Из всего этого многообразия работ ниже рассмотрены только важнейшие виды испытаний, связанные с особенностями нагрузок, действующих на кузов в процессе его эксплуатации.

Статические испытания каркаса кузова. Жесткость кузова существенно влияет на ходовые качества автомобиля. Кроме того, в процессе эксплуатации не должно возникать чрезмерных упругих дес^рмаций, например, в проемах дверей, на крышке багажника и т. д., чтобы их работоспособность сохранялась и при критической нагрузке (сильное скручивание) и чтобы не возникали шумы при эксплуатации автомобиля.

В общем случае вертикальный прогиб каркаса кузова замеряют при приложении к каждому сиденью нагрузки, равной примерно половине веса одного человека, а скручивание — при определенном крутящем моменте. Опорными точками служат центры передних и задних колес. При первом испытании измеряются общий прогиб и деформация дверных проемов.

Типичная кривая прогибов показана на рис. 1. Максимальный прогиб не должен превышать 1 мм. Линия прогибов не является непрерывной кривой; в местах, соответствующих стойкам кузова, она изменяется скачкообразно. В этих местах вследствие высокой местной жесткости соединений напряжения достигают максимальных значений, т. е. это — слабые места, которые следует усиливать путем лучшего распределения материала (например, передняя стойка автомобиля) на основании расчетов по методу конечных элементов.

При статическом испытании на кручение произвольно выбирается какая-либо одна опорная точка испытуемого кузова, чаще всего в передней части, и для имитации нагрузки прикладывается крутящий момент с помощью поперечины с противовесом. Затем измеряется жесткость кузова на кручение. Жесткость на кручение кузова пе должна превышать mt = 30 000 Н-м/° на 1 м длины*.

Типичная кривая углов закрутки показана на рис. 1. Как видно, и эта кривая не является непрерывной, разрывы появляются в местах, соответствующих стойкам кузова. Конструкция этих соединительных узлов, поскольку в них возникают максимальные напряжения, имеет особое значение для систематического, обоснованного расчетом уменьшения расхода материала и массы. Чтобы оценить прочностные показатели материала в этих и других местах (величина и направление сил и напряжений), на них перед приложением нагрузки наносят хрупкий слой лака. Вид и направление трещин, появившихся после приложения нагрузки, дают количественное представление о возникающих местных напряжениях** и направлении действия сил. Это позволяет выяснить, какие детали следует усилить, а какие можно ослабить, чтобы получить равномерное распределение напряжений, т. е. ориентирует на лучшее использование материала. С помощью метода конечных элементов можно определить наиболее приемлемые изменения конструкции.

Используя указанные статические испытания, можно быстро найти слабые места каркаса кузова и затем усилить их. Напомним, что испытания на безопасность, т. е. проверка деформационных свойств кузова в целом и его важнейших внутренних деталей, должны проводиться по меньшей мере одновременно с приведенными выше статическими испытаниями, так как в связи с изменениями конструкции в целях повышения безопасности могут сильно измениться величина прогиба и угол закрутки. Данные статические измерения рекомендуется повторять на готовом обитом кузове, так как с установкой стекол и других внутренних элементов (облицовок, обивок дверей) существенно изменяется жесткость; в общем случае она увеличивается. Кроме того, испытания по безопасности следует дополнительно повторить на собранном автомобиле.

Динамические испытания. Наряду со статическими свойствами кузова большое значение имеют также его колебательные свойства. Они являются определяющими в обеспечении хорошего самочувствия человека в автомобиле, а также влияют на динамические свойства и сопротивление усталости кузова легкового автомобиля.

Колебательные свойства кузова. На кузов в процессе его эксплуатации действует большое количество знакопеременных сил, которые возбуждают колебания в широком диапазоне частот.

Рис. 2. Схема передачи колебаний в кузове вибрациях.

Источниками колебаний могут служить следующие узлы и агрегаты:
— силовой агрегат, включая систему выпуска отработавших газов;
— трансмиссия, особенно при приводе на задние колеса и двигателе, расположеннохм спереди; и первое, и второе являются источником вибраций и шума;
— передняя и задняя подвески;
— колеса и шины, создающие вибрации из-за неровностей дороги и дефектов шин;
— собственно кузов (шумы от обтекания воздухом и возбужденные колебания).

Все эти колебания различными путями, например, через опоры двигателя, карданного вала и подвесок, а также через рулевое управление, сиденья и другие детали кузова передаются на сидящих в автомобиле людей и вызывают у них неприятные ощущения. В зависимости от частоты колебаний различают вибрации (частота примерно 20—50 Гц) и акустические колебания (100—4000 Гц) в форме механического (корпусного) или воздушного шума (рис. 138). Целью исследований колебательных свойств кузова, которые должны проводиться как на черном, так и на обитом кузове, является устранение неприятных воздействий на человека. В принципе это возможно осуществить следующими тремя путями: устранением или уменьшением возбуждающих колебаний; прерыванием или затруднением передачи колебаний; изоляцией или гашением колебаний, прожде всего акустических.

В итоге указанных исследований получают результаты, которые накапливаются и служат основанием для сравнения различных конструкций, например, вновь разрабатываемых с существующими. Кроме того, благодаря этому уже на ранней стадии испытаний можно определить критические места кузова и своевременно внести необходимые изменения.

Рис. 3. Различные схемы подвески двигателя:
а — трехточечное крепление; продольное расположение двигателя, привод на задние колеса; б — трех- или четырехточечное крепление; поперечное расположение двигателя; привод на передние колеса

Чтобы лучше объяснить необходимость принятия дополнительных мер по уменьшению склонности кузова к колебаниям и по устранению возникающих резонансов, ниже на примерах даны сведения о видах и характеристиках важнейших возбуждающих сил, которые позволяют получить общее представление о многообразии средств подавления колебаний и об их сложных взаимосвязях.

Причиной того, что силовой агрегат является возбудителем колебаний, являются силы инерции и моменты второго порядка, действующие в двигателе, которые отсутствуют только в рядных двигателях с числом цилиндров больше. К этому же можно отнести погрешности уравновешивания двигателя, создающие силы и моменты первого порядка. Диапазон частот колебаний для общепринятых в настоящее время частот вращения коленчатого вала двигателя заключается между 100—200 Гц. Кроме того, возбуждаются колебания, связанные с порядком работы цилиндров двигателя. Также возникают шумы от сгорания топлива и перемещения элементов кривошипно-шатунного механизма — первого и второго порядка и с высокими частотами (до 400 Гц). Эти колебания преимущественно передаются опорами подвески двигателя, поэтому их расположение и конструкция имеют особое значение. Предпочтительнее главные опоры продольно расположенного двигателя, которые, как правило, находятся возле центра тяжести силового агрегата, размещать на изолированной поперечине передней подвески (которая имеется почти всегда), а не на передних лонжеронах; в этом случае происходит двойное прерывание колебаний (изоляция) на пути ‘передачи их. Подвеска задней части двигателя в простейшем случае осуществляется с помощью опоры, устанавливаемой на заднем конце коробки передач, причем опора крепится к полу (тоннелю) не непосредственно, а через легкую поперечину к рядом расположенным жестким лонжеронам. Установка двигателя под углом уменьшает вертикальные силы, передаваемые на кузов, что является определенным преимуществом. При продольном расположении двигателя сзади его опоры располагаются аналогично. В случае поперечного расположения двигателя обычно используют трех- или четырехточечную подвеску. При любой подвеске двигателя, а в особенности при мягкой, вследствие относительных перемещений силового агрегата и кузова может появиться нежелательная обратная передача колебаний, с которой можно бороться путем установки дополнительных амортизаторов.

Рис. 4. Изгибине колебания системы выпуска отработавших газов:
1 — подвеска: 2 — пол кузова; 3 — узлы колебаний

Система выпуска отработавших газов, как правило, имеет несколько частот собственных колебаний. Колебания, источником которых она является, состоят из акустических колебаний (шум выпуска) и вибрации собственно системы. Чтобы добиться минимальной передачи этих колебаний, следует определить форму колебаний системы выпуска отработавших газов, т. е. трубопровода (при двигателе, расположенном спереди), крепление которого должно осуществляться в узлах колебаний или поблизости от них. Все упомянутые силы возбуждения зависят от частоты вращения коленчатого вала двигателя и крутящего момента, т. е. от мощности.

Колебания, возбуждаемые трансмиссией при приводе на задние колеса и двигателе, расположенном спереди, очень трудноустранимы, в то время как при приводе на передние колеса и заднем расположении двигателя возникает меньше проблем с устранением колебаний. Возмущающие силы, возникающие из-за остаточного дисбаланса карданного вала, вызывают изгибные колебания, величина и частота которых зависят от размеров вала (длина, диаметр) и жесткости узлов, соединяемых им (коробка передач, задний мост). Крутильные колебания играют второстепенную роль. С другой стороны, большое значение имеют углы между соединяемыми валами в карданных шарнирах (на это уже было указано в гл. 2), так как ‘при любом продольном изгибе в шарнирах возникают неравномерные перемещения и продольные силы, которые вызывают колебания всего вала (шарниры равных угловых скоростей могут предотвратить возмущения только от сил первого порядка).

В то время как возмущающие силы являются силами первого порядка и пропорциональны только угловой скорости, силы, действующие в шарнирах, зависят от передаваемого крутящего момента, угла перекоса соединяемых валов и от угловой скорости, поэтому они являются силами второго порядка.

Из рассмотрения этих кривых видно, что при двухшарнирном карданном вале резонанс трансмиссии в целом (163 Гц) и резонанс карданного вала (94 Гц), несмотря на высокую жесткость силового агрегата, находятся в пределах диапазона эксплуатационной частоты вращения, и из-за пульсаций и вибраций, передаваемых подвеской двигателя или задней подвеской автомобиля, воспринимаются очень неприятно. При трехшарнирном вале частота резонанса трансмиссии несколько ниже (148 Гц), но может быть увеличена путем повышения жесткости силового апрегата (плоскости соединения двигателя с коробкой передач, в котором имеется большой прогиб). Частота колебаний вала 19 Гц настолько мала, что располагается вне (рабочей зоны частоты вращения, частоты собственных колебаний отдельных частей вала вследствие их малой длины настолько высоки, что они не ощутимы. Колебание вала передается только через центральную опору, что при удачной конструкции происходит только тогда, когда опора сильно демпфирована; такой конструкции следует отдавать предпочтение. Для общепринятых в настоящее время высокооборотных двигателей применение двухшарнирного (цельного) карданного вала обосновано только в случае малой длины карданного вала.

Рис. 5. Схема имитации движения по дороге с помощью четырехканального испытательного стенда «Фаст фурье трансформейшн» (Fast Fourier Transformation). Воспроизведение движения колеса является функцией амплитуды и фазы

От колес и шин через подвеску на кузов передаются очень большие знакопеременные силы, в результате чего возбуждаются колебания. Причиной возникновения этих сил являются не только неровности дороги, котррые заставляют колеса совершать колебательные движения, но и, прежде всего, некруглости, отклонения от формы, биения и дисбалансы шин и колес, а также диска (барабана) тормозов. Неровности дороги обычно являются импульсами для сильно демпфируемых вертикальных колебаний колеса, которые вызывают раздражающие колебания кузова, когда имеют частоту собственных колебаний подвески. Однако эти колебания могут вызвать неприятные дребезжания и стуки. Данные колебания зависят только от параметров подвески (жесткость упругих элементов, демпфирование, масса), поэтому их следует исследовать особенно тщательно, так как они сильно влияют на комфорт и устойчивость автомобиля на дороге. Исследования подобных колебаний заключаются в определении их формы на дороге и при имитировании на вибростенде с помощью пульсатора. Частота собственных колебаний у общепринятых в настоящее время конструкций подвесок находится в пределах 12—14 Гц. Исследуя изоляцию моста и его демпфирование, можно выяснить их влияние. Намного сложнее бороться с возбуждениями колебаний сборочным узлом шина — колесо, так как они возникают в зависимости от скорости автомобиля не только на основной частоте, но и на частоте гармоник высшего порядка. При изготовлении и балансировке колес и шин требуется особая тщательность в соблюдении параметров, влияющих на колебательные свойства. Так как возбуждающие силы чаще всего возпочти всегда происходит в пределах диапазона эксплуатационных скоростей, то образуются области особенно неприятных критических скоростей, на которых появляется дрожание и т. п. и в которые часто входят самые применяемые скорости (движение по автостраде). К сожалению, шины со съемным протектором так хорошо зарекомендовавшие себя во многом другом, особенно предрасположены к данному явлению. Изменение частоты колебаний колеса в сборе с шиной показано на рис. 6. Колебания происходят с частотой до 30 Гц (первого порядка).

Рис. 6. Зависимость колебаний колеса в сборе с шиной от скорости автомобиля:
1 — собственная частота колебаний шипы вместе с подвеской; 2 — дисбаланс шины и колеса (силы первого порядка); 3 — критическая скорость автомобиля

Как реагирует кузов на перечисленные источники колебаний? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо провести исследование колебательных свойств кузова, которое осуществляется подобно статическому исследованию, сначала для черного кузова с дверьми, чтобы отыскать и ликвидировать самые грубые ошибки. Однако исследование колебательных свойств необходимо повторять на обитом кузове с внутренним оборудованием и сиденьями, так как его колебательные свойства всегда существенно отличаются от свойств черного кузова, а именно: в отношении крутильных колебаний показатели могут отклоняться примерно на 15%, для изгибных колебаний— примерно на 25%, что является следствием увеличения массы. Необходимо также проверить возможность самовозбуждения навесных деталей (например, сиденья, зеркала заднего вида И т. п.), которую непременно следует устранить. В связи с довольно широким диапазоном частот это осуществить сложно. На рис. 7 схематично показано несколько видов резонансов, возникающих в кузове, и его реакции на них. Передача колебаний от источников происходит либо механически через соединительные звенья, либо акустически. Однако в салоне большинство колебаний преобразуется в акустические, т. е. в слышимые воздушные колебания с Широким диапазоном частот.

Рис. 7. Основные источники возникновения резонанса в автомобиле (преобразование в звуковые волны):
а — изгибные и крутильные колебания кузова с частотой 18—30 Гц (кузовной резонанс); б — вторичное возбуждение колебаний «пассажирской ячейки» с частотой 50—150 Гц (кузовной резонанс); в — акустический резонанс в салопе (воздушный шум) с частотой 80—150 Гц

Рис. 8. Колебательные свойства черного кузова. Изменение виброскорости в точке возбуждения в зависимости от частоты возбуждения. Возбуждение на передних лонжеронах:
1 — кручение; 2 — изгиб; 3 — точка измерения, расположенная спереди и слева на лонжероне; 4 — наблюдается столько в передней части кузова

Задачей инженера-испытателя является выявление резонансов и анализ их происхождения. Действие резонанса ослабляют путем рассогласования или изоляции или порредством уменьшения амплитуд (демпфирование). Колебания с частотой 35—300 Гц передаются преимущественно механически, а с частотами от 300 Гц до нескольких тысяч герц — акустическим путем.

Сначала следует определить основную собственную частоту черного кузова. Для этого его следует установить на испытательный стенд, используя в качестве опорных точек места, которые позднее будут служить для опор упругих элементов или подвесок. С помощью электромагнитного вибратора, воздействующего, например, на передние концы лонжеронов, возбуждаются колебания кузова — как изгибные (одинаково направленные), так и крутильные (знакопеременные). Типичные кривые зависимости резонансов обоих видов колебаний от частоты возбуждения представлены на рис. 8. Из рассмотрения кривых видно, что существует много мест, в которых появляется резонанс (анализируется легковой автомобиль с кузовом универсал), особенно при кручении.В приведенном случае требуется усиление основных деталей (лонжеронов, стоек, узловых мест).

Анализ колебаний в области низких частот дает конструктору информацию о том, какие детали следует изменить *, а расчетом по методу конечных элементов можно относительно быстро определить наиболее приемлемый вид изменения, который при минимальных затратах материала будет самым эффективным.

По изображению формы колебаний можно судить о том, где следует располагать места крепления основных источников колебаний (подвески двигателя и автомобиля). Как правило, их .размещают вблизи узловых точек. Описанные исследования должны быть проведены по возможности на ранней стадии разработок, чтобы соответствующие изменения были учтены в опытных кузовах, изготавливаемых несколько позднее, тогда колебательные свойства кузова удается проверить еще раз. Так как кузов не является простой одномассовой колебательной системой, а состоит из многих элементов, то необходимо провести точный анализ отдельных колебаний различных групп деталей при основных частотах возбуждения, передаваемых в определенных точках. Для этого кузов возбуждается в критических точках (например, задняя подвеска двигателя, центральная опора карданного вала, опоры рычагов подвески, расположенные на полу) с помощью вибраторов в рассматриваемой области средних частот (50—400 Гц) и определяются отдельные резонансы и места с наибольшими амплитудами колебаний. Принятием определенных конструктивных мер необходимо добиться, чтобы в найденных точках собственная частота кузова не находилась в эксплуатационной области, так как данные колебания лежат в слышимой области и вызывают, например, дребезжания, то передающая среда (воздух или иное звукопроводящее тело) играет в этом важную роль. Чтобы установить источник шума, неблагоприятного для находящегося в автомобиле человека, необходимо проверить воздействие звука с помощью микрофонов, установив их на уровне ушей. В указанном месте кузов сильно склонен к возбуждению (несколько резонансов). В данном случае необходимо увеличить жесткость, чтобы гарантированно превысить эксплуатационную частоту возбуждения (примерно 19 Гц), причем следует учесть, что у готового автомобиля в связи с присоединением дополнительных масс (сиденья, коврики) собственная частота меньше (примерно на 20—25%).

Иногда не удается в достаточной степени устранить сильные резонансные пики путем рассогласования собственных частот (соответствующим усилением или ослаблением), особенно если мощность колебаний велика (большие скорости колебаний). В этом случае самые нежелательные пики резонанса можно подавлять cпомощью специальных «гасителей», настроенных на определенную частоту. Гаситель представляет эластично опирающуюся массу, котррая на выбранной частоте сама начинает колебаться в антифазе, уменьшая таким образом возбужденное колебание. Однако «гасители» подходят только для определенной частоты, с которой они согласованы в результате подбрра жесткости резиновых опор и их массы, поэтому при их применении не исключена возможность того, что другие пиковые колебания будут усиливаться, и их тоже, в свою очередь, нужно будет подавлять. Следовательно, исключение колебаний с помощью «гасителя» проблематично. В процессе исследований колебательных свойств на низких и средних частотах нередко можно заметить, что кроме всего каркаса самостоятельно колеблются некоторые детали, критические с точки зрения колебательных свойств, такие, как панели пола, крышка багажника, капот, двери. Хотя и эти детали при оборудовании кузова могут изменить свои колебательные свойства (к сожалению, чаще всего это выражается в уменьшении собственной частоты), тем не менее описанные выше исследования на черном кузове дают представление о том, в каком месте желательно или необходимо сразу устранить недостатки. Положение можно относительно просто улучшить введением выштамповок и углублений в больших панелях пола и багажника, т. е. путем увеличения жесткости.

Рис. 8. Колебания легкового автомобиля при расположении точки возбуждения в центральной опоре карданного вала

Рис. 9. Выштамповки и углубления, выполняемые в больших панелях для уменьшения колебаний:
1 — жесткие с острыми кромками выдавкн, хорошо противодействуют колебаниям, но для того, чтобы их выполнить, необходимо иметь дорогостоящее оборудование: 2 — параллельные выдав*

На рис. 9 схематично показаны удачные и неудачные выштамповки в панели пола. Расположение углублений и желобков «елочкой» является самым наилучшим. Сложнее решить эту задачу для наружных лицевых панелей таких, как крыша, капот, двери и т. д., если дизайнер не осознает проблемы и с самого начала не предусматривает повышение жесткости панелей приданием им достаточной кривизны или с помощью декоративных подштамповок, которые в настоящее время в основном и применяют. Если это окажется не предусмотренным, то повысить жесткость колеблющихся панелей можно путем предварительного натяжения с помощью усилителей и применения расширяющихся прокладок или клеевого соединения наружной и внутренней панелей. В некоторых случаях, например для дверей, это выполнить невозможно, тогда следует наклеивать или напылять демпфирующий материал. Однако уровень шума измеряется только на готовом автомобиле (об этом написано ниже).

Последним пунктом анализа колебательных свойств является исследование области высоких частот, примерно 400—4000 Гц. К этой области относятся, как правило, механические (корпусные) или акустические шумы, которые излучает двигатель или коробка передач (шумы, возникающие в результате процесса сгорания, работы клапанов, системы выпуска отработавших газов, шестерен коробки передач). Поскольку эти шумы невозможно погасить дополнительным усилением изоляции источников колебаний, необходимо предпринимать дополнительные меры. Для уменьшения обоих видов шумов можно использовать как дополнительную виброшумо-изоляцию, так и демпфирование (поглощение) колебаний. Для этого на большинство деталей (щиток передка, панели пола, крыша, двери, капот и т. д.), передающих шум, помещают шумоизоляционный материал в виде однослойных или многослойных матов, которые в рассматриваемой области частот (500—6000 Гц) имеют коэффициент затухания 30—50 дБ. Можно применять приклеиваемые или напыляемые покрытия из шумопоглощающего или шумоизолирующего материала, имеющего коэффициент потерь 0,1—0,2, зависящий от вида материала и его массы, и коэффициент поглощения около 90% в диапазоне частот 250—4000 Гц. Инженер-испытатель, работая совместно со специалистами специализированных фирм, должен найти самые подходящие шумоизолирующие материалы и места их размещения. Весьма эффективна в этом отношении часто применяемая в настоящее время «шумопоглощающая ванна», которую образует комбинация вышеупомянутых материалов. Шумопоглощающая ванна позволяет осуществить звукоизоляцию всего пола. С колебаниями можно бороться также путем удвоения толщины материала, например приваркой точечной сваркой в некоторых местах листов металла, причем увеличение массы вдвое уменьшает уровень шума на 6—8 дБ.

Чтобы лучше понять довольно сложный процесс «гашения шума» и его причины, на рис. 10 схематично отражено воздействие шума на людей, находящихся в салоне.

Рис. 10. Передача шумов в автомобиле:
1 — звенья, передающие шум на кузов

Так как до настоящего времени не удалось установить соотношение между колебательными свойствами черного кузова и готового (обитого), то не остается ничего другого, как повторять часть испытаний, проводимых для анализа колебательных свойств, на готовом автомобиле. Необходимо также еще раз проверять акустику автомобиля установочной серии, изготовляемого с использованием оборудования и оснастки, предназначенной для серийного выпуска автомобилей, поскольку такие автомобили всегда имеют свойства, отличные от свойств опытных кузовов и автомобилей (прототипов), изготовленных почти вручную. Часто на этом сказываются допуски на изготовление (различная толщина металла, отклонения по сварке), отсюда ясно, что их необходимо сужать до минимума. Контроль качества изготовления — единственный путь для достижения данной цели.

Заметим, что любая самая тщательная проверка колебательных свойств автомобиля в лабораторных условиях не сможет заменить окончательную проверку в условиях дорожных испытаний. О них написано ниже.

Динамическая проверка прочности кузова. Вторая цель исследований колебательных свойств в лабораторных условиях — имитация знакопеременных нагрузок, возникающих в реальных условиях эксплуатации автомобиля на неровных дорогах. Во время исследований определяется эксплуатационная прочность или сопротивление усталости. Для этого лучше всего поступать следующим образом.

Так как нагрузки, действующие от полотна дороги, представляют собой несимметричный ряд знакопеременных сил различной величины и частоты, то записываются только те данные о нагрузке (тип, величина, относительная частота), которые отличаются на «измерительном участке» от данных, характеризующих движение по шоссе. Для этой цели очень хорошо подходят участки дороги с постоянными характеристиками полотна, которые обычно имеются на испытательном полигоне большинства крупных фирм. В результате комбинирования «испытательных дорог» с различными свойствами можно получить программу нагружения, которая, исходя из накопленного опыта, будет соответствовать «длительному пробегу со средними нагрузками» (например, 100 тыс. км), но отличаться от него тем, что время пробега сокращается в 3—10 .раз относительно нормальных условий эксплуатации. Таким комплексом наррузок, записанным на магнитные ленты, нагружается черный или обитый кузов, или опытный автомобиль, установленный на испытательный стенд. Нагружение осуществляется с помощью пульсатора, включаемого программным управлением в точках, использовавшихся при измерениях на дороге. Автомобиль (или кузов) под действием этих нагрузок подвергается тряске. Если в ходе предшествующих испытаний определены ослабленные зоны, то с помощью концентрированных испытаний на знакопеременные нагрузки можно выявить все оставшиеся критические места. Подобные испытания позволяют своевременно провести изменения по устранению оставшихся слабых мест в опытных автомобилях, изготовляемых несколько позднее. Огромное преимущество испытания, проводимого с помощью испытательного стенда с программным управлением, заключается в том, что результаты можно получить за несколько недель, в то время как для проведения эквивалентных дорожных испытаний понадобилось бы много месяцев. Кроме того,

эффект от внесенных конструктивных изменений можно прове|рить еще раз за относительно небольшое время. Такие испытания на вибрацию проводят также для критических узлов (каркас сидений, регулятор наклона спинки сиденья, части шасси), что особенно важно, если необходимо изменить только часть кузова (передняя или задняя часть автомобиля, открытый верх кузова). Расчетом по методу конечных элементов можно определить вид и величину влияния подобного изменения на остальные части.

Лабораторные исследования такого рода должны осуществляться одновременно с дорожными испытаниями. Однако они не могут полностью заменить дорожные испытания, так как невозможно имитировать климатические условия и влияние допусков. Тем не менее, описанные испытания оказывают ничем незаменимую помощь при разработке новой конструкции. Большое преимущество всех лабораторных испытаний заключается в том, что накапливаются воспроизводимые данные, т. е. появляется возможность цравнения новых конструкций с давно уже известными, на надежность которых указывает практический опыт.

Функциональные испытания на сопротивление усталости. Из всего множества разновидностей таких испытаний ниже описаны только те, которые в силу «кузовной специфики» выходят за рамки обычных функциональных испытаний. Подобные испытания в достаточной мере часто проводят фирмы — поставщики комплектующих изделий, причем следует обратить внимание на следующее: для многочисленных узлов, влияющих на пассивную безопасность (например, ремни безопасности в комплекте с замками и креплением, рулевое колесо, замок зажигания и т. д.) в рамках законодательства США (и международных требований) не только предусмотрены минимальные требования по работоспособности, но и предписано проведение текущего контроля продукции фирмами-поставщиками и заводами — изготовителями автомобилей. Так как эти испытания представляют собой пи что иное как контроль качества изготовления, они рассмотрены отдельно, тем более, что такие испытания касаются в основном продукции, экспортируемой в США. Для многих других комплектующих деталей и агрегатов испытания на сопротивление усталости необходимы потому, что предполагается .использование специально измененных деталей или серийных деталей, подходящих без изменения для проектируемого автомобиля. Ниже приведены типичные примеры, которые показывают большое разнообразие проводимых испытаний.

Очиститель и омыватель ветрового стекла. В то время, как отдельные элементы такие, как электродвигатель, рычаги со щетками, насос и т. д. должны испытываться заводами-изготовителями, вся система в целом вместе с тягами, шарнирами, кронштейнами крепления и т. д. вследствие существенного различия нагрузок, возникающего вследствие разной формы и величины стекла или разного влияния потока воздуха, обтекающего автомобиль, должна испытываться на работоспособность и сопротивление усталости разработчиком автомобиля. При испытаниях задается минимально необходимое число циклов очистителя, омывателя и число выключений.

Испытательный стенд для проверки дверных замков. Проверка прочности дверных замков и других деталей очень важна, так как она зависит от величины (массы) двери. Испытательный стенд, с помощью которого дверь периодически закрывается и открывается (таким образом в деталях замка и фиксаторе создаются большие силы) и нагружается механизм открывания двери и петли крепления двери, показан на рис. 11. Это испытание является надежным средством опробования конструкции двери, ее внутренних деталей и уплотнителей. В этом случае задается минимально допустимое число закрываний двери и проверяется бесшумность работы дверных замков, которая должна сохраняться и после испытаний (изнашивания). Внутренние детали двери такие, как стеклоподъемник, испытывают аналогичным образом.

Стенд для испытаний сидений. С помощью стенда, показанного на рис. 152, проверяют истирание обивки, изнашивание и ослабление материала подушки. В процессе такого испытания сиденье периодически продавливается нагружаемой плитой, масса и форма которой соответствуют телу водителя или пассажира, причем плита может несколько смещаться или поворачиваться. Во время испытаний определяют степень истирания и потери жесткости.

Кроме того, на сопротивление усталости испытывают механизм регулировки сиденья и спинки (последнее особенно важно вследствие зависимости сил, нагружающих механизм, от высоты спинки).

Описанные примеры показывают многообразие видов специальных испытаний деталей кузова и необходимость тщательного инженерного подхода к ним.

Испытания кузовных материалов. В данном случае подразумеваются не общие испытания материалов согласно существующим нормам, а специальные испытания, проводимые для кузова в связи с особенностями условий эксплуатации автомобиля, причем из всего многообразия этих исследований ниже рассмотрено только несколько типовых испытаний.

Испытания на коррозионную стойкость. Такие испытания касаются не только деталей кузова, особо подверженных действию коррозии (пол. крылья и др.), по и многих деталей оборудования, поверхность которых защищена или обработана специальным образом. При испытаниях деталей пола требуется не только определять наилучший с точки зрения технологии вид защиты стальных панелей, например фосфатирование (по стандарту DIN 50942), цинкование или нанесение цинкосодержащего грунта, но и проверять его эффективность. Чтобы обеспечить возможность нанесения таких защитных цредств и проникновение их в скрытые зоны, конструктор должен предусмотреть соответствующие технологические отверстия, положение которых следует согласовать с технологами и учесть в процессе подготовки производства. Следует также исследовать и проверить качество покрытия полостей, эффективность и прочность защитных покрытий из пластмасс, используемых, например, для защиты от боковых ударов и в качестве изолирующих накладок.

Специальные испытания требуются для металлических защитных покрытий, особенно стальных хромированных деалей. При этом необходимо проверить не только защитный эффект в отношении коррозионного разрушения, но и способность покрытия противостоять механическим воздействиям (отслоение, трещины); кроме того, обычно проводят испытания в солевом тумане.

Так называемое хромовое покрытие состоит из нескольких слоев, нанесенных различными методами (дуплекс-никелевый процесс или три-никелевый процесс). Самый нижний медный слой служит для выравнивания поверхности и лучшего электрохимического распределения никеля, несколько слоев никеля — для получения микропористого основания под слоем хрома, способствующего предотвращению коррозии. Хромовый слой образует блестящую поверхность. Так как слои наносят гальваническим методом, то толщины слоев во многом зависят от формы детали, поэтому она должна иметь по возможности гладкий профиль без острых углов и углублений. Дизайнер и конструктор должны учесть это. Многие детали, отделываемые под хром, изготовляют из алюминиевого листа высокой чистоты (99,99% А1) и защищают с помощью анодированного слоя. И в данном случае поверхность детали должна быть ровной и по возможности без острых углов и углублений.

Особое место в борьбе с коррозией занимают детали, изготовляемые из коррозионностойкой стали. Несмотря на высокую стоимость, коррозионностойкую сталь все чаще применяют для молдингов и других декоративных деталей, а также для элементов шасси (глушители). По блеску и цвету такие детали уступают хромированным, и их труднее обрабатывать. Несмотря на это, применение ксррозионностойкой стали в кузовостроении, в основном для деталей каркаса, чаще всего испытывающих коррозию (пол кузова, лонжероны), имеет будущее, тем более, что в этом случае никаких проблем со сваркой (в отличие от алюминия) обычно не существует.

Проверка свойств различных кузовных лаков и эмалей также относится к лабораторным испытаниям. У эмали следует проверить стойкость к механическим повреждениям, светостойкость и нечувствительность к атмосферным воздействиям, и лишь после этого можно дать разрешение на ее использование для покрытия кузова автомобиля.

Испытания на старение и горючесть. Специальные испытания требуются для материалов уплотнителей дверей и окон, которые могут быть выполнены из эластомеров. В этом случае требуются не только стойкость к воздействию атмосферных условий, света и температуры, но и сохранение эластичности и стойкости к разрывам при экстремальных температурах, и кроме того, стойкость к старению от воздействия озона. Испытания можно проводить, например, в климатической камере при изменяющихся температуре и влажности под лучами ультрафиолетового света (пригодность к эксплуатации в условиях тропиков), а также в морозильной камере. Подобные испытания необходимо проводить независимо от существующих нормированных испытаний материалов для деталей внутреннего оборудования, изготовляемых из пластмасс или других материалов, чтобы убедиться в соответствии этих деталей особым условиям эксплуатации автомобиля. Существующий федеральный стандарт 302 (США), а также проект Правила ЕЭК ООН и стандарта ISO — D1S 3795, кроме того, требуют проведения испытаний на горючесть материалов внутреннего оборудования, например материалов обивок и набивок. Критериями при таком испытании служат воспламеняемость и скорость распространения пламени.