Р ис.79. Угол горизонтальной гибкости

Шарнирное соединение тягача с прицепом или полуприцепом, повышая маневренность, создает значительные трудности для движения автопоезда задним ходом, связанные с его склонностью к складыванию. Под складыванием автопоезда понимается нарастание угла , который в данном случае называют углом складывания.

При выполнении маневров водитель вынужден прикладывать значительные усилия для поворота управляемых колес. При этом особенно велико сопротивление вращению колес у автомобиля, стоящего на месте. Поэтому усилие на рулевом колесе при повороте управляемых колес на месте (Р_р) используется в качестве одного из показателей, характеризующих способность автомобиля к маневрированию с силовой точки зрения.

Удельное сопротивление повороту является важным силовым показателем способности автомобиля к маневрированию и выражает суммарную силу сопротивления движению, приходящуюся на единицу веса автомобиля при его повороте с минимальной скоростью при максимальном повороте управляемых колес. Чем меньше удельное сопротивление испытывает автомобиль, тем ему легче совершать крутые повороты, следовательно, тем выше его способность к маневрированию.

12. Устойчивость автомобиля

12.1. Основные виды устойчивости автомобиля

Устойчивость - это способность автомобиля сохранять заданное направление движения и ориентацию в пространстве при действии различных возмущающих сил.

Устойчивость классифицируют по разным признакам:

1. По изменяемым параметрам различают два вида устойчивости: траекторную и курсовую.

Траекторная устойчивость - это способность автомобиля сохранять заданное направление движения своего центра тяжести. При прочих равных условиях, чем больше траекторное отклонение, тем ниже траекторная устойчивость.

Курсовая устойчивость - это способность автомобиля сохранять ориентацию своей продольной оси относительно заданного направления движения. Чем больше курсовой угол, тем ниже курсовая устойчивость автомобиля.

2. По направлению действия возмущающих сил, стремящихся нарушить движение автомобиля, различают поперечную (боковую) и продольную устойчивость.

Поперечная устойчивость - это способность автомобиля противостоять действию боковых возмущающих сил без бокового скольжения и опрокидывания.

Продольная устойчивость - это способность автомобиля противостоять продольным возмущающим силам без отрыва передних или задних колес от полотна дороги.

Признаками потери (нарушения) устойчивости служат:

а) траекторной - отклонение вектора скорости движения центра масс от заданного направления движения;

б) курсовой - отклонение продольной оси автомобиля относительно заданного направления движения;

в) поперечной - боковое скольжение колес переднего и (или) заднего моста, либо отрыв левых или правых колес от полотна дороги;

г) продольной - отрыв передних или задних колес от опорной поверхности.

12.2. Критическая скорость по боковому скольжению

Одно из главных последствий потери поперечной устойчивости автомобиля состоит в боковом скольжении колес. Причиной перехода колес в боковое скольжение является достижение поперечных реакций предела по сцеплению:

R_уi^мах = , (281)

где _i = R_xi/R_zi - коэффициент продольных реакций на передних или

задних колесах.

Значения поперечных реакций опорной поверхности на передние и задние колеса определяются формулами:

R_у1  ; (282)

R_у2  . (283)

Из формул следует, что при прохождении поворота со скоростями, меньшими V_крi, движение носит устойчивый характер. При V_a = V_крi поперечная реакция R_уi достигает предела, и i-я ось автомобиля переходит в критическое состояние, т.е. находится на грани потери поперечной устойчивости (рис. 80).

Рис. 80. Зависимость критических скоростей от боковых реакций

Для определения значений критических скоростей движения автомобиля на повороте подставим выражение (283) и (282) в (281):

= . (284)

В результате получим следующие формулы для критических скоростей передней и задней оси:

V_кр1 = ; (285)

V_кр2 = . (286)

Таким образом, критические скорости для передних и задних колес автомобиля неодинаковы. Их значения определяются радиусом поворота, сцеплением шин с дорогой и коэффициентами продольных реакций.

При равномерном криволинейном движении заднеприводного автомобиля коэффициенты продольных реакций для передних и задних колес соответственно равны:

₁ = R_x1/R_z1 = R_z1f/R_z1= f  0; (287)

₂ = R_x2/R_z2 = (М_к/r_д- R_z2f)/R_z2 > 0. (288)

Учитывая (287) и (288), нетрудно убедиться, что у передних колес критическая скорость движения больше, чем у задних. Это значит, что устойчивость заднеприводных автомобилей определют задние ведущие колеса. Переход задних колес в боковое скольжение приводит к значительному смещению задней части автомобиля, т.е. к возникновению так называемого заноса. При заносе вектор скорости движения середины заднего моста (V_б) отклоняется от продольной оси на некоторый угол _б, а мгновенный центр поворота быстро приближается к автомобилю (рис.81,а).

а) б)

Рис. 81. Изменение радиуса поворота заднеприводных (а) и

переднприводных (б) автомобилей при боковом скольжении ведущих

колес

Ликвидировать занос можно только быстрым поворотом управляемых колес в сторону заноса, т.к. при этом возрастает мгновенный радиус поворота и снижаются боковые реакции на колесах.

У переднеприводных автомобилей при равномерном движении на повороте коэффициенты продольных реакций соответственно равны:

₂ = R_x2/R_z2 = R_z2f/R_z2 = f  0; (289)

₁ = R_x1/R_z1 = (М_к/r_д - R_z1f)/R_z1 > 0. (290)

Из формул следует, что ₁ > ₂, поэтому критическая скорость задних колес выше, чем передних. Это означает, что поперечную устойчивость переднеприводных автомобилей лимитируют передние ведущие колеса. Переход передних колес в боковое скольжение вызывает уменьшение кривизны траектории движения автомобиля (рис. 81,б) и снижение боковых реакций на колесах. В результате боковое скольжение передних колес прекращается.

Таким образом, у переднеприводных автомобилей при переходе передних управляемых колес в боковое скольжение автоматически срабатывает механизм его самоликвидации, благодаря чему движение на повороте носит в целом более устойчивый характер, хотя и сопровождается частичной потерей управляемости. Частичная потеря управляемости заключается с том, что из-за бокового проскальзывания его управляемых колес радиус поворота автомобиля оказывается несколько больше того, который бы имел место при том же угле их поворота (), но при отсутствии проскальзываний. При этом уменьшить радиус поворота путем увеличения угла  невозможно.