§ 7. Устойчивость автомобиля

1. ИЗМЕРИТЕЛИ И ПОКАЗАТЕЛИ УСТОЙЧИВОСТИ

Устойчивость автомобиля непосредственно связана с безопас­ностью дорожного движения. Управляя неустойчивым автомобилем, водитель вынужден внимательно следить за дорожной обстановкой

движенив

ПРИЗНАКИ ПОТЕРИ УСТОЙЧИ­ВОСТИ

^vckiPCK

^vonp,fionp

<*бук

% Ыр.к

показатели

Рис. 19. Классификация устойчивости автомобиля

и постоянно корректировать движение автомобиля, чтобы он не выехал за пределы дороги. Длительное управление таким автомо­билем приводит к нервному перенапряжению водителя и быстрому его утомлению, что повышает возможность ДТП. Нарушение ус­тойчивости автомобиля выражается в произвольном изменении на­правления движения, его опрокидывании или скольжении шин по дороге. Различают продольную и поперечную устойчивость автомо­биля (рис. 19). Более вероятна и опасна потеря поперечной устой­чивости.

Траектория движения автомобиля всегда является криволиней­ной, причем кривизна ее непрерывно меняется. Поэтому прямолиней­ное движение автомобиля — понятие условное, подразумевающее, что при неизменном направлении движения смещения его не пре­восходят некоторых пределов.

Курсовой устойчивостью автомобиля называют его свойство двигаться без корректирующих воздействий со стороны водителя, т. е. при неизменном положении рулевого колеса. Автомобиль^ с плохой курсовой устойчивостью произвольно меняет направление движения («рыскает» по дороге), создавая угрозу другим транспорт­ным средствам и пешеходам.

Показателями курсовой устойчивости служат средняя скорость поперечного смещения v_ycp и средняя угловая скорость поворота рулевого колеса 6_Р._К.

Потеря поперечной устойчивости при криволинейном движении может привести к прогрессивно нарастающему поперечному сколь­жению шин по дороге (заносу) или опрокидыванию автомобиля. «Рыскание» автомобиля на криволинейных участках дороги обычно не наблюдается, поскольку скорости при этом относительно невели­ки.

Показателями поперечной устойчивости автомобиля при криво­линейном движении являются максимально возможные скорости движения по дуге окружности и угол поперечного уклона дороги (косогора). Оба показателя могут быть определены из условий зано­са или опрокидывания автомобиля.

Потеря автомобилем продольной устойчивости выражается, как правило, в буксовании ведущих колес, особенно часто наблюдаемом при преодолении автопоездом затяжных подъемов со скользкой поверхностью. Опрокидывание автомобиля в продольной плоскости возможно лишь как исключение. Показателями продольной устой­чивости автомобиля служат максимальные величины углов подъема, преодолеваемого транспортным средством без буксования ведущих колес.

2. КУРСОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

67

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).

3*

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

Условие отсутствия буксования

Р_т < Реп• (56)

В случае ускоренного движения автомобиля на подъеме сила тяги

Р_т = <?(/соза_д + sina„ ++ W „ о».

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

Реп = , J* {О cos а_д [а-/ (А_п-г)) - , (57)

где У_К1 — момент инерции передних колес.

Приняв для простоты cos а_л« 1 и пренебрегая в выражении (57) членами, содержащими / и J _к1| ввиду их относительно малой ве­личины, получаем

Pen = Ga<p_x/(L — <р*/1д).

^ибук

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

Г_G_ _f__s[na AJL А

V W_B —ф^Лц ^д g V

Скорость v_6yK 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 и_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 дви­

жения автомобиля. При малых скоростях влияние 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 или 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.

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.

II. Параметры непитательных участков

Тип покрытия	Состояние	Среднее квадратич­ное высоты неровности мм	Длина участка, м	Допустимая скорость, м/с
Асфальто- или цементобе-	Сухое	7—12	800
тонное
Асфальтобетонное	Мокрое	До 12	600	—
Булыжник	Сухое	До 20	800	19,4/16,7*
Заснеженное	Укатанное	—	800	19,4/16.7*

* В числителе указана скорость легковых автомобилей, в знаменателе — грузовых ав­томобилей и автобусов.

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 пре­

пятствий и расстановка их на участке показаны на рис. 20, а основ­ные размеры даны в табл. 12.

Автомобили испытывают при двух скоростях и, и v₂. При ис­пытании на покрытии первого типа для легковых автомобилей v_t = = Vmax — 2,78 м/с; v₂ = a_max — 8,3 м/с; для грузовых автомо-

и,

— 4,2 м/с.

билей и автобусов v_t = o_raax — 1,4 м/с; v₂ но не менее 13,9 м/с (t/_m„ — максимальная скорость самого тихо­ходного автомобиля, участвующего в испытаниях).

max

12. Размеры препятствий, м

Автомобили		"пр
Пассажирские с	0,23	0,4
числом мест не
более 8
То же, с числом	0,28	0,6
мест более 8 и
грузовые

новка их на испытательном участке

При движении автомобиля по участкам с остальными покрытия­ми и_х равна скорости, предельной по условиям безопасности движе. ния автомобиля с худшей управляемостью, a v₂ составляет (0,75— — 0,8) iv

⁷р.к

б)

Рис. 21. Параметры курсовой устойчивости автомобиля:

в,

а — запись изменения угла поворота рулевого колеса бр.к; б — средняя скорость по­перечного смещения ww, в — средняя угловая скорость вр.к рулевого колеса; I н 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^хснизу от этих линий, были при­близительно равны. Тогда линии да и бб будут соответствовать ну­левым значениям углов 6_Р._К и у. Планиметрированием определяют суммарные площади S₀ и S_v и находят средние значения углов 0_р<к и у;

в₀р = 5вМв//₃; Yep = SyM_v/l₈,

где Me и My — масштабы записи углов 9_р<к и у, °/см; /₃ — длина записи, см.

На линии 0_Р. _к подсчитывают число экстремумов (пик) р, раз- махи между которыми не менее 3°, и находят угловую частоту пово­ротов рулевого колеса (в Гц):

v_e = /7/(2 l₃M_t),

где M_t — масштаб записи времени, с/см.

Значения 0_р,_к, у_ср и v_e осредняют по всем зачетным заездам (число которых должно быть не менее 8) для каждой скорости, по­лучая средние значения 0_р._к._ср, y_cp и v_0cp.

Показатели курсовой устойчивости автомобиля вычисляют по формулам:

среднюю скорость поперечного смещения автомобиля (в м/о

Vyc P = 1,35 YcpUlO^-3;

среднюю угловую скорость рулевого колеса

^р.н ⁼ 2 0_ср ^ср»

По результатам подсчетов строят графики, характеризующие курсовую устойчивость (рис. 21, б ив). Более устойчивому авто­мобилю соответствуют меньшие значения показателей, в нашем примере — автомобилю 1.

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.

3. ПОПЕРЕЧНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

При криволинейном движении автомобиля потерю устойчивости обычно вызывает центробежная сила. Для ее определения рассмот­рим схему движения автомобиля на повороте (рис.22,а). Примем для простоты, что автомобиль является плоской фигурой, а увод и скольжение колес отсутствуют.

На участке дороги /—2 автомобиль движется прямолинейно, и его управляемые колеса находятся в нейтральном положении. На участке 2—3 водитель поворачивает рулевое колесо, и автомо­биль движется по кривой уменьшающегося радиуса. На участке^—4положение управляемых колес, повернутых на угол 8, остается неизменным, и автомобиль движется по дуге окружности. На участ­ке 4 — 5 водитель поворачивает рулевое колесо в обратную сторо­ну, и радиус траектории увеличивается. На участке 5—6 6 = 0, и автомобиль снова движется прямолинейно.

Мгновенный центр О скоростей (центр поворота) автомобиля располагается в точке пересечения перпендикуляров к вектора я скоростей средних точек мостов. При отсутствии увода и скольже­

Рис. 22. Криволинейное движешь» ав­томобиля: а — схема поворота автомобиля; б — дви­жение автомобиля на вираже

ния колес вектор скорости середины заднего моста параллелен плос­костям задних колес, поэтому точка О находится на продолжении оси заднего моста.

(58)

Расстояние от точки О до середины заднего моста при 6 ^ 20^е.

R = Utg0 « L/0.

Если скорость автомобиля и угол поворота передних колес по­стоянны, то величина 0 определяет и радиус траектории середины заднего моста. В более общем случае (0 Ф const, оф const) радиус кривизны траектории и расстояние до мгновенного центра скоростей могут существенно различаться.

(59)

Центробежную силу Я_ц, приложенную в центре тяжести С авто­мобиля, можно разложить на две составляющие: продольную силу Р_х и поперечную Р_у. Для безопасности движения основное значе­ние имеет сила Р_и, стремящаяся вызвать поперечное скольжение и опрокидывание автомобиля. При неравномерном движении по дуге переменного радиуса

Р_у = {MIL) (и²0 + bvQ + bQj),

где Э — угловая скорость поворота управляемых колес, рад/с; b — расстояние от центра тяжести автомобиля до оси заднего мо­ста, м.

Последний член в формуле (59) при ускорениях, характерных для разгона современных автомобилей, невелик. При торможении (/ < 0) этот член отрицателен и уменьшает поперечную силу, поэ­тому им можно пренебречь. Второй член формулы (59), пропорцио­нальный 0, оказывает влияние лишь в первый период поворота, т. е. при малых 0, когда его величина соизмерима g первым членом. В дальнейшем (практически через 1—2 с) влияние этого члена не­значительно. Таким образом, основное влияние на устойчивость автомобиля оказывает сила, определяемая первым членом формулы, и поперечная составляющая центробежной силы

Р_у = Mv²Q/L = GvV(gR). (60)

Эта формула может быть использована и для общего случая дви­жения вместо формулы (59).

Рассмотрим устойчивость автомобиля против поперечного сколь­жения. На автомобиль, движущийся криволинейно по дороге с по­перечным уклоном (рис. 22, б), действуют сила тяжести G = Mg и поперечная сила Р_у. Разложим их на составляющие, параллельные дороге (Р_у cos р и G sin р) и перпендикулярные ей (Р_и sin р и G cos Р). В нашем, примере автомобиль поворачивает влево, силы G sin р и Р_у cos р направлены в одну и ту же сторону, а силы G cos р и P_v sin Р — в противоположные. Предположим, что продольные силы в зонах контакта отсутствуют и сцепление шин о дорогой используется только для восприятия поперечных сил. Тог­да для движения без скольжения сумма поперечных сил, действую­щих на автомобиль, не должна превышать сумму сил сцепления шин с дорогой:

G sin р Ч- Р_у cos р < Р_сц = (G cos р — Р_у sin Р) y_yf (61)

где ф_у — коэффициент поперечного сцепления.

Подставляем в формулу (61) значение Р_у согласно выражению (60)

-—-cosp + GsinP<^„^cosP—^sin pj.

После несложных преобразований получаем

(62)

Из последнего выражения можно найти максимально допусти­мую (критическую) скорость, с которой можно вести автомобиль без поперечного скольжения:

^ск = VgR (Фу-tg Р) /(1 + tg Рф„).

При движении по горизонтальной дороге ф — 0)

Из выражения (62) можно также найти максимальный (критичес­кий) угол косогора дороги, по которому автомобиль может двигать­ся без поперечного скольжения!

tgPcH = (gR4>„ - v*)/(gR + v\_v).

При движении по прямолинейному участку дороги

t_gp_0H = ф,, (64)

Согласно формулам (63) и (64) движение автомобиля устойчивее при больших значениях <p_v и R и малых величинах v и р.

Для повышения безопасности на дорогах, предназначенных для скоростного движения, все левые повороты имеют односкатный профиль — вираж. На вираже проезжая часть и обочины имеют поперечный уклон, направленный к центру закругления. Силы Р_у sin р и G cos р при этом имеют направление, противоположное показанному на рис. 22, б, что повышает поперечную устойчивость автомобиля.

Поперечный уклон виража увеличивают при уменьшении радиу­са кривой. Согласно СНиП при радиусе кривых 1000 м поперечный' уклон виража должен составлять 0,02, а при радиусе кривых менее 600 м — 0,6. На скользкой дороге автомобили, движущиеся с ма­лыми скоростями, могут сползать вниз по крутому спуску виража. Поэтому в районах с частыми гололедицами поперечный уклон про­езжей части не должен превышать 0,04 независимо от радиуса кри­вой .

Наличие виражей, даже на дорогах, имеющих кривые боль­ших радиусов, положительно влияет на состояние водителей, спо­собствуя более уверенному вождению автомобиля при криволиней­ном движении. Поэтому в ряде государств виражи считаются обя­зательным элементом дорог.

При левом повороте автомобиля поперечные силы Р_у cos р и G sin р, складываясь, могут также вызвать опрокидывание автомо­биля. В начале опрокидывания колеса, внутренние по отношению к центру поворота, отрываются от дороги и вертикальные реакции на них равны нулю. Уравнение моментов сил относительно оси, проходящей через контакты шин внешних колес, имеет следующий вид:

(Р„ cos р + G sin Р) h_n = (G cos Р — P_v sin Р) 0,5 Б.

Подставив вместо силы Р_у ее значение по формуле (60), находим максимально возможную (критическую) скорость, о которой можно вести автомобиль без угрозы опрокидывания j

о - , Г 0.5В — tgp/t_u

°^оор" V Лц+0.5еде

При движении по горизонтальному участку (Р = 0)

£>опр = V'BgRI{2hJ. (65)

Аналогично можно определить величину максимально допусти­мого (критического) угла косогора, по которому автомобиль может двигаться без опрокидывания!

tgponp = (0,5 BgR - ^/(ЛдвгЯ + 0,5 v*B).

При движении по прямолинейному участку (R — оо)

tg Ропр = В/ (2Лц).

Устойчивость автомобиля против опрокидывания возрастает о увеличением колеи В автомобиля и радиуса R, а также при сниже­нии центра тяжести и уменьшении угла косогора.

Отношение В/(2Лц) называют коэффициентом поперечной устой­чивости -п_Поп. Этот коэффициент иногда применяют для определе­ния ориентировочной устойчивости автомобиля против опрокиды­вания. Значения г)_цоп для некоторых моделей отечественных автомо­билей приведены в табл. 13.

13. Параметры поперечной устойчивости

Автомобиль	В, м (в среднем)	ha, м (без нагруз­ки)	Лц, м (с полной нагрузкой)	Т)пов
ЗАЗ-968А «Запорожец»	1,21	0,56	0;56	1,08
BA3-2I03 «Жигули»	1,34	0,56	0,58	1,14
«Москвич-2140»	1,23	0,57	0,60	1,03
ГАЗ-24 «Волга»	1,44	0,55	0,62	1,16
ГАЗ-14 «Чайка»	1,56	0,55	0,56	1,39
ЗИЛ-117	1,62	0,60	0,61	1,33
РАФ-2203 «Латвия»"	1,42	0,75	0,73	0,97
ПАЗ-672	1,81	1,00	1,10	0,82
ЛАЗ-695Н	1,98	0,63	0,83	1,19
УАЗ-451ДМ	1,44	0,71	0,87	0,82
ГАЗ-бЗА	1,66	0,75	1,15	0,72
ЗИЛ-130	1,80	0,89	1,22	0,74
МАЗ-500А	1,92	1,05	1,45	0,66

Выше было принято, что автомобиль представляет собой твердое тело. В действительности автомобиль представляет собой сложную систему масс с шарнирными и упругими связями. Можно выделить две основные группы масс: подрессоренные массы (кузов), вес ко­торых воспринимается подвеской, и неподрессоренные (мосты, ко­леса), вес которых воспринимается шинами. Центр тяжести С_х подрессоренных частей (рис. 23) не совпадает с центром тяжести С всего автомобиля. Точка С_х расположена выше точки С и обычно несколько ближе к переднему мосту, поэтому h_R > h_n и b < b_K.

Под действием поперечных сил кузов автомобиля поворачива­ется и наклоняется в поперечном направлении, при этом упругие элементы подвески деформируются.

Осью крена называют прямую NN, относительно которой пово­рачивается кузов при его наклоне. Точки /I, и Л₂ пересечения оси крена с вертикальными плоскостями, проведенными через середи­ны мостов автомобиля, называют центрами крена\ передним (AJ и задним (Л₂). Положение центров крена зависит от конструкции подвески автомобиля. При независимой подвеске (на двух парал­лельных рычагах, свечной или торсионной) центр крена обычно расположен близко к поверхности дороги. При рессорной зависи­мой подвеске он находится несколько выше центра колеса. Поэтому у легковых автомобилей с передней независимой и задней рессор

Рис. 23. Ось крена автомобиля

ной подвесками ось крена наклонена вперед (см. рис. 23). У грузо­вых автомобилей и автобусов, имеющих обе зависимые подвески, ось крена приблизительно параллельна плоскости дороги.

Рассмотрим движение автомобиля с учетом крена кузова (рис. 24). К центру тяжести С_г кузова приложен его вес G_K и попе­речная сила Р_ку, а к центру тяжести С₂ неподрессоренных масс — их вес G_H и поперечная сила Р_ну. Под действием силы Р_ку кузов поворачивается на угол \|>_Kp и точка С_х смещается в точку CJ. Обычно \р_кр <! 10°, поэтому можно считать h_K « const. Тогда по­перечное смещение центра тяжести кузова

s_Kр = h_Kр tg 1|>_Вр « Л,_ФЧ>кр,

где h_Kр — расстояние от оси крена до центра тяжести (плечо кре­на).

Моменты сил Р_ну и G„ уравновешиваются моментом упругих сил подвески!

РщАн* + 6kS_kp = Су.а ^кр, (66)

Рис. 24. Поперечный крен кузова

где Су._а — угловая жесткость подвески (отношение момента, вызы­вающего поперечный крен, к углу крена); до включения ограничи­телей хода подвески можно считать с_у._а » const.

Для автомобиля с передней рычажной и задней зависимой под­весками

Су .а = 0,5 I В*, C_Dl + Вр% C_Di Т)р2 ) + с_у._с + с_у.о.

для автомобиля с обеими зависимыми подвесками

Су.а = 0,5 (Вр| С_Р1Т]_Р1 + Вр2 Ср₂Т]ра) +Су._с + Су.о,

где с_р — вертикальная жесткость одного упругого элемента под­вески (рессоры, пружины, торсиона), Н/м; т_а и п_а — расстояния от оси качания нижнего рычага до оси пружины и до внешнего шарнира, м; £_р — расстояние между серединами рессор, м; с_у.с и о — угловые жесткости стабилизатора поперечной ус­тойчивости и ограничителей хода подвески, определяемые экспе­риментально, Н-м/рад; т]_р1 и т)_ра — коэффициенты, учитываю­щие увеличение жесткости рессоры при ее скручивании; tj_p1 » » Лрз ⁼⁼ 1,05 ч- 1,25; индексы 1 относятся к передней подвеске, а 2 — к задней.

Из формулы (66) угол крена

■фкр ⁼ ^ку^кр/(Су-a 0_Kh_Hp).

Определим критическую скорость автомобиля по условиям оп­рокидывания с учетом крена кузова.

Уравнение моментов относительно точки О в момент отрыва внутренних (правых) колес от дороги

Рт К С„ (0,5 В - /1_КРЧ)_КР) + Р_ду г- 0,5 BG_B = 0.

Пренебрегая малыми моментами сил Р_В)/ и G_H, имеем

Р_киК - G_K (0,5В - Л_кряр_кр) = 0. (67)

Поперечная сила инерции подрессореннных масс согласно фор­муле (60)

Р_ку = G_KvV(gR) s* G_Hv*Q/(gL).

После подстановки значений \J)_KP и Р_ку в формулу (67) находим критическую скорость автомобиля

CW = °'^5В*8 = Г (68)

1/ Ои^р 1/ / 0_Kh% ч

X —fir X ^{0Лк +} 1—rjr)

f ^су.а—О_к Л_Кр f \ Су.а— С/_кЛ_кр /

'у.а ⁼⁼ 0,5 (Вр\ С_р1^г + В1₂С_рЛ2

\ ^тп

Сравнение формул (65) и (68) показывает, что при наличии уп­ругой подвески уменьшается критическая скорость по условиям оп­рокидывания. В среднем и'_ОПр на 10—15% меньше »_опр. Для умень­шения вероятности опрокидывания автомобиля следует увеличи­вать угловую жесткость подвески и уменьшать плечо крена. Для увеличения с_у._а устанавливают стабилизаторы поперечной устой­чивости, позволяющие уменьшать угол крена кузова без увеличе­ния вертикальной жесткости подвески.

Как показывает формула (67), на автомобиль в процессе кри­волинейного движения действуют два момента, противоположных по направлению: опрокидывающий момент силы Р_пу и восстанав­ливающий момент силы G_K. При равенстве этих моментов внутрен­ние колеса автомобиля начинают отрываться от дороги. Если после этого опрокидывающий момент увеличится из-за возрастания v или уменьшения R, то автомобиль начнет наклоняться в сторону действия силы Р_ку. Однако отрыв колес от дороги не всегда при­водит к опрокидыванию автомобиля. Если опрокидывающий и вос­станавливающий моменты равны, то автомобиль может двигаться только на внешних колесах. Такое положение можно наблюдать, например, на аттракционах типа автородео, где хорошо натрени­рованный водитель при движении по окружности сознательно уве­личивает скорость, добиваясь отрыва колес от дороги, после чего автомобиль в таком положении можно вести довольно долго.

В эксплуатационных условиях опрокидывающий момент обыч­но возникает неожиданно и быстро увеличивается, так что водитель не успевает снизить скорость или повернуть рулевое колесо, и оп­рокидывание автомобиля становится неизбежным.

4. УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕРЕДНЕГО И ЗАДНЕГО МОСТОВ

При определении скорости и_ск предполагалось, что продольные силы отсутствуют и оба моста автомобиля скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление в практике наблюдает­ся редко, обычно раньше начинают скользить колеса одного из мос­тов: заднего или переднего. Для качения колеса без поперечного и продольного проскальзывания необходимо соблюдение условия

Реп = ЯгФ ^ VRI + Rh

где R_x, R_y и R_z — касательная, поперечная и нормальная реак­ции дороги на колесо.

Огсюда ■

Ф > ViRl/RI) + {RVRD = Ух² + {RVRD,

где х = RJR_Z — удельная касательная реакция, равная для ве­дущего колеса Р_т//?_г, а для тормозного P_rop/R_z', для ведомого ко­леса х = /•

Подставим вместо поперечной силы ее значение по формуле (60), тогда

Ф² = X² + (GvVgRRJ².

Не учитывая динамических нагрузок на колеса, можно прибли­женно принять R_Z = G. Следовательно, максимальная скорость, с которой автомобиль может двигаться без скольжения при совмест­ном действии касательных и поперечных сил,

= VgRV Ф²-Х².

Скорость г/_ск меньше скорости v_CK, определенной по формуле (63) для случая равномерного движения автомобиля и разгона, примерно на 10—20%. При интенсивном торможении х « ф, при этом v'_0H «0, и даже небольшое отклонение автомобиля от прямо­линейного движения может привести к заносу.

Аналогично можно получить формулы, определяющие условия устойчивости переднего и заднего мостов. Соответствующие крити­ческие скорости определяют по формулам?

Уем = VtthgR (ф² - X⁸) cos 0; (69)

t>c_Ba ⁼ VtnsgR (Ф- — X⁸),

где т₁ и т₂ — коэффициенты изменения вертикальных реакций; для двухосных автомобилей при движении под действием силы тяги

т₁ — 0,8ч-0,9; m„ = 1,05-г-1,1; при торможении m_l = 1,2-i-1,3 и т₂ = 0,7-^0,8.

При активных режимах движения у заднеприводных автомобилей Xi < %2- При торможении колёса заднего моста разгружаются, а переднего нагружаются и т_х > т₂. Поэтому в обоих случаях t>_CKi> > d_ch2, т. е. наиболее вероятен занос заднего моста.

На рис. 25, а показан автомобиль, движущийся криволинейно по дуге радиуса R. Если скорость автомобиля о превысит критиче­ское значение v_{c к2}, то задний мост будет проскальзывать в попереч­ном напоавлении с некоторой скоростью v_y2 В результате сложения скоростей задний мост начнет перемещаться по направлению век­тора v₈ и радиус уменьшится до R_v Уменьшение радиуса вызовет увеличение центробежной силы, что в свою очередь приведет к даль­нейшему уменьшению радиуса. При некотором значении радиуса на­чнут проскальзывать колеса переднего моста. Однако скорость по­перечного скольжения заднего моста все время будет расти быстрее, и автомобиль будет двигаться по дуге непрерывно уменьшающегося радиуса. Такое движение автомобиля называется заносом. Заноо чрезвычайно опасен, так как развивается обычно быстро и может привести к выходу автомобиля за пределы полосы движения или оп­рокидыванию.

Если у_ск1 < о_ск2, то при v = у_ск1 начинается поперечное сколь­жение переднего моста со скоростью v_ul (рис. 25, б). В этом случае передний мост перемещается по направлению вектора о₃ и радиус увеличивается от R до R_v Увеличение радиуса приводит к умень­шению центробежной силы, и скорость vух понижается. Следователь­но, такой автомобиль не может войти в занос, хотя может частично утратить управляемость.

Чтобы прервать начавшийся занос, нужно прекратить тормо­жение или подачу топлива, уменьшив тем самым величину Кро­

Рис. 26. Испытание автомобиля на поперечную устойчивость: а — схема испытательного участка; 6 — испытание на опрокидывание

ме того, нужно повернуть передние колеса в сторону скольжения заднего моста. Пусть во время начала заноса передние колеса зани­мали нейтральное положение и центр поворота находился в точке О (рис. 25, в). После поворота колес на угол 0 центр поворота сместит­ся в точку О_х и радиус поворота увеличится от R до R_u а центробеж­ная сила уменьшится.

При испытаниях автомобиля на поперечную устойчивость го­ризонтальную площадку с сухим ровным асфальто-или цементобе- тонным покрытием размечают, как показано на рис. 26, а. Прямо­линейный участок длиной 50 м соединяют переходной кривой с ок­ружностью, радиус которой для пассажирских автомобилей с чис­лом мест менее 8 равен 35 м, для других автомобилей 25 м.

Автомобиль оборудуют навесными колесами, предотвращающими его опрокидывание (рис. 26, б). Водитель ведет автомобиль посере­дине размеченного коридора, от заезда к заезду увеличивая скорость на 0,3—0,5 м/с. Испытания прекращают при начале заноса, опроки­дывания и утрате управляемости (автомобиль не вписывается в по­ворот).

Показателем устойчивости служит средняя скорость по пяти-ше- сти зачетным заездам.