Показатели поперечной устойчивости авто

15 Устойчивость автомобиля

14.1. Показатели поперечной устойчивости

14.2. Поперечная устойчивость на вираже

14.3. Занос автомобиля

Устойчивость автомобиля является важнейшим эксплуатацион­ным свойством, от которого во многом зависит безопасность дви­жения. Нарушение устойчивости автомобиля приводит к сниже­нию безопасности движения, вследствие чего может возникнуть аварийная ситуация или произойти дорожно-транспортное проис­шествие. Признаком потери автомобилем устойчивости является его скольжение или опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания автомобиля устойчивость может быть продольной или поперечной. Нарушение у автомобиля попе­речной устойчивости в процессе эксплуатации наиболее вероятно и более опасно, чем нарушение продольной устойчивости.

14.1. Показатели поперечной устойчивости

Критическая скорость по боковому скольжению (заносу). Приравномерном движении автомобиля на повороте на горизонталь­ной дороге (рис. 14.1) боковое скольжение его колес может воз­никнуть в результате действия поперечной силы Р_у (центробеж­ной, силы ветра или боковых ударов о неровности дороги) в тот момент, когда поперечная сила становится равной силе сцепле­ния колес с дорогой, т.е.

Подставим в это выражение значения центробежной силы и силы сцепления:

Рекомендуемые файлы

где φ_y, — коэффициент поперечного сцепления.

Учитывая, что в этом случае v = v₃, находим критическую ско­рость автомобиля по боковому скольжению, или заносу, км/ч:

Рис. 14.1. Схема для определения критических скоростей автомо­биля по заносу и опрокиды­ванию:

А — точка, относительно которой происходит опрокидывание авто­мобиля

Критической скоростью по боковому скольжению называет­ся предельная скорость, по дос­тижении которой возможен занос автомобиля.

Зависимости v₃ от радиуса поворота R и коэффициента φ_y по­казаны на рис. 14.2.

Критическая скорость по опрокидыванию. При повороте на го­ризонтальной дороге поперечная сила Р_у (см. рис. 14.1), действую­щая на автомобиль, может выз­вать не только боковое скольже­ние, но и опрокидывание. Опро­кидывание автомобиля происхо­дит относительно его наружных колес (точка А). В момент отрыва внутренних колес от дороги нор­мальные реакции R_Zb= О, и весь вес автомобиля воспринимается наружными колесами (R_Zh = G). В этом случае опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, уравновешивается восста­навливающим моментом, обус­ловленным весом автомобиля:

Рис. 14.2. Зависимости критичес­кой скорости автомобиля по за­носу от радиуса поворота и коэф­фициента сцепления

Подставив в это выражение значения моментов, получим

или с учетом значения поперечной силы

Помня о том, что в этом случае v = v₀, определим критическую скорость автомобиля по опрокидыванию, км/ч:

Критической скоростью по опрокидыванию называется пре­дельная скорость, по достижении которой возможно опрокиды­вание автомобиля.

Следовательно, при движении автомобиля на повороте с кри­тической скоростью по опрокидыванию его опрокидывания мо­жет и не произойти. Опрокидывание автомобиля в этом случае возможно только при минимальном боковом возмущении и уве­личении скорости или уменьшении радиуса поворота. Зависимос­ти v₀ от R и h_ц показаны на рис. 14.3.

Критический угол поперечного уклона дороги по боковому сколь­жению. При прямолинейном движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном (по косогору) потерю его поперечной ус­тойчивости вызывает составляющая силы тяжести автомобиля (рис. 14.4), параллельная плоскости косогора:

где (3 — угол поперечного уклона дороги.

Боковое скольжение автомобиля на косогоре может начаться в момент, когда

Рис. 14.3. Зависимости критической скорости по опрокидыванию от ра­диуса поворота и высоты центра тя­жести автомобилей, имеющих оди­наковую колею:

h_ц1,, h_ц2,— значения высоты центра тяжести двух автомобилей

Рис. 14.4. Схема для определения критических углов поперечного уклона дороги по боковому сколь­жению и опрокидыванию

Рис. 14.5. Зависимость критическо­го угла поперечного уклона доро­ги по боковому скольжению от коэффициента сцепления

Подставив в последнеевыражение значения сил, получим

Учитывая, что в данном случае р = р_з, определим критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению:

Критическим углом поперечного уклона дороги по боковому скольжению называется предельный угол, при котором еще воз­можно прямолинейное движение автомобиля по косогору без бо­кового скольжения колес. Боковое скольжение автомобиля в этих условиях начинается при действии любого минимального попе­речного возмущения.

Угол β_з линейно зависит от коэффициента φ_y (рис. 14.5).

Критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию. При прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном (см. рис. 14.4) опрокидывание автомобиля может начаться в том случае, когда опрокидывающий момент, создаваемый попереч­ной силой, уравновешен восстанавливающим моментом, обус­ловленным нормальной составляющей силы тяжести автомобиля:

Подставим в это выражение значения моментов:

Учитывая, что в данном случае р = р₀, находим критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию:

Рис. 14.6. Зависимость критического угла попе­речного уклона дороги по опрокидыванию от соотношения колеи колес и высоты центра тя­жести автомобиля

Критическим утлом поперечного уклона дороги по опрокиды­ванию называется предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение автомобиля по косогору без опрокиды­вания.

Опрокидывание автомобиля в этом случае может произойти только при любом минимальном боковом возмущении.

от отношения(рис. 14.6).

Коэффициент поперечной устойчивости. Коэффициентом попе­речной устойчивости автомобиля называется отношение колеи колес автомобиля к его удвоенной высоте центра тяжести:

Коэффициент поперечной устойчивости позволяет определить, какой из двух видов потерь поперечной устойчивости (занос или опрокидывание) более вероятен при эксплуатации.

Для примера рассмотрим случай движения автомобиля при повороте на горизонтальной дороге. С этой целью приравняем кри­тические скорости по боковому скольжению и опрокидыванию:

Из этого выражения следует, что если коэффициент попереч­ного сцепления колес с дорогой меньше коэффициента поперечной устойчивости (φ_y, η_п ), то опрокидывание автомобиля может произой­ти без предварительного его заноса, что возможно на дорогах с большим коэффициентом сцепления.

Значение коэффициента поперечной устойчивости зависит от типа автомобиля. Так, для грузовых автомобилей оно составляет 0,55. 0,8, для автобусов — 0,5. 0,6 и легковых автомобилей — 0,8. 1,2. Чем больше значение коэффициента поперечной устой­чивости, тем более устойчив автомобиль против бокового опро­кидывания.

14.2. Поперечная устойчивость на вираже

Ранее были рассмотрены случаи, когда нарушение попереч­ной устойчивости автомобиля вызывали закругления или попе­речный уклон дороги. Однако в эксплуатации часто встречаются одновременно поворот и поперечный уклон дороги, что создает предпосылки для нарушения поперечной устойчивости.

На рис. 14.7 представлены два автомобиля. Автомобиль I дви­жется на повороте по наружному краю дороги, а автомобиль II — по внутреннему.

Определим, какой из них более устойчив и безопасен на пово­роте. Для этого разложим поперечную силу Р_у и силу тяжести G на соответствующие составляющие, перпендикулярные (Р’_у и G‘) и параллельные (Р»_у и G«) поверхности дороги.

У автомобиля II поперечная устойчивость выше, чем у автомо­биля I, так как у него силы Р_у‘ и G‘ складываются и увеличивают

Рис. 14.7. Движение автомобилей на повороте:

G‘, G« — составляющие силы тяжести автомобиля на повороте; Р’_у, Р»_у — составляющие поперечной силы

сцепление колес с дорогой, а силы Р_у‘и G «частично уравновеши­вают друг друга, действуя в противоположные стороны.

У автомобиля I силы Р_у‘ и G‘, направленные в противополож­ные стороны, уменьшают сцепление колес с дорогой, а силы Р’_у‘ и G«, действуя в одном направлении, уменьшают поперечную устойчивость. Таким образом, автомобиль II, движущийся по внут­реннему краю дороги (по отношению к центру поворота), более устойчив и безопасен на повороте, чем автомобиль I.

В связи с этим для обеспечения необходимой безопасности дви­жения на дорогах с малым радиусом поворота устраивают вираж — односкатный поперечный профиль, благодаря которому попереч­ный уклон дороги направлен к центру поворота. В этом случае поперечная устойчивость автомобиля существенно повышается (как у автомобиля II) независимо от направления его движения.

При движении на вираже (рис. 14.8) боковое скольжение авто­мобиля может начаться при условии

где Р_б — боковая сила, действующая на вираже, или

Рис. 14.8. Движение автомобиля на вираже

Подставим в указанное выражение значение поперечной со­ставляющей Р_у центробежной силы и, выполнив ряд преобразо­ваний, определим критическую скорость автомобиля по заносу на вираже, км/ч:

Зависимости v_3B от R и φ_y, аналогичны приведенным на рис. 14.2. Опрокидывание авто­мобиля при движении на вира­же возможно при условии ра­венства опрокидывающего и восстанавливающего моментов:

Подставим значение силы Р_у и, выполнив соответствующие

преобразования, найдем критическую скорость автомобиля по опрокидыванию на вираже, км/ч:

Зависимости v_OB от радиуса R и высоты Л_ц аналогичны пред­ставленным на рис. 14.3.

В приведенных ранее формулах для показателей поперечной ус­тойчивости автомобиля не учитываются эластичность его шин и подвески и, следовательно, поперечный крен кузова. В процессе эксплуатации при действии боковой силы возникает поперечный крен кузова. Угол крена кузова не превышает 8. 10°, но он суще­ственно ухудшает поперечную устойчивость автомобиля, что спо­собствует его опрокидыванию. Так, например, значения крити­ческой скорости и критического угла поперечного уклона дороги по опрокидыванию с учетом бокового крена кузова на 10. 14 % меньше, чем без учета крена.

14.3. Занос автомобиля

В процессе эксплуатации автомобилей при нарушении попе­речной устойчивости чаще происходит их занос, чем опрокиды­вание. При этом начинают скользить колеса одного из мостов — переднего или заднего.

Определим, что более вероятно и опасно: занос переднего уп­равляемого или заднего ведущего моста.

Для качения колеса без скольжения необходимо, чтобы

где R_x — касательная реакция дороги; R_y — поперечная реакция дороги.

Следовательно, должно выполняться соотношение

согласно которому поперечная сила, прилагаемая к колесу и не вызывающая его скольжения, тем больше, чем значительнее сила сцепления колеса с дорогой и меньше касательная реакция до­роги.

Определим, какое из колес (ведомое, ведущее или тормозя­щее) наиболее устойчиво против бокового скольжения (заноса).

Ведомое колесо наиболее устойчиво против заноса, так как касательная реакция дороги R_x, представляющая собой силу со­противления качению, мала по сравнению с силой сцепления Р_сц.

Ведущее и тормозящее колеса менее устойчивы против заноса, поскольку через них передаются соответственно тяговая и тор­мозная силы. В тот момент, когда сила сцепления будет равна ка­сательной реакции дороги (Р_сц = R_x), сцепление колеса с дорогой полностью использовано касательной реакцией. В этом случае до­статочно действия небольшой боковой силы, чтобы начался за­нос колеса. Для ликвидации начавшегося заноса следует умень­шить касательную реакцию на колесе (уменьшить тяговую силу, прекратить торможение).

При прямолинейном движении автомобиля наиболее вероятен занос заднего ведущего моста, так как на его колеса при разгоне и преодолении повышенного сопротивления дороги действуют ка­сательные реакции дороги во много раз более значительные, чем на колеса переднего ведомого моста. При торможении автомобиля вследствие перераспределения нагрузки (увеличивается нагрузка на передний мост) уменьшается сила сцепления задних колес, что также способствует заносу заднего ведущего моста.

Занос заднего ведущего моста автомобиля при эксплуатации не только вероятнее, чем переднего, но и опаснее. Допустим, что у двигавшегося прямолинейно автомобиля со скоростью v_a начал­ся занос или переднего (рис. 14.9, а), или заднего (рис. 14.9, б) моста со скоростью v‘₃. В обоих случаях мост, у которого начался занос, перемещается в направлении результирующей скорости v‘, а нескользящий мост по-прежнему движется прямолинейно со скоростью v_а,. Происходит поворот автомобиля вокруг центра О, и на автомобиль действует центробежная сила Р_ц. Радиус поворота автомобиля в этом случае равен R.

Рис. 14.9. Занос переднего (а) и заднего (б) мостов автомобиля: О — центр поворота

Рис. 14.10. Гашение заноса автомобиля:

О, О₁ — центры поворота; R, R₁, — радиусы поворота при заносе и ликвидации заноса

При заносе переднего моста (см. рис. 14.9, а) поперечная со­ставляющая Р_у центробежной силы, являющаяся основной си­лой, которая действует на автомобиль при повороте, направлена противоположно скольжению передних колес. В результате занос переднего моста автоматически прекращается.

При заносе заднего моста (см. рис. 14.9, б) поперечная состав­ляющая Р_у центробежной силы действует в направлении скольже­ния задних колес и усиливает начавшийся занос заднего моста. Для ликвидации начавшегося заноса необходимо повернуть пе­редние управляемые колеса в сторону заноса, как показано на рис. 14.10. При этом центр поворота автомобиля О переместится в точку О₁, радиус поворота увеличится и станет равным R_x. В ре­зультате поперечная составляющая Р_у центробежной силы, спо­собствующая заносу, уменьшится.

При повороте передних колес на больший угол центр поворо­та переместится на противоположную сторону автомобиля, и по­перечная составляющая Р_у центробежной силы будет направлена в сторону, противоположную заносу. Занос задних колес в этом случае прекратится.

При еще большем угле поворота передних колес скольжение задних колес начнется в противоположную сторону. Поэтому пос­ле прекращения заноса задних колес автомобиль нужно вывести на прямолинейное движение.

В процессе эксплуатации занос автомобиля происходит чаще всего при торможении, когда в месте контакта колес с дорогой действуют большие тормозные силы. В результате колеса теряют способность воспринимать боковые силы. При торможении занос часто возникает также из-за неодинаковых тормозных моментов на колесах одного моста. Это происходит вследствие неправиль­ной регулировки тормозных механизмов или их замасливания и загрязнения.

Для ликвидации начавшегося заноса при торможении следует уменьшить касательные реакции дороги на колесах (прекратить торможение). Для устранения потери устойчивости автомобиля необходимо перед началом поворота уменьшить скорость движе­ния, так как поперечная составляющая Р_у центробежной силы пропорциональна квадрату скорости.

Источник

Устойчивость автомобиля

Министерство образования Российской Федерации

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра «Автомобили и тракторы»

Методические указания к лабораторной работе
по дисциплине «Автомобили»

Устойчивость автомобиля является важнейшим эксплуатационным свойством, от которого во многом зависит безопасность дви­жения. Нарушение устойчивости автомобиля приводит к снижению безопасности движения, вследствие чего может возникнуть аварийная ситуация или произойти дорожно-транспортное происшествие. Признаком потери автомобилем устойчивости является его скольжение или опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания автомобиля устойчивость может быть продольной или поперечной. Нарушение у автомобиля поперечной устойчивости в процессе эксплуатации наиболее вероятно и более опасно, чем нарушение продольной устойчивости.

Цель работы – Определение показателей устойчивости автомобиля

1) макет автомобиля;

2) макет стенда опрокидывателя транспортных средств.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1. Показатели поперечной устойчивости

Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются:

1) критическая скорость по боковому скольжению (заносу) V3, км/ч;

2) критическая скорость по опрокидыванию VО, км/ч;

3) критический угол поперечного уклона дороги (косогора) по боковому скольжению (заносу) βЗ, град.;

4) критический угол поперечного уклона дороги (косогора) по опрокидыванию βО, град.

Критические скорости по заносу V3 и опрокидыванию VО характеризуют устойчивость автомобиля при движении на горизонтальной поверхности на повороте, критические углы поперечного уклона дороги по заносу βЗ и по опрокидыванию βО характеризуют устойчивость автомобиля при движении на косогоре.

1.1. Устойчивость автомобиля при движении на горизонтальной поверхности повороте

1.1.1. Критическая скорость по боковому скольжению (заносу)

При равномерном движении автомобиля на повороте на горизонтальной дороге (рис. 1) боковое скольжение его колес может возникнуть в результате действия поперечной силы РY (центробежной, силы ветра или боковых ударов о неровности дороги) в тот момент, когда поперечная сила становится равной силе сцепления колес с дорогой РСЦ, т. е.

Равенство (1) с учетом известных формул центробежной силы РY и силы сцепления РСЦ принимает вид:

= GφY, (2)

где G – сила тяжести автомобиля, Н;

V – скорость движения автомобиля, км/ч;

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

R – радиус поворота, м;

φY – коэффициент поперечного сцепления.

Рис. 2. Зависимости критической скорости автомобиля по заносу V3 от радиуса поворота R при различных значениях коэффициента поперечного сцепления φY

Рис. 1. Схема для определения критических скоростей автомобиля по заносу VЗ и по опрокидыванию VО:

А – точка, относительно которой происходит опрокидывание автомобиля;

G – сила тяжести автомобиля;

hЦ – высота центра масс автомобиля;

RZН и RZВ – нормальные реакции дороги от наружного и внутреннего к повороту колес соответственно;

RYН и RYВ – боковые реакции наружного и внутреннего к повороту колес соответственно

Учитывая, что в этом случае скорость автомобиля V равна критической скорости автомобиля V3 по боковому скольжению, или заносу, км/ч:

VЗ = 3,6. (3)

Зависимости критической скорости по заносу автомобиля V3 от радиуса поворота R при различных значениях коэффициента поперечного сцепления φY показаны на рис. 2.

1.1.2. Критическая скорость по опрокидыванию

При повороте на горизонтальной дороге поперечная сила РY (см. рис. 1), действующая на автомобиль, может вызвать не только боковое скольжение, но и опрокидывание. Опрокидывание автомобиля происходит относительно его наружных колес (точка А). В момент отрыва внутренних колес от дороги нормальные реакции RYB = 0, и весь вес автомобиля воспринимается наружными колесами (RYH = G). В этом случае опрокидывающий момент МО, создаваемый поперечной силой РY, уравновешивается восстанавливающим моментом МВ, обусловленным силой тяжести автомобиля G:

С учетом уравнений моментов МО и МВ равенство (4) принимает вид:

РYhЦ = G (5)

или с учетом уравнения поперечной (центробежной) силы

hЦ = G. (6)

Рис. 3. Зависимости критической скорости по опрокидыванию V0 от радиуса поворота R и высоты центра масс hЦ автомобилей, имеющих одинаковую колею: hЦ1 и hЦ2 – значения высоты центра масс двух автомобилей

Рис. 4. Схема для определения критических углов поперечного уклона дороги по боковому скольжению βЗ и опрокидыванию βО

В рассматриваемом случае скорость автомобиля V равна критической скорости по опрокидыванию V0, поэтому, км/ч:

V0 = 3,6. (7)

Критическая скорость V0 по опрокидыванию – предельная скорость, по достижении которой возможно опрокиды­вание автомобиля. При движении автомобиля на повороте с критической скоростью по опрокидыванию V0 его опрокидывания может и не произойти. Опрокидывание автомобиля в этом случае возможно в случае какого-либо даже незначительного бокового возмущения и увеличении скорости или уменьшении радиуса поворота R. Зависимости критической скорости по опрокидыванию V0 от радиуса поворота R и высоты центра масс автомобиля hЦ показаны на рис. 3.

1.2. Устойчивость автомобиля при движении по косогору

1.2.1. Критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению

При прямолинейном движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном (по косогору) потерю его поперечной устойчивости вызывает составляющая силы тяжести автомобиля (рис. 4), параллельная плоскости косогора:

где β – угол поперечного уклона дороги.

Боковое скольжение автомобиля на косогоре может начаться в момент, когда

Учитывая, что в данном случае β = βЗ, критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению βЗ составляет:

tgβЗ = φY, или βЗ = arctgφY. (10)

Критический угол поперечного уклона дороги βЗ по боковому скольжению – это предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение автомобиля по косогору без бокового скольжения колес. Боковое скольжение автомобиля в этих условиях начинается при действии любого минимального поперечного возмущения.

Угол βЗ прямо пропорционален значению коэффициента сцепления φY.

1.2.2. Критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию

При прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном (см. рис. 4) опрокидывание автомобиля может начаться в том случае, когда опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, уравновешен восстанавливающим моментом, обусловленным нормальной составляющей силы тяжести автомобиля:

Выражение (11) с учетом уравнений соответствующих моментов (см. рис. 4) имеет вид:

hЦGsinβ = Gcosβ. (12)

Так как в данном случае β = βО, критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию определяется выражением:

tgβО = , или βО = arctg. (13)

Критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию βО – это предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение автомобиля по косогору без опрокидывания. Опрокидывание автомобиля в этом случае может произойти при каком-либо минимальном боковом возмущении.

Значение критического угла поперечного уклона дороги по опрокидыванию зависит от типа автомобиля. Так, для легковых автомобилей этот угол составляет 40-50°, для грузовых автомобилей – 30-40° и для автобусов – 25-35°. Угол βО прямо пропорционален величине отношения .

1.3. Коэффициент поперечной устойчивости

Коэффициентом поперечной устойчивости автомобиля называется отношение колеи колес автомобиля к его удвоенной высоте центра тяжести:

ηП= . (14)

Коэффициент поперечной устойчивости ηП позволяет определить, какой из двух видов потерь поперечной устойчивости (занос или опрокидывание) более вероятен при эксплуатации.

Пример

Движение автомобиля при повороте на горизонтальной дороге. Для определения более вероятного вида потери устойчивости – занос или опрокидывание – приравняем критические скорости по боковому скольжению VЗ (3) и опрокидыванию VО (7):

3,6 = 3,6, (15)

φY = = ηП. (16)

Из этого выражения следует:

1) если коэффициент поперечного сцепления колес с дорогой φY меньше коэффициента поперечной устойчивости ηП (φY ηП), то опрокидывание автомобиля может произойти без предварительного его заноса, что возможно на дорогах с большим коэффициентом сцепления.

Значение коэффициента поперечной устойчивости ηП зависит от типа автомобиля:

— легковые автомобили – 0,9-1.2;

— грузовые автомобили – 0,55-0,8.

Чем больше значение коэффициента поперечной устойчивости, тем более устойчив автомобиль против бокового опрокидывания.

2. Влияние различных факторов на устойчивость автомобиля

В условиях эксплуатации чаще происходит нарушение поперечной устойчивости автомобиля (занос, опрокидывание), которое более опасно, чем нарушение продольной устойчивости.

Рис. 5. Крен кузова (а) и стабилизатор (б) поперечной устойчивости кузова:

На поперечную устойчивость автомобиля влияют различные конструктивные и эксплуатационные факторы. К ним относятся крен кузова автомобиля, износ шин, неисправность тормозных механизмов, центр тяжести автомобиля и колея колес, расположение груза в кузове, дорожное покрытие, повороты и виражи дороги, способ торможения автомобиля и др.

2.1. Поперечный крен кузова

При определении показателей поперечной устойчивости автомобиля не учитывались эластичность шин и упругость подвески, а автомобиль рассматривался как единое твердое тело.

В действительности автомобиль представляет собой систему масс, соединенных между собой подвеской, к которым относятся подрессоренные (кузов) и неподрессоренные (мосты, колеса) массы.

При разгоне, торможении и повороте автомобиля, а также езде по неровностям дороги вследствие действия боковой силы РY (рис. 5, а) шины 1 и упругие устройства 2 подвески (рессоры, пружины и др.) с одной стороны автомобиля разгружаются, а с другой – нагружаются. В результате кузов автомобиля наклоняется в поперечном направлении. Угол ψКР крена кузова увеличивается с возрастанием боковой силы РY. Он может быть уменьшен при увеличении угловой жесткости подвески, что достигается установкой в подвеске стабилизатора 3 (рис. 5, б) поперечной устойчивости, который препятствует крену кузова и уменьшает его поперечные угловые колебания.

Обычно при эксплуатации угол поперечного крена кузова не превышает 10°, однако этого достаточно для того, чтобы возросла возможность опрокидывания автомобиля. Поэтому значения критической скорости и критического угла поперечного уклона дороги (косогора) в действительности будут на 10-15% меньше рассчитанных по формулам.

2.2. Износ шин

В процессе эксплуатации по мере износа протектора шин ухудшается сцепление колес с дорогой и возрастает вероятность заноса автомобиля. Так, например, значение коэффициента сцепления колес с дорогой, протектор шин которых изношен до полного исчезновения рисунка («лысые шины»), почти в 2 раза меньше, чем у новых шин. Поэтому эксплуатация автомобиля с «лысыми шинами» недопустима.

2.3. Неисправности тормозных механизмов

Нарушение поперечной устойчивости автомобиля происходит чаще всего при торможении, когда в местах контакта шин с дорогой действуют большие тормозные силы. В этом случае тормозящее колесо неустойчиво при действии боковой силы, и достаточно ее небольшой величины, чтобы начался занос автомобиля.

Рис. 6. Устойчивость автомобиля при торможении:

а – заторможено заднее правое колесо; б – заторможено переднее правое колесо

Причиной нарушения поперечной устойчивости при торможении может быть неравномерное распределение тормозных сил по колесам автомобиля из-за замасливания или неправильной регулировки тормозных механизмов. При этом неравномерность распределения тормозных сил у передних колес опаснее, чем у задних. Так, например, при одном заторможенном заднем правом колесе (рис. 6, а) автомобиль отклоняется вправо от направления прямолинейного движения. При этом расстояние SЦ от центра тяжести автомобиля до центра заторможенного колеса сокращается. Уменьшается также и поворачивающий момент Р‘И, создаваемый силой инерции. При заторможенном только переднем правом колесе (рис. 6, б) расстояние SЦ во время торможения увеличивается. Это приводит к возрастанию поворачивающего момента и дальнейшему отклонению автомобиля в сторону от направления прямолинейного движения. Поэтому неисправность передних тормозных механизмов опаснее, чем задних.

2.4. Блокировка колес при торможении

На устойчивость автомобиля существенное влияние оказывает блокировка колес (доведение до юза) при торможении.

Одновременная блокировка всех колес автомобиля может произойти только на дорогах с оптимальными значениями коэффициента сцепления, составляющими 0,40-0,45. На дорогах, характеризуемых другими значениями коэффициента сцепления, происходит блокировка передних или задних колес.

При торможении на дорогах с меньшим коэффициентом сцепления у автомобиля первыми блокируются задние колеса, что может привести к потере устойчивости автомобиля.

При торможении на дорогах с более высоким коэффициентом сцепления у автомобиля первыми доводятся до юза передние колеса. Следствием этого может быть потеря управляемости автомобиля.

2.5. Центр тяжести автомобиля и колея колес

Высота расположения центра тяжести автомобиля и ширина колеи передних и задних колес оказывают влияние на поперечную устойчивость автомобиля. Так, например, при высоком расположении центра тяжести может произойти опрокидывание автомобиля при действии боковой силы. Это наиболее вероятно при движении автомобиля на поворотах малого радиуса при отсутствии виражей вследствие уменьшения критической скорости автомобиля по опрокидыванию.

Легковые автомобили, движущиеся на поворотах с большой скоростью, обладают высокой устойчивостью, так как имеют низкое расположение центра тяжести и широкую колею передних и задних колес.

2.6. Дорога, повороты и виражи

Состояние покрытия дороги, радиусы поворотов и виражи оказывают существенное влияние на поперечную устойчивость автомобиля.

При ухудшении состояния дорожного покрытия (дождь, снег, обледенение) значительно уменьшается сцепление колес с дорогой, что может привести к заносу автомобиля.

Наименьшие радиусы поворотов дорог составляют 30 м. При движении на дорогах с малыми радиусами поворотов создаются условия для нарушения поперечной устойчивости автомобиля в связи со снижением его критической скорости по заносу. Поэтому для повышения устойчивости автомобиля на поворотах с небольшими радиусами создают виражи – поперечные уклоны дороги, направленные к центру поворота. Виражи повышают не только устойчивость автомобиля, но и безопасность движения на поворотах.

2.7. Расположение груза в кузове автомобиля

Устойчивость автомобиля при торможении может быть нарушена вследствие неправильного размещения груза в кузове. Так, например, при несовпадении центра тяжести груза с продольной осью автомобиля сила инерции Р‘И (рис. 7, а), возникающая при торможении, создает поворачивающий момент, характеризуемый плечом SЦ. Если при этом блокированы передние колеса автомобиля, то их сцепление с дорогой меньше, чем у задних колес. В результате под действием момента Р‘ИSЦ автомобиль поворачивается относительно точки А оси задних колес. Расстояние SЦ в этом случае быстро уменьшается до нуля и поворот автомобиля прекращается.

При блокировке задних колес (рис. 7, б) автомобиль поворачивается относительно точки Б оси передних колес. При этом расстояние SЦ увеличивается, что может привести к заносу автомобиля.

Рис. 7. Устойчивость автомобиля при неправильном расположении груза в кузове:

а – блокированы передние колеса; б – блокированы задние колеса;

А и Б – центры осей задних и передних колес

2.8. Способ торможения

Устойчивость автомобиля существенно зависит от способа торможения. Так, торможение автомобиля двигателем, который не отсоединяется от трансмиссии и работает на компрессорном режиме (без подачи горючей смеси в цилиндры) или режиме холостого хода, обеспечивает устойчивость автомобиля против заноса вследствие равномерного распределения тормозных сил по колесам. При комбинированном торможении автомобиля (совместно тормозными механизмами колес и двигателем) повышается также его поперечная устойчивость, поскольку дифференциал трансмиссии обеспечивает более равномерное распределение тормозных сил по колесам. В результате уменьшается вероятность заноса автомобиля.

Комбинированный способ торможения автомобиля необходимо применять на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользких, обледенелых и т. п.), так как в этом случае существенно повышается не только устойчивость автомобиля, но и безопасность его движения.

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Получить задание преподавателя или учебного мастера на выполнение лабораторной работы.

2. Определить коэффициент бокового сцепления колеса с дорогой φY, используя выражение (16), для чего:

а) установить макет автомобиля на наклоняемую плоскость макета стенда-опрокидывателя, так чтобы ось его продольной симметрии была перпендикулярна направлению опрокидывания;

б) плавно увеличить наклон плоскости макета стенда-опрокидывателя до начала поперечного скольжения макета автомобиля, считать со шкалы макета стенда значение угла наклона β плоскости;

в) подсчитать значение коэффициента бокового сцепления колеса с дорогой φY по уравнению (10);

г) повторить эксперимент трижды и подсчитать среднее арифметическое φY.

3. Определить высоту центра масс hЦ макета:

а) установить макет автомобиля на наклоняемую плоскость макета стенда-опрокидывателя, под колеса подложить упор (измерительную линейку), препятствующий боковому скольжению макета;

б) плавно увеличить угол наклона b плоскости макета стенда-опрокидывателя до момента начала опрокидывания, считать со шкалы макета стенда значение угла наклона β плоскости;

в) подсчитать высоту центра масс макета автомобиля hЦ, используя уравнение (13);

г) трижды повторить эксперимент и подсчитать среднее арифметическое высоты центра масс hЦ.

д) изменить положение груза и повторить действия по п. 3.

4. Провести анализ устойчивости движения автомобиля при повороте на горизонтальной поверхности и при движении косогору. Взяв за основу полученные при эксперименте значения коэффициента бокового сцепления φY и значения высот центра тяжести hЦ, подсчитать и занести в таблицу для случая движения автомобиля по горизонтальной поверхности на поворотах различных радиусов R:

а) критические скорости VЗ (3) при следующих значениях коэффициента сцепления φY (таблица):

— превышающего экспериментальное значение на 20 %;

— меньше экспериментального значения на 20 %;

б) критические скорости по опрокидыванию VО (7) при различном положении груза на макете автомобиля;

в) по результатам расчета построить на одной диаграмме графики критических скоростей по заносу V3 (при трех значениях коэффициента сцепления φY) (см. рис. 2) и по опрокидыванию VО (для трех значений высоты центра масс hЦ) (см. рис. 3) в зависимости от радиуса поворота R;

г) используя график, для произвольно выбранных значений коэффициента сцепления φY и высоты центра масс hЦ дать оценку устойчивости автомобиля в двух случаях движения:

— радиус поворота R постоянный, скорость автомобиля V увеличивается от 0 до критической по устойчивости;

— линейная скорость автомобиля постоянна V, радиус поворота R уменьшается от бесконечности до величины, при которой происходит потеря поперечной устойчивости.

Источник