Повышение устойчивости автомобиля на больших скоростях
Жесткость рамы. Рама должна обладать жесткостью в горизонтальной и вертикальной плоскости. Для скоростных автомобилей наибольшее значение имеет жесткость в горизонтальной плоскости (по сравнению с автомобилями других видов), недостаток этой жесткости может привести к продольному смещению одного лонжерона по отношению к другому, что вызовет ухудшение управляемости. Это явление может произойти при торможении автомобиля с большой скорости, когда вследствие неодинаковой затяжки тормозов правой и левой сторон может появиться сила, стремящаяся сдвинуть один лонжерон по отношению к другому.
Чтобы противостоять скручиванию, рама должна обладать достаточной жесткостью также и в вертикальной плоскости.
Для обеспечения большой жесткости в горизонтальной плоскости рама должна иметь простую треугольную форму. Однако такая форма рамы не получила широкого распространения, так как на ней очень трудно размещать агрегаты силовой передачи. В некоторых случаях для обеспечения жесткости раме придают форму трапеции; большей же частью сохраняют форму рамы прямоугольной и добиваются наибольшей жесткости применением поперечных балок-траверс.
Жесткость рамы в вертикальной плоскости обеспечивается выбором соответствующих размеров и профиля лонжеронов. Значительное повышение жесткости дают к-образные и х-образные поперечные балки.
Эластичность шин. Особенностью шин является то, что, помимо деформации в радиальном направлении, они имеют под действием боковой некоторую деформацию в боковом направлении, так называемый боковой увод. В этом случае колесо катится не в своей плоскости, а под некоторым углом к ней, называемым углом бокового увода , боковой увод колес оказывает большое влияние на устойчивость автомобиля.
Благодаря наличию бокового увода колес появляется стабилизирующий момент шины, стремящийся вернуть колесо в его плоскость качения, т. е. выравнять колесо в новом заданном им направлении, полученном в результате поворота.
Значительный боковой увод шин затрудняет управление и нарушает точность работы рулевого механизма. Поэтому для шин скоростных автомобилей боковая эластичность должна быть уменьшена по сравнению с боковой эластичностью шин обычных легковых автомобилей.
Величина боковой эластичности зависит от конструкции шин, ширины профиля шины и внутреннего давления в ней. Повышение внутреннего давления и увеличение жесткости боковин покрышек уменьшают боковую эластичность шин.
Радиальная эластичность шин влияет на управляемость обычно при больших скоростях движения, когда инерция неподрессоренных масс имеет большое значение. При этом от деформации шин и быстрого изменения этих деформаций могут возникать периодические колебания, которые в случае недостаточной чувствительности подвески передаются всем агрегатам автомобиля.
В том случае, когда внутреннее давление повышается относительно немного, шины скоростных автомобилей сохраняют большую чувствительность к неровностям дороги, чем рессорная подвеска, в особенности при наезде на небольшие неровности, которые встречаются на дорогах с усовершенствованным покрытием.
Подвеска автомобиля. Для обеспечения хорошей управляемости автомобиля подвеска должна смягчать толчки и обеспечивать быстрое гашение вызываемых ими колебаний; кроме того, она должна сохранять постоянство ширины колеи как передних, так и задних колес в моменты подъемов и опускания при наезде на неровности дороги.
Уменьшение веса неподрессоренных частей позволяет уменьшить жесткость упругих элементов подвески (рессор, пружин или стержней) и получить мягкую подвеску, почти полностью поглощающую толчки, передаваемые колесами. При значительном увеличении внутреннего давления в шинах скоростных автомобилей толчки от небольших неровностей дороги неполностью поглощаются шинами, а передаются на подвеску, которая должна обеспечить мягкость хода.
Неправильный выбор упругих элементов подвески часто способствует появлению боковых и продольных колебаний, вызывающих соответственно боковую и продольную качки и этим ухудшающих устойчивость автомобиля.
Для ослабления действия колебаний рессоры снабжаются амортизаторами, которые уменьшают амплитуду колебаний рессоры, не сокращая периода этих колебаний. Амортизаторы способствуют улучшению управляемости автомобиля, но они могут уменьшить степень свободы и повысить жесткость рессор. Устранение этих отрицательных последствий зависит от конструкции и регулировки амортизаторов, поэтому амортизаторы, подобранные соответственно параметрам свободных колебаний данной подвески, не должны намного увеличивать ее жесткости.
Описанные выше свойства подвески могут влиять главным образом на устойчивость в продольной плоскости, т. е. на уменьшение продольных колебаний. При рессорной подвеске каждая рессора подвергается скручиванию от боковых усилий, которые могут вызвать большие изменения в способности автомобиля держать дорогу.
Конструкция и способ крепления подвески влияют как на ее жесткость, так и на сохранение постоянства ширины колеи. При независимой подвеске постоянство ширины колеи наилучшим образом обеспечивается при качании колес в продольной плоскости. Сохранение постоянства ширины колеи необходимо для хорошей управляемости автомобиля. В случае изменения ширины колеи колеса скользят, перемещаясь в поперечном направлении, при этом часть силы сцепления оказывается использованной на это перемещение.
Использование сцепления колес в продольном направлении связано с использованием сцепления колес в поперечном направлении. Практически коэффициент сцепления колес с дорогой можно считать одинаковым в продольном и поперечном направлении. Таким образом, использование части силы сцепления на перемещение колес в поперечном направлении уменьшает сцепление колес в продольном направлении. Для ведущих колес автомобиля это уменьшение сцепления колес с дорого в продольном направлении приводит к пробуксовке и скольжению колес, вследствие чего может наступить занос автомобиля. В случае скольжения управляемых колес становится невозможным повернуть автомобиль и он будет скользить в прежнем направлении с повернутыми колесами; управляемость автомобиля при этом, конечно, теряется. Кроме того, при колебаниях подвески может возникать гироскопический момент, действующий в горизонтальной плоскости. Этот момент стремится повернуть колесо, что также ухудшает управляемость.
Оба указанных явления, происходящих при изменении ширины колеи, ухудшают управляемость и устойчивость автомобиля.
Механизмы управления и передние колеса. Как указывалось, для обеспечения хорошей управляемости рулевое управление скоростных автомобилей должно иметь относительно небольшое передаточное число и обладать обратимостью. Кроме того, система тяг рулевого привода не должна передавать колебания от одного колеса к другому во избежание возможного резонанса колебаний и появления виляния передних колес.
Легкость управления и стабилизация передних колес в значительной мере зависят от углов установки передних колес.
Углы развала и схода колес для скоростных автомобилей имеют такое же значение, как и для обычных легковых автомобилей.
Углы наклона шкворня назад и вбок, определяющие стабилизацию управляемых колес, имеют для скоростных автомобилей весьма важное значение, и их величина отличается от величины соответствующих углов у современных серийных легковых автомобилей.
При наклоне шкворня назад его ось пересекается с дорогой в точке, лежащей впереди точки касания колеса с дорогой. В результате этого при движении автомобиля на повороте боковая реакция, возникающая от центробежной силы, приложенная в точке касания колеса с дорогой, образует стабилизирующий момент. Этот стабилизирующий момент стремится вернуть колесо в нейтральное положение.
Вывод:
Проведя анализ научной литературы, я сделал вывод, что основными способами повышения аэродинамической устойчивости автомобиля является конструктивные факторы:
Жесткость рамы;
Эластичность шин;
Подвеска автомобиля;
Механизмы управления и передние колеса;
Все эти факторы напрямую влияют на устойчивость автомобиля. Чем больше внимания уделить этим факторам, тем легче будет справиться с управлением.