Влияние конструктивных параметров автомобиля на его поперечную устойчивость

Устойчивость кузова против бокового наклона при действии на него боковой силы оценивают коэффициентом С поперечной устойчивости кузова:

Где λ – приведенная угловая жесткость подвески и шин автомобиля в Н∙см/радиан;

- сила веса подрессоренных масс автомобиля в Н;

- расстояние от центра тяжести подрессоренных масс до оси поперечных колебания автомобиля.

Приведенная угловая жесткость подвески и шин автомобиля определяется величиной момента, который нужно приложить в поперечной плоскости, проходящей через центр тяжести кузова, чтобы наклонить его на определенный угол относительно плоскости дороги.

Расстояние от центра тяжести подрессоренных масс до оси поперечных колебаний кузова может быть определено при известном расположении этой оси на автомобиле. При симметричной конструкции автомобиля центр поворота кузова лежит в продольной плоскости. Кинематические исследования подвески разных типов дают основание полагать, что при зависимой подвеске центр поворота располагается между уровнем расположения опорных площадок рессор и уровнем их крепления к кузову.

При независимой подвеске на одном рычаге центр поворота лежит выше шарниров крепления рычагов к кузову.

При независимой подвеске на двух поперечных рычагах центр поворота лежит около плоскости опоры колес.

Большое влияние на поперечную устойчивость автомобиля оказывает распределение масс вдоль его продольной оси. В легковых автомобилях массы распределяют так, чтобы части веса, приходящиеся на переднюю и заднюю оси, были примерно равными ( ).

Такое распределение веса по осям можно получить различным расположением масс вдоль продольной оси автомобиля, влияющим на момент инерции автомобиля относительно вертикальной оси , проходящей через центр тяжести (центр масс). Величина этого момента инерции оказывает существенно влияние на поперечную устойчивость автомобиля.

Наиболее опасным для устойчивости автомобиля является занос задней оси; наиболее вероятен занос задней оси при входе автомобиля в поворот, т.е. в момент увеличения угла поворота управляемых колес. В этих условиях движения величина боковой силы, действующей на задние колеса автомобиля, определяется уравнением ( ).

Произведение

определяет собой величину инерционного момента, действующего на автомобиль при его повороте и уменьшающего боковую силу, нагружающую задние колеса. Таким образом, увеличение этого момента способствует улучшению поперечной устойчивости автомобиля.

При проектировании автомобиля можно увеличить его момент инерции

Располагая все массы возможно дальше от середины базы автомобиля, тем самым увеличивая радиус инерции. Это достигается обычно размещением багажника, запасного колеса, топливного бака, а иногда и двигателя возможно дальше от середины базы.

Задача №3

Автомобиль движется со скоростью V (м/с). Определить амплитудное значение момента стремящегося повернуть колеса относительно поворотных стоек. Момент дисбаланса правого и левого колеса одинаковый и равен М_дб (Нм), радиус колес r_k (м), длина поворотной цапфы L_ц (м). Неуравновешенные массы правого и левого управляемых колес смещены по фазе на 180⁰ .

Рис Схема к задаче 3. Амплитуда – наибольшее значение, момента от центробежных сил инерции, стремящегося повернуть колеса относительно поворотных стоек и нарушающего управляемость автомобиля, определяется при положении сил в горизонтальной плоскости.

Определить величину неуравновешенной массы колес из условия, что

где m - масса на колесе создающая дисбаланс.

Из условия неуравновешенности, масса (добавленная на колесо) определится по уравнению:

Момент от центробежных сил определяется по формуле:

где ω - угловая частота вращения колеса автомобиля.

Угловая частота вращения автомобиля определяется по формуле кинематической связи:

Амплитудное значение момента от центробежных сил определяется по уравнению ( ).

Пример.

По дороге движутся два грузовых автомобиля, один порожний, другой с грузом на платформе. Требуется определить, какие максимальные скорости движения на поворотах с радиусом R= 50 м могут быть допущены для обоих автомобилей, не вызывая их бокового опрокидывания.

Исходные данные: колея автомобиля B =1,6 v, вертикальная координата центра тяжести порожнего автомобиля h=0,84 м, груженого h¹= 1,33 м, дорога имеет поперечный уклон =3⁰, направленный в сторону центра закругления.

Определяем предварительно предельные статические углы поперечной устойчивости автомобилей по формуле ( )

У порожнего автомобиля:

У груженого автомобиля:

Допустимые максимальные скорости движения на повороте (см схему на рис ) подсчитываем по формуле ( ).

Скорость движения на повороте для порожнего автомобиля :

Скорость движения на повороте для груженого автомобиля:

Сравнительная оценка скоростей движения автомобиля на повороте порожнего и груженого:

Результаты расчета показывают, что при наличии груза на платформе безопасная скорость движения автомобиля по опрокидыванию на повороте оказалась на 25% ниже, чем при движении без груза.

Пример

При движении автомобиля по дуге окружности радиусом R (м) производится его притормаживание с замедлением ј (м/с²). Определить критические скорости по боковому скольжению передней и задней осей на дороге с коэффициентом сцепления . Соотношение тормозных сил на передних и задних колесах составляет 2:1, высота расположения центра тяжести h (м), колея B (м), центр тяжести автомобиля расположен на середине длины его продольной базы.

Величина тормозной силы при известном замедлении автомобиля равна силе инерции т.е.

.

С учетом заданного соотношения тормозных сил на передних и задних колесах силы торможения будут соответственно равны:

.

Критические скорости автомобиля по боковому скольжению осей при его повороте (см схему на рис ) подсчитываем по формуле:

Учитывая, что по условию задачи L=2a, подставляем силы торможения для передней оси и задней оси автомобиля, получаем соответственно расчетные формулы:

Маневренность — это способность автомобиля изменять свое положение под управлением водителя на ограниченной площади в условиях, требующих движения по траекториям большой кривизны, с резким изменением направления движения, в том числе и задним ходом.

Маневренность характеризуется внешним минимальным габаритным радиусом поворота. Это расстояние от центра поворота до наиболее выступающих частей кузова при максимальных углах поворота управляемых колес.

Проходимость автомобиля — это совокупность свойств, обеспечивающих способность автомобиля преодолевать препятствия, двигаться в ухудшенных дорожных условиях (влага, снег, деформируемый грунт) и по бездорожью — уклонам, барьерным, дискретным препятствиям.

В зависимости от проходимости транспортные средства подразделяются на дорожные (обычной проходимости), повышенной проходимости, высокой проходимости.

Автомобили дорожные предназначены для езды по дорогам с твердым покрытием. Конструктивными признаками дорожных автомобилей являются: отсутствие полного привода ("колесная формула" автомобилей — 4x2), шины с дорожным или универсальным рисунком протектора.

Автомобили повышенной проходимости предназначены для езды по дорогам с твердым покрытием, бездорожью, преодоления мелководных преград. Их конструктивными признаками являются полный привод, колеса, оснащенные широкопрофильными, арочными, тороидными шинами с грунтозацепами, системой регулирования давления воздуха в шинах. Автомобили повышенной проходимости в большинстве случаев имеют трансмиссию с блокируемым дифференциалом и средствами самовытаскивания.

Транспортные средства высокой проходимости предназначены для использования в условиях бездорожья, преодоления естественных и искусственных препятствий, а также водных преград. Такие транспортные средства называются вездеходами. Они отличаются своеобразной компоновочной схемой, полным приводом, наличием в трансмиссии самоблокирующихся дифференциалов, использованием специальных шин (сверхнизкого давления, пневмокатков и т. д.). Вездеходы часто оснащаются водяным движителем и пригодны для передвижения по воде.

Выделяют профильную и опорную проходимость.

Профильная проходимость — это способность преодолевать неровности дороги, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения. Профильная проходимость зависит от конструктивных особенностей автомобиля (дорожного просвета, углов въезда и съезда, продольного радиуса проходимости, угла преодолеваемого подъема).

Дорожный просвет — расстояние от наиболее низко расположенной точки автомобиля до опорной поверхности. Дорожный просвет определяет возможность движения по мягким грунтам и через препятствия.

Углы въезда и съезда — углы между опорной поверхностью и плоскостью, касательной к окружностям наружных диаметров передних (задних) колес и проходящей через точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого угла. Показатель характеризует возможность преодоления препятствий с короткими подъемами и спусками. С увеличением углов въезда и съезда растет проходимость автомобиля.

Угол въезда (рис.), угол съезда (рис.), продольный угол (рис.) определяются по международному стандарту ИСО 612-78 "Транспорт дорожный. Размеры автомобилей и тягачей с прицепами. Термины и определения".

	Угол въезда
	Угол съезда
	Продольный угол проходимости

Межосевой дорожный просвет — это кратчайшее расстояние между опорной плоскостью и самой нижней точкой транспортного средства, находящейся на его жестком элементе.

Рис. Межосевой дорожный просвет

Дорожный просвет под одной осью — это расстояние между верхней точкой дуги окружности, проходящей через центры пятен контактов шин одной оси (в случае сдвоенных шин — шин внутренних колес оси) и касающейся самой нижней точки транспортного средства, жестко зафиксированной между колесами, и опорной плоскостью (рис.).

Рис. Дорожный просвет под осью

Ни одна жесткая часть транспортного средства не должна находиться, полностью или частично, в заштрихованной зоне рисунка.

Дорожные просветы под несколькими осями указываются исходя из последовательности их расположения, например "280/250/250".

Продольный радиус проходимости — радиус цилиндра, касательного к окружностям, описанным свободными радиусами соседних колес, наиболее разнесенных по базе, и проходящего через точку контура нижней части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого цилиндра. Показатель характеризует возможность передвижения по дороге с буграми, гребнистыми препятствиями, насыпями.

Наибольший угол преодолеваемого подъема — угол подъема, имеющего протяженность не менее двукратной длины автомобиля и ровную поверхность, преодолеваемый автомобилем без использования инерции, нарушений условий нормальной работы агрегатов и безопасности движения.

Опорная проходимость — способность двигаться в ухудшенных дорожных условиях и по деформируемым грунтам.

Вода, деформируемый грунт, снег и Лед являются промежуточными слоями и ослабляют контакт шины с дорогой, снижают коэффициент сцепления, коэффициент сопротивления боковому уводу шины, ограничивают полную тяговую силу, снижают устойчивость движения и управляемость автомобиля.

Показатели опорной проходимости стандартом для легковых автомобилей не нормируются.

В практике показателями опорной проходимости являются сцепная масса, удельная мощность, мощность сопротивления качению, мощность сопротивления движению, полная сила тяги, свободная сила тяги, коэффициент свободной силы тяги.

Сцепная масса — часть массы, создающая нормальные нагрузки ведущих колес автомобиля. Ее считают одним из основных показателей, определяющих уровень проходимости.

Коэффициент сцепной массы — отношение сцепной массы к полной массе автомобиля.

Конструктивным фактором, влияющим на проходимость автомобиля, является "колесная формула". Наибольшие значения коэффициента сцепления имеют автомобили с "колесной формулой" 4x4.

Проходимость нагруженных легковых автомобилей выше, чем ненагруженных, поскольку больше коэффициент сцепной массы.

С увеличением ширины профиля шины проходимость повышается (кроме песчаного грунта), а на грунтах с небольшим переувлажненным слоем снижается.

Проходимость повышается с увеличением удельной мощности двигателя, что позволяет двигаться по труднопроходимым участкам на повышенной скорости, сократить время нагрузки на грунт, минимально деформировать его и не разрывать силовой поток переключением передач.