(С уводом)

Оценим управляемость автомобиля, движущегося прямолинейно по горизонтальной дороге, в случае действия бокового ветра или на участке дороги с поперечным уклоном, т.е. боковой силы Р_у.

Если автомобиль имеет нейтральную (нормальную) поворачиваемость, то = = _у и он движется прямолинейно под углом к своей продольной оси (рис. 6.12, а).

Чтобы автомобиль двигался без увода, необходимо управляемые колеса повернуть направо на угол _у. Хотя этот маневр несложный, но при большой скорости динамический коридор существенно увеличивается и появляется опасность столкновения со встречным транспортом.

Если автомобиль обладает недостаточной поворачиваемостью ( > ), то он поворачивается около мгновенного центра поворота О (рис. 6.12, б). При этом возникает центробежная сила Р_ц.у, направленная противоположному Р_у направлению и препятствующую появлению заноса. Автомобиль в такой ситуации сохраняет управляемость.

Рис. 6.12. Схемы движения автомобилей с эластичными шинами:

а – с нейтральной поворичиваемостью;

б - с недостаточной поворачиваемостью; в - излишней поворачиваемостью

В случае несовпадения точек приложения этих сил (точки О₁ и О₂, рис. 6.12), возможно появление разворачивающего момента М, направленного в данном варианте по часовой стрелке.

При излишней поворачиваемости ( < ) автомобиль поворачивается около мгновенного центра поворота О, а возникшая центробежная сила Р_цу сложится с возмущающей силой Р_у (рис. 6.12, в). Тогда автомобиль будет двигаться по траектории все уменьшающегося радиуса, пока не начнется занос. Такой автомобиль очевидно является неустойчивым и при определенных условиях может потерять управляемость.

Для количественной оценки шинной поворачиваемости автомобиля служит коэффициент поворачиваемости

(6.18)

где и — коэффициент сопротивления уводу переднего и заднего мостов автомобиля. При излишней шинной поворачиваемости автомобиля , при нейтральной , а при недостаточной . Например, у автомобиля ВАЗ 2110 без нагрузки = 0,84, а с полной нагрузкой = 1,10. У автомобиля ЗИЛ 130 в снаряженном состоянии = 0,51, с полной нагрузкой = 1,35. Следовательно, при полной нагрузке автомобили имеют излишнюю поворачиваемость.

Потеря управляемости у автомобиля, имеющего излишнюю поворачиваемость, может наступить и при отсутствии боковой силы. Например, при достижении автомобиля некоторой критической скорости. Для оценки V_кр будем учитывать лишь центробежные силы. Тогда

(6.19)

Поскольку из выражения (6.17) следует, что

то при достижении автомобилем V_кр для движения его по траектории радиуса R_б угол  поворота управляемых колес должен быть равен нулю. Тогда из формул (6.18), и (6.19) получим

(6.20)

В выражение (6.20) не входит радиус поворота автомобиля. Это значит, что при достижении автомобилем критической скорости даже прямолинейное движение его становится неустойчивым.

Для автомобиля с нормальной поворачиваемостью

При недостаточной поворачиваемости

,

т.е. критическая скорость отсутствует. Поэтому при конструировании автомобиля стремятся получить небольшую недостаточную поворачиваемость. Это можно достичь смещением центра тяжести легкового автомобиля ближе к передней оси и уменьшением давления воздуха в шинах передних колес. У грузовых автомобилей со спаренными задними колесами несмотря на то, что b > 0, углы увода передних колес больше, чем у задних. Если , то необходимо чтобы у автомобиля .

Увод колеса возникает также при его наклоне (развале). Если направление поперечной силы совпадает с направлением развала колеса, то увод возрастает. Развал колеса, равный 1⁰, вызывает увод на угол 10 - 20⁰.

Креновая поворачиваемость. На рис. 6.13 показан задний мост автомобиля с рессорной подвеской, который совершает правый поворот. Передние концы рессор соединены с кузовом простым шарниром, а задние — с помощью серьги. При прогибах рессоры задний мост перемещается по дуге ММ (рис. 6.13, б).

Под действием поперечной силы Р_ку кузов автомобиля наклоняется, вызывая сжатие левых рессор и распрямление правых. Левая рессора, сжимаясь, перемещает задний мост назад (в точку А), а правая, распрямляясь, перемещает его вперед (в точку В). В результате задний мост поворачивается в горизонтальной плоскости по часовой стрелке (рис. 6.13, в). Поэтому в зависимости от расположения шарнира (или серьги) креновая поворачиваемость автомобилей под действием одной и той же возмущающей силы будет различна. Максимальное значение угла поперечного крена обычно ограничено упорами, предусмотренные в конструкции подвески.

Рисунок 6.13. Поворот заднего моста при крене кузова

При анализе управляемости автомобиля необходимо учитывать влияние на управляемость конструкции подвески и форму кузова автомобиля. Влияние конструкции подвески на управляемость автомобиля объясняется зависимостью угла увода колес от их наклона к плоскости дороги. При повороте автомобиля колеса с независимыми (рычажными) подвесками наклоняются в сторону, противоположную от центра поворота и возникающие при этом дополнительные уводы колес увеличивают уводы от действия центробежных сил инерции. Чтобы не создавать для автомобиля условий избыточной поворачиваемости и тем самым повысить его управляемость, задние колеса автомобилей, как правило, устанавливают на зависимых подвесках.

При двухрычажнеой подвеске (рис. 6.14,а) колесо наклоняется в сторону крена кузова в направлении действия поперечной силы Р_у, что увеличивает угол увода моста, а при однорычажной подвеске (рис. 6.14, б) колеса наклоняются в сторону, противоположной направлению Р_у., что уменьшает угол увода.

Рис. 6.14. Схемы движения автомобилей с независимой рычажной подвеской

Для обеспечения недостаточной поворачиваемости автомобиля необходимо, чтобы угол увода переднего моста был больше угла увода заднего моста. Поэтому у легковых автомобилей, у которых а b , наиболее распространена передняя независимая подвеска на двух рычагах. Заднюю подвеску выполняют зависимой или независимой на одном поперечном рычаге.

Поскольку расчет траектории с учетом всех факторов трудоемок, то в практике поперечное смещение автомобилей определяют, считая шины жесткими, а расстояние смещения х_м уточняют, применяя поправочный коэффициент , который показывает, во сколько раз фактический путь маневра х_ф больше расчетного х_м. Для сухого асфальтобетонного покрытия , для мокрого — , а для гололеда - .

Критическая скорость автомобиля по управляемости уменьшается при снижении коэффициента сцепления. Поэтому потеря управляемости наиболее вероятна в случае движения автомобиля по мокрым и скользким покрытиям.

Форма кузова легкового автомобиля оказывает существенное влияние на управляемость потому, что она определяет точку (метацентр) приложения равнодействующей сил, вызванных боковым ветром. Рассмотрим схему сил, действующих на прямолинейно движущийся автомобиль при наличии бокового ветра (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Схема сил, действующих на автомобиль при боковом ветре

Действие бокового ветра вызывает увод передней и задней осей автомобиля. Если метацентр расположен впереди центра масс, то автомобиль начнет поворачиваться в направлении действия ветра. Это вызовет появление центробежной силы P_ц, которая образуя с силой ветра Р_б момент, увеличит стремление автомобиля к повороту. Если метацентр расположен за центром масс автомобиля, то при действии бокового ветра (боковая сила Р_б'), автомобиль будет стремиться повернуться против ветра. Возникшая при этом центробежная сила Р_ц' будет стремиться уменьшить поворот автомобиля. Поэтому для обеспечения автомобилю наилучшей управляемости при боковом ветре, необходимо кузову придавать такую форму, чтобы метацентр был расположен за центром масс. Для смещения метацентра назад понижают капот двигателя, а в задней части применяют высокое оперение задних крыльев.