1. Критическая скорость по боковому скольжению (заносу)

При равномерном движении автомобиля на повороте на горизонтальной дороге (рисунок 1.1) боковое скольжение его колес может возникнуть в результате действия поперечной силы Р_y, Н, (центробежной, силы ветра или боковых ударов о неровности дороги) в тот момент, когда поперечная сила становится равной силе сцепления колес с дорогой, т.е. Р_y = Р_сц.

Подставим в это выражение значения центробежной силы и силы сцепления:

,(1.1)

где φ_y – коэффициент поперечного сцепления

G – полная масса автомобиля, кг;

υ – критическая скорость движения автомобиля, км/ч;

R – радиус поворота автомобиля, м;

g – ускорение свободного падения, м/с² .

Рисунок 1.1 – Схема для определения критических скоростей автомобиля по заносу и опрокидыванию

Учитывая, что в этом случае υ = υ₃, находим критическую скорость автомобиля по боковому скольжению, или заносу, км/ч:

(1.2)

Критической скоростью по боковому скольжению называется предельная скорость, по достижении которой возможен занос автомобиля.

Таким образом, при прохождении поворота на критической скорости по боковому скольжению заноса у автомобиля может и не возникнуть. В этом случае занос может произойти только при любом минимальном боковом возмущении (порыв ветра, боковой удар колеса о дорожную неровность, поперечный уклон дороги), а также при увеличении скорости движения или уменьшении радиуса поворота, что приводит к увеличению поперечной силы P_y.

Зависимости υ₃ от радиуса поворота R и коэффициента φ_y показаны на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Зависимости критической скорости автомобиля по заносу от радиуса поворота и коэффициента сцепления

При экспериментальном определении критической скорости автомобиль движется по горизонтальной площадке по кругу определенного радиуса (обычно 20 – 25 м), постепенно увеличивая скорость. В процессе движения колеса, внутренние по отношению к центру поворота, под действием центробежной силы разгружаются, а внешние нагружаются. Чтобы предотвратить опрокидывание испытываемого автомобиля, на нем сбоку при помощи особого кронштейна прикрепляют дополнительное колесо на расстоянии 10 – 15 см от поверхности дороги. Если во время испытания автомобиль потеряет устойчивость и накренится, это колесо создаст опору. Заметив начало скольжения колес или отрыва их от дороги, контролеры при помощи приборов (секундомер, спидометр) определяют соответствующую скорость υ₃ или υ₀.

1.1.2 Критическая скорость по опрокидыванию

При повороте на горизонтальной дороге поперечная сила P_y (рисунок 1.1), действующая на автомобиль, может вызвать не только боковое скольжение, но и опрокидывание. Опрокидывание автомобиля происходит относительно его наружных колес. В момент отрыва внутренних колес от дороги нормальные реакции R_zв = 0, и весь вес автомобиля воспринимается наружными колесами (R_zн = G). В этом случае опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, уравновешивается восстанавливающим моментом, обусловленным весом автомобиля: M₀ = M_в.

Подставив в это выражение значения моментов, получим:

,(1.3)

где h_ц – высота центра тяжести автомобиля над средней линией опорной поверхности дороги.

или с учетом значения поперечной силы:

,(1.4)

где В – колея автомобиля.

Критическая скорость автомобиля по опрокидыванию, км/ч:

(1.5)

Критической скоростью по опрокидыванию называется предельная скорость, по достижении которой возможно опрокидывание автомобиля.

Следовательно, при движении автомобиля на повороте с критической скоростью по опрокидыванию его опрокидывание может и не произойти. Опрокидывание автомобиля в этом случае возможно только при минимальном боковом возмущении и увеличении скорости или уменьшении радиуса поворота. Зависимости υ₀ от R и h_ц показаны на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Зависимости критической скорости по опрокидыванию от радиуса поворота и высоты центра тяжести автомобилей, имеющих одинаковую колею:

h_ц1, h_ц2 – значения высоты центра тяжести двух автомобилей