5. Продольная устойчивость

Характерным примером утраты продольной устойчивости авто­поездом является его сползание назад на крутом подъеме вследствие буксования ведущих колес тягача.

Определим максимальный угол подъема ад, по которому авто­поезд может двигаться без буксования. Пренебрежем для упроще­ния силами Ра, Рк и P_V Тогда из условий равновесия тягача имеем

где Gnp — вес прицепа, Н; h_пр — высота сцепного устройства, м. В момент начала буксования ведущих колес тягача R_X2 = R_z2. Подставив значения R_X2 и R_z2 и разделив все члены на cos _д, получим выражение для максимального (критического) угла подъ­ема, при котором возможно равномерное движение автопоезда без буксования ведущих колес тягача:

Согласно последнему выражению критический угол _бУК в боль­шой степени зависит от коэффициента сцепления и массы прицепа. Чем меньше величина _х и чем больше масса прицепа по сравнению с массой тягача, тем меньше _бук. Так, на дорогах с обледенелым по­крытием буксование может наступить при _бук = 23, т. е. на относительно пологих подъемах.

Для одиночного автомобиля (типа 2x1) G_пр = 0 и

Для автомобиля со всеми ведущими мостами сила сцепления рав­на G_xcos, и tg_бук = _x . Такие автомобили могут преодолевать без потери продольной устойчивости весьма крутые подъемы даже при мокром и скользком покрытии (_бун = 1719).

8. Управляемость автомобиля

1.Значение управляемости автомобиля для безопасности движения

Управляемость оценивают по соответствию параметров движе­ния автомобиля воздействиям водителя на рулевое управление. При различных воздействиях степень соответствия может быть различ­ной, что затрудняет выбор единого критерия для комплексной оцен­ки управляемости автомобиля в эксплуатационных условиях.

Поворачивая рулевое колесо, водитель задает новое направление движению автомобиля. При плохой управляемости автомобиля дей­ствительное направление движения не совпадает с желательным и необходимы дополнительные управляющие воздействия со стороны водителя. Это приводит к «рысканию» автомобиля по дороге, увели­чению динамического коридора и утомлению водителя. При особен­но неблагоприятных условиях плохая управляемость может явить­ся причиной столкновения автомобилей, наезда на пешехода или вы­езда за пределы дороги.

Подавляющее большинство опасных дорожных ситуаций (до 80— 85%) водитель ликвидирует путем своевременного поворота руле-

Рис.27. Схема для расчета маневра автомобиля: а – при неограниченной ширине препятствия; б – при смене полосы движения

вого колеса и изменения направления движения автомобиля. При этом водитель может, либо повернув автомобиль, отвести его от опас­ной зоны под углом к прежнему направлению движения, либо вы­ехать в соседний ряд. Первый маневр проще, но его выполнению мо­жет помешать недостаточная ширина проезжей части, дере­вья, столбы и другие препятствия, находящиеся за пределами доро­ги. Второй маневр можно выполнить на любой двухполосной дороге.

Определим параметры движения автомобиля при первом манев­ре, считая шины жесткими в боковом направлении. Это позволит ограничиться простыми кинематическими зависимостями.

В положении 1 (рис. 27) водитель замечает впереди на расстоянии 8_Я препятствие. На пути S_p (за время t_р) он осознает необходимость маневра и принимает решение о его выполнении. На пути S_p (за время t_p._v) водитель поворачивает рулевое колесо, но автомобиль продолжает двигаться прямолинейно, так как происходит деформа­ция амортизационных пружин, рычагов и тяг рулевого управления и положение передних колес не меняется (положение //). Время t_р._у — время запаздывания рулевого управления—составляет в среднем 0,15—0,35 с. В положении /// автомобиль начинает дви­гаться криволинейно. При этом водитель поворачивает колеса вна­чале в одну сторону, и угол  увеличивается (время T₁). В опасных ситуациях после поворота колес на угол Q₁ водитель сразу поворачи­вает их обратно, вследствие чего угол 0 уменьшается (время Т₂). В положении IV  = 0, и автомобиль движется прямолинейно под углом ym к прежнему направлению движения. Безопасность пово­рота будет обеспечена, если в конце маневра между автомобилем и препятствием останется некоторый интервал . Согласно рис. 27, а можно написать

где L' — расстояние от заднего моста до передней части автомоби­ля; х_ы и y_M — продольное и поперечное перемещения автомобиля в процессе маневра; B_пр — ширина препятствия.

Приняв приближенно sin _m  _m и cos _m = 1. получим ус­ловия безопасного маневра:

Чтобы определить параметры криволинейного движения, прове­дем оси координат к и у так, чтобы начало системы координат совпа­дало с серединой заднего моста автомобиля в положении ///. В не­который момент времени t автомобиль, двигаясь криволинейно, по­вернется относительно оси х на угол y- После поворота его еще на бесконечно малый угол ^y середина заднего моста опишет дугу dS = Rdy. При движении автомобиля с постоянной скоростью v дли­на дуги dS = vdt. Учитывая равенство (58), имеем

dv = dS/R = vdt/R = v dt/L.

Закон изменения угла 0 по времени зависит от водителя и может быть различным. Примем для простоты, что угловая скорость пово­рота передних колес постоянна (=const) и в первой фазе поворота (время T₁) угол  изменяется прямо пропорционально времени:

При этом допущении курсовой угол прямо пропорционален квад­рату времени:

(70)

В эксплуатационных условиях максимальное значение курсового угла обычно не превышает 10—15°. Для таких значений  изменение координат х и у точки В₁ за время dt определяется формулам

Следовательно, координаты точки В₁ в момент времени t имеют следующие значения:

(71)

(72)

Формулы (70) — (72) позволяют найти , х и у и определить поло­жение автомобиля на дороге в процессе входа в поворот.

Величина угловой скорости  ограничена, с одной стороны, пси­хофизиологическими возможностями водителя и находится в следую­щих пределах, рад/с:

Для легковых автомобилей ..... .... 0,2 — 0,3

Для грузовых автомобилей и автобусов ..... 0,15 — 0,3

С другой стороны, скорость  не может быть особенно большой по соображениям безопасности. Выполняя маневр, водитель дол­жен избегать заноса или опрокидывания.

Потеря устойчивости автомобилем наиболее вероятна в середине маневра (при  = ₁), где кривизна траектории максимальна. Из условия равенства центробежной силы и силы сцепления на этом

участке имеем

(73)

Отсюда максимально допустимая угловая скорость поворота передних колес по условиям сцепления

Подставив значение  в формулы (70) и (72),. получим выраже­ния для определения параметров _1, х₁ и у₁ в середине маневра (табл. 14). Проведя аналогичные вычисления для второй фазы ма­невра — выхода автомобиля из поворота, получим формулы для пара­метров _M, х_м и у_м конца второй фазы — выхода автомобиля из поворота.

Выполняя маневр второго типа — смену полосы движения, во­дитель должен повернуть рулевое колесо несколько раз (рис. 27,6). Сначала он поворачивает его на угол _х в одну сторону, затем на угол, равный 2₁, в другую сторону и, наконец, возвращает колеса в нейтральное положение. Весь маневр, состоящий в этом слу­чае из четырех периодов Т₁ — Т₄ требует от водителя точного рас­чета и большего числа действий на том же пути, чем при маневре первого типа. Зато при выполнении маневра второго типа автомо­биль меньше смещается в поперечном направлении и проезжая часть

дороги может быть значительно уже. В конце маневра курсовой угол равен нулю и автомобиль движется параллельно прежнему на­правлению движения.

Формулы для расчета параметров маневра второго типа также да­ны в табл. 14.

Таблица 14. Параметры движения автомобиля при маневрах

Маневр		х	y
Вход в поворот		x1=vT1
Выход из поворота		x2=2vT1=2x1
Смена полосы движения		xM=4vT1

Изложенный выше анализ маневра проведен для элементарной расчетной схемы, в которой не учитываются многие конструктив­ные и эксплуатационные факторы. Параметры движения реального автомобиля могут значительно отличаться от расчетных данных, по­этому последние обычно используют лишь для сравнения различ­ных вариантов маневра.