Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ответы по Теории автомобиля и трактора.doc
Скачиваний:
37
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
34.68 Mб
Скачать

18. Поперечная устойчивость автомобиля. Определение критической скорости.

Нарушение устойчивости автомобиля при некоторых условиях его движения возможно как в поперечном, так и продольном направлениях. Потеря поперечной устойчивости выражается в заносе или боковом опрокидывании автомобиля, а нарушение продольной устойчивости — в продольном опрокидывании вокруг оси передних или задних колес.

Рассмотрим условия нарушения поперечной устойчивости автомобиля, которое часто происходит на скользкой дороге. Согласно выражению (164), передние и задние колеса будут катиться без бокового скольжения, пока соответственно Y1≤ Z21φ2 –X21 и Y2≤ Z22φ2 –X22 при этом предполагается, что коэффициенты сцепления всех колес одинаковы.

В общем случае' боковые реакции ΣY1 и ΣY2 зависят не только от факторов, учтенных в уравнениях (51) и (52), но и от направления и силы 'бокового ветра, неравенства правых и левых касательных реакций, привода на задние или передние колеса и боковой эластичности шин.

Различие в касательных реакциях на правых и левых колесах вызывается неодинаковой эффективностью тормозов, неравно­мерной нагрузкой или поперечным уклоном дороги (косогором), а у ведущих колес, кроме того, трением или блокированием дифференциала. Если передние колеса являются не только управляемыми, но и ведущими, то в случае поворота боковые реакции ΣY1и ΣY2 при прочих равных условиях будут меньше, чем у автомобиля с задними ведущими колесами, в результате чего поперечная устойчивость его будет лучше.При действии поперечных сил боковая эластичность шин, обусловливая траекторию движения автомобиля, влияет на общую сумму реакций ΣY2 и ΣY2, а также на соотношение между ними, в особенности в процессе изменения углов поворота управляемых колес.

Увеличение касательных реакций (тяговых или тормозных) при тех же силах сцепления снижает поперечную устойчивость, так как меньшие боковые силы могут вызвать занос.

При достижении касательными реакциями X1 или Х2 максимальных значений, ограничиваемых силами сцепления, правые части выражений (185) и (186) превращаются в нуль. В этом случае любая малая поперечная сила может вызвать боковое скольжение колес. Поэтому занос почти всегда наступает при «юзе» или буксовании колес, когда касательные реакции становятся равными силам сцепления.

Неодинаковое сцепление правых и левых колес с дорогой, вызванное поперечными силами и различным состоянием или неровностями поверхности, способствует появлению заноса.

Боковое скольжение передних и задних колес может начаться одновременно или неодновременно.

На фиг. 108 приведена схема автомобиля, двигавшегося прямолинейно, передние колеса которого начали скользить под углом δ1 тогда как задние колеса продолжают еще катиться в плоскости своего вращения (если они жесткие) или под углом увода δ2. В этом случае поперечная сила инерции Pjy направлена в сторону, противоположную скольжению передних колес, и поэтому скольжение обычно автоматически прекращается. передних колес, вызванном аэродинамическим воздействием, и расположении метацентра впереди центра тяжести а/м занос будет продолжаться. Если же скользят вбок задние колеса а передние катятся (с уводом или без него) то возникающая поперечная сила инерции Pjy действуя в направлении заноса усиливает его (фиг.109) В этом случае водитель должен повернуть рулевое колесо в сторону заноса с тем чтобы уменьшить кривизну движения

а следовательно и силу Pjy

Фиг 108 Схема заноса передних колес а/м

Если управляемые колеса окажутся параллельными вектору скорости бокового скольжения задних колес, то Р-у =0, и после исчезновения причин, первоначально вызвавших скольжение, занос прекратится.Для более активного противодействия начавшемуся заносу задних колес рулевое колесо надо повернуть на еще больший угол. Вследствие этого мгновенный центр Oδ переместится по другую сторону автомобиля, и сила Pjy, изменив свое направление, будет уже не форсировать скольжение задних колес, а препятствовать

ему. При этом возможно, что занос задних колес, прекратившись в прежнем направлении, начнется в другом, и для его устранения рулевое колесо вновь следует повернуть обратно, т. е. в сторону появившегося скольжения.Поперечная сила инерции PjY зависит от квадрата скорости движения, и поэтому интенсивное торможение автомобиля может способствовать ослаблению заноса. Однако ввиду того, что происходящее при этом резкое увеличение касательных реакций уменьшает боковую силу, которая может вызвать скольжение колес, тормозить в процессе начавшегося

заноса следует весьма осторожно.

При одновременном скольжении передних и задних колес с одинаковой скоростью автомобиль двигается прямолинейно, но под углом к прежнему направлению движения. В этом случае центробежная сила не возникает, но противодействовать заносу соответствующим поворотом рулевого колеса уже нельзя, так как изменение положения скользящих управляемых колес не может отразиться на траектории движения автомобиля. Одновременное скольжение всех колес наиболее вероятно при интенсивном его торможении. Поэтому для сохранения управляемости автомобиля, обеспечивающей возможность водителю противодействовать заносу, максимальные тормозные силы на передних колесах ограничивают не силами их сцепления в процессе торможения (если они могут быть реализованы), а несколько меньшими величинами. В некоторой мере избежать ухудшения тормозных качеств автомобиля с целью сохранения его устойчи­вости можно при наличии в тормозной системе устройств, не допускающих блокирования колес

предельную скорость автомобиля на пово­роте найдем из выражения (189) следующим образом:Таким образом, увеличение угла поперечного уклона дороги β позволяет повысить скорость автомобиля при данных величинах радиуса поворота R и коэффициента сцепления φ. В частности, если tg β=1/ φ то скорость может быть бесконечно велика при сохранении устойчивости движения.

Поэтому автомобильные дороги, а также специальные автодромы, предназначенные для скоростных испытаний я гонок автомобилей, строятся с виражами, соответствующими их расчетным максимальным скоростям.В случае отсутствия виража и касательных реакций предель­ная скорость на повороте

(191) Прямолинейное движение или поворот с малыми скоростью и кривизной на некотором поперечном уклоне могут сопровождаться боковым скольжением колес автомобиля. Ввиду того что при этом поперечная сила инерции Pjy равна нулю или незначительна (192)На сухой опорной поверхности коэффициент сцепления φ. = — 0,7- 0,8, что исключает занос на косогорах, встречающихся при движении даже в условиях пересеченной местности. Однако на скользких поперечных уклонах вероятность бокового скольжения значительна.

Показатели поперечной устойчивости а/м определяемые выражениями 190,191,192 были получены отсутствия касательных реакций. Наличие этих сил понижает боковую устойчивость, в результате чего занос начнется при меньших значениях скорости и угла поперечного уклона и большем радиусе поворота, чем это следует из указанных выражений.

Нарушение поперечной устойчивости правых и левых колес может наступить неодновременно в зависимости от соотношения между нормальными, касательными и боковыми реакциями, дей­ствующими на каждое из них.

19. Условия движения автомобиля на повороте без заноса.

20. Стабилизация управляемых колёс. Поперечный и продольный наклон шкворня.

Стабилизация управляемых колес

Стабилизация управляемых колес, препятствуя их повороту, позволяет автомобилю сохранять прямолинейное движение даже на неровной дороге (если только толчки и удары не очень сильны), а после отклонения колес возвращает их обратно. Стабилизирующий эффект обеспечивается приходящимися на управляемые колеса весом а/м и боковыми реакциями опорной поверхности возникающими при отклонении колес от нейтрального положения.Для использования веса а/м в качестве стабилизирующего фактора шкворни поворотных цапф наклоняются в поперечной плоскости на угол а (фиг. 115). При такой установке шкворней поворот управляемых колес в любую сторону от нейтрального положения сопровождается приподниманием балки оси (или рычагов подвески). Этому препятствует вес автомобиля, стремящийся удержать ось в нижнем положении и повернуть управляемые колеса в обратном направлении.

Возникающий таким образом стабилизирующий эффект зависит от массы автомобиля, приходящейся на управляемые колеса, угла поперечного наклона шкворней а, плеча обкатки а и других факторов, определяющих работу, которую необходимо затратить для подъема передней части автомобиля, вызванного поворотом его управляемых колес.

Для того чтобы боковые реакции опорной поверхности могли обеспечить стабилизирующее действие, они должны создавать относительно шкворней соответствующие восстанавливающие моменты. Если боковая реакция приложена в точке опорной поверхности, находящейся на одной вертикали с центром колеса, то необходимое плечо bβ образуется продольным наклоном шкворня на угол β или выносом его вперед (фиг. 116). Тогда отклонение колеса из нейтрального положения вызывает стабилизирующий момент, зависящий при данном плече bβ от величины боковой реакции.

Под действием поперечной силы Ру контактная поверхность шины поворачивается относительно плоскости вращения колеса на угол увода δ При этом боковая деформация в задней зоне контакта оказывается больше, чем в передней, вследствие чего элементарные поперечные реакции распределяются по длине контакта шины неравномерно (фиг. 117).

Менее деформированные элементы в передней зоне контакта нагружены соответственно меньшими боковыми силами, чем зад­ние, и поэтому равнодействующая реакция Y = Py смещена на­зад на расстояние bβ В результате этого возникает стабилизирующий момент Мβ даже в случае отсутствия продольного наклона шкворня. По мере роста угла увода этот момент увели­чивается, пока реакции, действующие на элементы задней зоны контакта, не достигнут значений их сил сцепления и не начнется проскальзывание, сопровождающееся уменьшением стабилизирующего эффекта (фиг. 118). Таким образом, суммарный стабилизирующий момент, возникающий при продольном наклоне шкворня и уводе, М =Yb где b=bβ+bδ общее плечо устойчивости на котором приложена боковая реакция Y

Повышение эластичности современных шин приводит к тому, что обусловленный ею стабилизирующий эффект становится весьма существенным. Так, например, у шин легковых автомобилей при угле увода 4—5° стабилизирующий момент достигает 20—25 кгм, что значительно превосходит эффект, создаваемый продольным наклоном шкворня на угол до 5°. Экспериментальные исследования показывают, что угол увода этих шин в 10 создает такую же стабилизацию, как продольный наклон шкворня на 5 -6°.

При больших наклонах шкворня и эластичных шинах суммарный стабилизирующий момент может оказаться настолько значительным, что поворот рулевого колеса будет очень затруднен. Поэтому у современных автомобилей с эластичными шинами углы установки шкворней уменьшаются и обычно не превышают 3—40 в продольной и 4—6° — в поперечной плоскостях.

В некоторых случаях, при очень мягких шинах, угол продольного наклона шкворня делается равным нулю или даже отрицательным.

Снижение стабилизирующего эффекта, создаваемого наклонами шкворней, осуществляется в большей мере уменьшением угла в продольной плоскости, чем в поперечной. Это объясняется тем. что если на автомобиль, движущийся прямолинейно, действует боковая сила (поперечный уклон или боковой ветер), то она создает поворачивающий момент, который при большом плече b=bβ+bδ может преодолеть стабилизирующий эффект от поперечного наклона шкворня и отклонить управляемые колеса из нейтрального положения. Кроме того, на скользких дорогах, вследствие уменьшения сцепления, стабилизация, обусловленная продольным наклоном шкворня и уводом шин, снижается, и ее сохранение может обеспечиваться только достаточным наклоном i поперечной плоскости. Нужно также отметить, что для созда­ния одного и того же стабилизирующего эффекта угол поперечного наклона должен быть больше, чем продольного.

Колебания и стабилизация управляемых колес автомобиля связаны с углами их установки, т. е. с углами развала и схождения.