Modele pentru studiul vibrațiilor automobilelor

1. GENERALITĂŢI

Automobilul constituie un sistem mecanic complex în care în timpul deplasării se produc vibraţii ce se transmit de la calea de rulare la scaunele pasagerilor.

Din punct de vedere fizic şi biologic corpul omenesc constituie un sistem complex iar din punct de vedere al vibraţiilor, corpul omenesc poate fi asimilat, in zona frecvenţelor mai mici de 100 Hz, cu un model liniar cu parametrii concentrate (mase, arcuri, amortizoare liniare).

Gradul de confort al unui automobil fiind dat de nivelul vibraţiilor ce se transmit la pasager conduce la necesitatea studierii vibraţiilor pentru a putea determina criteriile de optimizare a confortului.

Pe de alta parte, datorita vibraţiilor, reacţiunile normale la roţi sunt variabile iar în cazul când acestea se anulează, automobilul nu mai răspunde la comenzile de direcţionare.

Rezultă de aici, că din studiul vibraţiilor reacţiunilor normale la roti se pot obţine criterii pentru îmbunătăţirea siguranţei în circulaţie.

1.1 CRITERII PENTRU APRECIERE A SIGURANŢEI ÎN CIRCULAŢIE.

Pentru îmbunătăţirea siguranţei în circulaţie şi a confortului este necesară optimizarea suspensiilor de automobile.

În vederea aprecierii siguranţei în circulaţie se calculează coeficientul de variaţie C v care se defineşte prin raportul dintre valoarea eficace FDef a forţei dinamice şi valoarea forţei statice Fs.

(1.1.1)

Forţa verticală la roata FR este o sumă a componentei statice Fr şi a componentei dinamice FD.

(1.1.2)

Forţa dinamica F d , este variabilă în timp şi se poate considera ca o funcţie centrală (F d = 0).

Valoarea medie pătratică a forţei dinamice pentru un interval de timp T, se poate aproxima prin relaţia:

(1.1.3)

Siguranţa în circulaţie este asigurată, dacă coeficientul de variaţie Cv este subunitar pentru toate stările de încărcare ale automobilului.

Domeniul de frecvente in care nivelul vibraţiilor produse influenţează siguranţa în circulaţie este 0-25 Hz.

1.2 CRITERII PENTRU APRECIEREA CONFORTULUI

Investigaţiile experimentale efectuate, au arătat că la vibraţii cu frecvente proprii cuprinse în domeniul 3-6 Hz, apare un fenomen de rezonanţă a ansamblului torace-abdomen.

Din acest motiv, o izolare antivibratorie eficientă pentru persoanele aşezate sau în picioare este foarte greu de făcut.

Alt fenomen de rezonanţă apare între 20-30 Hz, la ansamblul cap-gat-umeri iar în intervalul 60-90 Hz, apare rezonanţa globului ocular.

Aceste valori se refera la acţiunea vibraţiilor de saltare, respective după axa longitudinală a corpului omenesc.

Pentru alte direcţii, respective pentru direcţia perpendicular pe torace şi pentru direcţia din planul umerilor, se obţin la rezonanţă alte valori ale frecvenţelor.

Efectele subiective ale vibraţiilor asupra omului sunt: perceperea, lipsa de confort, durerea şi teama.

Efectele vibraţiilor se apreciază după mai multe criterii în funcţie de caracteristicile vibraţiilor, direcţie de acţiune şi durata de expunere.

Normele I.S.O. stabilesc duratele de expunere de la un minut la douăsprezece ore în funcţie de acceleraţie, în game de frecvente 0,6-100 Hz.

În general, în transportul rutier, se consideră trei criterii de apreciere a vibraţiilor : limita confortului, limita oboselii şi limita de expunere maximă (care este un indicator de pericol pentru sănătate ).

Curbele care limitează aceste domenii, pentru vibraţiile longitudinale, sunt prezentate la scara logaritmică in figura 1.1.

Aceste curbe numite de egală percepţie arată că pentru vibraţiile longitudinale, corpul omenesc este mai sensibil în game de frecvenţe 4-8 Hz.

Aprecierea acţiunii vibraţiilor se face printr-un coeficient de solicitare la vibraţii (K). Acest coeficient se exprima în funcţie de frecvenţa vibraţiilor prin relaţia :

K=aefBi, (1.2.1)

unde:

aef - acceleraţia eficace exprimată în [m/s]

Bi, i = 1,2.3 - coeficient

B1 - pentru vibraţiile la nivelul scaunului pasagerului (vibraţii longitudinale).

B2 - pentru vibraţiile la nivelul picioarelor (mâinilor) pasagerului,

B3 - pentru vibraţiile unghiulare ( de legănare sau tangaj)

Nivelul de confort se determina cu ajutorul relaţiilor (1.2.1) - (1.2.4) şi cu ajutorul curbelor din fig. (1.2.1).