Автомобиль конструкция: Устройство автомобиля от А до Я

Конструкция несущей системы грузового автомобиля

Разработка научно-технических решений в области конструкции несущей системы грузового автомобиля

Специалисты Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) – реализуют проект по разработке и оптимизации конструкции несущей системы грузового автомобиля с учетом различных факторов, возникающих при эксплуатации автомобиля.

Разрабатываемые конструктивные решения направлены на улучшение показателей по прочности, жесткостным и частотным характеристикам, технологичности и пассивной безопасности несущей системы в составе грузового автомобиля.

Отправной точкой работ по проекту является анализ исходной конструкции несущей системы грузового автомобиля по расчетным случаям, соответствующим различным режимам его эксплуатации. В первую очередь проведен анализ кинематики и динамики несущей системы в составе автомобиля в твердотельной постановке. Были разработаны соответствующие расчетные модели для проведения виртуальных испытаний.

Наиболее подробно в них моделируются элементы, оказывающие наибольшее влияние на свойства управляемости и устойчивости, а также на распределение нагрузок на раму и кабину автомобиля при движении; остальные элементы учитываются в виде их массово-инерционных характеристик.

Состав расчетной модели для анализа динамики автомобиля в твердотельной постановке

С применением данных моделей были проведены виртуальные испытания по определению характеристик управляемости и устойчивости исходной конструкции несущей системы в составе автомобиля при выполнении маневров согласно ГОСТ 31507‑2012 «рывок руля», «поворот», «переставка», «опрокидывание на стенде». Оценка полученных значений показала, что они удовлетворяют нормативным требованиям, предъявляемым к автомобилям данной категории. Все испытания по определению показателей устойчивости и управляемости проводятся при полной массе автомобиля (при полной загрузке).

Маневры «поворот» и «переставка» (перестроение)

Также в рамках анализа исходной конструкции проведен частотный анализ подвески автомобиля при различных воздействиях со стороны вибрационного стенда. Значения собственных частот были определены путем анализа передаточных функций для точек, расположенных на подрессоренной массе автомобиля. Под передаточной функцией понимается зависимость между входным и выходным сигналами в колебательной системе.

Модель автомобиля на вибрационном стенде и АЧХ ускорений в точке 1 при синфазных колебаниях для трех значений массы груза

Далее выполнен анализ нагруженности конструкции несущей системы при эксплуатации в штатных и нештатных режимах (маневры «поворот», «переставка», движение по треку с диагональными неровностями (диагональное вывешивание) и наезд на препятствие (пробой подвески)). Полученные значения усилий применяются в последующих виртуальных испытаниях по оценке прочности конструкции несущей системы при выполнении данных маневров.

Силы в интерфейсных точках рамы при выполнении маневра «поворот»

Для проведения виртуальных испытаний и конечно-элементного (КЭ) анализа конструкции разработаны полномасштабные математические конечно-элементные модели исходной конструкции несущей системы, в том числе в составе автомобиля.

С применением разработанных КЭ-моделей выполнены исследования частотных характеристик с целью определения собственных частот первых изгибных и крутильных форм колебаний рамы, а также локальных динамических жесткостей точек расположения виброактивных источников несущей системы автомобиля (точек крепления подвески, кабины, двигателя) для оценки вероятности возникновения нежелательных резонансных явлений.

Проведена оценка глобальных жесткостей исходной конструкции рамы автомобиля, характеризующих способность конструкции упруго сопротивляться внешним статическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации. Была проведена оценка глобальных и крутильных жесткостей по различным креплениям и местам приложения нагрузок (продольная, поперечная, крутильная жесткости).

Оценка изгибной продольной жесткости рамы грузового автомобиля

Проведена оценка прочности исходной конструкции несущей системы при эксплуатации в штатных и нештатных режимах при приложении различных нагрузок. Величины нагрузок определены в процессе выполнения маневров «поворот» и «переставка» в результате виртуальных испытаний по определению показателей устойчивости и управляемости, так как эти режимы движения считаются критическими. Выявлены зоны наиболее высоких напряжений, которые требуют внимания при выполнении дальнейших работ по оптимизации конструкции.

Последовательность выполнения расчетных исследований в рамках анализа прочности конструкции при воздействии эксплуатационных нагрузок

Также на основе разработанной математической конечно-элементной модели автомобиля проведена оценка пассивной безопасности в соответствии с требованиями правил №29 ЕЭК ООН. Были выполнены виртуальные ударные испытания и проведена оценка напряженно-деформированного состояния рамы в составе автомобиля при воздействии ударников на кабину с различных направлений: спереди, сверху и сзади кабины. Проведена оценка соответствия требованиям пассивной безопасности.

Результаты виртуальных испытаний пассивной безопасности автомобиля по правилу ЕЭК ООН N29

Результаты выполненных виртуальных испытаний исходной конструкции автомобиля позволили наметить направления дальнейших исследований по оптимизации конструкции его несущей системы.

В рамках дальнейших работ проведены серии исследований по топологической оптимизации рамы автомобиля. Рассмотрены случаи минимизации массы рамы при ограничении на жесткости и первую собственную частоту конструкции, а также минимизации массы рамы при ограничении на уровень напряжений, возникающих при эксплуатационных нагрузках. В качестве объема оптимизации использовался весь объем между лонжеронами рамы.

Результаты топологической оптимизации рамы

В рамках оптимизации конструкции рамы рассмотрены варианты различной высоты профиля и перфорации лонжеронов для снижения массы конструкции. Такое решение также обеспечивает высокую степень унификации деталей в случае необходимости модифицировать конструкцию для применения на автомобилях различной грузоподъемности.

Проведена параметрическая оптимизация рамы автомобиля, по результатам которой предложены толщины элементов рамы, обеспечивающие повышение жесткостных свойств при ограничении на массу конструкции.

Предлагаемые изменения толщин деталей по результатам параметрической оптимизации

Проведены виртуальные испытания по анализу усталостной прочности различных вариантов конструкции рамы автомобиля. Для этого разработан специализированный

виртуальный стенд, аналогичный натурному стенду для ресурсных испытаний автомобилей.

Виртуальный испытательный стенд для ресурсных испытаний автомобиля

Виртуальные ресурсные испытания рамы автомобиля

В результате проведенных виртуальных испытаний выявлены зоны конструкции, требующие доработки с целью снижения уровня возникающих напряжений и, соответственно, достижения требований по ресурсу конструкции рамы.

Результаты виртуальных ресурсных испытаний рамы автомобиля

Помимо расчетных исследований и виртуальных испытаний, объектом которых является непосредственно конструкция рамы автомобиля, проводятся мультидисциплинарные исследования, затрагивающие различные аспекты разработки грузового автомобиля и его несущей системы. Среди них – обеспечение определенного уровня пассивной безопасности, управляемости, устойчивости, ресурса, технологичности изготовления, требования по унификации и другие. Комплексный подход к проектированию автомобилей, позволяющий сосредоточиться на разработке отдельного элемента автомобиля, не теряя при этом из виду общую картину проектирования транспортного средства, позволяет разработать такую конструкцию, которая будет отвечать всем требованиям матрицы целевых показателей и ресурсных ограничений, как на отдельный разрабатываемый компонент, так и на автомобиль в целом.

Исторические сведения о создании и развитии конструкции автомобилей

 

Что называется автомобилем?

Автомобилем называется механическое транспортное средство, предназначенное для перевозки грузов и пассажиров по безрельсовым дорогам.

Когда и кем в России был сконструирован и построен первый автомобиль?

Первый автомобиль в России был сконструирован и построен русским крепостным крестьянином Нижегородской губернии Леонтием Шамшуренковым в 1752 г.

Что представлял собой этот автомобиль?

Автомобиль представлял трехколесную «самобеглую коляску», приводившуюся в движение мускульной силой двух крепостных, нажимавших на педали, расположенные в задней части, а в коляске находился по выражению изобретателя «праздный человек». Следовательно, коляска была развлечением для богачей, однако она послужила прототипом для автомобиля.

Кто еще из русских умельцев работал над изобретением автомобиля?

В 1791 г.

русский механик И. П. Кулибин в Петербурге построил трехколесную коляску, приводившуюся в движение мускульной силой двух человек через педальный привод, но на ней уже был установлен маховик, способствовавший движению коляски без рывков; подшипники качения; механизм (прототип современной коробки передач), позволявший изменять скорость движения на подъемах и спусках, а на ровных участках двигаться со скоростью до 17 км/ч. В 1764 г. И. И. Ползунов изобрел и построил паровую («огнедействующую») машину, стационарно установив ее на Барнаульском рудоплавильном заводе для приведения в действие воздуходувок. Для установки такой машины на автомобиле она была слишком громоздкой и тяжелой. Однако, усовершенствовав ее, можно было установить и на автомобиль, что и сделал французский военный инженер Кюньо в 1769 г. Он построил артиллерийский тягач с паровым двигателем.

Русский инженер В. П. Гурьев в 1817 г. построил «народный дилижанс» («сухопутный пароход»), представавший собой тягач с паровым двигателем, тащивший прицеп с грузом или пассажирами. Русский инженер Е. А. Яковлев в 1884 г. построил легковой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, работавший на керосине. В 1895 г. Я. В. Мамин построил самоходную тележку с двигателем внутреннего сгорания, работавшим на нефти. В 1901 г. Г. В. Тринклер на Путиловском заводе в Петербурге построил бескомпрессорный двигатель с воспламенением горючей смеси от сжатия.

Были попытки организовать производство автомобилей в Петербурге акционерным обществом Лесснер, владельцем И. П. Пузыревым, в Риге на вагоностроительном заводе «Руссо-балт». Однако из-за отсутствия материальной помощи со стороны царского правительства серийное их производство не могло быть налажено.

Имела ли дореволюционная Россия свою автомобильную промышленность?

Не имела, несмотря на ряд изобретений русских умельцев.

Кто и когда из зарубежных изобретателей построил двигатель внутреннего сгорания?

В 1860 г. французский инженер Жан Ленуар изобрел и построил двигатель внутреннего сгорания, работавший на светильном газе. Он имел небольшую мощность, так как в нем газовоздушная смесь воспламенялась без предварительного сжатия. В 1876 г. немецкий инженер Отто усовершенствовал этот двигатель, введя предварительное сжатие горючей смеси в цилиндре, т. е. осуществил его работу по четырехтактному циклу, который используется и в настоящее время. Такой двигатель развивал более высокую мощность и уже мог устанавливаться на автомобиле, что и сделал немец Карл Бенц. В 1886 г. он получил патент на автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, работавшим на бензине.

В 1893 г. немецкий инженер Рудольф Дизель изобрел и построил двигатель внутреннего сгорания, в котором жидкое топливо впрыскивается под высоким давлением в цилиндр, где предварительно сжимается чистый воздух. При сжатии воздух нагревается до температуры, достаточной для воспламенения впрыскиваемого топлива. Такие двигатели имеют более высокую мощность и экономичность по сравнению с карбюраторными. Их называют двигателями с воспламенением от сжатия или дизельными.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Общие сведения об автомобиле»

автомобиль, внутренний, двигатель, инженер, построить, сгорание

Смотрите также:

Lilium Jet: разработка первого в своем роде | Артикул

Lilium Jet станет первым в мире полностью электрическим реактивным самолетом с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL). Помимо технологических инноваций, проект отличается изящным дизайном

В ангаре аэродрома недалеко от Мюнхена, где находится штаб-квартира, многопрофильная команда дизайнеров усердно работает над одной из самых ожидаемых технологий 21-го века. Lilium Jet станет первым в мире полностью электрическим реактивным самолетом с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL). Технологические инновации в стороне, он мгновенно поражает вас как состояние изящества и красоты. Минималистский экстерьер элегантно перетекает от носа и передних крыльев к основным крыльям в задней части, 30 тихих, но мощных электрических реактивных двигателей встроены в закрылки.

«Мы стремились разработать неподвластный времени и доступный внешний вид, который привлекает внимание и создает прочную связь с пассажиром», — объясняет Томас Ваничек, руководитель отдела дизайна. «Но наши впечатления от салона и дизайн интерьера настолько необычны, что мы верим, что наши клиенты сразу же влюбятся в Lilium Jet». Он сочетает в себе весь потенциал электрической силовой установки с первой в своем роде конструкцией, обеспечивая радикально лучший способ мобильности с нулевым уровнем выбросов при эксплуатации.

Отдел дизайна Lilium состоит из высококвалифицированной, разнообразной и многопрофильной команды, которая фокусируется на целостном подходе к проектированию

«Интерьер спроектирован как одна большая капсула. Мы намеренно радикально отличали наш дизайн от любого обычного вертолета или бизнес-джета, чтобы заново изобрести принципиально новую архитектуру. Никаких острых углов, никаких квадратных форм, культовая кабина обнимает пассажира — мы называем ее: кабина Space Sphere. Каждая линия и CMF следуют нашей философии непрерывного потока, создавая различные горизонтальные сферы, чтобы расширить ощущение простора в салоне и максимизировать воспринимаемую безопасность, комфорт и поднять вас в приятную атмосферу во время полета».

• Предыдущий
• Следующий

1/9

показать подпись

Наша кабина Опыт и расход

Наша миссия на этом не заканчивается. Отдел дизайна Lilium состоит из высококвалифицированной, разнообразной и многопрофильной команды, которая фокусируется на целостном подходе к дизайну. Команда проверяет все идеи с помощью интеллектуальных макетов, чтобы ускорить процесс с помощью дизайнерских спринтов. Каждая деталь Lilium Jet тщательно продумана. «Мы ищем наиболее универсальные и экологичные варианты материалов. Поэтому мы выбираем долговечные и легко перерабатываемые материалы, такие как неокрашенные ткани и кожа на биологической основе. Мы также стремимся привнести новые экологичные материалы в мир авиации, чтобы предложить нашим клиентам полный спектр индивидуализации и индивидуального подхода», — говорит Томас Ваничек. 9

Последние новости Дизайн автомобиля | Дезин

Результаты поиска:

Уточните параметры поиска:

• Dezeen In Depth исследует, как технология электромобилей меняет дизайн автомобиля

  В информационном бюллетене Dezeen In Depth этого месяца рассказывается о том, как технологии электромобилей меняют дизайн автомобилей, и приводится эксклюзивное интервью с куратором Венецианской архитектурной биеннале 2023 года Лесли Локко. Подпишитесь на Dezeen In Depth прямо сейчас. Еще

  Руперт Бикерстет | 27 мая 2023 г. | Оставить комментарий

• Как технологии электромобилей меняют дизайн автомобилей

  Автомобили начнут выглядеть совершенно по-другому, поскольку электромобили станут нормой, но технология аккумуляторов должна сначала улучшиться, говорят дизайнеры Dezeen. Подробнее

  Нат Баркер | 25 мая 2023 г. | Оставить комментарий

• Dezeen Debate представляет «симпатичный» плоский мини-электромобиль

  В последнем выпуске нашего информационного бюллетеня Dezeen Debate рассказывается о плоском мини-электромобиле от стокгольмской технологической компании Luvly. Подпишитесь на Dezeen Debate прямо сейчас. Еще

  Саудату Бах | 11 мая 2023 г. | Оставить комментарий

• Luvly разрабатывает плоский мини-электромобиль, который будет «значительно более энергоэффективным»

  Стокгольмская технологическая компания Luvly собирается выпустить Luvly O, мини-электромобиль с плоской упаковкой, который, как она утверждает, может стать будущим городского транспорта. Подробнее

  Нат Баркер | 9 мая 2023 г. | Оставить комментарий

• «Если большинство электромобилей унылые, это возможность», — говорит генеральный директор Maserati

  В разговоре с Dezeen генеральный директор Maserati Давиде Грассо объясняет, как итальянский бренд роскошных автомобилей стремится сделать так, чтобы его электромобили были такими же увлекательными, как и автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Подробнее

  Том Рейвенскрофт | 2 мая 2023 г. | Оставить комментарий

• Maserati представляет первый электромобиль на неделе дизайна в Милане

  Итальянский бренд спортивных автомобилей Maserati представил персонализированную версию своего первого полностью электрического автомобиля GranTurismo Folgore на неделе дизайна в Милане. Еще

  Том Рейвенскрофт | 1 мая 2023 г. | Оставить комментарий

• Восемь инноваций в области электромобилей от Dezeen’s Pinterest

  Пины

  на нашей доске электромобилей — одни из самых популярных на Dezeen’s Pinterest. Здесь мы собрали восемь самых инновационных электромобилей. Подробнее

  Саудату Бах | 17 апреля 2023 г. | Оставить комментарий

• Городские автомобили могут стать меньше благодаря электрификации, говорит глава концепта Peugeot

  «Глобальный след автомобилей в больших городах» может сократиться благодаря достижениям в автомобильных технологиях, сказал Dezeen Филипп-Эммануэль Жан из Peugeot на европейской презентации концепта Inception EV в Европе. Еще

  Нат Баркер | 11 апреля 2023 г. | Оставить комментарий

• Ирис ван Херпен придает Rolls-Royce Phantom «эфирный» дизайн

  Британская автомобильная компания Rolls-Royce представила Phantom Syntopia, мерцающий автомобиль со звездным интерьером, созданный в сотрудничестве с дизайнером Ирис ван Херпен. Подробнее

  Элис Финни | 7 марта 2023 г. | Оставить комментарий

• Mercedes-Benz создает «карикатурный» автомобиль с пуховиками

  Немецкий автомобильный бренд Mercedes-Benz создал автомобиль Project Mondo G, напоминающий пуховик, в качестве своего вклада в коллекцию Genius от Moncler, которая была представлена ​​на Неделе моды в Лондоне. Подробнее

  Том Рейвенскрофт | 21 февраля 2023 г. | Оставить комментарий

• Пять необычных автомобилей представят в 2023 году

  Хотя год только начался, в 2023 году были представлены автомобили с задним ходом, меняющие цвет и испускающие перцовый баллончик. Вот пять самых необычных автомобилей 2023 года. Еще

  Том Рейвенскрофт | 9 февраля 2023 г. | Оставить комментарий

• Nissan Kicks 327 выглядит как гигантский тренажер

  Автомобильный бренд Nissan в сотрудничестве с производителем спортивной одежды New Balance создал Kicks 327 — автомобиль, напоминающий тренировочный. Подробнее

  Том Рейвенскрофт | 8 февраля 2023 г. | Оставить комментарий

• Исследование Массачусетского технологического института выявило огромные затраты на выбросы углерода для автомобилей с автоматическим управлением

  По данным исследования Массачусетского технологического института, широкое внедрение беспилотных автомобилей приведет к значительному увеличению выбросов углерода без изменения их конструкции. Еще

  Рима Сабина Ауф | 31 января 2023 года | Оставить комментарий

• Rezvani Motors представляет «самый агрессивный внедорожник в мире»

  Автомобильная компания Rezvani Motors выпустила автомобиль с функциями безопасности, включая дверные ручки с электроприводом и боковые зеркала, испускающие перцовый аэрозоль, которые чаще встречаются на военных транспортных средствах или в видеоиграх. Подробнее

  Элис Финни | 30 января 2023 года | Оставить комментарий

• «Города, которые постепенно отказываются от автомобилей, умрут», — говорит комментатор 9.0053

  В обновлении комментариев на этой неделе читатели обсуждают статью Финеаса Харпера, в которой утверждается, что «города должны не просто строить экологичный транспорт, но и активно демонтировать автомобильную инфраструктуру». Подробнее

  Руперт Бикерстет | 18 января 2023 г. | Оставить комментарий

• Hyundai представляет автомобиль, способный двигаться боком

  Производитель автомобилей Hyundai представил на выставке Consumer Electronics Show в этом году автомобиль Ioniq 5 с колесами, которые могут поворачиваться на 90 градусов, чтобы он мог двигаться боком. Еще

  Элис Финни | 17 января 2023 г. | Оставить комментарий

• Dezeen Debate представляет концепт-кар BMW

  , меняющий цвет

  В последнем выпуске нашего еженедельного информационного бюллетеня Dezeen Debate рассказывается о концепт-каре BMW i Vision Dee, меняющем цвет. Подпишитесь на Dezeen Debate прямо сейчас. Подробнее

  Саудату Бах | 12 января 2023 г. | Оставить комментарий

• «Города должны не просто строить зеленый транспорт, а активно демонтировать автомобильную инфраструктуру»

  Вместо того, чтобы отчаянно пытаться уменьшить заторы на дорогах в краткосрочной перспективе, политики должны использовать трафик как инструмент для повышения устойчивости городского транспорта, пишет Финеас Харпер. Подробнее

  Финеас Харпер | 11 января 2023 г. | Оставить комментарий

• BMW выпускает концепт-кар, который меняется на 32 разных цвета

  Компания BMW представила обновленную версию своей автомобильной технологии изменения цвета на выставке Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе, расширив концепцию от черно-белой до полной цветовой палитры.