Опрокидывание автомобиля на повороте

Устойчивость автомобиля

Устойчивость автомобиля — это его способность двигаться без опрокидывания и бокового заноса. Значение устойчивости повышается при движении в условиях сильно пересеченной местности, по скользкой дороге, на крутых закруглениях пути.

Различают продольную, поперечную и боковую устойчивость автомобиля.

Под продольной устойчивостью понимают способность автомобиля сохранять устойчивость в продольном направлении (вдоль дороги) при преодолении подъемов и движении на спусках. Чем короче база автомобиля (расстояние между осями), меньше тяговое усилие на ведущих колесах, круче уклон дороги, тем меньше продольная устойчивость. При движении на подъеме нагрузка на задние колеса увеличивается, а на передние уменьшается. Уменьшение давления передних колес на дорогу также уменьшает продольную устойчивость. Однако потеря автомобилем продольной устойчивости (опрокидывание через переднюю или заднюю ось) сравнительно редкое явление и может быть в исключительных случаях — при очень крутом спуске в горных условиях и т. п.

Способность автомобиля сохранять устойчивость в поперечном направлении (поперек дороги) называется поперечной устойчивостью, например при движении по дороге с поперечным уклоном или по косогору. Потеря автомобилем поперечной устойчивости (опрокидывание через левые или правые колеса) тем менее вероятна, чем шире колея (расстояние между колесами) и ниже расположен центр тяжести. Значительное повышение центра тяжести вследствие высоты груза снижает поперечную устойчивость автомобиля.

Боковой устойчивостью называют способность автомобиля противостоять влиянию боковых сил, вызывающих скольжение задней или передней оси в сторону (боковой занос).

Загородное шоссе иногда имеет выпуклый поперечный профиль, часто переходящий на повороте в односторонний уклон как в сторону центра поворота, так и в сторону от центра поворота. В последнем случае боковая устойчивость автомобиля резко снижается, так как боковая сила, вызывающая занос, и центробежная сила, опрокидывающая автомобиль, направлены в одну сторону от центра поворота.

Известны случаи, когда боковой занос заканчивается опрокидыванием автомобиля. Опрокидывание автомобиля может также произойти от резкого поворота руля на высокой скорости автомобиля, и, чтобы удержать равновесие в этом случае, нужно быстро вернуть руль в прежнее положение.

При вождении не следует создавать условий, в которых устойчивость автомобиля понижается. Для этого надо избегать резкого трогания с места, резкого торможения, резких поворотов руля, высоких скоростей движения на скользкой дороге, закруглениях и уклонах, обращать особое внимание на правильную укладку и крепление груза в кузове, чтобы избежать искусственного повышения центра тяжести автомобиля.

Источник

Устройство автомобилей

Устойчивость автомобиля

Факторы, вызывающие нарушение устойчивости автомобиля

Во время движения на автомобиль действуют не только управляющие силы со стороны водителя, корректирующие направление его перемещения по дороге, но и различного рода случайные силы, вызванные различными причинами, и стремящимися изменить направление движения автомобиля. К этим причинам относятся, например, неровности дороги и ее наклон, боковые порывы ветра, инерционные силы, обусловленные прохождением поворота и т. п.
Следует отметить, что некоторые из этих сил могут действовать на автомобиль и во время стоянки, пытаясь вывести его из состояния равновесия. В результате действия всех этих сил автомобиль может потерять устойчивость. При этом различают устойчивость поперечную и продольную.

Нарушение поперечной устойчивости проявляется в боковом скольжении колес или опрокидывании автомобиля в плоскости, перпендикулярной продольной оси.
Нарушение продольной устойчивости проявляется в буксовании колес, вызывающее сползание автомобиля при преодолении им крутого подъема. Опрокидывание автомобиля в продольной плоскости маловероятно и практически невозможно, поскольку у современных автомобилей центр тяжести располагается достаточно низко.

Поперечная устойчивость автомобиля

Показатели поперечной устойчивости

Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются максимально возможная скорость при его движении на повороте данного радиуса и угол поперечного наклона дороги (косогора), при котором автомобиль потеряет устойчивость. Оба показателя могут быть определены из условия поперечного скольжения колес (заноса) и опрокидывания автомобиля.
Таким образом, имеются четыре показателя поперечной устойчивости:

Силы, действующие на автомобиль при повороте

При движении автомобиля на повороте его поперечная устойчивость может быть нарушена в результате действия инерционных сил, направленных перпендикулярно к продольной оси автомобиля. Чтобы определить эти силы рассмотрим схему, показанную на рисунке 1.
При расчетах будем считать, что автомобиль является плоской фигурой и движентся по горизонтальной дороге, а шины в поперечном направлении не деформируются.

Расстояние ρ_ц от центра тяжести автомобиля до центра поворота О можно определить из геометрического соотношения (см. рис. 1):

где L – расстояние между передней и задней осями автомобиля (база).

При больших скоростях движения потеря устойчивости автомобиля наиболее опасна из-за вероятности заноса и даже опрокидывания. А так как в этих случаях угол поворота управляемых колес θ незначителен, то им можно пренебречь, тогда:

Таким образом, центробежная сила, стремящаяся откинуть автомобиль от центра поворота, при равномерном движении может быть определена по формуле:

Поперечная составляющая этой силы:

В случае неравномерного движения на автомобиль действует еще и сила Р_уIII :

где j – ускорение движения автомобиля.

Таким образом, поперечная инерционная сила, вызывающая занос и опрокидывание автомобиля при движении на повороте, в общем случае может быть определена по формуле:

Сила Р_уII действует только в процессе поворота рулевого колеса. При входе автомобиля в поворот сила Р_уII положительна и вместе с силой P_уI она увеличивает вероятность заноса и опрокидывания автомобиля.

Сила Р_уIII увеличивается с увеличением угла θ и ускорения j автомобиля. Поэтому во время вхождения автомобиля в поворот нарушение его устойчивости будет наиболее вероятно при разгоне, чем при движении накатом, когда ускорение j и сила Р_уIII отрицательны.

Источник

Стабилизация при боковом опрокидывании

Аварийная ситуация, связанная с опрокидыванием автомобиля, является следствием критических ситуаций: сноса передней оси, бокового скольжения, критического и ритмического заносов, вращения автомобиля. Сами по себе эти критические ситуации не могут перерасти в опрокидывание до тех пор, пока скольжение не прерывается «упором» — боковым ударом о препятствие (яму, бугор, выступ, бордюр и др.).

Опрокидывание может возникнуть при съезде одним или двумя колесами в глубокую обочину (кювет), чаще всего в процессе поворота. Такие ситуации возникают под действием центробежной силы из-за высокой скорости движения. Когда колесо или колеса автомобиля опускаются в кювет, общий центр тяжести смещается вовне. Автомобиль оказывается в неуравновешенном состоянии, и даже небольшой импульс боковой силы вызывает глубокий крен, а затем и опрокидывание из-за того, что мягкий грунт обочины препятствует боковому скольжению.

Однако поводом для опрокидывания в большинстве случаев служат действия самого водителя. Стремясь выйти из кювета и вернуть автомобиль на проезжую часть, водитель допускает сразу две ошибки: «закрывает газ» и резко поворачивает колеса в сторону дороги. Эти действия и дают тот вращательный импульс, который опрокидывает автомобиль. Повернутые колеса, загруженные торможением двигателя, создают упор, вокруг которого начинается вращение. При этом набранная автомобилем поступательная энергия переходит со вращательную, а высокая скорость заставляет автомобиль сделать несколько опрокидываний через крышу.

Еще более опасным является резкое торможение при одновременном маневре в кювете, особенно в тех случаях, когда сбоку имеется упор (препятствие). Полностью заторможенные колеса создают такой мощный вращательный импульс, что автомобиль, опрокидываясь, буквально взвивается в воздух, и вращение происходит в безопорной фазе очень интенсивно, продолжаясь после приземления на грунт.

Чаще всего первый импульс опрокидывания при ударе наружной поверхностью колеса об упор характеризуется невысокой скоростью, что позволяет водителю своевременно отреагировать стабилизирующими действиями. Эти действия прежде всего связаны с поворотом рулевого колеса в сторону опрокидывания. Прием выполняется двумя руками силовым способом, так как требуется преодолеть сопротивление переднего колеса, загруженного весом автомобиля. Выполняя это действие, необходимо прежде всего «преодолеть себя», т. е. отказаться от возможности выйти из крена, сохранить устойчивость и управляемость для дальнейшей активной борьбы за безопасность.

Вторая «сверхзадача» — отказаться от торможения, что также психологически сложно из-за экстремальности ситуации. Третье условие — сохранить тягу двигателя чтобы выбраться из кювета по более плавной траектории, исключающей возможность опрокидывания.

В ряде случаев борьба водителя за устойчивость автомобиля не прекращается после реакции на опрокидывание. Она может продолжаться в форме сохранения равновесия, если автомобиль продолжает двигаться на двух колесах в форме реакции на критический или ритмический занос (см. соответствующие приемы) или в форме преодоления участка «автокросса», если не удалось сразу выйти на дорогу. Эта борьба ведется методами силового или скоростного руления в сочетании с переменным дросселированием.

Существует и другой механизм опрокидывания, связанный с подбросом внутреннего разгруженного колеса в повороте или при резком маневре. Бугор или другое препятствие на дороге создают эффект «подкидного» гимнастического мостика, который приводит автомобиль к быстротечному опрокидыванию. Реакция водителя чаще всего оказывается запоздалой, так как действия по стабилизации нужно выполнять со значительным опережением.

Опрокидывание может быть спровоцировано и в городских условиях, когда водитель на большой скорости преодолевает препятствие «лежачий полицейский» методом «боковая разгрузка». Направляя наружние колеса (чаще всего правые) на ровный участок дороги рядом с препятствием, водитель не успевает среагировать на резкий подброс переднего колеса, натыкающегося на бугор. Последствием этого может быть мгновенное опрокидывание.

Можно выделить четыре типа критических ситуаций, приводящих к боковому опрокидыванию.

Удар задним колесом в боковую опору при вращении автомобиля, ритмическом или критическом заносе.

Соскальзывание заднего колеса в кювет.

Соскальзывание в кювет переднего наружного колеса.

Подброс разгруженного внутреннего переднего колеса в повороте.

Действия по стабилизации автомобиля будут зависеть от самой критической ситуации, возможностей водителя и состояния дороги.

Общие рекомендации:

повернуть рулевое колесо в сторону опрокидывания, а затем выровнять;

продолжать при необходимости стабилизирующие действия способами силового или скоростного руления и переменного дросселирования, чтобы преодолеть последствия критической ситуации.

Источник

Устойчивость автомобиля

Устойчивостью называют способность автомобиля сохранять заданное направление движения и противостоять поперечному скольжению и опрокидыванию.

Около 15% всех дорожно-транспортных происшествий в нашей стране составляют случаи опрокидывания автомобилей.

Устойчивое движение автомобиля чаще всего нарушается боковым скольжением (заносом) или поперечным опрокидыванием автомобиля под воздействием боковой силы.

Поперечное опрокидывание автомобиля

Автомобиль постоянно подвергается действию боковых сил.

Причин их возникновения несколько: поверхность дороги не строго горизонтальна и имеет боковой уклон; всякое отклонение автомобиля от прямолинейного направления вызывается приложенной к его колесам поперечной (боковой) силой; боковые силы могут быть вызваны порывами ветра и другими внешними причинами. Следовательно, на автомобиль, кроме продольных тяговых или тормозных сил, действуют также и боковые силы.

Сила тяжести (вес автомобиля) прижимает колеса автомобиля к поверхности дороги. По осям вес автомобиля распределяется в зависимости от того, к какой из осей ближе находится центр тяжести. На легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется примерно поровну. На негруженых двухосных грузовых автомобилях нагрузка на переднюю ось составляет около 40%, а на заднюю — 60%, на груженых — соответственно 30 и 70%. На трехосных грузовых автомобилях нагрузка по осям распределяется почти равномерно.

Распределение нагрузки по осям

Распределение нагрузки по осям двухосного грузового автомобиля:

а — порожнего;
б — груженого.

При движении по прямой горизонтальной дороге вертикальная прямая, опущенная из центра тяжести автомобиля, проходит через продольную ось площади его опоры, и нагрузка одинакова на правые и левые колеса, при этом автомобиль полностью устойчив.

Составляющие силы тяжести автомобиля

Составляющие силы тяжести автомобиля, находящегося на местности, имеющей:

а — поперечный уклон;
б — продольный уклон;
О — центр тяжести
P_b и Р_т — опрокидывающие силы; сила, прижимающая автомобиль к дороге;
G — сила тяжести;
R₁ и R₂ — реакции дороги.

На поверхности, имеющей поперечный уклон, сила тяжести G автомобиля раскладывается на две составляющие — P_b и P_N. Боковая сила P_b, приложенная к центру тяжести (О), стремится опрокинуть автомобиль относительно точки опоры. Эта сила действует на плече h, равном высоте центра тяжести. Удерживает автомобиль от опрокидывания сила P_N, которая действует на плече b/2, равном половине ширины колеи b автомобиля.

Как уже указывалось (смотрите Рулевое управление), во время поворота на колеса автомобиля действуют передаваемые от дороги боковые силы, равнодействующая F_ц которых, направленная к центру поворота, лежит в плоскости дороги и проходит через точку пересечения с поверхностью дороги перпендикуляра, опущенного на нее из центра тяжести О автомобиля, расположенного на высоте h.

Действие центро-стремительной силы на повороте

Действие центро-стремительной силы на повороте дороги:

О — центр тяжести автомобиля;
G — сила тяжести (вес) автомобиля;
F_ц — равнодействующая боковых сил;
F_c — сила сцепления колес с дорогой.

Приложим к центру тяжести две противоположно направленные силы F´_ц и F˝_ц, разные F_ц. Сила F´_ц является силой F_ц, перенесенной в точку О, а сила F˝_ц и F_ц образуют пару сил с моментом, равным F_цh, стремящимся опрокинуть автомобиль в сторону, противоположную центру поворота, вокруг точки касания с дорогой внешнего (по отношению к центру поворота) колеса автомобиля.

Опрокидыванию автомобиля под действием момента F_цh противодействует момент силы G тяжести автомобиля относительно той же точки, равный Gb/2, где b — колея автомобиля.

Опрокидывание становится возможным, если величина момента F_цh превысит Gb/2.

Скорость, при которой это может произойти, определяют по формуле:

где: g — ускорение силы тяжести (9,81 м/сек 2 ); R — величина радиуса, проведенного от центра поворота до центра тяжести автомобиля.

Чем выше расположен центр тяжести и чем уже колея автомобиля, тем больше опасность поперечного опрокидывания. Центр тяжести у груженого автомобиля располагается выше, чем у негруженого. На смещение центра тяжести от продольной оси автомобиля влияет неправильная укладка груза.

Продольное опрокидывание автомобиля

Когда автомобиль находится на местности, имеющей продольный уклон, сила тяжести G также раскладывается на две составляющие — Р_Т и P_N. Продольная сила Р_Т, действующая на плече h, стремится опрокинуть автомобиль назад. От опрокидывания автомобиль удерживает сила P_N, действующая на плече l, равном расстоянию от линии ее действия до точки касания колес задней оси поверхности дороги.

Продольное опрокидывание автомобиля бывает очень редко и может произойти на крутом спуске при резкой остановке, когда к действию горизонтальной составляющей силы тяжести автомобиля прибавляется действие инерции.

Боковое скольжение автомобиля (занос) при движении на поворотах возникает тогда, когда действующая на автомобиль боковая сила превышает силу сцепления колес с дорогой.

Скорость (м/сек), при повышении которой на повороте может наступить боковое скольжение, можно определить по формуле:

где: φ — коэффициент сцепления колес с дорогой.

Следовательно, водитель, совершая поворот, обязан во избежание бокового скольжения и опрокидывания снизить скорость движения в зависимости от величины радиуса поворота, расположения центра тяжести, ширины колеи автомобиля и сцепления колес с дорогой.

Занос может возникнуть и во время движения по прямой при торможении автомобиля на участке со скользким покрытием из-за неправильной регулировки тормозных механизмов, вследствие чего вращение колес замедляется неравномерно, и из-за неправильного размещения груза относительно продольной оси автомобиля.

Для предотвращения начинающегося заноса необходимо прекратить торможение и, не выключая сцепление, плавно поворачивать передние колеса в сторону заноса. После прекращения заноса необходимо выровнять колеса, чтобы исключить занос в другую сторону.

Управляемостью называется свойство автомобиля изменять направление движения в соответствии с поворотами рулевого колеса.

На управляемость влияют расположение центра тяжести, конструкция рулевого управления, подвески и шин автомобиля.

Маневренность автомобилей и автопоездов — это их способность совершать повороты при небольшой величине радиусов поворота и ширины проездов. Внутренним радиусом r_а поворота автомобиля считается наименьшее расстояние от центра О поворота до боковой поверхности автомобиля (у места расположения его задней оси), а наружным радиусом R — расстояние от центра поворота до крайней передней точки автомобиля. Ширина В требуемого для поворота проезда, или, как ее иначе называют, габаритная ширина коридора, равна разности R — r_а.

Радиусы поворота и габаритная ширина коридора
автопоезда на повороте.

Величина радиусов поворота зависит от максимального угла поворота передних колес, расстояния между осями (базы) и длины автомобиля. При маневрировании автопоездов величина внутреннего радиуса поворота в сравнении с одиночным автомобилем увеличивается, так как в этом случае внутренним радиусом r_п считается наименьшее расстояние от центра поворота до боковой поверхности прицепа.

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова

Источник

Устойчивость автомобиля. Опрокидывание и его причины

Устойчивость – это совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автомобильного транспортного средства (АТС) или его звеньев.

Признаком потери устойчивости является скольжение АТС или его опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания АТС различают поперечную и продольную устойчивость.

Во время движения автомобиль имеет инерцию, а в момент начала поворота, помимо центробежной силы возникает дополнительная поперечная сила (составляющая сила инерции), направленная в том же направлении, что и центробежная сила. При очень большой скорости движения и резком повороте (поперечная составляющая сила инерции и центробежная) суммарная сила может привести даже к опрокидыванию автомобиля.

Поперечная сила С стремится нарушить устойчивость автомобиля, а сила G стремится удержать его в устойчивом положении. Колеса образуют крайние опоры автомобиля, а центр тяжести (ЦТ) расположен на равном удалении от правого и левого колес и на определенной высоте hn от поверхности дороги. Чем выше центр тяжести и уже колея автомобиля, тем больше он подвержен опасности опрокидывания.

Рис. Схема сил влияющих на поперечную устойчивость автомобиля

Опрокидывание автомобиля

Опрокидывание автомобиля может произойти как в продольной, так и в поперечной плоскости.

Опрокидывание в продольной плоскости относительно задней оси происходит в момент, когда сила давления передних колес на дорогу уменьшается до нуля. Практически до начала опрокидывания наступает буксование колес на подъеме, автомобиль сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой.

Возможно переворачивание автомобиля вперед при резком торможении на крутом спуске, если автомобиль имеет короткую базу и высоко расположенный центр тяжести. В данном примере возникшая сила инерции складываясь с горизонтальной составляющей силы веса, дает результирующую силу, которая выходит за пределы опорной площади передней оси автомобиля. Известны случаи опрокидывания автомобиля назад, когда при движении задним ходом автомобиль съезжает в овраг, реку и т. п.

Рис. Продольное опрокидывание автомобиля на спуске во время торможения

При движении автомобиля по дороге, имеющей поперечный уклон, возникает боковая сила, равная поперечной составляющей от веса автомобиля. Эта сила может вызвать опрокидывание автомобиля или его скольжение вбок. Устойчивость автомобиля к опрокидыванию в этом случае зависит от колеи автомобиля высоты расположения центра тяжести и угла поперечного наклона дороги.

Рис. Схема сил, действующих на автомобиль при движении на дороге, имеющей поперечный уклон

Чем выше расположен груз, тем больше высота расположения центра тяжести, следовательно, тем вероятнее опрокидывание грузового автомобиля. Чем шире колея автомобиля, тем более устойчив автомобиль как при движении на повороте, так и при движении по дороге, имеющей поперечный уклон.

Опрокидывание автомобиля в поперечной плоскости, т.е. вбок, может произойти под действием центробежной силы на повороте, при резком повороте рулевого колеса на большой скорости, сильном боковом наклоне и вследствие неправильного закрепления груза в кузове.

Неправильная укладка груза в кузове может значительно изменить положение центра тяжести, сместив его как вбок, так и вверх. Характерным примером может служить цистерна, не заполненная целиком жидким грузом. Под влиянием центробежной силы жидкий груз смещается к одной стороне цистерны, центр тяжести смещается вверх и в сторону, а сила тяжести, удерживающая автомобиль от опрокидывания, действует уже не по оси автомобиля а смещается в сторону перемещения центра тяжести.

Рис. Смещение центра тяжести жидкого груза под действием центробежной силы

Причины опрокидывания автомобиля

Чтобы избежать опрокидывания, нужно на опасных участках дороги снизить скорость, плавно повернуть рулевое колесо, плавно тормозить, равномерно разместить и хорошо закрепить груз в кузове автомобиля.

Источник