Динамика поворота. Силы, действующие на управляемые колеса

Рассмотрим случай, когда ведущими являются колеса задней оси. Касательная сила тяги задних колес передается на остов автомобиля в виде равнодействующейР_к, направленной вперед вдоль оси машины (рис.10).

Рис.10. Схема сил, действующих на управляемые колеса заднеприводного автомобиля.

Эта сила передается на передний мост и передние колеса. В пятне контакта передних колес с дорогой возникают реакции. Равнодействующая этих реакций R_кравна толкающей силеР_к.

Составляющая Р_fтолкающей силыР_кзатрачивается на преодоление силы сопротивления качению колес. СилаР_fзависит от угла поворота колесα. Из рис. 10 видно, что при одинаковой толкающей силеР_ксоставляющаяР_f (Р_f=Р_к · cosα) меньше при более крутом повороте.

Известно, что сила сопротивления качению колеса, повернутого под углом к направлению движения, повышается с увеличением угла его поворота, а активная сила Р_f, толкающая колесо, уменьшается. Следовательно, баланс сил и скорость поступательного движения колеса можно сохранить на повороте (оставив её такой же, как при прямолинейном движении) только за счет увеличения касательной силы тягиР_кна ведущих колесах, то есть путем повышения момента двигателя без перехода на пониженную передачу.

Поворот возможен только в том случае, когда сцепление управляемых колес с почвой больше толкающего усилия:

G₁φ > Р_к,

где G₁- вертикальная нагрузка, действующая на управляемые колеса;

φ- коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью дороги.

Учитывая, что Р_к =Р_f/cosα(рис.8), можно записать:

φ > Р_f/ G₁cosα или:

φcosα >f , (2)

где f– коэффициент сопротивления качению колеса.

Из этого выражения видно, что поворот автомобиля может быть осуществлен только в том случае, если коэффициент сопротивления качению меньше произведению коэффициента сцепления на косинус угла поворота колес. Если сцепление колес с дорогой плохое и величина f больше этого произведения, то управляемые колеса будут двигаться юзом и поворот не может быть реализован, машина теряет управляемость. На скользкой дороге коэффициентыφиfблизки между собой, вследствие чего управляемость автомобиля снижается.

Ведущие колеса – передние управляемые.В этом случае поворачивающий момент в тяговом режиме работы создается силами тяги передних управляемых колес (рис.11).

Условие осуществления поворота автомобиля с передними ведущими колесами (по аналогии с рассмотренным выше случаем) будет иметь вид:

G₁φ > Р_к .

Разделив обе части неравенства на силу тяжести, приходящуюся на переднюю ось, получим:

φ > Р_к /G₁илиφ > f.

Если сопоставить это выражение с неравенством (2), то можно сделать вывод, что устойчивость по сцеплению с дорогой автомобиля с передними ведущими колесами в сравнении с автомобилем, имеющим задние ведущие колеса, выше и не зависит от радиуса (угла) поворота. У переднеприводного автомобиля не нарушается на повороте баланс сил толкающей силы Р_ки сопротивления качениюР_f, как это имеет место у заднеприводного автомобиля. Заметим, что эти примеры рассмотрены без учета инерционных сил. Влияние этих сил на управляемость автомобиля будет отрицательным в обоих случаях.

Рис.11. Схема сил, действующих на управляемые колеса переднеприводного автомобиля.

Из рис.10 видно, что движение заднеприводной машины характеризуется толкающим режимом работы задней оси по отношению к передней. Для переднеприводного автомобиля (рис.11) тянущий режим обеспечивается передней осью. Из теории регулирования известно, что тянущие системы более устойчивы.