Безопасность транспортных средств

Для того чтобы прервать начавшийся занос заднего моста автомобиля, необходимо прежде всего уменьшить касательную реакцию на ведущих колесах, прекратив торможение или уменьшив подачу топлива, то есть уменьшить величину χ. Кроме того, необходимо

повернуть передние колеса в сторону заноса заднего моста.

Пусть в момент начала заноса передние колеса были в нейтральном положении и центр поворота находился в точке О (рис. 6.11). После поворота передних колес на угол θ вектор скорости перед-

него моста V1 повернется на такой же угол и центр поворота сме-

стится в точку О1. Радиус поворота автомобиля R увеличится до R1 , что уменьшит центробежную силу, вызвавшую занос.

Рис. 6.11. Схема вывода автомобиля из заноса

Для более активного противодействия заносу заднего моста нужно повернуть рулевое колесо на еще больший угол, вследствие чего центр поворота переместится по другую сторону автомобиля и центробежная сила, изменив свое направление, будет препятствовать заносу. Поэтому чтобы не начался занос заднего моста в противоположную сторону, необходимо сразу после прекращения заноса вернуть управляемые колеса в нейтральное положение.

101

6.7.Продольная устойчивость автомобиля

Усовременных автомобилей с низко расположенным центром тяжести опрокидывание в продольной плоскости маловероятно и практически исключено. Потеря продольной устойчивости может проявиться в буксовании ведущих колес, вызывающем сползание автомобиля, например, во время преодоления автопоездом крутого подъема большой длины (рис. 6.12).

hц Gsinα

Рис. 6.12. Схема движения автопоезда на подъем

Определим максимальный угол подъема α, который при равно-

мерном движении может преодолеть автопоезд без буксования ведущих колес тягача. Примем, что силы сопротивления качению и силы воздуха отсутствуют.

Из условий равновесия тягача имеем

Rх2 G Gпр sin .

Второе уравнение составляем из условия равновесия моментов сил относительно точки контакта передних колес с дорогой:

G cos a G sin hц Rz2L Gпр sin hпр 0,

где Gпр – вес прицепа;

hпр – высота сцепного устройства.

102

Выразим из этого уравнения Rz2:

Rz2 G cos a G sin hц Gпр sin hпр .

L

Максимальная величина касательной реакции ограничена сцеплением шин с дорогой, то есть

Rx2 Rz2 x G cos a G sin hц Gпр sin hпр x .

L

Приравняем два выражения для определения Rx2:

G Gпр sin G cos a G sin hц Gпр sin hпр x

L

или

L G Gпр sin (G cos a G sin hц Gпр sin hпр) x .

Раскрыв скобки и разделив обе части этого уравнения на cosα, получим

LG tg LGпрtg Ga x Ghц x tg Gпрhпр x tg .

Отсюда получаем выражение для критического угла подъема, при котором возможно движение автопоезда без буксования ведущих колес тягача

103

Согласно полученному выражению критическийугол αбукс во многом зависит от коэффициента сцепления х. Для автопоездов при коэффициенте сцепления х 0,3 этот угол не превышает 4–6о. Этим

объясняется часто наблюдаемое в зимнее время буксование ведущих колес тягачаавтопоезда на сравнительно пологих подъемах.

Для одиночного автомобиля Gпр 0, поэтому

Для одиночных автомобилей классической компоновки с колесной формулой 4 2 критический угол подъема αбукс находится

в пределах 10–12о.

Для переднеприводного одиночного автомобиля

Для двухосного полноприводного автомобиля максимальное значение касательных реакций на колесах

Rx1 Rx2 (Rz1 Rz2 ) x G cos x.

Из условий равновесия получаем

Rx1 Rx2 G sin .

Приравняв эти выражения и разделив полученное уравнение на cosα, получим

αбукс arctg x .

Такие автомобили могут преодолевать крутые подъемы без потери продольной устойчивости даже на мокрых и скользких доро-

гах ( букс = 17–19о).

104

7. УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

7.1. Значение управляемости автомобиля для безопасности движения

Дорожная обстановка непрерывно меняется, требуя от водителя постоянной готовности изменить характер движения автомобиля. Для этого автомобиль должен иметь возможность под действием водителя легко и быстро изменять свое положение на дороге.

Управляемостью называется свойство автомобиля обеспечивать движение в направлении, заданном водителем.

При плохой управляемости автомобиля действительное направление движения не совпадает с желаемым и поэтому необходимы дополнительные управляющие воздействия со стороны водителя. Это приводит к «рысканию» автомобиля по дороге, увеличению динамического коридора и утомлению водителя. При особенно неблагоприятных обстоятельствах плохая управляемость может стать причиной столкновений автомобилей, наездов на пешеходов или выезда за пределы дороги.

Управляемость автомобиля оценивают по следующим измерителям: критическая скорость по управляемости, поворачиваемость автомобиля, стабилизация управляемых колес и их угловые колебания.

7.2. Критическая скорость автомобиля по условиям управляемости

Если автомобиль на повороте достиг такой скорости, при которой управляемые колеса скользят в поперечном направлении, то в этом случае их поворот не изменяет направление движения автомобиля, то есть автомобиль теряет управляемость. Определим так называемую критическую скорость по условиям управляемости. Мы частично касались этого вопроса в разделе «Устойчивость автомобиля», но тогда при определении условий устойчивости переднего моста автомобиля мы учитывали только действие центробежной силы, а вернее, ее поперечной составляющей, действующей на передний мост, которая, как мы определили:

105

но

mbL m1,

где m1 – масса автомобиля, приходящаяся на передний мост. Тогда

Py1 m1V 2 .

Rcos θ

При движении автомобиля классической компоновки на повороте на его передний мост, кроме центробежной силы, действует толкающая сила от задних колес Р. Продольная составляющая этой

силы Рх параллельна плоскости вращения управляемых колес, а поперечная Ру перпендикулярна к ней (рис. 7.1).

θ

О

Рис. 7.1. Силы, действующие на передний мост автомобиля на повороте

106

При равномерном движении продольная составляющая Рх равна силе сопротивления качению колес переднего моста Рх Рк1 G1 f , а поперечная составляющая – Py Pхtgθ G1 ftgθ.

Сумма сил Ру1 и Ру образует суммарную поперечную силу Рсум, котораястремится вызвать боковоескольжениеуправляемых колес:

Условие качения колеса без скольжения

откуда

Py Rz2 2 Px2 .

Подставим в полученное выражение значения входящих в него сил, действующих на передние колеса:

107

Решив это уравнение относительно V , определим критическую скорость автомобиля по условиям управляемости:

На дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления обычно во много раз превышает коэффициент сопротивления качению f, поэтому автомобиль даже при высокой скорости движения сохраняет управляемость. При движении по скользким дорогам с обледенелым покрытием, а также по глубокому песку или снегу

значения и f сближаются, что приводит к снижению критической скорости по управляемости. Если f , то Vупр 0 и автомобиль

теряет управляемость.

У переднеприводных автомобилей толкающая сила со стороны колес заднего моста отсутствует и, кроме того, направление силы тяги на передних колесах совпадает с плоскостью их вращения. Поэтому автомобили с передними ведущими колесами обладают лучшей управляемостью в сложных дорожных условиях.

7.3. Поворачиваемость автомобиля

Поворачиваемостью называют свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес. Существуют две основные причины поворачиваемости: увод колес, связанный с поперечной эластичностью шин, и поперечный крен кузова, связанный с эластичностью подвески. Соответственно различают шинную и креновую поворачиваемости автомобиля.

7.3.1. Шинная поворачиваемость автомобиля

Качение эластичного колеса, нагруженного поперечной силой, имеет свои особенности, так как такое колесо может катиться без скольжения под некоторым углом к своей плоскости. Такое качение колеса называют уводом, а угол, который образует вектор ско-

108

рости центра колеса с его плоскостью вращения, называют углом увода δув (рис. 7.2).

V δув

Py

Рис. 7.2. Увод колеса под действием поперечной силы

Поперечная сила Ру и угол увода δув связаны следующей зависимостью:

Ру Kувδув,

где Kув – коэффициент сопротивления уводу (первая производная

от поперечной силы по углу увода), Н/рад.

Величина Kув зависит от многих факторов, из которых наиболь-

шее значение имеют вертикальная и касательная реакции, приложенные к колесу, и наклон колеса к вертикали. Зависимость угла увода от поперечной силы имеет сложный характер, однако при ма-

лых углах δув (до 4–6о) ее считают примерно линейной, а коэффи-

циент сопротивления уводу постоянным. Для шин легковых автомобилей коэффициент сопротивления уводу принимают Kув = 15–

40 кН/рад; для шин грузовых и автобусов Kув = 60–120 кН/рад.

Для автомобиля с жесткими шинами углы увода передних и задних колес отсутствуют, то есть δ1 δ2 0, и траектория его движе-

ния зависит только от угла поворота управляемых колес θ.

109

При воздействии поперечной силы на автомобиль с эластичными шинами вследствие их увода он будет двигаться по траектории, отличной от той, по которой он бы двигался на жестких шинах. Кривизна этой траектории зависит от соотношения углов увода перед-

них δ1 и задних δ2 колес.

Рассмотрим движение автомобиля на повороте при углах увода колес δ1 δ2 0. Вследствие увода центр поворота находится не

в точке О, как у автомобиля с жесткими шинами, а в месте пересечения перпендикуляров к векторам скоростей переднего и заднего

мостов V1 и V2 – точка О1 (рис. 7.3).

110