому состоянию, предшествующему опрокидыванию.
Вертикальное ускорение центра масс
На рисунке представлено изменение вертикального ускорения центра масс во времени.
По оси X откладывается время, с.
По оси Y — вертикальное ускорение центра масс.
Рисунок 6 – Изменение вертикального ускорения центра масс
После начала маневра возникают затухающие колебания вертикального ускорения, обусловленные динамической работой подвески.
По мере завершения переходного процесса ускорение стабилизируется, что свидетельствует о достижении установившегося режима движения.
Отсутствие возрастающих колебаний подтверждает устойчивое поведение модели при выбранных параметрах конструкции.