3.3.3. Управляемость колесной машины

Управляемостью колесной машины называется совокупность свойств конструкции, обеспечивающих сохранение ее движения по траектории, заданной управляемыми колесами. Управляемость колесной машины зависит в основном от кинематической связи между управляемыми колесами, осуществляемой рулевой трапецией, увода колес, стабилизации и колебаний управляемых колес.

На рис. 5.5 показана схема поворота колесной машины при условии, что все колеса вращаются без бокового скольжения и без боковых деформаций шин. В этом случае мгновенный центр поворота (точка О ) находится на пересечении перпендикуляров к направлению движения всех его колес. Передние управляемые колеса отклоняются от нейтрального положения на разные углы а и , так как при повороте машины они находятся на различных расстояниях от центра поворота. При этом должно соблюдаться условие ctgaH — ctga6H = 2a/L.

Рис. 5.5. Схема поворота автомобиля с передними управляемыми колесами

Соблюдение этого условия обеспечивается рулевой трапецией, конструкция которой с достаточным приближением позволяет поворачивать управляемые колеса на неодинаковые углы при больших углах поворота, наиболее часто встречающихся в процессе эксплуатации машины. При малых углах поворота (12 + 15 ⁰) оба колеса поворачиваются примерно на одинаковые угль что позволяет использовать в расчетах средний угол поворота О .

Если условие (6.5) не соблюдается, т. е. управляемые колеса поворачиваются на равные угль то движение колесной машины при повороте будет сопровождаться боковым скольжением направляющих колес, затрудняющим поворот, повышающим износ шин и расход топлива.

В машинах повышенной проходимости, где управляемые колеса являются одновременно и ведущими, толкающие силы передних колес не дают боковых составляющих, стремящихся отклонить колеса от заданного направления. Этим обеспечивается лучшая управляемость на повороте машин с передними ведущими колесами.

3.3.4. Условие качения управляемых колес без скольжения

При движении колесной машины с управляемыми передними колесами на повороте условно можно считать, что колеса повернуты относительно нейтрального положения на средний угол О (см. рис. 5.5). Тогда к середине передней оси в точке 01 приложена сила Р , которая может быть разложена на две составляющие: силу Рх. , параллельную управляемым колесам, и поперечную силу Р , совпадающую по направлению с центробежной силой Рч] , действующей в передней части машины и направленной от центра поворота вдоль радиуса Rl .

Составляющая Рх. при равномерном движении колесной машины преодолевает силу сопротивления качению Pf передних колес и по существу равна ей по величине, т. е. Рх. = Pf = Glfa. Величина поперечной составляющей, действующей в передней части

автомобиля, может быть выражена отношением сторон: Р /sinO =Px/cosO, откуда Р =PxtgO.

Подставляя в полученное уравнение значение Рх. , получим Ру = Pftg0 = Glfatg0

На переднюю ось приходится значительная часть массы автомобиля, которую тоже можно считать условно приложенной в точке 01 ; тогда действующая на переднюю ось центробежная сила

Рч] = nqvatg0/Lcos0 ,

где 1711 — масса машины, приходящаяся на переднюю ось.

Центробежная сила Р и поперечная сила Ру] будут стремиться вызвать боковое скольжение управляемых колес. Противодействовать скольжению будет сила Рр] сцепления колес с дорогой. Для качения колеса без скольжения необходимо, чтобы сила сцепления Р была бы больше или равна геометрической сумме касательной реакции Х и поперечной реакции Ук (см. рис. 6.3), действующих в области контакта колеса с дорогой. Возникновение этих реакций возможно лишь в том случае, когда на колесо действует нормальная реакция Z

4

Рис. 6.3. Реакции дороги, действующие на колесо автомобиля

Для того чтобы колеса катились без скольжения, необходимо соблюдать условие

= ара> х ² +У2

+ РТ S - х: ф pa -fa2

Критической скоростью vynp по условиям управляемости называется скорость, при

которой колесная машина будет двигаться без бокового скольжения управляемых колес.

Исходя из формул (7.5), (8.5) и (9.5) можно определить

упр

Если скорость колесной машины больше скорости то управляемые колеса при

повороте проскальзывают в поперечном направлении, так как поворот колес не изменяет направления движения машины. Критическая скорость уменьшается с увеличением угла О . Чем меньше радиус поворота машины, тем меньше должна быть скорость ее движения. На дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления р во много раз больше коэффициента сопротивления качению f , поэтому колесная машина сохраняет управляемость по кривым малых радиусов. При движении по дорогам с обледенелым покрытием, а также по песку или снегу значения коэффициентов р и f сближаются, что приводит к снижению критической скорости.

Если коэффициент сцепления колес с дорогой р = f / cos О , то подкоренное выражение в формуле (10.5) равно нулю, и машина вынуждена совершать поворот с весьма малой скоростью. Если р > f/ cos О , то поворот совершается в пределах критической скорости. Если р < f / cos О , то машина становится неуправляемой, так как скорость УПР является мнимой величиной.

При блокировке тормозами передних колес во время поворота колесной машины поперечная реакция дороги возникнуть не может и управляемые колеса не изменяют направления движения машины, т. е. происходит потеря управляемости, переходящая в неуправляемый занос.