7.7. Поперечная устойчивость автомобиля на виражах

Для улучшения поперечной устойчивости автомобилей на некоторых закруглениях автомобильных дорог, предназначенных для движения автомобилей с высокими скоростями, делаются виражи. Виражом называют закругления дороги с поперечным уклоном, который расположен так, что при движении автомобиля центробежная сила и составляющая сила веса автомобиля, вызванная поперечным уклоном, направлены в разные стороны (рис. 50).

Такой участок дороги можно рассматривать как часть внутренней конической поверхности, считая, что центр тяжести автомобиля описывает дугу окружности, плоскость которой перпендикулярна вертикально расположенной оси конуса.Величина опрокидывающего момента в этом случае равна М_оп=(P_ycosβ-G_asinβ)h_g, а величина восстанавливающего момента (без учета смещения центра тяжести в результате крена) M_вос=(P_yсosβ-G_asinβ)B/2

Рис. 50. Схема опрокидывания автомобиля на вираже

Принимая во внимание значение Р_y из формулы (168), при равенстве опрокидывающего и восстанавливающего моментов, найдем критическую скорость и критический радиус по опрокидыванию при движении на вираже:

; (181)

Критическую скорость V_aφ и критический радиус R_φ по боковому скольжению определим из условия равенства разности сил Р_ycоsβ и G_asinβ, приложенных в центре тяжести автомобиля, предельной по сцеплению боковой реакции (Р_ysinβ+G_acоsβ)φ_y колес автомобиля. Учитывая при этом значение Р_y из формулы (168), найдем

; (182)

; (183)

Из формул (181)-(183) видно, что на виражах поперечная устойчивость улучшается тем в большей степени, чем больше поперечный угол наклона β. Однако по ряду причин на обычных дорогах поперечные уклоны виражей делаются небольшими (β = 2…10%) и тем меньшими, чем больше радиус закругления. На специальных гоночных треках или испытательных полигонах уклоны дороги на виражах могут быть значительно большими (до 60…70%). Иногда такие виражи имеют переменный уклон (параболический профиль), увеличивающийся от центра закругления к его периферии.

7. 8. Критические углы по устойчивости автомобиля на дороге с поперечным уклоном (критический угол косогора)

Если поперечный уклон дороги велик, а сила Р_y мала (малые скорости движения, большие радиусы поворота), то составляющая силы веса G_asinβ молит быть больше составляющей центробежной силы Р_ycоs β. В этом случае может иметь место опрокидывание или боковое скольжение автомобиля в сторону действия поперечной составляющей силы веса.

Наиболее опасный в этом отношении случай имеет место, когда Р_y = 0, т.е. при скорости движения автомобиля, равной нулю, или при прямолинейном движении автомобиля (R = ∞).

Предельные по опрокидыванию и боковому скольжению автомобиля поперечные уклоны дороги при Р_y = 0 называют критическими углами косогора.

Пользуясь рис. 50 при Р_y = 0, можно найти, что предельный по опрокидыванию угол β_кр.оп, при котором имеет место равенство опрокидывающего момента М_оп = G_ah_gsinβ восстанавливающего момента M_вос=G_a B/2 cosβ, равен:

β_кр.оп=arctg B/(2h_g); (184)

Критический угол β_φ по боковому скольжению автомобиля на дороге с поперечным уклоном соответствует случаю, когда поперечная составляющая G_aSinβ силы веса равна предельной по сцеплению суммарной боковой реакции G_aφ_yCosβ всех колес автомобиля.

Из равенства этих сил находим:

β_φ=arctg φ_y ; (185)