АТС - складна механічна система, що складається з великого числа мас з різними зв'язками. При вивченні законів руху складних механічних систем використовують поняття ступенів свободи, під яким розуміють суму незалежних переміщень елементів системи, кожен з яких розглядається як тверде тіло.
Ступінь подробиці опису коливань АТС, а отже, і число врахованих ступенів свободи залежить від характеру вирішуваних завдань. Для вивчення коливань в першому наближенні зручно користуватися колебательной системою, що складається з трьох мас. Перша - підресорена, що включає в себе масу кузова, двигуна, механізмів трансмісії, масу вантажу, пасажирів і водія. Ці елементи в сукупності розглядають як тверде тіло, що має два ступені свободи - переміщення у вертикальному напрямку і поворот у вертикальній площині. Безпружинні маси, куди відносять передній і задній мости разом з колесами, мають по одній ступеня свободи - вертикальні переміщення. Таким чином, система, що імітує двовісний автомобіль, має три маси і чотири ступені свободи.
Для такої коливальної системи число власних частот коливань дорівнює числу ступенів свободи. Коливання можуть бути вільними і вимушеними. Вільними називають коливання системи, які вона робить після припинення дії навантаження (джерела коливань). Спереду і ззаду підресорена маса спирається на дорогу через два послідовно включених пружних елементи - пружний елемент підвіски, що має жорсткість с, і шину, що має жорсткість с.
Покажемо, що при вивченні коливань декількох пружних елементів, їх можна замінити одним, мають спеціально підібрану жорсткість, яку називають наведеної. Якщо позначити сумарний прогин двох елементів як f. то прогини кожного можна розписати як f = P / c і f = P / c. З огляду на, що f = f + f, маємо:
f = P / c + P / c = P (1 / с + 1 / с) = Р (з + с) / с с.
З іншого боку: f = Р / с, звідси: 1 / с = (с + с) / с с. тобто
Характерні наступні співвідношення жорсткостей:
- легкові АТС особливо малого класу з / с = 3 ... 4
- легкові АТС малого і середнього класу з / с = 7 ... 10
- легкові АТС вищого класу з / с = 10 ... 20
- вантажні АТС с / с = 2,5 ... 5.
Як підресорені, так і безпружинні маси роблять складні двочастотні коливання. Двовісне АТС має чотири власні частоти - дві низькі і дві високі. Найбільш простий оцінний показник плавності ходу - частота вільних коливань підресорених і безпружинних мас, а також вимушених коливань.
Частоти вільних коливань, Гц підресорених мас визначають по залежності:
fст - статичний прогин підвіски, в якості якого приймають переміщення коліс щодо кузова за рахунок деформації пружного елемента підвіски під дією сили тяжіння, м.
де: G - статична вагова навантаження на підвіску даної осі, Н;
C - сумарна жорсткість підвіски даної осі, Н / м.
Плавність ходу легкових автомобілів вважається задовільною при wz = 0,8-1,2 Гц, вантажних при wz = 1,2-1,8 Гц.
Частота вільних коливань безпружинних мас (мостів автомобіля), що здійснюють високочастотні коливання, обумовлена жорсткістю шин, Гц.
де: - сумарна жорсткість шин даної осі, Н / м.
- сумарна жорсткість пружних елементів підвіски осі;
ma - власна маса автомобіля.
Крім вільних, автомобіль здійснює і вимушені коливання, викликані нерівностями дороги. Частота цих коливань, Гц. визначається з виразу:
S - довжина хвиль нерівностей, м. На дорогах з твердим покриттям S = 0,5 ÷ 5 м.
Основними оціночними показниками плавності ходу є рівні вибронагруженности водія, пасажирів, вантажів і характерних елементів шасі і кузова. Оцінка вибронагруженности проводиться по середнім квадратичним значенням прискорень коливань (віброприскорень) або швидкостей коливань (віброшвидкостей) в вертикальному і горизонтальному напрямках. Норми віброприскорень і віброшвидкостей встановлені в залежності від різних частот коливань. Віброприскорення перевіряють в суворо визначених місцях, наприклад, для водія в місці його посадки, для пасажирів: у легкових АТС - на задньому сидінні, з правого боку, у автобусів - у лівої стінки пасажирського салону і над переднім і заднім лівими колесами.
На автополігоні НАМИ плавність ходу оцінюють по ОСТ 37.001.291-84 за значеннями середніх квадратичних віброприскорень на сидінні водія. Випробування проводяться для трьох типів доріг: 1) Цементобетонна динамометрична дорога з висотою нерівностей до 6 мм 2) брукова мощена дорога без вибоїн з висотою нерівностей до 1,1 см 3) брукова дорога з вибоїнами до 3 см. Відповідно віброприскорення на сидінні водія не повинно перевищувати 1 м / с. 1,5 м / с. 2,3 м / с.
У тих випадках, коли реальні значення середнього квадратичного прискорення перевищують нормативні, час роботи, при якому зберігається працездатність і викликається вібрацією стомлення не веде до зниження продуктивності праці, зменшується з 8 години до наступних значень: при перевищенні допустимих норм в 1,4 рази - до 2 годин, в 2 рази - до 1 години, в 4 рази - до 15 хв.
Для попередження переміщення незакріплених вантажів необхідно щоб вертикальні прискорення підлоги вантажної платформи не перевищували значення g. Виходячи з цього значення середніх квадратичних віброприскорень з урахуванням необхідного запасу не повинні перевищувати 0,15 ... 0,3 g.
Поряд з коливаннями, що викликаються нерівностями, велика увага приділяється нормуванню звукових коливань (рівня шуму) як всередині, так і зовні АТС. Рівень шуму перевіряється при інтенсивному розгоні на другий або третій передачі. Так для легкових АТС рівень шуму встановлений: зовнішній - 82 дБ внутрішній - 80 дБ. Для автобусів зовнішній - 89 дБ, внутрішній 82 дБ.
До погіршеним дорожніх умов відносять мокрі, брудні, засніжені, обмерзлі, розбиті і розмоклих дороги. До перешкодам відносять ухили, бар'єрні перешкоди (рови, кювети, канали, насипу), дискретні перешкоди (пні, купини, валуни і т.д.). Втрата прохідності може бути повна або часткова. Часткова прохідність пов'язана зі знижуючи-ням швидкості, а також зростанням витрат палива. Прохідністю повинні володіти АТС усіх типів, але в залежності від призначення в різному ступені. По прохідності АТС підрозділяються на дорожні, підвищеної і високої прохідності.
До дорожнім відносяться АТС призначені переважно для експлуатації на дорогах з твердим покриттям. До їх конструктивними особливостями відносять відсутність повного приводу, шини з дорожнім або універсальним протектором, використання простих Неблокована диференціалів.
АТС підвищеної прохідності використовуються як для доріг з твердим покриттям, так і для руху поза дорогами і подолання перешкод. До їх конструктивними особливостями відносять повнопривідний, використання широкопрофільних або арочних шин, заблокованих диференціалів, високий дорожній просвіт, кошти самовитаскування, в деяких конструкціях регулювання тиску повітря в шинах.
АТС високої прохідності призначені переважно для використання в умовах бездоріжжя, подолання природних і штучних перешкод, а також водних перешкод. АТС такого типу відрізняються своєрідною компонувальною схемою, повнопривідний, наявністю диференціалом, використанням спеціальних шин, різного роду додаткових пристроїв, причому деякі з них є плаваючими і мають спеціальний водяний двигун.
Прохідність ділиться на профільну і опорну. Профільна прохідність характеризує можливість долати нерівності шляху, перешкоди і вписуватися в необхідну смугу руху. Опорна прохідність визначає можливість руху в погіршених дорожніх умовах і по деформується грунтам.