2. Курсовая устойчивость

Нарушение курсовой устойчивости при прямолинейном движении автомобиля происходит под действием возмущающих сил: попереч­ной составляющей веса, бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, а также различных по величине продольных сил (тяговой, тормозной), приложенных к колесам правой и левой сторон автомо­биля. При криволинейном движении автомобиля к этим силам до­бавляется центробежная сила. Потеря устойчивости автомобилем мо­жет быть вызвана также неправильными приемами управления (интенсивными торможением и разгоном, резким поворотом рулево­го колеса) или техническими неисправностями (неправильная регу­лировка тормозных механизмов, заклинивание рулевого управле­ния, прокол или разрыв шины).

Часто предпосылкой потери устойчивости является скорость автомобиля, не соответствующая дорожным условиям. Если авто­мобиль движется с излишне высокой скоростью, то тяговая сила Р_т приближается по величине к силе сцепления Р_сц ведущих колес с дорогой, вследствие чего возможно их пробуксовывание.

Условие отсутствия буксования

(56)

В случае ускоренного движения автомобиля - на подъеме сила тяги

Сила сцепления ведущих (задних) колес с дорогой при отсутствии боковых сил

(57)

где J _К1 — момент инерции передних колес.

Приняв для простоты cos _д  1 и пренебрегая в выражении (57) членами, содержащими f и J_к1, ввиду их относительно малой ве­личины, получаем

Решая эти уравнения с учетом неравенства (56), получаем вы­ражение для скорости, максимально допустимой при прямолиней­ном движении автомобиля, без пробуксовки ведущих колес

Скорость V_бук уменьшается при уменьшении коэффициента сцепления, росте сопротивления дороги, а также при увеличении ус­корения. Поэтому потеря курсовой устойчивости автомобилем наи­более вероятна на участках дороги со скользким неровным покры­тием (укатанный снег, обледенелый асфальтобетон, булыжник) и подъемами. Часто водители, видя впереди подъем и не желая терять скорости, увеличивают подачу топлива и преодолевают подъем «с ходу». Если при этом на пути встретится участок, покрытый снеж­ной или ледяной коркой, то значения сил Р_т и Р_сц могут стать при­мерно одинаковыми, тогда даже небольшая поперечная сила может вызвать боковое скольжение заднего моста.

Движение автомобиля со скоростью, близкой к V_бук является лишь одной из предпосылок заноса. Теоретически автомобиль может двигаться с этой скоростью неограниченно долго без потери попереч­ной устойчивости. Однако в реальных условиях всегда имеются воз­мущающие силы и моменты, стремящиеся изменить направление движения автомобиля. При малых скоростях слияние этих возмущений невелико, но в случае большой скорости они могут привести к нару­шению курсовой устойчивости и заносу автомобиля. При движении автомобиля по неровной дороге со скоростью, близкой к максималь­но допустимой, наезд колеса на впадину или выступ приводит к из­менению вертикальных реакций, а в некоторых случаях и к отрыву колеса от дороги. Таким образом, хотя большая скорость автомобиля не может сама по себе вызвать нарушение курсовой устойчивости, однако она усиливает влияние неблагоприятных факторов, увеличи­вая вероятность опасных последствий.

Вместе с тем водитель обычно имеет возможность уменьшить силу тяги, изменив положение дроссельной заслонки. Поэтому на­чавшееся буксование колес приводит к аварии только в результате "неправильных пли несвоевременных действий водителя.

Основным методом определения курсовой устойчивости автомо­биля является эксперимент.

Согласно отраслевой нормали новые автомобили испытывают с полной нагрузкой. Автомобили загружают балластом (мешками с песком). Центр тяжести балласта должен находиться у пассажир­ских автомобилей на высоте 0,85 м от пола салона, а у грузо­вых — посередине высоты бортов. Углы установки управляемых колес, свободный ход рулевого колеса и давление в шинах должны быть в пределах нормы; износ протекторов не должен превышать 30% высоты рисунка.

Таблица 11. Параметры испытательных участков

Тип покрытия	Состояние	Среднее квадратичное высоты неровности	Длина участка, м	Допустимая скорость, м/с
Асфальто- или цементобетонное	Сухое	7-12	800	-
Асфальтобетонное	Мокрое	До 12	600	-
Булыжник	Сухое	До 20	800	19,4/16,7
Заснеженное	Укатанное	-	800	19,4/16,7

Испытания проводит квалифицированный водитель, имеющий навыки управления данной моделью. Участок дороги должен быть строго прямолинейным с шириной проезжей части не менее 3,5 м. Поперечный уклон дороги не должен превышать 0,02, продольный 0,01. Остальные параметры приведены в табл. 11. Нормаль преду­сматривает испытания автомобиля на участках с четырьмя видами покрытий. Иногда вместо первого из указанных в таблице участков исполь­зуют дорогу с особо ровным покрытием (среднее квадратичное высоты неровности до 7 мм) с искусственными препятствиями. Форма препятствий и расстановка их на участке показаны на рис. 20, а основ­ные размеры даны в табл. 12.

Автомобили испытывают при двух скоростях V_l и V₂. При ис­пытании на покрытии первого типа для легковых автомобилей V_l = V_max — 2,78 м/с; V₂ = V_max — 8,3 м/с; для грузовых автомо­билей и автобусов V_l = V_max — 1,4 м/с; V₂= V_max — 4,2 м/с, но не менее 13,9 м/с (V_rnax — максимальная скорость самого тихо­ходного автомобиля, участвующего в испытаниях).

Рис. 20. Форма препятствий и расстановка их на испытательном участке

Таблица 12. Размеры препятствий

Автомобили	aпр	hпр
Пассажирские с числом мест не более 8	0,23	0,4
Пассажирские с числом мест более 8	0,28	0,6

При движении автомобиля по участкам с остальными покрытия­ми V₁ равна скорости, предельной по условиям безопасности движения автомобиля с худшей управляемостью, а у, составляет (0,75— 0,8) V₁.

Рис. 21. параметры курсовой устойчивости автомобиля:

а – запись изменения угла поворота рулевого колеса _р.к.; б – средняя скорость поперечного смещения V_уср, в – средняя угловая скорость _р.к рулевого колеса; 1 и 2 – автомобили с различной устойчивостью

При испытаниях водитель разгоняет автомобиль так, чтобы иметь нужную скорость за 100 м до мерного участка, и ведет автомобиль посередине полосы с минимальными отклонениями от прямолиней­ного направления. Регистрирующая аппаратура записывает изме­нение угла поворота 9_Р._К рулевого колеса и курсового угла у по времени t (рис. 21). Обрабатывая эти записи (рис. 21,а), проводят горизонтальные линии аа и бб так, чтобы ограниченные кривыми площади, расположенные сверху и снизу от этих линий, были при­близительно равны. Тогда линии аа и бб будут соответствовать нулевым значениям углов _р._к и . Планиметрированием определяют суммарные площади S_ и S_v и находят средние значения углов _р._к и :

где М_в и M_v — масштабы записи углов _р и , °/см; l₃ — длина записи, см.

На линии _р._k подсчитывают число экстремумов (пик) р, размахи между которыми не менее 3°, и находят угловую частоту пово­ротов рулевого колеса (в Гц):

где M_t - масштаб записи времени, с/см.

Значения _p-K, _{cp и} v_ усредняют по всем зачетным заездам (число которых должно быть не менее 8) для каждой скорости по­лучая средние значения _р._к._ор, _ср и v_6cp.

Показатели курсовой устойчивости автомобиля вычисляют по формулам:

среднюю скорость поперечного смещения автомобиля (в м/с)

среднюю угловую скорость рулевого колеса

По результатам подсчетов строят графики, характеризующие курсовую устойчивость (рис. 21,6 и б). Более устойчивому авто­мобилю соответствуют меньшие значения показателей, в нашем примере — автомобилю .

Недостатком изложенного выше способа является участие води­теля в испытаниях, вследствие чего испытывается не" автомобиль, а система автомобиль—водитель. Водитель задает закон движения автомобиля, контролирует его и вносит коррективы при отклоне­ниях. Таким образом, движение автомобиля зависит не только от его конструктивных особенностей и технического состояния, но и от водителя, его квалификации, опыта, состояния здоровья. Все это может сильно изменять показатели курсовой устойчивости.